不同麦秆生物炭强化餐厨垃圾厌氧消化

为明确生物炭制备条件对生物炭性质及厌氧消化效果的影响,本研究以小麦秸秆(WS)为原料,在不同热解温度和不同KOH改性浓度条件下制备出不同类型的麦秆生物炭(WBC).研究发现,较低的热解温度能够保护WBC表面的官能团,而较高的热解温度则能够提高WBC的比表面积,孔容及平均孔径.KOH改性能够向WBC表面引入─OH,且一定程度上会影响WBC的比表面积,孔容及平均孔径.将制得的WBC分别添加到餐厨垃圾厌氧消化(KWAD)系统中,发现所有WBC均能够提高KWAD的总产气量.其中WS650与WS450-2的促进作用最显著,较CK分别提高了32.82%和30.01%的总产气量.在关键酶活性的研究中,发现WS450-2的辅酶F420与脱氢酶活性大大提升,这可能与其表面丰富的官能团有关.在微生物群落结构的研究中,WS450-2在富集厚壁菌门(Firmicutes),抑制非相关细菌方面展现了较大优势;WS650在富集甲烷八叠球菌属(Methanosarcina),抑制非相关古菌方面展现了较大优势.最后通过冗余分析明确了WBC制备工艺和表征指标与KWAD产气动力学参数,过程参数,酶活性和微生物丰度之间的相...     

黄土高原次生林演替过程土壤有机碳库及其化学组成响应特征

为探明黄土高原次生林演替过程中土壤有机碳库及其化学组成演化特征,选取陕北黄土高原黄龙山林区次生林演替初级阶段(山杨林)、过渡阶段(山杨、辽东栎混交林)和顶级阶段(辽东栎林)样地为研究对象,分析不同土层深度(0～10、 10～20、 20～30、 30～50和50～100 cm)土壤有机碳含量、储量和化学组成变化特征.结果表明：(1)土壤有机碳含量和储量随次生林演替过程显著增加(P<0.05),土壤有机碳含量随土层深度增加显著降低,土壤有机碳储量从初级阶段的64.8Mg·hm^-2增加至顶级阶段的129.2Mg·hm^-2,增加了99%.(2)次生林演替过程中,表层(0～30 cm)土壤有机碳中结构简单、相对易分解的脂肪族碳组分相对含量减少,结构复杂、相对难分解的芳香族碳组分相对含量增加,表明表层土壤有机碳化学组成稳定性随次生林演替过程显著提高,而深层(30～100cm)土壤有机碳化学组成稳定性表现为先增加后降低,即过渡阶段>顶级阶段>初级阶段.(3)次生林演替过程中,初级阶段和过渡阶段土壤有机碳化学组成稳定性随土层深度增加显著增...     

模拟增温和降雨增加对撂荒草地土壤胞外酶活性及计量特征的影响

土壤胞外酶活性是催化土壤有机质分解的关键限速步骤,而且对外界环境的变化极其敏感,然而却很少有研究聚焦于土壤胞外酶活性对气候变化的响应,尤其是在黄土高原地区.以黄土丘陵区撂荒草地为研究对象,野外模拟气候变暖和降水增加,通过测定土壤理化性质、植被群落特征和土壤酶活性,探究土壤酶活性及计量比对气候变化的响应特征及驱动因素.结果表明,增温、增雨以及二者的交互作用均显著降低了土壤β-1,4-葡糖苷酶(BG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性,然而,土壤β-1,4-木糖苷酶(BX)活性在气候变化处理下却呈现出增加趋势,其中,增温处理的增幅最大,达到了63.15%.增温增雨的交互显著增加了β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸胺肽酶(LAP)以及碱性磷酸酶(ALP)活性,分别增加了34.32%、 12.97%和44.86%.增温显著增加了过氧化物酶(PER)活性,而增雨显著降低了PER酶活性,增雨以及增温增雨显著降低了多酚氧化酶(PPO)活性,这主要归因于植物群落科组成的变化.增雨和增温增雨处理下碳降解酶活性∶氮降解酶活性(CEs∶NEs)和氮降解酶活性∶磷降解酶活性(NEs∶PEs)显著...     

