杉木人工林和天然次生林林龄对土壤酶活性的影响

森林类型和林龄是影响土壤酶活性的重要生物因子,但人工林和天然次生林两种森林恢复模式对土壤酶活性随林龄的变化规律及其影响机制还不明确。本研究以亚热带杉木人工林和天然次生林(5、8、21、27和40年生)为对象,探究与土壤碳、氮和磷循环相关的4种土壤酶[纤维素水解酶(CBH)、β-葡萄糖苷酶(βG)、酸性磷酸酶(AP)和乙酰氨基-葡萄糖苷酶(NAG)]活性对林龄的响应特征。结果表明：土壤酶活性在不同林型中呈现不同的变化趋势。杉木人工林土壤AP、βG和CBH活性显著高于天然次生林,而土壤NAG活性无显著差异。对于杉木人工林,随着林龄的增加,土壤AP活性呈降低趋势,5年生林分AP活性显著高于其他林龄阶段62.3%以上;土壤NAG和CBH活性呈先降低后增加趋势,土壤βG活性呈波动变化。对于天然次生林,随着林龄的增加,土壤NAG活性呈波动变化,8年生和27年生林分显著高于其他林龄阶段14.9%以上;土壤βG和CBH活性呈先增加后降低趋势,而土壤AP活性无显著差异。逐步回归分析表明,影响杉木人工林和天然次生林土壤酶活性的最优模型中,土壤预测因子解释了其变异的34%以上。综上,杉木人工林随着林龄的增加...     

林火干扰对土壤性质及温室气体通量的影响

林火干扰是森林生态系统重要的干扰因子。林火的发生烧毁大量的森林资源,释放温室气体到大气当中,同时林火对土壤物理、化学性质以及土壤微生物都会产生一定的影响,进而影响到地-气主要温室气体的释放。本文综述了不同强度的森林火灾对土壤物理、化学性质以及土壤微生物的影响;森林火灾发生后的不同时间序列上地-气主要温室气体CO2、CH4、N2O通量的变异;尤其是在全球气候变暖背景下,冻土区森林火灾发生后,随冻土的融化,温室气体排放;林火发生时高温缺氧环境下往往会形成燃烧程度不同的木炭;本文还综述了火烧迹地木炭的不同管理方式如火场清理或就地掩埋,及其对火烧迹地土壤性质以及温室气体通量的影响。最后,提出今后应该注意的几个问题,并指出未来可能的研究拓展方向。     

不同林龄落叶松人工林土壤微生物生物量碳氮的季节变化

为从土壤微生物生物量角度分析不同林龄落叶松人工林的土壤肥力状况,对辽宁东部山区两种林龄(9年生,幼龄林;43年生,成熟林)落叶松人工林不同土层(腐殖质层和矿化层)微生物生物量碳、氮季节变化进行了监测,并分析了微生物生物量碳氮的季节变化与土壤养分及水分的关系.结果表明:两种林龄落叶松腐殖质层微生物生物量碳、氮含量均高于矿化层;在腐殖质层,幼龄林微生物生物量碳、氮含量高于成熟林.方差分析表明,在春、秋季节,同一土层两林龄土壤微生物生物量碳、氮含量之间差异达到显著水平(P<0.01).在观测的3个季节内,幼龄林腐殖质层的微生物生物量碳基本无变化,而成熟林的微生物生物量碳在秋季达到最高;两种林龄落叶松微生物生物量氮均在夏季达到最高.在矿化层,两种林龄落叶松微生物生物量碳、氮均在秋季达到最大.相关分析发现,微生物生物量碳、氮之间以及土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳、全氮呈显著正相关,而与土壤水分无相关性;另外,落叶松人工林内的灌木种类和数量以及季节性温度变化对土壤微生物生物量碳氮也有影响.上述结果表明,研究区域土壤微生物生物量碳、氮的季节波动与土壤养分状况密切相关,幼龄林土壤养分状况优于成熟林.     

微塑料对稻田土壤温室气体排放和微生物群落的影响

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中。然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道。基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响。结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响。其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH₄排放,而有效抑制了土壤CO₂排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性。相关分析结果表明,土壤CO₂累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系。以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险。     

土地利用变化对土壤温室气体排放通量影响研究进展

土壤是大气中主要温室气体(如CO2、CH4和N2O)重要的源或汇,土地利用方式的改变将会导致土壤相关微环境及其生理生化过程发生改变,从而显著影响土壤中温室气体的产生与排放。在全球变化和土地利用大幅度改变的背景下,国际上已逐步开展了关于土地利用变化对土壤温室气体通量的研究。本文在简要介绍土地利用变化与土壤温室气体通量研究的基础上,重点论述了农田、草地和森林互换、湿地向农田转变、不同土地利用类型(森林、草地、湿地和农田)内部变化对3种土壤温室气体排放的影响,并从3种土壤温室气体产生的关键过程简单阐述其主要影响机理。根据目前研究中存在的不足,提出了今后需要加强的领域,以期更好地揭示土地利用变化对土壤温室气体通量的影响及作用机理,为今后深入开展相关研究提供参考。     

剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响

森林土壤是CO2、N2O和CH4等温室气体的重要排放源,山核桃是中国特有的高档干果和木本油料树种,林下杂草管理对山核桃林地温室气体排放具有重要影响.采用静态箱-气相色谱法在浙江临安山核桃主产区进行了为期1年的原位试验,研究剔除林下杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响.结果表明:剔除杂草和留养杂草山核桃林地土壤CO2排放通量呈现一致的季节变化规律:夏秋季高、冬春季低;N2O排放在夏季较高,其他季节变化平稳;CH4的排放无明显季节变化规律.剔除杂草显著降低了土壤CO2排放,促进了N2O排放和CH4吸收.剔除杂草对土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳没有显著影响.剔除杂草的山核桃林地土壤排放温室气体的综合增温潜势为15.12 t CO2-e·hm-2·a-1,显著低于留养杂草处理(17.04 t CO2-e·hm-2·a-1).     

生物质炭对土壤性质及温室气体排放的影响

生物质炭是指生物质如作物残体、畜禽粪便以及其他任何形式的有机物质,在高温缺氧下裂解形成的物质。生物质炭有很多环境效应,最主要的是将碳长期固存在土壤中,缓温室效应,遏制全球气候变暖。生物质炭施入土壤后,能有效改善土壤结构,促进植物对土壤养分的吸收,提高作物产量,可以有效降低温室气体的排放。但大规模的生物质炭施用还存在很多的不确定性,包括工业生产的成本核算、原料的有效性以及生物质炭施用的长期效应的不确定等。本文综述了不同条件下制得的生物质炭的性质差异,生物质炭施入后对土壤物理、化学、微生物性质以及对地-气主要温室气体通量的影响,对水稻产量及稻田温室气体排放的影响,森林火灾发生后产生木炭的一些环境效应。     

施氮对桉树人工林生长季土壤温室气体通量的影响

施肥是维持短期轮伐人工林生产量的重要手段,为了提高肥料利用效率,缓释氮肥逐渐成为广泛采用的氮肥种类。评估缓释肥施用对人工林生长季土壤温室气体通量的影响对于全面评估人工林施肥的环境效应具有重要意义。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验研究了4种施氮处理(对照CK:0 kg/hm2;低氮L:84.2 kg/hm2;中氮M:166.8 kg/hm2;高氮H:333.7 kg/hm2)对土壤-大气界面3种温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响,结果表明:(1)4种施氮水平下CO2排放通量、N2O排放通量和CH4吸收通量分别为276.84—342.84 mg m-2h-1、17.64—375.34μg m-2h-1和29.65—39.70μg m-2h-1;施氮显著促进了N2O的排放(P0.01),高氮处理显著增加CO2排放和显著减少CH4吸收(P0.05),且CO2排放通量与CH4吸收通量随着施氮量的增加分别呈现增加和减少的趋势;(2)生长季CO2和N2O排放呈现显著正相关(P0.01),CO2排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.05),N2O排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.01);(3)土壤温度和土壤水分是影响CO2、N2O排放通量和CH4吸收通量的主要环境因素。结果表明:施用缓释肥显著增加了桉树林生长季土壤N2O排放量,且高氮处理还显著促进CO2排放和显著抑制CH4吸收,上述研究结果可为人工林缓释肥对土壤温室气体通量评估提供参数。     

多年冻土退化地区湿地土壤温室气体排放及其影响因子

采用野外原位实验静态箱-气相色谱法,研究了兴安岭多年冻土不同程度退化地区生长季湿地土壤温室气体CH₄、CO₂和N₂O的排放通量特征,同时分析了环境因子对土壤温室气体排放的影响。结果表明:1) 3种类型冻土区(季节性冻土区、岛状多年冻土区、连续多年冻土区,分别用D1、D2、D3表示)土壤在生长季时期表现为CO₂和N₂O的源; D1和D3为CH₄的源,D2为CH₄的汇。D1、D2、D3土壤在生长季中平均CH₄排放通量分别为(0.127±0.021)、(-0.020±0. 006)、(0. 082±0. 019) mg·m^-2·h^-1; CO₂排放通量分别为(371.50±66.73)、(318.43±55.67)、(213.19±37.05) mg·m^-2·h^-1; N₂O排放通量分别为...     

