氮添加对土壤理化特性和芒萁根系生长的影响

氮沉降增加对陆地生态系统产生了巨大的影响,红壤侵蚀区生态系统较为脆弱,对氮沉降响应更加敏感。本文以芒萁为研究对象,设置不同氮添加水平的模拟试验,探讨氮沉降对红壤侵蚀区土壤理化特性和芒萁根系生长的影响。结果表明:(1)氮添加显著降低了土壤pH值与全磷含量,显著增加了土壤铵态氮与硝态氮及全氮含量,对全碳与有效磷含量无显著影响。(2)氮添加显著影响了芒萁细根生物量、平均根长、体积和根组织密度,均表现为"低促高抑"作用,对比根长则无显著影响。研究结论可为氮沉降背景下亚热带红壤侵蚀区的生态恢复提供理论参考。     

侵蚀红壤区不同水土保持措施的土壤改良效果研究

结合野外调查和室内分析,研究了侵蚀红壤区不同水土保持措施下坡地土壤pH值和养分含量的变化,分析了不同水土保持措施的土壤改良效果。研究结果表明,不同水土保持措施显著影响侵蚀红壤区坡地土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量,但是对全钾和速效钾含量影响不显著。牧草和耕作措施可以显著提高土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量,显著改善土壤肥力状况,梯田对土壤肥力状况影响不显著。研究区土壤肥力状况不受钾素限制,可以将土壤有机质作为衡量土壤肥力状况的简化指标。     

芒萁侵入红壤退化裸地对土壤理化性质和细菌组成的影响

芒萁是最早侵入红壤退化裸地的先锋植物,其侵入过程对土壤环境的改变在退化裸地生态恢复进程中具有重要意义。以福建省长汀县红壤侵蚀裸地为研究对象,分析测定退化裸地中芒萁侵入区和非侵入区土壤理化性质和细菌组成及多样性。结果表明：芒萁侵入裸地显著提高土壤最大持水量、土壤含水率、全碳、全氮、全钾、有机质和pH,并显著降低土壤容重;芒萁侵入区增加根瘤菌目和慢生根瘤菌属等14种土壤优势细菌,变形菌门和甲型(α)变形杆菌的相对丰度显著提高(p<0.05),而土壤绿弯菌门和AD3菌纲的相对丰度显著降低(p<0.05),这些土壤细菌主要功能为化能异养、好氧化能异养和纤维素分解;芒萁侵入裸地显著提高土壤细菌群落结构多样性(p<0.05);芒萁侵入区和非侵入区土壤细菌群落结构差异显著(p<0.05);土壤细菌群落结构的主要影响因子是土壤含水率、全碳、有机质、土壤容重和pH。这些影响因子与疣微菌门、变形菌门、疣微菌纲和甲型(α)变形杆菌纲正相关。综上所述,芒萁侵入后可显著改善红壤侵蚀退化裸地的土壤理化性质,改善土壤细菌群落组成,增加土壤细菌群落多样性和优势菌群,对土壤细菌群落有积极效应。     

赤红壤丘陵坡地不同侵蚀部位土壤养分和微生物特征变异性研究

对华南赤红壤丘陵坡地不同侵蚀部位土壤养分和微生物特性的变异性进行了对比分析。结果表明:水土流失对赤红壤丘陵坡地土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾都有较大的影响,而对全磷和全钾影响较小;随着土壤侵蚀程度的加剧和植被的破坏,土壤微生物总数逐渐减少,土壤基础呼吸和土壤诱导呼吸显著下降;在没有草本植物的情况下,仅有人工荷木并不能起到明显的水土保持作用,近地表覆盖的草本植物应是水土保持植被建设必不可少植物类群。     

