长期集约经营对雷竹林土壤碳库与养分库特征的影响_*

为了研究长期集约经营对雷竹林土壤碳库与养分库的影响,在浙江省临安市三口镇选择了两块相邻的集约经营雷竹林样地(经营时间分别为1年和15年),采集并分析测定了土壤不同形态碳库、氮库和磷库,并利用核磁共振方法分析了土壤总有机碳的波谱特征。结果表明：长期集约经营显著增加土壤总有机碳、水溶性有机碳、热水溶性有机碳和易氧化碳含量,但显著降低微生物量碳含量。土壤有机碳的固态核磁共振结果表明,雷竹林土壤有机碳以烷基碳和烷氧碳为主。长期集约经营显著增加雷竹林土壤烷基碳比例和A/O-A值,烷氧碳比例变化不显著,而芳香碳比例和芳香度显著下降。从土壤氮库和磷库的变化来看,长期集约经营显著增加雷竹林土壤不同形态磷素和不同形态氮素含量,但显著降低微生物量氮和微生物量磷含量。综上所述,长期集约经营导致雷竹林土壤碳库和氮磷养分库的贮量显著增加,而土壤微生物活性和土壤有机碳库的稳定性却显著下降。     

常绿阔叶林改造成雷竹林对土壤活性碳库与氮库的影响

为了研究常绿阔叶林改造成雷竹林对土壤活性碳库和氮库的影响,在浙江省临安市玲珑山采集了相邻的常绿阔叶林和雷竹林土壤(雷竹林由常绿阔叶林改造而来),测定分析了土壤的水溶性有机碳(WSOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、水溶性有机氮(WSON)及微生物量氮(MBN)含量.结果表明,常绿阔叶林改造成雷竹林后土壤pH显著降低,土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷及速效钾含量显著增加.常绿阔叶林改造成雷竹林后,WSOC和ROC分别增加了61.3％和94.7％,而土壤MBC含量却下降了37.8％.雷竹林土壤WSON和MBN含量分别为常绿阔叶林土壤的80.9％和70.8％.常绿阔叶林改造成雷竹林并长期集约经营后,WSOC、ROC及土壤养分库含量均显著增加,而土壤微生物量显著降低.     

长期集约经营条件下雷竹林土壤微生物量的变化

雷竹Phyllostachys praecox是一种优良的笋用竹种．长期强度经营虽然带来了显著的经济效益．但是也导致竹林提早退化。在浙江省临安市横畈镇和西天目乡的雷竹样地采样调查,选取栽植时间分别为5,10,15a的雷竹林地土壤,以及刚由水稻Oryzasativa田改种为雷竹林的土壤（1a）,旨在研究长期集约经营对雷竹林土壤微生物量的影响。结果表明,横畈镇和西天目乡的雷竹林经过长期集约经营之后,均显著增加了土壤（0～20cm）中有机碳、全氮、碱解氮、全磷及有效磷的质量分数,而pH值则随着经营年限的延长而降低。长期的集约经营显著降低了土壤微生物量碳、氮质量分数以及微生物量碳／有机碳、微生物量氮／全氮的比值：土壤微生物量磷呈现出先增加后降低的趋势,而微生物量磷,全磷的比值则同样随经营年限的延长而逐渐下降。长期施肥和覆盖措施降低了土壤微生物的活性．使土壤生物学总量衰退．促使雷竹林提前退化。表4参22     

