外源氮输入对生长季黄河口碱蓬湿地土壤无机硫形态变化特征的影响

选择黄河口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮输入模拟试验,探讨了不同氮输入梯度下(对照处理(N0)、低氮处理(N1)、中氮处理(N2)、高氮处理(N3))湿地土壤无机硫赋存形态在生长季的变化差异。结果表明:不同氮处理下各形态无机硫含量均表现为水溶性硫(H2O-S)吸附性硫(Adsorbed-S)盐酸溶解性硫(HCl-Soluble-S)盐酸挥发性硫(HCl-Volatile-S),且总无机硫(TIS)占全硫(TS)的比例介于34.52%~39.58%。外源氮输入不同程度地改变了湿地土壤的H2O-S、Adsorbed-S、HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S含量,且这种影响在生长季的某些时期达到了显著水平(P0.05)。相对于N0,N1和N2处理下H2O-S含量分别增加了6.12%和7.07%,而在N3处理下降低了0.98%;Adsorbed-S含量在N1处理下增加了11.73%,但在N2和N3处理下分别降低了23.53%和13.77%;HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S在N1、N2和N3处理下均呈降低趋势,降幅分别为5.21%,19.63%,59.59%和0.28%,16.10%,6.44%。尽管不同氮输入处理下土壤养分条件、水盐及酸碱状况均是影响无机硫赋存的关键因素,但pH和EC对其动态变化的影响尤为明显。研究发现,外源氮输入可能通过改变植物生长节律和土壤酸碱状况来影响植物对不同形态无机硫的吸收与利用,进而间接改变了土壤中不同形态无机硫含量及TIS赋存量。     

氮磷输入对湿地生态系统碳蓄积的影响

湿地生态系统在全球碳循环中有着举足轻重的作用。由于湿地垦殖、农业化施用等人类活动和全球变暖、大气氮沉降的增多等自然因素的综合作用,大量氮磷营养物质进入湿地,这必将对湿地生态系统碳蓄积产生影响。本文综述了外源氮磷输入对湿地土壤碳库、植被碳库和枯落物分解的影响以及湿地生态系统碳循环的模型研究,并对以后发展趋势进行了预测。     

外源氮输入对小叶章湿地土壤微生物活性的影响

选择三江平原沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Deyeuxia angustifolia),在水分、温度等环境因素均一的前提下,分别以NH4NO3水溶液的形式均匀撒入0,6,12,24g/(m2.a)(以N元素量计),进行了室外盆栽实验。结果表明,氮输入后,土壤MBC、MBN、BR、qCO2、SIR季节变化明显;在植物不同生长阶段,土壤基础呼吸总体趋势均是随时间的推移而逐渐减弱,且与氮输入量间的关系不同,说明土壤基础呼吸与植物的生长阶段密切相关;不同施氮水平的土壤MBC浓度随氮输入量增加呈波动变化,氮输入量与土壤MBN、BR、qCO2、SIR之间均存在线性正相关关系,即他们随氮输入量增加而逐渐增大,说明氮输入促进了土壤MBN、BR、qCO2、SIR的增大。     

外源氮输入对土壤有机碳矿化和凋落物分解的影响

目前,由人类活动造成的陆地生态系统氮输入量已经远远超过了其自身的生物固氮,外源氮输入的增多已经并将继续对土壤有机碳矿化和凋落物分解产生影响。本文分析了国内外有关氮输入增多对土壤有机碳矿化和凋落物分解的影响及其机理:由于研究点环境状况不同,凋落物性质的差异和分解阶段的不同等原因,氮输入对土壤有机碳矿化的结果主要表现为抑制或促进作用;对凋落物分解的影响表现为促进、无影响和抑制三种效果,有关其作用机理还有待进一步深入研究。着重指出对于作为大气CO2"汇"的沼泽湿地,氮输入的增多能够对其碳"汇"功能产生影响,因此进行氮输入对湿地土壤有机碳矿化和凋落物分解方面的研究,对于探讨湿地碳循环对外源氮输入的响应及其机理非常重要。     

外源磷输入对农区湿地土壤碳库有效性及周转特性的影响

通过添加土壤原总磷(TP)0~60%的过磷酸钙和室内培养的技术手段,研究了外源磷素输入对农区湿地土壤碳库有效性及其周转特性的动态影响。结果表明,随外源磷素输入水平的增加,土壤可溶性有机碳(DOC)含量和微生物量碳(MBC)含量增加;土壤总有机碳(TOC)含量下降,下降率最高达23%。活性有机碳成分中,外源磷输入对高活性有机碳(HLOC)影响最显著,60%磷素输入处理HLOC含量比未施加外源磷素高54%;易氧化有机碳(ROC)含量随外源磷输入水平的增加而下降,最大下降率为22%;中活性有机碳(MLOC)含量、活性有机碳(LOC)含量无明显改变。涉碳循环生物酶中,β-葡聚糖苷酶(βG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性均随外源磷素输入水平的增加而显著提升,但脱氢酶(DH)活性并无显著变化。此外,土壤碳矿化强度和潜在矿化势也与外源磷素输入后的土壤TP呈正相关。总体来看,外源磷素输入显著增加了湿地土壤碳库的有效性及周转速率。     

