人工草地土壤有机碳组分与微生物群落对施氮补水的响应

【目的】人工草地建设是缓解天然草地放牧压力、促进退化草地恢复的有效方式。开展施氮和补水对呼伦贝尔人工草地土壤有机碳(SOC)组成、土壤微生物群落数量和活性变化的研究,以深入认识不同管理方式对人工草地土壤碳截存及其稳定性的影响及调控机制。【方法】在3种人工草地种植模式(紫花苜蓿单播、无芒雀麦单播及苜蓿-无芒雀麦混播)下构建施氮(0、150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))和补水(0、60 mm)双因素试验,采集各处理土壤样品,使用SOC物理分组、磷脂脂肪酸(PLFA)分析以及土壤酶活性测定,分析不同水氮处理对SOC组分以及土壤微生物数量、组成和活性的影响,揭示土壤微生物群落组成或活性与SOC组分的耦联关系。【结果】3年的施氮和补水处理显著影响不同土壤有机碳组分的含量。施氮处理整体上增加了苜蓿单播和苜蓿-无芒雀麦混播草地土壤的颗粒态有机碳(POC)含量,但是降低了矿物结合态有机碳(MAOC)的含量,而旱季补水则显著提高了无芒雀麦单播草地土壤粗颗粒态有机碳的含量。施氮和补水对土壤微生物群落数量和组成没有产生显著影响,但是显著影响了4种土壤酶的活性。单施氮处理显著降低β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)在苜蓿单播草地土壤中的活性,但是显著提高其在无芒雀麦单播草地土壤中的活性。单补水处理显著降低了苜蓿单播和无芒雀麦单播草地土壤的纤维二糖水解酶(CB)和NAG活性。补水+施氮处理显著降低苜蓿单播草地土壤中β-葡萄糖苷酶(βG)、CB和NAG的活性,但显著提高苜蓿-无芒雀麦混播草地土壤中CB活性。不同水氮处理下土壤总PLFA及各微生物类群PLFA的变化量与POC变化显著正相关,而与MAOC显著负相关。βG和CB活性以及土壤酶C/N比、C/P比的变化量则与POC变化量负相关,并且在补水情况下更为显著。【结论】在呼伦贝尔半干旱区人工草地,施氮显著促进土壤活性碳组分积累、降低惰性有机碳组分含量,不利于土壤碳库的稳定性。补水和施氮显著影响了土壤微生物群落的活性,并且不同水氮处理下土壤酶化学计量比的变化与土壤有机碳组分变化密切相关。这些结果表明人工草地土壤微生物对碳、氮、磷养分需求的差异是调控活性有机碳组分周转的重要驱动力。     

草甸草原区退耕地的牧草-水分-氮肥耦合机制

【目的】 通过在呼伦贝尔建植不同种植模式的人工草地,研究补水、施氮和牧草类型3个因素对人工草地群落生物量、植物营养成分和土壤质量的影响,旨在揭示呼伦贝尔地区退耕地人工草地的水肥耦合机制,筛选建植管理的最优模式。【方法】 试验在呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站进行,2016年6月6日试验开始,设置3个因素试验,即牧草类型（Pasture）、施氮水平（Nitrogen）和补水处理（Irrigation）。牧草类型设紫花苜蓿单播（P₁）、无芒雀麦单播（P₂）、紫花苜蓿无芒雀麦1﹕1混播（P₃）3个处理;施氮水平设不施氮（N₀）、低氮（N₁:75 kgN·hm^-2·a^-1）和高氮（N₂:150 kgN·hm^-2·a^-1）3个水平,每年追施氮肥（化学纯尿素）两次分别于成苗（返青）期和分蘖期撒施;补水设不补水（I₀）和补水（I₁）两个水平,每年6、7、8月补水3次,补水20 mm·m^-2。重复4次,共计72个试验小区,每个试验小区面积7 m×10 m,行距1 m。在2016、2017年测定草地生物量、营养成分（植物粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维）以及土壤养分（土壤全氮、有机碳和pH）。【结果】 （1）播种当年（2016年）的产量对（N）、（I）、（P）和（P×I）等试验因素的响应均达到显著水平（P<0.05）,2017年两次测定的产量对（N）、（P）、（P×I）、（P×N）、（N×I×P）等试验因素的响应均达到显著水平（P<0.05）,并且混播（P₃）在不补水（I₀）条件下低氮（N₁）处理的产量显著高于其余处理组（P<0.05）,平均达到17 801.19 kg·hm^-2。（2）2016年和2017年的粗蛋白（CP）含量均表现为P₁处理>P₃处理>P₂处理,2016年P₁、P₂和P₃处理在补水条件相同时均表现为CP含量随着氮水平增加而增加,其中P₁N₂I₀显著高于P₁N₀I₀、P₁N₁I₀ 、P₁N₁I₁（P<0.05）,达到最大（19.08%）;2017年P₃在I₀条件下N₁水平的粗蛋白（CP）含量（15.12%）显著高于N₀（P<0.05）。（3）施氮和补水均倾向于促使土壤有机碳（SOC）含量负增长,全氮（TN）含量正增长,pH值负增长,其中表层土壤SOC增长量苜蓿和无芒雀麦显著高于混播（P<0.05）,表层土壤全氮（TN）增长量苜蓿显著高于无芒雀麦和混播（P<0.05）。2016年表层和亚表层的土壤碳氮比（C/N）均高于2017年,表层平均高出17.39%,亚表层平均高出15.18%,表层土壤碳氮比的变化更为明显,其中表层土壤碳氮比2016年P₁N₀I₁处理最高,为8.15,2017年P₁N₂I₀处理最高,为5.67,亚表层土壤碳氮比2016年P₁N₂I₁处理最高,为6.36,2017年P₃N₂I₁处理最高,为5.67。【结论】 在呼伦贝尔退耕人工草地在播种第二年,牧草-水分-氮肥的耦合作用对草地生物量具有显著影响,水氮耦合具有一定促进牧草的养分积累的协同效应,其中建植豆-禾混播草地最有利于提高牧草的生物量与营养品质。人工草地的建植会导致C/N降低,土壤品质下降,在不同牧草类型、补水及施氮水平下均会表现出0-20 cm土层SOC含量、pH值的降低以及土壤TN含量的上升,表明土壤出现酸化现象,豆-禾混播土壤pH值降低幅度小于单播,而高氮和补水会明显加剧土壤pH值的降低。     

