长期氮沉降和地上凋落物处理对半干旱区沙质草地表层土壤碳氮组分的影响

为揭示半干旱区沙质草地生态系统中表层土壤C、N组分对长期氮添加和地上凋落物处理的响应特征,以科尔沁沙地西南部国家野外科学观测研究站建立的长期(9年)氮添加和凋落物处理样地为平台,测定并分析该样地表层土壤环境因子、铵态氮、硝态氮、总有机碳、不同碳氮组分。结果表明:(1)持续9年的氮添加和地上凋落物处理对表层土壤环境因子和不同碳氮组分无交互作用;(2)氮添加处理显著降低土壤pH(p<0.01),增加土壤中硝态氮的含量(p<0.05),其增长幅度为37.57%,并显著增加溶解性有机氮(DON)和易变活性氮(LON)的含量(p<0.01,p<0.05);(3)地上凋落物去除显著降低土壤总有机碳(TOC)、易变缓性碳(IOC)、微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量(p<0.05);(4)经过9年氮添加和地上凋落物处理,半干旱区沙质草地表层土壤中不同碳氮组分与土壤环境因子间相关性并不密切。即长期氮添加和地上凋落物处理会改变表层土壤不同碳、氮组分的含量,但并未显著改变各碳、氮组分的比值。研究结果为揭示长期氮添加和地上凋落物处理对半干旱区沙质草地土壤C、N贮存和预测未来土壤生物地球化学元素动态研究提供参考资料。     

模拟氮沉降对杉木人工林土壤可溶性有机碳和微生物量碳的影响

在杉木人工林中开展模拟氮沉降试验,设计N0(对照)、N1(60kg N/hm2.a)、N2(120kg N/hm2.a)和N3(240kg N/hm2.a)4种氮沉降水平。通过连续7年的处理后,研究外加氮源对土壤可溶性有机碳及微生物量碳的影响及与土壤酶活性的关系。相同N沉降处理下,土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳均随土层加深而降低。氮沉降对土壤有机碳具有促进作用,中-低氮沉降(N1、N2)增加幅度大,高氮沉降(N3)增加幅度小。低氮(N1)处理促进土壤微生物生物量C增加,而中、高氮(N2、N3)则抑制;各氮沉降处理土壤可溶性有机碳含量从高到低的顺序为:N3、N2>N1>N0。40-60cm土壤微生物量碳与蔗糖酶、纤维素酶呈极显著正相关关系,与淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶呈极显著负相关关系;除40-60cm土层的β-葡糖苷酶外,各层土壤可溶性有机碳与土壤蔗糖酶、纤维素酶和β-葡糖苷酶活性呈极显著正相关关系,与淀粉酶、多酚氧化酶和过氧化物酶呈极显著负相关关系。因此,氮沉降增加将会对土壤碳累积与分解过程产生较大的影响。     

亚热带米槠天然林土壤有机氮组分对模拟氮沉降的响应

随着人类活动向大气排放越来越多的氮化合物,生态系统中的氮含量逐渐呈现饱和状态,亚热带地区已成为全球氮沉降最严重的区域之一。土壤有机氮组分能直观反映土壤氮素有效性对氮沉降的响应。以福建三明格氏栲自然保护区内的米槠天然林为研究对象,探讨不同施氮水平对土壤有机氮组分的影响。结果表明:(1)高氮处理下土壤有机氮(SON)含量(1.23 g/kg)显著高于对照处理(0.89 g/kg),高氮处理的土壤活性氮组分(LP Ⅰ-N+LP Ⅱ-N)含量(0.28 g/kg)显著高于低氮(0.24 g/kg)和对照处理(0.22 g/kg),而土壤惰性氮组分(RP-N)含量在高氮(0.94 g/kg)和低氮(0.82 g/kg)处理中都显著高于对照处理(0.68 g/kg)。(2)与对照和低氮处理相比,高氮处理显著提高土壤全氮(TN)、微生物生物量氮 (MBN)、铵态氮(NH₄⁺-N)含量和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性(p<0.05),硝态氮(NO₃^--N)、可溶性有机氮(DON)含量和β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)活性随着施氮量的增加均呈上升趋势。(3)冗余分析(RDA)表明,土壤TN、NAG酶与有机氮及其各组分呈显著正相关,而土壤MBN、NH₄⁺-N与土壤有机氮及其各组分的相关性也较强。可见该区域氮沉降提高土壤氮养分有效性和微生物活性,这有助于进一步了解全球气候变化背景下亚热带森林土壤养分转化与循环机制。     

