不同演替阶段群落根系分布与土壤团聚体特征的协同变化

采用空间代替时间的方法,选取黄土高原丘陵区退耕地演替前期(茵陈蒿)、中期(铁杆蒿)和后期(白羊草)典型群落,研究了不同植物群落在不同演替阶段的根系特征、分布格局及其与土壤团聚体之间的关系。结果表明:群落根系主要为2mm的细根,且多向土壤表层集中,根长密度、表面积,根系生物量以及比根长表现出随着直径的增大而减小规律。同时随着演替的进行,土壤团聚体稳定性有所增强,根长密度和根表面积也表现出增长趋势。对比群落根系分布与土壤团聚体的相关关系可知,表层0.5~2mm的细根根长、表面积与根系生物量和土壤团聚体稳定性极显著相关,说明了植物细根在群落演替以及土壤结构变化中具有重要作用。     

不同演化阶段白刺灌丛沙堆土壤生态化学计量特征

为了阐明灌丛沙堆发育对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征的影响,以吉兰泰荒漠区不同演化阶段白刺(Nitraria tangutorun)灌丛沙堆为研究对象,研究0—100 cm土层土壤C∶N∶P化学计量特征在不同演化阶段的变化规律和垂直分布规律。结果表明:(1)白刺灌丛沙堆土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)随演化阶段(雏形阶段→发育阶段→稳定阶段→衰亡阶段)的变化呈先增后减的变化趋势。演化阶段对白刺灌丛沙堆SOC影响显著(P<0.05),对TN、TP无显著影响(P>0.05),其SOC、TN、TP均值含量在0—100 cm土层分别为0.42~0.58,0.04~0.07,0.22~0.25 g/kg,远小于全国土壤平均水平(11.12,1.06,0.65 g/kg)。(2)白刺灌丛沙堆SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比随土层深度增加无明显规律性。(3)土壤SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比均属于中等变异,且变异系数随白刺灌丛沙堆演化不断减小。(4)土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度对白刺灌丛沙堆土壤TN、C∶N、N∶P影响显著,而土壤含水量、pH对白刺灌丛沙堆SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比无显著影响。各演化阶段白刺灌丛沙堆SOC、TN是调控白刺灌丛沙堆土壤生态化学计量比的主要因素。因此,该研究结果明晰了白刺灌丛沙堆土壤C∶N∶P生态化学计量特征对不同演化阶段的响应,为该区域白刺群落的保护、利用和植被恢复与重建提供科学依据。     

长期耕作对寒地黑土生态化学计量特征及酶活性的影响

通过研究寒地黑土耕作15年(2002-2017年)后的土壤养分、生态化学计量特征及酶活性的变化,探究寒地黑土土壤养分分配力和保持力,为寒地黑土的合理开发和持续利用提供理论依据.结果 表明:1)与2002年相比,2017年土壤有机质、全氮含量显著降低(P＜0.05),土壤全磷含量显著增加(P＜0.05);土壤C∶N无显著...     

氮磷添加对不同退耕年限草本植被群落及土壤化学计量特征的影响

采用空间代替时间的方法,根据安塞县纸坊沟小流域8个退耕年限序列(1~35年)的退耕地采样数据进行分析,研究植物群落与土壤化学计量学特征对不同施肥处理的响应程度。结果表明:(1)与未施肥相比,施N肥和施N肥+P肥后,地上生物量分别增加了77.1%和142.0%。地上生物量对不同施肥处理的响应程度表现为施N肥+P肥组合高于单一添加N肥。(2)与未施肥相比,施N肥后叶片氮、磷含量分别增加了13.6%和0.6%,氮磷比下降了3.8%;施N肥+P肥后叶片氮、磷含量分别增加了15.6%和8.7%,氮磷比下降了15.2%,叶片N、P含量及氮磷比对施N肥+P肥的响应程度均高于单一施N肥。(3)与未施肥相比,施N肥后土壤N、P含量分别增加了27.7%和36.2%,N/P比下降了9.1%;施N肥+P肥后土壤N、P含量分别增加了16.6%和25.0%,N/P比下降了9.1%,土壤N、P含量对施N肥的响应程度略高于施N肥+P肥。总体而言,适当的施肥方式有利于植物对土壤养分的利用和分配。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤养分及生态化学计量特征

