模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响

为研究模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响,在农田进行随机区组试验,布设4个区组,每块区组随机设置4个模拟酸雨处理,分别为去离子水A1(pH=6.7)、A2(pH=4.0)、A3(pH=3.0)、A4(pH=2.0).采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对不同酸雨强度的冬小麦-大豆轮作农田进行土壤呼吸速率观测,并采用气压过程分离技术( BaPS)测定不同酸雨处理的土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率.试验结果表明,冬小麦田各处理间土壤呼吸速率无显著差异(P＞0.05);大豆田高强度模拟酸雨A4处理明显抑制了土壤呼吸作用(P＜0.05).就冬小麦-大豆轮作生长季而言,各处理土壤呼吸速率无显著差异(P＞0.05),其平均土壤呼吸速率分别为(2.26±0.11)、(2.31±0.20)、(1.91±0.09)、( 2.03±0.17) μmol·m-2·s-1.冬小麦田A1、A3、A4处理间土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率均无显著性差异(P＞0.05).高强度模拟酸雨抑制了大豆田土壤CO2产生速率;大豆田A1、A3、A4处理的硝化速率测定均值分别为(191.6±36.1)、(261.6±36.3)μg·kg-1·h-1和(255.2±45.1)μg·kg-1·h-1,这3个处理的反硝化速率均值分别为(172.8±19.8)、(216.0±45.7)μg·kg-1·h-1和(216.3±44.6)μg·kg-1·h-1.研究表明,模拟酸雨强度升高未显著影响冬小麦田土壤呼吸、硝化和反硝化作用;高强度模拟酸雨(pH=2.0)降低了大豆田土壤呼吸速率和CO2产生速率,但对土壤硝化和反硝化作用有促进作用.     

模拟酸雨及秸秆添加对农田土壤微生物呼吸及酶活性的影响

为研究模拟酸雨及秸秆添加对农田土壤微生物呼吸及酶活性的影响,通过室内培养试验,设置4个模拟酸雨强度,分别为去离子水(pH 6.7)、pH 4.0、pH 3.0和pH 2.0,每个模拟酸雨pH下设置0、0.6、1.2、1.8 g共4个秸秆添加量,观测不同处理下土壤微生物呼吸的动态变化,并在培养试验结束后测定不同处理下的土壤转化酶和过氧化氢酶活性以及pH值。结果表明:不同模拟酸雨pH和秸秆添加量与土壤微生物呼吸之间的关系均可用一元线性方程描述,其P值均达到显著水平(P0.05)。双因素方差分析结果表明,不同模拟酸雨pH和秸秆添加量处理下的土壤微生物呼吸均存在极显著差异(P0.001),但两者对土壤微生物呼吸无显著交互影响。土壤转化酶和过氧化氢酶活性与秸秆添加量均呈显著(P0.05)正相关关系。土壤微生物呼吸与过氧化氢酶活性存在极显著(P0.001)线性正相关关系,与转化酶活性存在显著(P0.05)线性正相关关系。基于转化酶和过氧化氢酶活性的双因子模型比单纯线性模型提高了对土壤微生物呼吸变异的解释量(R2=0.955,P0.001)。研究表明,短期模拟酸雨降低了土壤微生物呼吸和过氧化氢酶活性,这可能意味着短期酸雨会抑制土壤物质循环过程,对农田生态系统造成负面影响。     

