氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响

摘 要：【目的】养分输入会显著影响土壤有机碳矿化,但毛竹林土壤有机碳激发效应对不同类型养分输入的响应及其机制尚不明确。【方法】选用尿素和磷酸二氢钠作为外源养分,通过80 d的培养试验,研究氮素、磷素及两者联合添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应、微生物功能以及土壤理化性质的影响。【结果】氮素、磷素及两者联合添加均显著提高了土壤原有有机碳矿化累积CO2排放量（增幅分别为91.3%、19.2%和94.9%）,产生显著的正激发效应,其中氮素及其与磷素联合添加诱导的正激发效应强度显著大于磷素添加处理。上述三种养分添加处理均显著提高了土壤pH、活性有机碳库（微生物量碳、可溶性有机碳和烷氧碳组分）、碳降解酶（?-葡萄糖苷酶和蔗糖酶）活性以及cbhI和GH48功能基因丰度,但抑制了多酚氧化酶和RubisCO酶活性;另外,土壤无机氮含量（NH4+-N和NO3--N）在氮和氮磷添加下增加却在磷添加下降低。相关性分析表明,累积激发效应与土壤pH、活性有机碳库、无机氮含量、碳降解酶活性以及cbhI和GH48功能基因丰度呈显著正相关,而与多酚氧化酶和RubisCO酶活性显著负相关。【结论】氮磷养分添加可能是通过影响土壤pH、活性碳氮含量,并提升微生物的活性和功能,从而显著提高土壤原有有机碳的矿化速率。     

添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的影响及激发效应

为了探讨长期不同施肥潮土有机碳矿化对添加牛粪的响应特征及添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的激发效应,以始建于1986年的长期定位试验为平台,通过室内恒温培养的方法研究添加等氮量牛粪后长期不同施肥(不施肥,CK;常量有机肥,SMA;常量化肥,SMF;常量有机无机配施,1/2(SMA+SMF))潮土有机碳矿化、土壤有机碳及活性碳库组分(微生物量碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳)含量的变化特征。结果表明:无论添加牛粪与否,长期不同施肥潮土有机碳矿化过程均符合一级动力学方程,而牛粪的添加显著增加了长期不施肥、长期单施化肥和长期有机无机配施土壤的有机碳矿化速率常数,增长幅度分别为21.74%、35.00%和45.00%;添加牛粪提高了长期不同施肥潮土有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳含量,却显著降低了可溶性有机碳含量;牛粪对长期不施肥、长期施用常量有机肥、常量化肥和常量有机无机配施潮土有机碳矿化的正激发效应分别达到了48.56%、3.60%、48.43%和3.92%,且对长期不施肥及长期施用常量化肥潮土的激发效应显著高于对长期施用常量有机肥及长期有机无机配施土壤;冗余分析显示添加牛粪对长期不同施肥土壤有机碳矿化的激发效应与土壤活性组分碳氮比呈正相关,与土壤养分含量呈负相关。该研究不仅为合理施用有机肥和实现农田生态系统的可持续发展提供理论依据,还有利于实现农业资源再利用及其效益最大化。     

13C富集玉米根、茎、叶添加对长期不施肥和施肥处理棕壤土壤呼吸的影响及其激发效应

玉米根、茎、叶残体因含碳化学组分差异,还田后对不同肥力土壤呼吸及激发效应的影响存在差异性,为探究这种影响的田间差异性,采用13C标记玉米秸秆示踪方法,在沈阳农业大学棕壤长期定位试验站进行540天田间培养试验,共设置8个处理：低肥土壤（LF+CK）、低肥土壤＋根（LF+R）、低肥土壤＋茎（LF+S）、低肥土壤＋叶（LF+L）、高肥土壤（HF+CK）、高肥土壤+根（HF+R）、高肥土壤+茎（HF+S）、高肥土壤+叶（HF+L）。结果显示：（1）培养期内,土壤呼吸通量、秸秆碳对土壤CO2-C排放的贡献率均呈下降趋势;（2）与不添加秸秆土壤相比,低肥土壤添加根、茎、叶处理的土壤CO2-C排放累积量分别增加134%、126%和95%,高肥土壤分别增加157%、189%和96%;（3）根、茎在高肥土壤中对土壤CO2-C排放的贡献显著大于叶,在低肥土壤中并无差异;（4）秸秆不同部位还田均会引起高低肥土壤的正激发效应,其中添加根、茎的激发效应显著强于叶,而秸秆不同部位对两种肥力水平土壤的激发效应均无显著影响。综上,秸秆不同部位还田对土壤呼吸的CO2累积排放量影响显著;玉米叶较玉米根、茎容易分解,但由于土壤自身养分差异,玉米叶还田初期在低肥土壤分解速率高于根、茎,而在高肥土壤小于根、茎。因此细化秸秆还田对农田土壤呼吸有重要意义,未来在秸秆还田研究中应考虑秸秆不同部位和土壤肥力间的交互影响。     

