氮磷添加及林分密度对大叶相思林土壤化学性质的影响

大气氮(N)沉降随着人类的活动而日趋严重, 加上中国热带亚热带红壤普遍缺磷(P), 许多森林生态系统由于广泛使用磷肥而产生P富集, 直接影响了森林土壤化学特性。林分密度改变林地的光照、温度、湿度和凋落物持水量, 从而影响土壤特性。为了解外源性N和P添加与林分密度对大叶相思(Acacia auriculiformis)林地土壤化学性质的影响, 为大叶相思人工林的种植密度和土壤养分管理提供科学依据, 该研究于2013到2015年, 以4种不同密度(1 667、2 500、4 444和10 000 trees·hm ^-2)的10年生大叶相思人工林为研究对象, 分别进行添加N、P和N+P处理, 在试验结束时采集0-10 cm土壤, 对其pH、有机质含量、N含量、P含量和钾(K)含量进行了测定分析。结果表明: 施N和N+P均显著降低了土壤的pH和速效K含量, 显著提高了林地土壤的碱解N含量。施N还显著提高了林分土壤的全N含量, 施P显著提高了土壤pH, 降低了林分土壤的全N含量。施P和N+P显著提高了土壤有机质、全P和有效P含量。随着林分密度的增加, 各处理的土壤有机质、全N、碱解N、全P、有效P和速效K含量显著提高。N、P添加处理和密度处理对大叶相思林的土壤pH、有机质和N、P、K含量有显著的交互作用。总体来看, N添加、P添加、林分密度及其交互作用对大叶相思的土壤化学性质有显著影响。     

氮磷添加和栽植密度对大叶相思林土壤微生物群落功能多样性的影响

土壤微生物群落是土壤质量潜在的生态指标,在维持生态系统功能和服务中起着关键的作用。采用Biolog-ECO微平板法,探讨氮磷添加与不同栽植密度交互对大叶相思林(Acacia auriculiformis)土壤微生物功能多样性的影响,以便为建立合理的林分密度和氮磷施肥模式,提高土壤质量提供理论参考。以大叶相思林为研究对象,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,用二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)进行磷添加。氮磷处理设置4个水平,即CK、施N、施P和施N+P。种植密度设置4个水平,即1667、2500、4444、10000株/hm²(分别以低密度、中密度、较高密度、高密度表示)。研究结果表明,施P显著提高了4个密度大叶相思林土壤微生物的AWCD值、碳源利用丰富度指数、McIntosh指数、Shannon指数和Simpson指数,而施N和N+P则相反。随着林分密度的减小,各处理的土壤微生物AWCD值趋于减少。通常低密度林分的土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener指数、McIntosh指数和Simpson指数较小。     

不同密度大叶相思林的竞争效应

对不同密度4年生大叶相思Acacia auriculiformis林分的竞争指数进行研究,以便为合理管理和利用大叶相思人工林提供理论依据。结果表明,随着密度的降低,大叶相思林的各器官竞争指数呈减小趋势。在同一密度条件下,地上竞争指数明显大于地下竞争指数。由于地下生长与地上生长的相互作用,各竞争指数之间具有明显的相关性。通径分析表明,地上竞争对总竞争的直接作用明显大于地下竞争对总竞争的直接作用。     

氮磷添加与不同栽植密度交互对樟树幼苗土壤化学性质的短期影响

研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗土壤化学性质的影响,以期为全球化背景下樟树人工林生态系统的土壤养分管理提供依据。以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P 4个水平,其中N、P和N+P施肥量分别为40 g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)、20 g m-2a-1(NaH_2PO_4·2H_2O)和40g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)+20 g m~(-2)a~(-1)(NaH_2PO_4·2H_2O)。种植密度设置4个水平:10、20、40和80株/m~2,试验时间为2017年6月至9月。研究结果表明,在各密度幼苗土壤中,N和N+P处理引起pH值的显著下降,N、P和N+P处理的土壤有机质和碱解N含量的变化规律不明显,P处理的幼苗土壤全P含量上升,P和N+P处理的土壤有效P含量增加,N+P处理的土壤全K含量以及N、P和N+P处理的土壤速效K含量均下降。在10、20和40株/m~2幼苗的土壤中,P处理的土壤全N含量高于N和N+P处理的,而80株/m~2幼苗的土壤全N含量低于其他密度幼苗。随着种植密度的增加,各施肥处理的土壤pH、全P、有效P、全K和速效K含量均呈现上升趋势,而施N和施P处理的土壤有机质呈现下降趋势,各施肥处理的土壤碱解N含量变化规律不明显。施肥和密度处理对樟树幼苗土壤有机质、碱解氮和速效钾含量有显著的交互作用。     

