衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段植被特征与土壤性质的关系

采用空间代替时间序列的方法,对衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段植被特征与土壤性质的关系进行研究.结果表明:不同植被恢复阶段土壤理化特征存在明显差异,从草坡、灌草、灌丛到乔灌恢复阶段,0～40 cm土层土壤有机质、全氮、速效氮和土壤含水量显著增加,土壤容重显著减小,土壤全磷和速效磷变化不明显,土壤pH逐渐减小,但不同恢复阶段间差异不显著.不同恢复阶段植物群落生物量影响土壤微生物数量和组成,细菌和真菌数量与植物群落地上生物量呈显著正相关,放线菌数量与地上生物量相关性不显著;在各恢复阶段,土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性随着土层的加深而逐渐减弱,并与植物群落丰富度和地上生物量呈显著正相关.     

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响

以典型湖南省衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列的方法,选用立地条件基本相似的草本(狗尾草,GS)、灌草(紫薇-狗尾草,FG)、灌丛(牡荆+剌槐,FX)和乔灌(枫香+苦楝-牡荆,AF)群落阶段,运用Biolog-ECO微平板技术,对4个不同恢复阶段0～10和10～20 cm土层的土壤微生物功能多样性进行研究,探讨植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响.结果表明: 植被恢复后土壤微生物群落代谢活性显著升高,同一土层不同恢复阶段AWCD值的大小顺序为乔灌群落＞灌丛群落＞灌草群落＞草本群落,相同恢复阶段不同土层的AWCD值的大小顺序为0～10 cm＞10～20 cm;主成分分析(PCA)表明,灌草群落与灌丛群落具有相似的土壤微生物C源利用方式及代谢功能,而草本群落、乔灌群落具有不同的C源利用方式及代谢功能,在主成分分离中起主要贡献作用的C源是糖类、氨基酸类以及代谢中间产物和次生代谢物;土壤微生物的Shannon物种丰富度指数(H)、Shannon均匀度指数(E)、Simpson优势度指数(D)和McIntosh指数(U)均以乔灌群落最高,灌草群落和灌丛群落次之,草本群落最低;相关分析表明,土壤含水量(SWC)、土壤总有机碳(STOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和速效磷(AP)对土壤微生物代谢功能及功能多样性指数有重要影响,脲酶(URE)、磷酸酶(APE)、蔗糖酶(INV)和过氧化氢酶(CAT)活性与土壤微生物代谢功能及功能多样性指数存在显著相关关系.表明植被恢复可使土壤微生物代谢功能增强,土壤微生物繁殖加快、数量增大,从而促进土壤微生物对土壤C源的利用强度.     

衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段土壤基础呼吸及代谢熵的变化

采用空间序列代替时间序列的方法,对衡阳紫色土丘陵坡地不同过程中的不同土层、根际(Rhizosphere,R)与非根际(Non-rhizosphere,S)的土壤基础呼吸(Soil basal respiration,SBR)及代谢熵(Metabolic quotient,qCO2)的变化特征以及它们与土壤理化性质的关系进行研究。结果表明：(1)不同恢复阶段SBR与qCO2存在明显差异,从裸地(Ⅰ)、草本群落(Ⅱ)、灌木群落(Ⅲ)至乔木群落阶段(Ⅳ),SBR显著增强,qCO2显著减小,反映土地质量正在逐渐恢复;(2)不同恢复阶段SBR与qCO2存在垂直变化特征,从0～20cm、20～40cm至40～60cm土层, SBR显著减弱,qCO2显著增加;(3)从Ⅱ→Ⅳ,R与S变化明显,R与S的SBR均显著增强, R/S显著减小,表现出R＞S的特点,R与S的qCO2的逐渐减小, R/S逐渐上升,也表现出R＞S的特点,因此,创造更好的土壤条件有利于该区域植被恢复。     

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤活性有机碳库的影响

为了解植被恢复对土壤活性有机碳库的影响,采用空间代替时间序列方法,对衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明,土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)和易氧化碳(ROC)含量均以乔灌阶段最高(P0.05),随土层加深显著减小(P0.05)。随恢复进程,MBC/SOC、DOC/SOC和ROC/SOC显著增加(P0.05);0~20 cm土层,LFOC/SOC随恢复显著增加(P0.05),而20~40 cm土层,LFOC/SOC的差异不明显(P0.05)。随土层加深,LFOC/SOC显著减小(P0.05),DOC/SOC、MBC/SOC和ROC/SOC逐渐增加(P0.05)。SOC、MBC、DOC、LFOC和ROC间存在极显著正相关关系(P0.01)。各类活性有机碳库与土壤含水量(SWC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)和速效磷(AP)呈显著或极显著正相关关系(P0.05或P0.01),与土壤容重(BD)呈极显著负相关关系。因此,植被恢复在一定程度上可提高衡阳紫色土丘陵坡地土壤活性有机碳的形成和积累,增加土壤碳储量。     

