华北平原典型农田土壤微生物生物量碳氮磷库的县域分布特征——以河北省曲周县为例

土壤微生物生物量是土壤中的活性养分库,直接参与土壤碳氮磷硫等元素的形态转化与生物地球化学循环过程,是反映土壤肥力与质量的重要生物指标。基于网格法采样,运用地统计学方法分析华北平原典型农田土壤微生物生物量碳氮磷库的空间分布特征及影响因子。结果表明:河北省曲周县域农田耕层(0~30 cm)土壤微生物生物量库在空间上呈斑块状分布,具有中等变异强度和明显的空间自相关性,微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)库储量分别为(C)64.14×10³t、(N)24.55×10³t、(P)2.80×10³t,作物产量与MBC和MBN存在显著正相关关系。不同种植体系下单位质量土壤MBC、MBN、MBP的量存在显著差异,小麦/玉米轮作体系下单位质量土壤微生物生物量的平均量高于棉花连作。土壤微生物生物量库的大小和空间分布均受种植体系和土壤肥力的影响,其中土壤有机碳含量是影响土壤微生物生物量库容及空间分布的一个主要因子。研究结果表明土壤微生物生物量库是我国北方典型农田土壤中不可忽视的潜在有效养分库。     

稻改设施有机蔬菜土壤碳氮磷含量与生态化学计量特征研究

为探讨稻田改为设施蔬菜地后长期施用有机肥对土壤养分均衡供应的影响,于2021年收获后采集南京市郊区种植历史为13和18年的露天有机菜地土壤和设施有机菜地耕层(0～15 cm)和犁底层(15～30 cm)土壤,同时采集毗邻稻田作为基准,空间替代时间,对土壤理化性质、养分特性和碳氮磷化学计量特征变化规律进行分析。结果表明,稻田转为设施有机菜地后,除碳库活度指数(AI)外,土壤溶解有机碳(DOC)、活性有机碳(AOC)、碳库指数(CPI)、碳库管理指数(CPMI)均呈“∧”形的先升后降趋势。各处理间耕层土壤MBC无显著差异。设施有机菜地的土壤氮磷钾累积量、碳氮比、碳磷比和氮磷比均显著高于露天有机菜地土壤。18年设施有机菜地耕层土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比分别较露天菜地高7.32%、23.22%和18.57%,犁底层差异不显著。相关分析表明,不同活性有机碳组分与养分计量比间的关系强度存在差异,其中土壤碳氮比受有机碳总量的影响较大,土壤氮磷比受活性有机碳组分的作用更显著,土壤碳磷比同时受到土壤有机碳质量、数量、碳库管理指数的综合影响。研究表明,长期施用有机肥对土壤养分累积的改善作用受时间限制,且在养分平衡供应的调控效果较弱。     

喀斯特峰丛洼地不同植被类型土壤微生物量碳氮磷和养分特征

  目的  探讨桂西北喀斯特峰丛洼地不同植被类型的土壤理化性质和微生物碳(MBC)、微生物氮（MBN）、微生物磷（MBP）含量的变化特征及它们之间的关系。  方法  利用生态化学计量方法和Pearson相关性分析方法研究不同植被类型和土层深度对土壤MBC、MBN、MBP含量和土壤养分含量分布特征的影响。  结果  （1）不同植被类型土壤养分含量和MBC、MBN、MBP含量依次为次生林 > 灌木 > 灌草 > 草地 > 耕地;土壤养分垂直分布表现为随着土层深度加深而下降,不同土层间土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量差异显著,土壤MBC、MBN和MBP含量在不同植被类型和不同土层间差异显著,均表现为MBC > MBN > MBP。（2）不同植被类型土壤MBC/SOC和MBP/TP的值较小,MBN/TN的差异较大。不同植被类型的土壤MBC/MBN差异显著,MBC/MBP变化范围较大,MBN/MBP表现为次生林 > 灌草 > 灌木 > 草地 > 耕地。（3）土壤MBC和MBN与SOC、TN、速效氮和速效钾呈显著或极显著正相关,与土壤容重、pH值表现出不同程度的负相关,表明植被恢复过程中土壤MBC和MBN可作为衡量土壤养分的敏感性指标。  结论  不同植被类型的土壤微生物生物量碳氮磷、养分含量和化学计量特征有明显的表聚效应,随着植被的正向演替,土壤结构、养分和微生物群落功能得到显著提高。     

