Contributions of ammonia-oxidizing archaea and bacteria to nitrification in Oregon forest soils

Ammonia oxidation, the first step of nitrification, is mediated by both ammonia-oxidizing archaea (AOA) and bacteria (AOB); however, the relative contributions of AOA and AOB to soil nitrification are not well understood. In this study we used 1-octyne to discriminate between AOA- and AOB-supported nitrification determined both in soil-water slurries and in unsaturated whole soil at field moisture. Soils were collected from stands of red alder (Alnus rubra Bong.) and Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii Mirb. Franco) at three sites (Cascade Head, the H.J. Andrews, and McDonald Forest) on acidic soils (pH 3.9–5.7) in Oregon, USA. The abundances of AOA and AOB were measured using quantitative PCR by targeting the amoA gene, which encodes subunit A of ammonia monooxygenase. Total and AOA-specific (octyne-resistant) nitrification activities in soil slurries were significantly higher at Cascade Head (the most acidic soils, pH < 5) than at either the H.J. Andrews or McDonald Forest, and greater in red alder compared with Douglas-fir soils. The fraction of octyne-resistant nitrification varied among sites (21–74%) and was highest at Cascade Head than at the other two locations. Net nitrification rates of whole soil without NH₄⁺ amendment ranged from 0.4 to 3.3 mg N kg⁻¹ soil d⁻¹. Overall, net nitrification rates of whole soil were stimulated 2- to 8-fold by addition of 140 mg NH₄⁺-N kg⁻¹ soil; this was significant for red alder at Cascade Head and the H.J. Andrews. Red alder at Cascade Head was unique in that the majority of NH₄⁺-stimulated nitrifying activity was octyne-resistant (73%). At all other sites, NH₄⁺-stimulated nitrification was octyne-sensitive (68–90%). The octyne-sensitive activity—presumably AOB—was affected more by soil pH whereas the octyne-resistant (AOA) activity was more strongly related to N availability.     

土壤侵蚀下黑龙江省人地系统适应性研究

为缓解人地关系,以对黑龙江省威胁最大的土壤侵蚀为切入点,从"三生"视角分析区域人地系统适应性,并提出基于不同修复优先级的人地系统修复方案。首先,在总结、梳理适应性内涵,整合适应性理论与方法基础上,从"三生"视角提出了基于风险扰动的适应性分析框架,将系统适应性分解为扰动、影响、响应、能力4方面,并从土壤侵蚀风险扰动出发,构建了系统适应性评价指标体系与评价模型;其次,采用极差标准化法、克里格插值法、蔡崇法法和DEA-CCR模型处理数据,利用土壤侵蚀方程测算土壤侵蚀风险,利用适应性评价模型测算适应性指数,分析土壤侵蚀风险和人地系统适应性分布情况;最后,提出基于不同修复优先级组合模式的人地系统修复方案。结果表明:黑龙江省土壤侵蚀风险区面积为1 366.61万hm2,占区域耕地面积的85.74%,高、中、低级别风险规模分别为324.02、596.33、446.26万hm2。高、较高级别人地系统适宜程度区分布在三江平原东北部和松嫩平原东南部地区,中级别分布在大兴安岭和松嫩平原南部地区,低、较低级别分布在东南部山地和松嫩平原北部地区。形成了基于不同修复优先级组合模式的人地系统修复方案,其中53个地区仅存在1种人地系统修复方案,其余27个地区在不同优先级组合模式下形成了不同的人地系统修复方案,为区域人地系统修复提供了多种选择方案。     

三峡库区花岗岩母质石英砂土不同经济林模式土壤养分特征研究

为了解三峡库区花岗岩母质不同经济林模式的土壤养分状况,研究了各模式下土壤pH、有机质、全量养分和速效养分的特征,并利用主成分分析法对不同模式的土壤质量进行了综合评价。结果表明,除土壤pH外,经济林土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾等含量的变异较宽,为中等变异。随土壤层次的增加,各模式下土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量呈递减趋势,而全磷和全钾则存在不规律变化。土壤有机质、全氮和速效钾对经济林土壤质量的高低产生着主要作用,土壤养分综合排名表现为柑橘（精细管理）>柑橘（常规管理）>板栗林>茶园。因此,利用生物措施和精细化管理措施,可有效提高该区域经济林的土壤质量。     

菌渣还田对生菜生长、土壤养分及酶活性的影响研究

为考查菌渣的肥效及其对生态环境的影响,布置生菜栽培盆栽实验,研究施用菌渣还田对生菜生长、土壤养分、酶活性及微生物的影响。试验空白、菌渣、复合化肥、菌渣+复合化肥4个处理。结果表明：（1）施用菌渣,能促进青椒生长,但对生菜的生长促进不及化肥。（2）施加肥料能显著提高土壤养分,与空白处理相比,施纯菌渣对土壤全氮增加58.6%,碱解氮增加73.3%,硝态氮增加35.3%。（3）施菌渣能显著提高土壤酶活性和土壤微生物数量,施纯菌渣处理的土壤过氧化氢酶活性、脱氢酶活性和脲酶活性分别是化肥处理的1.31、1.40、1.44倍;土壤细菌、放线菌和真菌数量分别为化肥处理的1.56、1.72、1.72倍。施用菌渣可提高农田土壤养分、有机质含量、土壤酶活性和微生物数量,减少养分流失,改善农田土壤生态环境,具有良好的推广应用价值。     