侵蚀程度对红壤团聚体分布及养分含量的影响

[目的]探讨不同侵蚀程度下红壤团聚体和养分的变化规律,为侵蚀红壤的肥力提升和合理开发利用提供理论依据。[方法]将红壤表层按照不同深度剥离来模拟不同土壤侵蚀程度,比较分析不同侵蚀程度下团聚体稳定性、有机质和各养分的变化规律及其相互关系。[结果]各侵蚀程度红壤团聚体干筛粒级分布规律大体相似,以≥2mm粒级团聚体为优势粒级,与无明显侵蚀土壤相比,强烈侵蚀土壤≥2mm水稳性团聚体含量降低近1/3;随着土壤侵蚀程度增加,土壤碳、氮、磷等养分含量均表现出逐渐减少的规律,其中强烈侵蚀土壤有机质、全氮和全磷含量减少了30%左右,碱解氮含量减少了近50%,速效磷含量减少了80%以上。相关分析表明,土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮含量均与≥2 mm团聚体含量、WSA,MWD和GMD值具有较好的正相关性(p0.05),与D和PAD值呈负相关。[结论]不同侵蚀程度对红壤团聚体分布及养分含量有一定影响,可通过增加有机肥来改善侵蚀红壤结构,提高土壤肥力。     

几种侵蚀红壤有机无机复合状况及其与土壤养分的关系

用傅积平改进法测定了亚热带3种(轻度、中度和严重)侵蚀红壤的有机无机复合状况,并分析了其与土壤养分的关系。试验得出:随着红壤由轻度、中度到严重侵蚀的变化,土壤养分(有机质、全氮和全磷)含量逐渐减小;供试红壤腐殖质的结合形态主要以紧结合态和松结合态为主,稳结合态腐殖质含量最少;随着红壤侵蚀程度的增强,结合态腐殖质含量和有机无机复合量均减少,土壤有机无机复合度变化不明显。土壤复合量与结合态腐殖质、团聚体水稳性呈极显著正相关,有机无机复合度与它们也正相关。红壤的养分因子中,全氮、全磷和有机质与土壤结合态腐殖质的相关性较好,而全钾和阳离子交换量与土壤结合态腐殖质的相关性不大。3种结合态腐殖质中,紧结合态与红壤养分(全氮、全磷和有机质)的相关性最高。     

红壤侵蚀区马尾松林下植被特征与土壤侵蚀的关系

针对南方花岗岩发育的红壤侵蚀区,在赣县大田乡选择5个低丘马尾松林,利用植物样方调查方法对样地的地形、土壤、植被、侵蚀沟进行调查和测量,基于获取的数据,利用统计学方法分析植被特征与土壤侵蚀的关系.结果表明：1）马尾松人工林郁闭度低,林木生长状况差,林地阳坡半阳坡植被总盖度仅为36.9％;2）林下灌草生物量低,物种丰富度、多样性、均匀度差,物种较为单一;3）林下植被以草本为主,草本以芒萁为主,其生物量占草本总生物量的75％以上;4）马尾松林下细沟、浅沟发育,土壤侵蚀严重,仅细沟、浅沟流失的土壤厚度达71.2 mm;5）不同坡位的侵蚀沟发育相关性显著,侵蚀沟与坡面的微环境差异明显,尤其是土壤密度和土壤水分差异显著;6）马尾松林下土壤侵蚀量对植被恢复具有抑制作用,但沟壑密度的发育能够提高灌草物种丰富度、多样性,以及促进灌草均匀性分布.     

陕北坡耕地土壤侵蚀对土壤性质的影响研究

研究分析黄土高原北部坡耕地土壤侵蚀对土壤性质影响结果表明,山坡中、上部为土壤侵蚀最强烈地带,坡顶侵蚀较弱;土壤全N、碱解氮、速效钾与水蚀和耕作侵蚀间呈线性相关关系,而土壤有机质、速效磷和阳离子代换量则与水蚀和耕作侵蚀无显著相关性。     

典型红壤区田间尺度下土壤养分和水分的空间变异研究

本文选择了典型的红壤区进行网格法分层(0～20cm、20～40cm)取样,采用地统计学与经典的统计学相结合的方法,研究了田间尺度下土壤含水量、全氮、硝态氮和有机质的空间变异特性。结果表明:土壤中各种特性信息均服从正态分布,土壤全氮和有机质含量随深度的增加而减小,而硝态氮含量随深度的增加呈增大的趋势,两个土层硝态氮的变异系数(41.80%～61.97%)远高于全氮和有机质的变异系数(6.21%～19.29%);该研究区域内的土壤含水量、全氮、硝态氮和有机质含量的变程在13.50m～32.60m之间;土壤全氮和有机质含量之间有显著的正相关性;而硝态氮与土壤含水量之间有显著的负相关性(P<0.01,n=96)。采用地统计学研究典型红壤区土壤养分和水分的空间变异性,可为研究区的精确施肥、精确灌溉以及其它的农田精确管理提供科学依据。     