不同栽培模式下豫北沙化土壤的微生物量和酶活性

通过连续6 a定位试验,以沙化裸地为对照,研究紫花苜蓿Medicago sativa单播、无芒雀麦Bromus inermis单播、紫花苜蓿/无芒雀麦混播3种栽培模式对豫北沙化地区土壤微生物量碳、氮、磷以及土壤酶的影响,利用回归分析和通径分析对二者的关系进行研究。结果表明:与沙化裸地相比,0~40 cm土层3种栽培模式下土壤微生物量碳、氮、磷质量分数和土壤酶活性均不同程度增加,从大到小依次为紫花苜蓿/无芒雀麦混播、紫花苜蓿单播和无芒雀麦单播,且土壤微生物量碳、氮、磷质量分数和土壤酶活性均随土层的加深而降低,呈现表聚性特征。相关性分析表明:土壤微生物量碳、氮、磷与土壤7种酶均呈显著（P < 0.05）或极显著（P < 0.01）相关;通径分析进一步表明:土壤酶对土壤微生物量碳的直接贡献效应从大到小依次为脲酶、淀粉酶、β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶和蛋白酶,对土壤微生物量氮的直接贡献效应从大到小依次为脲酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶和碱性磷酸酶,对土壤微生物量磷的直接贡献效应从大到小依次为蔗糖酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶和淀粉酶。由此认为,相对于沙化裸地,豫北地区经6 a人工草地建植,土壤微生物量碳、氮、磷以及土壤酶活性有效提高,土壤主要生物学性状优化,以紫花苜蓿/无芒雀麦混播为最佳的栽培模式。     

紫花苜蓿与无芒雀麦不同栽培模式下土壤团聚体形态结构、组成及有机碳特征

通过豫北地区6 a定位试验,以撂荒地为对照,研究了紫花苜蓿Medicago sativa单播、无芒雀麦Bromus inermis单播、紫花苜蓿/无芒雀麦混播3种不同的栽培模式对土壤团聚体组成与有机碳垂直分布的影响,并探讨了两者的相互关系。结果表明:人工草地建植后,土壤团聚体形态结构改善较为明显;土壤机械稳定性团聚体组成以5.00~3.00和3.00~2.00 mm粒径为主（比例为35.55%~57.12%）;土壤水稳性团聚体组成以 < 0.25 mm和3.00~1.00 mm为主（比例为53.47%~74.47%）;无论机械稳定性团聚体还是水稳性团聚体,不同栽培模式下土壤团聚体质量分形维数的大小顺序依次为撂荒地、无芒雀麦单播、紫花苜蓿单播、紫花苜蓿/无芒雀麦混播;土壤总有机碳、活性有机碳和腐殖质碳质量分数均随土层的增加而降低,各栽培模式下0~40 cm土壤有机碳质量分数从大到小依次为紫花苜蓿/无芒雀麦混播、紫花苜蓿单播、无芒雀麦单播、撂荒地;Pearson双侧检验结果显示:总有机碳、活性有机碳以及腐殖质碳质量分数两两之间均具有极显著的相关性（P < 0.01）。机械稳定性和水稳性团聚体的分形维数值均与小粒径团聚体（< 0.25 mm）呈极显著正相关（P < 0.01）。结论:相对于撂荒地,人工建植草地后能够显著改变土壤团聚体的分布,促进土壤固碳,其中又以紫花苜蓿/无芒雀麦混播为最佳栽培模式。     