半干旱草地土壤团聚体氮磷转化相关酶活性对氮添加的响应

日益加剧的大气氮沉降对土壤养分循环过程产生了深刻影响,土壤养分转化相关酶是其关键调控途径,而土壤不同粒级团聚体结构和环境差异导致其中酶活性介导的养分转换过程可能不同。但目前对半干旱区土壤团聚体水平养分转化相关酶活性对氮沉降的响应还不清楚。基于黄土高原自然草地持续3年的野外氮添加控制试验,分析不同氮添加水平下土壤不同粒级团聚体中的基础理化性质、氮（亮氨酸氨基肽酶LAP和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶NAG）和磷转化相关的酶（磷酸单酯酶PME、磷酸二酯酶PDE和植酸酶phyA）活性及酶计量比,探索氮添加对团聚体酶活性的影响。结果表明：（1）氮添加导致了不同粒级团聚体中pH显著降低;高氮添加引起土壤团聚体有机碳、全氮、硝态氮、C ： P和N ： P升高;（2）随氮添加浓度增加,不同粒级团聚体中PME、PDE和phyA活性先降低后升高,而LAP、NAG和酶活性氮磷比均逐渐升高;团聚体酶活性总体表现为小团聚体（<0.25 mm）>中团聚体（0.25-2 mm）>大团聚体（>2 mm）;（3）在中和大团聚体中氮添加通过影响土壤N相关养分调控P转化相关酶活性。总之,氮添加通过改变团聚体养分及其计量比、pH等影响氮、磷转化相关酶活性。     

氮磷添加对华南地区2种人工林土壤氮磷循环酶活性的影响

为探究亚热带森林土壤中与氮、磷循环相关的土壤酶对长期氮、磷沉降的响应,在我国南方大叶相思(Acacia auriculiformis)和尾叶桉(Eucalyptus urophylla)人工林施N、P肥8 a,对土壤中磷循环酶[磷酸单脂酶(PME)和磷酸二脂酶(PDE)]和氮循环酶[β-1,4-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG...     

氮磷添加对杉木根叶分解残余物微生物群落结构及酶活性的影响

为揭示根、叶分解残余物对生态系统养分循环相关过程的影响,研究了分解第3年杉木根残余物（凋_R）和叶残余物（凋_L）中的微生物群落结构（环丙基脂肪酸/前体结构,Cy/pre;单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸,Mono/sat;真菌/细菌,F/B;革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,G⁺/G^-）、酶活性（β-葡萄糖苷酶,βG;β-N-乙酰氨基葡糖苷酶,NAG;酸性磷酸酶,AP）、化学元素含量及计量比对氮磷添加的响应。结果表明：（1）与凋_R相比,凋_L中的Cy/pre、F/B、G⁺/G^-低,Mono/sat高。氮磷添加对分解残余物微生物群落结构影响不显著。（2）与凋_R相比,凋_L中的βG和NAG活性高、βG/AP大。氮磷添加抑制了AP活性,提高了βG/NAG及βG/AP。且氮磷添加对凋_R的AP活性抑制作用更强,对凋_L的βG/NAG提升幅度更大。（3）分解残余物中的Mono/sat、G+/G、F/B分别与锰含量、磷/钙、氮含量正相关;AP、βG/NAG分别与氮/磷、磷/铁正相关;βG/AP、NAG、βG分别与氮/锰、磷/镁、氮/钙负相关。表明根、叶分解残余物仍可对生态系统养分循环相关过程产生不同影响,考虑分解残余物类型可提高全球变化背景下生态系统养分循环过程预报精度。     

林分密度对杉木人工林林下植被和土壤性质的影响

以杉木人工林为研究对象,探究4种林分密度（A：650株/hm²;B：1100株/hm²;C：1250株/hm²;CK：1650株/hm²）林下物种多样性、生物量以及土壤理化性质及其之间的相关性。结果表明：（1）灌木层Shannon-Wiener指数、Patrick丰富度指数及草本层中Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Patrick丰富度指数随林分密度的增加均呈现出双峰型变化趋势,在密度A和C处均出现峰值;灌木层Simpson指数、Pielou均匀度指数随林分密度升高而降低,且灌、草层4种多样性指数最小值均出现在密度CK处。（2）草本层生物量比灌木层高。草本层总生物量（地上+地下）随密度的增大而减少,凋落物的量则随密度的增大而增大。（3）土壤养分含量和林下植物多样性指数随林分密度增大的变化趋势大致相同,且有机质含量在密度A取得最大值。（4）灌木层Shannon-Wiener指数、Patrick丰富度指数与全氮、水解氮、有效磷、有机质呈显著正相关;草本层植被物种多样性与土壤理化性质无显著相关性。（5）各指数与灌木层生物量的相关性较强。综上所述,密度A （650株/hm²）能够促进杉木林林下植被发育,增加林下植被物种多样性、生物量和有机质,可提升维持地力的能力,有利于杉木林稳定持续发展。     