模拟氮沉降对华北落叶松人工林土壤微生物碳和微生物氮的动态影响

为揭示过量的大气氮沉降对华北落叶松人工林土壤微生物碳、氮和土壤呼吸的影响,通过对照(N0:0 g/(m^2·a))、轻度施氮(N1:8 g/(m^2·a))、重度施氮(N2:15 g/(m^2·a))3个外源施氮水平下5年的野外定点试验和观测,模拟过量氮沉降条件下华北落叶松人工林土壤微生物碳、氮和土壤呼吸的变化,旨在阐明林下土壤微生物和呼吸对过量氮沉降的响应及其对土壤碳氮循环的影响。结果表明:在5-10月生长季中,土壤微生物碳和氮的平均含量分别为1 098.93,97.31 mg/kg,二者都随土层深度的增加呈下降趋势;轻度施氮促进土壤微生物碳和氮的增加,重度施氮抑制土壤微生物碳和氮的增加;土壤微生物碳和微生物氮从生长初期5月起,5-7月呈增加趋势,7月出现峰值,8月降低,9-10月小幅增加,呈现"N"形曲线。土壤微生物碳氮比为4.94~18.54,且随施氮量增加而减小。各氮处理下,华北落叶松人工林土壤呼吸速率5,6月较低,7-8月持续增加,并在8月达到最高,9-10月逐渐降低。相关分析表明,土壤呼吸与土壤全氮、含水量、微生物碳和微生物氮含量呈极显著正相关关系,与土壤有机质呈显著正相关关系。在全球变化背景下,研究结果可为进一步明确过量大气氮沉降对森林生态系统碳氮循环的影响途径和机制研究提供重要参考。     

深松施肥对黑土活性有机碳氮组分及酶活性的影响

探究不同深松施肥措施对黑土活性有机碳氮组分及酶活性的影响对黑土有机质保育有重要意义。于东北黑土典型地区—黑龙江省绥化市试验点开展为期2年春玉米种植试验,共设5个处理:免耕+单施化肥(T1)、深松25 cm+单施化肥(T2)、深松25 cm+化肥有机肥配施(T3)、深松35 cm+单施化肥(T4)和深松35 cm+化肥有机肥配施(T5)处理,分析黑土活性有机碳氮组分和相关土壤酶活性的变化。结果表明:深松、施肥及其交互作用均显著影响土壤活性有机碳氮组分,对颗粒有机碳和颗粒有机氮影响最显著(P<0.001)。相对T1处理,单纯改变深松深度(T2和T4处理)会显著降低土壤活性有机碳氮组分,尤其颗粒有机碳和颗粒有机氮下降幅度最大;深松+化肥有机肥配施则可以显著增加土壤活性有机碳氮组分含量,与施化肥的T2处理相比,T3处理土壤有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳和颗粒有机氮含量分别增加8.37%、35.10%、46.64%和42.39%(P<0.05);深松能够提高土壤碳氮稳定性,相比T1免耕处理,深松25cm和深松35cm土壤微生物生物量碳/有机碳、颗粒有机碳/有机碳比例均显著降低(P&...     

间伐对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响

为探究不同间伐强度对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响,以福建省三明市官庄国有林场11年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,采用弱度间伐(LIT)、中度间伐(MIT)、强度间伐(HIT)等3种间伐强度,研究不同间伐强度林分0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,...     

