土壤养分循环实地采样调查方法

讨论了一种在区域尺度上研究生态系统中土壤养分循环的样区采样及调查方法.即在满足土壤养分循环研究所要求的代表性、重现性、随机性及时间性等原则的基础上,利用地形图及航空照片等资料,在区域中选定合适面积和数量的样区后,在各样区内按统一标准采集土壤和植物样品.考虑区域土壤养分循环受自然环境条件和社会经济条件等因素的制约,野外采样过程中有必要对采样单元的实地情况进行调查记载,并就样区内所有农户的基本状况、种植业结构及肥料投入等有关土壤养分循环的影响因子进行农户调查.对我国亚热带农业生态系统中土壤养分循环进行了案例研究,探讨了该采样调查方法在土壤养分循环研究中的应用.

华北山前平原农田土壤养分循环的酶学调控

土壤酶是推动土壤养分循环的生物催化剂,研究华北山前平原农田养分循环的酶学调控机制将有助于评价该地区土壤养分状况。试验用土壤取自中国科学院栾城农业生态系统试验站,分析了土壤脲酶与碱性磷酸酶活性在0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm和30-40 cm 4个土层中的分布,研究了土壤粗砂(2 000-200μm)、粉砂(200-63μm)、粉粒(63-2μm)和黏粒(2-0.1μm)4个颗粒组中土壤酶活性与土壤养分之间的相关性。研究结果表明:土壤脲酶活性与碱性磷酸酶活性均随土壤深度增加而降低,土壤酶活性随土壤粒径减小而升高。在土壤粗砂和粉砂组分中,土壤酶活性与养分含量显著相关,而在土壤粉粒和黏粒组分中,土壤酶活性与土壤养分含量并不总是显著相关。这些结果说明:土壤酶活性在土壤养分循环中起到重要的调控作用,土壤粗砂和粉砂中的土壤酶具有较高的田间实际催化活性,对土壤养分循环的贡献较大;与此相反,土壤粉粒和黏粒中的土壤酶由于土壤无机矿物的吸附作用而失去部分田间催化能力,降低了其对土壤养分循环的贡献。

林火强度对兴安落叶松林土壤氮循环功能基因的影响

为了探究林火强度对土壤氮素循环的影响,本研究以内蒙古大兴安岭兴安落叶松林火烧迹地为研究对象,通过DNA提取及定量PCR分析测定了不同火烧强度样地内土壤氮循环功能基因丰度以及土壤基本的理化性质。结果表明:固氮nifH功能基因丰度随着火烧强度的增加而减少,而硝化amoA-AOA和amoA-AOB功能基因丰度呈相反变化趋势;反硝化nirS,nirK和nosZ功能基因丰度在重度火烧后显著降低,在轻度火烧后显著升高。火烧同样也会对土壤基本理化性质产生显著影响,RDA分析和Pearson相关性分析表明土壤氮循环功能基因与土壤理化因子之间存在密切的联系,有机碳、速效磷、全氮含量和pH值是影响火后土壤氮循环功能基因差异变化的主要因子。本研究为火干扰对土壤氮素循环的影响机制和火后植被快速更新提供数据支撑。

养分输入方式对森林生态系统土壤养分循环的影响研究进展

土壤养分循环对森林生态系统稳定性维持、树种选择及更新、可持续经营具有重要意义,掌握养分输入来源及过程可指导森林生态系统物质循环与能量流动分析及生态功能评估。凋落物、根系周转、根系分泌物是森林土壤养分的主要来源,是土壤养分循环的重要组成部分。本文分析了3种主要养分输入方式及其影响因素,总结了凋落物组成及理化性质、生物因子、环境因子等对凋落物分解及土壤养分循环的影响;综述了细根底物性质、树种组成、土壤生物、环境因子变化对细根周转及土壤养分循环的影响;探讨了根系分泌物对土壤养分循环过程的作用,基于此,提出了该领域亟需深入研究的重要方向,以期为相关研究及森林生态系统养分管理提供参考。

