土壤原生生物的生态功能及其影响因素

【目的】土壤原生生物是指土壤中除植物、动物和真菌以外的所有真核生物,具有明显的系统发育和功能多样性特征,是地下生态系统的关键组成部分之一。与原核生物(细菌与古菌)和真菌相比,原生生物在土壤食物网中的作用常被忽视。本文系统论述了土壤原生生物的多样性及其生态功能,并综述了土壤养分、水分、pH、温度、重金属、微塑料等因子对土壤原生生物的影响,旨在阐明原生生物对土壤养分转化、土壤食物网和植物健康的生态作用及对主要环境因子的响应。【进展】土壤原生生物的数量、大小与形态各异,且营养级类群多样性丰富,它们可作为光合藻类、微生物捕食者、植物与动物的寄生者,在土壤食物网中扮演重要角色。光合型原生生物除潜在提高土壤氧浓度外,对陆地生态系统的碳储存具有重要贡献。消费型原生生物可通过捕食改变微生物群落,推动土壤微生物环,抑制植物病害,并提高植物性能。寄生型原生生物常被认为对宿主具有负面效应,如改变动物多样性,并引起植物病害。然而,寄生型原生生物对推动养分(如磷)循环也有贡献,且对植物的叶际细菌具有生防功能。总的来看,原生生物推动了陆地生态系统物质循环与能量流动向更高营养级的转移,并在土壤食物网中占据中心位置,发挥着关键生态功能。【展望】未来可从原生生物多样性特征及其维持机制、原生生物与其他土壤微生物或动物(如蚯蚓、线虫等)的互作与代谢关系、原生生物对土壤食物网物质循环与能量流动的贡献及相关影响因素进行深入研究。此外,原生生物生防剂的资源开发与应用,将利于缓解土壤与植物农药残留,也对保障土壤健康及其可持续利用与发展具有重要意义。

添加生物炭和氮素对酸性土壤CO_(2)和N_(2)O排放的影响

为探索添加生物炭和氮素对土壤温室气体(Greenhouse gas,GHG)排放的影响,以贵州省酸性森林土壤为研究对象,通过15 d的室内培养试验检测不同生物炭水平(0、30和60 g/kg)、氮素水平(0和30 mg N/kg)和氮素类型(硝态氮和铵态氮)条件下土壤CO_(2)和N_(2)O浓度的动态变化。结果表明:添加生物炭使CO_(2)排放量增加了18.88%~129.44%,增加量随生物炭水平的增加而增加,且厌氧条件的增加量高于好氧。添加生物炭使厌氧条件下N_(2)O的累积浓度降低了99.97%~99.99%,而使好氧条件下增加了170.82%~252.14%。添加硝态氮和铵态氮分别使土壤CO_(2)累积浓度增加了21.25%和31.71%,N_(2)O累积浓度增加了24.29%和0.00%。同时添加生物炭和氮素对土壤CO_(2)和N_(2)O排放也有促进作用,但促进效果低于仅添加生物炭或仅添加氮素处理。厌氧条件添加生物炭使全球增温潜势显著降低,表明生物炭对酸性土壤厌氧环境下GHG减排的贡献不容小觑。

酸沉降对地表生态系统的影响 Ⅰ.土壤中铝的活化与迁移

土壤中Al的活化与迁移是酸沉降对地表生态系统最突出的影响之一,也是土壤缓冲酸沉降的重要过程。因此土壤中Al的活化迁移过程成为研究和预测地表酸化及其生态效应的关键环节。然而由于土壤系统和Al形态的复杂性,目前的模式并不能充分与实验室和野外的数据相吻合。本文从Al的形态、释放机制和在土壤剖面中迁移过程等方面对近年来的研究工作进行综述和评价,并在此基础之上对今后的研究工作提出展望。