集约经营雷竹林土壤有机质的时空变化

雷竹Phyllostachys praecox林强度集约经营是大量施用肥料和冬季地表覆盖增温,使竹笋早出高产,给竹农带来丰厚的经济收入的管理栽培技术。在雷竹主产区浙江临安三口镇,采集种植时间分别为1,5,10,15 a的雷竹林土壤以及水田土壤(该区雷竹林主要是在这些水田上改制发展的)作为雷竹林的起始土壤(0 a),各4次重复,旨在分析雷竹林土壤有机质随雷竹种植时间和土壤剖面深度空间的变化情况,为雷竹林土壤的可持续利用提供一些依据。结果表明:雷竹林土壤有机质质量分数随种植时间先略微下降,再稳步上升。0,1,5,10和15 a的0~10 cm表层土壤有机质质量分数分别为30.96,25.55,26.35,33.07和79.24 g.kg-1。10 a的雷竹林土壤有机质已超过起始土壤,15 a雷竹林土壤有机质已达到起始土壤的2.5倍,证明强度集约经营导致了雷竹林表层土壤有机质快速累积。雷竹林土壤有机质在土壤剖面空间的变化呈随深度加深而递减的规律,以10 a为例,表层(0~10 cm),亚表层(10~20 cm)和底层(20~40 cm)的土壤有机质质量分数分别为33.07,27.64,13.73 g.kg-1,表层土壤的有机质分别是亚表层和底层的1.2和2.4倍,其他年限的也都有相同的趋势。不同年限雷竹林土壤剖面底层的有机质质量分数都表现为最初没有明显下降,随种植时间的增长略增的趋势,变动幅度很小,相对平稳。可见强度集约经营措施主要对表层(0~10 cm)和亚表层(10~20 cm)即生产雷竹笋的主要土层有显著的作用。还讨论了土壤有机质快速积累对土壤肥力和环境质量的可能影响。图1表2参20     

土地利用变化对土壤碳库的影响

不同土地利用模式下,土壤中碳库差异很大,通过研究农田、森林、草地土壤碳库的变化,为合理利用土地,改善土壤中碳库储量提供依据。     

耕作措施对长期免耕双季稻田土壤碳库的影响

针对南方稻田长期免耕存在的主要问题,本研究选择湖南省双季稻区连续7年免耕稻田,进行了不同耕作措施对土壤的总有机碳、活性有机碳的变化情况及其对土壤碳库影响的研究,以期为建立合理的轮耕周期提供理论依据。结果表明:0~20 cm平均总有机碳和活性有机碳含量均为旋耕>连续免耕>翻耕。与连续免耕相比,旋耕有利于提高土壤活性有机碳含量(比连续免耕提高了5.08%),翻耕则会促进土壤活性有机碳分解(比连续免耕降低了2.73%)。晚稻收获时0~20 cm平均碳库管理指数也表现为旋耕>连续免耕>翻耕,其中翻耕使碳库管理指数整体上显著降低(比连续免耕降低了21.7%);旋耕略有提高(比连续免耕提高了3.9%),但未达到显著水平(P<0.05)。总之,与连续免耕相比,翻耕可促进土壤活性有机碳分解,进而显著降低碳库管理指数;但旋耕差异不显著(P<0.05)。     

杀菌剂氰氨化钙对集约经营雷竹林土壤生物学性质的影响

为确定氰氨化钙对土壤微生物学性质的影响和合理用量,采用随机区组试验方法进行田间原位试验,研究不同氰氨化钙施用量对退化雷竹Phyllostachys violascens林土壤微生物量碳、真菌/细菌比值以及土壤酶活性的影响。试验设置氰氨化钙施用量0,30,60,90,180 g·m-2,分别在施用后的第1,3,7,14,28天采集0~20 cm土样,测定土壤微生物量以及土壤脱氢酶、转化酶、脲酶、磷酸酶活性。结果表明:①土壤中添加氰氨化钙在短期内对微生物产生强烈抑制,第7天时所有处理均显著低于对照,其后又逐渐恢复,但90 g·m-2及180 g·m-2施用量处理土壤微生物量碳含量在第28天时仍显著低于对照及其他处理(P<0.05);②氰氨化钙对土壤真菌的影响大于土壤细菌,土壤真菌/细菌比值随着施用量的增加而显著降低,28 d后60 g·m-2及180 g·m-2施用量处理土壤真细比仍然显著低于对照(P<0.05);③施用氰氨化钙在前期显著抑制土壤酶活性,但施用28 d后,土壤脱氢酶、转化酶以及脲酶活性均显著高于对照(P<0.05),而磷酸酶活性与对照相比没有显著变化。低施用量氰氨化钙对土壤生物学性质的影响主要为短期效应,180 g·m-2施用量对土壤生物学性质的影响较大。在生产上建议采用60~90 g·m-2的施用量。     

