氮输入对三江湿地小叶章不同生长阶段土壤产生CH_4能力的影响

在小叶章(Deyeuxia angustifolia)不同生长阶段,用室内鲜土培养法对土壤CH4的产生能力进行了研究.结果表明,氮输入后,植物各生长阶段的土壤CH4产生率均随时间的推移发生了明显的波动.从生长季(6月7日～8月24日)CH4产生率均值来看,不同氮输入水平对土壤CH4产生起促进作用;不同氮输入水平对植物不同生长阶段CH4产生率影响明显.第一(6月7日～7月2日)、第二(7月2日～7月20日)阶段适量的氮输入(6g.m-2)对CH4产生起促进作用,但过量氮输入(12g.m-2)会对CH4产生起抑制作用;而第三(7月20日～8月7日)、第四(8月7日～8月24日)阶段不同氮输入均对CH4产生起促进作用;氮输入后,土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)、土壤基础呼吸(BR)、土壤代谢熵(qCO2)、土壤诱导呼吸(SIR)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和植物地上生物量与土壤CH4产生的动态关系存在差异.土壤CH4产生与qCO2呈显著正相关(p0.01),与土壤MBN、TOC和地上生物量呈显著正相关(p0.05).     

外源氮输入对生长季黄河口碱蓬-土壤系统磷分布规律的影响

为研究氮负荷不断增强情况下黄河口湿地磷的生物循环状况,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮（N）输入模拟试验,研究不同氮输入梯度[N0（对照处理）,6.0 g/（m2·a）;N1（低氮处理）,9.0 g/（m2·a）;N2（中氮处理）,12.0 g/（m2·a）;N3（高氮处理）,18.0 g/（m2·a）]下生长季碱蓬湿地植物-土壤系统中w（TP）分布特征的差异.结果表明:外源氮输入对湿地表层（0~10 cm）土壤中w（TP）变化的影响较为明显,N2和N3处理下w（TP）整体高于N0和N1处理.不同氮处理下植物各器官的w（TP）生长初期表现为根>叶>茎,生长旺期和末期表现为叶>根>茎,说明叶是磷的主要累积器官.外源氮输入改变了碱蓬湿地的养分限制状况,随着氮输入量的增加,土壤和植物-土壤系统磷储量、氮供给的增幅远低于植物亚系统,说明氮、磷之间的养分供给存在不同步性.研究显示,在未来黄河口氮养分负荷不断增加的情况下,碱蓬湿地植物-土壤系统极有可能通过加速磷的生物循环来缓解日益加剧的磷养分限制状况,进而使得氮、磷养分之间可能形成正反馈机制,而这将有利于维持湿地系统的稳定与健康.      

施氮水平对黄土旱塬区麦田土壤呼吸变化的影响

为评价土壤呼吸对施氮的响应,于2008年3月~2009年3月,监测了黄土旱塬区长期不同施氮水平条件下小麦连作系统中土壤呼吸日变化、季节变化以及不同生育期土壤可溶性碳(dissolved organic C,DOC)、微生物量碳(soil microbial biomassC,MBC)、土壤有机碳(soil organic C,SOC)和土壤全氮(soil total N,STN)的含量变化.研究涉及5个施氮水平(以N计)0(N0)、45(N45)、90(N90)、135(N135)和180(N180)kg/hm2.结果表明,施氮量为0~90 kg/hm2时,土壤呼吸速率随施氮量的增加而显著升高;90~135 kg/hm2时,土壤呼吸速率随施氮量的增加略有增加;135~180 kg/hm2时,随着施氮量的增加土壤呼吸呈降低趋势.在一年监测期间,N0、N45、N90、N135、N180波动范围(以CO2计)分别为0.27~2.01、0.36~2.26、0.58~2.56、0.65~2.94和0.58~2.6μmol/(m2.s).在季节变化尺度上,土壤呼吸具有显著的活跃期(3~10月)和微弱期(11月~次年2月).施氮显著影响DOC、MBC含量变化.土壤呼吸速率与DOC、MBC呈显著正相关,而与土壤碳氮比(C/N)呈显著负相关关系.     