不同放牧干扰对滇西北高原泥炭沼泽土壤生态化学计量特征的影响

为了阐明放牧过程对泥炭沼泽土壤化学计量特征的影响及机制,为放牧对湿地生态系统干扰及泥炭沼泽养分循环研究提供理论基础。以滇西北高原泥炭沼泽为研究对象,分析了土壤含水率、pH值、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)及土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征,从而研究了放牧过程中藏猪翻拱(ZG)和牦牛践踏(JT)对泥炭沼泽土壤化学计量特征的影响。结果表明:放牧降低了土壤含水率、pH值、TN、TOC含量,增加了TP含量;ZG显著增加了NO~-_3-N含量。放牧降低了土壤养分化学计量,其中ZG和JT的C/P存在显著差异(p0.05);放牧降低了微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)及微生物生物量碳磷比(MBC/MBP),却提高了微生物生物量氮磷比(MBN/MBP),其中ZG对微生物生态化学计量的影响显著高于JT;放牧增加了生态酶化学计量。冗余分析显示TP、含水率、容重、NO~-_3-N、TOC是主要影响化学计量的环境因子。MBC/MBN,MBN/MBP均与对应的生态酶化学计量呈正相关,然而MBC/MBP呈相反趋势。C/N,C/P均与对应的生态酶化学计量呈正相关,然而N/P与对应的生态酶活性呈负相关。土壤养分化学计量变化影响了微生物生态化学计量以及生态酶化学计量。     

干湿度梯度及植物生活型对土壤氮磷空间特征的影响

通过对我国土壤氮磷含量及化学计量比值的分布特征研究,探讨了湿度梯度与植物生活型对土壤氮磷空间分布的影响。研究结果表明:中国陆地系统自然土壤氮、磷含量及氮磷比分别在0.02~8.78 g/kg,0.05~1.73 g/kg和0.06~9.85范围内变化,地形和气候因素对其空间变异性的影响均较为显著。干湿度梯度分带对土壤氮含量和氮磷比值的影响较磷含量更为明显,氮含量与氮磷比呈现出明显的梯度变化特征,表现出湿润区半湿润区干旱区半干旱区的规律,而磷含量变化不显著。在不同生活型植被土壤中,森林土壤氮磷的变化规律较灌木和草本土壤更为复杂;其植物磷平均含量低于全国平均值,说明森林生态系统植物受磷元素的限制作用与其较低的土壤磷含量供给有关。土壤氮磷含量和氮磷比与年均降水量和年均温度的相关性及逐步回归分析表明,土壤氮磷及其化学计量的变异性主要是受降水的影响。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤微生物量碳氮磷的影响

为探讨植被区与土地利用方式对土壤微生物量的影响,在陕西省延河流域森林区、森林草原区和草原区采集5种土地利用方式下的土壤剖面样品(0-10cm,10-30cm),并对其微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物量磷(SMBP)及土壤理化性质进行了分析。结果表明,微生物量磷的含量在3个植被区中均是在农地、撂荒地中相对较高,微生物量碳、氮在森林区表现为:乔木林地>农地在森林草原区表现为:灌木林地>天然草地>乔木林地>农地>撂荒地在草原区表现为:天然草地>乔木林地>灌木林地>农地>撂荒地。相同土地利用方式下,土壤养分和微生物量在森林区最高,森林草原区次之,草原区最低。相关分析表明,微生物量碳、氮、磷、代谢熵、微生物量碳氮比与土壤养分相关性极为密切。因此,土壤微生物量能够作为评价土壤质量的生物学指标。不同植被区不同土地利用方式对土壤质量的改善作用不同,林地和天然草地作用效果好,对土壤微生物量的提高有明显的促进作用。     