黄河口新生湿地土壤氮磷分布特征研究

研究了黄河口新生湿地土壤中氮磷的分布特征,并进行了初步环境效应评价。结果表明,黄河口新生湿地土壤氮含量比较低,磷含量相对丰富;全氮分布水平变异系数较大,全磷变异系数较小;除裸滩外,土壤中氮含量垂直变异规律比较明显,土壤磷含量与土壤层次相关性普遍较差,只有滩涂碱蓬表现为异常。湿地土壤中氮磷含量均具有明显的季节动态特征。研究表明,黄河口新生湿地土壤中氮磷含量水平尚不会对近海环境产生富营养污染威胁。     

外源氮输入影响下沼泽化草旬湿地土壤有机碳矿化和N2O排放动态研究

采用室内模拟实验,研究沼泽湿地土壤N2O排放和有机碳矿化对不同外源氮输入浓度的响应特征.整个培养期(23 d)内N2O排放量为2696.85(N0),5362.61(N1),8288.48(N2),7903.84(N3)μg/kg,处理间差异达到极显著水平(p<0.01),随氮输入量增加呈现先增加后降低的趋势,表明适当的氮输入促进土壤N2O排放,过量的氮输入则对土壤N2O排放有一定的抑制作用.各氮输入处理有机碳矿化速率在培养期内各阶段都低于对照,各氮输入处理之间差异不显著,表明氮输入降低有机碳矿化速率.氮输人对土壤微生物量碳影响不大,而土壤微生物置氮随氮输入量增大而增大.     

向海沼泽湿地土壤碱解氮含量的季节变化特征研究

对比分析向海沼泽封闭性湿地和开放性湿地土壤中碱解氮含量的季节变化特征结果表明,2个典型区湿地表层土壤中碱解氮含量呈不规则“N”形变化曲线,其他土壤层次变化则相对和缓,但植物枯死期各层均表现出碱解氮含量增加趋势;各层土壤碱解氮季节动态变化过程均可采用三次多项式拟合模拟,且模拟效果均较好。     

黄河口滨岸潮滩不同类型湿地土壤氮素分布特征

对黄河口滨岸潮滩不同类型湿地土壤氮分布特征进行了对比研究。结果表明,湿地土壤氮以有机氮为主,无机氮所占比例较低且以铵态氮为主。土壤氮水平分布特征明显,TN、NH4+-N和NO3--N含量较高的分别是芦苇湿地、碱蓬-柽柳湿地(过渡带)湿地和芦苇湿地;土壤氮垂直分布特征亦明显,表现为表层土壤氮含量大于下层,其中,TN、NH4+-N和NO3--N含量垂直变化最明显的分别是三棱蔗草-朝天委陵菜湿地、碱蓬湿地和芦苇湿地。影响土壤氮分布的主要因素有水分条件、植被类型及微生物活动等。相关分析表明TN与有机氮、有机质呈极显著正相关(P<0.01),NH4+-N与TP呈显著负相关(P<0.05)。研究发现,植被对调整湿地氮的空间分布有一定作用,从而为湿地生态修复提供了理论依据。     

CO2浓度升高对三江平原湿地土壤碳氮含量的影响

利用开顶箱薰气室(open-top chamber,OTC),设置正常大气CO2浓度(ambient CO2)和高CO2浓度(elevated CO2,700μmol/mol)2个水平和不施氮(NN,0g/m2),常氮(MN,5g/m2)和高氮(HN,15g/m2)3个氮素水平,研究了CO2浓度升高对三江平原草甸小叶章湿地(Calamagrostis angustifolia)土壤碳氮含量的影响。结果表明,CO2浓度升高连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,不同N处理增加了0.5%～1.8%。CO2浓度升高,土壤总氮含量总体呈下降趋势。就各生长期平均值而言,CO2浓度升高使土壤NH4+—N的含量分别降低了8.2%(NN),8.9%(MN)和9.7%(HN)。CO2浓度升高使不同N处理的土壤NO3-—N含量也呈降低趋势,其中高氮水平(HN)降低最多,降幅为9.6%。土壤有效态氮是控制植物对高CO2浓度响应的关键因素。     

