气候暖化对解冻期不同纬度兴安落叶松林土壤氧化亚氮释放的影响

春季解冻期北方森林土壤释放出大量的N₂O,是大气温室气体的主要来源之一.本研究将分布于塔河(52°31′ N)、松岭(50°43′ N)、孙吴（49°13′ N）和带岭（47°05′ N）4个纬度上林分状况相似的兴安落叶松林样地（包括幼树、地被物和A、B层土壤）移置至其自然分布区南缘,模拟气候暖化,分析春季解冻期土壤N2O通量的时间动态及其影响因子.结果表明：各处理的土壤N2O释放高峰均出现在解冻中后期.带岭、孙吴、松岭和塔河样地土壤解冻期的土壤N₂O平均通量分别为（66.5±9.3）、（54.3±5.6）、（44.3±5.3）和（33.5±3.7） μg·m^-2·h^-1;土壤N₂O通量与5 cm土壤温度和0～10 cm土壤微生物生物量碳呈显著正相关,但与土壤含水率的相关性不显著.解冻期4个处理的土壤N₂O释放差异显著,其平均通量和累积释放量均随纬度升高而下降.这种差异主要是由于不同纬度土壤的微生物活性和土壤物理性质的差异引起的.     

移栽自不同纬度的落叶松（Larix gmelinii Rupr.）林的春季土壤呼吸

以往的土壤呼吸(RS)研究大多集中于生长季,而对非生长季RS的认知甚少.常见于中高纬度地区的春季土壤冻融交替是影响陆地生态系统碳循环的关键事件,是RS年内变化格局的转折期.但是春季冻融交替期间RS的动态规律及其机理过程尚缺乏了解.研究以我国北方森林的优势类型--兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)林为对象,在其自然分布区内,将地处4个纬度(处理)的8年生兴安落叶松林生态系统整体移至其分布区的南缘,以模拟气候暖化对RS及其组分的影响.在春季土壤冻融交替时期,采用红外气体分析法和根系排除法测定了移栽自不同纬度的落叶松林的RS和异养呼吸(RH)及其相关的环境因子.研究结果表明:RS与温度的耦联关系随土壤解冻进程而变化.在解冻初期和中期,RS的日进程与温度解耦联,但在土壤完全解冻后却强烈地依赖于土壤温度.从整个土壤解冻过程看,4个处理的RS和RH与土壤温度和含水量相关极显著(R2 = 0.569～0.743,P < 0.001).解冻的初期和中期的RS基本上来自RH组分,土壤根际呼吸(RR)到4月底才出现.RS和RH均受到实验处理、解冻时期及其交互作用的显著影响.RS和RH的平均值随着解冻的进程而增大,而且RS与RH之间的差异也随之增大.RS波动在0.50～3.30 μmolCO2 m-2s-1之间;而RH则波动在0.52～3.04 μmolCO2 m-2s-1之间.在相同气候条件下,4个处理RS有随着纬度的增加而增加的趋势,而且RS对土壤温度的响应程度也随纬度增加而增加.研究结果意味着土壤解冻期间来自纬度较高的兴安落叶松林的RS对气候变暖方案的响应可能更为强烈.     