沙柳沙障腐烂过程对土壤碳氮磷化学计量特征的影响

探究沙柳沙障腐烂过程对土壤碳氮磷化学计量特征的影响,有助于深入了解荒漠生态系统土壤养分循环及土壤有效性。该研究以布设1、3、5、7、9 a的沙柳沙障为研究对象,通过原位取样与指标测定,探究影响土壤碳氮磷含量及其化学计量特征的主要环境因子。结果表明：沙柳沙障腐烂过程障体化学组分显著降低（P<0.05）,土壤含水率和碱解氮（AvailableNitrogen,AN）得到改善,β-1,4-葡萄糖苷酶（β-1,4-glucosidase,BG）和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（β-1,4-N-acetylglucosidase,NAG）活性于5 a时达到峰值;碳磷比和氮磷比在设障之后的5 a中显著增加,5 a时分别是1 a的1.83和1.76倍,而9 a的碳氮比较1 a显著增加了41.20%(P<0.05);碳磷比和氮磷比与可溶性有机碳、碱解氮、全氮和BG呈显著正相关,但碳氮比与NAG、纤维素和木质素呈显著负相关,其仅与质量损失率呈显著正相关（P<0.05）;冗余分析研究结果进一步证实,纤维素和质量损失是影响土壤碳氮磷含量及其化学计量的主导因子。沙柳沙障的腐烂过程能够提高...     

黄土高原不同封育年限草地土壤与植物根系的生态化学计量特征

黄土高原特别是干草原地区植被演替的研究比较薄弱。当前植物生态化学计量学的研究主要集中在植物叶片方面,对根系的研究较少。选取宁夏云雾山草原植被不同封育年限的土壤和植物样品,以生态化学计量学原理为基础,测定并分析了土壤与根系的碳(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量比与相互关系。结果表明:(1)随着封育年限的增加,土壤容重逐渐减小,土壤有机碳和全氮变异性较大,全磷变异性较小,且封育初期土壤有机碳和全氮含量先降后升,至封育20、30年,保持相对平稳。0~20 cm土层土壤的碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)分别为9.04~9.63、19.62~32.27、2.14~3.37,20~40 cm土层土壤的分别为8.68~9.22、15.74~26.32、1.80~3.03。土壤有机碳与全氮、全磷之间存在极显著的正相关。(2)植物根系C、N、P含量变化范围分别为357.6~381.4 g kg-1、7.35~8.18 g kg-1、0.54~0.70 g kg-1;根系中的C元素含量随封育年限的增加逐渐升高,N、P元素含量均小于全球平均值。根系C∶N随着封育年限的增加变异性较大,C∶P、N∶P随着封育年限的增加变异性较小。(3)植物根系的C∶N∶P化学计量特征受土壤的影响调控大于其自身,且土壤磷含量对植物根系C∶N∶P生态化学计量特征影响的显著性(p0.01)大于土壤氮含量(p0.05)。此外,该地区封禁后,草地生产力易受到土壤N含量的限制。     

基于土壤化学性质与神经网络的羊草碳氮磷含量预测

生态化学计量学是研究植物-土壤相互作用与从元素计量的角度分析生物地球化学元素区域循环规律的新思路,是当前生态化学计量学的研究热点和前沿。该文以羊草碳、氮、磷的含量为研究对象,选用能够模拟输入与输出层非线性关系的径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络,在土壤相关化学性质与羊草碳、氮、磷含量之间建立模型,构建最优的羊草碳、氮、磷含量的预测模型。研究结果显示,采用土壤营养元素及相关化学性质作为输入层,羊草碳、氮、磷含量作为输出层,利用Matlab软件建立RBF神经网络模型,模拟预测羊草碳氮磷平均质量分数分别为411.46,18.25和1.11 mg/g,皆低于全球陆生植物叶片碳氮磷的平均含量;羊草C/N值、C/P值和N/P平均值分别为24.70、429.24和17.92,皆高于全球陆生植物叶片C/N值、C/P值、N/P值;羊草N/P为17.92,其生长主要受P元素的限制。预测结果与实际情况比较符合,这说明RBF人工神经网络模型用于模拟预测羊草碳、氮、磷含量与土壤化学性质之间的关系是可行的,可以较准确地估测羊草碳氮磷含量,平均相对误差分别为1.39%,4.69%和7.65%。     

宁夏黄土丘陵区植被恢复对土壤养分和微生物生物量的影响

本研究以宁夏固原天然草地、农地、撂荒地和不同年限的柠条林地为研究对象,分析了不同植被类型下土壤养分和土壤微生物生物量碳、氮、磷的变化。研究结果表明:土壤养分除速效磷和全氮外,其他指标均为农地最低,撂荒地次之,并且随植被恢复年限的增加而增加;不同植被类型条件下,土壤微生物生物量有显著差异,微生物量碳含量表现为撂荒地农地天然草地3年柠条林地13年柠条林地23年柠条林地,微生物量氮以天然草地最低,农地、撂荒地和不同年限柠条林地较大,不同植被类型土壤微生物量磷差异显著,在5~20cm土层和20~40cm土壤中表现尤为突出。土壤微生物量碳、氮、磷与植被类型和植被恢复年限关系密切。柠条林对土壤微生物生物量有明显促进作用,并且随着植被恢复年限的增加改良效果越显著。     