闽江口鳝鱼滩芦苇湿地沉积物甲烷产生与氧化潜力对外源物质输入的响应

研究河口湿地沉积物甲烷(CH4)产生和氧化对外源物质输入的响应,对环境保护及温室气体减排具有重要意义.本研究基于室内培养-气相色谱法,探讨了闽江河口半咸水芦苇(Phragmites australis)沼泽湿地沉积物CH4产生与氧化对不同外源物质(底物、电子受体和营养物质)输入的响应.结果表明:CH3OH(500 mg·kg-1)、C3H9N(500 mg·kg-1)和Fe2+(0~500 mg·kg-1)对CH4产生潜力起促进作用(p0.05);NO-3(0~500 mg·kg-1)、NO-2(0~500 mg·kg-1)、Fe3+(50 mg·kg-1)和NH+4(50~500 mg·kg-1)表现为抑制CH4产生潜力(p0.05);而0~50 mg·kg-1的CH3OH和C3H9N、0~500 mg·kg-1的CH3COOH、SO2-4、Mn4+、PO3-4和低剂量的NH+4(0~5 mg·kg-1)对CH4产生的影响不显著(p0.05).实验剂量内(0~500 mg·kg-1),Fe3+和Mn4+的添加可促进CH4氧化(p0.05);CH3COOH、CH3OH、C3H9N、NO-3、NO-2、SO2-4、NH+4和低剂量的PO3-4(0~50 mg·kg-1)对沉积物CH4氧化潜力均有显著的抑制作用(p0.05);而Fe2+对CH4氧化没有显著影响(p0.05).综合分析表明,CH3COOH、CH3OH、C3H9N、NO-3、NO-2、SO2-4、PO3-4、NH+4和Fe2+的输入对沉积物CH4产生和氧化的综合作用为增加CH4排放通量,而Fe3+和Mn4+输入的综合作用则与之相反.     

产甲烷菌和甲烷氧化菌分布对土壤-植物系统甲烷逸出的影响

CH₄(甲烷)的逸出量与产甲烷菌和甲烷氧化菌的数量密切相关.采用FISH(荧光原位杂交)技术定量解析芦苇和香蒲混栽土壤-植物生态系统基质,探讨CH₄的产生机理.结果表明,植物有利于微生物的生长,甲烷氧化菌主要聚居在植物根区,产甲烷菌数量高于甲烷氧化菌.气温变化和系统ORP(氧化还原电位)对土壤-植物生态系统CH₄排放通量的影响很大,芦苇和香蒲混栽土壤-植物生态系统CH₄年均排放通量为22.9 mg/(m2·h),最高达185.6 mg/(m2·h),排放峰值出现在夏季.表明芦苇和香蒲的生长促进了根际分泌物的产生,为产甲烷菌提供了较多生长所需的底物,从而刺激系统CH₄的排放.      

氮沉降对林带土壤N2O和CH4通量的影响

于2008年4月~2009年10月在龙王山对林带土壤进行模拟氮沉降试验,采用静态箱-气相色谱法测定土壤N2O和CH4通量,研究氮沉降增加对土壤N2O和CH4排放(吸收)的影响.结果表明,短期内,氮沉降没改变土壤N2O和CH4通量的季节性变化规律和日变化规律.与对照(CK)相比,短期的低氮[50 kg N/(hm2·a), TL]、中氮[100kgN/(hm2·a), TM]和高氮[150kgN/(hm2·a), TH]处理对土壤的N2O和CH4年平均通量和日平均通量都没有显著影响.     

不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征

为了解不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征,对闽江河口芦苇和藨草湿地2种质地土壤(壤质土和砂土)的碳、氮、磷计量学及土壤厌氧碳分解特征进行测定与分析.结果表明:壤质土碳为14.61mg/g,氮为1.01mg/g,磷为0.64mg/g,高于砂土碳(9.02mg/g),氮(0.16mg/g)和磷(0.42mg/g).0~40cm壤质土C/N均值低于砂土,C/P、N/P高于砂土.0~40cm壤质土和砂土平均甲烷产生潜力分别为0.0072,0.0019μg/(g·d),CO2产生潜力分别为33.5134,4.9239μg/(g·d),CO2和CH4产生潜力均为壤质土高于砂土.土壤碳、氮、磷的计量学特征对厌氧碳分解具有一定的指示作用.     

