樟树人工林对湘东退化红壤性质及微生物碳源利用的影响

通过对湘东红壤丘陵区樟树(Cinnamomum camphora)人工林林下与林间土壤进行配对采样与分析,研究樟树人工林对退化红壤性质及微生物碳源利用的影响。结果表明:与林间土壤相比,林下土壤的pH增加0.95个单位,全磷、全钾和含水量分别提高14.8%,16.8%和45.6%,容重降低8.1%,均达到显著水平。樟树人工林显著增加林下土壤微生物的平均颜色变化率(average well color development,AWCD),林间土壤微生物对碳水化合物、氨基酸、羧酸、聚合物和酚酸类碳源的利用强度依次仅相当于林下土壤微生物的27.6%,19.2%,23.4%,47.1%和3.5%,但二者对胺类碳源的利用没有明显变化。樟树人工林显著增加林下土壤微生物的丰富度指数、多样性指数、优势度指数和均匀度指数。主成分分析发现,樟树人工林改变土壤微生物的碳源利用模式;相关性分析表明,樟林恢复后土壤理化性质的改善是造成微生物碳源利用能力和多样性指数提升的主要原因,而土壤pH是其中的首要驱动因素。综上,樟树人工林有助于提高湘东退化红壤的微生物生态功能,樟树是进行退化红壤生态修复和重建的适宜树种。     

退化红壤区不同模式重建森林土壤水分空间变异性

采用地统计学的方法,研究了江西泰和退化红壤区不同模式重建森林在高温干旱季节土壤水分空间变异规律及其分布格局。结果表明,在该研究尺度下,湿地松纯林、枫香纯林、湿地松与枫香混交林0~20 cm,20~40cm土层含水量分布都符合正态分布,都可较好地拟合成球状模型,表现出明显的空间相关性和空间分布格局。3种重建模式样地0~20 cm,20~40 cm层土壤含水量变异函数的基台值、变程都较无林荒地明显增大,而且基台值和变程在0~20 cm,20~40 cm两土层间的差异明显大于无林荒地,说明植被恢复以后,土壤水分的空间分布特征明显改变,空间变异性增强,空间变异的程度和尺度都明显增大,土壤水分的空间变异也具有较为明显的层次性。与纯林相比,湿地松×枫香混交林土壤水分的空间变异程度较低,水分分布趋于均匀化。     

磷供应对玉米根际微生物碳源利用和功能多样性的影响

磷有效性能够改变根分泌物的组成和数量,调节土壤微生物的群落结构和多样性,但磷添加如何影响土壤微生物碳源利用和功能多样性尚不清楚。本研究通过盆栽土培试验,设置2个磷处理[低磷5.7 mg(P)?kg?1和高磷200 mg(P)?kg?1],以生长35 d的玉米根际土壤为研究对象,采用Biolog微平板法,分别在培养后240 h内每隔24 h检测具有31种不同碳源的微孔溶液颜色变化,揭示磷供应对玉米根际微生物碳源利用模式和功能多样性的影响。结果表明:随着培养时间的延长,土壤微生物对土壤碳源的利用呈现增加的趋势,直至碳源消耗殆尽;高磷供应显著增加了玉米根际土壤微生物群落平均颜色变化率(average well color development,AWCD),提高了对糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物的利用,但没有显著提高对脂肪酸和脂类的利用;在培养前72 h内,高磷供应显著增加了玉米根际微生物多样性指数、优势度指数和均匀度指数,但培养72 h后,磷供应对其没有显著的影响。主成分分析结果表明,提取的前3个主成分解释了75.15%的碳源利用,高磷和低磷处理具有显著不同的土壤微生物碳源利用模式。总之,糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物是玉米根际土壤微生物利用的主要碳源,短期磷添加能够显著增加土壤微生物对碳源的利用,在一定程度上能够提高土壤微生物群落功能多样性。     