薄层黑土微生物生物量碳氮对土壤侵蚀—沉积的响应

研究土壤侵蚀—沉积对土壤微生物生物量的影响可以为科学评估土壤侵蚀的环境效应提供依据。以典型薄层黑土区——黑龙江省宾州河流域为研究区,利用土壤137Cs含量估算侵蚀速率,通过分析流域不同位置和不同坡面部位土壤微生物生物量碳和氮含量以及土壤侵蚀强度的差异,揭示土壤微生物生物量对土壤侵蚀—沉积的响应规律。结果表明:流域不同位置和不同坡面部位土壤微生物生物量的分布存在明显差异,并呈现出与土壤侵蚀—沉积空间分布相反的变化趋势。土壤侵蚀速率在流域的分布为上游中游下游,在坡面的分布为坡中部坡上部坡下部;土壤微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)在流域表现为下游中游上游,在坡面表现为坡下部坡上部坡中部。回归分析表明,MBC、MBN、有机质(Organic matter,OM)和全氮(Total nitrogen,TN)含量随土壤侵蚀强度的增大而减少。土壤侵蚀对土壤微生物生物量的分布有重要影响,土壤侵蚀—沉积过程引起土壤养分的迁移和再分布是导致侵蚀区和沉积区土壤微生物生物量分布产生差异的重要原因。     

不同耕作方式下玉米农田土壤养分及土壤微生物活性变化

通过连续3年的野外调查与室内分析试验,研究了不同耕作方式（翻耕、旋耕、免耕）对玉米农田土壤养分及土壤微生物活性的影响。结果表明,不同耕作方式下土壤pH值略显酸性,土壤容重与土壤总孔隙度变化趋势相反;土壤容重基本表现为:免耕 > 翻耕 > 旋耕;土壤总孔隙度TSP基本表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤养分（有机碳、全氮含量）和有效养分（有效磷、铵态氮和硝态氮）均呈现出一致性规律,大致表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤全磷含量差异均不显著（p > 0.05）;与免耕相比,土壤微生物量碳和氮、土壤微生物数量（细菌、真菌、放线菌、固氮菌和纤维素菌）均有明显的增加,大致表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕。土壤微生物活度的变化范围为0.38~0.69,依次表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤微生物活度差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤微生物量碳周转率高于氮周转率,说明微生物量碳更新比微生物量氮快,其中翻耕处理下土壤微生物量碳和氮更新较旋耕和免耕快。通径分析发现,不同土壤环境因子对土壤微生物活度产生直接和间接负作用,其中有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、细菌数量对土壤微生物活度产生直接效应;土壤微生物量碳、微生物量氮、真菌数量和固氮菌数量对土壤微生物活度产生间接效应。     

残落物混合分解对杨树-农作物复合系统土壤碳氮矿化的影响

采用室内培养的方法研究杨-麦、杨-花生等不同复合经营模式下,杨树叶与农作物秸秆混合后对土壤碳、氮矿化及土壤微生物量的影响。结果表明:(1)单一模式中,花生叶处理的有机碳矿化累积量最大,花生茎秆、杨树叶处理次之,小麦秸秆处理最低。混合处理有机碳矿化累积量依次为杨树叶-花生叶>杨树叶-花生茎秆>杨树叶-小麦秸秆,且培养结束时,混合物表现出明显的促进作用;(2)土壤微生物量碳、氮与各残落物氮含量、C/N比存在显著的相关性;(3)杨树叶、小麦秸秆及其混合物处理的土壤矿质态氮含量均低于对照,而添加花生叶、花生茎秆以及它们与杨树叶的混合物使矿质态氮含量高于对照。试验说明杨-麦、杨-花生复合模式均能有效提高土壤微生物的生物量,调节碳的动态及氮的供应,而选择种植含氮量高的农作物更有利于促进残落物分解和养分归还,这对深入研究林-农复合系统的模式筛选、结构优化及可持续经营具有一定的现实意义。     