衡阳紫色土丘陵坡地不同土地利用模式下土壤种子库特征

为了解衡阳紫色土丘陵坡地不同土地利用模式下土壤种子库特征,利用土壤种子库"萌发法",对衡阳紫色土丘陵坡地种子库在封山育林(20a)模式(Ⅰ)、退耕还林(2a)模式(Ⅱ)、农耕模式(Ⅲ)的土壤种子库进行分析。结果表明:(1)3种土地利用模式种子库平均密度的大小顺序为:模式Ⅱ模式Ⅲ模式Ⅰ。(2)土壤种子集中分布于0~5cm土层,随土层深度增加,种子数量与种类趋于减少。(3)3种土地利用模式种子库物种Czekanowski相似性系数(CC)较低,Patrick丰富度指数(R)的大小顺序为:模式Ⅱ模式Ⅰ模式Ⅲ(P0.05);Shannon-Wiener指数(H)和Pielou均匀度指数(E)的大小顺序均为:模式Ⅱ模式Ⅲ模式Ⅰ(P0.05);Simpson指数(D)的大小顺序为:模式Ⅰ模式Ⅲ模式Ⅱ(P0.05)。(4)土壤种子库所含物种数较接近,物种组成以草本植物为主,菊科、禾本科占优势。(5)封山育林模式和退耕还林模式属于进展演替,封山育林模式处于较高演替阶段,农耕模式属于逆行演替。研究表明:衡阳紫色土丘陵坡地具有依靠土壤种子库实现自然恢复的潜力,但单依靠土壤种子库自然恢复到现存植被是困难的,需要在自然恢复潜力评估的基础上积极充分采取人工促进自然恢复的策略,促进当地的植被恢复。     

柠条对盐碱地植被组成及土壤特性的影响

研究了山西省大同盆地毛皂试验站盐碱滩地人工种植柠条后植被组成、微生物数量、土壤养分特征及变化规律.结果表明:(1)人工种植柠条后,增加了植物物种的丰富度,植物科、属、种的数量均有所增加.不同生境中植物组成结构发生变化,主要优势种发生了根本性变化,披碱草在盐碱地中为绝对优势种,在柠条林下已消失.(2)不同生境中土壤真菌、细菌、放线菌数量的变化规律为:多年生柠条林地土壤>火扰后柠条林地土壤>盐碱地土壤,柠条根际真菌数量最多,而对于细菌和放线菌并没有表现出明显的根际效应.(3)由于成土基质相同,多年生人工柠条林与其毗邻的原生盐碱滩地的全氮、全磷、全钾含量基本一致,但速效养分显著提高,有效磷、速效钾、硝态氮、氨态氮和有机质含量柠条林分别是盐碱滩地的3.4、1.4、1.2、1.4倍和1.7倍.多年生人工柠条林土壤全盐量比原生盐碱滩地显著减少(p<0.01),阳离子交换量和微量营养元素Fe、Mn、Zn的含量比原生盐碱滩地的显著增加(p<0.05).随着柠条的定植,土壤养分保蓄功能以及保证植物良好生长的生态功能明显改善.     

三峡库区紫色土植被恢复过程的土壤团粒组成及分形特征

采用空间代替时间方法,研究了三峡库区紫色土植被恢复过程的土壤团粒结构特征。结果表明:与撂荒地相比,柏木新造林、幼龄林和中龄林表层土壤的5-2 mm干筛团聚体分别增加6.03%、10.32%和10.97%,而<0.25 mm干筛团聚体明显减少;各层土壤的≥0.25 mm水稳性团聚体均随植被恢复进程而明显增加,但其分形维数明显减小;紫色土水稳性团聚体的平均质量直径和几何平均直径均与≥5 mm团聚体呈极显著(P<0.01)正相关,与<0.25 mm团聚体呈极显著负相关,相反地,分形维数与<0.25 mm团聚体呈极显著正相关。研究表明三峡库区植被恢复能有效改善紫色土土壤团粒结构,且随植被恢复年限增加而增强,但是,对郁闭度过大的柏木中龄人工林,应适当抚育间伐。     

