外源C、N干扰下吉林黑土区农田土壤动物组成与结构

2011年5月至9月作物生长期间,采用手拣法、改良干漏斗与湿漏斗三种方法,对吉林黑土区7种外源C、N干扰处理,即对照组(不施肥,CK)、0.5倍、1.0倍和2.0倍的外源C和N处理(C0.5、C1.0、C2.0、N0.5、N1.0、N2.0)农田土壤动物组成与结构进行研究.在作物生长季节,5次采样共获得土壤动物56 886只(未鉴定标本80只),隶属3门11纲23目3亚目79科(总科).数据分析显示,农田土壤动物主要集中在0～5 cm,基本上是随着土壤剖面加深而呈现下降趋势;与对照(CK)相比,农田土壤动物个体数与类群数随外源C浓度升高而呈递增趋势;农田大型土壤动物个体数随外源N浓度升高呈递减趋势;农田中小型土壤动物个体数随外源N浓度升高呈递增趋势.在研究时段内,土壤动物个体数与类群数于5-8月份呈现出上升趋势,9月份出现下降.方差分析显示,外源C、N干扰对农田中小型土壤动物个体数与类群数以及大型土壤动物类群数影响显著(p＜0.01),农田土壤动物个体数与类群数在作物生长季节内变化显著(P＜0.01).外源C、外源N分解释放出的养分与中小型土壤动物个体数、类群数以及大型土壤动物类群数密切相关.外源C有益于农田土壤动物功能群、大型与中小型农田土壤动物群落组成多样化.     

吉林黑土区不同施肥条件下农田土壤动物组成及多样性变化

采用手捡法和改良干漏斗法(Modified.Tullgren)对吉林黑土区长期定位施肥农田土壤动物群落组成及多样性进行研究。12个施肥小区内共采集108个土壤样品,获得农田土壤动物标本17265只(未鉴定标本187只),隶属3门9纲19目3亚目48科。统计分析结果表明,所采集标本中,营养功能群以植食性(35.53%)为主。其中,大型农田土壤动物捕获的个体数和类群数以撂荒和施氮肥区最多;中小型农田土壤动物则以撂荒和轮作区最多;大型农田土壤动物群落的多样性指数(H′)依次是NP>N>1.5MNPK>PK>M2NPK>CK>NK>NPK>M1NPK>轮作>SNPK>撂荒,中小型农田土壤动物多样性指数依次是M1NPK>M2NPK>SNPK>1.5MNPK>NP>CK>轮作>NK>NPK>PK>N>撂荒。群落相似性指数分析表明,不同施肥之间相似性系数一般较低。农田土壤动物群落组成异质性较高,SNPK与M1NPK、撂荒地处理之间的相似性明显高于其他群落,N与SNPK、M2NPK和轮作之间、CK与1.5MNPK和NPK之间的相似性明显低于其它施肥之间的相似性。反映出不同施肥处理对土壤生态系统内部环境,进而对土壤动物群落产生的影响。     

未干扰黑土土壤微生物群落垂直分布特征

采用稀释平板法和Biolog-ECO微平板检测法,以山杨天然次生林土壤为对象,研究了典型黑土区未经开垦干扰黑土0~150 cm土层范围内土壤微生物群落的垂直分布特征。结果表明:(1)土壤微生物总数、细菌和真菌数量随土壤深度增加呈减少趋势,以0~10 cm土层数量最高,分别为4.10×106cfu g-1干土、4.05×106cfu g-1干土和5.04×104cfu g-1干土;而放线菌数量随土壤深度的增加表现为先减后增的趋势,最高值出现在30~50 cm土层,可达0.94×104cfu g-1干土。(2)在培养168 h时,土壤微生物碳源平均颜色变化率(AWCD)的变化范围为0.09~1.21,并表现出随土壤深度增加而逐渐减小的趋势。(3)土壤微生物群落功能多样性指数同样表现为随土壤深度增加而逐渐减小的趋势,且丰富度指数、Shannon-Weiner指数、Simpson指数和McIntosh指数的变化范围分别为0~27、0.46~3.17、0.33~0.95和0.09~8.19。(4)初步确定氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源是未经开垦干扰黑土土壤微生物利用率较高的碳源类型。研究结果为科学评价典型黑土区土壤生境质量退化与恢复过程中微生物特征的变化提供了本底值参考。     

