污染土壤生态修复的理论内涵、方法及应用

讨论了污染土壤生态修复的理论内涵、修复方法的优化组合及其应用案例.将污染土壤生态修复的目标拓展为:目标污染物降低到可接受程度、土壤生态毒理性降低到可接受程度、部分恢复或全部恢复土壤的生态服务功能.归纳出污染土壤生态修复的5个特点、5个原则.初步提出污染土壤生态修复方法优化组合的原则.污染土壤生态修复方法优化组合表现出以...     

米槠和杉木人工林土壤酶活性和酶化学计量特征对凋落物输入的短期响应

凋落物输入刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物中碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分释放,但不同基质质量凋落物输入如何调控土壤胞外酶活性和酶化学计量特征仍不清晰。本研究以亚热带10年生米槠和杉木人工林为研究对象,采用凋落物输入原位微宇宙试验,分析了2021年4—8月、10月和12月不同凋落物输入对β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶(AP)5种土壤胞外酶活性及其化学计量特征的影响。结果表明：1)与无凋落物输入相比,米槠人工林凋落物输入对土壤酶活性、酶化学计量和矢量特征均无显著影响;而杉木人工林凋落物输入使5月土壤AP活性显著提高1.7%,使8月酶化学计量碳氮比、10月酶化学计量碳磷比和氮磷比分别降低3.8%、11.7%和10.3%,使10月土壤酶向量角增加到53.8°,表明土壤微生物存在显著磷限制。2)偏最小二乘回归分析表明,土壤可溶性有机质和微生物生物量C、N分别是米槠和杉木人工林土壤胞外酶活性响应凋落物输入的主要影响因子。总体上,低质量(高C/N)的杉木凋落物输入在短期内更能刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物分解,研究区域土壤微生物受到磷限...     

土壤动物对川西亚高山和高山森林凋落叶第一年不同分解时期N和P元素动态的影响

土壤动物对高寒森林凋落物养分元素动态具有重要影响, 但这种影响受控于凋落物质量及环境条件。为了解土壤动物对高寒森林凋落物不同分解时期凋落物中N和P元素动态的影响, 采用凋落物分解袋的方法, 于凋落物第一年分解的不同时期, 即冻结前期、冻结期、融化期、生长季节初期、生长季节中期和生长季节末期, 研究了3.00和0.04 mm孔径凋落物袋中川西亚高山和高山森林的代表性植物——康定柳(Salix paraplesia)、方枝柏(Sabina saltuaria)、红桦(Betula albosinensis)和岷江冷杉(Abies fargesii var. faxoniana)凋落物中的N和P元素动态特征。结果表明: 康定柳和红桦凋落物中的N元素呈现出释放—富集—释放的模式, 方枝柏、岷江冷杉凋落物中的N元素则表现为释放—富集模式; 凋落物P元素总体表现为释放模式, 但4种植物凋落物均在生长季节中期具有明显的富集过程; 从凋落物分解的第一年来看, 土壤动物明显促进了4种植物凋落物N的释放, 而抑制了P的释放; 不同时期土壤动物对凋落物中N和P释放量的影响存在显著差异, 且分别与正积温呈极显著正相关和极显著负相关关系; 相对于阔叶植物凋落物, 土壤动物对针叶植物凋落物中N和P元素动态的影响更为显著。这些结果为深入了解高寒森林生态系统土壤动物与凋落物分解等物质循环过程的相互联系具有重要意义。     

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.     

高寒森林溪流微生物群落结构的季节性变化

高寒森林溪流不仅是区域河流的源头,而且是联系陆地与水域的生态纽带。微生物活动可能成为控制溪流生态系统过程的关键因子,但其结构与动态过程缺乏必要关注。因此,结合同步温度动态监测,采用实时荧光定量PCR和DGGE技术,在2014年到2015年冻融季节和生长季节关键时期对比研究了川西高寒森林溪流和森林林下土壤中微生物群落的动态特征。研究结果发现,高寒森林溪流具有较低的真菌和细菌群落丰度;与森林土壤相同,溪流在冻融季节表现出相对生长季节更高的真菌/细菌比,而且从冻融季节到生长季节,溪流微生物丰度动态也表现出明显的季节性变化特征。与森林土壤不同的是,溪流中细菌和真菌的丰度及其Shannon-Wiener多样性指数的最高值均出现在生长季节而不是冬季冻融季节,并且溪流中细菌丰度在季节性变化的不同时期具有显著差异(P0.05)。此外,森林土壤细菌类群以芽孢杆菌属(Bacillus sp.)比例相对较高,真菌类群则以格孢菌属(Pleosporales sp.)、曲霉属(Aspergillus sp.)和其他一些子囊菌门(Ascomycota)的类群为优势;而溪流细菌类群以红球菌属(Rhodococcus sp.)为主,真菌类群则以曲霉属和空团菌属(Cenococcum sp.)为主。同时,季节性变化中温度、p H、水溶性有机碳和溶解氧等环境因子可显著影响溪流微生物群落结构及其组成,这些环境因子在高寒森林溪流微生物群落的季节性变化过程中具有重要的作用。     