湿地土壤微生物碳源代谢活性对不同水分条件的动态响应 ——以鄱阳湖为例

为深入了解湿地土壤微生物群落代谢特征对不同水分条件的响应变化,本研究以鄱阳湖湿地表层土壤为研究材料,采用室内控制试验,运用Biolog技术探讨土壤微生物碳源代谢活性在不同水分条件(干燥、湿润、淹水)下连续处理132 d的变化特征。结果表明:湿润组土壤微生物代谢活性最高,其平均光密度值(AWCD)在处理的第72天分别是淹水组和干燥组的1.34倍和3.95倍;同时土壤微生物对不同碳源类型的利用能力也发生了显著的差异性变化,其中干燥组利用的主要碳源为多聚物类和碳水化合物类(占总碳源利用率的39.25%和36.53%),而淹水组对氨基酸类碳源有较高的利用能力(占总碳源利用率的36.33%)。土壤微生物碳源代谢特征在处理的第21天达到稳定状态,而土壤理化性质和土壤微生物群落结构在处理的第72天发生显著变化,同时研究发现淹水条件升高了土壤pH和铵态氮含量,降低了微生物群落多样性。由此可知,水分条件不仅会影响湿地土壤微生物总体碳源代谢活性强度,还会改变对不同碳源的相对利用能力,最终导致土壤环境发生改变。     

贵州茂兰喀斯特森林土壤微生物活性的研究

通过研究不同植被类型下土壤微生物区系、土壤酶活性和土壤生化作用强度 ,分析了贵州茂兰国家级自然保护区喀斯特森林演替过程中土壤微生物活性的变化。结果表明 :随着喀斯特森林退化程度的加剧 ,土壤微生物总数下降、各主要生理类群数量均呈下降趋势 ,土壤酶活性减弱 ,土壤生化作用强度降低 ,对环境反应敏感 ,可作为反映森林生态系统的生物学指标。土壤微生物和酶活性是表征喀斯特森林生态功能的重要特征之一     

生物复混肥对土壤微生物群落功能多样性和微生物量的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板法和氯仿熏蒸浸提法,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥和生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的变化。结果表明:生物复混肥处理的土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、微生物群落Shannon指数(H)和微生物群落丰富度指数(S)均最高;施用生物复混肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其是多酚化合物类和糖类;不同处理土壤微生物碳源利用特征有一定差异,生物复混肥在第1主成分上的得分值为正值,其他各处理在第1主成分上的得分值基本上为负值,起分异作用的主要碳源是糖类和羧酸类。在玉米生长期间各处理土壤微生物量大致呈先升高后逐渐平稳的趋势,且土壤微生物量碳、氮、磷的含量均以生物复混肥处理最高,最高值分别为333.21mg.kg 1、53.02 mg.kg 1和22.20 mg.kg 1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落丰富度和功能多样性,显著增加土壤微生物量碳、氮、磷的含量,有利于维持良好的土壤微生态环境。     

不同利用方式下红壤微生物生物量及代谢功能多样性的变化

研究了不同农林利用方式下红壤微生物生物量和代谢功能多样性等土壤质量指标的变化.结果表明:不同利用方式对土壤质量各指标造成了显著的影响;稻田的微生物生物量碳、氮最高,林地和草地微生物生物量次之,旱地的微生物生物量碳、氮最低(分别是稻田利用方式的4.3% 和 13.7%);稻田的微生物代谢功能多样性最高,旱地、林地和草地的细菌代谢功能多样性较低,旱地的真菌代谢功能多样性最低;微生物生物量和代谢功能多样性可以作为反映土壤质量变化的早期敏感的指标,用来衡量管理措施的改变对土壤质量造成的影响.     

