冻融循环对土壤团聚体与微生物特性影响研究进展

冻融循环是高纬度、高海拔等气候寒冷地区特有的自然现象,通过改变土壤水热平衡对土壤理化性质、土壤微生物造成影响。研究土壤冻融循环可以预测土壤结构与生态的发展趋势,并为研究全球变暖背景下冻融循环与土壤团聚体、微生物的相互作用机制提供一定理论依据。本文通过查阅文献,综合分析了近年来国内外学者对冻融循环及其对土壤团聚体、微生物特性的影响等研究成果,探讨了土壤团聚体与微生物的相互作用关系,总结了冻融作用下土壤团聚体粒径分布、稳定性和孔隙结构的变化,阐述了冻融循环对土壤微生物及其群落结构的影响,并对本领域的研究方向进行了展望,旨在为研究冻融循环背景下土壤团聚体与微生物的响应提供新的思路。

土壤微生物群落结构对宅基地复垦种植禾草的响应

【目的】宅基地复垦后土壤生态功能修复是城市土地资源管理研究的重要技术问题。【方法】通过微型小区试验,以自然恢复(NER)为对照,研究种植禾草(高羊茅FEA、鸭茅DGA和黑麦草LPE 3种禾本科饲草)对宅基地复垦土壤细菌和真菌群落结构的影响。【结果】①宅基地复垦土壤中真菌丰度高于细菌,但细菌的物种数多于真菌。②相对NER而言,种植禾草显著调控了土壤细菌和真菌群落结构。种植禾草后,土壤中部分细菌和真菌的相对丰度显著增加,如土壤放线菌门(Actinobacteria)细菌、绿弯菌门(Chloroflexi)细菌、浮霉菌门(Planctomycetes)细菌和担子菌门(Basidiomycota)真菌的相对丰度都增加了5倍以上。③禾草种植对土壤细菌的影响胜于对真菌的影响,如在门水平上,4个处理之间具有显著差异的细菌有13类,而真菌仅2类。④种植禾草整体上降低了鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)细菌的丰度,但促进了特定真菌物种的繁殖,实现了其功能替代。⑤某鲑色沉积物杆状菌(Sediminibacterium sp.)、β⁃变形菌纲(Betaproteobacteria)、Ohtaekwangia sp.和某链球菌(Streptococcus sp.)是主要表征泥石流滩地种植禾草的一类指示细菌。⑥种植禾本科植物种更容易促进土壤中与之强关联的真菌物种生长与繁殖,因而不同禾草关联的真菌类群也不同。【结论】宅基地复垦后土壤微生物功能主要集中在快速分解有机物料以供给植物,而禾草植物种可以通过调节土壤微生物群落结构实现宅基地复垦土壤生态功能的定向修复。

甘青青兰根际及内生细菌群落结构组成分析

【目的】探究甘青青兰不同组织和根际土壤细菌群落结构组成及多样性。【方法】采用高通量测序技术对甘青青兰根、茎、叶和根际土壤细菌16S rRNA基因V5~V7区进行测序,并对甘青青兰不同组织和根际土壤细菌群落结构组成及多样性进行生物信息学分析。【结果】在甘青青兰不同组织和根际土壤中共获得2351个OTUs,归属29门、76纲、191目、319科和570属,且茎部(DtS)中内生细菌多样性指数最高,根部(DtR)中最低;甘青青兰不同组织和根际土壤中的优势菌门均是放线菌门和变形菌门;DtL和DtS中的优势细菌属均为芽孢杆菌和土壤红杆菌属,DtR中的优势菌属是土壤红杆菌属和游动放线菌,DtRS中的优势菌属为土壤红杆菌属和Gaiella属;从整体结果来看,茎部(DtS)和叶部(DtL)内生细菌群落结构组成相似,而根部(DtR)和根际土壤(DtRS)中细菌群落结构组成相似。PICRUSt功能预测结果表明,甘青青兰不同组织和根际土壤细菌中富含与黄酮类、黄酮苷类和萜类等物质合成相关的功能基因。【结论】甘青青兰不同组织和根际土壤细菌具有丰富的群落和功能多样性,且部分优势细菌属具有潜在功能价值,为开发利用甘青青兰中有益微生物资源提供了理论参考。

