微生物关键种影响植物残体还田条件下木质素酚浓度——基于30年长期有机培肥试验

探究不同植物残体还田条件下微生物关键种如何影响木质素酚的浓度(木质素酚与土壤有机碳的比值),旨在为不同有机物料还田培肥土壤提供理论和技术依据。本研究以河西绿洲灌区的灌漠土作为研究对象,开展了30 a以施加绿肥(GM)、小麦秸秆(SW)、氮肥(N)、绿肥配施氮肥(GMN)、小麦秸秆配施氮肥(SWN)以及不施肥(CK) 6种不同施肥处理的培肥试验。结果表明:GM和SW处理的土壤有机碳含量显著高于其他处理;有小麦秸秆参与还田的处理显著提高了总木质素酚浓度以及3种木质素酚类单体的浓度,其中总木质素酚浓度在SW处理中分别比CK、GM、N、GMN和SWN处理高了109%、122%、115%、164%和57%;对比不施肥和施化肥处理,植物残体还田显著提高了微生物关键种F3(盘菌纲,Pezizomycetes)、F26(被孢霉菌纲,Mortierellomycetes)、F173(粪壳菌纲,Sordariomycetes)、B74(阿尔法变形菌纲,Alphaproteobacteria)和B87(放线菌纲,Actinobacteria)的相对丰度。本研究共鉴定出15个关键种,其中关键种B831(属阿尔法变形菌纲)与木质素酚浓度呈显著的正相关关系,并且在SW处理下显著富集。本研究为农业生态系统不同培肥方式下微生物关键种如何影响植物衍生的木质素酚提供了科学参考,为深入了解植物残体还田对土壤有机碳周转的影响提供了理论依据。

桂北土壤肥力质量对尾叶桉人工林连栽连作的响应

以桂北尾叶按三代连栽连作人工林为研究对象,分析20项土壤理化性质差异,筛选出尾叶按林地土壤肥力质量评价最小数据集,并对土壤肥力进行质量评价。结果表明:第三代尾叶按人工林大部分土壤理化指标比第一、第二代林土壤显著降低,其中第三代林土壤持水量、毛管孔隙度、有机质、全磷、有效磷、速效钾、有效元素含量显著低于第一代林、第二代林。基于主成分分析及皮尔逊相关性分析筛选出毛管孔隙度、有机质、全磷、有效磷、速效钾、有效硼、有效钙和有效锌含量,建成反映桉树人工林土壤肥力质量的最小数据集。评价发现,三代连栽尾叶按人工林土壤肥力为第二代(0.785)>第一代(0.642)>第三代林(0.566),土壤肥力质量先增加后降低,尾叶按连栽两代之后土壤理化性质显著退化。因此,建议在第二代林采伐后要及时补充因连栽下降的元素,以达到桉树速生丰产的目的。

立地因子影响桉树人工林土壤质量及材积量的机制

【目的】桉树是重要的用材林树种,因其速生的优点在巴西、印度等地被大面积人工种植。根据前人对其他用材林的研究表明林木的生长不仅受土壤理化性质的影响,立地因子的影响同样也是十分显著的。然而,目前对桉树人工林的研究主要集中在土壤物理、化学或生物学性质的研究,鲜有学者探讨立地因子对其的影响。立地因子如何影响桉树人工林的土壤质量及其材积量尚不明确。本文旨在了解立地因子对桉树人工林土壤质量和材积量的影响。【方法】在中国桉树主产区广西的3个主要桉树种植区设置108个样地,以降水量、海拔、坡向、坡度4个立地因子为变量,测定30个土壤理化生指标用以评价土壤质量(SQI),最后结合冗余分析、随机森林模型和结构方程模型对立地因子、SQI及材积量之间的关系进行分析,探究最优的立地条件及立地因子影响桉树人工林土壤质量和材积量的机制。【结果】海拔和坡度是影响土壤特性的主要立地因子。随着海拔和坡度的增大SQI与材积显著降低。而降水量只表现出与SQI的显著负相关关系。南坡向的SQI和材积均显著高于其他坡向。海拔和坡度主要是通过对土壤物理性质的饱和持水量,化学性质的全磷和生物特性的微生物生物量磷的显著负向影响从而对SQI和材积产生间接的负向影响。【结论】低海拔,低坡度,南坡向的立地因子条件有利于桉树人工林的可持续经营。

桉树人工林土壤细菌群落对不同免炼山林地更新模式的季节动态响应

【目的】桉树人工林单一树种多代连栽的炼山经营模式对土壤质量及其生态环境产生剧烈扰动,已引起社会的广泛关注,而采用免炼山造林这种模式是解决上述问题的重要可能措施之一,然而在免炼山造林模式下,作为土壤生态环境重要组成部分的土壤微生物群落如何响应,仍知之甚少。【方法】以连续经营15年的3代人工林更新迹地为研究对象,分析不同免炼山造林模式下土壤细菌群落结构和功能的季节动态响应。研究对象为3种不同采伐剩余物保留措施的随机区组试验:移除采伐剩余物、平铺采伐剩余物、将采伐剩余物带状堆放,并以采伐前的第3代桉树人工林为对照,结合4个季节对土壤化学性质指标研究,并基于测序结果预测土壤微生物潜在功能差异。【结果】林地更新后3种处理的化学性质均呈现相比于采伐前先下降后随时间恢复趋势,且恢复速度快慢上依次是平铺>带状堆放>移除。3种采伐剩余物处理方式均在秋冬季相比于采伐前降低了细菌群落的丰富度和均匀度并增加了多样性,其中移除处理的变化幅度最大。不同采伐剩余物处理方式和季节一起显著地改变了门水平上的细菌群落组成,且本研究发现Proteobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi和Acidobacteria 4种菌门均易受到季节变化的影响。潜在功能预测分析表明,土壤中的细菌群落确实会受到林地更新的影响而激活,并且会随着季节变化出现能量的释放使用和储存维持的现象。Heatmap分析说明了氮含量变化和土壤细菌群落丰度变化存在重要联系。【结论】3种免炼山林地更新模式和季节均会对土壤化学性质和微生物群落环境产生影响,其中移除处理导致的化学性质恢复速度最慢,对微生物群落的扰动最大,而采用平铺采伐剩余物处理方式是三者中相对更优的选择。在季节方面,结果表明,土壤细菌群落中某些菌门和功能基因对季节的变化产生动态响应,这一发现有助于更好地了解自然季节和采伐剩余物管理如何差异影响桉树人工林的土壤微生物生态。