黄河故道区域不同种植模式及秸秆还田方式对土壤的改良效果

由于长期受到流水冲击,黄河故道区域农田以中低产田为主,因此本区域农田质量提升成为黄河中下游平原绿色发展的重要研究课题。在河南濮阳清丰地区秸秆还田方式的基础上,选取黄河故道区域广泛种植的小麦、玉米和花生三大主要农作物,于2009年进行4种种植模式长期定位试验：小麦-玉米、小麦-花生、小麦-玉米-小麦-花生和单季花生,其中小麦和玉米秸秆全部还田,花生秸秆不还田,探究不同种植模式对土壤理化性质和微生物群落结构的影响。结果表明,秸秆还田量越多,土壤有机质含量提高越多,小麦-花生、小麦-玉米-小麦-花生种植模式下土壤有机质含量最高,且其土壤含水量也显著高于其他处理,上层土壤容重有所降低,显著改善了土壤砂质化,提升了土壤的蓄水能力;秸秆还田量较大的种植模式的养分保持能力明显提高,养分含量显著增加;微生物群落结构对不同种植模式响应结果为,花生可以显著提升微生物丰度,微生物群落多样性随种植作物类型的增加而增加。因此,小麦-玉米-小麦-花生种植模式较为适宜濮阳清丰黄河故道区域,有利于土壤改良和区域农业的可持续发展。     

基于机器学习算法的土壤有机质 质量比估算

为快速高效地估测干旱、半干旱地区土壤有机质(soil organic matter, SOM)质量比,提出了一种结合竞争适应重加权法(CARS)和随机森林(RF)的估测模型.以内陆干旱区艾比湖流域为研究区,测定土壤高光谱反射率和SOM质量比,经预处理后,利用CARS对原始光谱(R)、一阶导数(R′)、吸光度(log(1/R))及吸光度一阶导数［log(1/R)］′4种光谱变量的可见-近红外光谱进行筛选,并结合RF算法,建立全谱段RF模型与CARS-RF模型.结果表明,基于CARS方法对光谱进行变量筛选后,得出4种光谱变量的优选变量集个数分别为35,26,34和121;在4种光谱变量中,R′和［log(1/R)］′的SOM估测模型精度较高,以［log(1/R)］′为基础数据获得的模型精度最高;CARS-RF模型精度优于全谱段RF模型,模型验证集决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)、相对分析误差(RPD)分别为0.881,6.438 g/kg和2.177.该研究在预处理的基础上通过变量优选,应用较少的变量个数获得较高的估测精度,为干旱、半干旱区SOM高光谱估测提供了适宜高效的方法.     

黄麻土工布覆盖对花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性的影响

[目的]探究黄麻土工布覆盖条件下花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性,为花岗岩红壤区坡面土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,在2个坡度(5°和15°坡度)、3种密度(无覆盖,6 cm×6 cm及3 cm×3 cm网格)的黄麻土工布覆盖条件下,研究极端降雨条件下(90 mm/h)花岗岩红壤表土的坡面侵蚀特性,并观测径流系数、土壤侵蚀速率、泥沙颗粒变化规律及富集率等指标。[结果]坡面径流随降雨历时增加而增加,土壤侵蚀速率则相反,表明侵蚀过程是一个分离受限的过程。和对照组相比,黄麻土工布覆盖在不同试验条件下都具有明显的减流减沙作用。另外,由侵蚀泥沙的粒径分选规律可知,坡面土壤中的黏粒和粉粒大小的颗粒倾向于被优先选择性搬运,其结果致使坡面石英粗颗粒富集,在缓坡(5°)与高密度黄麻土工布覆盖条件下(3 cm×3 cm网格)尤为突出。坡面石英粗颗粒随降雨历时增加不断富集进一步增加了原位坡面的侵蚀抗性,产生了土壤侵蚀速率随降雨历时不断降低的现象。[结论]高密度黄麻土工布的覆盖能够有效地减流减沙,增加原位坡面抗蚀性,是一种有效的水土保持措施,在今后的土壤侵蚀防治和劣地恢复工作中应该被重视。     

河南长江流域防护林工程水土保持效益评价

涵养水源和保育土壤是森林的主要生态功能。通过采用森林生态系统服务功能实物量、价值量评估方法对长防林工程实施区域森林的水土保持效益进行的评价,结果表明,长防林工程实施后林地可调节水量12.936亿m3,固土0.135亿t,林地的水土保持效益价值达126.247亿元。经过20年的长防林工程建设,项目区内森林资源快速增长,水土流失面积大幅度减少,工程建设对生态环境的改善起到了明显的作用。