未干扰黑土土壤微生物群落特征的季节变化

采用稀释平板法和Biolog-ECO微平板检测法,以山杨天然次生林土壤为对象,研究了典型黑土区未经开垦干扰黑土表层土壤(0~10 cm)微生物群落的季节变化特征。结果表明:①土壤微生物数量表现为夏季最多,春季次之,秋季最少,且总菌数、细菌、真菌和放线菌数量的变化范围分别为(4.76~16.44)×106、(4.68~16.19)×106、(4.29~10.07)×104和(3.97~14.96)×104 cfu/g干土。②在培养168 h时,土壤微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)的变化范围为0.81~1.21,并表现为夏季最高,春季次之,秋季最低。③土壤微生物群落功能多样性指数则表现为夏季显著高于秋季和春季(P0.05),而春、秋两季间无显著性差异,且夏季丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和McIntosh指数分别为27、3.18、0.95和8.19。④初步确定氨基酸类、多聚物类和羧酸类碳源是未经开垦干扰黑土土壤微生物利用率较高的碳源类型。研究结果为科学评价典型黑土区土壤生境质量退化与恢复过程中微生物特征的变化提供了本底值参考。     

稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落多样性及 土壤肥力的影响

研究了稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响。结果表明,稻–虾共作模式的土壤平均颜色变化率(AWCD值)在0~50 cm土层均高于中稻单作模式,其中在25~50 cm土层中土壤AWCD值达到显著差异。0~25 cm土层,相对于中稻单作模式,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Mc Intosh指数显著增加,且其微生物对胺类和酸类的利用率显著提高;而25~50 cm土层,稻–虾共作模式的土壤微生物群落Shannon指数和Mc Intosh指数均显著高于中稻单作模式,其土壤微生物对糖类、醇类和酸类的利用率较中稻单作模式显著提高;主成分分析表明对碳源利用主成分起分异作用的碳源为糖类和酸类。稻–虾共作模式的土壤有机碳和全氮含量在25~50 cm土层显著低于中稻单作模式,其土壤有机碳和全氮含量较中稻单作模式分别下降了41.8%和34.8%,0~25 cm土层不同模式的土壤养分无显著差异。由上可知稻–虾共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多样性,尤其对底层土壤的影响尤为显著,但降低了底层土壤的有机碳和全氮含量。     

未开垦干扰黑土土壤磷的吸附与解吸垂直变化特征

以天然次生林土壤为对象,通过对0~180 cm土层范围内土壤磷的最大吸附量(Qm)、最大吸附缓冲容量(MBC)、解吸量及解吸率等指标的测定、计算和分析,研究了典型黑土区未经开垦干扰黑土磷的吸附与解吸特性在垂直空间上的变化特征。结果表明:不同层次土壤对磷的等温吸附与解吸数据与Langmuir方程的拟合程度均达到极显著水平(p0.01);Qm在垂直空间上的变化范围为442.21~857.23 mg kg-1,且随土层深度的增加表现为先增加后降低又增加的趋势;磷的吸附饱和度(DPS)则表现出相反的趋势,且不同层次之间差异显著(p0.05);不同土层土壤磷的解吸量和解吸率均随平衡液浓度的提高而增加;土壤磷的解吸比率(Dr)和易解吸磷(RDP)含量均以0~20 cm土层较大。可以认为未开垦干扰黑土0~20 cm土层土壤供磷能力较强,随着土壤深度的增加,磷的有效性呈现一定程度的降低。研究结果不仅为黑土区土壤磷的系统研究提供了本底资料,而且可为该区土壤质量评价提供参考。     