耕作与施肥对甘蔗地土壤微生物量碳、氮的影响

通过野外调查与室内分析,研究了云南蒲缥甘蔗地赤红壤不同耕作与施肥土壤剖面微生物量碳、氮特征。结果表明:不同耕作与施肥对土壤微生物量碳、氮均有一定影响,其中耕作对土壤微生物量碳、氮的影响较为一致,表现为免耕 > 翻耕。施肥对0—20 cm土层中微生物量碳的影响表现为翻耕施肥 > 翻耕,对20—40 cm,40—60 cm土层中微生物量碳的效应呈现为翻耕 > 翻耕施肥,而施肥对土壤微生物量氮影响则与其对微生物量碳的效应相反。耕作和施肥对各个土层土壤微生物商具有显著的影响（p<0.05）,表现为免耕 > 翻耕,翻耕施肥条件下0—20 cm土层的微生物商稍高于翻耕,而其他土层均为翻耕 > 翻耕施肥;土壤微生物量氮与全氮的比值与微生物量氮的变化趋势相近。在不同的耕作和施肥条件下,免耕有利于提高土壤微生物量,施肥在一定程度上也利于提高土壤微生物量。     

城市不同功能区绿地土壤理化性质及微生物生物量的分布特征

为提高城市绿地生态系统服务功能和促进城市可持续发展，本文研究了南京市不同功能区绿地表层土壤养分和微生物量的分布特征。结果显示，土壤pH整体呈碱性且容重偏大；公园绿地土壤全氮、速效磷和速效钾含量显著高于道路绿地；不同功能区绿地土壤有机质含量无显著差异，但公园绿地土壤微生物量碳含量和微生物熵显著高于居住区和道路绿地；公园绿地土壤结构和养分均优于道路绿地。土壤微生物量碳含量与有机质、全氮和速效钾含量呈极显著正相关，与速效磷含量呈显著正相关，与容重呈极显著负相关；土壤有机质与全氮和速效钾含量呈极显著正相关，与速效磷含量和pH无显著相关性，与容重呈显著负相关。因此，勤松土，合理施肥，增加枯枝落叶等凋落物覆盖，提高土壤养护管理水平对修复城市土壤生态和建设生态城市具有重要意义。     

近30年川中丘陵区不同土地利用方式土壤碳氮磷生态化学计量特征变化

基于1981年第二次土壤普查数据和2012年实地采样数据,分析了紫色丘陵区1981—2012年不同土地利用方式下表层土壤碳氮磷含量及生态化学计量特征变化。结果表明:研究区近30年来土壤碳、氮含量增幅分别为109.98%、27.27%,磷含量基本稳定。1981年土壤C︰N︰P比为7.28︰1︰1,2012年C︰N︰P比为16.41︰1.37︰1。各土地利用方式土壤碳、氮含量均有不同程度提升,尤以林草地、园地提升最为明显;水田、旱地、园地土壤磷含量基本稳定而林草地下降明显;土壤C/N、C/P、N/P均有提升。30年来表层土壤碳储量明显增加,氮储量基本稳定而磷储量有所下降。     

黄土高原典型土壤全氮和微生物氮剖面分布特征研究

为阐明黄土高原典型土壤全氮和微生物氮含量随土壤类型、土层和土地利用方式变化规律,研究了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨陵)等典型土壤的全氮和微生物氮含量的变化特征。结果表明,不同土壤类型、不同土层全氮和微生物氮含量存在显著差异。从南到北,全氮和微生物氮含量显著下降(P0.05)。对同一土壤类型,全氮和微生物氮含量在060.cm随土层深度增加下降很明显,60120.cm有轻微下降,120.cm以下低而稳定。微生物氮含量随土壤类型的变化趋势与全氮完全相同,其与土壤全氮、有机碳及微生物碳含量均存在极显著正相关关系(P0.01)。土壤微生物氮与全氮比值变化在0.42%9～.44%之间。虽然土地利用对土壤全氮和C/N比影响不显著,但却显著影响微生物氮含量和微生物氮与全氮的比值;与农田土壤相比,草地土壤微生物氮含量和微生物氮与全氮比值均明显增加。这一结果说明微生物氮含量和微生物氮与全氮比值更能有效、快速地反映土壤质量的变化。