模拟气候变暖对东北兴安落叶松径向生长的影响

2004年在带岭、孙吴、松岭和塔河构成的纬度梯度上分别选取幼龄兴安落叶松(Larix gmelinii),将其统一移栽到纬度较低的帽儿山地区,以模拟温度升高对兴安落叶松径向生长的影响。在2013年生长季(6—9月)分别在4个纬度移栽原地和移栽地(帽儿山)的树木主干和小枝上取样,主干用微生长锥钻取样芯,小枝直接截取一段,主干和小枝的样品用石蜡切片法得到扩大细胞和成熟细胞的大小及数量的动态变化。结果表明:温度升高导致兴安落叶松主干扩大细胞大小和数量均增加,但是主干径向生长与温度升高不呈正比。生长季前期(6月),带岭小枝成熟细胞数量明显高于其他两组,但在8月晚材细胞数量偏少,表明其还在继续生长。生长季后期(8月),松岭兴安落叶松小枝扩大细胞平均大小为5μm,分化数为4个,而松岭移栽到帽儿山后扩大细胞平均大小为9.9μm,分化数为7个,增长了近1倍。松岭成熟细胞大小较其他两地偏大,可能与其水分状况有关。温度升高不能直接改变植物生长周期一类由基因控制的生理特性,但是对树木不同构件的影响力是不同的,小枝受到的影响要大于主干。当全球变暖尤其是伴随降水量减少时,将减少兴安落叶松径向生长,包括管胞直径、数量和生长周期。通过纬度变化模拟气候变暖,深入分析不同构件树木生长对气候变化的响应,为预测气候变化对兴安落叶松生长及分布的影响提供依据。     

移栽自不同纬度的兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)的树干液流特征

将4个纬度上(大兴安岭塔河、大兴安岭松岭、黑河孙吴、伊春带岭)8年生的兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)幼树移栽到其分布区的南缘构成4个实验处理,以探索树木水分关系的时空变化格局及其影响因子.采用基于热平衡方法的包裹式茎流计和环境因子自动测定系统同步测定移栽自4个纬度的兴安落叶松的树干液流及其相应的环境因子.研究结果表明:兴安落叶松的树干液流密度基本上呈现单峰曲线日变化格局,而日最大液流出现的时间随生长季节和实验处理不同而略有变化.移栽自4个纬度的兴安落叶松的平均单位边材面积液流通量在展叶前、中和后期分别为26.24～54.45 g·cm-2·d-1、114.33～355.39 g·cm-2.d-1和58.32～304.03 g·cm-2.d-1.展叶期间落叶松的日耗水量与距地面10cm处树干直径呈显著的正相关关系;单位边材面积液流通量与针叶长度呈显著的正相关关系.影响树干液流密度的环境因子随生长阶段和实验处理而变化,主要包括太阳辐射、水蒸气压亏缺、相对湿度、气温和风速,其中太阳辐射通常是影响树干液流密度的关键因子.     

秸秆、氮肥和食细菌线虫交互作用对土壤活性碳氮和温室气体排放的影响

采用3因素2水平交互设计室内恒温培养试验,通过调控秸秆施用、氮肥用量及食细菌线虫,探讨三者对土壤微生物生物量碳氮(C_mic和N_mic)、可溶性碳氮(DOC、DON)、矿质氮(NH₄⁺-N和NO₃^--N)及温室气体排放(CO₂、N₂O和CH₄)的交互影响.结果表明： 施用秸秆显著增加了食细菌线虫数量、C_mic和N_mic,而随着氮肥用量增加,C_mic和N_mic降低,食细菌线虫对C_mic和N_mic的影响则依赖于秸秆和氮肥用量.秸秆、氮肥和食细菌线虫对可溶性碳氮和矿质氮表现出强烈的交互作用,其中秸秆和氮肥均增加了DOC、NH₄⁺ -N和NO₃^--N;食细菌线虫对DOC的抑制作用和对矿质氮的促进作用达到显著水平.秸秆处理对CO₂、N₂O的促进及对CH₄的抑制均达到显著水平,而线虫和氮肥的影响则更多表现出交互作用.在培养第56天,有秸秆时,低量氮肥下食细菌线虫显著促进了CO₂的排放,而高量氮肥下则表现出对CO₂和N₂O显著的抑制作用.总之,土壤生态功能的发挥不可忽视土壤动物的作用.     