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。     

紫色土区不同芒萁盖度下的减流减沙效应

本研究以人工降雨为条件,设置径流小区,布设不同的芒萁盖度,揭示紫色土区不同芒萁盖度下的产流产沙规律,探究地表水的入渗强度,揭示芒萁在水土保持方面的效益。结果表明,不同芒萁盖度下的产流时间随着芒萁盖度的升高而延长,当芒萁盖度大于60%时,初始产流时间曲线斜率变缓,芒萁盖度在10%~50%时,初始产流时间变化幅度较小。紫色土坡面产流量随着芒萁盖度的增大而减小,二者之间存在显著的负相关。但芒萁盖度在50%以下时,对径流量减少没有显著的影响,当芒萁盖度>50%时,产流量减小显著且处于稳定状态。当芒萁盖度>50%时,坡面产沙量会达到稳定值,且变化幅度较小,说明在紫色土坡面芒萁覆盖度达到50%就能有很好的水土保持作用。而关于坡面入渗率方面,芒萁盖度在50%~60%间坡面入渗强度曲线较为接近,可能由于在50%~60%间存在盖度的临界值。     

甘肃秦王川灌区种植豆禾混播牧草的农田生态保育效应

以裸地(CK)、种植小麦(Triticum aestivum)和苜蓿/无芒雀麦(Medicago sativa/Bromus inermis)豆禾混播牧草地为研究对象,通过测定地表植被特征指标、土壤风蚀量及理化性质等指标,探究秦王川灌区农田风蚀规律及种植春小麦和牧草对土壤及养分流失的影响。结果表明:农田表土损失呈秋末冬初流失较多,冬季较少,春季又明显增强的"U"形曲线模式,从9月至翌年6月,出现2个风蚀高峰期(9—11月和3—5月);耕地裸露造成表土年均流失1.7 kg/m~2,即每年被风吹蚀1.3 mm厚表土,土壤有机质损失236.2 kg/hm~2,而种植小麦和牧草后在地表植被(根茬)覆盖作用下表土流失减少20.1%和52.3%,有机质损失减少12.2%和50.7%;由于风蚀季牧草植被(根茬)的盖度、高度和地表生物量均较小麦大,使得牧草地的地表粗糙度和湿度及表土(0—5 cm)含水率较小麦地高,从而造成土壤和有机质流失较小麦地少;相关和回归分析显示,地表植被特征指标与地表粗糙度和土壤含水率间呈显著正相关,而与地表土壤和有机质流失量呈极显著负相关;植被盖度每提高1%,将使表土和有机质流失减少4.1 g/m~2和59.3 mg/m~2,地表生物量每提高1 g/m~2,将使表土和有机质流失减少2.3 g/m~2和34.0 mg/m~2;春季春播小麦地的表土流失量与裸地相同,而种植多年生豆禾混播牧草可显著减少表土流失和有机质损失。综合以上,甘肃灌区农田春季播种农作物易引起土壤退化,而种植多年生豆禾混播牧草可实现农田生态保育,从而提高耕地质量和区域环境质量。     

黄土坡地耕作侵蚀对土壤养分影响的研究

通过地形测量、铯-137示踪、土壤性质分析及重复耕作的方法对黄土坡地耕作侵蚀对土壤养分的影响进行了研究,结果表明:全N、碱解N及有机质含量随投影坡长的变化可用抛物线描述,有效P及速效K的变化可用幂函数描述;全N、碱解N、速效K含量与耕作侵蚀的关系可用线性方程描述,有效P含量的关系可用三次多项式描述;耕作侵蚀对全N、碱解N、有效P及速效K含量的贡献率分别为16.47%、2.69%、48.85%及15.30%;由于耕作侵蚀,15年内碱解N、速效K、有机质及阳离子代换量的含量将在耕作侵蚀区呈减少趋势,在耕作沉积区呈增加趋势     