不同耕作方式下黑土区农田中小型土壤动物群落特征

[目的]研究中小型土壤动物群落组成、多样性、动态特征及垂直分布情况,反映土壤环境状况,为探索黑土区农田适宜的耕作方式提供参考依据。[方法]采用改良干漏斗(modified tullgren)法分离中小型土壤动物,分析比较了不同耕作方式下中小型土壤动物的群落结构及分布特征。[结果]从研究样地共捕获中小型土壤动物3 749只,隶属47个类群。其中四奥甲螨科(Quadroppiidae)和等节■科(Isotomidae)为试验区的优势类群。3种耕作方式下,0—10 cm土层中小型土壤动物个体数占总个体数的71%,在垂直分布上具有明显的表聚性。深松处理下中小型土壤动物个体数最多(1 671),CK处理下类群数最多(41)。CK处理下中小型土壤动物多样性指数和丰富度指数最高,分别为(2.81)和(3.81);深松处理下中小型土壤动物优势度指数最高(0.15)。不同耕作方式下土壤渗透总量表现为深松CK免耕;土壤含水量和土壤温度表现为深松免耕CK;土壤容重表现为免耕CK深松。中小型土壤动物个体数与土壤容重呈显著正相关(p0.05);中小型土壤动物丰富度指数与土壤有机质呈显著正相关(p0.05);中小型土壤动物均匀度指数与土壤渗透总量呈极显著正相关(p0.01)。[结论]耕作方式对中小型土壤动物的群落结构有明显的影响,深松耕作后显著提高中小型土壤动物个体数,能够有效改善土壤环境,比免耕和传统耕作更有利于中小型土壤动物的生存与繁殖。     

典型黑土区坡耕地土壤微生物群落数量的空间分布研究

选取土壤侵蚀较严重的黑龙江省宾县宾州河流域为研究区,通过采集流域上、中和下游6个典型坡面的坡上、坡中和坡下部土壤样品,分析了坡耕地土壤微生物群落数量在流域和坡面尺度上的分布规律,并比较了土壤微生物群落数量空间分布与土壤侵蚀空间分布的关系。结果表明,在流域尺度上,土壤微生物总数量和细菌数量均表现为:下游>中游>上游土壤真菌数量表现为:上游>下游>中游土壤放线菌数量表现为中游最大,而上游和下游数量相当。在坡面尺度上,土壤微生物总数量和细菌数量均呈现:坡中部<坡上部<坡下部,土壤真菌数量呈现:坡下部<坡中部<坡上部,土壤放线菌数量呈现:坡中部<坡下部<坡上部。研究表明,流域土壤微生物总数量和土壤细菌数量的空间分布皆与侵蚀-沉积速率的空间分布相对应,反映出侵蚀-沉积速率是影响该流域土壤微生物群落数量的主要因素。     

黄土区不同施肥条件下农田土壤的动物群落结构

利用手捡法和Cobb过筛法对国家黄土土壤肥力与肥料效益监测基地的13个不同施肥处理进行土壤动物调查,共获得土壤动物3530只,隶属6门12纲23目4亚目7总科,这些类群在黄土中分布较广,构成了陕西黄土农田土壤动物的主要成分。结果表明,1)不同施肥处理对农田土壤动物个体数量、类群数均有不同程度的影响;农田土壤动物个体数量主要集中在0～5cm,且基本上是随着土壤深度的增加呈现下降的趋势。2)农田土壤动物的密度与土壤中的有机质含量有一定关系,施用秸秆有利于农田土壤动物的生存和发展。3)不同施肥条件下,土壤动物群落的组成具有很高的异质性,相似性系数一般较低。     

东北黑土区不同土地利用方式下农田土壤微生物多样性

为探究黑龙江省黑土区不同土地利用方式下土壤微生物多样性,该研究主要采用Biolog Eco微平板法,以荒地为对照,研究了黑龙江省中部和西南部黑土区玉米、水稻、大豆及土豆4种不同土地利用方式下土壤微生物多样性的变化。结果表明：1）可培养细菌的数量从大到小依次为土豆、水稻、大豆、玉米、荒地,但群落Shannon-Wiener多样性指数从高到低依次为：荒地（2.18）、玉米（2.11）、土豆（2.00）、水稻（1.73）、大豆（1.49）;2）不同利用方式下黑土区微生物碳源利用程度大致随培养时间的延长而升高,并且氨基酸、糖类以及聚合物类是黑土微生物代谢的最主要碳源;玉米地土壤微生物的Shannon-Wiener指数（3.18）、McIntosh指数（5.96）、丰富度指数（24.89）、及Simpson指数（0.95）比其他土地利用方式土壤微生物的多样性指数高,而水稻田土壤微生物的多样性指数最低,土豆、大豆与荒地土壤微生物的多样性指数间无显著差别;3）不同土地利用方式显著影响了土壤微生物群落碳源代谢多样性,并且对土壤微生物群落代谢特征起分异作用的主要碳源类型为糖类、氨基酸类和羧酸类,其中糖类尤为突出。该研究将有助于了解黑土区土壤微生物多样性与土地利用方式之间的关系,为黑土区农业的可持续发展提供一定的科学依据。     

