不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐分布的影响

针对南疆地区水资源短缺和棉田土壤盐碱化问题,研究不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐的影响,为棉田节水控盐和高效生产提供理论依据。通过大田膜下滴灌试验,以棉花灌水时期滴头下方20 cm处土壤基质势下限控制水平-50 kPa为对照(CK),在棉花的苗期(A)、苗期+蕾期(B)、苗期+蕾期+花铃期(C)设置3个基于土壤基质势下限的灌溉水平:W₁(-20 kPa)、W₂(-30 kPa)和W₃(-40 kPa),测定棉花生长、地上干物质量、产量和土壤水盐分布等指标。结果表明:不同生育期土壤基质势调控时,株高、叶面积指数和地上干物质量均表现为:WC>WB>WA>CK;不同土壤基质势水平调控时,随着土壤基质势下限的提高,株高、叶面积指数和地上干物质量也随之增加,其中,W₁C和W₂C处理显著高于其他处理。有效铃数、单铃重和衣分等产量构成要素均随着土壤基质势下限的升高而增加。W₁C和W₂C处理棉花的产量基本一致且显著高于其他处理,W₂C的水分利用效率显著高于W₁C处理。不同生育期土壤基质势均控制在-20或-30 kPa可以改善棉花主根区水分状况。各处理在收获期均表现为浅层积盐(0～40 cm),且膜外大于膜内;土壤基质势越高,膜内主根区(0～40 cm)积盐越少,其中W₁C和W₂C较其他处理减少24%。综合考虑高效生产和节水控盐,建议将当地休作期未淋洗棉田灌水时期土壤基质势控制在-30 kPa为宜。     

水文气候影响下黄河三角洲土壤盐分时空动态

近年来,黄河三角洲在水文气候和人类活动影响下的土壤盐渍化问题日益突出。本研究以东营市河口区、垦利区、东营区和利津县为研究区,选取1985—2018年间20期Landsat系列影像,利用数值回归校正法进行影像光谱一致性转换,在此基础上运用偏最小二乘回归法构建土壤盐分定量反演模型;根据最佳盐分预测模型反演的研究区土壤盐分含量数据,分析土壤盐分(SC)时空变化特征,并探讨水文气候因素的影响。结果表明: 选用10个敏感光谱指数构建的土壤盐分反演模型的预测精度较高,其建模决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)为0.769、1.125,验证R²、RMSE和相对分析误差(RPD)分别为0.752、1.203、2.08。利用2016年土壤盐分数据进行反演精度检验,实测值与反演值的R²为0.7279。该模型对1985—2018年20期影像进行土壤盐分反演的结果异常值在10%以内。研究期间,区域平均盐分含量总体呈先上升后下降的趋势,最低的年份为1985年(3.14 g·kg^-1),最高的年份为1995年(5.86 g·kg^-1)。空间变化上,研究区重度盐渍土和盐土面积减少,轻、中度盐渍土面积显著增加(66.6%),盐渍土总面积呈扩大趋势。水文气候条件对土壤盐分的影响具有一定滞后性。气温对土壤盐分积累有促进作用,前半年和前1年的平均气温与含盐量均显著相关,R分别为0.507和0.538;土壤含盐量与区域降水量的相关性不显著,受前季黄河径流量的影响最大,R达-0.543。     

黄山松土壤可溶性有机质对氮添加的响应及其与细菌群落的关联

为探究黄山松土壤可溶性有机质(DOM)数量和质量对短期氮(N)添加的响应及其与细菌群落的关联,在福建戴云山自然保护区设置不同N添加水平(0、40和80 kg N·hm^-2·a^-1)试验,采用三维荧光与平行因子联用法,并结合高通量测序手段分别对土壤DOM和细菌群落进行分析。结果表明: 与对照相比,N添加整体降低了0～10和10～20 cm土层可溶性有机碳(DOC)含量和DOM腐殖化指数(HIX),其中,高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)添加下均显著降低。平行因子分析法进一步表明N添加下DOM中类腐殖质组分(C1、C2)的相对含量降低。此外,N添加减少了富营养细菌(变形菌门、酸微菌纲)的相对丰度,而增加了贫营养细菌(斯巴达杆菌纲)的相对丰度。富营养细菌的相对丰度与HIX、C1、C2呈显著正相关,与相对易分解的类富里酸组分(C3)呈显著负相关;而贫营养细菌的情况则相反。说明N添加下不同生活策略的细菌类群对DOM中难分解和易分解组分存在明显的偏好性。我们推测N沉降加剧背景下土壤微生物生活策略的转变可能有助于DOM组分的塑造。     