林分密度对云顶山柏木人工林林下物种多样性和土壤理化性质的影响

以成都云顶山柏木(Cupressus funebris)人工林为对象,采用典型样地法研究不同林分密度(1100、950、800、650、500株/hm~2)对林下物种多样性和土壤理化性质及林下物种多样性与土壤理化性质相关性的影响。结果表明:共发现维管植物168种,隶属75科140属。随林分密度的降低,灌木层多样性指数呈先增后减的单峰变化,在密度650株/hm~2出现峰值,草本层多样性指数呈先增后减再增再减的双峰变化,在密度950株/hm~2和650株/hm~2出现峰值。同时发现光照为影响林下植物多样性的重要因素。林分密度对土壤全氮、全钾、速效钾、有机质影响显著,有机质、全氮、全钾、速效钾随林分密度降低呈先增后减的变化趋势。钾、氮、有机质与林下植被物种多样性关系最密切。结论:林分密度650株/hm~2为云顶山柏木人工林最适密度,该密度能较好的提高林下物种多样性和土壤肥力。     

樟树(Cinnamomum camphora)幼苗细根形态对氮磷添加和幼苗密度的响应

全球氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响已成为现代生态学研究热点之一,我国华南地区氮沉降的增长引起了土壤酸化和磷限制加剧等一系列生态问题。密度制约着植物个体对环境资源的吸收利用,是自然界中十分重要的选择压力之一。因此研究樟树(Cinnamomum camphora)幼苗的细根形态对氮磷添加和密度的响应,有利于了解亚热带树木根系对氮沉降和磷添加与林分密度的响应过程和机制,并为全球变化背景下樟树林生态系统的管理提供依据。本研究以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥以模拟大气氮沉降,并且以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加,氮磷处理设置4个水平,即对照、施N、施P和施N+P;种植密度设置10、20、40和80株/m~2 4个水平。测定各处理樟树幼苗细根的根长、表面积、体积和根尖数,分析氮磷添加、密度和两者交互作用对樟树幼苗细根的影响。研究结果表明,与对照处理相比,N、P和N+P处理促进了幼苗细根长度、表面积、体积以及根尖数的增加。低密度条件下的N添加对幼苗根系形态的促进效果强于P添加。N+P处理对10、20、40株/m~2幼苗根系形态的促进效果最佳,而各处理对80株/m~2幼苗根系形态的促进效果均无显著性差异。随着种植密度的增大,幼苗细根长度、表面积、体积和根尖数均减少。樟树幼苗的细根长度、表面积、体积和根尖数在各密度间和不同氮磷添加处理间均有显著性差异,密度和氮磷处理间的交互作用对根系形态各指标均无显著影响。     

Cd污染及其与大气CO2浓度升高、N添加复合作用对大叶相思生长的影响

为了解Cd污染胁迫下树木对CO_2浓度升高、N添加及其复合作用的响应,应用开顶箱,探讨Cd及其与CO_2、N的复合作用对大叶相思(Acacia auriculiformis)基径、树高和生物量的影响。结果表明,Cd添加抑制大叶相思基径、树高和生物量的增长,并且具有时间滞后性;大气CO_2浓度升高、N添加及CO_2+N均有缓解Cd对植物生长抑制作用的趋势,其中, N添加更能促进大叶相思基径的生长,树高生长则对CO_2升高更为敏感;在Cd污染土壤中,N添加的缓解作用最显著。因此,氮肥管理是重金属污染土地修复初期促进植物修复的重要策略。     