河口潮滩湿地CH4、CO2排放通量对氮硫负荷增强的响应

以闽江河口区高、中潮滩短叶茳芏湿地为研究对象,于2014年6—11月植物生长季进行氮硫负荷增强实验,利用静态箱-气象色谱法测定土壤CH_4、CO_2排放通量,并同步观测相关环境因子.结果表明,氮硫负荷增强对潮滩湿地CH_4、CO_2排放通量的影响不尽一致.与对照相比,NH_4~+-N输入使高、中潮滩CH4排放通量分别提高了(107.53%,7.19%),使高潮滩CO_2排放通量增加了3.39%,中潮滩减少了3.00%;NO_3~--N输入使高潮滩CH4、CO_2排放通量分别增加了(29.99%,16.99%),使中潮滩分别减少了(3.45%,4.77%);SO_4~(2-)-S输入使高、中潮滩CH4排放通量分别减少了(8.99%,7.67%),使高潮滩CO_2排放通量减少了3.87%,中潮滩增加了5.44%;N-S复合输入使高、中潮滩CH4排放通量分别提高了(72.48%,25.66%),CO_2排放通量提高了(13.32%,13.48%).氮硫负荷增强改变了短叶茳芏沼泽生长季CH_4、CO_2排放通量变化规律,但除了NH+4-N处理对高潮滩CH4通量的影响显著外,其他处理影响均未达到显著性水平.相关分析显示,高、中潮滩湿地CH_4、CO_2排放通量与土壤温度,含水率具有显著的正线性相关关系,与土壤电导率相关性不显著.在全球环境问题日益严重背景下,系统研究湿地生态系统温室气体排放的机制与规律,对于准确估算全球温室气体排放量具有重要而直接的意义.     

模拟氮沉降对干旱半干旱温带草原土壤细菌群落结构的影响

随着社会经济发展,活性氮源随人为活动逐年递增,导致氮沉降相应增加,由此带来的生态环境问题也日益严重.本研究基于细菌16S rRNA基因高通量测序技术,分析长期人工模拟氮沉降氮输入量为0、1、4、8、32 g·(m~2·a)~(-1)对干旱半干旱区草原土壤微生物群落结构的影响.结果表明,模拟氮沉降7 a增加了土壤中可利用氮含量,引起草原土壤酸化.高通量测序结果表明,细菌OTU(operational taxonomy unit)数量随氮输入量的增加呈现增加的趋势,高氮处理[8 g·(m~2·a)~(-1)和32g·(m~2·a)~(-1)]显著高于低氮和对照处理;细菌α多样性指数呈现先增加后降低的趋势.不同氮输入水平下土壤细菌群落结构差异显著,且与土壤p H和氮的有效性显著相关.不同细菌相对丰度在纲的水平对氮输入的响应趋势不同.氮的长期大量输入可直接或间接通过改变土壤性状而影响草地土壤细菌群落结构和多样性.     

紫色土坡耕地C、N与微生物C、N变化及其耦合特征

以紫色土坡耕地为研究对象,综合探讨不同坡度变化下植被/裸地小区以及长期不同施肥处理下紫色土坡耕地土壤C、N与微生物C、N变化及其耦合特征.结果表明:植被覆盖小区总有机碳(TOC)变化为49.0~63.9 g·kg-1,裸地TOC变化为47.4~50.8 g·kg-1,并随坡度增加逐渐下降;植被小区微生物碳(MBC)为0.9~3.45 g·kg-1,而裸地小区MBC仅为0.1~0.68 g·kg-1.不同施肥处理下坡耕地土壤TOC为57.0~64.5 g·kg-1,施加有机肥处理土壤的TOC含量高于其他施肥方式.植被小区总氮(TN)为2.6~4.2 g·kg-1,裸地小区TN含量为1.6~5.5 g·kg-1,植被小区微生物氮(MBN)高于裸地小区;不同施肥处理下TN含量随土层深度增加呈显著下降,有机肥和秸秆与化肥配施相比单一施加氮肥对土壤MBN的增加更为显著.有机肥及其与化肥配施下土壤C/N比为10~17,而秸秆及其与化肥配施土壤C/N比为8~13,单施氮肥为12左右,增施有机肥和秸秆还田有利于保持土壤C/N的稳定提高;同时,施肥有利于提高微生物熵,增加土壤中活性有机碳的比例;紫色土坡耕地MBC和TN具有显著的耦合特征(R2=0.66).     