两种施肥处理下不同有机质含量农田黑土微生物群落结构PLFA分析

土壤有机质含量和施肥是影响黑土微生物群落结构的重要因素,但是受气候影响,很难单独明确有机质含量或施肥对土壤微生物群落的影响.本研究利用黑土生产力长期定位试验,将有机质含量不同的5个黑土(SOM1.7、SOM3、SOM5、SOM6、SOM11)置于相同气候条件下,通过分析磷脂脂肪酸,系统地研究了施肥与有机质含量对农田黑土...     

大兴安岭北部森林生态系统土壤动物组成与多样性分析

对大兴安岭北部7个代表性森林群落土壤动物进行调查,共捕获湿生土壤动物20216只,大、中小型土壤动物87类,19577只,隶属于4门9纲23目66科。大、中小型土壤动物的优势类群为螨类和节跳虫科,常见类群4类,两者占总捕获量的92.22%。各群落土壤动物的数量和种类组成有一定差异,其中杨落Ⅱ和白桦Ⅲ的数量和种类最多,柳草Ⅶ最少。7个群落共有类群23类,共优类群为螨类中的前气门亚目和中气门亚目,共有的常见类群2类:山跳虫科和线蚓科。7个群落间相似程度均较大,大多为中等相似。各群落土壤动物数量和种类在土壤各层的垂直分布上具有明显表聚性。在多样性分析中,各群落多样性指数H′大小为柳草Ⅶ>白桦Ⅲ>杨落Ⅱ>落沼Ⅳ>樟子松Ⅵ>桦杜Ⅰ>蒙古栎Ⅴ。大部分群落多样性指数的动态变化是8月>6月>10月。     

铅锌矿区周边农田土壤跳虫群落特征与重金属污染的关联

以云南兰坪铅锌矿区周边的农田为对象,按距矿区距离设四条样带,每个样带按距河流由近至远等距选3个样点进行定量采样,测定和分析土壤跳虫物种多样性和群落结构、土壤重金属含量和理化性质、及跳虫体内的铅含量.共获跳虫26种,平均密度12042 ind·m2.样点与矿区或河流距离增加,土壤中镉、铅和锌含量下降,跳虫体内重金属含量下...     

秸秆还田对吉林黑土区土壤有机碳、氮的影响

秸秆是农业生产的重要有机肥来源之一,研究其还田过程中土壤有机碳、氮的变化,对了解土壤质量的改变具有重要意义。2011年5～9月作物生长期间,对黑土区不同秸秆全部还田、秸秆全部还田+化肥(C:N=1:10)、秸秆全部还田+化肥(C:N=1:20)后,土壤有机碳、氮的变化研究结果显示,与秸秆未还田(对照)相比,秸秆全部还田(C1.0)条件下土壤pH与土壤湿度略有降低,其他指标则相应增加;含有秸秆的处理中,土壤有机碳、pH、土壤呼吸强度、土壤温度变化趋势均为C1.0>C/N10>C/N20。土壤呼吸强度、土壤温度、湿度变化随着时间呈下降趋势。主成分分析显示,秸秆还田有利于改善土壤有机碳、全氮以及C/N等。     

长期施肥黑土微生物区系及功能多样性的变化

Black soil （Mollisol） is one of the main soil types in northeastern China. Biolog and polymerase chain reactiondenaturing gradient gel electrophoresis （PCR-DGGE） methods were used to examine the influence of various fertilizer combinations on the structure and function of the bacterial community in a black soil collected from Harbin, Heilongjiang Province. Biolog results showed that substrate richness and catabolic diversity of the soil bacterial community were the greatest in the chemical fertilizer and chemical fertilizer＋manure treatments. The metabolic ability of the bacterial community in the manure treatment was similar to the control. DGGE fingerprinting indicated similarity in the distribution of most 16S rDNA bands among all treatments, suggesting that microorganisms with those bands were stable and not influenced by fertilization. However, chemical fertilizer increased the diversity of soil bacterial community. Principal com- ponent analysis of Biolog and DGGE data revealed that the structure and function of the bacterial community were similar in the control and manure treatments, suggesting that the application of manure increased the soil microbial population, but had no effect on the bacterial community structure. Catabolic function was similar in the chemical fertilizer and chemical fertilizer＋manure treatments, but the composition structure of the soil microbes differed between them. The use of chemical fertilizers could result in a decline in the catabolic activity of fast-growing or eutrophic bacteria.     