农作物轮作制度对土壤健康和生产力的长期影响

农作物轮作制度是一种重要的农业管理方法,其长期实施对土壤健康和生产力具有深远影响。本文从土壤养分循环、土壤微生物群落、土壤结构和土壤抗病性等方面探讨了农作物轮作制度对土壤的影响。研究表明,适当的农作物轮作可以增加土壤有机质含量、改善土壤结构,促进土壤中有益微生物的繁殖,减少土壤病虫害的发生,从而提高土壤的健康状况和生产力。然而,不合理的轮作方式可能导致土壤养分失衡、土壤侵蚀等问题,对土壤健康造成负面影响。因此,科学合理的农作物轮作制度对于维护土壤健康和提高农业生产力具有重要意义。综上所述,农作物轮作制度对土壤健康和生产力具有重要且长远的积极影响,值得深入研究与推广应用。

火烧强度对西南亚热带林地土壤理化性质的影响

为阐明火烧强度对西南亚热带山地森林土壤理化性质的影响,本研究通过采集和分析四川西昌“3·30”火烧迹地不同火烧程度(未过火、低度、中度和重度)的土壤,发现重度火烧极显著增加了土壤容重;火烧显著增加了土壤速效磷和速效钾含量,显著降低了土壤全氮和碱解氮含量,但是对土壤pH值、有机碳、全钙、全镁、全钾和全磷含量无显著影响。通过对比分析火烧对不同纬度林地土壤理化性质的影响,发现火烧对亚热带地区森林土壤的影响与北方存在差异,主要表现为火烧后进入土壤的碱基离子和未完全燃烧的有机物相对较少,导致有机碳、全钙、全镁和全钾含量的变化不显著,而高温导致碱解氮含量显著降低。本文的结果不仅凸显了林火对不同气候条件下森林土壤性质影响的差异,而且可为亚热带地区火烧迹地植被恢复过程中的养分管理提供科学依据。

半干旱草地土壤团聚体氮磷转化相关酶活性对氮添加的响应

日益加剧的大气氮沉降对土壤养分循环过程产生了深刻影响,土壤养分转化相关酶是其关键调控途径,而土壤不同粒级团聚体结构和环境差异导致其中酶活性介导的养分转换过程可能不同。但目前对半干旱区土壤团聚体水平养分转化相关酶活性对氮沉降的响应还不清楚。基于黄土高原自然草地持续3年的野外氮添加控制试验,分析不同氮添加水平下土壤不同粒级团聚体中的基础理化性质、氮(亮氨酸氨基肽酶LAP和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶NAG)和磷转化相关的酶(磷酸单酯酶PME、磷酸二酯酶PDE和植酸酶phyA)活性及酶计量比,探索氮添加对团聚体酶活性的影响。结果表明:(1)氮添加导致了不同粒级团聚体中pH显著降低;高氮添加引起土壤团聚体有机碳、全氮、硝态氮、C∶P和N∶P升高;(2)随氮添加浓度增加,不同粒级团聚体中PME、PDE和phyA活性先降低后升高,而LAP、NAG和酶活性氮磷比均逐渐升高;团聚体酶活性总体表现为小团聚体(<0.25 mm)>中团聚体(0.25—2 mm)>大团聚体(>2 mm);(3)在中和大团聚体中氮添加通过影响土壤N相关养分调控P转化相关酶活性。总之,氮添加通过改变团聚体养分及其计量比、pH等影响氮、磷转化相关酶活性。

2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物回收量月动态数据集

中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“策勒站”)地处塔里木盆地南缘,南依昆仑山,北临我国最大的塔克拉玛干沙漠。具有植被群落简单,土壤有机质积累缓慢等特点。凋落物是该区域重要的养分来源。基于对策勒站荒漠植物群落的长期定位观测,通过对不同植物凋落物器官(枝、叶、果)分组,本文整理统计得到2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物的回收量月动态数据,同时记载了观测场群落以及土壤养分的年度变化情况。数据的产生严格遵照CERN生物观测规范执行,数据的审核及质量控制由台站与分中心质控人员共同完成。本数据集以期为深入研究塔里木盆地南部荒漠草地凋落物动态变化提供基础数据,为了解和评估极端干旱荒漠生态系统养分循环过程提供理论支撑。

生态恢复视角下的退化森林培育实践

本研究以生态恢复为视角,对当前我国各地面临的林业问题,特别是森林退化问题进行了深入研究。回顾了退化森林的发展历程,探讨了其主要影响因素,并从理论与实践两方面对生态恢复策略进行了细致分析。首先,本文通过调查与实地考察,识别了导致森林退化的主要因素包括过度采伐、不当农业活动以及气候变化等。然后,从理论上,我们明确了土壤养分循环、水源涵养和生物多样性维持等方面的关键生态功能,并阐明了森林退化对这些功能的负面影响。从实践者角度,我们提出并阐述了一套综合采用人工植树、自然演替、植被覆盖和保护区建设等措施的生态恢复策略。实践证明,这些措施有利于增强森林系统生态功能,改善土壤状况,提升森林系统稳定性和生态服务功能。通过本研究,我们希望提供一种科学的、系统性的方法,为实现我国退化林地的全面生态恢复提供参考,为维护森林生态系统稳定和生物多样性保护提供科学依据。