基于组分区分的亚热带湿地松人工林土壤呼吸对氮添加的响应

氮沉降在很大程度上会对土壤呼吸产生扰动,进而影响到生态系统碳收支.以我国亚热带湿地松人工林为研究对象,通过定位模拟氮沉降控制试验,定量研究根系呼吸和微生物呼吸对氮添加的响应差异,并通过土壤环境的同步监测,初步探讨影响上述过程的生物地球化学与微生物学机理.结果表明:不同氮素添加水平下土壤呼吸速率及其组分总体上都呈现出单峰曲线特征,峰值出现在7月或8月,氮添加对土壤呼吸的季节模式没有明显影响.CK（0,对照）、LN〔60 kg/（hm2·a）,低氮〕和HN〔120 kg/（hm2·a）,高氮〕处理下土壤总呼吸速率的年均值分别为3.91、2.30和1.73 μmol/（m2·s）,各组根系呼吸速率年均值分别为1.41、0.87和0.66 μmol/（m2·s）,各组微生物呼吸速率年均值分别为2.50、1.44和1.07 μmol/（m2·s）.施氮后土壤总呼吸及其组分都受到明显抑制,并且随着施氮水平的提高,土壤总呼吸及其组分明显减小.与对照样地微生物呼吸占比65.2%相比,低氮和高氮处理下微生物呼吸占比显著降低,降幅分别为62.6%和62.1%,说明氮素添加对微生物呼吸的抑制作用大于根系呼吸.施氮后一年,氮素输入对土壤呼吸的抑制在消退.施氮对表层土壤w（TOC）（TOC为总有机碳）、w（NH₄+）、w（NO₃-）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）、w（DON）（DON为可溶性有机氮）、w（MBC）（MBC为微生物生物量碳）和w（MBN）（MBN为微生物生物量氮）都没有显著影响.氮素添加主要是通过降低土壤pH、加速湿地松人工林土壤酸化,对影响土壤有机质转化的土壤脲酶和蔗糖酶活性产生显著抑制,从而影响到土壤微生物活性,导致土壤微生物呼吸降低,这可能是土壤呼吸对氮添加响应的关键机制.      

水位梯度对小叶章湿地土壤微生物活性的影响

通过3 a野外控制试验,研究了不同水位梯度(-10~30 cm)条件下,小叶章湿地植物地上生物量和0~15 cm以及15~50 cm土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(MBC)、基础呼吸(BR)、微生物商(Cmic/Corg)、代谢商(qCO2)的变化规律.结果表明,不同水位条件下植物地上生物量差异显著(p0.05),积水水位10 cm的植物地上生物量最高,且积水水位0~20 cm保持较高的生产力;积水水位变化对土壤TOC、MBC、BR、Cmic/Corg、qCO2影响显著(p0.05).土壤TOC和BR对积水水位变化的响应趋势一致,0~15 cm土壤TOC和BR在零积水水位最高;15~50 cm土壤TOC和BR随着积水水位的升高而降低,与土壤MBC和Cmic/Corg的变化趋势相同,其中MBC变化最为明显;而qCO2随着积水水位的增加而增大.随着积水水位的增加,土壤微生物群落发生改变和土壤微生物活性降低,其中积水水位30 cm的土壤微生物活性最低,对有机碳的累积与分解过程产生影响.     