不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状对氮磷添加的响应

人类活动改变了氮素从大气向陆地生态系统输入的方式和速率,进而导致森林生态系统养分变化和失衡。研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状的影响,可以为全球氮磷沉降背景下亚热带地区樟树人工林的经营管理提供依据。本试验以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P 4个水平,种植密度设置10、20、40和80株·m~(-2 )4个水平。实验数据表明:N、P和N+P处理对樟树幼苗的苗高和地径均有促进作用,且N+P处理对幼苗生长的促进效果最好。N、P和N+P处理在整体上均能增加幼苗叶片的SPAD值,N和N+P处理均增加了幼苗叶片的比叶面积(SLA),而P处理减少了幼苗的SLA。随着种植密度的增大,N、P和N+P处理下樟树平均单株幼苗的苗高、地径、SPAD值呈现下降的趋势,各施肥处理下叶片的SLA变化规律不明显。密度和氮磷添加对叶片的SPAD值产生显著的交互作用。     

不同种植模式对土壤氮素转化及酶活性的影响

采用两年大田试验,研究了小麦-大豆（A₁）、小麦-甘薯（A₂）、玉米（A₃）、小麦/玉米/大豆（A₄）和小麦/玉米/甘薯（A₅）5种种植模式下,小麦/玉米/大豆套作体系的土壤酶活性变化特征及其对土壤氮素转化的影响.结果表明：与A₁、A₂、A₃和A₅相比,A₄提高了各作物在开花期（或吐丝期）和成熟期的土壤总氮含量及脲酶和蛋白酶活性,处理间表现为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、边行＞中行;降低了小麦、玉米土壤的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及小麦土壤的硝酸还原酶活性.玉米土壤的硝酸还原酶活性在玉米、大豆共生前的拔节期为单作＞套作,在玉米、大豆共生后的吐丝期和成熟期为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口;大豆土壤的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及硝酸还原酶活性在分枝期为单作＞套作,在开花期和成熟期为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、中行＞边行.     

大气CO2浓度升高对不同施氮土壤酶活性的影响

利用中国唯一的无锡FACE（Free-air CO₂ enrichment,开放式空气CO₂浓度升高）平台,研究了大气CO₂浓度升高对土壤β-葡糖苷酶、转化酶、脲酶、酸性磷酸酶、β-氨基葡糖苷酶的影响。研究发现,不同氮肥处理下大气CO₂浓度升高对某些土壤酶活性的影响不同。在低氮施肥处理中,大气CO₂浓度升高显著降低β-葡糖苷酶活性,但是在高氮施肥处理下,大气CO₂浓度升高显著增加β-葡糖苷酶活性。在低氮和常氮施肥处理中大气CO₂浓度升高显著增加了土壤脲酶活性,但在高氮水平下影响不显著。在低氮、常氮施肥处理中,大气CO₂浓度升高对土壤酸性磷酸酶活性没有影响,而在高氮施肥处理中显著增强了土壤中磷酸酶活性。大气CO₂浓度升高对土壤转化酶活性和β-氨基葡糖苷酶的活性有增加趋势,但影响不显著。研究还发现,在不同的CO₂浓度下,土壤酶活性对不同氮肥处理的响应也不同。在正常CO₂浓度下,土壤中β-葡糖苷酶活性随着氮肥施用量的增加而降低,而在大气CO₂浓度升高条件下,却随着氮肥施用量的增加而增加。在大气CO₂浓度升高条件下,高氮施肥显著增加了转化酶和酸性磷酸酶活性,而在正常CO₂浓度下,影响不显著。在大气CO₂浓度升高条件下,氮肥处理对脲酶活性的影响不大,但在正常CO₂浓度下,脲酶活性随着氮肥施用量的增加而增加。氮肥对β-氨基葡糖苷酶活性的影响不明显。     

Effects of elevated atmospheric CO2 on soil enzyme activities at different nitrogen application treatments