生态系统转换对土壤中碳水化合物的影响

采集贵州省茂兰喀斯特原始森林中森林土壤和相邻农田土壤 ,系统分析其中碳水化合物总量和各单糖的含量。并以此来查明由森林生态系统向农业生态系统转换的过程对土壤碳水化合物的影响。结果表明 :相对于森林土壤 ,农业土壤中碳水化合物总量明显降低。在农田土壤中六糖 /五糖比值有升高的趋势 ,其中以 M/X比值最为明显。这说明 ,在该转换过程中植物来源的单糖组分有所降低 。

偏最小二乘法回归(PLS)研究酸性森林土壤中铝的释放过程

采集了华南和西南酸性森林小流域中的土壤和土壤水并分析其化学组成,利用偏最小二乘法回归(PLS)研究了土壤中铝的释放过程,以综合评价各种影响因素的相对重要性。连续3年(2000～2002)的现场监测数据表明,尽管土壤水中铝的浓度存在显著差异,但铝的形态分布在各流域之间基本相似。大多数土壤水中单体铝(Ala)主要以无机态(Ali)存在,有机铝(Alo)一般不足10%。在pH3.6～5.6范围内,土壤水中Al3+活度(pAl)与土壤水pH值呈显著正相关关系(P<0.001),上层和下层土壤中pH-pAl拟合直线的斜率分别为1.28和2.00,明显偏离三水铝石(gibbsite)的溶解平衡模式。偏最小二乘法回归分析显示,上层和下层土壤中铝具有不同的来源和主导影响因素。上层土壤中,铝主要来源于有机键合铝(Alorg),土壤水离子强度(I)是造成铝浓度差异的主导因素。与此同时,铝的释放过程明显受到离子交换反应的影响。下层土壤中,铝近乎全部来源于无机键合铝(Alinorg),土壤水H+浓度成为影响铝释放过程的最主要因素。与上层土壤相比,离子交换对土壤铝释放过程影响明显减小。

碳水化合物在土壤中的分布特征及其环境意义

碳水化合物是土壤中最活跃的有机质成分之一 ,其在土壤中的行为要受到诸如土壤密度和颗粒粒度、季节和微生物等因素的影响。由于碳水化合物与粘土、各种离子之间存在着广泛的相互作用 ,它能稳定土壤结构 ,在一定程度上减少土壤及有用物质的流失 ,保持土壤环境的稳定。碳水化合物在土壤中的行为规律较为明显 ,并且来源差异能反映在单糖组分上 ,正因为如此 。

氮沉降影响下酸性森林土壤中水溶性有机氮的分布特征

选取贵州雷公山(LGS)和重庆铁山坪(TSP)两个氮沉降量具有明显差异的森林小流域,对土壤中水溶性有机氮(WSON)的分布特征进行了对比研究.在氮沉降较低的LGS流域土壤水中WSON占总氮的比例可达30%—60%,显著高于氮沉降高的TSP流域.TSP流域土壤浸提液中WSON的比例相较于土壤水有显著增加,说明该流域中WSON多附着于土壤表面,流动性较弱.在0—90 cm典型剖面内,TSP流域WSON的比例显著高于LGS流域.两剖面中WSON的比例均在中部(30—60 cm)达到最高值,分别为35.37%和55.82%.两剖面中WSON和WSOC的纵向变化不完全同步,WSOM的C/N比值在剖面中部有低谷.在剖面中、下部(30—90 cm)TSP流域WSOM的C/N比值低于LGS流域,说明该流域WSOM中氮的富集程度更高.