世界桉树林土壤微生物研究综述

土壤微生物主要通过参与养分元素循环和能量流动等过程来影响桉树生长发育,在提高土壤肥力和生产力方面扮演着重要角色。桉树作为世界三大速生树种之一,种类多,抗逆性强,适应性广。由于生态系统的复杂性和土壤微生物学研究技术手段的限制,桉树林土壤微生物多样性和功能的研究较少,当前对桉树林土壤微生物群落特征的研究大多处于初级阶段。本研究系统综述了不同经营方式、林分类型和林分年龄条件下桉树林土壤微生物群落特征的变化规律及研究进展。与桉树天然林相比,桉树人工林土壤微生物数量一般较少。与桉树人工纯林相比,桉树混交林能提高土壤微生物数量、多样性和活性。桉树林土壤微生物数量一般随林龄的增长而增加,而外生菌根真菌与内生菌根真菌多样性随林龄的增长而下降。分析了土壤微生物参与桉树林土壤养分元素循环和重金属污染修复的作用机制,并对桉树林土壤微生物研究和分析方法及其应用进行了展望。可为维持桉树林土壤健康、促进林业绿色可持续发展提供科学指导。

土壤团聚体有机碳研究进展

土壤有机碳是衡量土壤肥力的重要指标,对于促进土壤养分循环、增加养分有效性有重要作用。土壤团聚体是土壤的重要组成部分,是组成土壤结构的最小单元,受到自然因素和人为因素的影响,其形成转化过程与土壤固碳过程息息相关,因而研究团聚体和有机碳的关系及团聚体有机碳影响因素对于土壤结构的改善和土壤质量的提升具有重要意义。本文通过对文献的总结,明晰了土壤团聚体和有机碳的关系,阐述了土壤类型、施肥方式、土地利用和矿区复垦对土壤团聚体有机碳的影响,并从生物质炭的长期定位研究和复垦矿区的土壤修复两方面对土壤团聚体有机碳的研究进行展望,研究结果可为合理的农业生产提供科学依据。

有机物料在果园生态系统中的应用及其环境效应:研究现状与展望

外源有机物料添加已成为改善果园土壤结构、提升土壤肥力和果实品质的重要途径。有机物料来源广泛且成分复杂,类型、用量及施用方式的改变显著影响其在果园生态系统中的应用效果及伴随的环境效应特征。本文系统总结了有机物料的来源与性质及其对果树生长发育、土壤物理结构、土壤养分循环及生物学性状的影响,重点关注了有机物料添加下果园温室气体排放、重金属及新型污染物(持久性有机污染物、抗生素及微塑料)积累与转化特征。有机物料施用对果园生态系统产生的主要影响为:1)有机物料的合理施用能有效改善土壤物理结构、理化性质及生物活性,增强土壤保肥供肥能力,为果树生长发育创造良好条件,提高产量和果实品质;2)有机物料类型、用量及施用方式显著影响果园土壤碳氮底物浓度、相关酶及微生物活性,进而改变土壤养分元素循环及N_(2)O排放特征;3)有机物料自身成分与结构组成、土壤性质及功能微生物共同影响果园土壤重金属与新型污染物的积累、迁移与转化。有机物料施用产生的环境效应存在不确定性,其关联的果园土壤复合污染物的形成及影响机制复杂,值得深入关注,同时果园有机物料添加与环境效应变化过程的内在关联与作用机制仍需进一步研究。本文最后展望了未来果园生态系统中有机物料添加与环境效应关系研究的重要方向。