施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO2通量和活性有机碳库的影响

于2012年7月—2013年7月,在浙江省临安市典型板栗林样地采用静态箱-气相色谱法测定了施用竹叶生物质炭后板栗林土壤CO₂排放速率及土壤温度、含水量、水溶性有机碳(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)含量变化.结果表明： 板栗林土壤CO₂排放通量呈现显著的季节性变化特征.在试验的第1个月中,生物质炭处理土壤CO₂排放通量显著高于对照(无生物质炭),但之后无显著差异;生物质炭处理的土壤CO₂通量年均值和年累积排放量与对照相比无显著差异.生物质炭处理土壤MBC含量年均值(362 mg·kg^-1)显著高于对照(322 mg·kg^-1),而土壤WSOC年均值无显著差异.土壤CO₂排放通量与不同土层土壤温度之间均具有显著相关性;生物质炭处理的土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值显著高于对照;土壤CO₂排放通量与WSOC含量之间具有显著相关性,而与土壤含水量和MBC含量均无显著相关性.综上所述,施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO₂年累积排放量无显著影响,但增加了土壤Q₁₀值;土壤温度和WSOC含量是影响板栗林土壤CO₂排放的主要因素.     

施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO2通量和活性有机碳库的影响

于2012年7月—2013年7月,在浙江省临安市典型板栗林样地采用静态箱-气相色谱法测定了施用竹叶生物质炭后板栗林土壤CO₂排放速率及土壤温度、含水量、水溶性有机碳(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)含量变化.结果表明： 板栗林土壤CO₂排放通量呈现显著的季节性变化特征.在试验的第1个月中,生物质炭处理土壤CO₂排放通量显著高于对照(无生物质炭),但之后无显著差异;生物质炭处理的土壤CO₂通量年均值和年累积排放量与对照相比无显著差异.生物质炭处理土壤MBC含量年均值(362 mg·kg^-1)显著高于对照(322 mg·kg^-1),而土壤WSOC年均值无显著差异.土壤CO₂排放通量与不同土层土壤温度之间均具有显著相关性;生物质炭处理的土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值显著高于对照;土壤CO₂排放通量与WSOC含量之间具有显著相关性,而与土壤含水量和MBC含量均无显著相关性.综上所述,施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO₂年累积排放量无显著影响,但增加了土壤Q₁₀值;土壤温度和WSOC含量是影响板栗林土壤CO₂排放的主要因素.     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.     

长期施用化肥、猪粪和稻草对红壤水稻土化学和生物化学性质的影响

2005年和2007年分别从望城县已建立27年的肥力定位试验田内采集土壤样品,测定土壤有机碳（TOC）、全N、速效N、速效P、微生物生物量碳、氮（C_mic、N_mic）及土壤呼吸和酶活性,研究长期施用化肥、猪粪和稻草对土壤化学和生物化学性质的影响.结果表明：长期施用化肥、猪粪和稻草处理的土壤pH值与试验前相比均有所下降,电导率（EC）变化不大.化肥与猪粪、稻草配施处理的TOC、全N、速效N、速效P、土壤呼吸、C_mic、N_mic和酶活性均高于不施肥（CK）和单施化肥处理;化肥与猪粪、稻草配施处理的水稻产量也高于单施化肥处理.在研究期间,NK化肥与猪粪、NPK化肥与稻草配施处理 的C_mic/TOC大于相应的单施化肥处理.各处理土壤生物化学性质与TOC和养分含量呈正相关(P<0.01).猪粪、稻草与化肥长期配合施用能显著改善土壤化学和生物化学性质,提高土壤质量和土壤肥力.     