酸性森林土壤中Ca-H-Al交换过程与铝的溶解机制研究

华南酸性森林土壤分别在pH值为3.46、4.24和4.84条件下用含不同浓度盐基离子(Ca2+)的酸性浸提液浸提,以查明降水中盐基离子对土壤水中Al和H+的影响。实验结果表明:随着Ca2+浓度的增加,土壤浸出液中H+和Al都有增加的趋势。随着Ca2+浓度的变化,H+和Al有不同的来源:当Ca2+<0.5mmol L-1时,土壤主要通过Ca-H交换机制释放H+,浸出液中Al主要来源于土壤活性铝的溶解;当Ca2+>0.5mmol L-1时,由于Ca-Al交换反应,浸出液中Al随Ca2+浓度增加而显著增加,此时H+主要来源于Al的水解反应。浸出液中pH-pAl关系也随pH值(或Ca2+浓度)的变化有显著不同:当浸出液pH>3.7(Ca2+<0.5 mmol L-1)时,浸出液中Al3+活度随pH的变化幅度较小,这可能是酸性土壤中活性铝已显著流失的缘故;当pH<3.7(Ca2+>0.5 mmol L-1)时H+对于Al浓度具有较强的依赖性,故pH随Al3+活度增加而显著降低。因此,降水中盐基离子的增加能够引起土壤水乃至地表水中酸性阳离子(特别是Al)的迅速增加,可能造成对水生生物的突发性影响。

酸性森林土壤中Al_i/(Ca+Mg)摩尔比值的分布特征及影响因素

研究了西南和华南酸性森林土壤中Ali／（ca＋Mg）摩尔比值的分布特征与影响因素，用主成分分析（PCA）和偏最小二乘法（PLS）回归综合评价各种影响因素及其相对重要性，2000—2002年连续3年的监测结果表明，大多数土壤水中该摩尔比值都小于临界值1．0，说明土壤铝释放还未对植被造成显著伤害，偏最小二乘法（PLS）回归显示，土壤铝饱和度（AlS）是影响A层土壤水中Ali／（Ca＋Mg）摩尔比值的首要因素；土壤铝饱和度愈高，土壤水中Ali／（Ca＋Mg）摩尔比值愈高．5个流域中，尽管流溪河流域酸沉降量偏低，但由于土壤铝饱和度较高，A层土壤水中Ali／（Ca＋Mg）摩尔比值高于其他流域．土壤水中无机铝（Ali）浓度是影响深层（B1、B2、BC层）土壤水中Ali／（Ca＋Mg）摩尔比值的主导因素；土壤水中无机铝浓度愈高，Ali／（Ca＋Mg）摩尔比值愈高．各流域内摩尔比值沿土壤深度的变化与无机铝浓度的变化基本一致．可以认为，土壤铝饱和度是影响土壤水中Ali／（Ca＋Mg）摩尔比值区域性差异的主要因素，土壤水中无机铝浓度是影响Ali／（Ca＋Mg）摩尔比值纵向差异的主要因素。

农田土壤N2O排放的关键过程及影响因素

一氧化二氮(N2O)作为重要的温室气体之一,在全球气候变化研究中引人关注。随着氮肥使用量的增加,农田土壤N2O排放已经成为全球关注和研究的热点。人们普遍认为土壤硝化、反硝化过程是N2O产生的两个主导途径,而诸如施肥、灌水等农田管理措施以及土壤pH、温度等环境因子均会影响农田土壤N2O产生和排放。本文系统论述了土壤N2O产生的各主要途径,并综述了氮源、碳源、水分含量、氧气含量、土壤pH和温度以及其他调控因子对N2O排放的影响,旨在阐明各过程对N2O排放的产生机制及主要环境因子的影响,以期为后续研究提供参考和理论依据。农田土壤硝化过程本身对N2O排放的直接贡献较小,N2O产生的主要来源是包含硝化细菌的反硝化、硝化–反硝化耦合作用在内的生物反硝化过程。真菌反硝化和化学反硝化在酸性土壤以及硝酸异化还原成铵过程在高有机质和厌氧土壤环境中对N2O排放具有重要作用。未来研究可从农田土壤N2O的产生和消耗机制、降低N2O/N2产物比、N2O的还原过程及相关影响因素进行深入研究。此外,利用新技术方法,探究土壤物理、化学和生物学因素对氮素转化过程的影响,重点关注N2O峰值排放及相关联微生物的响应,并构建土壤氮素平衡和N2O排放模型,可进一步加深对农田土壤N2O排放机制和影响因素的理解。

