基于^(31)P核磁共振探究退化高寒湿地土壤磷素演变特征及影响因素

探明高寒湿地不同退化程度土壤磷素组成特征及其形态演变的驱动机制对于湿地生态恢复过程中养分和碳汇的科学管理具有重要意义。以若尔盖自然保护区内相对原生沼泽(RPM)、轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)为对象,采用液相31P核磁共振波谱技术、分段式结构方程模型研究了高寒湿地退化过程中土壤磷素演变特征及主要影响因素。结果表明,高寒湿地退化导致植物群落组成由湿生向中生演替,土壤有机质与氮含量降低。正磷酸盐和磷酸单酯含量随湿地退化呈先增加后降低的趋势,其中正磷酸盐在HDM中相较于RPM降低46.45%,磷酸单酯在LDM、MDM和HDM中相较于RPM分别增加27.02%、54.96%和41.74%;焦磷酸盐和磷酸二酯含量随湿地退化逐渐降低。分段式结构方程模型的拟合结果显示,植被生物量、土壤养分和微生物活性是影响湿地土壤磷素演变的主要因素,其中微生物活性是正磷酸盐、焦磷酸盐和磷酸二酯的正向影响因子,是磷酸单酯的负向影响因子,植物生物量是正磷酸盐和磷酸二酯的正向影响因子,土壤养分虽对各形态磷没有直接影响,但可通过调控微生物活性间接影响焦磷酸盐和磷酸二酯含量。综上所述,湿地退化通过改变植物群落组成、降低土壤养分含量和微生物活性,促进了土壤磷酸二酯分解;重度退化湿地土壤磷有效性因磷酸单酯矿化能力减弱、正磷酸盐含量降低而减小。

基于^(31)P NMR的自然成土过程中有机磷组分演变特征及影响因素研究进展

土壤有机磷(P_(o))是土壤中重要的磷库,其形态、含量与生物有效性随成土过程而发生变化,进而影响土壤磷素供应、养分平衡及生态系统生产力。然而,与土壤无机磷(P_(i))相比,以往的研究对P_(o)的重视不够,这主要是由于土壤中P_(o)的提取、分析和鉴定方法难于P_(i)。近年来,随着液相^(31)P核磁共振(^(31) P NMR)波谱技术在土壤学领域的应用,为定量分析土壤P_(o)组分及含量提供了新的技术手段,同时为更好地理解生态系统演化过程中不同形态P_(o)的转化特征奠定了基础。本文主要总结了土壤P_(o)的种类和性质,介绍了液相^(31)P NMR分析土壤P_(o)的原理和方法,在此基础上综述了自然成土过程中不同形态P_(o)的转化特征及其影响因素,并指出了需进一步研究的方向和关键科学问题:包括量化成土过程中不同形态P_(o)转化速率、途径与环境阈值,阐明不同发育阶段土壤P_(o)与C、N等养分之间的耦合关系及其固释机理,构建不同类型土壤P_(o)演化模型。回答上述问题有助于更好地理解地球关键带磷素生物地球化学循环,为不同发育阶段土壤养分管理与调控及土壤资源可持续利用提供理论依据。

施肥方式对土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

基于长期田间定位试验,采用田间采样与数理统计法研究不同施肥方式对紫色土活性有机碳及碳库管理指数(CPMI)的影响。施肥方式包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、化学氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(OM)、有机肥配施化学氮磷钾肥(OMNPK)和秸秆还田配施化学氮磷钾肥(RSDNPK)。结果显示,施肥的各处理均能够提高土壤有机碳及其活性组分含量,以OM和RSDNPK处理的提升效果最佳。相比CK,OM处理的土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(PXOC)、微生物量碳(MBC)、溶解性有机碳(DOC)含量分别提高91.4%、109.2%、57.5%、35.1%,RSDNPK处理的TOC、PXOC、MBC、DOC含量分别提高142.8%、95.4%、70.8%、46.2%。土壤PXOC、MBC、DOC占TOC的比例(分配比例)分别为36.18%~49.13%、1.64%~2.58%、0.57%~0.94%,其中,PXOC和MBC的分配比例在RSDNPK处理中较CK显著(P<0.05)降低,而DOC的分配比例在各处理间无显著差异。OM和RSDNPK处理的CPMI显著(P<0.05)高于N和NPK处理。土壤PXOC、MBC含量与氮磷养分之间,以及CMPI与MBC、PXOC、TN、AN、AP均呈现显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关性。研究结果说明,有机肥或秸秆还田配施氮磷钾化肥能够提高耕层土壤有机碳储量,改善土壤质量,PXOC与CPMI可用作表征土壤质量变化的敏感指标。

海南岛北部玄武岩区土壤母质均一性及相对年龄判定

【目的】时间序列法是定量研究土壤发生过程、演变速率及其变化阈值的重要手段,构建可靠的土壤时间序列需对土壤母质均一性和相对年龄进行判定。【方法】以海南岛北部不同喷发期玄武岩发育土壤所构成的成土时间序列(0.09、0.146、0.64、1.12、1.81、2.30 Ma B. P.)为对象,利用各种土壤属性参数(包括剖面形态、颗粒组成、稳定元素含量、风化发育指数和元素变化率等)对该时间序列母质均一性和土壤相对年龄进行判定。【结果】各剖面颜色、质地、结构等形态总体呈均一、渐变的特征,去除黏粒后的粗粉粒含量、稳定元素Ti/Zr比值在剖面内和剖面间变化均较小,表明时间序列土壤的起源母质相同。随着成土年龄的增加,黏粒含量和剖面发育指数呈线性增加的趋势,土壤风化强度指标(B指数、CIW指数、CIA指数和ba值)服从对数函数变化规律,在土壤相对年龄的判定中具有较好的指示意义。【结论】研究区土壤母质来源相同,土壤相对年龄可通过相关土壤属性体现出来,为定量研究土壤发生阈值奠定了基础。

土壤活性有机碳及碳库管理指数对高寒湿地退化的响应

探明高寒湿地土壤活性有机碳及碳库管理指数变化与湿地退化的关系,对退化湿地生态恢复具有重要意义。以若尔盖湿地自然保护区的相对原生沼泽(RPM)、轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)和极重度退化沼泽(SDM)湿地土壤为对象,研究土壤总有机碳、活性有机碳组分含量及碳库管理指数对高寒湿地退化的响应。结果表明:0~100 cm范围内土层总有机碳(TOC)含量表现为RPM>LDM>MDM>HDM>SDM;与RPM相比,各退化湿地土壤的水溶性有机碳(WSOC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(PXOC)含量均降低,尤以MDM、HDM和SDM降低显著,其WSOC、DOC和PXOC含量的降幅分别为25.79%~76.76%、35.90%~92.81%、32.07%~80.06%。随着湿地退化程度的加剧,3种活性有机碳的分配比例逐渐增加,碳库管理指数却逐渐减小。由此可见,高寒湿地退化可能会通过增加湿地土壤有机碳活性,降低土壤碳"汇"能力和湿地土壤质量。