生物炭用量对塿土微生物量及碳源代谢活性的影响

目的研究果树树干、枝条制成的生物炭添加4～5年后,其添加量对土微生物量及碳源代谢活性的影响,为生物炭改良土的合理应用提供数据支撑和理论依据。方法基于陕西关中土的长期田间试验,采用氯仿熏蒸—浸提法及Biolog-ECO检测法,研究了生物炭不同添加量 (0、20、40、60、80 t/hm2) 下冬小麦不同生育期土壤微生物量C、N、P、C/N的动态变化及土壤微生物的碳源代谢活性。结果当生物炭添加量为40～60 t/hm2时,显著提高了土壤微生物量碳;当生物炭添加量 ≥ 40 t/hm2时,显著提高了土壤微生物量C/N;添加生物炭对土壤微生物量N、P没有显著影响。当生物炭添加量为20 t/hm2时,显著增加了土壤微生物量碳的季节波动;当生物炭添加量为40～60 t/hm2时,显著增加了土壤微生物量C/N的季节波动;当生物炭添加量为20～60 t/hm2时,显著降低了土壤微生物量P的季节波动;添加生物炭对土壤微生物量N的季节波动没有显著影响。添加生物炭对土壤微生物碳源代谢活性没有显著影响,但高量生物炭的添加有降低土壤微生物整体代谢活性的趋势。当生物炭添加量为60 t/hm2时,显著降低了土壤丰富度指数,显著提高了均匀度指数;当生物炭添加量 ≥ 60 t/hm2时,显著降低了Shannon-Wiener指数、Simpson指数。添加生物炭对土壤微生物利用糖类、氨基酸类、多聚物类、多酚化合物类、多胺类碳源的利用率没有显著影响,但生物炭添加量为60 t/hm2时,土壤微生物显著降低了对羧酸类碳源的利用率;糖类、羧酸类、氨基酸类是土中微生物比较偏好、利用率较高的碳源。结论生物炭添加4～5年后,在第7季作物冬小麦生育期内,其不同添加量对土壤微生物量及微生物功能多样性的影响依然有显著的差异。生物炭添加量为40 t/hm2时,可以显著提高土壤微生物量碳和C/N,显著降低土壤微生物量磷的季节波动;生物炭添加量大于40 t/hm2时,土壤微生物的整体代谢活性,表征土壤微生物功能多样性的丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数,土壤微生物对糖类、氨基酸类、多胺类碳源的利用率均呈现降低趋势。因此,生物炭添加量必须控制在合理的范围内,避免对土壤产生不良影响。     

退化红壤马尾松恢复林地土壤微生物生物量变化及其控制因素研究

退化土壤植被恢复后土壤质量在凋落物参与下提高,但恢复土壤理化性质与土壤微生物生物量间的相互作用尚不清楚。本研究目标是调查退化红壤马尾松恢复林地凋落物清除对土壤理化性质和微生物生物量的影响,分析影响土壤微生物生物量的控制因素。研究结果表明,与侵蚀裸地相比,无论凋落物清除与否,马尾松恢复林地的土壤孔隙度、水稳性团聚体比例、土壤有机碳、全氮、土壤微生物生物量均有较大提高;其提高幅度受土层深度和坡位影响,主要表现为表层土壤大于亚表层土壤,坡顶和坡底土壤大于坡中土壤。与凋落物保留林地相比,凋落物清除林地土壤各项指标提高幅度降低。通径分析的结果表明,影响微生物生物量最重要的因素是土壤有机碳含量,其次为土壤孔隙度;凋落物则是通过孔隙度和有机碳来间接影响土壤微生物生物量。本研究说明土壤物理结构恢复对土壤生物学性质的恢复有重要意义。     