草甸草原区退耕地的牧草-水分-氮肥耦合机制

【目的】通过在呼伦贝尔建植不同种植模式的人工草地,研究补水、施氮和牧草类型3个因素对人工草地群落生物量、植物营养成分和土壤质量的影响,旨在揭示呼伦贝尔地区退耕地人工草地的水肥耦合机制,筛选建植管理的最优模式。【方法】试验在呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站进行,2016年6月6日试验开始,设置3个因素试验,即牧草类型(Pasture)、施氮水平(Nitrogen)和补水处理(Irrigation)。牧草类型设紫花苜蓿单播(P_1)、无芒雀麦单播(P_2)、紫花苜蓿无芒雀麦1﹕1混播(P_3)3个处理;施氮水平设不施氮(N_0)、低氮(N_1:75 kgN·hm~(-2)·a~(-1))和高氮(N_2:150 kgN·hm~(-2)·a~(-1))3个水平,每年追施氮肥(化学纯尿素)两次分别于成苗(返青)期和分蘖期撒施;补水设不补水(I_0)和补水(I_1)两个水平,每年6、7、8月补水3次,补水20 mm·m~(-2)。重复4次,共计72个试验小区,每个试验小区面积7 m×10 m,行距1 m。在2016、2017年测定草地生物量、营养成分(植物粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维)以及土壤养分(土壤全氮、有机碳和pH)。【结果】(1)播种当年(2016年)的产量对(N)、(I)、(P)和(P×I)等试验因素的响应均达到显著水平(P0.05),2017年两次测定的产量对(N)、(P)、(P×I)、(P×N)、(N×I×P)等试验因素的响应均达到显著水平(P0.05),并且混播(P_3)在不补水(I_0)条件下低氮(N_1)处理的产量显著高于其余处理组(P0.05),平均达到17 801.19kg·hm~(-2)。(2)2016年和2017年的粗蛋白(CP)含量均表现为P_1处理P_3处理P_2处理,2016年P_1、P_2和P_3处理在补水条件相同时均表现为CP含量随着氮水平增加而增加,其中P_1N_2I_0显著高于P_1N_0I_0、P_1N_1I_0、P_1N_1I_1(P0.05),达到最大(19.08%);2017年P_3在I_0条件下N_1水平的粗蛋白(CP)含量(15.12%)显著高于N_0(P0.05)。(3)施氮和补水均倾向于促使土壤有机碳(SOC)含量负增长,全氮(TN)含量正增长,pH值负增长,其中表层土壤SOC增长量苜蓿和无芒雀麦显著高于混播(P0.05),表层土壤全氮(TN)增长量苜蓿显著高于无芒雀麦和混播(P0.05)。2016年表层和亚表层的土壤碳氮比(C/N)均高于2017年,表层平均高出17.39%,亚表层平均高出15.18%,表层土壤碳氮比的变化更为明显,其中表层土壤碳氮比2016年P_1N_0I_1处理最高,为8.15,2017年P_1N_2I_0处理最高,为5.67,亚表层土壤碳氮比2016年P_1N_2I_1处理最高,为6.36,2017年P_3N_2I_1处理最高,为5.67。【结论】在呼伦贝尔退耕人工草地在播种第二年,牧草-水分-氮肥的耦合作用对草地生物量具有显著影响,水氮耦合具有一定促进牧草的养分积累的协同效应,其中建植豆-禾混播草地最有利于提高牧草的生物量与营养品质。人工草地的建植会导致C/N降低,土壤品质下降,在不同牧草类型、补水及施氮水平下均会表现出0-20 cm土层SOC含量、pH值的降低以及土壤TN含量的上升,表明土壤出现酸化现象,豆-禾混播土壤pH值降低幅度小于单播,而高氮和补水会明显加剧土壤pH值的降低。     