黄河三角洲典型潮滩湿地土壤硝态氮和铵态氮的空间分布特征

运用地统计学方法研究了黄河口滨岸潮滩湿地土壤中硝态氮和铵态氮的空间分布格局。结果表明,潮滩湿地土壤NO3--N和NH4+-N的水平变异性在不同土层差异较大,较高的水平变异性主要与其在潮滩湿地良好水分条件下较为活跃的物理运移特性有关;潮滩湿地表层土壤NO3--N的水平分布具有明显的空间结构,符合高斯模型,并具有中等程度的空间相关性;自然结构因素在引起NO3--N空间异质性中的贡献占优,随机因素的影响相对较小;表层土壤NO3--N的空间变异性以向低潮滩延伸且受潮汐涨落影响较大的方向最大;潮滩湿地表层土壤的NO3--N具有明显的空间分布格局,表现出向低潮滩延伸方向形成明显斑块低值区,边缘则形成斑块高值区的特征。微地貌特征和潮汐微域物理扰动强度是导致空间异质性的两个重要随机因素,而水盐条件、土壤类型和潮汐物理扰动是3个重要结构因素。     

垦殖对黄河三角洲盐渍土碳氮分布特征的影响

以黄河三角洲新生盐碱地为例,采用空间替代时间的方法,选取未利用的盐碱地对照(CK)和平均开垦年限分别为小于5 a、10~15 a、20~25 a、30~35 a、50~60 a的小麦/玉米连作土地类型为研究对象,对1 m深土壤碳(有机碳、无机碳、全碳)、氮(全氮、碱解氮)含量进行了分析,研究不同垦殖年限下土壤碳氮水平和垂直分布特征。结果表明:垦殖后,土壤有机碳含量较未垦殖盐碱地均表现为显著提高(p0.05);盐碱地垦殖显著增加了0~40 cm土壤的碳储量,且随垦殖年限增加而增加;40~100 cm土层的有机碳含量无趋势性变化规律;土壤全氮、全碳、无机碳变化与有机碳变化表现出相似规律;垦殖30 a后土壤碳氮养分基本稳定,表层(0~40 cm)含量高于底层(40~100 cm)含量;垦殖年限主要影响0~30 cm土壤碱解氮含量;无机碳作为组成全碳的主要成分,极易受灌溉和地下水的影响。垦殖虽然显著增加土壤有机碳、全氮含量,但垦殖后碳氮比(C/N)呈降低趋势,约30 a后基本稳定,不同垦殖年限C/N平均为9.35,低于全国平均水平,反映出研究区土壤碳氮养分不均衡问题。     

黄河口新生湿地土壤氮磷分布特征研究

研究了黄河口新生湿地土壤中氮磷的分布特征,并进行了初步环境效应评价。结果表明,黄河口新生湿地土壤氮含量比较低,磷含量相对丰富;全氮分布水平变异系数较大,全磷变异系数较小;除裸滩外,土壤中氮含量垂直变异规律比较明显,土壤磷含量与土壤层次相关性普遍较差,只有滩涂碱蓬表现为异常。湿地土壤中氮磷含量均具有明显的季节动态特征。研究表明,黄河口新生湿地土壤中氮磷含量水平尚不会对近海环境产生富营养污染威胁。     

黄河口不同类型湿地土壤中钒和钴含量的空间分布特征

为研究不同植物群落下湿地土壤钒和钴含量的空间分布特征,利用ICP-MS对2009年5月在今黄河入海口北部的新生湿地区域依据不同植物群落设置9个采样区的土壤进行土壤钒和钴含量的分析。结果表明,尽管钒和钴含量在不同湿地土壤中差异较大,但二者在由陆向海方向潮滩湿地中的分布特征相似,且在水平方向上的变异均为中等变异。在垂直方向上,尽管钒和钴含量在不同类型湿地土壤中大多呈相似波动变化特征,但在同一类型湿地土壤中二者含量的变化趋势基本一致。相关分析表明,湿地土壤的钒钴含量在与铁锰、有机质、粘粒和粉粒含量均呈极显著正相关(P0.01),与砂粒含量呈极显著负相关(P0.01)。研究区表层湿地土壤的钒含量范围为72.77~118.40mg/kg,均值为93.06mg/kg;表层钴含量范围为8.94~16.91mg/kg,均值为12.54mg/kg。尽管研究区土壤的钒钴含量低于其全国背景值(112mg/kg和19mg/kg),但明显高于华北克拉通钒钴含量背景值(78mg/kg和12mg/kg)。黄河口新生湿地区土壤钒钴的富集系数分别为1.19和1.01,为弱程度的富集。研究表明,成土母质决定了湿地土壤中钒和钴含量的空间分布,土壤有机质含量、粒度组成和铁锰含量是影响二者空间分布的主导因素,而植被类型和潮汐对其分布亦具有重要影响。     

