毛乌素沙地樟子松林植物-土壤生态化学计量特征演变关系

[目的]探究沙漠化土地植被恢复过程的植物与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的演变关系,可以深入认知樟子松固沙林植被恢复的机制。[方法]以榆林毛乌素沙地的半固定沙地为对照,分析了恢复25~56 a樟子松林下的物种多样性、樟子松植物组织(叶片、枯落物、细根)与土壤的C,N,P含量及其化学计量动态变化特征与交互作用。[结果](1)樟子松植物组织C,N,P平均含量表现为:叶片>枯落物>细根,碳氮磷化学计量比为:枯落物>细根>叶片。(2)与半固定沙地相比,植被恢复后樟子松植物组织和土壤中的C,N,P含量显著变化。从恢复25 a到56 a,枯落物和土壤C含量分别显著增加了14.9%和61.5%,N含量分别显著增加了55.0%和52.4%。(3)随着恢复年限增加,枯落物和细根的C∶N以及叶片和细根C∶P,N∶P均显著降低,叶片C∶N及枯落物C∶P,N∶P显著增加。(4)枯落物与土壤C含量,细根与土壤N,P含量及植物组织与土壤间C∶P均呈显著正相关关系。(5)植被恢复年限通过影响枯落物生物量和林下植被根量间接影响土壤C,N,P含量,且总效应最大。[结论]榆林沙区樟子松林植被恢复土壤C含量的增加与枯落物的输入密切相关,土壤N,P含量的增加主要与细根养分密切相关,C∶P是影响樟子松林地植物-土壤间养分交互的关键化学计量比。

固沙林恢复土壤酶化学计量特征与养分限制效应

[目的]探究土壤胞外酶及酶化学计量比对沙漠化土地植被恢复过程的响应特征及其养分限制效应,可深入揭示人工固沙林重建植被过程养分转化能力与机理。[方法]基于时空替代法,以榆林毛乌素沙区的半固定沙地为(0 a)对照、选择恢复25~56 a灌木与乔木固沙林时间序列样地,测定分析了0—10 cm和10—20 cm土层的胞外酶活性、酶生态化学计量的演变特征及其限制微生物养分需求效应。[结果]随着植被恢复年限增加,两种林地土壤β-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨肽酶(LAP)和碱性磷酸酶(AP)活性在不同土层均呈显著升高趋势。但酶活性的不均衡变化也显著改变了土壤酶化学计量特征,56 a植被恢复过程中,土壤酶C∶N,C∶P,N∶P呈增加趋势。土壤胞外酶化学计量比也表明植被恢复期间微生物生长受N限制显著增加,P限制并不明显,仅在乔木林恢复25 a时10—20 cm土层中出现P限制。[结论]固沙林植被恢复显著提升了土壤酶活性,增强了土壤碳氮代谢的能力,且在恢复过程中土壤微生物活动主要受到N养分的限制。

毛乌素沙地固沙林枯落物-土壤连续体生态化学计量特征

为揭示不同固沙林模式恢复过程中主要养分含量变化关系与差异特征。以榆林毛乌素沙区半固定沙地以及恢复25~56年的人工灌木和乔木林地为对象,测定和分析从枯落物层到腐殖质层,再到矿质土层碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比随恢复年限和连续体剖面的动态变化特征及相关关系。结果表明:不同恢复年限2种林地C、N、P含量及其化学计量均表现为枯落物层>腐殖质层>矿质土层。但随林地恢复年限延长,2种林地枯落物、腐殖质及矿质土层C含量均显著增加,到恢复56年时,分别比半固定沙地平均增加1.76,35.70,6.45倍;P含量在腐殖质层和矿质土层中显著增加,平均增幅分别为1.67,2.11倍;N含量仅在矿质土层显著增加,平均增幅为4.16倍。2种林地化学计量变化则表现为,随恢复年限延长,腐殖质层C∶N呈显著增加趋势,到恢复56年时,比半固定沙地平均增长18.6倍;N∶P只在灌木连续体中显著增加,C∶P未显著变化。相关分析表明,2种林地连续体各层间C含量均达到极显著正相关,矿质土层C与N、P之间也呈极显著正相关,腐殖质层C∶N、C∶P与矿质土层C∶P均呈极显著正相关。综上,榆林毛乌素沙地植被恢复过程中,枯落物—土壤连续体C含量为协同增长,N、P含量仅在矿质土层中增长明显,C∶P是连续体中相对平衡稳定的化学计量特征。