模拟增温对高寒地区农田土壤呼吸日动态特征的影响

【目的】研究高原高寒农田生态系统土壤呼吸的温度、体积含水量响应特征,为科学评估西藏农田生态系统土壤碳周转和全球气候变暖背景下研究青藏高原高寒农田生态系统土壤呼吸提供理论支持。【方法】以西藏农牧学院试验农场幼苗期青稞农田为研究对象,设置增温（2.0±0.5） ℃和对照两个处理,采用LI-8100土壤呼吸监测系统,于2017年5月6日、5月8日-5月13日对农田土壤呼吸速率进行实时监测,分析土壤温度和土壤体积含水量对幼苗期青稞农田昼、夜间土壤呼吸速率特征动态变化的影响以及土壤呼吸作用对增温的响应特征。【结果】（1）增-温处理和对照的土壤温度、体积含水量及土壤呼吸速率均表现为单峰型日变化特征。就土壤温度而言,增温处理最高值出现在12:00-14:00,对照最高值出现在14:00-16:00;两者最低值均出现在00:00-07:00。就土壤体积含水量而言,增温处理和对照日最大值均出现在02:00-09:00;最小值出现时间存在差异,增温处理出现在14:00-17:00,对照出现在14:00-19:00。增温处理和对照的土壤呼吸速率日峰值分别出现在14:00-16:00和15:00-17:00;最小值均出现在07:00-09:00。（2）17:00-07:00两个处理土壤呼吸速率与土壤温度、体积含水量呈极显著线性关系,08:00-16:00两个处理速率变化滞后效应表现不同。（3）通过双变量回归模型拟合土壤呼吸与温度、体积含水量的复合关系可知,土壤温度、体积含水量的协同影响更能反映实际情况。【结论】增温能在短期内显著改变土壤水热条件,促进有机碳分解,加大土壤CO₂排放速率。     

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。     

模拟酸雨对土壤微形态的影响

对4种土壤进行各种模拟酸雨处理,土壤基质颜色、微结构、骨骼颗粒、形成物等土壤微形态特征均发生变化。变化程度与土壤本身的酸度有密切关系。     

酸雨胁迫对青冈土壤呼吸的影响研究

在亚热带酸雨危害较为严重的浙江省临安市设置实验样地,选择浙江省亚热带常绿阔叶林乔木层中青冈为研究对象,通过喷施不同酸度的模拟酸雨(pH2.5、4.0和5.6)定性和定量地研究酸雨胁迫下青冈苗木的土壤呼吸的特征及土壤呼吸与化学因子的关系,由此深入探讨不同酸度的酸雨胁迫下土壤呼吸的变化规律,从而丰富区域土壤碳循环研究的资料[1]。     

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。     

增温和生物炭添加对农田土壤酶活性的影响

【目的】研究全球变暖的背景下生物炭添加对农田土酶活性的影响,为农田土壤生态系统管理提供理论依据。【方法】采用开顶式生长室(open-top chamber,OTC)模拟增温的方法,研究了增温和添加生物炭对农田土壤酶活性的影响。【结果】OTC使平均气温增加了0.96℃,降低了土壤含水量;而生物炭的添加明显增加了土壤含水量。单独增温处理提高了土壤磷酸酶和蔗糖酶活性,却抑制了土壤脲酶和过氧化氢酶活性。生物炭对土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶有抑制作用,但当增温和生物炭共同作用下,土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶都随着生物炭添加浓度的增加而增加。土壤环境因子中p H、有机质、速效磷、速效氮和土壤含水量是影响土壤酶活性的主要因素,通径分析表明,速效氮对土壤脲酶和过氧化氢酶活性的影响较大,而p H对土壤磷酸酶和蔗糖酶的影响显著。【结论】在全球变暖背景下,添加生物炭通过改善农田土壤环境而提高土壤酶活性。     

模拟增温对大兴安岭兴安落叶松林土壤CO2通量的影响

采用开顶增温室(OTC)对大兴安岭兴安落叶松林进行模拟增温,研究气温升高对土壤呼吸季节变化、月变化、昼夜变化规律的影响,同时通过同步测定环境因子的变化,分析增温导致土壤呼吸变化的机理。结果表明：增温处理的大气温度年均增温1.2℃,大气湿度降低2.5%,土壤5 cm增温0.5℃,土壤10 cm增温1.1℃,土壤20 cm温度下降0.08℃,土壤各层湿度分别下降2.9%、4.9%、8.8%。增温及各土层土壤温度月均值呈单峰值趋势,7、8月达到温度峰值,生长季土壤湿度也呈现逐渐升高趋势,增温使土壤湿度减少。土壤温度与土壤呼吸呈显著相关关系,土壤湿度和土壤呼吸呈负相关关系,相关性不显著;生长季增温样地CO₂通量变化的范围在(45.9±12.8～476.8±158.2)mg·m^-2·h^-1,对照样地CO₂通量变化的范围在(27.3±12.2～356.3±131.1)mg·m^-2·h^-1。增温处理使生长季期间土壤呼吸速率平均提高5.76 mg·m^-2     