Significance of organic nitrogen uptake from plant residues by soil microorganisms as affected by carbon and nitrogen availability

Soil microorganisms can use a wide range of nitrogen (N) compounds. When organic N sources are degraded, microorganisms can either take up simple organic molecules directly (direct route), or organic N may be mineralized first and taken up in the form of mineral N (mineralization-immobilization-turnover [MIT] route). To determine the importance of the direct route, a microcosm experiment was carried out. Two types of wheat residue were added to soil samples, including younger residue with a carbon (C) to N ratio of 12 and older residue with a C to N ratio of 29. Between days 1 and 4, the gross N mineralization rate reached 8.4 and 4.0 mg N kg⁻¹ dry soil day⁻¹ in the treatment with younger and older residue, respectively. During the same period, there was no difference in protease activity between the two residue amended treatments. The fact that protease activity was not related to gross N mineralization, even though the products of protease activity are the substrates for N mineralization, suggests that not all organic molecules released from residue or soil N passed through the soil mineral N pool. In fact, when leucine and glycine were added, only 10 and 53% of the amino acid-N, respectively, was mineralized. The fraction of N taken up via the direct route was estimated to be 55 and 62% for the young and older residue, respectively. After 28 days of incubation, the proportion of amino acid-N mineralized had increased especially in the soil amended with older residue, suggesting that the MIT route became increasingly important. This result is supported by an increase in the activities of enzymes responsible for the intracellular assimilation of ammonium (NH₄⁺). Our results suggest that in contrast to what is proposed by many models of soil N cycling, both the direct and MIT routes were operative, with the direct route being the preferred route of residue N uptake. The direct route became less important over time and was more important in soil amended with older residue, suggesting that the direct route is favored by lower mineral N availabilities. An important implication of these findings is that when the direct route is dominant, gross N mineralization underestimates the amount of N made available from the residue.     

有机肥施用对农田中小型土壤动物群落的影响

2016年玉米生长季6～9月,以农田土壤为研究对象,设置了有机肥4个不同施用量处理,即0 kg·hm~(-2)(CK)、15 000 kg·hm~(-2)(OF1)、30 000 kg·hm~(-2)(OF2)、45 000 kg·hm~(-2)(OF3),并对其中小型土壤动物群落及其多样性的变化进行调查研究。研究结果表明,1)从试验样地共捕获中小型土壤动物2 821只,其中:OF处理显著提高了中小型土壤动物个体密度(P0.05),OF1、OF2和OF3处理分别较CK提高2.28%、31.93%和60.70%;有机肥施用有降低类群数的趋势,但无显著差异(P0.05);2)各处理对中小型土壤动物多样性指数无显著影响(P0.05);3)农田中小型土壤动物具有明显表聚性,各处理0～10 cm土层的个体密度和类群数显著高于10～20和20～30 cm土层的个体密度(P0.05)。有机肥施用对农田中小型土壤动物具有一定的影响,有机肥对土壤的影响是深远的,目前的结果着重表现在对个体密度的影响较大,对多样性的变化,需要长期观测。     

水氮管理对黑土稻作土壤碳氮磷化学计量特征的影响

为阐明不同水氮管理模式对黑土稻作产量和土壤碳氮磷化学计量特征的影响。设置3种灌溉模式（常规淹灌、浅湿灌溉、控制灌溉）和4种氮肥梯度（0、85、110、135 kg/hm2）,探究水稻产量、土壤碳氮磷含量、化学计量比及层化率对不同水氮管理模式的响应规律。结果表明：控制灌溉模式下,水稻通过形成足量大穗提高库容,小幅增加结实率,从而显著提高产量（p<0.05）。稻田土壤有机碳（SOC）、土壤总氮（STN）、土壤总磷 (STP) 含量随土层深度增加而降低,施氮处理可显著提升SOC、STN含量并降低STP含量（p<0.05）。常规淹灌模式增加SOC、STN含量,控制灌溉模式增加STP含量。土壤C/N随施氮量增加而降低,土壤C/P、N/P随施氮量增加而升高,施氮能提升不同土层平均C/N层化率,降低C/P、N/P层化率。相比常规淹灌,控制灌溉模式能提升不同土层SOC、STP含量层化率,在一定程度上说明控制灌溉配施适宜氮肥可以改善土壤质量,综合考虑CN2为最优水氮管理方式。     