养分化学计量比对稻田土壤葡萄糖矿化及其激发效应的影响

选择13C-葡萄糖作为稻田土壤典型易利用态外源有机碳,通过室内培养试验,研究不同C/N/P/S计量比条件下,葡萄糖分解矿化的动态规律及其激发效应。结果表明,稻田土壤中葡萄糖-碳(C)快速矿化,60 d培养实验后,有65.5%~74.6%的葡萄糖-C矿化。养分元素的添加使土壤中葡萄糖-C快速转化碳库的比例逐渐由58%增加至65%,从而使葡萄糖-C矿化率提高了3.9%~12.5%,养分元素的添加量与葡萄糖-C快速转化碳库的比例和矿化率均表现出显著的正相关关系(R2=0.63,p0.05;R2=0.83,p0.05)。葡萄糖-C矿化过程中,导致稻田土壤碳的累积负激发效应为-370~-570 mg kg-1,养分元素添加比例越大,其负激发效应越强,二者呈显著的负相关性(R2=0.66,p0.05)。研究表明,稻田土壤中易利用态碳的矿化受C/N/P/S元素计量比的影响,高比例养分元素的添加,促进土壤中易利用态碳的矿化,抑制土壤原有有机质的分解,增强负激发效应。本研究可为深入了解稻田生态系统碳循环、实现农田土壤肥力提升和温室气体减排提供理论依据。     

钾钠离子添加对土土壤团聚体和有机碳矿化的影响

  【目的】  评价单价阳离子对团聚体稳定性和土壤有机碳矿化的影响,为有机肥尤其是粪肥的科学施用提供理论依据。  【方法】  采用恒温培养法,研究了不同钾、钠离子浓度下土壤团聚体的稳定性。供试土壤为土。试验中设置K+梯度分别为120、200、280、370、540 mg/kg;Na+梯度分别为90、180、270 mg/kg;并设置在K+ 370 mg/kg浓度下,添加Na+ 0、90、180、270 mg/kg的各处理;并以不添加钾钠离子的处理为对照。土壤在70%田间持水量下培养,定期取样,直到培养105天结束。监测土壤有机碳的矿化动态,以双库指数模型模拟有机碳的矿化特征,湿筛法测定团聚体稳定性。  【结果】  所有处理中2～0.25 mm和 >2 mm团聚体的比例均显著高于0.25～0.053 mm团聚体和<0.053 mm粉粘粒,分别占总量的42.0%～52.7%和26.0%~38.9%。添加K+、Na+以及同时添加K+和Na+总体上降低了>2 mm团聚体比例,增加了2～0.25 mm团聚体和< 0.053 mm粉黏粒组分比例,从而降低了团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),钾钠共同作用效果更明显。K+ 120 mg/kg和Na+ 180 mg/kg两个处理显著降低了有机碳累积矿化量,其余单独添加K+或Na+的处理均无显著影响。钾钠共同处理的土壤有机碳累积矿化量随Na+浓度的增大而减小,降幅为1.2%～22.3%。双库指数模型能较好的模拟有机碳的矿化动态。拟合结果表明,所有处理均增加了来源于活性碳库有机碳的矿化量(Ca),降低了除K+540 mg/kg处理外其他处理源于惰性碳库有机碳的矿化量(Cs),且均降低了活性碳库的矿化速率常数(Ka)。同时,所有处理均增加了Ca占总有机碳矿化量的比例(Ra),而降低了Cs的占比(Rs)。冗余分析(RDA)表明,有机碳累积矿化量与GMD显著正相关,与土壤结构稳定性阳离子比值(CROSS)、钠吸附比(SAR)和可交换性钠百分比(ESP)显著负相关。  【结论】  钾、钠离子的累积显著影响了土壤团聚体组成,降低了团聚体MWD和GMD,抑制了惰性有机碳的矿化,提高了活性有机碳的矿化量,这可能是施用钾肥很难提高土壤有机质含量的一个原因。     