夜间增温对麦田土壤呼吸速率的影响

全球气候变暖呈现明显的非对称性,夜间气温和冬、春季的增温趋势显著,采用田间开放式被动增温系统研究夜间增温对南京地区麦田土壤呼吸速率不同组分（根际呼吸速率和土壤基础呼吸速率）的影响机制。结果显示,夜间增温处理下麦田土壤总呼吸速率、根际呼吸速率的季节平均值分别为4.32、3.29 μmol·m-2·s-1,比对照小区分别增加了10.0%、15.4%,表明夜间增温显著促进了土壤总呼吸强度和根际呼吸。从不同生育期来看,增温处理下孕穗期（4月8日至4月18日）的根际呼吸速率增加了34.6%~44.2%,而生长后期（5月9日至5月17日）则降低了31.4%~40.4%。相反,夜间增温抑制了孕穗期的基础呼吸速率,而在一定程度上促进了冬小麦生长后期的基础呼吸速率。研究表明,夜间增温对麦田土壤根际呼吸速率具有促进作用,而在一定程度上对土壤基础呼吸速率具有抑制效应,可能是通过改变作物生物量、养分吸收等特性,从而影响到作物根系与土壤微生物之间的养分竞争所致。     

模拟酸雨对土壤磷元素淋失的影响

用不同酸度的模拟酸雨,通过严格的土柱淋洗试验,研究了在不同酸度的模拟降水下,重庆市施用不同肥料的蔬菜地的土壤(紫色土壤)中磷元素(P元素)淋失量的变化情况。结果表明,不同酸度的降雨对土壤磷元素的淋失量的影响不同,总体上酸雨引起的磷元素淋失量的大小顺序为LpH5.5>LpH4.5>LpH3.5>LpH6.5;在同种酸度下,施用了化肥和混合肥(化肥+有机肥)的土壤,磷元素的淋失量相对较大,而不施肥的对照土壤和加了有机肥的土壤,磷元素淋失量较小。     

模拟酸雨对三明地区受重金属污染土壤的淋滤过程研究

针对福建三明地区实际受重金属污染的土壤样品,采用模拟酸雨淋溶土柱的试验方法,研究了不同酸度模拟酸雨(pH=2.5、3.6和5.6)对污染土壤中重金属元素的淋滤液性质的影响.结果表明,随着模拟酸雨pH值的降低,淋滤液的电导呈递增变化,而淋滤液pH值呈递减变化;随着淋溶量的增加,淋滤液电导逐渐下降,而淋滤液pH值呈现先迅速下降后逐渐升高的总趋势.研究发现,模拟酸雨作用于该受重金属污染土壤时,污染土壤中不同重金属呈现不同的溶出规律.淋滤液中锌、镍、铜、铬和铅的含量均随模拟酸雨pH值的降低而增加,但锌、镍和铜的释放过程可分为快速释放和准稳定两个阶段,铬和铅的释放过程则分为快速释放和慢速释放两个阶段.相同pH值模拟酸雨条件下,该污染土壤中重金属累积释放量由大到小的顺序为Zn＞Cu＞Cr＞Ni＞Pb.pH=3.6时,每千克污染土壤中Zn、Cu、Cr、Ni和Pb的最大累积释放量分别为750、60、0.9、0.9和0.48 mg.     

模拟酸雨对黑麦草草茬还田后水稻土壤质量的影响

[目的]为了研究黑麦草草茬还田对酸化水稻土质量的影响。[方法]采用室内培养模拟酸雨淋溶条件的方法(p H分别为3.5、4.5和5.5,并以p H 6.5为对照)。[结果]在模拟酸雨环境下,水稻土中有机质、全氮、全磷和速效磷含量在黑麦草草茬还田后随p H的下降有不同程度增加,但增幅有限。然而,土壤活性有机碳、微生物量氮则呈现相反的变化趋势,微生物量碳、磷随酸雨p H先升高后减低。强酸(p H≤3.5)抑制了黑麦草草茬还田后水稻土壤中过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性。[结论]酸雨能在短时间内加速黑麦草草茬分解腐烂和养分释放。     