长白山天然次生林土壤微生物量对氮沉降的响应

土壤微生物作为土壤养分的生物驱动因素,氮沉降会改变其活性和生物量,从而打破土壤养分循环动态平衡。氮沉降对热带、亚热带森林以及温带原始林生态系统土壤微生物量影响的研究较多,但对温带天然次生林影响的研究鲜有报道。于2016年5月(春)、7月(夏)和9月(秋)分别对长白山模拟10年氮沉降的控制试验样地——白桦山杨次生林进行了野外调查。控制试验分为3个氮添加处理,对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮(LN 25 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮(HN 50 kg N hm~(-2)a~(-1)),按照土壤层(0—10 cm和10—20 cm)分别测试了不同处理的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN)、土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)、p H、土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)等指标。结果表明:1)土壤p H在氮沉降的作用下显著降低;上层土壤TC、TN在氮沉降下变化较小,下层土壤TC、TN的含量显著增加;氮沉降下春、夏两季土壤TP含量上升,LN处理在秋季对TP有抑制作用;氮沉降对DOC、DON的影响不显著。2)上层土壤MBC春季到秋季呈现递减的趋势,下层土壤呈现先升后降的趋势,HN对MBC有抑制作用,LN对下层土壤MBC有促进作用;土壤MBN由春季到秋季呈现递减的趋势,且上、下层土壤MBN差异显著;氮处理对春、秋两季MBN有促进作用,夏季有抑制作用;氮沉降使春、秋两季MBC/MBN降低,夏季土壤MBC/MBN升高。3)氮处理、季节变化和土层深度对MBC、MBN存在显著影响,其交互影响也显著。总之,长期氮沉降在生长季对土壤微生物量的影响具有季节性差异,且受到土层深度的影响。未来研究在重视年际变化的同时,也要注重时空动态对氮沉降作用表现出的差异性。     

人工油松林（Pinus tabulaeformis）恢复过程中土壤微生物生物量C、N的变化特征

采用时空替代法,选取15a（PF15）、25a（PF25）、30a（PF30）的人工油松林作为样地,并选取灌丛作为参考植被,研究了植被恢复过程中土壤微生物生物量C、N以及土壤养分的变化特征,同时探讨了它们之间的相互关系。研究结果表明随着恢复的进行,土壤质量得到了改善,主要表现为有机碳、全氮、粘粒含量、土壤含水量的上升和pH值、容重的下降。土壤微生物生物量C、N分别在155.00~885.64mg/kg和33.73~237.40mg/kg的范围内变化。土壤微生物生物量C、N在植被恢复的初期显著低于灌丛,而后随着恢复的进行逐步增长。土壤微生物生物量C、N与植被恢复时间的相关性没有达到统计学上的显著水平,但是土壤微生物生物量C与土壤有机碳、全氮、全磷呈显著正相关,这表明植被恢复过程中土壤微生物生物量与土壤养分状况关系密切,植被恢复通过改善土壤养分状况间接地影响土壤微生物生物量的变化。Cmic/TOC在1.38%~4.75%的范围内变化。Cmic/TOC随着植被恢复不断下降,Cmic/TOC与植被恢复时间和土壤有机碳呈显著负相关,这表明植被恢复过程中,惰性有机质积累导致供应土壤微生物的活性有机质减少,Cmic/TOC同时受土壤有机质的数量和质量影响。     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

Greenhouse gas emissions from a Cu-contaminated soil remediated by in situ stabilization and phytomanaged by a mixed stand of poplar,willows, and false indigo-bush

Phytomanagement of trace element-contaminated soils can reduce soil toxicity and restore soil ecological functions, including the soil gas exchange with the atmosphere. We studied the emission rate of the greenhouse gases (GHGs) CO₂, CH₄, and N₂O; the potential CH₄ oxidation; denitrification enzyme activity (DEA), and glucose mineralization of a Cu-contaminated soil amended with dolomitic limestone and compost, alone or in combination, after a 2-year phytomanagement with a mixed stand of Populus nigra, Salix viminalis, S. caprea, and Amorpha fruticosa. Soil microbial biomass and microbial community composition after analysis of the phospholipid fatty acids (PLFA) profile were determined. Phytomanagement significantly reduced Cu availability and soil toxicity, increased soil microbial biomass and glucose mineralization capacity, changed the composition of soil microbial communities, and increased the CO₂ and N₂O emission rates and DEA. Despite such increases, microbial communities were evolving toward less GHG emission per unit of microbial biomass than in untreated soils. Overall, the aided phytostabilization option would allow methanotrophic populations to establish in the remediated soils due to decreased soil toxicity and increased nutrient availability.     

黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异

以采自于黄土高原差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,对黄土高原主要类型土壤中微生物量碳(Bc)、微生物量氮(BN)和氮素矿化势(NO)的差异性进行了比较研究.结果表明,Bc、BN和NO在不同类型土壤间存在显著差异,由关中平原至陕北风沙区,BC、Bn和NO总体呈现下降趋势,其中以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润砂质新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土等各土类平均BC分别为305.2μg·g-1,108.4μg·g-1,161.7μg·g-1和125.4μg·g-1,BN分别为43.8μg·g-1,20.3μg·g-1,26.0μg·g-1和30.6μg·g-1,NO分别为223μ·g-1,75μg·g-1,163μg·g-1和193μg·g-1.土壤氮素矿化速率(k)则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的k分别为0.039w-1,0.044w-1,0.031w-1和0.019w-1.不同类型土壤BC、BN与NO的差异,主要与土壤形成过程、输入土壤的植物同化产物和土壤有机质的差异等有关,从较大尺度进一步证明了在黄土高原,土壤有机质是影响BC、BN的主要因子.研究结果对分析黄土高原土壤生产力形成过程具有一定参考价值.     

川西亚高山森林土壤呼吸和微生物生物量碳氮对施氮的响应

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统。土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者。由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性。而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定?基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m~(-2) a~(-1)、N1:2 g m~(-2)a~(-1)、N2:5 g m~(-2) a~(-1)、N3:10 g m~(-2)a~(-1)),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况。结果表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11%—15%,土壤微生物量碳提高了5%—9%,土壤微生物量氮提高了23%—34%。在中氮水平下(5 g m~(-2) a~(-1))对土壤呼吸的促进最显著。相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关。通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q_(10)值(7.10)明显高于对照(4.26)。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

降水变化对红松阔叶林土壤微生物生物量生长季动态的影响

红松阔叶林是中国东北山区地带性顶极植被,具有重要的生态学意义,长白山是研究温带森林对大气降水变化正负反馈的理想地带.本文以长白山原始红松阔叶林为对象,研究了土壤微生物生物量碳和氮对降水变化的响应.结果表明：在5-9月的生长季中,土壤微生物生物量碳和氮平均值分别为879.09和100.03 mg·kg^-1,二者均随土壤深度增加呈下降趋势.随着降水量的增加,土壤微生物生物量碳、氮均增加,且0～5 cm表层土比5～10 cm表层土变化剧烈;土壤微生物生物量碳氮比随降水增加呈下降趋势.降水变化对土壤微生物生物量碳和氮的平均值影响显著,降水增加的影响更为突出.微生物生物量碳和氮在生长季内呈现出相似的变化规律,5月最低,之后先升高后降低再升高,出现1～2个波峰,但峰值大小和出现时间随降水量和土壤层次而变,0～5 cm土层的微生物生物量碳和氮的季节变化较大.微生物生物量碳、氮分别与土壤有机质和总氮含量呈显著正相关.不同降水条件下土壤理化性质的差异与土壤微生物生物量碳、氮的时空异质性紧密相关.降水变化可使土壤微生物群落结构与组成发生改变.     

马尾松林采伐迹地火烧黑炭对土壤活性碳氮库的影响

黑炭是火烧过程中不完全燃烧的产物,在火烧迹地的分布具有异质性。为了解黑炭输入量对土壤活性碳氮库的影响,选取中亚热带33年生马尾松人工林采伐迹地为研究对象,对比炼山1年后移除(B0)、单倍(B1)和双倍黑炭输入(B2)处理和未火烧对照土壤可溶性有机碳氮含量(DOC和DON)、矿质氮、土壤微生物量碳氮含量(MBC和MBN)之间的差异。结果表明:炼山对土壤DOC和DON含量的影响因土层而异,在0—10 cm土层,火烧土壤DOC和DON含量与对照土壤没有显著差异,而在10—20 cm土壤要显著低于对照土壤(P0.05)。火烧土壤矿质氮、土壤MBC和MBN含量均低于对照土壤,但差异未达到显著性水平(P0.05)。火烧土壤含水率、pH、全碳和全氮、铵态氮、土壤MBN含量均与黑炭输入量成正比,特别是在10—20 cm土层,B2处理土壤铵态氮含量显著高于B0和B1处理(P0.05)。对于土壤MBN,黑炭输入处理(B1和B2)火烧土壤MBN含量与对照土壤没有显著差异,而去除黑炭处理(B0)火烧土壤MBN含量则显著低于对照土壤(P0.05)。结果说明黑炭输入对火烧土壤的微生物群落恢复和N素保持具有积极意义,因此亚热带人工林管理过程中应重视黑炭的利用。