[目的]探究黄土丘陵区土地利用方式变化前后土壤养分及生态化学计量比的变化特征,为该区农业生产以及生态恢复工作提供科学依据。[方法]选取山西省永和县岔口小流域因生态工程的实施而改变土地利用方式的坡改梯地(梯田)、退耕还林地(林地)、地埂核桃园地(园地)3种样地为研究对象,以现有坡耕地为对照,利用时空互代法,比较不同土地利用方式变化前后0—20 cm,20—40 cm土壤C,N,P,K含量以及生态化学计量比的差异。[结果]①流域各种生态恢复措施实施后,土壤C,N元素含量明显增加,梯田、林地、园地0—40 cm土壤有机C含量分别是坡耕地的1.38,2.44和1.09倍,全N含量分别是坡耕地的1.76,2.66,1.68倍。P,K元素增加量不明显,林地相比其他2种土地利用方式对C,N元素的固持更加明显;②通过分析土壤养分化学计量比的关系,发现流域土壤的限制性元素为C,N元素;③流域土壤养分及计量比之间存在着稳定的耦合关系,C-N之间的耦合关系最为显著且在各元素和生态化学计量比稳定方面发挥着重要作用。[结论]流域3种土地利用方式有效地改变了土壤全量养分含量和元素的生态化学计量比,有利于流域的生态保护和植被修复。     

土壤氮磷状况对小麦叶片养分生态化学计量特征的影响

生态化学计量学是研究生态系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学,可利用植物体内C、N和P含量及其相互比值（N：P、C：N和C：P,即生态化学计量比）来判断植物生长过程中营养的供给状况。本文通过研究小麦叶片主要元素的生态化学计量比对不同土壤N、P状况的响应,为小麦生产中的精确施肥提供技术指导。选取研究区当家品种弱筋小麦‘扬麦15’和强筋小麦‘镇麦168’为试验对象,采用盆栽试验,设置16个土壤N、P梯度处理,分析不同处理下小麦拔节期、孕穗期和灌浆期叶片N：P、C：N和C：P等生态化学计量比及其相互关系。结果表明：1）在拔节期和孕穗期,土壤N：P范围在7.04~8.73时,两小麦品种叶片的N：P均达到较高水平;而在灌浆期,土壤N：P范围在8.73~10.42时,两小麦叶片的N：P均达较高水平。且小麦叶片N：P与土壤N：P具有极显著的正相关关系,但其相关性随着生育期的推进逐渐降低。2）当土壤处于低N水平时（108.4 mg·kg^-1）,两小麦品种叶片C：N均达较高水平,且其与土壤N：P呈显著负相关,即随着土壤N：P比率增大,小麦叶片中C：N呈减小的趋势。3）当土壤处于低P水平时（29.6 mg·kg^-1）,两小麦品种叶片C：P达较高水平,且其与土壤P含量呈极显著负相关,即随土壤中P的增加,小麦叶片中C：P均呈减小趋势。以上结果表明,土壤中N和P的不同供应水平显著改变不同品种小麦叶片的生态化学计量比,因此,具有稳态特性的生态化学计量比可作为小麦生产中养分调控的重要参照指标并加以应用。     

不同林龄白枪杆及土壤生态化学计量及非结构性碳特征研究

为了解不同林龄白枪杆（Fraxinus malacophylla）叶片-土壤氮磷钾特征、光合色素及非结构性碳含量的相互作用,以云南省建水县3种不同林龄（5、18和35年）白枪杆人工林为研究对象,每个林龄内设3个20 m×20 m的标准样方,测定不同土层（0～15、15～30、30～45 cm）和叶片N、P、K含量,叶片光合色素及非结构性碳含量;并计算叶片-土壤生态化学计量比,分析不同林龄白枪杆叶片和土壤N、P、K化学计量的变化规律及相互关系。结果表明,白枪杆叶片氮磷钾含量在中龄林内最高,幼龄林其次,成熟林最低;N∶P随着林龄的增大而显著增大,P∶K则相反;在幼中龄林内,白枪杆叶片N∶P值小于14,植物生长受N限制,在成熟林中大于16,植物受P限制;叶片可溶性糖与非结构性碳水化合物（NSCs）含量表现为幼龄林<中龄林<成熟林,而淀粉含量及光合色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素）含量在中龄林内最高、幼龄林次之、成熟林最低。土壤N、P、K含量及N∶K在0～15和15～30 cm土层内随着林龄的增大而升高,在中龄林和成熟林中随着土层的加深而降低;同一土层中,N∶K在幼中...     