渭北旱塬区不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响

为了研究不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响,以渭北旱塬区5种土地利用类型(不同坡向)为研究对象,系统分析该区不同坡向土地利用类型剖面土壤物理、化学和生物性质的差异。结果表明:(1)除土壤pH和土壤颗粒组成外,5种土地利用类型土壤含水量、总孔隙度、有机质、全氮、微生物量碳和氮含量总体随土层加深呈下降趋势,土壤容重则相反。(2)0-30cm土层,阳坡农用地土壤含水量、黏粒含量和pH最高,粉粒和全氮含量最低;人工草地砂粒和全氮含量最高,黏粒含量最低;人工林地土壤总孔隙度、土壤有机质、微生物量碳和氮含量最高,土壤含水量、土壤容重和pH最低;天然草地土壤容重和粉粒含量最高,总孔隙度和砂粒含量最低;退耕地有机质、微生物量碳和氮含量最低。阴坡农用地土壤含水量、粉粒含量和pH最高,黏粒和全氮含量最低;人工草地土壤容重、黏粒和微生物量氮含量最高,土壤总孔隙度、粉粒、砂粒和有机质含量最低;人工林地有机质含量和微生物量碳含量最高;天然草地土壤总孔隙度、砂粒和全氮含量最高,土壤容重和pH最低;退耕地土壤含水量、微生物量碳和氮含量最低。(3)5种土地利用类型中,土壤容重、细黏粒、粗黏粒、细粉粒、粗砂粒、土壤pH和有机质(退耕地除外)表现为阳坡阴坡,土壤含水量(退耕地和农用地除外)、总孔隙度、粗粉粒、细砂粒、土壤质地粗化度、全氮(人工草地除外)、土壤微生物量碳和氮含量则为阴坡阳坡。     

中国四川盆地地区侵蚀斜坡土壤酶活性研究

Determining how soil erosion affects enzyme activity may enhance our understanding of soil degradation on eroded agricultural landscapes. This study assessed the changes in enzyme activity with slope position and erosion type by selecting water and tillage erosion-dominated slopes and performing analyses using the ¹³⁷Cs technique. The ¹³⁷Cs data revealed that soil loss occurred in the upper section of the two eroded slope types, while soil accumulation occurred in the lower section. The invertase activity increased downslope and exhibited a pattern similar to the ¹³⁷Cs data. The spatial patterns of urease and alkaline phosphatase activities were similar to the ¹³⁷Cs inventories on the water and tillage erosion-dominated slopes, respectively. On both the eroded slope types, the invertase activity and soil organic carbon content were correlated, but no correlation was observed between the alkaline phosphatase activity and total phosphorus content. Nevertheless, the urease activity was correlated with the total nitrogen content only on the water erosion-dominated slopes. The enzyme activity-to-microbial biomass carbon ratios indicated high activities of invertase and urease but low activity of phosphatase on the water erosion-dominated slopes compared with the tillage erosion-dominated slopes. Both the invertase activity and the invertase activity-to-microbial biomass carbon ratio varied with the slope position. Changes in the urease activity-to-microbial biomass carbon ratio were significantly affected by the erosion type. These suggested that the dynamics of the invertase activity were linked to soil redistribution on the two eroded slope types, whereas the dynamics of the urease and alkaline phosphatase activities were associated with soil redistribution only on the water or tillage erosion-dominated slopes, respectively. The erosion type had an obvious effect on the activities of invertase, urease and alkaline phosphatase. Soil redistribution might influence the involvement of urease in the N cycle and alkaline phosphatase in the P cycle. Thus, enzyme activity-to-microbial biomass ratios may be used to better evaluate microbiological activity in eroded soils.     