高山森林林窗对苔藓及土壤微量元素含量的影响

苔藓植物和土壤在森林元素循环过程中具有重要作用,其元素含量特征可能受林窗和生长基质的影响,但有关不同林窗位置对苔藓和土壤微量元素含量影响的研究尚未见报道。为理解林窗更新对森林苔藓和土壤微量元素含量及分布特征的影响,于2016年10月,调查研究了在川西高山岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林林下、林缘、林窗和旷地中地表苔藓和石生苔藓Na、Zn、Mg、Mn、Ca、Fe元素含量以及对应土壤有机层和矿质土壤层的元素含量。结果表明:川西高山森林地表苔藓与石生苔藓的Na、Zn、Mg、Fe、Ca含量差异不显著,地表苔藓的Mn元素含量显著高于石生苔藓;土壤有机层的Zn、Mg、Mn和Ca元素含量显著高于矿质土壤层,但Fe元素含量则相反,Na元素含量差异不显著。林窗位置对地表苔藓和石生苔藓Na、Zn、Ca和Fe元素含量具有相似的影响,均以林窗和旷地相对较高;石生苔藓与地表苔藓的Mn含量对林窗的响应存在差异,石生苔藓的Mn含量以林下最高,而地表苔藓则以林窗中心最高。但是,林窗对苔藓植物Mg元素含量的影响不显著。森林林窗位置对土壤有机层和矿质土壤层微量元素含量具有相似的影响。Na元素含量以旷地土壤最高,而Zn、Mn、Ca和Fe含量以林窗中心的土壤最高;除元素Na,所有微量元素均以林缘的土壤最低。此外,地表苔藓的Na、Zn、Mn和Ca含量显著高于土壤,而土壤中的Fe含量显著高于苔藓植物;苔藓中Ca和Mn元素含量与土壤的Ca和Mn元素含量呈显著正相关。可见,高山森林林窗更新过程在不同程度上影响了森林地表苔藓和土壤对微量元素的吸存特征,为进一步了解林窗和苔藓植物在高山森林生态系统物质循环中的作用提供了新的角度。     

岷江干旱河谷黄蔷薇和川滇蔷薇更新能力及其限制因素

植物种子、种子库和幼苗库的研究是种群更新和植被恢复的重要内容.研究了岷江干旱河谷两种乡土灌木(黄蔷薇和川滇蔷薇)的种子、种子库和幼苗库特征.黄蔷薇和川滇蔷薇种子产量较高, 分别为(627±216)和(7832±4347)果/丛,但种子质量较差,饱满率分别为(49.62±1.03)%和(73.83±3.42)%,活力为(32.25±0.67)%和(55.38±2.5)%.黄蔷薇种子产量和活力低于川滇蔷薇,但其种子重量和休眠程度却远高于川滇蔷薇.两种蔷薇土壤种子库的水平和垂直分布格局相似:在水平分布上,离植株基部越近,种子密度越高;在垂直分布上,种子主要分布在地表层.黄蔷薇和川滇蔷薇种子库密度均较高,分别为(560±90)粒m2和(1955±235)粒/m2,但活力种子数量较少,分别为(26±4)粒/m2和(152±18)粒/m2, 处于休眠状态的种子,黄蔷薇(60.6%)较川滇蔷薇(18.4%)高,可萌发的种子,两者分别为(10±1)粒/m2和(124±14)粒/m2.黄蔷薇(65.3%)的种子库中被啮齿动物取食的比例较川滇蔷薇(0.5%)高.两种蔷薇的幼苗密度差异不大,黄薇幼苗密度((4.28±0.49)株/m2)略小于川滇蔷薇((5.24±1.28)株/m2).幼苗组成的总体趋势是高度级低的幼苗所占的比例相对较高,且Ⅰ级幼苗数显著高于较其他级幼苗数.研究表明,两种蔷薇种子存在休眠,能形成持久种子库,种子特征对种子库和幼苗库具有深刻影响.两种蔷薇更新状况不佳,比较而言,黄蔷薇更新较川滇蔷薇好.黄蔷薇更新的主要限制因素是动物对种子的破坏,而川滇蔷薇更新的主要限制因素是幼苗存活定居.     

