施肥对我国农田土壤基础呼吸的影响

【目的】基础呼吸是反映土壤质量的重要指标,采用整合分析研究施肥对我国不同种植制度和气候带农田基础呼吸的影响程度及其关键控制因素,为探究土壤肥力提升提供科学依据。【方法】通过以“施肥”、“土壤呼吸”、“有机碳矿化”、“soil CO_(2)efflux/soil CO_(2)emission”、“农田”为关键词,在Web of Science、中国知网、万方数据库,收集2000-2020年发表的相关文献,建立了586组配对试验数据,对肥料类型、施肥年限、施氮量、气候带、种植制度、利用方式等条件下的土壤基础呼吸数据进行标准化,采用Meta-analysis分析了土壤理化性状和生产条件指标对土壤基础呼吸的影响程度。【结果】与不施肥相比,施肥对土壤基础呼吸的提高幅度平均为60.20%,其中,施用有机肥的提高幅度为81.45%,显著高于施用化肥的47.78%。当施肥年限大于30年时,施用有机肥对土壤基础呼吸的提升幅度是施用化肥处理的1.38倍。适宜氮肥投入量[N 100~200 kg/(hm^(2)·a)]引发的土壤基础呼吸增幅(72.56%)大于高量[>200 kg/(hm^(2)·a)]和低量[<100 kg/(hm^(2)·a)]氮肥投入的增幅(44.65%和55.21%)。中温带地区施肥导致的土壤基础呼吸增幅(93.71%)显著高于亚热带(37.11%)和暖温带(40.64%)地区,施用化肥和有机肥对中温带地区土壤基础呼吸的提升效果(73.88%和110.91%)显著高于对亚热带地区(28.99%和45.00%)。施肥对旱地土壤基础呼吸的提升幅度(105.01%)显著高于对水田(28.90%)和水旱轮作(46.90%)。轮作模式下施肥对基础呼吸的提升幅度(101.60%)显著高于连作模式(50.63%)。相关性分析结果表明,土壤基础呼吸与土壤有机碳、全氮及微生物生物量碳、氮呈显著正相关。此外,施用有机肥处理下,土壤基础呼吸与碱解氮和微生物熵呈显著正相关。【结论】施肥对农田土壤基础呼吸的作用受到施肥年限、氮肥投入量、气候带、土地利用类型、种植制度、土壤质地等因素的共同影响。施肥能够显著提升土壤有机碳含量,并提高土壤基础呼吸。在较长时间(>30年)尺度上,施用有机肥相较于化肥能够显著提高土壤微生物生物量碳以及微生物熵,进而提高土壤基础呼吸,表明施用有机肥对土壤质量提升有积极的促进作用。

呼吸系统基础与疾病教学模块建设及优化

文章立足于新医科背景,在深入剖析广西医科大学临床医学教学改革班呼吸系统基础与疾病教学模块整合前后所遇主要问题及原因的基础上,系统阐述了呼吸系统基础与疾病教学团队在课程整合及优化中所采取的系列教学改革措施及课程建设取得的初步成效。

黄土高原典型植物根际对土壤微生物生物量碳、氮、磷和基础呼吸的影响

选择黄土高原7种典型植物的根际与非根际土壤为研究对象,对土壤的养分含量、微生物生物量碳、氮、磷和基础呼吸的影响进行了初步研究。结果表明,7种不同植物根际土壤与非根际土壤的养分含量、微生物生物量和基础呼吸均存在显著差异;除冷蒿的土壤微生物生物量磷以外,其他各种植物的根际土壤的养分含量、微生物生物量和基础呼吸均比非根际土壤的高;土壤有机碳、全氮与土壤微生物生物量碳、氮及基础呼吸之间均具有极显著或显著相关关系,表明了土壤微生物生物量碳、氮可以作为判断土壤肥力状况的生物学指标,同时也可为提高土壤肥力水平和土壤培肥效果提供依据。