水土保持林恢复土壤可溶性碳氮组分动态与三维荧光特征分析

为探究水土保持林恢复过程中土壤可溶性碳氮含量变化及其有机组成特性,揭示水保林土壤固存可溶性有机质的效应及机制。选取了黄土丘陵区恢复12—45a的人工柠条、刺槐林以及撂荒地,分析了土壤可溶性碳氮含量及其三维荧光光谱特征与特性参数的动态变化。结果表明:随恢复年限的增加,3种植被土壤可溶性有机碳(DOC)、有机氮(DON)、无机氮(DIN)的含量均呈增加趋势,并且相同恢复年限下DOC、DON、DIN含量总体表现为撂荒<柠条<刺槐;但柠条和刺槐林土壤DOC:DON及二者占总有机碳、全氮比例并未持续增加,到恢复45a时DOC占总有机碳比例以及DOC:DON均以撂荒地最高,刺槐林最低,DON占全氮比例则表现相反。三维荧光结合平行因子分析得出所有样地土壤可溶性有机质(DOM)主要有大分子腐殖物质(C1)、低分子量类富里酸(C2)、类色氨酸(C3)及农业措施输入的腐殖物质(C4)4个组分,并且以C1组分占比最大,平均达37.4%。随恢复年限增加,3种植被土壤DOM中C3组分占比升高,C2和C4组分占比降低,C1组分占比在柠条和刺槐林中升高,在撂荒地中则降低。不同植被土壤可溶性有机质荧光指数(FI)、新鲜度指数(β:α)及自生源指数(BIX)差异不显著,分别为1.63、0.58、0.59;不同恢复年限撂荒地腐殖化指数(HIX)没有差异,但柠条和刺槐林显著高于撂荒且随恢复年限增加先增大后稳定。综上,水保林持续恢复可以显著提升土壤可溶性碳氮含量,也使土壤可溶有机质组成趋向复杂和相对稳定,利于累积固持,特别以刺槐林效应最明显。

不同配比复合材料对农田镉污染土壤的修复效果

通过盆栽试验研究了3种不同配比复合材料SC(石灰+有机复混肥以2∶3配施)、LS(硫酸亚铁+石灰以1∶1配施)和LB(硫酸亚铁+生物炭以1∶1、1∶2、1∶3、1∶4和1∶5配施)在不同添加量下对土壤Cd的生物有效性、小麦各部位Cd累积分布及产量的影响.结果表明:①添加3种复合材料均显著降低了土壤有效态Cd含量,降幅分别为50. 2%~81. 8%(SC)、29. 4%~48. 1%(LS)和18. 7%~42. 2%(LB);添加3种复合材料显著提高了土壤p H值,增幅分别为1. 37~2. 28(SC)、0. 41~0. 86(LS)和0. 14~0. 17(LB)个单位.②Cd在小麦各部位的累积分布规律为根>叶>茎>颖壳>籽粒,小麦各部位对Cd的转运能力表现为根>颖壳>茎叶.③与对照相比,添加0. 67%的SC显著增产56. 4%,添加0. 67%的LS显著增产51. 2%;添加复合材料LB可显著提高小麦产量,增幅为39. 6%~51. 2%.④相关分析表明,土壤p H值与土壤有效态Cd、小麦各部位Cd含量呈显著负相关关系;土壤有效态Cd含量与小麦各部位Cd含量呈显著正相关,相关系数分别为0. 711(籽粒)、0. 817(颖壳)、0. 593(茎)、0. 630(叶)和0. 622(根);同时,小麦各部位Cd含量之间也存在显著或极显著正相关关系.⑤综合比较,添加0. 93%的SC使土壤p H增幅最大为2. 28个单位;土壤有效态Cd含量降幅最大为81. 8%.因此,添加0. 93%的SC最适用于农田Cd污染土壤的修复治理.