氮沉降背景下生物炭施用对土壤有机碳组分的影响

通过18个月的盆栽试验,以杉木幼苗为研究对象,研究不同水平氮(N)沉降背景下(N0(0)、低N(40 kg/(hm2·a))和高 N(80 kg/(hm2·a))生物炭(BC)施用(B0(0)、B1(12 t/hm2)和 B2(36 t/hm2))对土壤有机碳(SOC)组分的影响.结果表明:与对照相比,单独施用BC以及...     

有机肥和化肥长期施用对土壤活性有机氮组分及酶活性的影响

本文以中国农业科学院山东禹城长期定位施肥试验为平台,研究了长期施用有机肥和化肥26年后对土壤活性氮库不同组分［颗粒有机氮（POM-N）、 可溶性有机氮（DON）、 微生物量氮（SMBN）及轻组有机氮（LFOM-N）］及土壤酶活性的影响。结果表明,与不施肥相比,长期施肥显著提高了土壤全氮、 颗粒有机氮、 可溶性有机氮、 微生物量氮以及轻组有机氮的含量,长期施有机肥效果好于化肥,施用高量有机肥效果好于施用常量有机肥。常量施用量下,50%有机肥和50%化肥配施处理其土壤全氮和活性有机氮库各组分含量与高量化肥处理的相当。长期施化肥处理土壤全氮及活性有机氮库各组分含量随施肥量的增加而显著增高。POM-N对土壤全氮的贡献率最高,且明显受施肥方式的影响,LFOM-N对土壤全氮的贡献率不随施肥方式的改变而变化。长期施肥处理土壤脲酶、 碱性磷酸酶和蔗糖酶活性显著增加,它们之间及与土壤全氮、 速效磷及有机碳含量间呈现显著或极显著相关性,脲酶活性与土壤各活性氮组分间也存在显著或极显著相关性; 但长期施肥后土壤过氧化氢酶的活性低于不施肥     

苹果园生草对土壤微生物多样性、酶活性及碳组分的影响

  【目的】  果园种植生草能够改善土壤肥力与土壤结构。研究种植不同生草对果园土壤微生物多样性和土壤生物学性状的影响,为果园高效绿色管理提供理论依据。  【方法】  于2017年山东省泰安市马庄试验基地多年生苹果行间进行生草试验,供试草种为白三叶草(Trifolium pratense)、垂穗草(Bouteloua gracilis)、沙画眉草(Eragrostis trichodes)、弯叶画眉草(Eragrostis curvula)和加拿大披碱草(Elymus canadensis),以清耕自然生草为对照(A_CK),研究不同生草处理在连续3年内对果园土壤环境的影响。  【结果】  1) 从6个土壤样品中共得到31459个细菌操作分类单元和5021个真菌操作分类单元,6个土壤样品中共有1019个相同细菌群落(OTUs)和108个相同真菌群落(OTUs)。Alpha 多样性分析可知,弯叶画眉草处理后的土壤中细菌的Shannon、Simpson和Chao1指数高于Ack处理,比Ack分别增加了4.61%、7.01%和27.44%,尤其加拿大披碱草处理后土壤真菌的Chao1指数是对照的1.31倍(P<0.05)。在门分类水平变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)是优势细菌,这8个细菌门在各自处理中占比超过95%,子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)、接合菌门(Zygomycota)是优势真菌,这4个优势真菌门在各自处理中占比超过80%。弯叶画眉草处理可提高土壤中细菌丰富度和多样性,沙画眉草处理土壤中的细菌芽单胞菌门、浮霉菌门、绿弯菌门相对丰度降低;5个生草处理提高了土壤中真菌群落担子菌门的相对丰度,垂穗草子囊菌门相对丰度降低明显,垂穗草、弯叶画眉草和加拿大披碱草提高了土壤中的球囊菌门相对丰度。2)果园生草提高了土壤中微生物的数量,且随着生草时间的延长微生物数量增加明显,2020年9月份的弯叶画眉草处理土壤微生物数量高于清耕处理。3) 生草提高了果园土壤总有机碳和可溶性有机碳含量,弯叶画眉草、加拿大披碱草和沙画眉草处理效果显著好于清耕,弯叶画眉草的效果尤为突出,而三叶草的效果不显著。相应地,沙画眉草、弯叶画眉草和加拿大披碱草土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性显著高于清耕处理。4)相关性分析结果表明,果园生草处理土壤的碳组分(除DOC外)、酶活性与微生物数量之间存在极显著或显著正相关。  【结论】  种植沙画眉草、弯叶画眉草和加拿大披碱草均可显著增加土壤中总有机碳和可溶性有机碳含量,随着生草年限的增加,提高幅度也在增加,进而显著增加了土壤中微生物数量,并不同程度地改变了细菌和真菌的丰富度和多样性。弯叶画眉草和加拿大披碱草对土壤影响效应优良,极具推广价值。     