不同人工恢复林对退化红壤团聚体组成及其有机碳的影响

研究土壤团聚体的组成及其有机碳的分布,有助于从微观角度理解土壤结构与功能的相互作用.采用于筛法和湿筛法,研究南方红壤退化地实施人工恢复30年后,马尾松与阔叶复层林(PB)、木荷+马尾松混交林(SP)和阔叶林(BF)3种典型林分在0～60 cm土层的团聚体组成及其有机碳分布特征,分析土壤团聚体有机碳与总有机碳相关关系.结果表明:各恢复林分土壤机械稳定性团聚体质量分数,以＞2 mm粒径所占比例最大(均在60％以上),而在水稳性团聚体中,以＜0.05 mm粒径占优势.不同林分土壤团聚体结构破坏率顺序依次为BF(53.38％～84.27％) ＞SP(52.22％ ～70.86％) ＞PB(22.70％ ～47.83％).机械稳定性和水稳性团聚体有机碳质量分数均以PB最高,随着土层深度的增加,各林分土壤团聚体有机碳质量分数呈下降趋势.水稳性大团聚体(＞0.25 mm粒径)有机碳质量分数总体高于相应土层的总有机碳质量分数,而微团聚体的(＜0.25 mm粒径)则低于后者,说明有机碳对于大团聚体的形成和水稳性具有积极作用.土壤团聚体有机碳与总有机碳的相关关系分析表明,土壤团聚体有机碳的增加,对总有机碳的积累具有正面影响.保留密度大、灌木(草)层盖度高的马尾松与阔叶复层林土壤团聚体的数量和质量更高;因此,在红壤侵蚀退化地森林恢复初期,可通过适当密植、增加林下灌草覆盖等措施,增加有机碳的输入,促进团聚体的形成和稳定,从而加速了退化土地的土壤结构改善和功能恢复.该研究可为南方严重红壤退化地生态恢复中的林分类型选择和优化配置提供科学依据.     

添加秸秆碳源对土壤微生物生物量和原生动物丰富度的影响

为了研究引入秸秆碳源对根结线虫(Meloidogyne spp.)病害严重土壤中微生物生物量和原生动物的影响, 以番茄为供试作物, 设置4个梯度的小麦秸秆添加量[CK(0 g·kg^-1), 1N(2.08 g·kg^-1)、2N(4.16 g·kg^-1)和4N(8.32 g·kg^-1)], 研究不同种植时间(6个月和4个月)下土壤微生物生物量碳、氮和原生动物丰度的变化。研究结果表明: 添加秸秆对微生物生物量碳、氮和原生动物丰富度有明显促进作用, 添加的秸秆量越多, 这种促进作用越明显。不同秸秆添加量处理中, 微生物生物量碳、氮和原生动物丰度为: 4N>2N>1N>CK。秸秆对原生动物的群落结构也有显著影响, 在各处理中, 鞭毛虫和肉足虫占有绝大比例, 分别占总丰度的29.44%和66.19%, 纤毛虫仅占4.37%。在相同添加秸秆量条件下, 土壤原生动物丰度随种植时间的延长而提高, 而微生物生物量碳、氮量随种植时间的延长而降低。而在种植时间相同条件下, 随着秸秆量的增加土壤微生物生物量碳、氮量和微生物生物量碳氮比和原生动物总丰度相应增加。     

退化石灰岩红壤区四种人工林旱季土壤水分的空间变异

采用地统计学的方法,研究了江西修水退化石灰岩红壤区四种人工林在高温干旱季节土壤水分空间变异规律及其分布格局。结果表明:(1)不同类型人工林的土壤水分表现出不同的空间变异性。枫香纯林土壤水分的结构方差比为0·551,梾木×香椿混交林为0·730均介于0·25～0·75之间,表现出中等程度的空间相关性;青桐×桤木混交林的为0·841,香椿纯林的为0·934,均大于0·75,表现出强烈的空间相关性。(2)梾木×香椿、青桐×桤木混交林土壤水分在水平方向和垂直方向上空间变异程度比枫香纯林、香椿纯林低混交林土壤水分的分布更均匀。(3)0～10cm层土壤含水量的变异程度较10～20cm土层和20～40cm土层大,即随土层深度增加土壤水分分布趋于均匀。     

不同碳源对植烟土壤碳平衡的影响

为探索不同碳源对土壤碳的提升作用,开展了不同碳源对烤烟生长季土壤碳平衡影响的研究,旨在为植烟土壤有机肥施用调控提供理论依据.试验设在四川省攀枝花市,以烤烟为供试作物进行田间小区试验.设对照(不施有机肥)、秸秆、农家肥、油枯、农家肥+油枯5个不同施肥处理,3次重复.采用VaisalaMI70土壤呼吸测量系统进行田间监测,...     