用天然^(13)C丰度法评估贵州茂兰喀斯特森林区玉米地土壤中有机碳的来源

当森林生态系统转变成农田生态系统时 ,会把 C4植物有机质导入到曾在 C3植被下发育的土壤中去 ,使土壤中含有来源不同的土壤有机质 ,引起碳同位素组成变化。因此 ,可以利用碳同位素来区分土壤有机质来源。实验结果表明 ,耕作几十年后原森林土壤有机质的含量仍占有主要地位 ,来源于原始 C3植被的有机碳的比例为 66.7% ,但容易矿化的、对植物营养有效的有机质含量较低 ,这与当地的耕作方式有关 ,需要加强对植物残留物返回土壤工作的管理。

土地利用方式对土壤溶解性有机碳组成的影响

选取河北曲周、北京顺义和山东寿光的成对的农田（小麦-玉米轮作）和菜田土壤为研究对象，比较两种土地利用方式下DOC的含量、剖面分布以及组成特征。结果表明：与农田相比，菜田表层有机碳（SOC）与全氮（TN）含量上升。其中菜田有机碳含量较农田增加3．16％～47．4％，全氮含量增加3．09％-64．1％。土壤C／N与pH降低。无论是在农田还是菜田，D0c含量均随着土壤深度增加而显著降低；三地区菜田表层DOC含量平均为农田DOC含量的1．70倍；DOC与SOC成显著正相关关系。两种土地利用方式下，DOC组成中亲水组分（HIM）比例最高，其次为憎水酸性组分（HOA），憎水中性物质（HON）和憎水碱性物质（HOB）的含量最低；菜田中憎水酸性物质比例为19．0％～26．7％，农田憎水酸比例为14．83％～16．42％；寿光地区农田与菜田憎水酸含量差异显著（p〈0．05），可能与寿光莱田土壤较高的SOC含量和较低的pH有关。三地区中菜田中憎水性物质与亲水性物质比例分别为0．30、0．39、0．41，反映了菜田中存在着不同程度的腐殖化现象。总之，农田转变为菜田后，显著影响了D0c的数量和质量。

中国西南和华南地区硫沉降数值模拟

利用CMAQ(Community Multi-scale Air Quality)模式模拟了中国西南和华南地区的硫沉降。模式中详细考虑了气象过程、气相与液相化学过程、非均相化学过程、气溶胶过程和干湿沉降过程对SO2输送、转化和沉降过程的影响。通过与IMPACTS小流域的观测资料的比较,显示了该模式系统能够较好地模拟SO2在大气中的转化以及干湿沉降过程。在此基础之上,分析了不同季节该区域的硫沉降和向外输送的情况,并且模拟了该区域2002年全年的硫沉降分布状况,这为该区域有效地污染治理奠定了基础。

南方酸性森林土壤中铝的形态分布与活化机理

利用华南和西南森林小流域的长期观测结果,综合分析了土壤酸化过程中铝的形态分布与活化机理.结果显示,土壤水中单体铝(Ala)在10—400μmo·lL-1之间,其在不同流域的差异与土壤酸化密切相关.无机铝(Ali)是土壤水中单体铝的主要形态,有机铝(Alo)比例不足20%.在酸度高的土壤中Al3+是无机铝的主要形态,在酸度低的土壤中无机铝以羟基结合铝(HBA)为主.有机键合铝(Alcu、Alp)和无定型硅酸盐矿物铝(Alox)含量随土壤pH值降低而显著下降,是土壤水中铝的重要来源.土壤酸化过程中可交换铝(Alex)有增加的趋势,并与土壤pH值呈显著负相关(p<0.01).土壤水中铝的活度与pH呈显著负相关,但不符合常用的三水铝石模型.可交换铝模型和有机键合铝模型在研究区域均有较好的适用性,反映出土壤特性对铝活化过程的显著影响.但是由于土壤铝库等参数随土壤pH值的显著变化,土壤参数模型的适用性具有明显地域限制.