覆盖模式及小麦根系对土壤微生物区系的影响

采用平皿分离培养法研究了5种栽培模式和小麦根系对土壤细菌、真菌及放线菌数量的影响。连续2年的定位测定结果表明:覆膜有利于土壤微生物数量增加。5种栽培模式中,小麦根区、根外土壤细菌数量均以覆膜模式下最高,分别为116.8×106cfu·g-1和86.7×106cfu·g-1;土壤真菌和放线菌数量均以垄沟覆膜(垄上覆膜、垄沟播种)模式下最高,分别为3.0×103cfu·g-1、1.4×103cfu·g-1和18.9×105cfu·g-1、19.7×105cfu·g-1。不同模式下小麦根系对土壤细菌和真菌数量影响较大,表现为根区高于根外;而根系对放线菌影响较小,只有补灌和覆膜2种模式为根区高于根外。多重比较结果显示,覆膜与其他模式之间细菌数量差异极显著,根区土壤细菌和真菌数量与根外存在显著差异。覆盖和根系能大幅度增加根区细菌、真菌和放线菌的数量,强化小麦根区根外细菌和真菌的数量差异。     

生物复混肥对土壤微生物功能多样性及土壤酶活性的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板技术,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥、生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤酶活性的动态变化。结果表明,生物复混肥处理的微生物群落平均颜色变化率（AWCD）、微生物群落Shannon指数（H）、丰富度指数（S）和Shannon均匀度指数（E）均为最高;微生物群落主成分分析表明,不同施肥处理土壤微生物群落碳源利用特征有一定差异,PC1将生物复混肥与其他处理明显区分,生物复混肥处理分布在PC1的正方向,其他处理分布在PC1的负方向;起分异作用的主要碳源有糖类、羧酸类和氨基酸类;土壤蔗糖酶、脲酶活性均以生物复混肥处理最高,分别为72.74 mg glucose·g-1·（24 h）-1和1.15 mg NH3-N·g-1·（3 h）-1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性,增强土壤蔗糖酶和脲酶活性。     

东北黑土区不同土地利用方式下农田土壤微生物多样性

为探究黑龙江省黑土区不同土地利用方式下土壤微生物多样性,该研究主要采用Biolog Eco微平板法,以荒地为对照,研究了黑龙江省中部和西南部黑土区玉米、水稻、大豆及土豆4种不同土地利用方式下土壤微生物多样性的变化。结果表明：1）可培养细菌的数量从大到小依次为土豆、水稻、大豆、玉米、荒地,但群落Shannon-Wiener多样性指数从高到低依次为：荒地（2.18）、玉米（2.11）、土豆（2.00）、水稻（1.73）、大豆（1.49）;2）不同利用方式下黑土区微生物碳源利用程度大致随培养时间的延长而升高,并且氨基酸、糖类以及聚合物类是黑土微生物代谢的最主要碳源;玉米土壤微生物的Shannon-Wiener指数（3.18）、McIntosh指数（5.96）、丰富度指数（24.89）、及Simpson指数（0.95）比其他土地利用方式土壤微生物的多样性指数高,而水稻土壤微生物的多样性指数最低,土豆、大豆与荒地土壤微生物的多样性指数间无显著差别;3）不同土地利用方式显著影响了土壤微生物群落碳源代谢多样性,并且对土壤微生物群落代谢特征起分异作用的主要碳源类型为糖类、氨基酸类和羧酸类,其中糖类尤为突出。该研究将有助于了解黑土区土壤微生物多样性与土地利用方式之间的关系,为黑土区农业的可持续发展提供一定的科学依据。     