不同供钾水平对西瓜幼苗生长和根系形态的影响

通过盆栽试验,研究5个供钾水平(0、60 kg.hm 2、240 kg.hm 2、500 kg.hm 2和700 kg.hm 2)下西瓜苗期生长指标和根系形态参数的变化。结果显示:240 kg.hm 2钾浓度下,西瓜幼苗茎鲜重、叶鲜重、茎干重、叶干重、子叶面积、茎粗、株高、根长、比根长、表面积、根体积、根尖数和根平均直径分别比不施钾处理增长46.05%、31.31%、57.56%、29.87%、2.92%、12.71%、37.18%、67.23%、64.00%、64.03%、58.88%、154.11%和6.25%。700 kg.hm 2钾浓度下,西瓜幼苗茎鲜重、叶鲜重、茎干重、叶干重、子叶面积、茎粗和株高比240kg.hm 2钾浓度处理分别降低40.24%、25.31%、36.90%、23.08%、31.09%、9.81%和41.44%。700 kg.hm 2钾肥处理对西瓜幼苗根系生长的抑制作用不明显。所有处理的西瓜幼苗直径≤1.0 mm的根长占总量的90%以上,直径≤0.5 mm的根尖数占总量的98%以上;直径≤2.0 mm的比根长、根体积和根表面积占总量的50%以上;钾素对西瓜幼苗直径≤2.0 mm、2.5 mm<直径≤3.0 mm、3.5 mm<直径≤4.0 mm的根长、比根长、根表面积、根体积影响最明显。由于细根的吸收活力比较强,而西瓜细根所占比例最大,因此缺钾条件下,西瓜幼苗钾营养状况受到的影响较根系生长受到的影响更为严重。适宜的钾浓度有利于西瓜幼苗的生长,提高幼苗的生长质量,促进根系的生长发育,而不施钾和高钾处理会抑制幼苗的生长,但高钾对根系生长的抑制作用不明显。在本试验条件下,综合考虑经济因素,240 kg.hm 2钾肥施用量对西瓜幼苗生长和根系形态建成效果最明显。

填闲作物对日光温室土壤环境作用效果比较研究

为了探讨温室土壤可持续利用的栽培模式,以连作3年黄瓜的日光温室土壤为研究对象,连续两年在夏季温室休闲期间引入甜玉米、大葱、菜豆(毛苕子)、速生叶菜等几种填闲作物,研究了其对土壤环境的影响。结果表明:在温室夏季休闲期种植大葱后,0～30 cm土层土壤中的细菌和放线菌数量明显增加,细菌和真菌的比值(B/F)显著增大,土壤微生物总量增加,且土壤微生物生物量增加,同时抑制了黄瓜致病菌镰刀菌的繁殖。土壤中的线虫总量、根结线虫数量、寄生性线虫数量受到抑制;在温室休闲期间种植速生叶菜和甜玉米后,土壤中的速效养分含量大量减少,土壤EC值减小。从本试验的结果来看,在温室夏季休闲期种植大葱可以明显改善土壤的生物环境,种植速生叶菜和甜玉米可显著降低土壤的养分积累,减缓次生盐渍化的形成。

施氮对大豆根系形态和氮素吸收积累的影响

采用框栽试验方法研究了不同施氮水平对大豆根系形态和氮素吸收积累的影响,结果表明:不同施氮水平对大豆植株生物量、氮素吸收积累量及根系形态有显著影响,随施氮量增加,植株干重、氮素积累量、单株产量等均呈先增加后降低趋势,其中以N100[100kg(N)·hm-2]处理效果最佳,总体表现为N100>N200>N50>N25>N0。无N(N0)和适量偏低的氮(N25、N50)增加了大豆的根冠比,但过多的氮(N200)反而降低了大豆的根冠比,说明低氮胁迫促进了大豆根系的生长。大豆根长、根表面积和根体积随施氮量的增加表现为先降后增而后又降低的规律,不施氮(N0)情况下,根长、根表面积和根体积均高于低氮处理(N25、N50),之后随施氮量增加而增加,当超过一定施氮量(N200)时又呈降低趋势。不同生育时期植株生物量、氮素积累、根长、根表面积和根体积等表现为花期>苗期>鼓粒期。因此施用一定量氮肥对大豆植株生物量、氮素积累以及根系形态等产生显著影响,进而影响大豆氮素转运量和转运效率,最终影响大豆籽粒产量和品质。