设施菜田土壤剖面中的反硝化特征

利用田间原位硅胶管法和自动连续在线培养监测体系(Robot系统),分别监测了设施菜田不同施肥处理土壤剖面N2O浓度以及不同土层土壤反硝化潜势、NO和N2O产生潜势。结果表明:灌溉施肥后,传统施肥处理(CN)土壤剖面50 cm和90 cm处的N2O浓度都会出现峰值,50 cm处的N2O浓度峰值都高于90 cm处;50 cm处的N2O变幅在2.15～50.77μL/L之间,90 cm处的变幅在2.57～14.05μL/L之间;空白处理(CK)剖面N2O浓度几乎不受灌水的影响,50 cm和90 cm处的N2O浓度变幅较小,在1.43～2.75μL/L之间。反硝化潜势、NO和N2O产生潜势的监测结果显示,0—40 cm土层反硝化较为强烈;40—100 cm土层中由于受碳源限制,反硝化发生及强度明显滞后,添加碳源,经过48 h培养后,能够达到与表层反硝化潜势相当的程度;厌氧条件下,上层0—40cm土壤的N2O和NO产生量远高于底层40—100 cm的。由此推测,原位监测的高N2O浓度,可能来源自上层的扩散,因而田间表层通量观测数据可能会低估N2O产生量。底层土壤有一定反硝化潜势,当施用有机肥后,底层土壤氮素反硝化损失不容忽视。

设施菜田土壤pH和初始C/NO_3~–对反硝化产物比的影响

【目的】设施菜田土壤反硝化作用是N_2O排放和氮素损失的重要途径。本研究通过室内厌氧培养试验,在不同p H和初始C/NO_3~–条件下,比较设施菜田土壤反硝化氮素气体排放及产物比的变化特征。【方法】以设施菜田土壤为研究对象,通过添加一定量低浓度的酸碱溶液调节土壤p H分别为酸性、中性和碱性条件,调节后的实测p H分别为5.63、6.65和7.83;同时以谷氨酸钠作为有效性碳,除未添加有效性碳作为对照处理(CK)外,其他有效性碳与硝酸盐(C/NO_3~–)的比值分别调节为5∶1、15∶1和30∶1,三种p H条件下均设置4个C/NO_3~–水平,每个水平3次重复。利用自动连续在线培养系统(Robot系统),在厌氧条件下监测不同处理土壤产生的N_2O、NO、N_2和CO2浓度的动态变化,通过计算N_2O/(N_2O+NO+N_2)指数估算反硝化过程N_2O的产物比。【结果】增加土壤的p H能显著减少设施菜田土壤N_2O和NO的产生量,酸性(p H 5.63)土壤的N_2O、NO产生量峰值在不同初始C/NO_3~–比下均显著高于中性(p H 6.65)和碱性(p H 7.83)土壤(P<0.05)。中性和碱性土壤在高C/NO_3~–下有利于减少反硝化过程N_2O的产生,而酸性土壤条件下差异并不显著。中性土壤条件下增加有机碳含量会降低NO产生量,而在酸性和碱性土壤上有机碳的添加对NO产生量没有显著影响。土壤p H和初始C/NO_3~–比对土壤N_2O的产生有极显著的交互效应(P<0.001)。酸性和中性土壤上添加有机碳能够显著增加土壤N_2的产生速率(P<0.05),且与对照相比,不同p H的土壤添加有机碳后均显著促进反硝化过程中N_2O向N_2的转化。在不同初始C/NO_3~–下碱性土壤的CO2产生量显著高于酸性和中性土壤,同时与对照相比,添加有机碳显著增加了土壤的CO2产生量(P<0.05)。酸性土壤的N_2O产物比在不同初始C/NO_3~–下均极显著高于碱性土壤(P<0.01),且不同初始C/NO_3~–下的土壤N_2O产物比随p H的增加显著下降,二者呈极显著线性负相关关系(P<0.01)。【结论】土壤p H降低是设施菜田土壤N_2O和NO排放量较高的重要原因。而且,增加初始土壤有效碳含量促进了土壤的反硝化损失,并在中性和碱性土壤中N_2O的产生量减少。土壤p H升高和初始C/NO_3~–增加均降低了产物比,但增加了土壤反硝化作用速率。在利用N_2O排放通量和产物比估算土壤反硝化氮素损失时,土壤p H和有效碳含量是必须考虑的两个重要因素。

