典型黑土区坡面侵蚀-沉积对土壤微生物养分限制的影响

在典型黑土区黑龙江省克山县选取开垦百年坡耕地,采用^(210)Pb_(ex)示踪技术估算坡面侵蚀-沉积速率,并划分土壤侵蚀强度等级[包括沉积(DS)、轻度侵蚀(LE)、中度侵蚀(ME)、强烈侵蚀(IE)和极强烈侵蚀(SE)],对比不同土壤侵蚀强度等级下土壤碳氮磷含量、微生物生物量和酶活性的差异,通过酶计量矢量模型量化土壤微生物养分限制对土壤侵蚀-沉积的响应.结果表明:坡耕地土壤侵蚀-沉积速率变化于-782.7~10914.5t/(km^(2)·a)之间,其平均侵蚀速率为3507.6t/(km^(2)·a);土壤LE和ME主要发生在坡上部和沉积部位周围,IE和SE主要发生在坡中部,而DS主要位于坡脚.土壤碳氮磷含量和微生物生物量总体随土壤侵蚀强度等级增加而降低.土壤碳获取酶活性(BG+CBH)和氮获取酶活性(NAG+LAP)在坡面DS部位最高;而土壤磷获取酶活性(ACP)在坡面SE部位最高.酶计量矢量模型表明土壤微生物受到相对碳和磷限制;土壤微生物相对碳限制随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性下降趋势,而土壤微生物相对磷限制则随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性增加趋势,表明土壤微生物受到土壤磷素的限制作用相对突出.土壤养分含量和微生物生物量解释了坡面不同土壤侵蚀强度等级下土壤酶活性和微生物养分限制变化的60.1%,其中土壤有机碳(SOC)含量在条件效应下的解释度最高,其解释度为17.4%.总之,土壤侵蚀-沉积对土壤质量的影响是土壤性质和微生物养分限制共同作用的结果.

不同有机物料还田对白浆土土壤化学计量特征及胞外酶活性的影响

为探究不同有机物料还田对白浆土土壤化学计量特征及胞外酶活性的影响,在东北白浆土地区开展2 a定位试验,设置常规耕作对照(CK,无秸秆无有机肥添加)、秸秆还田(S)、有机肥还田(M)和秸秆搭配有机肥还田(SM)共4个处理。结果表明,与CK相比,施用有机物料均可增加土壤有机碳、全氮和全磷含量,分别增加1.81%~6.91%、1.54%~7.48%和2.04%~7.26%,但对土壤C∶N、C∶P、N∶P无显著影响。施用有机物料均可显著增加土壤碳、氮、磷获取酶的活性,其中土壤氮获取酶活性的增加最为显著,增幅为60.03%~131.15%,且有机肥还田和秸秆搭配有机肥还田对3种土壤获取酶的提升效果优于秸秆还田处理。胞外酶化学计量散点图结果表明,土壤微生物群落受碳和磷的共同限制,而有机物料的投入可缓解这种限制;基于随机森林分析发现,土壤有效磷、碱解氮、微生物生物量碳、微生物量氮和微生物量磷是影响土壤微生物碳和磷限制指标的重要因素。

热带-亚热带森林不同植被类型的土壤酶活性及化学计量特征

土壤酶及其生态化学计量比反映土壤微生物活性和对土壤养分供应的需求.为揭示土壤微生物胞外酶在不同植被类型和研究区域间的变化特征和主要影响因素,以热带(尖峰岭)和亚热带气候区(戴云山和九连山)混交林(落叶阔叶混交或针阔混交)和阔叶常绿林土壤为研究对象,分析与C、N和P元素循环有关的土壤酶活性(BG:β-葡萄糖苷酶;NAG:β-N-乙酰葡糖胺糖苷酶;LAP:亮氨酸氨基肽酶;AP:酸性磷酸酶)及其化学计量比在各气候区和植被类型间的变化规律.结果显示:气候区和植被类型对土壤养分含量及其计量比具有显著的交互作用,在热带森林(尖峰岭)常绿季雨林土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)均高于混交林,在亚热带(九连山和戴云山)森林则相反;气候区和植被类型的交互作用对BG、NAG+LAP和AP酶均具有显著影响,BG酶和NAG+LAP酶在尖峰岭和戴云山混交林显著大于常绿阔叶林,在九连山则相反,AP酶在尖峰岭混交林显著大于常绿阔叶林,在九连山和戴云山则相反;森林碳、氮和磷获取酶的自然对数比率在热带、亚热带地区分别为1:0.70:1.71,1:0.82:1.61,表明存在总体磷限制,土壤BG:(NAG+LAP)在尖峰岭和九连山混交林显著大于常绿阔叶林,土壤BG:AP在尖峰岭和九连山常绿阔叶林显著大于混交林,土壤(NAG+LAP):AP在尖峰岭常绿阔叶林显著大于混交林,而在戴云山则相反;各气候区混交林酶向量长度大于常绿阔叶林,酶向量角度均大于45°,且向量角在尖峰岭和戴云山混交林小于常绿阔叶林,表明混交林微生物C限制普遍强于常绿阔叶林,而P限制则受气候区和植被类型的交互作用影响;BG:(NAG+LAP)与土壤C:N和N:P正相关,而(NAG+LAP):AP与SOC和TP正相关.本研究表明热带和亚热带森林土壤微生物普遍受磷限制,且不同植被类型间土壤SOC含量(底物供应)是微生物资源获取(酶活性及化学计量比)的主要影响因素.