土壤质量与持续环境──Ⅲ.土壤质量评价的生物学指标

土壤生物是维持土壤质量的重要组分，土壤生物学指标能敏感地反映土壤质量的变化，是土壤质量评价指标体系中不可缺少的组成部分，但目前仍十分缺乏这方面的指标。本文对《土壤质量与持续环境》（美国土壤学会1994年发行）一书中土壤质量评价的生物学指标进行了评述。

生物土壤结皮研究：进展、前沿与展望

生物土壤结皮是由隐花植物和相关土壤微小生物与表层土壤颗粒胶结而形成的复合体,与维管束植物覆盖一样,它是干旱区地表的重要覆盖类型(其盖度达40%)。生物土壤结皮是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征,在不同生物气候区的荒漠景观过程、土壤生态过程、土壤水文过程、土壤生物过程和地球化学循环过程,以及干旱半干旱地区生态修复过程中发挥着重要作用。关于生物土壤结皮的研究是地学和生物学学科交叉的前沿研究领域,已成为国际干旱区地表过程研究的重要核心科学问题之一。综述了国内外该领域最新研究进展,分析了研究的趋势,讨论了其前沿科学问题和未来研究的重点,以期促进我国生物土壤结皮的研究,加深对我国干旱半干旱区地表过程的认识。

小麦蚕豆间作施氮对小麦氮素吸收、累积的影响

田间试验研究了小麦蚕豆间作及4种施氮水平(0、90kg·hm-2、180kg·hm-2和270kg·hm-2)对小麦植株体内氮含量、小麦地上部氮素累积及氮素养分吸收速率的影响。结果表明:间作显著增加了小麦地上部植株的氮含量,与单作相比,分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期不同施氮处理间作小麦植株的氮含量平均比单作提高20.0%、21.9%、21.4%和17.1%;抽穗期和成熟期间作小麦叶、茎和穗中的氮含量均高于单作;间作显著提高了小麦植株的氮素累积量和氮素吸收速率,与单作相比整个生育期间作小麦氮素累积量增幅为15.5%～30.4%。无论单作还是间作,小麦植株氮含量和氮素累积量随氮肥用量的增加而增加,施氮对单作小麦植株氮含量、氮素累积量和氮素吸收速率的影响大于间作,随着氮肥用量的增加,间作优势逐渐减弱;单作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加而增加,间作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。本研究表明,间作和施氮促进了小麦对氮素的吸收利用,间作优势与施氮水平密切相关,间作体系中氮素养分的合理投入是发挥间作优势的关键。

滇中地区常绿阔叶林土壤酶活性与理化因子通径分析

为探究天然常绿阔叶林理化因子对土壤酶活性的影响,运用通径分析方法研究了云南省玉溪市磨盘山国家森林公园内的天然常绿阔叶林土壤理化因子与土壤酶活性之间的关系。结果表明:(1)土壤田间持水量、有机质、碱解氮、全磷、速效钾含量和土壤酶活性均表现出比较明显的表聚现象,土壤容重、全钾含量随着土层深度的加深而增加;(2)土壤脲酶、过氧化氢酶、转化酶活性与理化性质之间有着密切的相关关系;土壤碱解氮、全磷、速效钾强烈的直接作用是影响该区土壤脲酶和转化酶活性的主导因子,而土壤有机质、土壤容重强烈的直接作用是决定土壤过氧化氢酶活性的主导因子,其他因子的间接作用也是影响该区土壤酶的重要因子。