水氮耦合对滴灌棉田土壤有机碳组分及酶活性的影响

【目的】研究灌水量和施氮量对滴灌棉田土壤有机碳、氮含量及有机碳库稳定性的影响，为实现新疆棉花高效生产和可持续发展提供理论依据。【方法】采用两因素三水平完全随机区组设计进行棉花田间滴灌施肥试验，设置的3个灌水量(W)分别为360 mm (低量)、480 mm (适量)、600 mm (高量)，3个施氮(N)水平分别为0 kg/hm²、300 kg/hm² (适量)和450 kg/hm² (高量)，共9个处理组合。棉花收获后，采集0—20 cm土层土壤，测定土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)和稳定态有机碳(NOC)含量，测定土壤脲酶(URE)、β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰基-β-D葡萄糖苷酶(NAG)活性。利用田间原位填埋尼龙网袋法测定各处理土壤有机物料(秸秆)分解率(OMDR)，计算土壤碳库管理指数(CPMI)。【结果】与W600N450处理相比，2015和2016年W480N300处理土壤有机碳分别提高了8.9%和10.9%,C/N分别提高了16.2%和1...     

亚热带3种森林对土壤碳氮储量及酶活性的影响

[目的]探明森林类型对土壤碳氮含量和酶活性的影响,为亚热带针叶林改造过程中的树种选择和营林方式选择提供科学依据。[方法]研究相同海拔高度和相近环境条件下的亚热带常绿阔叶林(米槠林)、常绿—落叶阔叶混交林(闽桦—闽楠林)和针叶林(马尾松林)3种森林类型对土壤碳氮储量和酶活性的影响。[结果](1)马尾松林的土壤总有机碳含量显著高于其他两种林分类型,土壤全氮含量与闽桦—闽楠林无显著差异,但二者均显著高于米槠林,马尾松林和闽桦—闽楠林的土壤氮储量和碳储量显著高于米槠林;马尾松林和闽桦—闽楠林的土壤可溶性有机碳含量显著高于米槠林。马尾松林的土壤可溶性有机氮含量显著小于米槠林和闽桦—闽楠林,米槠林和马尾松林的土壤微生物量碳氮含量均显著高于闽桦—闽楠林,3种林分的土壤铵态氮含量无显著差异,而闽桦—闽楠林的土壤硝态氮含量显著高于其他两种林分;(2)米槠林的土壤脲酶活性显著高于闽桦—闽楠林。3种林分的土壤蔗糖酶活性差异显著,表现为：马尾松林>米槠林>闽桦—闽楠林,马尾松林和米槠林的土壤过氧化氢酶活性均显著高于闽桦—闽楠林。3种林分的土壤磷酸酶活性无显著差异,马尾松林的土壤β-葡糖糖苷酶活性显...     