猪粪和土霉素对不同肥力土壤微生物数量及活性的影响

在不施肥和施用猪粪两种情况下,采用培养试验研究了不同浓度土霉素污染(0、0.1、1、10、100和1000 mg·kg^-1)对土壤细菌丰度、酶活性和NO₃-N浓度等的影响.试验培养温度为25 ℃,培养时间为30 d,取样分析时间分别为1、4和30 d.结果表明：在不施肥条件下,土霉素污染对土壤细菌数量及微生物活性的影响较小,土壤S₁、S₂和S₃细菌数量、呼吸强度、酶活性和NO₃-N浓度下降10%时土霉素的剂量（EC₁₀）分别为36～1000 mg·kg^-1、20～1000 mg·kg^-1和4～1000 mg·kg^-1;而在施用猪粪的情况下,对应的数值分别为2～656 mg·kg^-1、2～81 mg·kg^-1和1～42 mg·kg^-1.添加土霉素对土壤细菌及酶活性的影响随土壤肥力的提高而增大,且其对土壤细菌数量和呼吸强度的影响大于对酶活性和NO₃-N浓度的影响.土霉素污染对土壤微生物数量和活性的影响随时间变化而变化,一般在培养4 d时的影响最为明显.土霉素对土壤微生物的影响总体上表现为抑制作用.     

施肥对落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量碳和氮季节变化的影响

2007-2008年,采用氯仿熏蒸浸提法测定了落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量,研究施N肥对土壤微生物生物量碳、氮,以及细菌、真菌和放线菌数量季节变化的影响.结果表明：落叶松林地土壤微生物生物量碳、氮两年平均值分别比水曲柳林地低13.8%和18.3%,但两种林分土壤微生物生物量碳、氮具有相同的季节变化规律：5月最低,9月最高;表层（0～10 cm）土壤微生物生物量碳、氮及微生物数量均高于亚表层（10～20 cm）土壤.但细菌、真菌和放线菌数量的季节变化格局与生物量不同.施肥降低了两种林分的微生物生物量碳、氮,以及细菌、真菌和放线菌数量,其中,落叶松林地微生物生物量碳和氮分别降低了24%和63%,水曲柳分别降低了51%和68%.说明施N肥限制了土壤微生物生物量,改变了土壤微生物的群落结构.     

菜园土壤微生物生态特征与土壤理化性质的关系

对广州白云区64个菜园土壤样本的研究表明,微生物碳与土壤全氮、碱解氮、有效钾、阳离子交换量和有机质,微生物氮与土壤全氮、全磷、阳离子交换量及有机质,土壤基础呼吸与土壤全氮、碱解氮、全钾、阳离子交换量及有机质,AWCD值与全氮及有机质含量,以及Shannon多样性指数与全氮和阳离子交换量均呈显著正相关关系.较低的碱解氮含量使土壤微生物碳、土壤基础呼吸和呼吸商的值升高,过高的碱解氮则使呼吸商下降;过高的土壤有效磷降低微生物碳、微生物氮和微生物呼吸商.有效磷/碱解氮比值过高降低了土壤微生物碳、微生物氮、微生物碳氮比及土壤基础呼吸.土壤微生物生态特征与土壤理化性质关系密切,有效养分过高及养分比例不适当对土壤微生物均存在不利影响.     

镉污染对水稻土微生物量、酶活性及水稻生理指标的影响

水稻盆栽条件下,研究了外源Cd不同处理对土壤微生物学指标、土壤酶活性及部分水稻生理指标的影响.结果表明,土壤微生物量C和N开始随Cd浓度增加而上升,到一定浓度时则随Cd浓度增加而下降,其转折点因土壤性质有所差异.同时土壤酶活性变化规律与土壤微生物量C、N变化规律相似,但其转折点浓度因土壤类型及土壤酶种类不同而有差异.Cd污染后的变异系数依次为:脱氢酶＞酸性磷酸酶＞脲酶.土壤呼吸作用强度和代谢熵都随Cd浓度增大而缓慢增加.水稻叶绿素含量随Cd处理浓度增加表现出先上升后下降,其转折点受供试土壤性质不同而不同;脯氨酸含量与过氧化物酶活性随着Cd处理浓度增大而增加.Cd污染后水稻生理指标的变异系数在黄松田水稻土中依次为过氧化物酶活性＞叶绿素含量＞脯氨酸含量;黄红壤性水稻土中依次为过氧化物酶活性＞脯氨酸含量＞叶绿素含量.相关分析表明,种植水稻条件下Cd污染对土壤微生物量、酶活性及水稻生理指标的影响是相辅相成的.     