黄土丘陵区植被恢复过程中土壤微生物数量演变特征

对黄土丘陵区不同植被恢复模式下土壤理化性状及微生物数量研究表明:植被恢复30年后土壤理化性状和微生物数量都得到明显改善,土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾含量以及微生物数量显著增加;人工刺槐恢复林细菌与真菌数量,随种植年限增长呈现为先增加后减少,到40年时再增加的变化规律;放线菌数量变化规律不明显。相关性分析显示细菌数量和有机质、全氮、碱解氮和速效钾相关性显著,真菌数量和有机质、全氮相关性显著,而放线菌数量与土壤肥力指标相关性不显著。主成分分析揭示出微生物数量可作为评价植被改善土壤质量的指标。     

华西雨屏区植被恢复对紫色土酸化的影响

退耕还林是控制水土流失、恢复森林植被和改善生态环境的重要举措。植被恢复进程中会发生土壤酸化,进而影响植物生长,厘清不同还林树种对土壤酸化的影响程度及作用机制有助于更好地评估退耕还林工程的整体生态效益。以华西雨屏区紫色土坡耕地(玉米)为对照,分析了退耕20a后柳杉纯林、柳杉-光皮桦混交林、慈竹林和茶园土壤pH的变化及其垂直分异。结果表明：玉米地、慈竹林、茶园、混交林和柳杉纯林0—50 cm土壤pH平均值分别为5.66、5.55、5.12、5.03和5.00,相较于玉米地,柳杉纯林、混交林和茶园土壤pH值显著下降(P<0.01),土壤酸化严重。相较于玉米地土壤pH值的均匀分布,植被恢复不同类型人工林pH值随土壤深度的增加而增加,10—50 cm土壤pH值(4.89—5.90)显著高于0—10 cm土壤pH值(4.72—5.21)(P<0.01),表层土壤酸化最明显。土壤pH值与土壤有机质含量呈极显著负相关,而与风化指数Na/K比值呈显著正相关,有机质含量和Na/K比值共同解释了土壤pH值变化的53.9%,表明植被恢复引起的土壤有机质积累与长石类矿物风化是驱动紫色土酸化的重要过程...     

陕北黄土区生物结皮条件下土壤养分的积累及流失风险

分析了陕北黄土高原典型流域生物结皮的形成和发育对土壤养分的积累效应,同时对生物结皮条件下土壤养分的流失风险进行评价.结果表明：生物结皮生长发育后能够迅速增加结皮层及2 cm土层的养分含量,但对深层土壤影响较小;退耕0～20年间结皮层的养分含量与退耕年限之间的关系可用指数函数（y=a［b-exp(-cx)］）拟合,其中有机质、全氮和碱解氮在退耕20年间的增加速度变化不大,而全磷、速效磷和速效钾在退耕初期增加迅速,后期增加缓慢;自然发育生物结皮对土壤养分的年均净贡献量为：有机质50.15 g·m^-2、全氮1.95 g·m^-2、全磷0.44 g·m^-2、碱解氮164.33 mg·m^-2、速效磷9.64 mg·m^-2和速效钾126.21 mg·m^-2,人工培育条件下生物结皮发育更快,对养分尤其是速效养分的贡献速率更高;生物结皮条件下养分含量的提高增加了养分流失风险,尤其是养分随泥沙流失大幅度增加,生物结皮增加的养分中平均有39.06%随泥沙流失,仅有60.94%得以保留.总之,生物结皮可迅速、全面增加表层土壤养分,但同时会加大养分流失风险.尽管如此,土壤养分的净增加量仍相当可观,显示生物结皮具有较好的土壤养分积累效应.     

重金属污染土壤植被恢复过程中的土壤微生物特征

研究了重金属污染裸地植被恢复4、5、6a和7a后的植物凋落物积累量、土壤化学特征、重金属含量与土壤微生物特征.结果表明:与未恢复裸地相比,植被恢复显著地提高了根际土壤中的有机碳(18.6～31.1 g·kg-1)、总氮(0.88～1.56 g·kg-1)和总磷(0.34～0.39 g·kg-1)含量(P<0.05);上述指标以及植物凋落物积累量没有随植被恢复年龄增加而提高.植被恢复地土壤pH、重金属铅、锌、铜的总量和DTPA(diethylenetriaminepentaacetic acid)可提取量均显著地高于未恢复裸地(P<0.05),并且随植被恢复年龄增加呈现出一致提高的趋势.土壤微生物量碳和氮在5个研究样地中的变化趋势基本一致,即最大值均出现在样地RV(恢复5a)(127.34 mg·gdw-1和2.45 mg·gdw-1),然后在样地RVI(恢复6a)和RVII(恢复7a)均有不同程度地下降.微生物量氮在4个恢复样地中变化显著(P<0.05).土壤微生物基础呼吸和功能多样性最大值发生在样地RVI(59.10 mg·gdw-1和3.14),随后在样地RVII中略有下降(P > 0.05).未恢复裸地的土壤微生物对羧酸和胺类化合物利用率显著大于4个恢复样地(P<0.05),对碳水化合物、氨基酸、聚合物和杂合物的利用率显著低于4个恢复样地(P<0.05).主成分分析结果表明,未恢复裸地的CLPP(community level physiological profiles)指纹与恢复样地存在显著差异(P<0.05),4个恢复样的CLPP指纹相似.     