红壤茶树根层土壤基础呼吸作用和酶活性

对不同树龄茶树根层土壤的呼吸作用 (包括代谢熵 qCO2 )和土壤酶 (脲酶、转化酶和酸性磷酸单酯酶 )活性进行了研究 .不同树龄茶树根层土壤日基础呼吸作用强度 (3 6.2 3～ 5 8.5 2mg·kg-1·d-1)和日代谢熵 (0 .3 0～ 0 .68)都以 40和 90年茶树较为接近 ,分别显著大于和小于 10年树龄茶树根层土壤 ;脲酶活性 (41.48～ 47.72mg·kg-1·h-1)则三者间差异不大 ,虽然随树龄增长而下降 ;转化酶活性 (189.2 9～3 63 .40mg·kg-1·h-1)也随树龄增长而下降 ,并且 10年茶树根层土壤显著大于 40和 90年树龄茶树 ;而酸性磷酸单酯酶活性 (44 4.2 2～ 82 8.3 2mg·kg-1·h-1)相反 ,随树龄增长而增强 .结果表明 ,土壤基础呼吸作用、代谢熵和 3种土壤酶活性都与茶树树龄、土壤 pH、土壤有机碳、土壤全氮、土壤可溶性酚总量。

土壤施氮量对‘温185’核桃根系基础呼吸速率的影响

以新疆南疆盆地核桃主栽品种‘温185’(Juglans regia‘Wen 185’)为供试材料,基于田间土壤氮(N)肥施肥试验,利用Oxytherm液相氧测定系统,测定氮肥不同施用量条件下核桃花后不同时节(果实不同生育时期)根系基础呼吸速率,分析氮肥施用量和花后时间对核桃根系基础呼吸速率的影响。结果表明:‘温185’核桃根系基础呼吸速率的自然对数(lnY)与花后时间(T)及花后时间的自乘(T×T或T^2)、氮肥施用量(纯N量,N)及氮肥施用量的自乘(N×N或N^2)存在极显著线性相关关系;花后时间对核桃根系基础呼吸速率存在负效应,氮肥施用量对核桃根系基础呼吸速率的影响与根系直径相关。当单株施氮量小于0.4976 kg时,不同直径大小根系的基础呼吸速率均随施氮量的增加而升高。

不同施肥管理措施对土壤碳含量及基础呼吸的影响

连续7年试验研究了施用15t/hm2和7.5t/hm2有机肥(包括EM堆肥、EM鸡粪肥和传统堆肥)、化肥和对照处理对土壤碳含量与基础呼吸的影响,结果表明:随有机肥施用量的提高,土壤可溶性碳、总有机碳、微生物生物量碳和土壤的基础呼吸随之增加。施用化肥可一定程度提高土壤可溶性碳、总有机碳、微生物生物量碳和土壤的基础呼吸。不同施肥措施对土壤有机碳、微生物生物量碳和土壤基础呼吸的影响趋势为EM堆肥处理>传统堆肥处理>化肥处理>对照,施肥对土壤微生物代谢商的影响趋势为EM堆肥处理<传统堆肥处理<化肥处理<对照。土壤微生物生物量碳与可溶性碳、总有机碳及土壤基础呼吸之间呈极显著正相关。土壤微生物代谢商与土壤可溶性碳、总有机碳、微生物生物量碳及基础呼吸之间呈极显著负相关。

茶园与相邻林地土壤有机碳及基础呼吸的垂直分布特征

对茶园及相邻林地土壤基础呼吸的垂直分布特征进行了研究,并试图寻求其与土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明茶园和林地土壤有机碳、土壤呼吸积累量、水溶性有机碳和微生物生物量碳均随着土壤深度的增加而减少,且茶园均值大于林地。在0~100 cm土壤层次内,茶园土壤质量敏感性指标(WSOC/SOC)平均值、代谢熵(q CO2)平均值均大于林地,微生物熵(q MBC)平均值小于林地。茶园和林地土壤基础呼吸速率与SOC、WSOC及MBC呈显著正相关,向后筛选回归模型表明对茶园土壤基础呼吸的影响作用依次为SOC>MBC>WSOC,对林地土壤基础呼吸的影响作用则为WSOC>SOC>MBC。茶园土壤代谢作用强于林地,但茶园有机碳库的稳定性比林地差,不利于土壤有机碳库的积累,为促进茶叶生产的持续健康发展,茶园土壤需要更加科学合理的施肥和耕作措施。

异丙隆对土壤基础呼吸与微生物生物量的影响

通过室内培养,研究了异丙隆对大田土壤和大棚土壤基础呼吸和微生物生物量碳的动态影响。结果表明:异丙隆使用量在50mg/kg以下,对土壤基础呼吸和微生物生物量碳基本没有影响;在100 mg/kg以上,其抑制效应随使用量的增加而明显,但在培养期内基本恢复到正常水平;异丙隆对2种土壤的影响未表现出明显差异。