种植模式对当归根际细菌群落多样性及代谢通路的影响

连作障碍严重限制了当归产业的可持续发展。为了探索当归(Angelica sinensis)高效栽培技术,本研究在当归主产区甘肃省渭源县设置5种种植模式(A: 豌豆-当归-当归,对照;B: 豌豆-小麦-当归;C: 豌豆-蒙古黄芪-当归;D: 豌豆-马铃薯-当归;E: 豌豆-休耕-当归),于采挖期分别测定不同种植模式下,当归根际土壤理化特性和细菌基因组DNA相对丰度,分析不同种植模式对当归根际土壤理化特性、细菌群落多样性和代谢通路的影响。结果表明: 1) 5种种植模式下当归根际土壤理化特性差异较大。与对照相比,C模式根际土壤的电导率显著增加,B、D和E模式的电导率略有下降,B、C、D和E模式的土壤CO₂呼吸速率显著提高。2) 5种种植模式的当归根际土壤细菌隶属于26门368属,其中,芽单胞菌门的芽单胞菌属、变形菌门的鞘脂单胞菌属和酸杆菌门的Subgroup_6属为优势菌属。与对照相比,B、C模式变形菌门和放线菌门的相对丰度显著增加,D模式酸杆菌门的相对丰度显著降低;E模式变形菌门、酸杆菌门和放线菌门的相对丰度显著增加。3) 5种种植模式下,当归根际土壤的pH值、电导率、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量与变形菌门细菌的相对丰度呈显著负相关。4) 5种种植模式下,当归根际土壤中6种代谢通路细菌的相对丰度差异显著。C模式对当归根际土壤理化特性和细菌群落有较好的调节作用,是克服当归连作障碍的主要种植模式。     

Responses of soil labile organic carbon and water-stable aggregates to reforestation in southern subtropical China

中国南亚热带土壤易分解有机碳和水稳性团聚体对造林的响应 造林被认为可以提高土壤碳稳定性并促进土壤碳累积。然而,实验结果差异很大,造林在提高土壤碳稳定性方面的作用仍存在争议。因此,在森林生态系统中不同土壤碳库对造林如何响应目前尚不清楚。基于此,本文对亚热带地区的尾叶桉林(Eucalyptus urophylla)、厚荚相思林(Acacia crassicarpa)、 红锥林(Castanopsis hystrix)、10树种混交林和自然恢复草坡等5种不同林型的土壤碳组分进行了研究,评估其不同土层(0–10、10–20、20–40 和40–60 cm)中的土壤易分解有机碳(容易被高锰酸钾氧化的有机碳ROC和土壤可溶性有机碳DOC)及土壤团聚体相关的碳对造林的响应。实验结果表明,造林(与自然恢复草坡比较)和林型并没有显著影响土壤ROC浓度,而自然恢复草坡土壤的DOC浓度在4个土层中均最高。0–10 cm土层中各径级的土壤团聚体其碳(C)浓度均是红锥林最高。此外,在任一土层中,林型对不同径级土壤水稳性团聚体比例的影响均不显著。但是土壤深度显著改变土壤团聚体的分布,0–20 cm土层主要为>0.25 mm粒径的团聚体,20–60 cm土层则是0.053–2 mm粒径的团聚体占主导。这些结果显示造林和林型影响土壤DOC 和团聚体C,而且它们相比于ROC对造林的响应更为敏感。研究发现,与自然恢复相比,人工林降低了土壤DOC浓度,暗示它可能会减少土壤C的淋溶损失。此外,红锥林能够通过物理保护提高表土层中土壤碳的稳定性。本研究为关注土壤碳汇功能时的中国南亚热带地区造林树种选择提供了有价值的信息。     

Understorey plant community assemblage of Australian Eucalyptus woodlands under elevated CO2 is modulated by water and phosphorus availability

水分和磷调控的澳大利亚桉树林林下植物群落组合对二氧化碳浓度升高的响应 鉴于林下植物群落具有的关键性功能作用和全球范围内巨大的森林覆盖面积,研究林下群落对 CO₂浓度升高(eCO₂)的响应以及土壤资源在这些响应中的作用,对于了解CO₂浓度升高对森林生态系统造成的影响非常重要。本研究评估了在澳大利亚东部磷有限的桉树林林下群落中,两种限制性的资源(即水分和磷)在发芽、物候、覆盖率、群落组成和叶片性状等方面对eCO₂响应的作用。我们收集了含有当地土壤种子库的土壤,在温室条件下种植实验性的林下植物群落。研究结果表明,添加磷提高了植物的总体覆盖率,特别是在生长期的最初4 周以及水分含量高的条件下,而且该响应是由植物群落中的类禾本科植物所驱动。然而,随着实验的进行,不同处理方法之间的差异逐渐减小,所有处理在大约11周后均达到了80%左右的植物覆盖率。相反,植物覆盖率并未受到eCO₂ 的影响。多元分析结果反映出植物群落组成随时间的变化,盆栽从以裸土为主变为以高覆盖率的多样化群落为主。但是在实验过程中,磷的添加以及水分可利用性和CO₂之间的相互作用都对植物群落随时间的变化轨迹有所影响。CO₂浓度的升高也增加了群落水平的比叶面积,这表明植物群落对eCO₂的功能适应可能发生在成分响应开始之前。鉴于我们用种子库培育的林下群落对eCO₂ 的响应随着时间的推移而有 所变化,并且受到与磷和水分可利用性的相互作用的调节。我们的结果表明,在水分含量有限的系统中, 特别是在土壤养分可利用性低所导致的生产力响应受限的情况下,CO₂浓度的升高在塑造植物群落方面作用有限。     