黄河口潮滩湿地土壤CH4氧化潜力及其对有机物输入的响应

2010年11月,采集了黄河口北部滨岸高潮滩、中潮滩、低潮滩和光滩表层土壤样品,基于短期培养实验,研究了不同潮滩土壤CH4氧化潜力及其对有机物输入的响应.结果表明,尽管4种湿地土壤的CH4氧化潜力存在一定差异（P＞0.05）,但整体变化规律相似.12～60 h,CH4氧化潜力均呈先增加后降低变化;60～132 h,CH4氧化潜力均呈迅速增加趋势.4种湿地土壤CH4氧化潜力整体表现为光滩（2.37 μg/g·d）＞低潮滩（2.29 μg/g·d）＞中潮滩（1.70 μg/g·d）＞高潮滩（1.47 μg/g· d）.甲醇输入整体抑制了湿地土壤的CH4氧化潜力,抑制程度表现为光滩＞中潮滩＞低潮滩＞高潮滩.4种湿地土壤的CH4氧化潜力分别为1.27,0.49,0.67和0.38 μg/（g·d）,较对照组降低13.56％,70.98％,70.65％和83.83％;酵母膏输入对高潮滩、中潮滩和光滩土壤的CH4氧化潜力表现为促进作用,促进程度表现为中潮滩＞高潮滩＞光滩.3种湿地土壤的CH4氧化潜力分别为2.89,2.41和2.96μg/（g·d）,较对照组增加69.38％,64.01％和24.76％.与之相比,酵母膏对低潮滩土壤的CH4氧化潜力表现为弱抑制作用,其氧化潜力为2.14 μg/（g·d）,较对照组降低6.67％.可见,不同有机物对潮滩湿地土壤CH4氧化潜力的影响差异较大,在当前外源有机物为黄河入海主要污染物情况下,潮滩湿地CH4的源/汇功能将会发生明显变化,这就使得在估算黄河口潮滩CH4排放清单时应特别关注不同有机物输入对CH4释放的影响.

兰州百合不同连作年限土壤中化感物质的检测及其自毒效应的研究

为探讨兰州百合(Lilium davidii var.unicolor)连作障碍的可能机理,收集了兰州百合正茬、连作2 a及连作4 a不同生育期的根际土壤,采用GC-MS技术对不同土壤中的化感物质进行了鉴定,并通过生物试验验证了典型自毒物质对苯二甲酸二辛酯(D)和抗氧剂2246(A)对兰州百合幼苗生长的影响。结果显示:从生长旺盛期兰州百合正茬、连作2 a及4 a土壤中分别鉴定出11、15和19种化合物,收获期鉴定出9、15及17种成分,主要包括:醇类、醛类、酯类、酚酸类及少量萜类化合物。其中,对苯二甲酸二辛酯(D)在不同生育期连作土壤中均存在,抗氧剂2246(A)除收获期正茬土壤外在其余土壤中也均存在,且二者相对含量均较高。生物试验结果表明,0.2 mg·mL^(-1)时,D0.2对兰州百合幼苗生长的综合化感效应(SE)为-0.003,具有抑制效应,A0.2的SE值为0.131,具有促进作用;5.0 mg·mL^(-1)浓度下,D5和A5均能抑制兰州百合幼苗的生长,SE值分别为-0.489和-0.040,对苯二甲酸二辛酯的抑制效应更强;共施条件下,D0.2A5和D5A5混合液仍能抑制兰州百合幼苗生长,但未体现出2种成分单施时的抑制协同效应;D5A0.2混合液表现出抑制作用,D0.2A0.2表现出促进作用,体现了2种成分单施时相反作用的叠加效应。

滇中高原常绿阔叶林土壤生物学特性对土壤理化性质的影响

土壤酶活性和微生物是构成土壤生态系统的重要组分,也是决定土壤功能的关键因子,研究土壤生物学特性对理化性质的影响可以阐明影响土壤理化性质的因子,从而为林地土壤质量的恢复与保育提供科学依据。文章通过野外调查与室内实验相结合的方法进行样品采集与处理,结合相关分析与通径分析的数据分析方法对云南省玉溪市磨盘山常绿阔叶林土壤理化因子与土壤酶活性、微生物数量之间的关系进行了研究。结果表明,(1)常绿阔叶林林下土壤含水量、田间持水量、有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效钾含量随着土层深度的增加而减少,土壤容重、p H、全钾含量随着土层深度的增加而增加。(2)土壤脲酶、过氧化氢酶、转化酶活性及可培养的细菌、放线菌、真菌数量随着土壤深度的增加而减少。(3)相关分析表明,土壤理化性质与酶活性、微生物数量之间存在显著的相关关系。(4)通径分析表明,过氧化氢酶和脲酶对土壤物理性质影响显著,而脲酶、过氧化氢酶、转化酶和真菌数量对化学性质有显著影响。