外来入侵植物与地下生态系统相互影响的研究进展

生物入侵已成为世界性的生态、经济问题,是人类当前面临的巨大挑战。作为入侵生物中一个重要组分的外来入侵植物,其入侵不仅改变了入侵地地上植物群落的多样性,而且对入侵地的地下生态系统也产生了深刻影响。国内外的生态学家对于外来植物的入侵虽已提出多个机制假说,但真正机理还未明确。近年来兴起的外来入侵植物与入侵地土壤生态过程相互影响的研究为外来植物入侵机理的揭示提供了新思路。从两个方面综述了近年来对外来入侵植物与入侵地地下生态系统相互作用的研究结果:(1)入侵植物与入侵地土壤微生物的相互影响:外来入侵植物可通过破坏土著植物与土壤微生物间的共生关系、分泌化感物质影响入侵地微生物群落结构和功能、逃避原产地土传天敌、改变入侵地的微生物群落结构进而间接改变土壤养分循环等途径实现入侵;(2)入侵植物与入侵地土壤养分的相互影响:主要是入侵植物与入侵地土壤氮、磷、钾等几种大量元素及其他元素之间的相互作用。在综述国内外研究的基础上,探讨了外来入侵植物入侵机理研究中存在的问题及未来的研究方向,以期为外来植物入侵的预防、控制与生境恢复提供依据。

同位素示踪技术与转基因植物生态风险性评价研究

综述了外源基因及其表达产物在农业生态环境中的行为与归宿以及T DNA在土壤中的持留及其向土壤细菌水平转移的可能性等方面的国内外研究进展 ,探讨了同位素示踪技术应用于转基因表达产物的环境行为与归趋、转基因植物中T DNA向土壤细菌水平转移的可能性、转基因植物根系分泌物的组成和根际土壤养分循环规律以及转基因植物对有毒重金属和农药等典型污染物超积累的可能性等研究的优势所在。

微塑料对农田生态系统的影响:研究现状与展望

近年来,微塑料污染成为全球关注的热点问题。在农田生态系统中地膜覆盖、灌溉用水、有机肥施用等措施在提升作物产量的同时,都会导致塑料残留。因耕作和紫外线辐射,残留塑料逐步破碎降解,形成微塑料(直径<5 mm),进入土壤、作物与食物链系统,威胁生态系统健康。本文系统总结了农田微塑料的来源、丰度、迁移特点和检测方法,重点关注了微塑料在农田生态系统中对作物生长发育、微生物活性、土壤养分循环及温室气体排放等方面的影响。微塑料对作物-土壤-微生物系统产生的主要影响为:1)微塑料含有的毒性添加剂(即增塑剂)与携带的有害物质(如有机污染物、重金属和病原体)随塑料颗粒在土壤中迁移,可改变土壤理化性质,并为微生物提供新生态栖息地,对作物生长、土壤酶和微生物活性造成影响;2)微塑料含有大量碳(通常约为90%),影响其他元素(如氮和磷)循环,进而影响微生物活性。土壤性质改变也间接影响CO_(2)、N_(2)O和CH4形成。由于聚合物类型、大小、形状和浓度的高度可变性,微塑料对作物生产和土壤生物地球化学过程的影响及其机制有待深入探究。本文还展望了未来农田生态系统微塑料的研究方向和重点。

青藏高原东缘高寒灌丛根系分泌物碳氮输入对增温的响应

根系分泌物是植物根系向土壤输入有机碳和养分的重要途径之一,深刻影响着根际土壤碳和养分循环过程。环境温度变化可通过改变植物初级生产力和根系性状等直接或间接地影响根系分泌过程,但其具体机制仍缺乏必要关注。为了揭示气候变暖对高寒灌丛根系碳、氮分泌过程的影响,以青藏高原东缘典型的高寒灌丛类型-窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛为研究对象,设置OTC(Open top chamber)增温试验,采用根系分泌物原位连续动态收集技术,分析了窄叶鲜卑花根系分泌物碳、氮输入速率与通量对土壤增温(+1.3℃)的响应。结果表明:窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物碳、氮输入速率具有明显的季节差异,生长季中期根系分泌物碳、氮输入速率显著高于生长季初期和末期。整个生长季,对照处理根系分泌物碳、氮输入速率分别为0.55-0.74mg·g-^1·d-^1和0.05-0.08mg·g-^1·d-^1,增温分别使根系分泌物碳、氮输入速率显著增加了14.0%-69.1%和15.3%-70.2%。对照组根系分泌物碳、氮输入通量分别为26.94 g·m^–2和3.03 g·m^–2,增温分别使根系分泌物碳、氮输入通量显著增加了57.2%和46.9%。进一步分析表明,增温使根系分泌物碳、氮输入通量的增加主要归因于根系分泌物碳、氮输入速率和细根生物量显著提高。这些结果表明,气候变暖将促进青藏高原东缘高寒灌丛根系碳、氮分泌过程,提高根系分泌物碳、氮输入通量,进而加速该区域根际土壤碳和养分循环过程。