绿洲化对土壤养分及化学计量特征的影响

为了阐明绿洲化过程中土壤养分含量及土壤碳氮磷生态化学计量值的动态变化特征,以乌兰布和沙漠东北部绿洲为研究对象,通过24 a的定位监测,分析了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）及土壤C,N,P生态化学计量的动态变化特征。结果表明:（1）研究区土壤总体贫瘠,养分含量整体水平不高。但是随着绿洲建设时间的延长,土壤养分含量呈显著的线性增加趋势。（2）绿洲化过程中,土壤C:N,C:P,N:P,AN:AP的变化趋势总体上呈现先增大后减小的趋势,但是达到最大值的时间各不相同。（3）土壤C,N,P元素化学计量值与C,N,P元素之间的最优拟合关系显示C:N,C:P主要受SOC影响,N:P主要受N影响,表明SOC和N含量决定了研究区土壤中C,N,P化学计量特征的变化过程。     

冰川退缩迹地植被原生演替初期关键种的碳氮磷生态化学计量特征

[目的]对贡嘎山海螺沟冰川退缩迹地植被原生演替初期关键种柳叶菜(Epilobium hirsutum)和马河山黄芪(Astragalus mahoschanicus)碳氮磷含量及生态化学计量进行研究,掌握两关键种碳氮磷及其化学计量学特征,为预测未来在全球气候变化背景下冰川退缩区域环境变化及植被演替趋势研究提供理论支持。[方法]采用野外调查与室内分析相结合的方法,探讨贡嘎山海螺沟冰川退缩迹地植被原生演替序列初期关键种柳叶菜和马河山黄芪根、茎、叶、果实的碳、氮和磷含量及其化学计量学特征。[结果]柳叶菜根系有机碳含量变化范围为436～445 g/kg,较马河山黄芪根系有机碳含量高。不同器官的全磷含量均值柳叶菜为1.78 g/kg,马河山黄芪为1.30 g/kg。柳叶菜不同器官的有机碳含量变化依次为:根系>果实>叶片>茎,全氮含量变化依次为:叶片>根系>果实>茎,全磷含量表现依次为:果实>叶片>根系>茎。马河山黄芪不同器官的有机碳含量变化依次为:黄芪根系>果实>茎>叶片,全氮含量变化依次为:叶片>根系>果实&g...     

平原造林工程影响下的河岸带土壤生态化学计量特征

北京主要河流河岸带实施平原造林工程后,对河岸带植被类型及土壤造成不同程度影响。研究河岸带原有及重建植被类型土壤生态化学计量特征,对河岸生态系统土壤碳氮磷平衡及固碳潜力提升提供科学依据。选取北京温榆河昌平段岸边原有植被类型3种样地(乔木林、乔灌林及草地),重建植被类型2种样地(乔木林与灌木林),共15个样方,采集3层(0—10,10—20,20—30 cm)土壤样品,分析并计算碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及计量比。结果表明：原有与重建植被类型的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量分别为3.810～10.320,0.223～0.700,0.551～0.692 g/kg, C/N、N/P、C/P分别为11.592～25.373,0.373～1.022,5.662～15.493;SOC与TN均在表层聚集,且同N/P、C/P一样表现出随土层深度增加而减少趋势,C/N反之,TP受土层深度影响较小;原有植被类型(乔木林)土壤SOC和TN均高于其他植被类型,在10—20,20—30 cm土层间C/N、C/P均显著低于其他植被类型(P<0.05);原有植被类型(草地)在0—10...     

岩溶区不同恢复阶段檵木根际土壤生态化学计量学特征

[目的]探讨不同植被恢复阶段中檵木(Loropetalum chinense)根际土壤生态化学计量学特征,揭示岩溶石漠化区不同恢复阶段下檵木养分利用规律及限制因子,为岩溶区植被恢复与重建提供科学依据。[方法]利用生态化学计量学方法,分析桂西北岩溶区不同植被恢复阶段(灌木林、原生林)檵木根际土壤生态化学计量学特征。[结果]檵木根际土壤C、N、P含量表现为灌木林阶段高于原生林阶段,而C∶N,C∶P,N∶P比值则刚好相反;同一植被恢复阶段,不同坡位间檵木根际土壤C∶P与N∶P比值存在显著差异;相关性分析表明,土壤C含量与土壤N∶P含量存在显著正相关关系,土壤N,P均与C∶N,C∶P,N∶P存在显著正相关关系,土壤C∶P与C∶N,N∶P存在显著正相关关系。[结论]檵木根际养分供应状况与其生境密切相关,在植被恢复前期(灌木林)檵木生长容易受N素限制,到植被恢复后期檵木生长易受P素限制。     