不同类型植物耐盐特性对脱硫废弃物的响应及其耐盐指数综合评价

为探讨施用脱硫废弃物对生长在盐土和碱土上的不同植物耐盐特性的影响,并建立综合评价指标体系,对不同植物的耐盐指数进行综合评价。本试验在2008—2010年期间,分别在碱土区和盐土区2个试点,以施与不施脱硫废弃物为主处理,选用9种不同耐盐植物为副处理开展了田间裂区试验,观测分析了各耐盐植物的出苗特征、生长生理特征、产量等指标及土壤盐分、养分、碱化度(ESP)等性质,从而建立包括植物生长、生理指标、土壤指标和经济指标的综合评价指标体系,并应用TOPSIS法对不同耐盐植物的耐盐指数进行综合评价。结果表明:与CK相比,施用脱硫废弃物能显著改善各耐盐植物的生长发育,提高出苗率、相对生长速率(株高)和相对生物量,增加自由水和束缚水的比值(F/B),且在碱土上效果优于盐土。不同类型耐盐植物之间差异显著,表现出各自的耐盐、碱特性。同时施用脱硫废弃物种植耐盐植物可提高土壤有机质增加速率和全盐、碱化度的降低速率。同样地,对盐碱土的改良效果表现为碱土优于盐土,不同耐盐植物之间差异显著。通过综合评价把不同耐盐植物分为强、较强、中和弱4个耐盐等级。与CK相比,施用脱硫废弃物可提高耐盐植物的耐盐等级,扩展耐盐植物在盐碱地上的种植范围。由此可知,耐盐植物的耐盐特性受植物类型、盐碱地类型、改良措施等因素影响。因此,从生态经济的角度寻求合理的综合评价方法来确定耐盐植物的耐盐特性具有重要科学意义,可为进一步优化盐碱地生态修复模式提供理论支持。

生草对渭北黄土高原苹果园土壤呼吸的影响

为探讨生草对渭北黄土高原苹果（Malus domestica）园土壤呼吸的影响,设置果园清耕、间作白三叶（Trifolium repens）、间作小冠花（Coronilla varia）3个处理,于2012年4 11月利用SR1LP土壤呼吸仪监测了3个处理的土壤呼吸,分析了果园生草覆盖条件下土壤呼吸特征及其与土壤水热的相互关系.结果表明：生草与清耕处理4 6月和8 11月土壤呼吸日变化呈单峰曲线,但生草处理果园土壤呼吸日变化峰值出现时间存在延后效应（4-6月）或推前效应（11月）,且生草与清耕处理土壤呼吸日变幅存在明显差异,7月生草与清耕处理土壤呼吸的日变化格局不同;果园土壤呼吸季节变化呈明显的双峰变化趋势,但生草显著提高了果园土壤呼吸速率,不同月份不同处理之间的土壤呼吸差异显著（P＜0.05）;生草与清耕果园土壤呼吸都与5 cm的土壤温度相关性最为显著,与土壤水分相关性不显著,生草处理果园土壤温度与土壤呼吸均呈显著的二次函数关系,而清耕处理果园土壤温度与土壤呼吸均呈显著的幂函数关系;多元回归法分析结果表明,土壤水热因子对土壤呼吸的协同影响高于土壤水热单因子的影响,可解释果园土壤呼吸时间变异的56％～85％.