营养调控对虎林湿地土壤碳库的影响

湿地生态系统是地球上重要的有机碳库,湿地植被和土壤碳储量丰富、碳密度高,湿地土壤碳的循环对全球大气碳的收支平衡以及全球气候变化也可产生重大影响。选取虎林平原沼泽湿地为研究对象,不同营养调控处理如下对虎林湿地碳库、碳储量影响进行研究,并探索增加虎林典型湿地土壤碳库的规律和最佳方案的施肥量进行试验,结果表明:处理4即N肥(40kg/hm2+小叶章原位还施)、P肥30kg、K肥25kg/hm2效果最好,不但有利于植物的生长、土壤碳库的积累,还可以研究湿地结构与功能、典型湿地的保护管理及其可持续利用等方面的研究提供科学依据。     

黄土丘陵区封禁对土壤活性有机碳与碳库管理指数的影响

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域不同封禁年限的狼牙刺群落和杂灌群落为研究对象,选取放牧地和天然次生林为参照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数的演变特征.结果表明,封禁后土壤碳库各组分含量和管理指数随封禁年限的延长变化显著,阳坡随封禁年限增加TOC、LOC和NLOC逐渐增加,25 a时较对照放牧地增加到110%、336%和120%,仅为侧柏林的39 %、37 %、57%和24%,显著高于天然狼牙刺群落;阴坡封禁5 a后各组分较封禁前显著增加,随后逐渐增加,15 a后增幅减缓,封禁25 a后TOC、LOC和NLOC较封禁前分别增加为200%、326%和105 %,但明显低于天然杂灌丛群落和辽东栎林.相同封禁年限阴坡土壤碳库各组分含量要显著高于阳坡.不论阳坡还是阴坡,碳库指数和碳库管理指数随封禁年限逐渐增加,25 a阳坡较放牧地增加5.87倍,是天然狼牙刺群落的2.73倍,为侧柏林的93%;阴坡较放牧地增长6.25倍,高出天然杂灌丛和辽东栎林63%和48%.表明放牧地封禁后,土壤管理经营更趋于健康科学,阴坡因为水分条件改善作用更加明显.相关性分析说明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性显著,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标.     

不同土壤改良剂对盐碱土壤化学性质和有机碳库的影响

为研究施用不同土壤改良剂对盐碱土壤化学性质和有机碳库的影响,2016—2017年在内蒙古河套灌区盐碱土壤进行田间定位试验,设置4个实验处理:习惯处理(CK)、CK+有机土壤改良剂(M)、CK+复合土壤改良剂(G)、CK+有机土壤改良剂+复合土壤改良剂(M+G)。收集2017年收获季耕层0～20 cm土壤,测定各小区土壤中的水溶性离子含量、全盐量(TS)、钠吸附比(SAR)、pH、土壤有机碳(SOC)、活性有机碳(LOC)、微生物量碳(MBC)以及土壤碳库管理指数(CPMI),并分析各指标间的关系。结果表明:与CK相比,施用土壤改良剂各处理土壤Ca2+含量提高了13.07%～33.33%,土壤Na+、Cl-和SO24-含量分别降低了29.83%～46.19%、12.06%～33.19%和19.90%～34.59%,土壤全盐量、钠吸附比和pH分别降低了12.67%～26.91%、33.02%～47.06%和2.21%～4.56%。其中M+G处理改良效果最好,土壤全盐量、钠吸附比和pH分别显著降低了26.91%、47.06%和4.56%(P0.05);施用土壤改良剂各处理SOC、LOC和MBC含量分别较CK提高了18.90%～43.87%、54.55%～82.33%和64.04%～86.85%。其中M+G处理提升效果最明显,且均达到显著水平(P0.05)。同时,施用改良剂各处理CPMI提升了95.44%～135.83%,其中M+G处理提升效果最明显,且达到显著水平(P0.05);相关性分析表明,试验土壤LOC、MBC和CPMI均与TS和SAR呈极显著负相关关系(P0.01),说明土壤LOC、MBC以及CPMI对盐碱土壤化学性质的变化较敏感。研究表明,施用有机土壤改良剂和复合土壤改良剂均降低了土壤含盐量、钠吸附比和pH,提升了土壤有机碳及其组分含量和土壤碳库管理指数,其中有机土壤改良剂和复合土壤改良剂配施对盐碱土壤质量的提升效果最明显。     

