减量施肥对冬小麦休闲期农田杂草物种多样性及生态化学计量特征的影响

【目的】分析减量施肥对冬小麦休闲期农田杂草物种多样性及生态化学计量特征的影响,旨在为化肥农药“双减”政策产生的生态环境效应科学评价提供参考。【方法】以陕西杨凌曹新庄试验地冬小麦肥料试验为基础,设置不施肥（CK）、减量施肥（氮（N）、磷(P₂O₅)用量分别为165和122 kg/hm²）和常规施肥（N、P₂O₅用量分别为220和160 kg/hm²）3个处理,测定不同处理小麦产量及夏季休闲期农田杂草的生物量、株高、盖度、多度、频度、丰富度,以及藜、狗尾草和马唐的有机碳、全氮、全磷含量,计算植物多样性指标及生态化学计量比（C/N、C/P、N/P）,研究减量施肥对农田杂草物种多样性及生态化学计量特征的影响。【结果】与对照相比,减量施肥和常规施肥处理均对冬小麦休闲期农田杂草的生物量、株高、盖度、多度、频度有明显影响,冬小麦籽粒产量和杂草生物量增加;施肥处理藜和地锦草的株高和生物量均显著增加,其他农田杂草的株高和生物量总体降低。与对照相比,施肥处理苋的有机碳含量以及藜、狗尾草、马唐和葎草的全氮含量均显著增加,藜、马唐全磷含量显著降低。相较于常规施肥,减量施肥处理狗尾草全磷含量显著降低。与对照相比,减量施肥和常规施肥处理藜、狗尾草和马唐氮磷比和碳磷比总体显著增加,碳氮比显著降低。相对于常规施肥处理,减量施肥处理缓解了藜和马唐氮磷比的增加幅度。与对照相比,施肥处理的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Margalef丰富度指数均显著降低;与减量施肥处理相比,常规施肥处理Pielou均匀度指数与丰富度显著降低。植物β多样性指数表明,常规施肥对小区植物多样性的影响最大。【结论】减量施肥和常规施肥处理冬小麦休闲期农田杂草的物种多样性均明显降低,但减量施肥处理缓解了常规施肥对农田杂草生物多样性和生态化学计量特征的影响。     

川西北高寒沙地不同年限高山柳林下优势植物碳、氮、磷生态化学计量特征

通过采集川西北高寒沙地不同年限(6、18、24年)高山柳林下3种优势植被藏沙蒿、裂叶独活和镰荚棘豆,分别测定分析3种植被叶片、根部C、N、P化学计量特征变化特征。结果表明:不同年限高山柳林下植被C、N、P含量及其比值间存在显著差异且呈现出不同变化趋势。林下植被C含量整体下降;叶N含量呈上升趋势,根N含量随年限增长而下降;除藏沙蒿外,林下植被P含量变化不显著;C∶N变化范围为1.92~12.86;C∶P为29.18~196.88;不同年限高山柳林下植被N∶P间虽存在差异,但均表现出主要受到P限制,表明该区域植被生长主要受P限制,应注意P养分的适当补充。     

氮、磷添加对青藏高寒草甸土壤碳氮磷化学计量特征影响的Meta分析

为了解青藏高原高寒草甸土壤碳(Carbon,C)、氮(Nitrogen,N)、磷(Phosphorus,P)化学计量特征对氮、磷添加的响应,提高养分管理水平及草地生态系统的养分平衡。本研究严格筛选出21篇文章(612项数据)进行Meta分析,通过亚组分析分析了不同施肥方式(氮添加、磷添加、氮磷添加)、不同施肥强度(轻度、中度、重度)对青藏高原草地土壤C,N,P化学计量特征的影响。研究结果表明：养分添加显著增加了青藏高原草地土壤C,N,P含量;氮添加对土壤的增加效应随施肥强度增加而增加,磷轻度施肥(20g·m^-2以下)处理、氮磷添加轻度施肥处理下的土壤C,N,P含量及化学计量比增加效果最好。本研究结果总体反映出氮、磷添加对青藏高原高寒草甸土壤产生积极影响,研究结果可为青藏高原草地生态系统的保护提供科学依据。     