川西南常绿阔叶林土壤呼吸及其对氮沉降的响应

通过原位进行低氮(LN,50 kg N/hm2.a)、中氮(MN,100 kg N/hm2.a)和高氮(HN,150 kg N/hm2.a)处理,研究了川西南天然常绿阔叶林土壤呼吸及其对模拟N沉降的响应。结果表明:(1)该森林土壤呼吸速率最大值612.21±77.82 mg CO2/m2.h出现在7月份,最小值108.95±17.01 mg CO2/m2.h出现在2月,年均土壤呼吸速率为348.00±157.83 mg CO2/m2.h,年均土壤呼吸通量为8.31±3.77 t C/hm2.a。采用双因素关系模型(Rs=aebTWc),土壤温度和土壤湿度共同解释了该常绿阔叶林2005年10月~2006年7月土壤呼吸速率季节变化的68.6%~73.9%,其拟合结果优于以土壤湿度或温度为参数的单因素关系模型。影响土壤呼吸速率的主导因子是温度,其地表温度变化响应的敏感程度Q10值为2.12,以土壤5 cm深处的温度为参数时,Q10值为2.51。(2)N沉降处理3个月后,该森林中HN和MN处理的土壤呼吸速率(309.43±17.24 mg CO2/m2.h,303.82±11.50 mgCO2/m2.h)均显著高于CK(269.28±13.78 mg CO2/m2.h)(P<0.05);处理4个月后,HN的土壤呼吸速率(272.42±13.25 mg CO2/m2.h)均显著高于MN(239.65±10.33 mg CO2/m2.h)、LN(229.10±9.90 mg CO2/m2.h)和CK(234.51±12.77 mg CO2/m2.h)(P<0.05);但处理7~10个月时,各处理之间无显著差异。研究表明,N沉降初期明显促进了常绿阔叶林土壤呼吸,后期无明显影响。     

湘西北天然林转换对土壤活性有机碳与酶活性的影响

[目的] 了解土壤活性有机碳(SOC)组分和酶活性对天然林转换的响应,为预测区域土壤健康演变和环境变迁提供科学依据。[方法] 选取本底一致,利用历史清晰的天然常绿阔叶林以及由此转变而来的针叶人工林、果园、坡耕地和水田,应用物理、化学和生物化学分析技术,研究表土活性有机碳组分和酶活性对天然林转换的响应规律与差异。[结果] 天然林改为果园、坡耕地和水田后显著降低土壤有机碳、活性有机碳含量和酶活性,降幅分别为42%～67%,47%～88%和36%～89%。其中,以易氧化有机碳、微生物生物量碳含量和蔗糖酶活性的敏感性相对高于SOC敏感性,敏感地指示土壤有机碳库及活性的降低,易氧化有机碳更适宜推广应用。天然林改为人工林,土壤活性有机碳、酶活性的敏感性一般低于天然林改为果园、坡耕地,相对有利于土壤中活性有机碳库的保存。活性有机碳占总有机碳的比例由天然林改为人工林后显著降低,敏感地指示土壤碳库质量的下降。[结论] 天然林转换不仅导致土壤活性有机碳数量大幅减少,有机碳库的质量下降,与之相关的酶活性也降低;土壤有机碳的活性和酶活性的降低,指示天然林转换后土壤生物健康/质量的退化。     

不同梯度氮沉降对亚热带甜槠林凋落物及养分的影响

[目的]分析不同梯度氮沉降作用下亚热带常绿阔叶甜槠(Castanopsis eyrei)林凋落物量及养分变化规律,从而为亚热带地区氮沉降研究提供数据参考与理论依据。[方法]对安徽省仙寓山地区设置不同梯度施氮对照试验,长期实地监测甜槠林凋落物量及其养分的响应状况。[结果]凋落物量大小顺序为:高氮加磷(HN+P)低氮(LN)高氮(HN)对照CK,不同处理间的差异未达到显著水平;但是落叶量LN与CK之间差异显著(p=0.023)。各处理凋落物量的月变化模式均呈双峰型,分别在4和11月达到峰值;凋落物中各组分所占比例从大到小均为:叶果枝碎屑花皮;施肥处理不同程度上改变了落果量的比重:HN+P(27%)HN(25%)CK=LN(23%)。甜槠林C,N,P,K,Ca,Mg这6种大量元素的养分年归还量共计:HN+P 4.62t/(hm2·a)CK 4.44t/(hm2·a)HN 4.17t/(hm2·a)LN 3.96t/(hm2·a);不同处理各养分(K除外)归还量均表现为上述关系,且HN+P与CK之间的N,P的养分归还量差异显著(p=0.047;0.023)。对于各组分而言,落叶的养分归还量占年养分归还量的52%~58%。[结论]模拟不同梯度的氮沉降处理在一定程度上改变了甜槠林凋落物总量的大小及其组成比例,且影响到其他养分的吸收及归还量。     