集约经营雷竹林土壤磷素的时空变化

2006年,在雷竹Phyllostachys praecox主产区浙江省临安市三口镇,选取集约经营下不同栽植年限(1,5,10,15 a)的雷竹林以及与未栽雷竹的邻近水田(0 a)采集土样,旨在分析集约经营雷竹林土壤磷素随雷竹栽植年限和剖面深度的时空变化规律,以便为雷竹林土壤的可持续利用提供依据。研究表明:雷竹林土壤磷素随栽植年限增长而增加。0,1,5,10和15 a的10~20 cm土层全磷质量分数分别是0.39,0.58,0.58,0.85和1.57 g.kg-1;有机磷质量分数为130.16,179.83,183.61,209.46和262.79 mg.kg-1;有效磷为6.78,17.41,33.49,100.64和326.36 mg.kg-1。土壤中的全磷和有机磷随着栽植年限的增长而稳步上升;速效磷则随着栽植年限的增加而急剧上升。但有机磷占全磷的比例较小并随着栽植年限的增加而更趋下降,表明累积的磷素主要来自大多数还没有被利用而残留的无机磷肥,有机覆盖物对土壤磷素累积的贡献不大。雷竹林土壤全磷、有机磷和有效磷在剖面深度上的分布总体上是随深度的加深而逐渐减少:即表层(0~10 cm)>亚表层(10~20 cm)>底层(20~40 cm)。然而在10 a以前,土壤全磷呈现两头高而中间低的分布态势,1~15 a的土壤有效磷和有机磷均呈现从表层到底层逐渐减少的趋势,其幅度随着栽植年限的增加而扩大。集约经营模式虽然有较高的经济效益,但土壤中大量磷素的累积既是资源的浪费又对环境具有潜在的威胁,应调整施肥措施和配方。图3参20     

集约经营雷竹林土壤磷素状况及流失潜能

为了解集约经营雷竹Phyllostachys praecox林土壤磷素状况及流失风险,从浙江省临安市太湖源镇10块典型的雷竹林地采集土壤样品。通过等温吸附实验及利用Langmuir等温方程,对雷竹林土壤磷的流失阈值及流失潜能进行了探讨。结果表明：10块雷竹林地的土壤有效磷质量分数平均为169.25 mg·kg^－1。 用Langmuir等温方程来拟合,相关性达到极显著水平（R² = 0.987 ~ 0.999）。所有调查样地土壤的磷零点吸附平衡质量浓度（C_EPC0）值远远超过了0.02 mg·L^－1;磷吸附饱和度（D_PS）平均值为46.18%,最高的达82.94%,有7块样地的D_PS值明显高出临界值（25.00%）。土壤有效磷与CaCl₂-P呈极显著线性相关,雷竹林土壤发生磷素流失的有效磷“阈值”为52.52 mg·kg^－1,10块样地中有9块样地的有效磷质量分数超过了阈值,最高的达到该“阈值”的5.5倍。通过Langmuir方程,求得雷竹林土壤的标准需磷量为8.14 ~ 64.66 kg·hm^－2,平均为27.41 kg·hm^－2。图2表2参29     