渡良濑游水地土壤微生物群落结构与功能研究

利用BIOLOG和磷脂脂肪酸(PLFA)技术,研究了受足尾铜矿废水影响下的日本西那须地区渡良濑游水地东、西两侧土壤生物学特性、微生物群落结构及功能变化.结果表明:东侧(对照区)土壤全铜含量为45.07mg/kg,有效态铜含量为0.42 mg/kg,同西侧相比,平均降低了19.32%和89.95%.土壤呼吸速率主要受土壤有效态铜、土壤有机质和C/N的影响,随土层深度增加,土壤微生物量氮和溶解性氮都迅速减小,东侧土壤具有较强的氮矿化能力,渡良濑游水地东、西两侧0-5 cm土层土壤的微生物群落生理代谢剖面在培养48 h后出现明显变化;土壤微生物群落的平均颜色变化值(AWCD)随培养时间的延长,趋于平缓增加.在48 h时培养后,西侧位点土壤的AWCD值与东侧相比,分别下降了40%,34%和16%;除B位点样品在20-40 cm土层深度的AWCD略高于其它3个位点外,其余样品的AWCD无明显差异.渡良濑游水地东侧土壤微生物对单一碳源底物的利用能力较高,土壤微生物群落利用碳源的功能多样性也较高.渡良濑游水地西侧区域C位点土壤的格兰仕阳性菌、格兰仕阴性菌、放线菌数量均显著高于东侧A位点,但渡良濑游水地东侧区域土壤3大类群微生物中细菌和放线菌比例更高.在渡良濑游水地自然恢复30多年后,东、西两侧土壤微生物群落结构与功能仍存在较明显的差异.     

稻–虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落多样性及 土壤肥力的影响

研究了稻-虾共作模式对涝渍稻田土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响。结果表明,稻-虾共作模式的土壤平均颜色变化率(AWCD值)在0-50cm土层均高于中稻单作模式,其中在25-50cm土层中土壤AWCD值达到显著差异。在0-25cm土层中,相对于中稻单作模式,稻-虾共作模式的土壤微生物群落McIntosh指数显著增加,且其微生物对胺类和酸类的利用率显著提高;而在25-50cm土层中,稻-虾共作模式的土壤微生物群落Shannon指数和McIntosh指数均显著高于中稻单作模式,其土壤微生物对糖类、醇类和酸类的利用率较中稻单作模式显著提高;主成分分析表明对碳源利用主成分起异作用的碳源为糖类和酸类。稻-虾共作模式的土壤有机碳和全氮含量在25-50cm土层中显著低于中稻单作模式,其土壤有机碳和全氮含量较中稻单作模式分别下降了41.8%和34.8%,在0-25cm土层中不同模式的土壤养分无显著差异。由上可知稻-虾共作模式提高了土壤微生物的活性以及群落功能多样性,尤其对底层土壤的影响尤为显著,但降低了底层土壤的有机碳和全氮含量。     

不同种植年限设施芦笋土壤微生物群落结构与功能研究

以上海某设施园艺场长期设施芦笋种植土壤为研究对象,采用常规梯度稀释混菌平板法和Biolog-Eco微平板反应系统,研究了芦笋设施种植1、3、5、8及11年棚土壤微生物群落结构及功能多样性。结果表明:设施栽培芦笋后,土壤细菌种群数量减少,真菌数量增加,细菌与真菌数量比(B/F值)降低;除11年棚表现特殊外,随种植年限增加,土壤微生物代谢活性逐渐下降,5年和8年棚AWCD值均仅为对照1年棚的15%左右;土壤微生物代谢类群多样性减少,5年和8年棚的土壤微生物丰富度指数(S)均仅为对照1年棚的72%左右,Shannon指数均为对照1年棚的82%左右,Mc Intosh指数则均为对照1年棚的90%;不同种植年限芦笋设施土壤中微生物群落的碳源代谢特征发生了明显的分异变化,主成分分析表明,这种变化主要体现在对6种碳水化合物和5种氨基酸碳源的代谢利用上;设施芦笋土壤微生物参数指标对土壤p H和EC值变化响应敏感,另外,土壤速效磷和速效钾含量也是影响土壤微生物代谢和区系分异的2个主要因素。     

压砂地土壤微生物群落功能多样性分析

为了掌握荒地压砂对土壤微生物群落功能多样性及理化性质的影响,对荒地及不同年限压砂地土壤进行了Biolog微生物群落功能多样性和理化性质分析。Biolog分析结果表明,1年压砂地微生物群落生理活性最高,荒地微生物群落生理活性最低,其它各年限压砂地微生物群落生理活性随压砂年限增加而缓慢下降。微生物群落功能多样性指数分析表明压砂对微生物群落功能结构影响并不显著。通过微生物群落利用碳源类型分析明确了荒地和各年限压砂地土壤微生物群落利用的主要碳源类型。土壤理化性质分析表明,压砂第1年各项理化性质指标均有明显的下降;此后随压砂年限增加,有机质含量呈上升趋势,速效氮、速效磷和速效钾含量缓慢下降,全盐、全氮、全磷、全钾含量及土壤pH值变化不大。     