氮磷添加对考来木光合特性和叶绿素荧光的影响

通过在土壤中添加12个梯度的氮(N)、磷(P)试验,研究氮、磷添加对考来木光合生理参数和叶绿素荧光参数的影响。结果如下表明,(1)单施P肥,考来木叶片叶绿素含量、净光合速率及荧光最大光化学效率F v/F m值等光合生产力指标整体上随着施P量的增加而下降,初始荧光Fo、非光化学淬灭系数NPQ等光能耗散指标则整体上随着施P量的增加而增加;(2)单施N肥,考来木叶片光合生产力指标大致随着施N量的增加而增加,光能耗散指标则大致随施N量的增加而降低;当施N量达到247.9 mg/kg后,光合生产力大致随着施N量的增加而下降,光能耗散指标大致随着施N量增加而上升;(3)同时增施N、P肥,施P效果大致随着施N量的增大而提高,而施N效果大致随着施P量的增大而先升后降,其中低N高P和低P高N处理均降低了考来木的光能利用率。在N2P1施肥组合下,考来木的光合生产力最高。上述结果表明,考来木对P反应敏感且需求量低,在低N土壤中增施P肥可降低考来木的光合生产力;若N、P肥同时增施,不仅可提高考来木叶片的光合生产力,且N、P肥可相互增效。研究探明了土壤N、P对考来木光能利用率的影响,为土壤-植物养分循环理论的丰富与发展贡献了微薄的力量,同时为考来木的栽培管理提供了理论依据。

高原鼠兔影响高寒草甸生态系统服务价值的评价方法

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)干扰与高寒草甸生态系统服务价值的关系,是全面评价高原鼠兔在高寒草甸生态系统中地位和角色的途径之一。本研究采用单位面积价值当量因子法和单位服务功能价格法,同步评价了高原鼠兔干扰对青藏高原高寒草甸家畜食物生产、水源涵养、碳固持、土壤养分物质循环和物种多样性维持等服务价值的影响,以确定适宜高原鼠兔影响高寒草甸生态系统服务价值的评价方法。两种方法评价结果均表现为高原鼠兔干扰降低了家畜食物生产和水源涵养价值;采用单位面积价值当量因子法时高原鼠兔干扰降低了碳固持、土壤养分物质循环和物种多样性维持的价值,而采用单位服务功能价格法时则表现为高原鼠兔干扰增加了碳固持、土壤养分物质循环和物种多样性维持的价值,说明两种方法评价高原鼠兔干扰与高寒草甸生态服务价值影响时既有趋同性,又有分异性。相比,单位服务功能价格法能够更好地评价高原鼠兔干扰对高寒草甸生态系统服务价值的影响。

Application of the Nutrient Cycling Model NuCM to a Forest Monitoring Site Exposed to Acidic Precipitation in China

The nutrient cycling model NuCM is one of the most detailed models for simulating processes that influence nutrient cycling in forest ecosystems. A field study was conducted at Tieshanping, a Masson pine (Pinus massoniana Lamb.) forest site, in Chongqing, China, to monitor the impacts of acidic precipitation on nutrient cycling. NuCM simulations were compared with observed data from the study site. The model produced an approximate fit with the observed data. It simulated the mean annual soil solution concentrations in the two simulation years, whereas it sometimes failed to reproduce seasonal variation. Even though some of the parameters required by model running were measured in the field, some others were still highly uncertain and the uncertainties were analyzed. Some of the uncertain parameters necessary for model running should be measured and calibrated to produce a better fit between modeled results and field data.

“十四五”加强土壤肥力研究至关重要

土壤肥力与土壤养分循环分支学科是土壤学科中应用性较强的学科,其悠久的发展历史积累了极为丰富的文献资料,在评价和利用土壤资源,提高作物产量和养分利用率,减少环境污染方面发挥着重要作用。南京师范大学地理科学学院蔡祖聪教授在《浅谈"十四五"土壤肥力与土壤养分循环分支学科发展战略》一文中写到:"十四五"期间土壤肥力与土壤养分循环分支学科应加强土壤养分转化过程、速率、产物及其影响因素的基础性研究。