长期施肥条件下红壤有机碳矿化对温度变化模式的响应

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。土壤温度变化显著影响SOC的矿化特征,然而长期施肥条件下周期性温度变化和恒定温度这两种温度模式对SOC矿化影响的差异目前不清楚。本研究以湖南祁阳长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)和有机无机肥配施(NPKM)2个处理,通过60 d室内控制培养试验,对比研究相同积温条件下,恒温(25℃)和变温(20～30℃,以25℃为均温)两种温度模式对CK和NPKM处理土壤有机碳矿化特征的影响。研究结果表明,各处理SOC矿化速率均在培养前期较高,且变温模式下SOC矿化速率显著高于恒温模式。培养结束后,各处理SOC累积矿化量变化范围为C 7.83～15.49 g·kg~(-1) SOC;相较于恒温模式,变温模式下CK和NPKM处理SOC累积矿化量分别增加了98%和57%(P0.05),说明变温模式相对于恒温显著促进了SOC矿化。在恒温模式下,CK处理SOC累积矿化量(C 7.83 g·kg~(-1) SOC)与NPKM处理(C 8.77 g·kg~(-1) SOC)相比无显著差异;而在变温模式下,CK处理SOC累积矿化量(C 15.49 g·kg~(-1) SOC)显著高于NPKM处理(C 13.76 g·kg~(-1) SOC),说明温度变化模式调控长期施肥对土壤有机碳矿化的影响。一级动力学方程模拟SOC矿化特征的结果表明,与恒温模式相比,变温模式下CK和NPKM处理SOC潜在矿化量分别显著提高了3.90和1.21倍,而SOC周转速率常数显著降低了71.6%和40.7%。以上研究结果表明变温模式相对于恒温模式显著促进了土壤有机碳矿化,且温度变化模式可以调控土壤有机碳矿化对长期施肥的响应。     

Ecology of soil microflora and mycorrhizal symbionts in degraded forests at two altitudes

Summary Microbial populations were estimated in four different forest stands at different regenerational stages, two each at higher and lower altitudes. The fungal and bacterial populations showed marked seasonal variations at both altitudes. Quantitatively, the bacterial population was higher than the fungal population. Although 25 fungal species were isolated at the lower altitude, only 15 were obtained at the higher altitude. Penicillium chrysogenum and Trichoderma viride were dominant at the lower and higher altitudes, respectively. In the more degraded forest stand at the lower altitude both the fungal and the bacterial population showed a significant positive correlation with organic C (r=0.658 and 0.735, respectively), whereas in the less degraded forest stand there was a significant correlation only between the fungal population and organic C (r=0.835). At the higher altitude, however, a highly significant correlation (P<0.05) was observed between the fungal population, soil moisture and organic C in both the forest stands. Disturbance to the soil and vegetation adversely affected the microbial population, and also affected endogonaceous spores. At the lower altitude, plants in the more degraded forest stand were more mycotrophic compared to those in the less degraded stand. The level of mycorrhizal infection showed a highly positive correlation with soil moisture, organic C, total N, and available P. The spore population, however, was correlated negatively with these parameters. Three different endogonaceous genera, Glomus, Gigaspora, and Acaulospora, were identified during the course of investigation. Glomus, however, was dominant.     