氮磷添加对常绿阔叶林土壤团聚体有机碳及其与磷组分相关的影响

[目的]为探究磷输入如何调节大气氮沉降对土壤团聚体有机碳含量及碳与磷关系的影响。[方法]在常绿阔叶林土壤建立长达6年(2015—2021年)的养分添加长期监测试验平台,包括4个处理：对照[P0+N0,P0 kg/(hm²·a)+N0 kg/(hm²·a)]、氮添加[P0+N100,P0 kg/(hm²·a)+N100 kg/(hm²·a)]、磷输入[P50+N0,P50 kg/(hm²·a)+N0 kg/(hm²·a)]以及氮磷同时输入[P50+N100,P50 kg/(hm²·a)+N100 kg/(hm²·a)],各处理设3次重复,共计12个样地。于2021年8月采集样地0—10 cm土层土壤样品,测定基础理化性质、土壤粒径分布规律、不同粒径土壤团聚体磷组分及有机碳(SOC)含量。[结果](1)P0处理下,氮添加显著增加大团聚体占比,减少黏粒和粉粒含量,提高各团聚体粒径中SOC含量;氮添加分别显著降低和增加团...     

秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳含量及土壤碳矿化的影响

为了探明秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳及土壤碳矿化的影响,为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考,通过4a（2007—2010年）秸秆还田定位试验,设置不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-（2高H）粉碎还田,玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下土壤有机碳、土壤碳矿化速率、累积矿化量及其与不同形态碳素之间的相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳和活性有机碳含量分别比CK显著提高了24.2%、20.8%、9.5%和50.3%、46.6%、34.8%（P〈0.05）;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时也显著提高了0～20cm土层活性有机碳占总有机碳含量的比重,提高幅度达21.1%～23.1%（P〈0.05）;土壤碳矿化速率和累积矿化量在0～60cm各土层内随着秸秆还田量的增加大小顺序均为高量秸秆还田〉中量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田,各秸秆还田处理较CK差异显著（P〈0.05）。相关性分析表明,土壤碳累积矿化量与不同形态碳素之间均存在极显著相关性。因此,在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤有机碳含量和碳矿化具有明显作用。     

外加碳、氮对土壤氮矿化、固定与激发效应的影响

本文利用14C和15N对中国生黄绵土(坡地黄绵土)、菜园黄绵土和瑞典耕作草甸土的土壤氮矿化、固定与激发效应进行了研究。结果表明,外加碳、氮能促进土壤氮的矿化、固定与激发效应;促进作用的大小次序为外加NH4-15N大于外加NO3-15N,外加葡萄糖+NH4-15N大于外加葡萄糖+NO3-15N,外加麦秸+NH4-15N大于外加麦秸+NO3-15N,外加葡萄糖+NH4-15大于外加麦秸+NH4-15,外加葡萄糖+NO3-15N大于外加麦秸+NO3-15N;低肥力土壤高于高肥力土壤。在本文中提出了土壤净矿化氮的激发效应、土壤生物固定氮激发效应和土壤总矿化氮的总激发效应的概念,认为土壤氮的总激发效应更能反映土壤氮激发效应的实质。     

添加玉米秸秆对黄棕壤有机质的激发效应

玉米秸秆还田是培肥地力的一项重要措施,但是玉米秸秆添加后会改变土壤原有有机质的矿化过程,即引起激发效应,从而影响土壤碳平衡和周转。因此,适量秸秆还田将是高效且环境友好的提升土壤生产潜力的关键。本试验以黄棕壤为研究对象,设不添加玉米秸秆对照(CK)和添加占干土重的1%、5%和9%的粉碎玉米秸秆处理进行室内培养,分析土壤CO_2释放动态及激发效应。试验结果表明,添加不同量玉米秸秆后,土壤CO_2释放速率和累积量呈现出抛物线型变化趋势。在培养前期,各处理土壤CO_2释放速率表现为9%5%1%CK,到培养的第8天左右,添加5%玉米秸秆的土壤CO_2释放速率超过了添加9%玉米秸秆的土壤,在培养后期,所有处理的土壤CO_2释放速率慢慢地趋于一致。从累积CO_2释放量来看,添加5%玉米秸秆的处理比9%玉米秸秆的处理土壤总CO_2释放量高,表明添加5%秸秆的处理对微生物群落和微生物活性的作用最大。在整个培养阶段,玉米秸秆添加对土壤有机质的激发效应均为负值,而加入的玉米秸秆并没有完全矿化,从而使土壤有机碳含量因添加玉米秸秆而升高。这些结果表明,添加玉米秸秆有利于提高黄棕壤土壤有机碳含量,在本试验的短期培养过程中以土壤干重9%的添加量增加最多。     