It has been predicted that elevated atmospheric CO₂ will increase enzyme activity as a result of CO₂-induced carbon entering the soil. The objective of this study was to investigate the effects of elevated atmospheric CO₂ on soil enzyme activities under a rice/wheat rotation. This experiment was conducted in Wuxi, Jiangsu, China as part of the China FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) Project. Two atmospheric CO₂ concentrations (580±60) and (380±40) μmol·mol^-1) and three N application treatments (low-150, normal-250 and high-350 kg N·hm^-2) were included. Soil samples (0-10 cm) were collected for analysis of β-glucosidase, invertase, urease, acid phosphates and β-glucosaminidase activities. The results revealed that with elevated atmospheric CO₂ β-glucosidase activity significantly decreased (P < 0.05) at low N application rates; had no significant effect with a normal N application rate; and significantly increased (P < 0.05) with a high N application rate. For urease activity, at low and normal N application rates (but not high N application rate), elevated atmospheric CO₂ significantly increased (P < 0.05) it. With acid phosphatase elevated atmospheric CO₂ only had significant higher effects (P < 0.05) at high N application rates. Under different CO₂ concentration, effects of N fertilization are also different. Soil β-glucosidase activity at ambient CO₂ concentration decreased with N fertilization, while it increased at elevated CO₂ concentration. In addition, invertase and acid phosphatase activities at elevated CO₂ concentration, significantly increased (P < 0.05) with N treatments, but there was no effect with the ambient CO₂ concentration. For urease activity, at ambient CO₂ concentration, N fertilization increased it significantly (P < 0.05), whereas at elevated CO₂ concentration it was not significant. Additionally, with β-glucosaminidase activity, there were no significant effects from N application. In general, then, elevated atmospheric CO₂ increased soil enzyme activity, which may be attributed to the following two factors: (1) elevated atmospheric CO₂ led to more plant biomass in the soil, which in turn stimulated soil microbial biomass and activity; and (2) elevated atmospheric CO₂ increased plant photosynthesis, thereby increasing plant-derived soil enzymes.     

Effects of elevated atmospheric CO2 on soil enzyme activities at different nitrogen application treatments

It has been predicted that elevated atmospheric CO₂ will increase enzyme activity as a result of CO₂-induced carbon entering the soil. The objective of this study was to investigate the effects of elevated atmospheric CO₂ on soil enzyme activities under a rice/wheat rotation. This experiment was conducted in Wuxi, Jiangsu, China as part of the China FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) Project. Two atmospheric CO₂ concentrations (580±60) and (380±40) μmol·mol^-1) and three N application treatments (low-150, normal-250 and high-350 kg N·hm^-2) were included. Soil samples (0-10 cm) were collected for analysis of β-glucosidase, invertase, urease, acid phosphates and β-glucosaminidase activities. The results revealed that with elevated atmospheric CO₂ β-glucosidase activity significantly decreased (P < 0.05) at low N application rates; had no significant effect with a normal N application rate; and significantly increased (P < 0.05) with a high N application rate. For urease activity, at low and normal N application rates (but not high N application rate), elevated atmospheric CO₂ significantly increased (P < 0.05) it. With acid phosphatase elevated atmospheric CO₂ only had significant higher effects (P < 0.05) at high N application rates. Under different CO₂ concentration, effects of N fertilization are also different. Soil β-glucosidase activity at ambient CO₂ concentration decreased with N fertilization, while it increased at elevated CO₂ concentration. In addition, invertase and acid phosphatase activities at elevated CO₂ concentration, significantly increased (P < 0.05) with N treatments, but there was no effect with the ambient CO₂ concentration. For urease activity, at ambient CO₂ concentration, N fertilization increased it significantly (P < 0.05), whereas at elevated CO₂ concentration it was not significant. Additionally, with β-glucosaminidase activity, there were no significant effects from N application. In general, then, elevated atmospheric CO₂ increased soil enzyme activity, which may be attributed to the following two factors: (1) elevated atmospheric CO₂ led to more plant biomass in the soil, which in turn stimulated soil microbial biomass and activity; and (2) elevated atmospheric CO₂ increased plant photosynthesis, thereby increasing plant-derived soil enzymes.     

桉树与红锥混交对土壤水解酶活性及其化学计量特征的影响

为从土壤酶活性及其化学计量特征的角度,揭示桉树与珍贵乡土树种混交后土壤养分的响应机制,该文以广西凭祥热林中心青山实验场的桉树纯林、红锥纯林和桉树×红锥混交林为研究对象,采用随机区组试验设计,通过测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)水解酶[β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)]的活性及土壤理化性质,分析桉树与红锥混交对土壤养分状况的影响。结果表明：(1)桉树与红锥混交在0～10 cm和10～20 cm土层均显著提高pH值、有效氮(AN)和有效磷(AP)的含量以及LAP酶活性,显著降低BG和ACP酶活性,但对NAG酶活性影响不显著。(2)SOC和TN与除酶C∶N外的其他土壤水解酶活性及其化学计量比呈现不同程度的显著正相关。(3)在0～10 cm和10～20 cm土层,三种林分间土壤水解酶活性均具有显著差异,SOC和AN含量是土壤水解酶活性产生差异的驱动因子。(4)桉树纯林、桉树×红锥混交林和红锥纯林在0～20 cm土层土壤酶C∶N∶P分别为1∶1.08∶1.37、1∶1.16∶1.34和1∶1.07∶1....