演替梯度下土壤优先流特征及影响因素

为揭示植被恢复过程中土壤优先流特征及变化规律,以胡家山小流域内植被恢复过程中5个典型阶段(荒地、草地、灌木、针叶林、乔-灌混合林)为研究对象,采用空间代替时间的方法,通过室内分析和染色示踪试验,分析了演替梯度下土壤优先流特征参数的变化规律,探讨了土壤基本理化性质和根长密度对土壤优先流和土壤水分运移的影响。结果表明:(1)随演替的进行,土壤中优先流数量和运移路径均呈增大趋势;5种演替梯度下针叶林土壤染色面积比最大,其次是乔-灌混合林、灌木、草地,荒地的土壤染色面积比最小;(2)土壤容重、毛管孔隙度、土壤有机质含量与土壤染色面积比之间的相关性较强,砂粒含量、黏粒含量对土壤中优先流染色面积影响不显著;(3)不同径级根系对土壤优先流路径影响不同,5种演替梯度下,D≤0.5 mm的根长密度与土壤染色面积比之间相关性最显著,其次是0.55 mm的根长密度与土壤染色面积比之间相关性最不显著。说明土壤容重、毛管孔隙度、土壤有机质含量、D≤2 mm的根系主要影响土壤优先流的产生与发展。     

施用生物有机肥对黄瓜不同生育期土壤肥力特征及酶活性的影响

为了探讨生物有机肥对潮土土壤肥力特征及酶活性的影响,采用田间小区试验,以黄瓜为试验作物,研究了生物有机肥对黄瓜不同生育期潮土0—15cm和15—30cm土层肥力特征及酶活性的影响,其中生物有机肥施用量分别为0t/hm~2(CK),10t/hm~2(Y1),20t/hm~2(Y2)。结果表明:(1)在黄瓜同一生育期,不同土层中土壤全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷和有机质含量均随着生物有机肥施用量的增加呈上升趋势。在黄瓜成熟期,Y1和Y2处理0—15cm土层中土壤全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、土壤有机质含量与CK相比,分别增加了5.99%,11.21%,17.48%,5.98%,39.30%和6.59%,25.86%,21.99%,10.78%,61.76%,其中土壤铵态氮和有机质含量在各处理中的差异达到显著水平(P0.05),而Y1和Y2处理15—30cm土层中土壤硝态氮和速效磷较CK分别增长了18.83%~23.27%和39.30%~61.76%。(2)在黄瓜同一生育期,随着生物有机肥施用量的增加,不同土层中土壤脲酶和过氧化氢酶的活性均逐渐增强。在黄瓜成熟期,施用生物有机肥的Y1和Y2处理0—15cm土层中土壤脲酶和过氧化氢酶活性与CK相比分别增加了47.02%~62.08%和14.41%~23.73%,且不同处理之间差异显著(P0.05),而15—30cm土层中土壤脲酶和过氧化氢酶活性与CK相比,分别增加了49.17%~67.75%和40.01%~63.33%,且Y1和Y2处理与CK差异达到显著水平(P0.05)。(3)随黄瓜生育期的延长,不同土层中各肥力指标和土壤脲酶活性均呈下降趋势,而土壤过氧化氢酶活性呈先增加后降低的趋势,且0—15cm土层土壤各肥力指标和酶活性均高于15—30cm土层。综上所述,施用生物有机肥可提高潮土不同土层的土壤肥力水平和土壤酶活性,且土壤肥力和酶活性随生物有机肥施用量的增加而增加。     

根分泌物对活化土壤中难溶性磷的作用

土壤大部分磷以难溶性磷形式存在,是影响作物生产的重要限制因素之一。作物根分泌物活化难溶性磷的能力对改善其磷素营养具有重要意义。采用室内培养方法,研究3种土壤不同磷(KH2PO4)处理后有效磷动态变化情况;同时将不同玉米基因型分别置于全磷和低磷的营养液中生长15 d后,收集根系分泌物,然后加入预先采用磷酸钙和磷酸铝处理并已培养95 d的土壤样品中进行试验。不同磷处理研究结果表明,所有施磷处理短期内速效磷含量急剧上升,并随培养时间推移不断下降,60 d后趋于稳定。酸性土对磷的吸附和固定作用较强,磷处理后有效磷增加量显著小于中性土、碱性土。土壤加根系分泌物的试验表明,磷酸钙和磷酸铝有效磷的含量较对照有所提高,其中加入耐低磷基因型M02低磷根系分泌物浸提的土壤有效磷含量显著高于去离子水的浸提量,且根系分泌物对磷酸铝的活化能力大于磷酸钙。     

鄂中低丘区不同演替阶段森林凋落物和土壤水文特征

采用空间代替时间的方法,研究鄂中低丘区太子山林场针叶林、针阔混交林和落叶阔叶林3个不同演替阶段(共8类林分)林下凋落物和土壤的水文特性.结果表明:太子山林场3个演替阶段的林下凋落物总量以针阔混交林最大(介于9.76～12.01 t/hm2之间),林下凋落物最大持水率以落叶阔叶林最高;针阔混交林与落叶阔叶林林下凋落物对降水的有效拦蓄量较高,但两者差异不显著,其中麻栎混交林的有效拦蓄量最大(16.81 t/hm2);各林分类型0-40 cm土层滞留贮水量与饱和贮水量排序均为针叶林＜针阔混交林＜落叶阔叶林,麻栎混交林的饱和贮水量最大(2 145.8 t/hm2).综合分析表明,落叶阔叶林的持水效果最优,该区植被恢复时要注意促进林分向落叶阔叶林的方向演替.     