华北平原冬小麦对过去30年气候变化响应的敏感性研究

以气候变暖为主要特征的全球变化已经对人类的生产和生活产生重要影响。作物物候及产量对气候变化的响应和适应是研究气候变化对农业生产影响的重要内容。本文选择位于华北平原的4个典型农业气象试验站(唐山、惠民、商丘和驻马店),利用详细的物候和产量观测资料,在站点尺度上研究了冬小麦物候及产量对过去30年(1980—2009)气候变化的响应及其敏感性。结果表明:过去30年冬小麦出苗期推迟,而抽穗期和成熟期呈提前趋势。物候期的提前或推迟导致冬小麦不同生长发育阶段历时发生变化,出苗—抽穗阶段(营养生长阶段)呈缩短趋势,而抽穗—成熟生长阶段(生殖生长阶段)呈延长趋势。相关性研究表明:在4个研究站点,温度和辐射是制约冬小麦产量的主要气候因子;但不同生长阶段,冬小麦产量对气象因子的响应不同。利用多元回归统计方法研究冬小麦产量对不同生长阶段气候因子(温度、辐射和降雨)的敏感性发现:在出苗—抽穗生长阶段,除驻马店站点外,温度升高对冬小麦产量有正效应;而在抽穗—成熟阶段,温度升高会给产量带来负面影响。冬小麦产量与辐射呈正相关,辐射降低给冬小麦产量产生负效应。     

废水灌溉下有机物料对重度盐渍土养分及芦苇生长的影响

在山东滨州含盐量为16.7 g.kg 1的重度退化滨海盐碱湿地,研究了造纸废水灌溉条件下添加有机物料对盐渍土养分和芦苇生长的影响,以期为重度退化滨海盐碱湿地的生物修复提供依据。试验从春季开始进行,共设4种处理:翻耕对照(CK)、翻耕+废水灌溉(FF)、翻耕+废水灌溉+秸秆(FFJ)以及翻耕+废水灌溉+污泥(FFW),测定了不同处理下土壤养分、呼吸强度、含盐量及芦苇株高和生物量的变化。结果表明,与对照相比,各处理土壤有机质显著提高,10月末时FFJ、FFW和FF处理土壤有机质含量分别是对照的1.34倍、1.29倍和1.22倍;碱解氮和有效磷含量也高于对照,依次为FFW>FFJ>FF>CK;各处理土壤呼吸强度高于对照,其中FFJ处理显著高于对照,比试验初期提高96%;各处理表层土壤含盐量均出现不同程度降低,以FFJ和FFW降低幅度最大,分别比对照降低22.6%和16.3%;FFW、FFJ和FF处理的芦苇株高显著高于对照,8月末分别是对照的3.1倍、2.7倍和2.2倍;FFJ和FFW处理的芦苇生物量、根冠比和平均叶面积都显著高于对照,而FF处理与对照没有显著差异;FF处理芦苇株高、生物量与土壤有效氮含量相关最为显著,FFJ和FFW处理与土壤有机质含量相关性最为显著。结果表明,废水灌溉为重度盐渍化土壤提供了充足的水分,有机物料能有效提高土壤养分含量,解决了重度盐碱化土壤水分胁迫和养分胁迫的问题,促进芦苇生长,但秸秆和污泥两种有机物料之间没有显著差异。     

Legacies of organic matter removal: decreased microbial biomass nitrogen and net N mineralization in New Zealand Pinus radiata plantations

The effect of variations in organic matter removal during harvesting on microbial biomass nitrogen was determined in four Pinus radiata plantations between 9 and 17 years after harvesting. Variation in microbial biomass nitrogen with season and the response of net nitrogen mineralization to organic matter removal after 9 and 17 years were also determined at two of the sites. The microbial biomass nitrogen in the fermentation-humus (FH) layer was correlated with litter fall characteristics and did not vary with organic matter removal, but the total mass of microbial biomass nitrogen in the FH layer was significantly reduced by increased organic matter removal. The microbial biomass nitrogen in the mineral soil was decreased by increased organic matter removal and was strongly correlated with moisture content and total nitrogen concentration. The FH layer microbial biomass nitrogen did not vary with season, but mineral soil microbial biomass nitrogen varied with season at one site, probably due to increased moisture availability. Net nitrogen mineralization in the mineral soil, determined by an anaerobic incubation, was decreased by increased organic matter removal and was strongly correlated with microbial biomass nitrogen. The persistence of the significant differences in microbial biomass nitrogen and net nitrogen mineralization indicated that variations in organic matter removal during harvesting have long-term effects on soil microbial properties and activity during the life of the subsequent rotation. This has implications for the selection of harvesting techniques to promote the maintenance of site productivity and to minimise disruption to the soil biota.