宁夏典型草原不同退耕年限草地植物-土壤生态化学计量特征

为了研究宁夏典型草原不同退耕年限草地优势植物及土壤 C、N、P化学计量特征,本研究以宁夏南部典型草原区退耕草地为对象,分别对退耕0、1、3、5、6、8、11、15、20年草地优势植物及土壤碳、氮、磷等生态化学计量特征进行研究。结果表明,各植物全氮含量均表现为地上部分大于地下部分,且猪毛蒿整体全氮含量较其他植物高。全磷含量除赖草外也表现为地上部分大于地下部分。退耕1年狗尾草和退耕3年赖草有机碳含量表现为地下部分大于地上部分,其余各退耕年限地上部分大于地下部分。优势植物C∶N、C∶P、N∶P整体表现为退耕20年长芒草最大。赖草和猪毛蒿最小。退耕6年以上20年以内土壤有机碳含量由表层向深层逐层递减;全氮含量退耕0~6年呈波动式变化,退耕8年后全氮含量由表层向深层逐层递减;全磷含量变化趋势与全氮相同。研究区土壤C∶N变化范围为7.08~19.62,C∶P变化范围为6.60~35.25,N∶P变化范围为0.82~2.17。各层土壤C∶N平均值变化范围为11.18~15.03,C∶P平均值变化范围为14.09~24.55,N∶P平均值变化范围为1.06~1.98;除C∶N接近我国土壤C∶N均值外,研究区土壤C∶P和N∶P均低于我国土壤C∶P和N∶P均值。并且相应地表优势植物C∶N、C∶P、N∶P明显高于表层土壤。本研究中土壤C∶N与土壤有机碳之间相关性不显著,与全N呈负相关,意味着C∶N主要受N控制,而C∶P与有机碳呈显著正相关,与全P相关性不显著。土壤N∶P与土壤全N含量呈显著正相关,与土壤全P含量相关性不显著,说明主要受N控制,而土壤全N含量随退耕年限的增加呈波动式上升趋势。植物与土壤碳、氮、磷相关性显示:植物全N与土壤N之间相关性不显著(P>0.05),植物全P与土壤全N、全P呈极显著的相关关系(P<0.01),与土壤有机碳和N∶P呈显著的相关关系(P<0.05)。     

苜蓿地撂荒过程中土壤-微生物-胞外酶及化学计量的变化

紫花苜蓿(Medicago sativa L.)作为优良修复草种在黄土高原广泛种植,然而随着农村人口迁移及土地利用变化,苜蓿人工草地大量弃置的问题已引起广泛关注。为研究苜蓿弃置草地土壤质量变化规律,本研究分析了不同弃置年限(0年、5年和10年)苜蓿草地土壤养分、微生物量、参与土壤碳氮磷(C,N,P)循环的胞外酶活性及其化学计量变化。结果表明：总体上,土壤和微生物C,N含量随弃置年限呈增加趋势,而C,N相关胞外酶活性和化学计量变化幅度较小;土壤和微生物P含量随弃置年限增加而显著降低,但P相关胞外酶活性及化学计量均有不同程度的增加。进一步分析发现：相较于其他土层,表层(0～20 cm)土壤C,N,P含量及其酶活性较高,其变化趋势与总体结果相似;亚表层土壤(20～40 cm)和(80～100 cm)深层土壤C,N,P含量及其酶活性呈先增后减趋势,且各指标较于表层土壤均降低40%～80%。相关分析表明弃置草地土壤由于P匮乏而逐步退化,可通过补施磷肥改善。     

青海省冬虫夏草采挖区与非采挖区土壤生态化学计量特征

为研究冬虫夏草采挖区与非采挖区的土壤生态化学计量学特征,本研究以青海省7个地区冬虫夏草生长地土壤样本为试验材料,分别采用重铬酸钾-外加热法、凯氏定氮法、碱熔法、碳酸氢钠浸提-比色法、酸溶法、1 mol·L^-1乙酸铵浸提-火焰光度计法、碱解-扩散法、邻菲啰啉比色法、火焰原子吸收分光光度法对土壤样本的养分与理化指标进行了测定,并对其化学计量特征进行了分析。结果表明,除XH(青海省海南藏族自治州兴海县)地区采挖区与非采挖区在全氮含量上存在显著性差异(P<0.05),其他各地区采挖区与非采挖区在土壤各指标含量上均无显著性差异,不同地区采挖区与非采挖区C∶N的范围是18.24~32.79,C∶P是155.53~562.78,N∶P是4.85~24.00,C∶K是4.51~11.52,K∶N是2.55~7.17,K∶P是31.44~81.86;采挖区与非采挖区的C∶P与N∶P之间均具有极显著相关性(P<0.01)。因此,本研究发现采挖冬虫夏草对其生长环境的土壤化学性质无显著性影响,为冬虫夏草采挖对生态环境的影响评估提供数据支撑。     

Long-term organic phosphorus mineralization in Spodosols under forests and its relation to carbon and nitrogen mineralization