黄绵土铅形态与土壤酶活性关系的研究

采用添加外源铅和室内培养的方法,研究了黄绵土盆栽小青菜后土壤中铅的形态分布规律及土壤酶活性对铅污染的响应,并分析了土壤铅形态与土壤酶活性的关系。结果表明,未污染黄绵土中铅各形态的比例为：可交换态0.77%,碳酸盐结合态6.27%,铁锰氧化物结合态1.82%,有机结合态13.4%,残渣态77.74%。铅污染后黄绵土中各形态铅的浓度随着外源铅浓度的增加而极显著增加,土壤受到铅污染后,各形态铅的比例发生了显著变化,上列各形态所占比例依次为0.346%、18.464%、0.496%、46.532%、34.168%。铅污染对过氧化氢酶和碱性磷酸酶产生极显著影响（[R过氧化氢酶=0.841 1,P过氧化氢酶〈0.001,n=18;R碱性磷酸酶=-0.986 9,P碱性磷酸酶〈0.001,n=18）],二者可以作为土壤铅污染的评价指标;总铅对过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶的活性变化没有任何贡献,进一步说明不能采用总铅含量作为土壤铅污染的评价指标。在铅的各化学形态中除有机结合态外,过氧化氢酶与其余各形态铅含量均呈极显著正相关;碱性磷酸酶与各形态铅均呈极显著负相关;碳酸盐结合态对过氧化氢酶和碱性磷酸酶的直接影响最大,而且铅的其他化学形态通过碳酸盐结合态的间接影响亦最大,表明各形态铅中以碳酸盐结合态对两种酶的影响为主,该两种酶与碳酸盐结合态相结合可作为土壤铅污染评价指标。     

杉木人工林凋落物添加与去除对土壤碳氮及酶活性的影响

为了解未来气候变化过程中森林生产力增加的背景下,凋落物增加如何影响土壤碳氮过程,本研究在杉木人工林中通过模拟实验研究了凋落物添加（Litter addition）（一倍）与去除(Litter exclusion)对土壤中碳氮、碳氮同位素（δ13C、δ15N）、微生物量碳氮（MBC、MBN）、及酶活性的影响。研究结果表明,凋落物添加后导致土壤中氮获得酶（β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶）活性显著上升,加速对土壤中有机质的分解获取氮素,这可能是由于凋落物添加后导致植物细根生物量增加,增强了植物吸收氮素的能力,从而使土壤中可溶性有机氮（DON）、铵态氮、硝态氮含量下降,迫使微生物分泌更多的氮获得酶去获取氮素;凋落物添加与去除处理对土壤碳的影响较小,土壤中SOC、DOC均未发生显著变化;土壤中δ13C丰度与凋落物处理之间未呈现出相关规律性,而δ15N丰度在凋落物添加处理后显著上升。这些结果说明,凋落物处理对杉木林土壤中氮的影响较为敏感,对土壤碳的影响较小。因此,未来气候变化导致森林生产力提高、凋落物输入增加,可能会导致土壤中氮素的损失,迫使土壤微生物分泌更多的氮获得酶同植物竞争土壤氮,最终可能会造成土壤碳氮循环的不平衡,对整个生态系统造成严重影响。