天津咸化湿地土壤碳、氮特征对长期垦殖的响应

为了解长期垦殖(超过60 a)对湿地土壤碳、氮特征的影响,以天津2个咸化芦苇沼泽(七里海和大黄堡)和湿地开垦后的农田为样地,通过元素分析法对不同层级的土壤有机碳、全氮含量、碳氮比、层化比率进行分析.结果表明,垦殖前七里海和大黄堡沼泽表层土壤(0~5cm)的有机碳含量、全氮含量、碳氮比、层化比率均远远高于下层土壤,土层深度增加至5~10 cm时,4项指标数值急剧降低,随着土层深度的进一步增加,数值缓慢降低.垦殖后的农田表层土壤的4项指标值远低于沼泽表层土壤,随着土层深度的增加,4项指标在整个土壤剖面上呈缓慢下降趋势,同沼泽相同土层的数值相近.由此可见,湿地表层土壤作为土壤、大气与人类活动相互作用的关键层次,其碳、氮特征对长期垦殖的响应较深层土壤更加敏感.

不同硝化抑制剂对黑土N_(2)O的减排效果

【目的】施用硝化抑制剂是削减农田N_(2)O排放的有效措施,本文研究不同种类硝化抑制剂对土壤N_(2)O排放的影响,为选择高效硝化抑制剂以实现黑土N_(2)O减排提供科学依据。【方法】在黑龙江省东部典型旱作黑土区进行田间试验。设置6个处理:不施氮肥(N0),常规施氮(N_(2)00),减氮20%(N160),减氮20%分别配施硝化抑制剂双氰胺(N160+DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(N160+DMPP)和2-氯-6(三氯甲基)-吡啶(N160+CP)。测定全年土壤N_(2)O排放通量,同步测定土壤温度和含水量以及玉米生长季土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和可溶性有机碳(DOC)含量。【结果】施氮显著提高了土壤NH_(4)^(+)-N含量,且各施氮处理间差异不显著。施用硝化抑制剂处理降低了土壤NO_(3)^(-)-N含量,DCD和DMPP处理的NO_(3)^(-)-N含量接近N0水平。氮肥减施及其配合硝化抑制剂施用对土壤DOC含量影响较小。土壤N_(2)O排放主要发生在玉米生长季(5~10月),占全年N_(2)O排放总量的79%~95%。DCD和DMPP显著降低N_(2)O排放高峰的峰值和频次。N_(2)00处理土壤N_(2)O年累积排放量为3.83 kg/hm^(2),显著高于N0处理的0.76 kg/hm^(2);与N_(2)00相比,减氮20%的N160处理N_(2)O年累积排放量降低了31%(2.65 kg/hm^(2));N160+DCD和N160+DMPP进一步将N_(2)O年排放量降至0.98和1.34 kg/hm^(2),减排效率为63%和49%,而N160+CP的减排效果不明显(2.58 kg/hm^(2))。N160+DCD和N160+DMPP处理N_(2)O排放系数分别为0.14%和0.36%,显著低于其他处理(1.14%~1.53%)。施氮显著增加玉米产量,但是N_(2)00和N160处理单位产量N_(2)O排放强度比N0处理分别增加3.5和2.1倍,而N160+DCD和N160+DMPP处理的单位产量N_(2)O排放强度可降至N0水平【结论】氮肥减施可显著降低旱作黑土N_(2)O排放,减氮配合施用硝化抑制剂DCD和DMPP能够进一步显著降低N_(2)O年排放量。不同硝化抑制剂减排效果差异显著,DCD的减排效率最高,DMPP次之,CP较差。硝化抑制剂施用不影响玉米产量,但DCD和DMPP可显著降低单位产量N_(2)O排放强度。因此,在东北旱作黑土区推荐施用硝化抑制剂尤其是DCD,以减少土壤N_(2)O排放,推动玉米种植业的可持续发展。