农业管理措施对新垦荒漠沙地农田土壤有机碳及其组分的影响

【目的】通过在黑河流域中游边缘绿洲新垦沙地农田安排的田间试验,分析不同施肥措施、不同覆盖耕作管理和种植方式对沙地农田土壤有机碳（SOC）及其活性组分的短期影响,为新垦荒漠砂质农田土壤有机质快速提升和土壤培肥提供理论依据。【方法】测定不同农业管理措施下不同处理的土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和有机碳不同组分包括颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（EOC）、热水浸提有机碳（HWC）和微生物生物量碳（MBC）。【结果】 不同施肥措施6年后,单施有机肥和有机无机配施处理耕层（0-20 cm）SOC和全氮含量分别增加32.1%-98.7%和1.5%-40.9%,以高量单施有机肥处理增幅最大,但单施高量氮、磷、钾化肥,SOC和TN仍维持在试验前的极低水平。不同覆盖和耕作处理4年后,SOC和TN含量较试验前分别增加5.4%-34.0%和9.3%-34.9%,少耕秸秆覆盖（RSM）处理增幅最大,RSM处理较常规耕作地膜覆盖（CK）SOC含量高27.2%,但在秸秆覆盖和地膜覆盖下减少耕作对SOC的短期影响均不显著。种植10年的苜蓿地和5年苜蓿5年玉米地较连续种植10年的玉米地,SOC分别高72.7%和27.7%,TN含量分别高54.3%和17.1%。不同农业管理措施的不同处理之间,POC、EOC、HWC和MBC的变化趋势与SOC的变化基本一致,但处理之间的差异更大。高量施用有机肥、秸秆覆盖和苜蓿地的POC占总有机碳的比例显著高于其相应的其它处理。【结论】干旱区荒漠土壤开垦为灌溉农田后,增施有机肥、秸秆覆盖还田、种植多年生苜蓿或苜蓿插入轮作体系是快速提升SOC水平,培肥地力的有效措施。颗粒有机碳是指示SOC动态对短期农业管理措施响应的理想指标。     

添加外源有机物对小麦甘薯轮作土壤碳氮、微生物菌群变化及代谢活性的影响

为探究添加外源有机物对麦薯田土壤碳氮、微生物菌群变化及代谢活性的影响,2019—2022年,通过田间定位试验,设置氮磷钾肥单施+秸秆不还田(NPKNS),80%氮磷钾肥+秸秆还田(NPKS),80%氮磷钾肥+生物有机肥+秸秆还田(NPKBS),80%氮磷钾肥+羊粪+秸秆还田(NPKDS),80%氮磷钾肥+基质+秸秆还田(NPKSS)5个处理,研究化肥减量添加不同有机物对土壤碳氮组分、微生物菌群结构及代谢活性的影响。结果表明,与NPKNS处理相比,NPKBS处理土壤有机碳(SOC)含量、土壤微生物量碳(MBC)含量、土壤可溶性有机碳(DOC)含量分别显著提高12.44%、46.05%、9.76%,NPKDS处理土壤易氧化有机碳(ROC)含量、土壤颗粒有机碳(POC)含量分别显著提高8.50%、12.11%;与NPKNS处理相比,NPKBS处理土壤全氮、微生物量氮含量分别显著提高8.99%、7.87%;与NPKNS处理相比,NPKBS处理土壤细菌、总菌群磷脂脂肪酸(PLFA)含量分别显著提高36.43%、12.78%,NPKSS处理放线菌PLFA含量显著提高32.52%。NPKBS处理细菌...     

不同栽培模式下豫北沙化土壤微生物量和酶活性

通过连续6 a定位试验,以沙化裸地为对照,研究紫花苜蓿Medicago sativa单播、无芒雀麦Bromus inermis单播、紫花苜蓿/无芒雀麦混播3种栽培模式对豫北沙化地区土壤微生物量碳、氮、磷以及土壤酶的影响,利用回归分析和通径分析对二者的关系进行研究。结果表明:与沙化裸地相比, 0～40 cm土层3种栽培模式下土壤微生物量碳、氮、磷质量分数和土壤酶活性均不同程度增加,从大到小依次为紫花苜蓿/无芒雀麦混播、紫花苜蓿单播和无芒雀麦单播,且土壤微生物量碳、氮、磷质量分数和土壤酶活性均随土层的加深而降低,呈现表聚性特征。相关性分析表明:土壤微生物量碳、氮、磷与土壤7种酶均呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)相关;通径分析进一步表明:土壤酶对土壤微生物量碳的直接贡献效应从大到小依次为脲酶、淀粉酶、β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶和蛋白酶,对土壤微生物量氮的直接贡献效应从大到小依次为脲酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶和碱性磷酸酶,对土壤微生物量磷的直接贡献效应从大到小依次为蔗糖酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶和淀粉酶。由此认为,相对于沙化裸地,豫北地区经6 a人工草地建植,土壤微生物量碳、氮、磷以及土壤酶活性有效提高,土壤主要生物学性状优化,以紫花苜蓿/无芒雀麦混播为最佳的栽培模式。图1表6参20     