外加碳、氮对黄绵土有机质矿化与激发效应的影响

应用14C标记的葡萄糖和麦秸,15N标记的(NH4)2SO4和Ca(NO3)2对生黄绵土、菜园黄绵土土壤有机质的矿化与激发效应进行了研究。结果表明,外加有机质,特别是外加易分解的葡萄糖,和外加氮源,特别是外加(NH4)2SO4,对两种黄绵土土壤的有机质矿化与激发效应都有明显的促进作用,土壤有机质的矿化是高肥力菜园黄绵土高于低肥力生黄绵土,而有机质矿化的激发效应却是低肥力生黄绵土高于高肥力菜园黄绵土。外加有机质与外加N同时施入土壤时,外加N对外加有机质的矿化与激发效应同样有明显的促进作用,并发现外加有机质与外加N在促进土壤有机质矿化与激发效应过程中表现出正交互作用。激发效应对土壤肥力的更新和培养有积极作用。     

秸秆还田下土壤有机质激发效应研究进展

土壤有机质是农田肥力的基础与核心,对作物产量、农业环境,甚至地球碳循环意义重大。作物秸秆作为农田土壤有机碳库的重要外部补充,其还田过程对土壤有机碳周转和碳库平衡具有显著影响。激发效应是一种因新鲜有机质输入而导致土壤本底有机质矿化速率发生改变的现象。秸秆还田导致的土壤有机质分解激发,不仅涉及秸秆资源化高效利用,还直接关系到农田土壤碳库的平衡及其功能,因此备受科学界关注。尽管对外源有机质输入引起的土壤有机质激发效应的理论研究已取得了较大进展,但如何结合最新的理论结果到秸秆还田固碳减排的生产实践中仍面临着较大的挑战,这主要归结于对农田土壤有机质分解激发效应的发生特点和规律,及其背后的土壤、气候、管理等相关的驱动因子和过程还未完全明确。据此,本文首先对土壤有机质分解激发效应发生的理论研究进展(包括:共代谢理论、氮矿化理论、化学计量比和微生物残体再利用)进行了系统综述。其次,结合已有的研究证据和理论假设进一步概述了秸秆还田过程中影响激发强度和方向的潜在驱动因素,如:秸秆类型和数量、还田方式、水肥管理、土壤属性、气候因子等。最后,从秸秆还田的高效性、农田碳库的可持续和农业环境的友好性出发,对秸秆还...     

土壤碳库激发效应研究

外源有机质的输入能促进或抑制土壤有机碳的矿化,引起正的或负的激发效应。本文综述了土壤碳库激发效应产生的机制,以及土壤原有有机质的含量和营养水平,外源有机质(包括根系分泌物)的种类和数量对激发效应的影响。外源有机质的可利用率是影响激发效应的最重要因素。     

林分密度对马尾松林下土壤养分及酶活性的影响

以退化马尾松林下土壤为对象,通过调查我国红壤丘陵区典型林分密度的马尾松人工林,研究林分密度对土壤养分和土壤酶活性的影响。3种林分密度中,1 560株/hm2 左右中等林分密度的马尾松土壤有机质、全氮、全钾、速效钾、全磷、交换性钙和交换性镁等较高,但土壤酸化也较严重;同时,1 560株/hm2 左右马尾松林的土壤转化酶活性、脲酶活性和多酚氧化酶活性均较高,但过氧化氢酶活性表现最低;林分密度对马尾松土壤酸性磷酸酶活性影响不明显。因此,适宜林分密度的马尾松人工林一定程度上可改善该区林下土壤肥力及生化强度。     