黑龙江省不同纬度梯度农田大型土壤动物群落分布特征

沿着由高到低的纬度梯度,分别在塔河、带岭、帽儿山的农田生境选择研究样地,采用手捡法调查不同纬度农田生态系统大型土壤动物的群落组成、水平结构、垂直结构和多样性特征,并运用双变量相关分析及典范对应分析阐明土壤动物群落和环境因子的相互关系,旨在揭示黑龙江省不同纬度梯度农田大型土壤动物群落分布特征及其影响因素。调查共捕获大型土壤动物35类2339只,隶属于2门6纲14目35科。其中线蚓科(Enchytraeidae)、正蚓科(Lumbricidae)、步甲科(Carabida)、隐翅虫科(Staphylinidae)为优势类群,其个体数占总个体数的58.84%;常见类群为蚁科(Formicidae)、蜘蛛目(Araneida)和地蜈蚣目(Geophilomorpha)等8类,其个体数占总个体数的32.79%。结果表明:(1)水平分布上:大型土壤动物个体密度和丰富度(即类群数)的水平分布均表现为帽儿山带岭塔河,单因素方差分析表明大型土壤动物的个体密度和丰富度在不同纬度地区无显著差异。Shannon-wiener多样性指数(H')和Pielou均匀度指数(E)均为帽儿山带岭塔河;Simpson优势度指数(C)表现为塔河和带岭最高,帽儿山最少;Margalef丰富度指数(D)则是塔河最多,其次为帽儿山和带岭。(2)垂直分布上:3个不同纬度样地的农田土壤动物个体密度和丰富度在同垂直层次间不存在明显差异(P0.05)。除帽儿山5—10 cm土层土壤动物类群数量较表层增加之外,其他样地大型土壤动物个体密度和丰富度均随土层深度的增加而逐渐降低,表聚性明显。(3)与土壤环境因子关系上:双变量相关分析表明,不同纬度农田大型土壤动物的类群数、个体密度、多样性指数、均匀度指数和优势度指数与土壤p H值、有机质、全氮、全磷和速效磷均没有显著的相关性;典范对应分析(CCA)进一步表明,优势类群和常见类群对环境因子具有较强的适应能力,广泛的分布在3个样地内。研究表明,农田生态系统大型土壤动物的类群数、个体密度和多样性指数随纬度梯度的增加先增加后减少,但不同纬度间均无显著性差异。不同土壤动物类群受到环境变量的影响程度不同,在局地尺度环境因子对土壤动物的影响不容忽视。研究为区域尺度农田生态系统土壤动物空间格局和生物多样性维持机制研究奠定基础。     

东北东部5种温带森林的春季土壤呼吸

春季土壤解冻过程是中高纬度地区森林生态系统土壤呼吸(即土壤表面CO2通量,RS)年内变化的一个关键时期,但此期间RS的时间动态规律及其控制机理尚不清楚。以我国东北东部5种温带森林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法测定春季土壤解冻时期RS动态及其相关的环境因子。结果表明:在土壤解冻过程中,RS受林型、解冻时期及其交互作用的显著影响。红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杨桦(Populus davidiana-Betulaplaty phylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林的RS变化范围依次为:10.0196.0mg·m-·2h-1,5.8217.1mg·m-·2h-1,9.7382.1mg·m-·2h-1,15.8-269.0mg·m-·2h-1和35.9262.5mg·m-·2h-1。RS的平均值随着解冻的进程而增大,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。土壤温度极显著地影响RS(R2=0.46-0.77),而土壤含水量对RS的影响则因林型和土壤深度而异。5种林型的土壤呼吸温度系数(Q10)依次为:落叶松林10.9,硬阔叶林7.1,红松林6.5,杨桦林4.3和蒙古栎林2.3。进一步的研究应该集中研究春季自然解冻过程中土壤呼吸的控制机制,尤其是土壤呼吸与土壤微生物种群动态及其活性之间的关系。     