不同品种小麦下土壤微生物量和可溶性有机物对不同施氮量的响应

【目的】辽春10号和辽春18号小麦是常见的两个小麦品种,但是关于这两个小麦品种在不同施氮量下对维持土壤肥力的差异性方面还未知,因此探讨土壤中活性有机库（微生物量碳氮和土壤可溶性有机碳氮）在各生育期的动态变化,以此来评价土壤活性有机库对不同施氮量的响应以及转化。【方法】以不同品种盆栽小麦为研究对象,在不同施氮量（N0:0 kg·hm^-2、N1:45 kg·hm^-2、N2:90 kg·hm^-2、N3:135 kg·hm^-2、N4:180 kg·hm^-2、N5:225 kg·hm^-2）的设定下,探究土壤活性有机库在小麦生育期内的动态变化及相互关系。【结果】小麦生育期以及氮水平对土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的含量有显著影响（P＜0.01）;除可溶性有机碳和有机碳外（P＞0.05）,小麦品种对土壤微生物量碳氮和可溶性有机氮均有显著影响（P＜0.01）。施用氮肥能够显著提高土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的含量（P＜0.05）,并且随施氮量的增加,土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮在N3处理达到最大,然后随施氮量的增加而降低,特别是在N5处理下,土壤可溶性有机碳氮的含量均低于不施氮肥处理（N0）;与微生物量氮和可溶性有机碳相比,施用氮肥对土壤微生物量碳和土壤可溶性有机氮含量的增幅更大;土壤微生物量碳/土壤微生物量氮在N5处理下最大（平均值分别为13.28和11.45）,而在N3处理下最低（平均值分别为7.94和7.83）。在小麦整个生育期内,土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮含量均在开花期最大,其次为收获期、拔节期和分蘖期,苗期最小,总的来说,在各个时期土壤可溶性有机碳与微生物量碳以及土壤可溶性有机氮与微生物量氮之间均有着显著的正相关关系（P＜0.01）;两个不同品种小麦之间,其地上生物量均没有显著差异（P＞0.05）,但随施氮量的增加,呈先增加后降低的趋势,并且随小麦生育期而增加;而土壤有机碳和土壤全氮也在N3处理达到最大,并且随生育期而增加,在收获期达到最大。【结论】适宜氮量（N3）能够更好地协调土壤中微生物量碳氮和可溶性有机碳氮在小麦生育期内的转化及维持土壤生产力。     

基于分子生态学网络分析松嫩退化草地土壤微生物群落对施氮的响应

【目的】 氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】 以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】 在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门（Acidobacteria）是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌（Actinomycete）约占总序列的6.15%,绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤（P<0.01）;未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤（P<0.01）,其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理（P<0.001）。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽（Zi>2.5,Pi≤0.62）,施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】 施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种（OTU）由16个（未施氮）减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。     

荆江地区湿地与稻田有机碳、微生物多样性及土壤酶活性的比较

【目的】通过湖北荆江地区湿地与稻田土壤有机质、微生物多样性及土壤酶活性比较分析,研究在人为培育下水稻土有机碳与微生物特性之间的关系。【方法】在湖北荆江地区采集代表性河流湿地和稻田耕层（0-20 cm）土壤样本,用硫酸-重铬酸钾消煮法和氯仿熏蒸-硫酸钾提取法测定土壤有机碳和微生物生物量碳,用稀释平板菌落计数法和PCR-DGGE研究微生物区系数量和群落结构多样性,并配合比色法测定土壤酶活性。【结果】湿地在长期种植水稻后,土壤有机碳含量提高了55.42%,全氮和碱解氮也大幅度升高。而且,微生物生物量碳提高了180%。尽管细菌、真菌、放线菌和自生固氮菌的丰度与细菌和真菌多样性均未发生分异,但是稻田土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性比湿地分别提高了89%、70%和72%。微生物生物量碳和归一化的酶活性均与土壤有机碳呈显著正相关关系。【结论】在人为定向培育下,荆江地区水稻土有机碳含量明显提高,微生物生物量碳与酶活性也显著增强,同时,土壤微生物生物量碳和酶活性可以作为稻田土壤有机质功能变化的指示指标。     