黄河三角洲土地利用对土壤氮素及其转化的影响

以黄河三角洲垦利县轻度盐渍化土壤为研究对象,选取菜地、果园、粮田和新淤未利用地共4种土地利用类型,通过实地采样分析,探讨了土地利用对土壤氮素及其转化的影响。结果表明,全氮含量在0—20 cm土壤中以粮田最高,平均含量为1.42 g/kg,其次是果园、菜地和新淤未利用地土壤,其平均含量分别为1.17,0.97和0.57 g/kg,而20—40 cm土壤中,菜地全氮平均含量为0.86 g/kg,明显高于其它3种用地土壤;硝态氮在菜地0—20 cm土壤中的平均含量为27.25 mg/kg,远高于果园、粮田和新淤未利用地土壤,铵态氮在4种用地类型土壤中含量范围为2.65~4.09 mg/kg,不同用地类型间差异不大,二者在20—40cm土壤中的变化规律与0—20 cm基本相同;通过铵态氮、硝态氮与全氮的相关分析,表明菜地土壤中有效氮含量主要与外源氮素的补充有关,果园和粮田土壤中的有效氮与土壤全氮关系密切而受环境变化情况较小,新淤未利用地土壤氮素反映了研究区土壤氮素及其转化的初始状况。     

绿肥和凹凸棒添加对黄河故道潮土土壤结构和碳氮含量的影响

[目的]探究绿肥秸秆和凹凸棒添加对黄河故道潮土壤结构和碳氮含量的影响,为科学评价凹凸棒对农田土壤健康的可持续发展和绿肥秸秆的资源化利用提供理论参考。[方法]设置6个处理:对照(CK)、蚕豆秸秆10 g/kg(B)、黑麦草秸秆10 g/kg(R)、凹凸棒土16 g/kg(A)、凹凸棒配施蚕豆秸秆(AB)、凹凸棒配施黑麦草秸秆(AR),采用SPSS统计、Origin整合进行数据分析。[结果]经过120 d室内培养发现:添加绿肥秸秆和凹凸棒均能改善土壤结构、增加碳氮含量,其中A,AB处理主要增加大团聚体(0.25 mm)含量,而AR处理主要增加微团聚体(0.053～0.25 mm)含量,与CK相比,A,AB,AR处理降低土壤三相结构距离50.8%～55.6%,增加了土壤持水量16.0%～19.2%。单施绿肥秸秆和单施凹凸棒对土壤有机碳、全氮的增量为0.38～1.99 g/kg和0.12～0.49 g/kg,二者配施对土壤有机碳、全氮和微生物量氮的增量比单施绿肥分别高0.86～3.23 g/kg,0.29～0.44 g/kg和0.3～21.6 mg/kg,且蚕豆配施效果优于黑麦草配施。[结论]配施可以结合秸秆易分解、养分丰富和凹凸棒土较大比表面积的优势,在改良土壤结构,缓解养分释放,增强土壤固存养分能力等方面具有较大优势,其中蚕豆秸秆10 g/kg配施凹凸棒16 g/kg对改良黄河故道土壤砂性结构,提高土壤碳氮含量效果最佳。     

黄河三角洲长期人工林地对土壤有机碳库的影响

[目的]探讨黄河三角洲长期人工林对盐碱土壤有机碳库的作用效果,为充分发挥其生态功能与经济效益提供科学依据与技术参考。[方法]以刺槐、白蜡、白榆和臭椿纯林以及刺槐—白蜡、刺槐—白榆和刺槐—臭椿混交林等近30a的7个长期人工林为研究对象,并分别设置标准池,采用多点混合采样法,研究土壤活性有机碳、碳库管理指数的变化规律。[结果]3个混交林地土壤的微生物量碳含量较高,并显著高于其他林地,其中刺槐—白蜡混交林较未造林荒地、刺槐、白蜡、白榆和臭椿纯林分别提高26.16%,17.62%,88.41%,47.99%和21.64%。与未造林荒地相比,长期人工林地的水溶性有机碳含量均明显升高,而在各个不同造林措施中,刺槐—白蜡混交林的水溶性有机碳含量显著高于其他措施。各人工林地较荒地均显著提高了土壤总有机碳含量,其中3种混交林模式的土壤总有机碳含量明显高于对应纯林;同时,林地土壤不同活性有机碳含量的总体变化规律为:惰活性有机碳中活性有机碳高活性有机碳,其中刺槐—白蜡混交林更利于惰性有机碳的积累。此外,各人工林地土壤碳库指数较未造林荒地明显上升,其中刺槐—白蜡混交林的碳库管理指数达最高值,与刺槐—白榆、刺槐—臭椿混交林无显著性差异,但分别较刺槐、白蜡、白榆和臭椿纯林明显高出46.51,34.88,27.55,33.38。[结论]混交林模式较纯林对林地土壤有机碳库的改善效果更显著,对土壤具有较好的培肥作用,并处于良性管理状态,有利于林木的生长发育。