不同海拔对福建戴云山黄山松林土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响

温度、水分等多种环境因子随海拔梯度发生变化,会直接或间接影响土壤微生物生物量、群落结构以及土壤酶活性。然而关于中亚热带地区山地森林生态系统土壤酶活性变化响应的研究还是相对匮乏。戴云山山脉是中国最大的黄山松种质基因基地,本研究以中亚热带戴云山1300 m (L)、1450 m(M)、1600 m(H)的黄山松(Pinus taiwanensis)为研究对象,探究不同海拔下土壤微生物生物量和土壤酶活性如何变化及驱动土壤酶活性变化的主要的环境因子。结果表明:海拔梯度对淀积层(B)土壤的酶活性影响整体较小,在淋溶层(A)土壤中,随海拔升高,纤维素水解酶(β-葡糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH))显著降低,因此使土壤可溶性碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)随海拔升高有下降趋势。尽管酸性磷酸酶活性(ACP)随海拔升高显著增加,然而有效磷(AP)无显著变化。此外随海拔升高,微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)显著降低。冗余分析(RDA)结果发现,MBP和碳/氮比(C/N)是影响A层中土壤酶活性变化最重要的因子,而在B层中,土壤含水量(WC)和MBP对土壤酶活性起主要作用。研究表明,磷限制的亚热带地区,无机磷很容易被铁铝固定,MBP可以对土壤中的有效磷进行补充,成为影响本地区酶活性的主要因素。随海拔海拔降低,土壤有机碳、氮分解相关酶活性较高,从而加速了土壤碳、氮周转。因此,探究不同海拔梯度酶活性变化为预测中亚热带亚山地森林生态系统土壤碳、氮、磷养分循环提供了重要的理论依据,也为戴云山自然保护区黄山松林管理提供一定的科学依据。     

耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响

以位于西南大学的农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站始于1990年的长期定位试验田为对象,研究了冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)及垄作翻耕(LF)等4种耕作方式对紫色水稻土有机碳(SOC)和微生物生物量碳(SMBC)的影响。结果表明,4种耕作方式下SOC和SMBC均呈现出在土壤剖面垂直递减趋势,翻耕栽培下其降低较均匀,而免耕栽培下其富集在表层土壤中。同一土层不同耕作方式间SOC和SMBC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。在0—60 cm剖面中,SOC含量依次为:LM(17.6 g/kg)>DP(13.9 g/kg)>LF(12.5 g/kg)>SH(11.3 g/kg),SOC储量也依次为:LM(158.52 Mg C/hm2)>DP(106.74 Mg C/hm2)>LF(93.11 Mg C/hm2)>SH(88.59 Mg C/hm2),而SMBC含量则依次为:LM(259 mg/kg)>SH(213 mg/kg)>LF(160 mg/kg)>DP(144 mg/kg)。与其它3种耕作方式比较,LM处理显著提高SOC含量和储量以及SMBC含量。对土壤微生物商(SMBC/SOC)进行分析发现,耕作方式对SOC和SMBC的影响程度并不一致。SMBC与SOC、全氮、全磷、全硫、碱解氮、有效磷均呈现极显著正相关(P<0.01),与有效硫呈显著正相关(P<0.05);表明SMBC可以作为表征紫色水稻土土壤肥力的敏感因子。     

Microcalorimetric assessment of microbial activity in long-term fertilization experimental soils of Southern China