添加玉米秸秆和根茬对不同肥力黑土微生物残体碳氮的影响

【目的】作物秸秆和根茬是农田土壤有机质的重要来源之一,经微生物作用以微生物残体形式累积在土壤中,是稳定土壤有机质的重要组成部分。明确不同肥力土壤作物秸秆和根茬还田后微生物残体在土壤中的累积及其对土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）的贡献,以期为增加土壤碳氮的库容和稳定性提供依据。【方法】基于黑土长期定位试验站不同肥力水平土壤,利用¹³C¹⁵N双标记方法和氨基糖生物标识物技术,土壤中分别添加玉米秸秆和根茬后进行室内培养,在培养第30天和第180天采样,分析土壤中外源碳（秸秆碳和根茬碳）的残留率、外源氮（秸秆氮和根茬氮）的残留率、微生物残体碳氮的含量及其对土壤有机碳（SOC）和土壤全氮（TN）的贡献率。【结果】培养第180天,秸秆碳和根茬碳在土壤中的平均残留率分别为36.3%和31.7%,秸秆氮和根茬氮的残留率平均分别为95.8%和79.3%。添加秸秆和根茬处理SOC中外源碳含量与TN中外源氮含量的比值（¹³C-SOC/¹⁵N-TN）在培养第180天平均分别为17.6和28.5,与培养第30天相比平均分别下降了47.9%和28.2%。培养期间,高肥土壤真菌残体碳氮含量是低肥土壤的1.17倍左右,细菌残体碳氮含量是低肥土壤的1.31倍。第180天,添加秸秆处理土壤微生物残体（真菌和细菌）碳和氮含量平均比添加根茬处理增加了8.5%左右。培养结束后（第180天）,真菌残体碳对高肥和低肥土壤SOC的贡献率平均分别为37.0%和33.8%,细菌残体碳的贡献率平均分别为11.2%和9.2%;添加秸秆和根茬的处理真菌残体碳对SOC的贡献率平均分别为36.0%和34.7%,细菌残体碳的贡献率平均分别为10.8%和9.6%。第30天,真菌残体氮和细菌残体氮对TN的贡献率平均分别为55.2%和16.3%;培养第180天,真菌残体氮对低肥和高肥土壤TN的贡献率平均分别为63.5%和60.5%,细菌残体氮的贡献率平均分别为16.4%和17.5%。培养180天与初始土壤相比,细菌残体碳和氮对高肥土壤SOC和TN的贡献率平均分别增加了4.8%和7.4%,对低肥土壤平均分别增加了20.3%和32.5%。【结论】真菌残体对土壤有机碳库的稳定和氮库的扩容起着重要的作用。添加玉米秸秆较根茬更有利于微生物残体碳氮在土壤中的累积。低肥土壤添加秸秆和根茬有利于细菌残体碳和氮向土壤有机碳库和氮库的转化。     

夏大豆土壤微生物有机碳及颗粒有机碳对不同耕作措施的响应

【目的】研究周年土壤不同层次碳对耕作措施的响应,为复播条件下进行有利大豆土壤固碳的合理耕作措施提供参考依据。【方法】在2017年大田滴灌条件下,设置翻耕覆膜(TP)、翻耕(T)、深松(ST)、免耕(NT)4种土壤耕作处理,研究不同耕作处理对不同土壤层次土壤总有机碳(SOC)、微生物有机碳(MBC)、土壤颗粒有机碳(POC)含量的影响。【结果】相对于T与TP处理,NT与ST处理均有利于增加0~10 cm表层土壤的SOC、MBC和POC的质量分数,但两者间无显著性差异。在10~30 cm耕作层,TP处理较比于其余三种处理,能保持土壤中SOC、MBC和POC的质量分数。但在土层深度30 cm以下,ST处理的MBC、POC质量分数逐渐与其余三种处理的差异性逐渐增大并呈显著性差异。在0~60 cm土层深度,微生物有机碳与颗粒有机碳占总有机碳的比例范围分别为1.29%~2.35%与17.81%~31.99%,并均在深度至60 cm的土层达到最高点,其占在总有机碳的比率为ST>TP>T>NT。【结论】深松和免耕均能够有效增加表层土壤的SOC、MBC和POC的质量分数,其中深松对土层深度30 cm以下的MBC、POC质量分数与比率具有显著提升,而在土层20~30 cm翻耕覆膜能够更好保持土壤中SOC、MBC和POC的质量分数。     

