邓恩桉（Eucalyptus dunnii）人工幼龄林土壤酶活性对模拟硫、氮复合沉降的响应

为探究南方人工林生态系统土壤酶活性对硫、氮复合沉降的响应机制,本研究采用二元二次正交回归旋转设计方法,设置16个硫、氮复合沉降处理组和1个空白对照组,研究1 a硫、氮复合沉降下邓恩桉人工幼龄林土壤上层(0~20 cm)和下层(20~40 cm)的酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性与硫、氮复合沉降之间关系,并建立回归模型。对17组数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA),结果显示除上、下层过氧化氢酶活性组间差异均不显著外(p>0.05),酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性组间均存在差异显著的土壤分层(p<0.05)。利用土壤分层中差异显著的酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性进行分析、建模,结果表明:酸性磷酸酶仅对氮沉降的独立效应响应显著,与空白对照组相比,氮沉降抑制酸性磷酸酶活性;脲酶仅对硫沉降和氮沉降的独立效应响应显著,且脲酶活性在硫、氮沉降下降低,以氮沉降抑制作用最强;蔗糖酶对硫、氮沉降的独立效应和交互作用均响应显著,表现出硫、氮沉降抑制蔗糖酶活性的特征。研究表明,1 a硫、氮沉降抑制邓恩桉人工幼龄林红壤表层(0~40 cm)的土壤酶活性,引起土壤肥力降低。     

模拟增温对华北农田土壤碳排放的影响

为研究增温效应下农田温室气体排放的变化和机制,选择华北平原的山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站当地典型的冬小麦-夏玉米农田为研究对象,设计翻耕增温(CTW)处理和翻耕不增温(CTN)对照开展多年增温试验。2014年10月出苗期至2015年12月冬小麦越冬期持续增温,2016年初至2016年9月增温设备因故障关闭。结果显示,2014—2015年,冬小麦期土壤温度显著增加1.31℃(P<0.05),夏玉米期土壤温度升高0.71℃(P>0.05),而全年土壤体积含水量均值对增温无显著响应,仅越冬期土壤含水量增加明显。两年期内,增温抑制冬小麦季CO2累积排放达20.35%,以3月和5月差异表现最为明显。2014—2016年冬小麦季,CTW、CTN处理的年均CH4累积吸收量分别为1641.2、2185.7 g·hm^-2,增温抑制冬小麦季CH4吸收,但对夏玉米季CH4通量无显著作用。冬小麦季增温降低CTW处理土壤微生物生物量碳值达26.55%,而微生物生物量氮仅个别施肥和灌溉月份对增温响应显著。两年期冬小麦和夏玉米季CTW、CTN地上生物量均值分别为12.19、16.33 mg·hm^-2和16.41、21.18 mg·hm^-2,表明增温降低了地上作物生物量。研究表明,长期增温显著抑制小麦季土壤CO2释放和CH4吸收,但玉米期碳排放和吸收的响应相对较弱。增温条件下,土壤水热条件和生物量依然是限制土壤碳通量的重要因素。     

邓恩桉林土壤腐殖质对模拟硫、氮复合沉降的响应

为探究红壤地区人工林生态系统对酸沉降的响应机制,依据二次正交回归旋转组合设计原理,于2009年7月对邓恩桉人工幼龄林进行模拟硫、氮复合沉降试验,研究1 a模拟沉降后邓恩桉林下红壤团粒腐殖质成分状况。单因素方差分析(ANOVA)显示,17组样地中,<0.25 mm粒级土壤腐殖质、胡敏酸、富里酸含碳量差异达0.05显著水平;0.25-1 mm粒级土壤胡敏素含碳量、胡敏酸与富里酸含碳量比值(胡富比)差异达0.05显著水平;1-2 mm粒级土壤腐殖质各成分差异均达0.05不显著水平。选择以上5组差异显著成分进行分析和建模,结果表明,与空白对照组相比,腐殖质、胡敏酸、富里酸、胡敏素含碳量降低,胡富比先升高后降低。硫、氮沉降对以上5种腐殖质成分主效应存在差异,硫、氮沉降交互作用均不显著。研究表明,硫、氮沉降对腐殖质影响以单一效应为主,土壤肥力受硫、氮沉降影响先升高后降低,分界点对应的实际沉降量分别为20.02、63.70 kg·hm-2·a-1。     

泥石流频发区不同林龄新银合欢土壤抗蚀性评价

土壤抗蚀性是评价土壤抵抗侵蚀能力的重要参数之一,植被恢复过程可引起土壤抗蚀性变化。本文通过野外调查与室内分析,运用主成分分析法对不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性进行综合研究。结果表明:1)随着林龄的增长,新银合欢人工林土壤的通透性和结构稳定性变差,土壤细颗粒含量增加,土壤的养分含量有所降低;2)不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性综合指数大小表现为:10年生 16年生 27年生,这说明随着林龄的增长,蒋家沟泥石流频发区新银合欢人工林土壤抗蚀性呈下降的趋势;3)表征土壤抗蚀性的13个指标可简化为:土壤密度、最大持水量、 0.25 mm水稳性团聚体含量、黏粒含量、粉粒含量5个指标,以此为自变量,以土壤抗蚀性综合指数为因变量,进行回归分析得出的评价模型为Y=－8.691X1+0.054X2+0.700X3－0.425X4－0.189X5－12.511,线性拟合程度较好。研究结果可为泥石流频发区土壤抗蚀性的后续研究及评价指标体系的构建提供参考。      