黄土高原子午岭退耕地土壤物理性质与群落特征

通过对子午岭北部黄土丘陵沟壑区4、9、15和20a退耕地的生境和植被群落特征的分析，研究了不同年限退耕地的植被群落、土壤水分、容重和生物量的变化。结果表明：随退耕年限的增加，杂草群落中物种分布较均匀，物种丰富度明显增加，植物种数和个体数增加，其优势种和亚优势种分属于6科9属；根系在土层中分布增多，在一定深度范围内土壤结构逐渐疏松，致使土壤容重随退耕年限的增加而减小；在0～80cm土层内土壤含水量从高至低依次为4a、20a、15a和9a退耕地；80～300cm土层的土壤含水量得到明显改善，土壤含水量从高至低依次为20a、4a、15a和9a退耕地；地面生物量随退耕年限的延长而增加，但增加幅度逐渐趋于缓慢。

复合生防菌群对连作大豆根际土壤可培养微生物区系的影响

采用盆栽试验,研究了复合生防菌群对大豆根际土壤可培养微生物区系的调节作用。结果表明,复合生防菌群可以明显改变大豆根际微生物区系组成。在大豆不同时期,复合生防菌群处理的大豆根际细菌、真菌和放线菌在数量上发生了较大改变。在大豆真叶期和复叶期,复合生防菌群接种处理大豆根际细菌较对照增幅分别达到71.8%和114.3%,而根际真菌较对照减少12.9%和22.3%。在大豆真叶期,复合生防菌群接种处理大豆根际放线菌数量较对照减少9.9%,而在复叶期,根际放线菌数量较对照增加27.4%。此外,施用复合生防菌群可有效降低土传病原菌镰孢菌属(Fusarium)和丝核菌属(Rhizoctonia)的比例,并且提高根瘤菌(Rhizobium)、固氮菌(Azoto-bacter)、木霉属(Trichoderma)、假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)等有益菌的比例。

桂林新寨花岗岩地区4种植被下土壤有机碳分解速率研究

【目的】研究花岗岩地区不同植被下土壤有机碳分解速率特征,为土壤碳汇效应提供科学依据。【方法】通过室内土壤培养法,选择桂林新寨花岗岩地区林地、旱地、果园和灌丛4种植被下0～20、20～40和40～60cm三个深度的土壤,测定土壤有机碳在25℃和70%田间持水量条件下培养100d分解释放的CO2-C含量。【结果】4种植被下土壤有机碳分解速率总体上随着土层加深而递减,分解速率在前期比较快,后期缓慢,最后达到平衡;累积释放的CO2-C含量均是0～20cm>20～40cm>40～60cm。土壤有机碳分解释放的CO2-C占各自总有机碳的比值以旱地最高,达3.34%～4.84%,其次为林地和果园,分别为1.82%～2.88%和1.91%～2.16%,最低的是灌丛,为1.77%～1.98%。4种植被下土壤有机碳库与土壤全氮、有机质、脲酶呈显著正相关,灌丛的活性碳平均周转时间最长,旱地的缓效性碳平均周转时间最短。【结论】林地、果园和灌丛有机碳库所含难分解物相对较多,土壤有机碳相对较稳定,具有碳汇效应。

三氯乙烯、四氯乙烯对小麦叶绿素和土壤呼吸率的影响

采用室内模拟实验方法,研究了三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)对小麦幼苗叶绿素含量和土壤呼吸率的影响。结果表明,不同浓度的TCE、PCE对小麦叶绿素的合成有不同程度的抑制作用,且浓度越大抑制作用越强。TCE、PCE对小麦叶绿素的半抑制浓度分别为131.81和106.08mg·kg-1,说明PCE毒性大于TCE。TCE≥4.00mg·kg-1和PCE≥3.00mg·kg-1对土壤呼吸率都表现出了抑制作用,抑制率大小和浓度有关,浓度越大,抑制率越大。TCE和PCE对土壤呼吸率的抑制是暂时的,随着时间延续,土壤呼吸率会有所恢复。

土壤动物对土壤环境的生物指示作用

土壤动物对土壤环境生物指示作用的研究已成为国际土壤生态学领域的热点和前沿课题。土壤线虫对土壤环境(化肥、农药、除草剂和重金属)污染的生物指示研究,土壤原生动物对土壤中残留的有机污染物、农药和重金属的污染诊断的应用,蚯蚓物种多样性作为土壤环境污染的指示生物研究,土壤螨类种类组成和密度与土壤环境的变化的研究等越来越被国内外学者重视。笔者阐述了土壤动物对土壤环境变化生物指示作用的必然性和重要性。