侵蚀地形对马尾松林下土壤特性的影响

土壤是植被生长的重要物质基础,其分布和发育受土壤侵蚀的影响。红壤丘陵区马尾松林下土壤侵蚀严重,生态环境脆弱,探清该区马尾松林下土壤侵蚀对土壤分布及其特性的影响,对该地区的植被重建和生态恢复具有重要意义。基于调查取样和分析测试获取的数据,采用统计和灰色关联度分析法分析侵蚀地形对红壤丘陵区马尾松林下土壤特性的影响。结果表明:不同侵蚀地形的土壤特性差异显著,相对于山脊坡和鞍部坡,切沟土壤理化性质的大部分指标含量最高,微生物数量最多,土壤酶活性最大;不同侵蚀地形的土壤特性指标间的相关性差异较大,与山脊坡和鞍部坡相比,切沟的土壤理化性质指标与土壤酶及微生物指标的显著正相关明显增多,土壤特性与切沟的关联度也最高;切沟形成的微环境提升了土壤特性,为植被恢复提供了有利的条件。因此,加大侵蚀沟的环境研究可为快速恢复该地区的土壤与植被提供科学依据。     

氮磷富集对森林土壤碳截存的影响研究进展

大气氮磷沉降增加森林土壤养分的可利用性,改变底物的化学质量、土壤微生物组成和功能,进而影响土壤有机质的储量与稳定性。然而,现有研究主要集中在氮素富集对自然森林生态系统碳截存的影响,有关磷富集以及氮磷交互对人工林土壤有机碳(SOC)截存的影响及其微生物学机制尚不清楚。本文综述了氮磷富集对森林土壤碳转化和净交换通量、土壤有机质(SOM)的激发效应、SOM组成与稳定性以及介导碳转化功能微生物群落的影响,并指出各个研究环节的不足,包括:(1)森林土壤碳通量及其组分对氮磷富集的非线性响应方程及临界阈值尚未确定;(2)氮磷富集对森林SOM激发效应的影响程度与潜在机制知之甚少;(3)SOM的物理-化学协同稳定机制研究不够深入;(4)土壤活性微生物群落组成、SOM化学结构与SOC累积之间的耦联关系尚不清晰。据此,指出未来研究重点与研究思路:基于多水平氮磷添加控制试验和~(13)C标记培养实验,利用原位监测、土壤化学(~(13)C-NMR和Py-GC/MS)、宏基因组测序的分子生物学方法,重点研究氮磷添加及其交互作用对人工林土壤碳排放与流失通量、微生物激发效应、SOM组成与化学稳定性以及功能微生物群落组成的影响,确定土壤碳输出通量对氮磷添加的非线性响应方程与氮沉降临界负荷,阐明分解微生物群落组成与土壤碳转化及稳定性的耦联关系,揭示氮磷交互影响人工林土壤碳积累与损耗的微生物学机制。研究结果有助于控制森林尤其是人工林土壤碳损失,有效降低陆地"氮促碳汇"评估的不确定性,并可为森林生态系统应对全球变化提供科学依据。     

第四纪红黏土区退化马尾松皆伐迹地短期恢复效果研究

以退化马尾松皆伐迹地表层(0-20 cm)土壤为对象,通过临近设置样地的方法,分别从理化性质、酶活性和微生物学性质对3种乡土植被(灌木丛、芒萁和白茅)的短期恢复效果进行研究。结果表明,白茅可明显提高皆伐迹地土壤理化性质,特别是土壤中磷、钾含量,但3种植被对土壤酸化改良效果均不明显。各恢复措施均不同程度提高了土壤生化强度,其中灌木丛和芒萁效果较明显,但白茅可提供较高质量的有机质而有利于有机碳积累,从而可能改善微生物区系。因此,白茅可作为研究区退化马尾松皆伐迹地土壤改良的选择性植被,而芒萁不宜长期种植。     

马尾松林土壤酚酸类物质检测及其对灌草萌发的影响

利用电喷雾萃取电离质谱(EESI-MS)测定荒草地、马尾松和木荷纯林地土壤酚酸类物质组成,模拟研究了其对几种灌草种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明,荒草地、木荷林土壤没有检测到松香类物质,而马尾松林土壤松香类物质浓度一般为10～ 100 mg/kg.当土壤松香类物质浓度＜12 mg/kg时,灌草发芽势与对照接近;松香浓度≥25 mg/kg时,黑麦草、白羊草、高羊茅和银合欢灌草发芽势显著低于对照.高浓度松香处理下,银合欢发芽率显著低于对照.