不同供氮水平对施用玉米秸秆后黑土氨基糖转化的影响

采用室内恒温(25 ℃)培养方法,设置4个氮素添加水平(0、60.3、167.2、701.9 mg N·kg^-1,依次标记为N₀、N_low、N_mid、N_hig),培养38周,研究不同无机氮素添加水平对施入玉米秸秆黑土的氨基糖转化的影响.结果表明：与对照样品相比,添加秸秆可显著促进氨基糖的微生物合成与积累,且在培养前期氨基糖的总量随着无机氮素添加水平的增加而增加,N_mid和N_hig处理氨基糖积累量显著高于N_low和N₀处理;随着培养时间的延长氨基糖总量有所下降,N_low和N₀处理的下降幅度高于N_mid和N_hig处理.不同无机氮素供应水平对各氨基单糖的影响也有所不同,以胞壁酸为代表的细菌细胞壁物质比真菌细胞壁残留物如氨基葡萄糖更易受到土壤碳氮供给的影响,但真菌细胞壁物质对土壤有机质的截获和稳定作用大于细菌.说明对于C/N较大的玉米秸秆,土壤中无机氮素的供给对氨基糖在土壤中的积累转化有明显影响,氮素缺乏会抑制微生物生长,使氨基糖的合成作用减弱,在微生物体中截获的氮源减少,不利于土壤氮素的积累.     

纬度梯度移栽对兴安落叶松针叶暗呼吸温度敏感性的影响

叶片暗呼吸温度敏感性对研究森林生态系统碳循环及其对气候变化的响应具有重要意义,但其树种内的变异性及季节动态还不清楚.本研究于2018年在同质园内测定了移栽自4个纬度(塔河、松岭、黑河和带岭)的兴安落叶松针叶的暗呼吸温度敏感系数(Q₁₀),旨在探索来自不同气候条件树木的Q₁₀的种内变异性及季节动态.结果表明: 4个移栽地的Q₁₀具有明显的季节动态,其最大值均出现在生长季中期.4个移栽地树木的Q₁₀存在显著差异,其变动范围为(1.48±0.01)～(2.15±0.03),并且在每个生长季阶段中差异的变化格局一致,即来自低纬度高温地区的树木Q₁₀值较大.Q₁₀与针叶氮浓度、可溶性糖浓度、移栽地年均气温和年均降水量间均存在显著正相关关系.综上,Q₁₀在移栽地之间的差异及其季节动态主要由针叶养分含量和树木对移栽原地气候的长期适应引起的,这些因素在森林碳循环对气候变化响应的模型和预测中应该予以考虑.     

川西亚高山云杉人工林恢复过程中表层土壤碳动态变化

对川西亚高山云杉原始林及其皆伐迹地上云杉人工林不同演替阶段（22、47和65年）表层（0～30 cm）土壤碳储量及活性有机碳含量进行了分析.结果表明：在0～10、10～20和20～30 cm土层中,土壤总有机碳（TOC）储量分别由22年生云杉人工林的9587、7908和71.55 t·hm^-2减少到65年生云杉人工林的56.12、34.75和31.06 t·hm^-2,且47和65年生云杉人工林各层土壤TOC储量小于原始林（88.08、71.16和64.81 t·hm^-2）;各层土壤易氧化有机碳（EOC）含量分别由原始林的3589、26.91和26.00 g·kg^-1 减少到65年生云杉人工林的20.25、14.50和12.36 g·kg^-1,土壤微生物生物量碳（MBC）含量由原始林的524.44、273.26和257.97 mg·kg^-1减少到65年生云杉人工林的 312.41、186.95和152.18 mg·kg^-1,颗粒态有机碳（POC）含量由原始林的40.23、27.10和19.55 g·kg^-1减少到65年生云杉人工林的12.33、7.31和5.32 g·kg^-1.川西亚高山云杉原始林在转变为人工林后相当长的时间内,土壤有机碳及活性碳一直处于净消耗状态.