Microcalorimetry, plate count and PCR–denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) were employed to investigate microbial diversity and activity in soils from the Red Soil Experimental Station of the Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hunan Province, China, where a wheat–corn rotation with 12 fertilization treatments was established in 1990. Fertilization greatly increased microbial biomass carbon (C) and nitrogen (N) (C_mic and N_mic) as well as the activities of phosphatase, urease, invertase, protease, catalase and dehydrogenase. Manure alone (M) enhanced the number of denitrifying and aerobic bacteria by 54.4% and 20.5%, respectively, whereas fallow (H) increased the number of aerobic cellulose decomposing bacteria by 31.4%. Fallow and soils amended with mineral fertilizers plus pig manure or straw increased both the DGGE band patterns and the Shannon index compared with mineral fertilizers or the control. Mineral treatments with lower bacterial numbers enhanced the values of the peak time ( t _max) more than did organic treatments. The peak height ( P _max) was positively correlated ( P <0.01), with soil enzymes, C_mic and N_mic, and the number of microorganisms, whereas the peak time ( t _max) was negatively connected ( P <0.01) with these parameters. The microbial growth rate constant ( k ) was linked to bacteria ( P <0.01), actinomycetes ( P <0.05) and catalase ( P <0.05). The total heat evolution ( Q ) had no relationships with any soil microbial properties (except for catalase). We propose that P _max and t _max could be used as indices of soil microbial activity, while the values of k and Q are poor indicators.     

喀斯特峰丛洼地不同退耕还林还草模式的土壤微生物特性

以坡耕地为对照,研究了喀斯特峰丛洼地任豆、香椿、板栗、柑橘、任豆+桂牧1号、桂牧1号和撂荒7种常见退耕还林还草模式下土壤微生物种群数量、微生物量碳氮磷及其分形特征和主要土壤酶活性特征。结果表明,不同退耕还林还草模式土壤微生物种群数量组成不同,除任豆模式外其他退耕还林还草模式均能提高土壤微生物总数量;不同退耕还林还草模式(除任豆模式外)土壤微生物量碳(MB_C)含量极显著增加,撂荒地最高,土壤微生物量氮(MB_N)含量变化范围不大,呈下降趋势,土壤微生物量磷(MB_P)含量的变异很大,香椿、板栗、撂荒和桂牧1号模式显著或极显著高于坡耕地;土壤MB_C与细菌数量的关系最相关(D=-4.07,R=0.81,P<0.01),其次为MB_C与放线菌数量(D=3.82,R=0.44,P<0.05),再次为MB_N与真菌数量(D=0.58,R=0.61,P<0.01),MB_C与真菌数量、MB_N与细菌、放线菌数量以及MB_P与细菌、真菌、放线菌数量之间不存在分形关系;不同退耕还林还草模式(除桂牧1号模式外)均显著或极显著增加了土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性。总之,不同退耕还林还草模式均改善了土壤微生物特性,为喀斯特峰丛洼地脆弱生态系统恢复与重建提供了重要依据。     

Factors determining soil microbial biomass and nutrient immobilization in desert soils

We examined the 10-day response of soil microbial biomass-N to additions of carbon (dextrose) and nitrogen (NH₄NO₃) to water-amended soils in a factorial experiment in four plant communities of the Chihuahuan desert of New Mexico (U.S.A.). In each site, microbial biomass-N and soil carbohydrates increased and extractable soil N decreased in response to watering alone. Fertilization with N increased microbial biomass-N in grassland soils; whereas, fertilization with C increased microbial biomass-N and decreased extractable N and P in all communities dominated by shrubs, which have invaded large areas of grassland in the Chihuahuan desert during the last 100 years. Our results support the hypothesis that the control of soil microbial biomass shifts from N to C when the ratio of C to N decreases during desertification.     

栽植生姜对不同种植模式下紫色土微生物生物量及水解酶活性的影响

研究了岷江下游紫色丘陵区玉米+红薯间作、大豆单作、生姜连作、水稻-紫云英轮作等4个典型种植模式下栽植生姜后土壤微生物生物量碳、氮、磷含量和水解酶活性的变化特征.结果表明： 栽植生姜显著降低了4个种植模式下土壤微生物生物量碳、氮和磷含量,但各种植模式之间存在较大差异.其中,玉米+红薯间作和水稻-紫云英轮作模式下土壤微生物生物量碳、氮的下降幅度明显低于大豆单作与生姜连作模式,但土壤微生物生物量磷下降幅度明显较高.栽植生姜显著降低了土壤酸性磷酸酶活性,其下降幅度以玉米+红薯间作模式最大,水稻-紫云英轮作模式最小;土壤转化酶活性在生姜连作模式下显著降低;土壤脲酶活性在大豆单作、生姜连作和水稻-紫云英轮作模式下均显著降低.相对于其他模式,栽植生姜使玉米+红薯间作模式下的土壤维持了较高的转化酶和脲酶活性.