岩溶区不同植被演替过程中土壤元素及其有效态

[目的]探讨岩溶区不同植被演替过程中土壤元素及其有效态变化规律,为岩溶区石漠化治理提供依据。[方法]采用空间代替时间序列的方法,选取立地条件相似的草地、灌草丛、灌丛、乔幼林和顶级乔林5个植被恢复阶段进行分析。[结果]同一植被类型条件下有机质的含量浅层大于深层;元素的迁移能力在垂向上:在植被演替的早期阶段浅层大于深层,后期深层土大于浅层;在横向上:乔幼林顶级乔林灌草丛草地灌丛;随着植被的演替土壤中有机质呈波浪式的增加,并在顶级乔林阶段达到最大值;土壤有机质含量与Mn,Zn,Cu元素有效态含量呈明显的正相关。受此影响,浅层土壤元素态有效率明显高于深层土壤。[结论]石漠化治理过程中应针对石漠化地区土层厚度、地形、土壤元素分布特征,选择合理的植被进行恢复。     

森林演替和气候变暖对暖温带天然次生林植物根系呼吸的交互效应

为了揭示森林演替和气候变暖及交互过程对森林土壤自养呼吸和森林不同层次植物根系呼吸的影响,以关帝山不同演替阶段4种天然次生林(杨桦阔叶落叶林、油松针阔混交林、华北落叶松林和云杉林)为研究对象,于2016—2019年利用Li—6400便携式分析仪观测每种林型不同层次植物根系呼吸和土壤自养呼吸生长季的变化规律;同时采用温室加热法,模拟增温对土壤自养呼吸及各组分的影响。结果表明:(1)根系呼吸速率和土壤自养呼吸速率随演替的进行而降低。乔木层根系呼吸对土壤自养呼吸的贡献率随演替进行则显著上升,而灌木层和草本层的贡献率则显著下降。(2)增温显著提高了不同演替阶段自养呼吸速率,提高幅度为8.48%~8.76%,并随演替进行而升高。森林不同层次植物根系呼吸速率对增温的响应程度不同,其中增温显著提高了草本层和灌木层植物根系呼吸速率,提高幅度分别为10.88%~14.00%和8.37%~15.26%,而[JP]对乔木层植物根系呼吸速率作用则不显著。增温降低了土壤自养呼吸和乔木层根系呼吸的贡献率,则提高了草本层根系呼吸对土壤自养呼吸的贡献率。(3)增温和演替没有改变土壤自养呼吸及各组分在生长季变化规律,但演替和增温对土壤自养呼吸、草本层和灌木层植物根系呼吸有显著的耦合效应。综上所述,森林土壤自养呼吸和根系呼吸速率随演替进行具有降低的趋势,土壤自养呼吸速率、灌木层和草本层植物根系呼吸速率对增温响应程度显著,并且对演替和增温的交互过程有显著的耦合效应,为气候变暖背景下森林更新过程对森林土壤碳排放影响的研究提供数据支持和理论依据。     

植物间作下根际微生物和土壤酶与土壤多氯联苯（PCB）降解的关系

以大豆、黑麦草和南瓜为材料,采用盆栽实验,研究了3种植物的单作和相互间作的不同种植方式对多氯联苯污染土壤的根际修复效应与机理。结果表明：（1）PCB去除率与土壤蛋白酶和磷酸酶活性均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.878和0.929（P〈0.01）,推测这两类酶可能参与了PCB的生物降解过程;（2）PCB去除率与土壤真菌密度呈显著相关（r=0.797）,而PCB去除率与土壤细菌及放线菌密度相关不显著;（3）在本实验条件下,微生物因素对土壤PCB的降解起主导作用,非灭菌土处理的土壤PCB去除率比灭菌土相对应的对照高出17.7%~30.75%;（4）根系分泌物能显著强化微生物的降解功能,添加黑麦草和大豆根系分泌物处理的土壤PCB去除率分别比只加营养液的对照高出21.4%和24.9%。