In forest soils where a large fraction of total phosphorus (P) is in organic forms, soil micro-organisms play a major role in the P cycle and plant availability since they mediate organic P transformations. However, the correct assessment of organic P mineralization is usually a challenging task because mineralized P is rapidly sorbed and most mineralization fluxes are very weak. The objectives of the present work were to quantify in five forest Spodosols at soil depths of 0-15 cm net mineralization of total organic P and the resulting increase in plant available inorganic P and to verify whether net or gross P mineralization could be estimated using the C or N mineralization rates. Net mineralization of total organic P was derived from the net changes in microbial P and gross mineralization of P in dead soil organic matter. We studied very low P-sorbing soils enabling us to use lower extractants to assess the change in total inorganic P as a result of gross mineralization of P in dead soil organic matter. In addition, to enable detection of gross mineralization of P in dead soil organic matter, a long-term incubation (517 days) experiment was carried out. At the beginning of the experiment, total P contents of the soils were very low (19-51 μg g⁻¹) and were essentially present as organic P (17-44 μg g⁻¹, 85-91%) or microbial P (6-14 μg g⁻¹; 24-39%). Conversely, the initial contents of inorganic P were low (2-7 μg g⁻¹; 9-15%). The net changes in the pool size of microbial P during the 517 days of incubation (4-8 μg g⁻¹) and the amounts of P resulting from gross mineralization of dead soil organic matter (0.001-0.018 μg g⁻¹ day⁻¹; 0.4-9.5 μg g⁻¹ for the entire incubation period) were considerable compared to the initial amounts of organic P and also when compared to the initial diffusive iP fraction (<0.3 μg g⁻¹). Diffusive iP corresponds to the phosphate ions that can be transferred from the solid constituents to the soil solution under a gradient of concentration. Net mineralization of organic P induced an important increase in iP in soil solution (0.6-10 μg g⁻¹; 600-5000% increase) and lower increases in diffusive iP fractions (0.3-5 μg g⁻¹; 300-2000% increase), soil solid constituents having an extremely low reactivity relative to iP. Therefore, soil micro-organisms and organic P transformations play a major role in the bioavailability of P in these forest soils. In our study, the dead soil organic matter was defined as a recalcitrant organic fraction. Probably because gross mineralization of P from this recalcitrant organic fraction was mainly driven by the micro-organisms’ needs for energy, the rates of gross mineralization of C, N and P in the recalcitrant organic fraction were similar. Indirect estimation of gross mineralization of P in dead soil organic matter using the gross C mineralization rate seems thus an alternative method for the studied soils. However, additional studies are needed to verify this alternative method in other soils. No relationships were found between microbial P release and microbial C and N releases.     

不同N、P添加水平对黄顶菊叶片化学计量特征的影响

黄顶菊(Flaveria bidentis)为新入侵我国的一种恶性杂草,研究其化学计量特征可以了解入侵植物在不同环境中的生存和适应策略.通过网室盆栽控制试验,研究了土壤N、P添加对黄顶菊植株生长、N、P化学计量特征和叶绿素含量的影响.结果表明,土壤N、P添加比例相同条件下,养分水平对叶片N:P的影响显着;随着N、P添加量的增加,叶片N:P比显着下降,地上生物量较对照均显着增加,其中高N素比例对叶片N:P影响最大,当叶片N:P比>21.24时,植株生长速率较低,符合生长速率假说.土壤N和叶片N含量与黄顶菊叶片叶绿素含量成正相关,黄顶菊叶片N(P)含量和地上生物量均随着土壤N(P)含量的增加呈现先增加后下降趋势.黄顶菊叶片N:P<20.86为N限制,叶片N:P>21.24为P限制.     

平茬对内蒙古典型草原小叶锦鸡儿群落植物的影响

为了了解平茬对灌丛群落草本植物的影响,本文以内蒙古典型草原小叶锦鸡儿（Caragana microphylla Lam）群落为研究对象,设置了不平茬、一年平茬1次和一年平茬2次共3种处理,分析了平茬前后群落特征与植被化学计量特征的变化。结果表明：与未平茬相比,两种平茬处理下群落内禾本科植物密度均显著增加,平茬第二年禾本科生物量显著高于未平茬处理;平茬后两年内草地群落物种多样性指数随平茬次数增加均有增加趋势,且一年平茬2次处理时,Margalef丰富度指数显著高于未平茬处理;草本群落总生物量随平茬次数增加呈现先下降后增加的变化趋势;平茬后植被C、N含量、C/N比无显著变化,但植被N/P比显著增加。可见,平茬处理改变了小叶锦鸡儿群落的结构特征,提高了群落物种多样性及禾本科植物的密度,有助于典型草原的植被恢复。     

我国陆生生态化学计量学应用研究进展与展望

生态化学计量学是一门集生态学、化学计量学、物理学的交叉学科,是当前生态学研究的热点和前沿领域,为研究植物限制性元素及生态系统物质循环提供了一种新的方法和思路。本文重点从气候变化与氮沉降、生态系统演化、添加实验及人类活动等对生态化学计量特征的影响方面对我国陆生生态化学计量学的应用研究进行了总结与评述,并结合现已开展的工作,对有待进一步拓展的相关生态化学计量研究领域进行了展望,以期在生态系统稳定性、常量元素调控等方面的研究取得新突破。