降水改变下撂荒草地的化学计量失衡改变调节土壤呼吸

降水作为全球气候变化的关键因子,其变化会影响土壤呼吸.微生物是土壤呼吸的关键驱动因素,但是在不同降雨梯度下,针对脆弱生境地区,微生物化学计量与呼吸的关系还不明确.以黄土丘陵区典型撂荒草地为研究对象开展了原位模拟降雨变化的实验(5个降水梯度),测定了土壤呼吸、养分、微生物生物量和胞外酶,并计算微生物计量特征.结果表明：(1)土壤呼吸(SR)在增雨处理下土壤呼吸显著升高,而在减雨处理下显著降低.(2)降水变化影响了化学计量不平衡,其中活性资源库氮(N)与磷(P)之间的不平衡(N∶P不平衡)整体呈现出近“U”型趋势,活性资源库碳(C)与P之间的不平衡(C∶P不平衡)仅在2019年变化显著,变化趋势为：P50>P25>CK>D25>D50,表明C∶P不平衡对降雨变化更敏感.(3)随降雨量的增加土壤β-1,4-葡糖苷酶(BG)降低,氮降解酶活性β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸胺肽酶(LAG)之和(NAG+LAP)在两年减雨处理期间显著下降;碱性磷酸酶(ALP)在增雨条件下活性显著增强,而在减雨条件下活性显著减弱;BG∶(NAG+LAP)和BG∶ALP均...     

黄土丘陵区人工刺槐林土壤有机碳矿化特征及其与有机碳组分的关系

为了探讨黄土丘陵区人工林有机碳矿化特征及有机碳组分变化规律,选择恢复13 a的人工刺槐林以及临近坡耕地为研究对象,开展3种不同温度处理(15、25和35℃)下的室内培养实验.结果表明,土壤有机碳矿化速率表现出先剧烈下降后平稳的趋势;有机碳累计释放量表现为培养初期增加迅速,后期逐渐缓慢;坡耕地土壤有机碳矿化对温度的变化更为敏感,其温度敏感性系数Q₁₀为1.52,而刺槐林地仅为1.38.通过单库一级动力学方程拟合可知刺槐林地和坡耕地土壤矿化潜力C_p分别在2.02～4.32g·kg^-1和1.25～3.17g·kg^-1之间,即刺槐林的矿化潜力更高.培养期内各种活性有机碳组分含量变化规律一致,均表现为随时间延长而下降,且刺槐林地大于坡耕地,土壤累计碳释放量与MBC和DOC含量均呈显著正相关关系(P<0.05),Q₁₀(15～25℃)与SOC、 EOC含量和SWC均呈线性关系(P<0.05).研究结果可为气候变化下黄土丘陵区土壤碳固存研究提供一定参考.     

短期氮添加对黄土高原人工刺槐林土壤有机碳组分的影响

人类活动背景下,氮(N)沉降持续影响着生态系统的碳循环.氮沉降对土壤有机碳的影响与不同碳组分的差异性响应有关.为探究短期氮沉降背景下土壤有机碳组分变化及其影响因素,基于野外氮添加试验,以刺槐人工林为研究对象,共设置4个氮添加梯度：0(CK)、1.5(N1)、3(N2)和6(N3) g·(m²·a)^-1,分别在6月和9月进行取样,测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性.结果表明：(1)外源氮输入降低了土壤pH,促进可溶性有机碳含量的增加,增加了土壤氮素有效性.(2)短期氮添加显著降低了土壤有机碳含量,且有机碳各组分对氮添加响应不同.其中,易氧化有机碳含量显著降低,且在N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了54.4%和48.2%,惰性有机碳含量增加,但增加不显著.氮添加降低了土壤碳库活度,提高了土壤碳库的稳定性.土壤碳库活度分别在N3和N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了53.3%和52.80%.(3)随机森林模型表明,短期氮添加下土壤微生物生物量化学计量比、微生物生物量碳和AP是驱动土壤有机碳活度变化的关键因子,分别解释了易氧化有机碳和惰...     

秦岭不同海拔土壤团聚体稳定性及其与土壤酶活性的耦合关系

为探究土壤团聚体稳定性在海拔上的变化规律及其影响因子,在太白山选取3个不同海拔的0~10 cm表层土壤为对象,测定并分析其土壤团聚体分布、土壤理化性质、微生物量和胞外酶等相关因子的变化特征.结果表明：①土壤团聚体平均重量直径（MWD）在锐齿栎林、辽东栎林和红桦林这3个海拔梯度上的值分别为2.17 mm、1.83 mm和1.82 mm;几何平均直径（GMD）分别为1.66 mm、1.39 mm和1.32 mm,表明土壤团聚体稳定性随海拔的上升而减弱;②土壤团聚体稳定性在海拔上的变化主要受到了土壤胞外酶活性的影响,其中,中团聚体的乙酰氨基葡萄糖酶（NAG）和微团聚体的β-葡萄糖苷酶（BG）是主要影响因子;③微生物通过调节胞外酶的相对产量和改变元素利用效率使高海拔的N限制状况得以改善,也会影响土壤团聚体稳定性在海拔上的变化.本研究结果对于太白山森林生态系统的土壤质量评价和生态环境的保护具有重要意义.     