油菜-紫花苜蓿混种对土壤中菲、芘的修复作用

 【目的】探讨混种模式下植物对土壤中多环芳烃（PAHs）污染的联合修复、积累效应。【方法】采用盆栽试验法,对比研究油菜、紫花苜蓿在不同栽培模式下对土壤中芘、菲的去除效果与修复机制。【结果】在试验浓度范围内,混种模式下芘、菲的修复效果明显超过单种模式。油菜、紫花苜蓿联合种植70 d后,土壤中菲、芘平均去除率为75.06%、68.22%,分别比二者单独种植时高出43.26%、40.38%和11.03%、16.29%,强化效果明显。植物本身能够吸收与累积在一定量的菲和芘,累积量与土壤中菲、芘的添加浓度正相关。相同污染水平下,茎叶部积累量低于根部、菲小于芘、混种模式低于单种模式。在植物-微生物系统中,微生物降解、植物-微生物联合效应是菲、芘去除的主要途径,但植物-微生物联合效应是混种模式下强化修复PAHs污染的主要原因。【结论】混种模式能强化PAHs污染土壤的修复效果、减少植物积累、缓解污染风险。     

不同肥力潮土的酶活计量比特征及其与微生物量的关系

【目的】研究不同肥力土壤上胞外酶活性,阐明胞外酶活性计量比特征及其影响因素,为阐明土壤生物肥力差异的机制与土壤培肥提供理论依据。【方法】选取了高、中、低肥力的潮土,分析其微生物量碳、氮（SMBC、SMBN）含量以及β-1, 4-葡萄糖苷酶（β-1, 4-glucosidase,BG）、纤维二糖水解酶（Cellobiohydrolase,CBH）、β-1, 4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶（β-1, 4-N-acetylglucosaminidase,NAG）、亮氨酸氨基肽酶（leucine aminopeptidase,LAP）和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,AP）活性。采用生态化学计量学方法分析该5种酶活性在不同肥力土壤间的差异,以及酶活与土壤微生物量间的定量关系。【结果】高肥力土壤SMBC是中肥力土壤的2.6倍,低肥力土壤的5.8倍;高肥力土壤SMBN为中肥力土壤的3.1倍,低肥力土壤的5.5倍。SMBC/SMBN在不同肥力土壤间无显著差异。土壤碳氮磷转化酶活性和综合酶指数均表现为高肥力土壤>中肥力土壤>低肥力土壤,且土壤胞外酶活性与微生物量碳氮表现为直线正相关关系。SMBC和SMBN每增加1 mg·kg^-1,（BG+CBH）和（NAG+LAP）活性分别可提高0.134和10.53 nmol·g^-1·h^-1。ln (BG+CBH):ln (NAG+LAP)和ln (BG+CBH):ln AP均小于1,表明碳源是潮土养分转化的首要限制因素。高肥力土壤上碳、氮、磷酶活比例较低肥力土壤更接近适宜值。【结论】潮土上应配施有机肥或进行秸秆还田,保证充足的碳源以解决养分有效性限制的问题,促进氮磷的养分循环转化。适宜的活性碳氮磷比例是高肥力土壤高产高效的重要机制之一。     

不同土地利用方式土壤重金属赋存与有机碳关联性分析

【目的】评估不同土地利用方式土壤重金属形态与有机碳（SOC）含量的相关性,为深入理解土壤负载SOC和重金属的环境地球化学行为,以及评价土壤环境和人类健康风险提供参考依据。【方法】测定海南省琼海市和定安县3种不同土地利用方式（水田、旱地和抛荒地）中不同形态重金属砷（As）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）以及SOC和矿物结合态有机碳（MAOC）含量,并对重金属形态含量、富集度、生物有效性及重金属与SOC和MAOC之间的关联性进行分析。【结果】不同土地利用方式土壤中重金属含量表现为:水田Cr>Zn>Pb>Cu>As,旱地Cr>Zn>Pb>As>Cu,抛荒地Cr>Zn>Cu>Pb>As;土壤重金属形态以残渣态存在为主;不同土地利用方式下重金属的富集程度存在明显差异,富集指数呈现:水田Cr>As>Cu>Zn>Pb,旱地As>Cr>Cu>Zn>Pb,抛荒地As>Cu>Cr>Zn>Pb;3种土地利用方式土壤中Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性系数较小,处于较稳定的存在状态,生态潜在风险较小,而As对人体健康具有较大的潜在威胁。土壤中SOC和MAOC含量在3种土地利用方式下均表现为水田>抛荒地>旱地,土壤中SOC和MAOC含量与部分形态的Cr、Cu、Zn和Pb之间具有显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）相关性。【结论】土地利用方式的改变不仅影响土壤理化性质,还对土壤中重金属的来源和性质以及有机物类型含量产生影响。不同土地利用方式土壤中部分重金属赋存形态含量与SOC和MAOC具有显著或极显著相关性（As除外）,对深入理解海南土壤污染状况、土壤自净能力与机制等方面具有重要理论意义,可为海南土壤质量提升及可持续利用提供理论支撑。     