土壤侵蚀与土壤肥力

对土壤侵蚀与土壤肥力概念进行了阐述,分析了两者之间的关系,指出土壤侵蚀与土壤肥力之间的作用是相互的,侵蚀造成土壤肥力的丧失,而土壤肥力的丧失反过来又加剧侵蚀作用的加强.在此基础上,提出了治理土壤侵蚀和培育土壤肥力时应注意的问题与治理方法.     

土壤动物与土壤健康

土壤动物与土壤健康息息相关,土壤动物多样性和功能能够灵敏反映人类活动和气候变化引起的土壤扰动。同时,土壤动物还通过与生物和非生物组分间的相互作用对地上生态系统产生反馈作用。当前土壤动物在土壤健康评价体系中的应用相对较少,主要集中在土壤线虫、节肢动物和蚯蚓等类群,仍缺乏基于土壤动物的系统性评价指标。因此,本文围绕土壤动物在指示土壤健康方面的潜力,系统总结了现有基于土壤动物的土壤健康评价指标,强调未来应建立和完善土壤动物基因组信息数据库,挖掘土壤动物的功能性状,加强土壤食物网结构和生态功能的研究,建立集成土壤动物物种多样性、功能性状和土壤食物网的指标体系,从而促进土壤健康和生态系统的可持续发展。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

水土保持与土壤质量评价

辨析了土壤侵蚀、水土流失和水土保持的概念和内涵。分析了水土保持与土壤质量的关系,认为水土流失会造成土壤的土层薄化、养分循环失衡、劣质化和贫瘠化、以及砂质化和砾质化,反之,土壤质量下降会降低土壤抗冲性和抗蚀性,进一步加剧水土流失,水土保持可以有效地改良和保持土壤质量。综述了土壤质量评价的研究进展,提出水土保持需要从保持土壤质与量的角度,在进一步弄清楚土壤质量演变过程与机理的基础上,尝试选择和建立适合的土壤质量指标与评价方法,并进行土壤质量动态监测与预测预警及对策的研究。     

苏打盐碱化土壤pH与团聚体中球囊霉素相关土壤蛋白含量的关系

球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)在土壤团聚体形成中起重要作用,与土壤团聚体稳定性正相关。土壤盐碱化破坏土壤结构,降低土壤中GRSP含量,但影响多大尺寸团聚体GRSP含量并不清楚。本文采集45个松嫩盐碱化草地土壤样品,通过干筛法分离出直径0.25、0.25~1和1~2 mm 3种不同粒级团聚体,采用Bradford法测定土壤中GRSP含量,并测定土壤盐碱化指标,经Pearson相关分析和前向选择变量多元线性回归分析,结果显示:土壤pH显著影响各粒级团聚体总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量和难提取球囊霉素相关土壤蛋白(DE-GRSP)含量,二者存在显著负相关关系,特别是0.25~1 mm粒级团聚体DE-GRSP含量与土壤pH存在极显著负相关关系,可解释22.3%的DE-GRSP含量变化。土壤pH、电导率、碱解氮和有效磷对各粒级团聚体易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)影响不显著。结果表明土壤苏打盐碱化影响0.25~1 mm团粒结构中较稳定的DE-GRSP含量,可能对土壤团聚体胶联和土壤碳存储产生负影响。     