湿地垦殖对土壤微生物量及土壤溶解有机碳、氮的影响

对三江平原天然沼泽湿地及湿地垦殖后的农田、弃耕还湿地、人工林地等不同土地利用方式下表层土壤(0～10cm)的活性碳、氮组分:微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解有机碳(DOC)、溶解有机氮(DON)进行了研究.结果表明,天然小叶章沼泽湿地垦殖为农田后,表层土壤各活性碳、氮组分显著降低:MBC减少了63.8%～80.5%; MBN减少了56.3%～67.1%; DOC减少了43.1%～44.3%; DON减少了25.2%～56.1%.农田弃耕还湿和人工造林后表层土壤的活性碳、氮组分有明显恢复的趋势,各组分恢复到天然小叶章湿地土壤水平的36.1%～59.9%(MBC);46.7%～65.9%(MBN);67.0%～69.3%(DOC);81.2%～88.3%(DON),土地利用方式是影响土壤MBC、MBN、DOC、DON变化的重要因素;各土地利用方式表层土壤的DOC、DON、MBC、MBN呈显著的正相关关系,土地利用方式对表层土壤DOC的影响大于对DON的影响;各土地利用方式下土壤微生物可利用碳、氮的来源不同是影响DOC、DON与MBC、MBN相关性差别明显的主要原因.     

沼泽湿地生态系统土壤CO2和CH4排放动态及影响因素

湿地在全球陆地生态系统碳循环中具有重要的作用,沼泽湿地温室气体排放特别是CO₂和CH₄排放具有明显的时空变化特征.沼泽湿地CO₂和CH₄的产生和排放与土壤有机碳、溶解有机碳及氮素含量有密切关系,同时受土壤温度和水文条件的影响.三江平原沼泽湿地土壤中CO₂和CH₄具有较高的浓度值,浓集中心位于植物根层(10～35cm), 9月下旬到10月中旬沼泽湿地植物地上部分枯死后,土壤中CH₄和CO₂浓度有阶段性增加的趋势,且土壤中CO₂与CH₄间呈显著正相关关系.沼泽湿地生态系统呼吸及土壤呼吸对CH₄排放通量也有较大的影响,二者间呈显著正相关关系.     

西南地区紫色水稻土活性碳库的季节动态

以西南大学农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站试验田为研究对象,探讨了土壤有机碳(soil organiccarbon,SOC)、易氧化有机碳(readily oxidized carbon,ROC)、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)的季节变化。结果表明,在油菜生长季,紫色水稻土SOC、ROC及MBC含量具有相似的季节变化特征,表现为在油菜生长初期和末期含量高,而在生长中期含量低;三者的含量均在生长末期达到最高,分别为16.20g.kg-1、3.58 g.kg-1及309.70 mg.kg-1.DOC含量的季节变化模态为单峰型,在植物生长中期达到最高值37.64 mg.kg-1.各活性有机碳组分的分配比例与其含量的季节变化趋势大致相同,ROC、DOC分配比例以及微生物商的季节变化范围分别为15.49%～23.93%、0.11%～0.32%和1.44%～2.06%.SOC及ROC含量主要取决于地下5 cm处温度、土壤N含量及pH值,MBC含量的主要影响因子为地下5 cm处温度、根系生物量及根系C、N含量,DOC含量主要受土壤水分含量的限制.     

有机物料对紫色土微生物量碳、氮及氮素供应的影响

以猪粪沼渣(PM)、牛粪沼渣(CM)、污泥堆肥(SC)、农村生活垃圾堆肥(RWC1)、农村生活垃圾与污泥的堆肥产物(污泥比例20%,RWC2)为材料,采用培养试验和盆栽试验研究了有机物料对酸性紫色土和石灰性紫色土中微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量及玉米幼苗氮吸收的影响.结果表明,有机物料使酸性和石灰性紫色土MBC含量分别提高了53. 63%～102. 91%和12. 14%～137. 00%,有机物料分解愈慢、碳氮比(C/N)愈高,土壤MBC愈大;而MBN含量分别提高了23. 37%～150. 08%和35. 02%～160. 02%,受物料的有机氮形态影响.两种土壤MBC/MBN随物料C/N的升高总体降低,高C/N物料有利于MBN的长期维持.除牛粪沼渣外,有机物料均可提高两种紫色土中玉米幼苗的生物量及氮吸收量,提高幅度为SC PM RWC2 RWC1,但其对氮素吸收的促进效果不及化肥.牛粪沼渣对玉米幼苗氮吸收的抑制作用与其较高的C/N有关,而其余物料的促进作用随MBC/MBN降低而增高.因此,有机物料对氮素吸收利用的影响不仅与其性质有关,也与其对土壤MBC/MBN的作用有关.     

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.