水稻自然生态应用技术研究

根据N通量的质量平衡原理,通过布置田间试验,测定作物的吸N量并据此估算红壤水稻土有机N、C的年矿化量。结果表明,红壤水稻土无N区作物的年吸N量为24~160kg/hm2,其中,高肥力土壤上约为110~160kg/hm2,中等肥力土壤上约为100~105kg/hm2,低肥力土壤上约为24~65kg/hm2;经校正计算得到红壤水稻土有机N的年矿化量为8~108kg/hm2,其中,高肥力土壤为70~110kg/hm2,中等肥力土壤为65kg/hm2,低肥力土壤为8~33kg/hm2;土壤有机C的年矿化量为130~1050kg/hm2,其中,高肥力土壤为1050kg/hm2,中等肥力土壤为750kg/hm2,低肥力土壤为440kg/hm2。土壤肥力水平、作物吸肥特性、土壤母质类型及土壤酸度是影响土壤有机N、C矿化的重要因素。     

Activated carbon amendments to soil alters nitrification rates in Scots pine forests

The influence of charcoal on biotic processes in soils remains poorly understood. Charcoal is a natural product of wildfires that burned on a historic return interval of ∼100 years in Scots pine (Pinus sylvestris L.) forests of northern Sweden. Fire suppression and changes in forest stand management have resulted in a lack of charcoal production in these ecosystems. It is thought that charcoal may alter N mineralization and nitrification rates, however, previous studies have not been conclusive. Replicated field studies were conducted at three late-succession field sites in northern Sweden and supporting laboratory incubations were conducted using soil humus collected from these sites. We used activated carbon (AC), as a surrogate for natural-occurring fire-produced charcoal. Two rates of AC (0 and 2000 kg ha⁻¹), and glycine (0 and 100 kg N as glycine ha⁻¹) were applied in factorial combination to field microplots in a randomized complete block pattern. Net nitrification, N mineralization, and free phenol concentrations were measured using ionic and non-ionic resin capsules, respectively. These same treatments and also two rates of birch leaf litter (0 and 1000 kg ha⁻¹) were applied in a laboratory incubation and soils from this incubation were extracted with KCl and analyzed for NH₄⁺ and NO₃⁻. Nitrification rates increased with AC amendments in laboratory incubations, but this was not supported by field studies. Ammonification rates, as measured by NH₄⁺ accumulation on ionic resins, were increased considerably by glycine applications, but some NH₄⁺ was apparently lost to surface sorption to the AC. Phenolic accumulation on non-ionic resin capsules was significantly reduced by AC amendments. We conclude that charcoal exhibits important characteristics that affect regulating steps in the transformation and cycling of N.     

长期不同管理措施下红壤剖面碳、氮储量变化特征

基于中国农业科学院国家红壤肥力长期试验平台,研究长期不同施肥、休闲和轮作措施下旱地红壤剖面(0~100 cm)土体及不同层次(20 cm/层)有机碳(SOC)和全氮(TN)储量的变化特征。结果表明,与试验初始相比,24年不施肥(CK处理)0~100 cm各层有机碳储量均有不同程度降低,但全氮储量在40~100 cm各土层表现出累积趋势。24年施化肥(N、NP、PK、NPK)和化肥配施秸秆处理(NPKS)明显增加40~100 cm有机碳和全氮储量,0~40 cm各层碳储量有所耗竭而氮储量无明显影响。24年有机无机配施(NPKM)明显增加表层0~20和40~100 cm的有机碳和全氮储量。休闲(Fallow)和轮作(NPKMR)措施大幅度提高0~100 cm各层有机碳和全氮储量,但两处理间无显著差异。对于0~100 cm整个土体而言,休闲和轮作处理大幅度增加了土壤剖面的有机碳和全氮储量,其中有机碳储量比初始分别提高64%和93%,全氮储量比初始分别提高71%和82%。不同措施下0~100 cm各层有机碳与全氮储量及其变化量间均存在显著线性相关关系(P0.01),但不同管理措施显著改变了碳氮储量间的相关关系,但储量变化量间的相互关系无统计学上的显著差异。休闲或豆科轮作措施能显著提升红壤剖面碳、氮库容,是红壤肥力恢复和培肥较优管理措施。     

江西水稻土养分状况研究

为了解近年水稻土养分变化状况,于1997年采集原土壤普查点位的耕层土样142个,进行农化性状分析。结果表明江西水稻土土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷含量呈上升趋势;速效钾含量稍有改善;pH值略有下降;并简略讨论了上述养分变化的主要原因。