红壤和紫色土抗侵蚀性指标的计算方法研究

以长江流域主要侵蚀性土壤——红壤和紫色土为研究对象,以土壤可蚀性K值作为土壤抗侵蚀性指标,采用通用土壤流失方程计算得到人工模拟降雨试验下红壤和紫色土的抗侵蚀性指标,分别为0.325 2和0.276 3。应用侵蚀—生产力评价模型（EPIC）,根据上述两种土壤的理化性质计算其土壤抗侵蚀性指标,分别为0.313 8和0.266 8。分析比较这两种方法得到的土壤抗侵蚀性指标,最终得到侵蚀—生产力评价模型（EPIC）的修正系数（1.04）。     

不同地表条件下黑土区坡耕地侵蚀过程中土壤团聚体迁移

土壤侵蚀过程中,土壤团聚体的迁移反映了团聚体的破碎程度及径流的搬运能力,直接影响着侵蚀强度.以东北典型薄层黑土区耕层土壤为研究对象,采用模拟降雨试验方法,研究裸露休闲、纱网覆盖与秸秆覆盖3种地表条件下不同粒级(>5 mm,2～5 mm,1～2 mm,0.5～1 mm,0.25～0.5 mm和<0.25mm)土壤团聚体的迁移特征.结果表明:(1)纱网覆盖与秸秆覆盖具有削减径流和抑制侵蚀的作用,其中抑制产沙作用更明显,减沙率分别为75%和99%以上;(2)3种地表条件下,<0.25 mm团聚体是主要的流失粒级,其占到团聚体流失总量的50%以上;各粒级流失量均表现为:裸露休闲>纱网覆盖>秸秆覆盖;(3)纱网覆盖和秸秆覆盖下的团聚体粒级分布与裸露休闲的相比,差异较为明显的均是<0.25 mm粒级,该粒级流失量较裸露休闲的分别减少74.62%和99%;秸秆覆盖与纱网覆盖之间差异明显的是<0.25 mm与1～5 mm粒级,流失量较纱网疆盖的分别减少97.81%和86.03%;(4)秸秆覆盖下团聚体平均重量直径表现为最大;分形维数和平均重量比表面积均表现为:裸露休闲>纱网覆盖>秸秆覆盖.     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

旱地红壤与红壤性水稻土水分特性分析

对低丘红壤地区红壤性水稻土(黄筋泥田)和旱地红壤(黄筋泥)及不同利用方式下土壤的持水和供水特征进行了研究.结果表明,与红壤性水稻土相比,旱地红壤持水供水能力弱;红壤性水稻土各样品之间持水和释水能力的差异与有机质的变化相似,在红壤地区,培肥土壤有利于提高土壤抗旱能力,土壤利用方式不同改变了土壤孔隙的分布状况,使旱地红壤在低吸力段土壤的水分特征存在明显差异.     

VNIR Soil Spectroscopy for Field Soil Analysis

The advent of affordable, ground-based, global positioning information (GPS)–enabled sensor technologies provides a new method to rapidly acquire georeferenced soil datasets in situ for high-resolution soil attribute mapping. Our research deployed vehicle-mounted electromagnetic sensor survey equipment to map and quantify soil variability (?50 ha per day) using apparent electrical conductivity as an indirect measure of soil texture and moisture differences. A portable visible–near infrared (VNIR) spectrometer (350–2500 nm) was then used in the field to acquire hyperspectral data from the side of soil cores to a specified depth at optimized sampling locations. The sampling locations were derived by statistical analysis of the electromagnetic survey dataset, to proportionally sample the full range of spatial variability. The VNIR spectra were used to predict soil organic carbon (prediction model using field-moist spectra: R² = 0.39; RPD = 1.28; and air-dry spectra: R² = 0.80; RPD = 2.25). These point values were combined with the electromagnetic survey data to produce a soil organic carbon map, using a random forest data mining approach (validation model: R² = 0.52; RMSE = 3.21 Mg C/ha to 30 cm soil depth; prediction model: R² = 0.92; RMSE = 1.53 Mg C/ha to 30 cm soil depth). This spatial modeling method, using high-resolution sensor data, enables prediction of soil carbon stocks, and their spatial variability, at a resolution previously impractical using a solely laboratory-based approach.