不同培肥方式黑土腐殖质形态特征研究

针对吉林省黑土区存在的土壤有机质下降、耕地质量退化等问题,利用公主岭国家黑土肥力与肥料效益监测基地连续20年的长期定位试验,采用核磁共振波谱分析法(NMR)、红外光谱分析法(IR)等现代分析方法,研究了不同培肥途径耕层土壤腐殖质的组成、形态结构及动态变化趋势。结果表明:不同培肥途径对耕层土壤腐殖质特征影响明显。施用玉米秸秆处理(S+NPK)和施用有机肥+轮作处理(M+NPK+R)均显著增加了土壤胡敏酸中脂肪族结构成分,单施有机肥处理(M+NPK)显著增加了土壤胡敏酸中羟基含量,S+NPK处理游离羧基含量显著增多。S+NPK、M+NPK及M+NPK+R处理,土壤富啡酸的甲基、亚甲基和次甲基结构成分显著增多,游离羧基含量也显著增多。单施化肥处理,浸提的富啡酸中无机碳酸盐和硅酸盐成分明显增多,化肥长期施用导致土壤中游离富啡酸数量显著减少,土壤的耗竭式利用,导致土壤中铁、铜结合态或络合态的富啡酸增加。不同培肥方式对黑土胡敏酸和富啡酸的元素组成影响有较大的差异,但均可引发胡敏酸C含量降低,N含量增加,富啡酸C、N、H含量增加,O含量降低,可通过不同的培肥方式对土壤腐殖质的元素组成进行调节。     

Soil carbon and nitrogen dynamics as affected by long-term tillage and nitrogen fertilization

Quantifying seasonal dynamics of active soil C and N pools is important for understanding how production systems can be better managed to sustain long-term soil productivity especially in warm subhumid climates. Our objectives were to determine seasonal dynamics of inorganic soil N, potential C and N mineralization, soil microbial biomass C (SMBC), and the metabolic quotient of microbial biomass in continuous corn (Zea mays L.) under conventional (CT), moldboard (MB), chisel (CH), minimum tillage (MT), and no-tillage (NT) with low (45kgNha^–1) and high (90kgNha^–1) N fertilization. An Orelia sandy clay loam (fine-loamy, mixed, hyperthermic Typic Ochraqualf) in south Texas, United States, was sampled before corn planting in February, during pollination in May, and following harvest in July. Soil inorganic N, SMBC, and potential C and N mineralization were usually highest in soils under NT, whereas these characteristics were consistently lower throughout the growing season in soils receiving MB tillage. Nitrogen fertilization had little effect on soil inorganic N, SMBC, and potential C and N mineralization. The metabolic quotient of microbial biomass exhibited seasonal patterns inverse to that of SMBC. Seasonal changes in SMBC, inorganic N, and mineralizable C and N indicated the dependence of seasonal C and N dynamics on long-term substrate availability from crop residues. Long-term reduced tillage increased soil organic matter (SOM), SMBC, inorganic N, and labile C and N pools as compared with plowed systems and may be more sustainable over the long term. Seasonal changes in active soil C and N pools were affected more by tillage than by N fertilization in this subhumid climate. Received: 20 September 1996     

黑土土壤水分反射光谱特征定量分析与预测

选择单一土类黑土作为研究对象, 并准确调配其不同含水量,实验室测定土壤高光谱反射率,利用光谱分析与统计方法,定量描述了不同含水量黑土反射光谱特征,并建立了黑土含水量反射光谱预测模型,结果表明,随土壤含水量的增加,达到一定阈值（300 g kg-1）,反射率存在过饱和现象,但其倒数对数微分可以有效去除饱和问题;土壤反射率倒数对数微分对土壤含水量的响应表现出三个变化阶段,导致1 870 nm波段的倒数对数微分也表现为非线性变化,需要利用分段函数进行土壤含水量的光谱精确速测。