长期撂荒恢复土壤团聚体组成与有机碳分布关系

为探究撂荒地恢复过程土壤团聚体组成结构及其对土壤碳库累积的影响,本研究选取陕北黄土丘陵区恢复10、 17、 27和42 a撂荒草地为研究对象,以坡耕地FL作为对照,分析不同年限撂荒草地以及耕地土壤(0～20 cm)与(20～40 cm)土层团聚体粒径分布、土壤全土有机碳储量以及团聚体有机碳储量动态特征,从而探究撂荒地土壤团聚体与有机碳之间的相互关联性.结果表明:①耕地恢复为撂荒草地后,土壤大团聚体(2 mm)和中团聚体(2～0.25 mm)数量、平均重量直径(mean weight diameter, MWD)和几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)随着撂荒年限显著上升,而土壤微团聚体(0.25～0.053 mm)数量显著下降(P0.05).土壤大团聚体数量、平均重量直径和几何平均直径在层次之间差异显著,表现为0～20 cm显著高于20～40 cm.②经过长期撂荒恢复后,土壤总有机碳储量、大团聚体有机碳储量以及中团聚体有机碳储量显著上升(P0.05),分别上升了1.92、 10.2和3.61倍,而微团聚体有机碳储量显著下降.撂荒恢复促使土壤碳氮化学计量比升高,但在42 a时出现了显著下降趋势.③土壤团聚体对于总有机碳储量的贡献率有80%来自大团聚体,且大团聚体数量随着恢复年限显著增加是大团聚体贡献率高的主要原因.总体而言,撂荒恢复过程中,微团聚体数量持续下降,而大团聚体数量显著增加并促进了土壤有机碳的累积.     

增温和增雨对黄土丘陵区撂荒草地土壤呼吸的影响

明确气候变化背景下脆弱生境地区生态系统土壤呼吸的变化趋势及驱动因素,对理解区域碳循环以及生态系统碳源汇功能转换具有重要意义.以陕北黄土丘陵区自然撂荒恢复12 a的草地为研究对象,采用人工气候箱（OTC）和人工增加自然降雨的方式模拟了气候变暖、降水增加及其交互作用.通过结合野外监测与室内分析,探究了土壤水热、养分和土壤呼吸速率对增温增雨的响应特征,并进一步分析了影响土壤呼吸改变的关键因素.结果表明：（1）增温显著提高了5 cm土壤温度,在整个取样年平均增加1.34℃,而增雨显著降低了5 cm土壤温度,在整个取样年平均降低了0.88℃,同时增加了土壤水分含量,2018年和2019年增雨处理土壤水分含量分别高出对照13.12%和16.45%.此外,与对照相比,增温增雨的交互作用既增加了土壤温度,也提高了土壤水分,增温和增雨在影响土壤温度和水分含量上起到了相互拮抗的作用.（2）增雨显著增加了土壤有机碳、可溶性有机碳和活性有机碳含量,改变了土壤元素计量比以及活性-惰性碳组分的分配特征,而增温对有机碳的影响不显著.此外,土壤全氮全磷以及速效氮磷养分在不同处理间差异不显著.（3）增雨显著增加了土壤呼...     

黄土丘陵区撂荒农田土壤酶活性及酶化学计量变化特征

明确土壤胞外酶活性及酶化学计量比在农田撂荒过程中的变化特征及驱动因素,对揭示土壤养分可利用性随植被恢复的变化规律和阐明生态系统养分循环机制有重要意义.本文以黄土丘陵区不同撂荒年限坡耕地（0、10、20和30 a）为研究对象,通过测定土壤酶活性及酶计量比、土壤理化性质、植物多样性和科组成,探讨农田撂荒后土壤微生物养分限制状况及酶活性和酶计量比的主控因子.结果表明,β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和碱性磷酸酶（ALP）的活性均随撂荒年限增加而显著增加,而β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）活性则相反.土壤BG：（NAG+LAP）和BG：ALP呈现出与土壤BG活性相同的随撂荒年限增加而减小的趋势;而（NAG+LAP）：ALP呈先升后降趋势,在撂荒20 a时达到最高值.酶化学计量的向量长度随撂荒年限增加而显著减小,表明撂荒过程中土壤微生物受碳（C）限制程度的减弱.撂荒前10 a酶化学计量的向量角度小于45°,后20 a大于45°,说明撂荒前期微生物受氮（N）限制,后期受磷（P）限制.冗余分析结果揭示土壤有机碳含量、总氮含量、C：N、C：P、pH以及植被多样性是调控酶活性和酶计量比变化的主要因子.分类变异分析表明,土壤和植物因素可解释不同撂荒年限下土壤酶活性及酶计量比差异的62.0%,植被特征与土壤理化特性之间的交互作用是土壤酶活性及酶计量比变化的主控因子,解释度为37.1%.综上所述,黄土丘陵区农田撂荒过程中应考虑外源P的投入以缓解生态系统中有效P的不足,研究结果可为理解脆弱生境恢复生态系统中微生物介导的生物地球化学循环机制以及指导土壤养分管理和生态可持续发展提供理论依据.