雷竹早产高效栽培过程中土壤养分质量分数的变化

为了解实施早产高效栽培措施雷竹Phyllostachys praecox林土壤养分现状，探明栽培过程中养分的演变规律，分析了栽培历史分别为4，6，8，10a的雷竹林土壤，布置了不同肥料类型和不同施肥量的施肥试验。研究结果表明：随着雷竹栽种历史的延长，土壤有机质、全磷和有效磷质量分数显著增加，碳氮比（C／N）明显升高。1a的肥料定位试验表明，有机肥和化肥混合处理动态过程中，土壤有机质均显著高于无机肥处理，但无论是有机肥和化肥混合处理还是纯化肥处理，经过1a试验后，土壤有机质质量分数都有明显增加，5个施肥处理1a后，土壤有机质质量分数平均增加了10．42％。3个有机肥和化肥混合处理间比较，随着施肥数量增加，土壤全氮、全磷、水解氮和有效磷均显著增加；2个纯化肥处理相比，施肥量大的处理，土壤全磷和有效磷质量分数显著高于施肥量少的处理，而土壤全氮和水解氮在2个处理间无显著差异。1a肥料试验中，当年8月至12月，土壤全氮、水解氮、全磷和有效磷质量分数处于较低水平，翌年2月开始上升，翌年4月份又有下降趋势，到试验结束（翌年6月），所有施肥处理土壤全磷和有效磷均明显上升，1a中5个施肥处理土壤全磷平均增加了10．19％，有效磷平均增加了15，31％，而氮素只有3个有机肥和化肥混合处理明显增加，全氮和水解氮分别平均增加了3．03％和2．84％，2个纯化肥处理全氯和水解氮反而下降，比试验开始时，分别平均下降了15．94％和73．47％。表3参9     

不同施肥雷竹林土壤微生物量碳的动态变化

雷竹Phyllostachys praecox是笋用竹种。近十几年来,雷竹的早产高效栽培技术在生产上实施后,使竹笋产量大幅度上升,从而产生了可观的经济效益,但早产高效栽培技术的连年实施,暴露出了竹林退化、土壤质量下降的现象。为研究不同施肥对雷竹土壤微生物量碳的影响,在雷竹主产区布置了肥料试验,设了6个处理,即猪栏肥 化肥(处理1),菜籽饼 化肥(处理2),1/2猪栏肥 1/2化肥(处理3),纯化肥(处理4),2/3纯化肥(处理5),1/2化肥(处理6)。各处理肥料用量按氮素总投入量设定,6个处理氮素总投入量比例为2.0∶2.0∶1.0∶2.0∶1.5∶1.0。试验从2002年5月开始至2003年4月结束,全过程中共采集了5次土样,分析了土壤的微生物量碳、总有机碳及其他养分指标。结果表明,6个处理土壤微生物量碳质量分数均表现为2002年10月和12月份最高,2002年8月和2003年2月次之,2003年4月最低。从不同处理间比较来看,3个有机肥化肥混合处理(处理1,2,3)土壤微生物量碳动态全过程中始终高于对照和2个纯化肥处理(处理5,6),有机肥用量较多的处理1和处理2,土壤微生物量碳也高于用量较少的处理3。比较覆盖与不覆盖区发现,土壤微生物量碳质量分数覆盖区明显高于不覆盖区,2003年2月土壤微生物量碳覆盖区是不覆盖区的1.60倍,4月则是1.52倍。相关分析表明,土壤总有机碳与微生物量碳之间存在着显著相关;微生物量碳与土壤全氮和水解氮质量分数的相关性也达显著水平。表4参20     