不同辅料配比对城市污泥堆肥效果及重金属形态转化的影响

采用高温好氧堆肥工艺,研究蘑菇渣、废白土为辅料的不同配比对城市污泥堆肥效果的影响。通过测定堆肥过程中温度、含水率、pH值、电导率、有机质含量、总氮含量、总磷含量、总钾含量、种子发芽率、重金属含量以及重金属各形态分布等指标,在确保堆肥产品达到安全农用要求的前提下,探讨不同辅料配比对污泥堆肥中重金属迁移转化的影响。结果表明,经过26 d的堆肥,各处理的污泥均达到腐熟程度,有机质含量、总养分含量、种子发芽率及重金属含量均符合园林绿化用泥质和农用泥质的各项指标;不同辅料配比对污泥堆肥效果影响明显,重金属镉(Cd)、锌(Zn)、铜(Cu)、铅(Pb)的形态分布总体上呈易迁移态向难迁移态转化,堆肥过程对Zn、Cu的形态转化影响最明显,其中以处理C(污泥∶蘑菇渣∶废白土=12∶10∶3)对污泥堆肥中重金属钝化的处理效果最佳。

华北平原潮土酸度特征与酸化敏感性的初步探讨

采集华北平原潮土样品对其酸度特征和酸化敏感性进行了初步探讨.结果显示,过量施用氮肥导致的硝酸盐积累是华北平原潮土pH值下降的重要原因,硝酸根与土壤pH值呈显著负相关.碳酸钙溶解是当前潮土缓冲酸化的主要过程,决定着潮土对外界酸输入的响应方式和敏感程度.随着酸输入量的增加,低碳酸钙土壤的pH值迅速下降,但高碳酸钙的石灰性潮土对酸输入不敏感.潮土酸化的敏感性主要决定于碳酸钙含量,临界缓冲容量、酸缓冲强度及pH缓冲强度等土壤敏感性指标均与碳酸钙含量呈显著正相关.初步分析显示,在长期集约化耕作的影响下低碳酸钙潮土存在pH值急剧下降的风险.建立和完善适合华北平原潮土及其它中-碱性土壤的酸化敏感性评价方法和指标体系已成为对潮土酸化进行科学调控的迫切需要.

应用δ^(13)C值探讨土壤中有机碳的迁移规律

C3 植物与C4 植物具明显的δ13C值差异 ,利用这种特性 ,选取荔波茂兰喀斯特森林边缘处这个C3植物—C4 植物转换生长的地点 ,分别采集森林与农田各三个剖面的土壤样品 ,根据测定其土壤总有机碳。

林地变为玉米地后土壤轻质部分有机碳的^13C／^12C比值的变化

为了观察森林生态系统转变为农业生态系统后土壤有机碳的变化，选择贵州喀斯特森林区为研究对象，采集了林地和邻近的玉米地土壤剖面样品，并按土壤密度把土壤样品分级成轻质部分和重质部分。林地和玉米地土壤均为石灰土。玉米地土壤风化相对较强，淋溶严重而贫瘠，并且所返还的植物残留物数量很少。实验结果表明，林地土壤轻质部分的(13C值明显低于重质部分，而玉米地土壤轻质部分的(13C值明显高于重质部分，说明植物残留物首先进入到轻质部分。然而，由于当地的耕作习惯，输入到玉米地土壤轻质部分的玉米残留物的数量很少，只有48%，这是初级生产力低下的主要原因。