旱作黑土中不同种类有机肥的残留效应及对土壤CO_(2)排放的影响

施用有机肥对黑土肥力提升具有重要作用,但不同种类有机肥的固碳效果存在较大变异且内在机制尚不清楚。为探究不同有机肥的残留及其对土壤碳排放的影响,选取东北旱作黑土开展田间试验,设置仅施化肥对照(SNF)和施用牛粪(CRH)、羊粪(SHP)、鸡粪(CKN)、玉米淀粉渣(BCS)、秸秆(HRS)、菇渣(WMC)制成的有机肥,共7个处理。利用静态箱法监测全年土壤CO_(2)排放通量,同步测定环境因子和土壤活性碳、氮含量,并运用神经网络分析揭示有机组分特征对有机肥碳残留率的调控机制。结果表明:与SNF处理相比,有机肥处理使土壤溶解性有机碳(DOC)含量增加26.3%~103.5%,可浸提有机氮含量提高21.4%~150.0%,但是明显降低了土壤DOC的芳香度。土壤异养呼吸通量主要受土壤温度和DOC含量影响,且其温度敏感性在CKN处理显著降低。施用有机肥使土壤异养呼吸年累积量由对照的203 g·C·m^(-2)增至234~334 g·C·m^(-2),其中CKN和HRS处理最显著。黑土中不同有机肥处理周年碳残留率为CRH(91.2%)>WMC(82.9%)>BCS(82.6%)>SHP(78.1%)>CKN(70.2%)>HRS(69.3%),有机肥半纤维素含量和碳氮比是影响其碳残留率的关键因素,解释度分别为58.8%和32.9%。低碳氮比与低半纤维素、溶解性多酚含量使牛粪有机肥具有最高的碳残留率且不显著影响黑土异养呼吸。综上所述,施用牛粪有机肥更有助于实现旱作黑土有机碳的高效提升。

大兴安岭泥炭地植物叶片碳氮磷含量及其化学计量学特征

叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征为植物养分状况和元素限制性提供依据。为了解不同生活型植物叶片C、N、P化学计量特征的变化,该研究测定、分析了大兴安岭地区18个泥炭地常见的3种草本植物——白毛羊胡子草(Eriophorum vaginatum)、玉簪薹草(Carex globularis)、小叶章(Deyeuxia angustifolia), 5种落叶灌木——柴桦(Betula fruticosa)、越桔柳(Salix myrtilloides)、细叶沼柳(Salix rosmarinifolia)、笃斯越桔(Vaccinium uliginosum)、越桔(Vaccinium vitis-idaea)和3种常绿灌木——杜香(Ledum palustre)、地桂(Chamaedaphne calyculata)、头花杜鹃(Rhododendron capitatum)的叶片C、N、P含量。结果表明:(1)落叶和常绿灌木叶片C、N、P含量总体高于草本植物而C:N、C:P、N:P低于草本植物,说明不同生活型植物具有不同的养分利用策略,灌木叶片C、N、P储存高于草本植物而N、P利用效率低于草本植物;(2)小叶章和头花杜鹃叶片N:P小于10,同时其N含量小于全球植物叶片平均N含量,相比其他植物来说更易受N限制;(3)采样地点解释了叶片C、N、P指标变异的12.8%-40.8%,植物种类对叶片C、N、P指标变异的解释量占9.3%-25.5%;(4)草本植物C、N、P指标的地点间变异系数高于落叶和常绿灌木,草本植物C、N、P指标对地点因素变化的响应较灌木敏感;(5)草本植物N含量种间变异系数高于落叶和常绿灌木,落叶灌木P含量种间变异系数高于草本植物和常绿灌木,草本植物和落叶灌木N、P吸收的种间生理分化较常绿灌木高。

外来植物入侵对土壤氮有效性的影响

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异,探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合,发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加,增幅分别为(50±14)%、(60±24)%、(470±115)%、(69±25)%、(54±20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强,这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵;而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系;然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。