模拟酸雨对中药基质土壤微生物的影响

用不同pH值(2．5～5)的模拟酸雨处理中药植株白术、元胡、贝母及其基质土壤，测定土壤中微生物的数量。结果表明，各处理pH的模拟酸雨都能抑制细菌、放线菌的生长，其数量随着酸雨pH的降低而不断减少；真菌的数量随酸雨pH的降低呈现先升高后下降的趋势，当pH为2．5时，真菌的含量最低。     

模拟酸雨对油菜生长的影响

在温室内进行的试验发现，pH≤4．0的模拟酸雨会引起油菜单株角果数少；pH3．5的模拟酸雨会使油菜叶片受到伤害，并会降低油菜叶片和角果皮的叶绿素含量、叶片和角果皮的光合速率、植株高度、每荚角果内的籽粒数和种子的千粒重。     

模拟酸雨对水稻种子发芽及幼苗生长的影响

通过模拟不同pH值(分别为3.0,4.0,5.0)的酸雨胁迫处理水稻(Oryza sativa)种子和幼苗,以了解酸雨对水稻种子萌发及幼苗生长的影响。结果显示:pH值5.0的模拟酸雨对水稻种子发芽率影响不明显,但pH值4.0和pH值3.0处理下种子萌发率显著下降;幼苗对不同程度的模拟酸雨胁迫均敏感,各生长指标包括叶长、苗高、植株鲜重、不定根数等被显著抑制,且随着pH降低,被抑制程度越甚。试验结果表明,模拟酸雨对水稻种子萌发和幼苗生长发育均有影响,且幼苗阶段较种子萌发阶段对酸雨的影响更为敏感。     

模拟酸雨作用下红壤中多环芳烃的释放及纵向迁移特征

以USEPA优先控制的16种多环芳烃为研究对象,通过酸雨的土柱淋溶试验模拟实际降水过程,分析了不同酸度的模拟酸雨淋溶后红壤中多环芳烃残留量的变化及不同性质多环芳烃在土柱中纵向迁移特征。研究结果表明:不同酸度模拟酸雨淋溶后红壤中多环芳烃残留量均较淋溶前减少,pH2.5酸雨淋溶后红壤中多环芳烃含量较淋溶前减小的幅度最大(52.08%),pH5.6酸雨淋溶后减小的幅度最小(21.55%);酸雨破坏土壤微结构,使土壤胶体分散,粘粒下移,与土壤粘粒结合在一起的多环芳烃也一起向下迁移,酸雨pH值越小,多环芳烃在土壤中的纵向迁移能力就越强;酸雨对土壤中不同性质多环芳烃的纵向迁移影响不同,对低环多环芳烃(环数≤4)的迁移影响较大,对高环多环芳烃(环数4)影响较小,主要是由于不同性质多环芳烃在土壤中结合的物质不同而引起的。该研究结果为了解酸雨作用下多环芳烃在土壤介质中的稳定性及其对地下水潜在污染的风险评价提供理论依据。     

模拟酸雨对杂交稻常规稻野生稻影响的研究

采用与研究区自然降雨的离子组成相近的不同pH值模拟酸雨,在营养生长期对栽植于试验小区的杂交稻、常规稻和野生稻进行了喷淋试验。结果表明,经不同浓度的酸雨喷淋后,杂交稻、常规稻和野生稻的叶片叶绿素含量、叶片相对电导率和产量性状等均发生了改变。pH值大于或等于3.5的酸雨对杂交稻、常规稻和野生稻的叶片叶绿素含量、叶片相对电导率和产量性状没有显著影响;pH值小于3.5的酸雨对杂交稻、常规稻和野生稻的叶片叶绿素含量、叶片相对电导率和产量性状的影响达到显著或极显著水平。其中酸雨对各生态型稻种细胞膜透性的影响程度为常规稻>野生稻>杂交稻;对叶绿素含量影响程度为杂交稻>常规稻>野生稻;对经济产量的影响程度为常规稻>杂交稻。