Effects of pulse precipitation on soil organic matter mineralization in forests: spatial variation and controlling factors

脉冲降水对森林中土壤有机物矿化的影响：空间变化和控制因素 降水脉冲效应使土壤有机物在短时间内迅速分解并释放大量CO₂到大气中。降水脉冲效应对生态系统的碳循环和土壤碳平衡的研究具有十分重要的意义,但它在森林土壤中的空间变化和基本机制仍不清楚。我们采集中国东部22个典型森林生态系统的土壤样品(0–10cm),研究模拟脉冲降水对土壤微生物呼吸速率的影响。模拟降水脉冲使土壤样品达到65%饱和含水量,以分钟为单位测量R_s,持续48 小时。研究结果显示,降水脉冲可以使微生物呼吸速率迅速增加1.70–38.12倍。微生物最大呼吸速率 (R_s-soil-max)、碳释放总量R_s (A_Rs-soil)和达到呼吸峰值的时间(T_Rs-soil-max)在不同的土壤中存在显著差异。此外,不同 气候区的脉冲效应也有明显不同。中温带的R_s-soil-max (11.701 µg C g⁻¹ soil h⁻¹)和A_Rs-soil (300.712 µg C g⁻¹ soil)最高。土壤化学特性(总碳和总氮、pH值和氧化还原电位)和土壤粒径与森林土壤的脉冲效应密切相关,但土壤微生物的贡献较小。我们的研究结果表明,在大尺度范围内,脉冲变化短期内增加森林土壤中CO₂的排放,并揭示了对这种变化影响最大的因素。这些发现为未来对森林生态系统的碳循环和调节全球生态系统碳循环的研究提供科学数据支持。     

Leaf traits from stomata to morphology are associated with climatic and edaphic variables for dominant tropical forest evergreen oaks

热带森林优势种青冈叶片气孔、解剖和形态性状与气候、土壤因子的关联 了解优势树种叶片多水平的功能性状沿海拔梯度的变化及其内在关联,有助于预测优势种应对气候变化的响应与适应。本文研究了青冈属树种叶片气孔、解剖和形态性状沿海拔梯度的变化及其与环境调控因子的关联,探究了其生态策略是否随海拔发生改变。在海南尖峰岭热带森林,沿海拔梯度(400–1400 m)采集了6种常绿青冈：竹叶青冈(Cyclobalanopsis bambusaefolia)、雷公青冈(C. hui)、托盘青冈 (C. patelliformis)、饭甄青冈(C. fleuryi)、吊罗山青冈(C. tiaoloshanica)和亮叶青冈(C. phanera)叶片,用于气孔、解剖和形态性状的测定。研究结果表明,随海拔升高,青冈树种叶片气孔密度、气孔孔隙度指数和叶面积显著增加,但海绵组织厚度比和干物质含量则显着降低。叶片气孔、解剖和形态性状沿海拔梯 度的变化主要受年均温、年降水量和土壤pH 值调控。在低海拔和高海拔处,青冈属采取“耐受”和“竞 争”策略,而在中海拔处,则是“竞争”策略。土壤磷含量和土壤pH 值随海拔的变化可能是驱动其生态 策略转变的主要原因。该结果揭示,热带森林优势树种青冈可通过从气孔细胞-组织解剖结构-叶片水平功能性状的改变来响应环境变化。     

Direct response of tree growth to soil water and its implications for terrestrial carbon cycle modelling

Wood growth constitutes the main process for long‐term atmospheric carbon sequestration in vegetation. However, our understanding of the process of wood growth and its response to environmental drivers is limited. Current dynamic global vegetation models (DGVMs) are mainly photosynthesis‐driven and thus do not explicitly include a direct environmental effect on tree growth. However, physiological evidence suggests that, to realistically model vegetation carbon allocation under increased climatic stressors, it is crucial to treat growth responses independently from photosynthesis. A plausible growth response function suitable for global simulations in DGVMs has been lacking. Here, we present the first soil water‐growth response function and parameter range for deciduous and evergreen conifers. The response curve was calibrated against European larch and Norway spruce in a dry temperate forest in the Swiss Alps. We present a new data‐driven approach based on a combination of tree ring width (TRW) records, growing season length and simulated subdaily soil hydrology to parameterize ring width increment simulations. We found that a simple linear response function, with an intercept at zero moisture stress, used in growth simulations reproduced 62.3% and 59.4% of observed TRW variability for larch and spruce respectively and, importantly, the response function slope was much steeper than literature values for soil moisture effects on photosynthesis and stomatal conductance. Specifically, we found stem growth stops at soil moisture potentials of ?0.47 MPa for larch and ?0.66 MPa for spruce, whereas photosynthesis in trees continues down to ?1.2 MPa or lower, depending on species and measurement method. These results are strong evidence that the response functions of source and sink processes are indeed very different in trees, and need to be considered separately to correctly assess vegetation responses to environmental change. The results provide a parameterization for the explicit representation of growth responses to soil water in vegetation models.