汶川地震生态治理区土壤种子库及其与地上植被的关系

为了比较地震灾区不同气候类型植被恢复区土壤种子库时空分布特征,采用野外调查取样和室内试验相结合的方法,研究了四川省汶川县威州镇和绵竹市汉旺镇4类生态治理区[干旱干暖河谷受损治理区(DHD)、干旱干暖河谷未受损区(DHU)、亚热带湿润季风气候受损治理区(HMD)、亚热带湿润季风气候未受损区(HMU)]土壤种子库的萌发动态、数量特征、物种组成、多样性特征及其与地上植被之间的关系。结果表明:未受损区具有2个萌发高峰期,受损治理区只有1个萌发高峰期,不同气候类型治理区土壤种子库在不同土壤深度表现出不同的萌发潜力;4类治理区土壤种子库平均密度为192~1 544粒·m?2,表层密度和平均密度均为未受损区受损治理区,干旱干暖河谷气候区亚热带湿润季风气候区;4类治理区共有50种植物萌发,草本植物占显著优势;HMU、HMD、DHU、DHD地上植被与土壤种子库物种组成的S?rensen相似性系数分别为26.23%、44.9%、30.77%、16.00%,Jaccard相似性系数分别为15.09%、28.95%、18.18%、9.09%;不同类型样地土壤种子库特有种和共有物种均表现出不同的生活型格局。基于以上分析结果,在灾区进行植被恢复时,应该考虑治理区的气候环境,因地制宜的进行人工引种和制定恢复措施。     

泥石流滩地不同土地利用类型土壤肥力质量综合评价

结合修正后的内梅罗指数,研究不同土地利用类型下泥石流滩地土壤肥力差异性特征,旨在为泥石流滩地的合理开发和利用提供依据。结果表明:泥石流滩地整体物理结构与肥力状况较差,"砂石化"现象明显;不同土地利用方式对土壤物理结构具有显著影响,但对土壤养分特性影响不显著;5种土地利用类型中,耕地和林地土壤理化性质较好,土壤孔隙度大小顺序依次为耕地林地近流通区荒地草地远流通区荒地。土壤综合肥力指数大小依次为耕地林地草地远流通区荒地近流通区荒地。     

华北平原农田N2O排放通量的高频动态观测

N_2O是主要源自农田的重要温室气体之一,可破坏臭氧层而导致全球增温。目前对N_2O的原位高频观测尚不多。为完善N_2O的观测方法,为华北地区N_2O变化研究提供参考,本研究以华北平原典型农田为研究对象,利用新型的N_2O测定仪器TGA200A,进行实时、自动、昼夜连续地观测中国科学院禹城综合试验站农田大气N_2O的日动态变化。本次观测自2017年6月中旬玉米播种后开始,持续至2017年9月(8月份仪器调试)。结果显示:1)晴朗天气下,农田大气N_2O呈现出夜晚(0:00—6:00、18:00—24:00)高(0.618~1.171 mg·m-3)、白天(6:00—18:00)低(0.526~1.145 mg·m-3)的趋势,而白天高温又促进农田N_2O排放,在午后15:00—17:00大多出现1次峰值,表明温度的促进作用存在滞后性。2)降雨天气下,农田N_2O在适当的雨量下逐渐增加(3 h内增加0.033 mg·m-3),且存在累积效应,但过度淹水后N_2O表现出逐渐降低的趋势。3)大风天气下,N_2O的浓度产生变化,但规律并不明显。研究结果表明,利用TGA200A可以实现对温室气体N_2O的实时、连续、动态的自动观测,观测结果具有较高可信度,可以反映出当前华北地区农田N_2O在不同环境要素(温度、降水及大风)下的动态变化趋势。     

基于HYDRUS模型的华北平原小麦种植区水盐运移模拟

土壤中水分和盐分是影响作物生长的两个关键因素,揭示水盐运移机制对阐明作物利用土壤水过程具有重要意义。本研究以华北平原典型农田——中国科学院禹城综合试验站为试验地,基于试验站内冬小麦种植地的长期土壤水分观测数据及室内土柱试验,应用HYDRUS-1D模型分别阐明土壤水分及盐分变化规律及分布特征,探究影响水盐运移的驱动因素,并评价HYDRUS-1D模型对研究区水盐运移模拟的适用性。水分运移模拟结果表明:浅层土壤水分运移模拟因受外界因素的剧烈影响而较深层土壤产生更大的误差,10cm、20 cm、30 cm、40 cm和60 cm处水分运移模拟结果的均方根误差分别为0.0348 cm~3·cm~(-3)、0.0179 cm~3·cm~(-3)、0.0179cm~3·cm~(-3)、0.0122cm~3·cm~(-3)和0.0053cm~3·cm~(-3);水分运移模拟的纳什效率系数平均值为0.826,变异系数为0.0560,表明模拟结果与实测土壤水分变化过程一致性较好。土柱试验结果显示:灌水8 L,入渗12 h、24 h、40 h、45 h和48 h后,各时刻土壤盐分含量在垂向上整体呈现先增大后减少的分布规律,均方根误差分别为0.181 g·kg~(-1)、0.131 g·kg~(-1)、0.120 g·kg~(-1)、0.034 g·kg~(-1)和0.027 g·kg~(-1),平均误差的平均值为0.174 g·kg~(-1)。受蒸发、耕作、根系等影响,理化性质变异性较大导致浅层土壤盐分运移模拟值与实测值偏差增大,纳什效率系数的变异系数达9.71。灌水8 L、16 L、24 L,入渗48 h后分别在土壤23 cm、26 cm、29 cm处出现盐分含量峰值,表明增加灌水量可加强盐分淋洗效果。此研究可为深入探究华北平原冬小麦土壤水盐运移规律、优化农田水资源管理、提高水资源利用效率提供一定理论基础。