不同秸秆生物炭对红壤性水稻土养分及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同秸秆转化生物炭对红壤性水稻土养分含量及微生物群落结构的影响差异,为土壤改良和秸秆资源的合理利用提供理论参考。【方法】以水稻和玉米秸秆300℃、400℃和500℃裂解得到的生物炭为添加材料,以发育于第四纪的红壤性水稻土为供试土壤,通过135 d室内培育试验,研究秸秆生物炭添加对红壤性水稻土pH、有机碳和养分含量、土壤微生物生物量碳（MBC）的影响,及其对磷脂脂肪酸（PLFA）表征的微生物群落结构的影响。试验共设7个处理：对照（CK）、添加水稻秸秆炭300℃（RB300）、400℃（RB400）、500℃（RB500）和添加玉米秸秆炭300℃（CB300）、400℃（CB400）、500℃（CB500）。【结果】物料类型和制备温度因素显著影响裂解得到生物炭材料的养分含量和化学性质。培育试验表明,两种秸秆生物炭的添加,平均提高土壤pH值0.16个单位;土壤有机碳、速效磷和速效钾水平,分别比对照增加26.1%、20.6%和281.8%。水稻秸秆炭对土壤速效钾水平促进作用较大,而玉米秸秆炭则主要增加速效磷含量。低温裂解秸秆炭（300℃）的添加,并没有显著影响土壤碱解氮和无机氮含量;而添加RB500和CB500处理的碱解氮分别比对照低10.4%和8.1%,硝态氮含量分别比对照高63.6%和100.7%（P＜0.05）。添加生物炭处理,微生物生物量碳和磷脂脂肪酸总量平均比对照增加63.4%和47.5%,但添加300℃秸秆炭处理与对照差异不显著;两种秸秆炭的输入均可以增加革兰氏阴性细菌（G-）、革兰氏阳性细菌（G+）、放线菌和真菌的含量,且不同制备温度处理间的差异表现为300℃＜400℃＜500℃。主成分分析表明,水稻秸秆炭对土壤微生物群落结构的影响较玉米秸秆炭更为显著;不同温度水稻秸秆炭间,群落结构差异明显,而不同温度玉米秸秆炭间没有区分开来。典范对应分析结果表明,生物炭添加可以通过改变土壤性质,间接影响微生物群落结构;其中,土壤速效磷、有机碳和速效钾含量与土壤微生物群落分布显著相关。【结论】水稻和玉米秸秆炭均可以改良红壤性水稻土的酸度,提高土壤养分含量和微生物量水平;两种秸秆炭的添加均改变了土壤微生物群落结构,其中以水稻秸秆炭的影响更为明显。     

湘东丘陵4种林地深层土壤颗粒有机碳及其组分的分配特征

选取湘东丘陵区4种典型母质发育的林地土壤(花岗岩红壤、板岩红壤、第四纪红土红壤、酸性紫色土),分层次采集土壤剖面样品,采用物理分组方法,研究深层土壤颗粒有机碳(POC)及其组分(粗颗粒有机碳CPOC、细颗粒有机碳FPOC)的数量分布和分配比例,探讨POC及其组分与土壤有机碳、质地的关系。结果表明,4种土壤剖面POC储量介于2.63-11.59 t/hm2,以花岗岩红壤最高,其次为板岩红壤,第四纪红土红壤和酸性紫色土相对最低。4种土壤POC占SOC的比例(POC/SOC)介于1.5%-13.9%,花岗岩红壤POC/SOC随剖面加深而升高,板岩红壤和第四纪红土红壤则降低,紫色土POC/SOC在40-60 cm土层达到最大值后迅速降低。在40 cm以下的深层土壤中,花岗岩红壤和紫色土保存有数量可观、比例更高的POC。第四纪红土红壤POC储量相对较少、POC/SOC也在表土层较高。花岗岩红壤POC中以CPOC为主,而紫色土以FPOC为主,板岩红壤和第四纪红土红壤中CPOC和FPOC比例接近。所选4种土壤POC组分中,FPOC数量更能代表SOC数量的变化。SOC储量和质地是影响不同母质土壤POC及其组分分配差异的重要因素,在林地开发利用中也应重视深层土壤(40 cm)中储藏的活性碳组分。