施用荣宝土壤消毒剂对临安雷竹产量的影响

通过对临安雷竹施用荣宝土壤消毒剂不同用量的对比试验,结果表明：施荣宝土壤消毒剂450～900kg／hm^2结合施45％复合肥900kg／hm^2,比不施荣宝土壤消毒剂对照（施45％复合肥900kg／hm^2）提高雷竹产量20．0％～38．9％,提高经济效益16．1％～31．0％;降低了病虫害的影响,提高了成竹率,比对照提高177．2％-204．5％。同时表明,以600kg／hm^2施用量对雷竹产量和经济效益及防治病虫害效果达到最佳。     

雷竹叶营养元素含量与土壤养分的关系

材料采自浙江省临安市高虹乡立地条件不同的竹园。对竹叶和土壤的样品分析结果表明 ,雷竹叶氮 (N) ,磷 (P) ,钾 (K) ,钙 (Ca) ,镁 (Mg) ,铁 (Fe)和硅 (Si)的平均含量分别为 1 5 1 4g·kg- 1 ,2 33g·kg- 1 ,1 4 71g·kg- 1 ,2 92g·kg- 1 ,1 30g·kg- 1 ,0 1 3g·kg- 1和 1 8 45g·kg- 1 。 7种元素中磷含量的变异最小 ,变异系数为 5 837% ,而硅变异最大 ,变异系数达 2 6 684%。竹叶氮含量与土壤全氮及水解氮含量有显著相关性 ,相关系数分别为0 639 和 0 669 。竹叶钾含量与土壤有机质和速效钾含量的相关性也达到显著和极显著水平 ,相关系数分别为 0 635 和 0 789 。竹叶钙含量与土壤有效磷含量和竹叶镁含量与土壤速效钾含量均表现出显著负相关 ,相关系数分别为 - 0 657 和 - 0 638 。当年生雷竹叶氮、磷、钾和镁 4种元素含量显著高于 3年生竹叶 ,分别是 3年生竹叶的 1 0 8倍、 1 1 1倍、1 33倍和 1 1 5倍 ,而钙和硅 3年生竹叶高于当年生竹叶 ,是当年生竹叶的 1 0 8倍和 1 36倍。表 6参 9     

开花植物对早竹造瘿害虫寄生蜂卵的发育和寿命的影响

研究了紫云英(Astragalus sinicus L.)、芥菜(Brassica juncea L.)和油菜(Brassica napus L.)3种开花植物对早竹(Phyllostachys praecox)造瘿害虫寄生蜂卵的发育和寿命的影响。研究表明:纹黄枝瘿金小蜂(Homoporus japonicas Ashmead)、黄腹长角金小蜂(Norbanus longifasciatus Girault)、栗瘿旋小蜂(Eupelmus urozonus Dalman)和具点刻腹小蜂(Ormyrus punctiger Westwood)都是同步卵型寄生蜂。纹黄枝瘿金小蜂、黄腹长角金小蜂和具点刻腹小蜂的卵都呈长卵圆形,略有弯曲,无卵柄;栗瘿旋小蜂的卵呈长卵圆形,具有管状的卵柄。饲喂紫云英能显著增加黄腹长角金小蜂、具点刻腹小蜂和栗瘿旋小蜂成熟卵的数量(P<0.05);并且饲喂紫云英对黄腹长角金小蜂和具点刻腹小蜂的寿命有所延长。饲喂油菜能显著增加黄腹长角金小蜂、具点刻腹小蜂和栗瘿旋小蜂成熟卵的数量(P<0.05),并且饲喂油菜能显著延长黄腹长角金小蜂的寿命(P<0.05)。紫云英和油菜均不能增加纹黄枝瘿金小蜂成熟卵的数量,并且缩短纹黄枝瘿金小蜂雌成虫的寿命。在早竹林生态系统中种植紫云英和油菜,有助于提高天敌的寄生效能,从而达到控害保益的目的。