亚高山森林林窗大小对凋落叶木质素降解的影响

木质素降解是认识高寒森林凋落物分解过程的关键环节,可能受到林窗大小及其在不同季节水热环境的影响。采用分解袋法,研究了川西亚高山森林不同面积大小林窗下红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落叶在初冻期、深冻期、融化期、生长季节初期、生长季节中期和生长季节后期的木质素分解动态特征。研究结果表明,采样时间和林窗面积大小对两种凋落叶的木质素降解均有显著影响。经历1a分解,红桦凋落叶的木质素降解了21.53%—27.65%,而岷江冷杉凋落叶的木质素富集了7.95%—19.40%。较大林窗促进了冬季岷江冷杉凋落叶和生长季节红桦凋落叶木质素的降解,抑制了冬季红桦凋落叶木质素的降解;而生长季节岷江冷杉凋落叶木质素富集速率则为林下大林窗中林窗小林窗。逐步回归分析表明,凋落叶木质素的降解过程在冬季主要受到负积温和土壤冻融循环次数的影响(木质素结构的物理破碎),而在生长季节则主要受到平均温度和正积温的影响(木质素的生物降解)。可见,川西亚高山森林木质素降解受林窗格局变化的显著影响,且林窗大小对凋落叶木质素降解的影响与物种和分解时期有关。     

高山森林林窗对凋落叶分解的影响

林窗对降水和光照等环境条件的再分配以及分解者群落的影响可能深刻作用于森林凋落物分解过程,但有关高山森林林窗大小对凋落物分解的影响尚无研究报道。采用凋落物分解袋法,研究了川西高山森林不同大小林窗对非生长季节和生长季节红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)凋落叶质量损失的影响。结果显示,经过1a的分解,不同生境下红桦和岷江冷杉凋落叶分别分解了27.25%—30.12%和27.04%—27.96%,其中非生长季节占53.83%—60.18%和50.23%—59.09%。林窗对红桦和岷江冷杉凋落叶质量损失的影响因物种不同而呈现季节差异。总体上,林窗加快了岷江冷杉凋落叶的分解而延缓了红桦凋落叶的分解。与郁闭林下相比,林窗显著增加了2种凋落叶非生长季节的质量损失速率,显著降低了生长季节2种凋落叶的质量损失速率;2种凋落叶质量损失速率在非生长季节随林窗面积增大而加快,在生长季节随林窗面积增大而减慢。林窗显著影响了初冻期、深冻期和融化期岷江冷杉凋落叶的质量损失率,但对红桦凋落叶质量损失率影响不显著。可见,高山森林凋落物分解过程受到林窗的显著影响,并且阔叶和针叶凋落叶在非生长季节和生长季节对林窗的响应具有明显差异。     

川西亚高山-高山森林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应

为深入了解川西亚高山-高山森林冬季生态学过程,于2008年11月—2009年10月,在土壤冻结初期、冻结期和融化期及植被生长季节,研究了不同海拔(3582 m、3298 m和3023 m)岷江冷杉林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应。3个海拔森林土壤冬季具有较高养分含量,且随土壤冻融过程不断变化。土壤有机层可溶性碳和氮、铵态氮、硝态氮含量在冻结初期显著增加后快速降低,并随融化过程迅速增加后再次降低,而土壤可溶性碳和氮、硝态氮含量在冻结期变化不明显,铵态氮显著增加。矿质土壤层可溶性碳和氮、铵态氮含量也在冻结初期显著增加后降低,而土壤可溶性氮、铵态氮和硝态氮在冻结期显著增加,并在融化期经历一个明显的含量高峰。海拔和土层的交互作用显著影响土壤可溶性碳和硝态氮含量,土壤养分含量与土壤温度的相关性随海拔差异而不同。这表明季节性冻融期是土壤生态过程的重要时期,土壤冻融格局显著影响川西亚高山-高山森林土壤养分动态。