铝对不同pH茶园土壤基础呼吸的影响

通过添加碳酸钙调节茶园土壤pH值,利用室内培养试验研究铝离子对不同pH值茶园土壤基础呼吸的影响。结果表明,使用碳酸钙可以显著提高茶园土壤pH值,但土壤水溶性有机碳含量显著下降。添加铝离子降低了土壤pH值,减少了土壤微生物量和水溶性有机碳含量,对土壤基础呼吸有抑制作用。

环草隆与镉复合污染对城市绿地重金属污染土壤有机氮矿化量、基础呼吸和土壤酶活性的影响

环草隆是北方城市应用较为广泛的一种草坪除草剂,重金属镉是土壤中常见的重要污染物,二者在土壤生态系统中存在联合暴露的潜在风险。为了准确评价城市绿地土壤重金属和农药复合污染的生态风险,选择不同重金属污染程度的土壤为研究对象,在室内模拟条件下,探讨了环草隆与镉复合污染对土壤有机氮矿化量、基础呼吸及土壤酶活性的影响。研究发现：环草隆与镉复合污染对各试验指标的影响均达到极显著水平（P〈0.01）;与镉复合污染能明显改变环草隆的微生物毒性效应,并且Cd对环草隆毒性效应的影响与二者浓度配比有很大关系,Cd浓度由1 mg·kg-1升高到10 mg·kg-1,环草隆浓度与样点G土壤有机氮矿化量变化率的线性关系由正相关变为负相关;复合污染下,根据剂量-效应关系计算的EC50值27.6~848mg·kg-1,远远高于环草隆草坪建议施用量（3.33 mg·kg-1）;土壤中环草隆与镉复合污染的联合毒性效应受土壤理化性质及重金属含量影响较大,另外,二者复合效应也会随污染物浓度及试验指标的不同而不同。以上研究结果能够为城市土壤重金属和除草剂复合污染生态风险评价提供基础数据和技术方法。

藏东南色季拉山不同海拔森林土壤基础呼吸特征

为阐明不同海拔高度森林土壤基础呼吸对温度变化的响应,为未来气候变化情景下不同海拔高度土壤碳动态预测提供科学依据,以藏东南色季拉山不同海拔高度森林表层土壤为研究对象,通过室内升温实验,研究不同海拔高度森林表层土壤基础呼吸对温度变化的响应。结果表明,土壤基础呼吸速率及土壤累积碳通量均随培养温度的升高呈增加趋势,土壤基础呼吸速率随着土壤层次加深而降低。随着培养时间延长,各土壤层次及海拔高度土壤基础呼吸速率总体呈先增加后降低的趋势,局部表现为振荡变化的特征,二者之间呈极显著(P<0.01)负相关指数函数关系。随着培养时间延长,土壤基础呼吸累积碳通量呈增加趋势,且培养的前14 d土壤累积碳通量增幅明显,之后逐渐趋于稳定。土壤基础呼吸累积碳通量与培养时间呈极显著(P<0.01)正相关对数函数关系。总体来看,温度升高将加速森林生态系统表层土壤呼吸碳排放。

衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段土壤基础呼吸及代谢熵的变化

为探讨衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段中的土壤呼吸特征，采用空间序列代替时间序列的方法，对土壤基础呼吸（sBR）及代谢熵（qCO：）的变化进行了研究，并分析了它们与土壤性质的关系。结果表明：不同植被恢复阶段中的SBR、qCO，存在明显差异，从裸地（I）、草本群落（Ⅱ）、灌木群落（Ⅲ）到乔木群落（Ⅳ）阶段，SBR显著增强（P〈O．05），qCO，显著减小（P〈O．05）。每个恢复阶段，土层深度从0～20cm、20～40cm到40～60cm，SBR显著减弱P〈O．05），qCO：显著增加（P〈0．05）。从Ⅱ、Ⅲ至Ⅳ阶段，根际（R）与非根际（s）的SBR显著增加（P〈O．05），SBR的R／S显著减小（P〈0．05）；而qCO：逐渐减小∽〉0．05），qC02的PUS逐渐上升（P〉0．05），SBR与qC02均表现出R〉S的特点。相关分析表明，SBR与土壤微生物量碳（SMBC）、土壤温度（SST）呈极显著正相关（P〈0．01），与土壤容重（SBD）呈显著负相关（P〈O．05）；qCO，与SMBC呈极显著负相关（P〈0．01），与sT呈显著负相关（P〈O．05），与SBD和pH值呈显著正相关（P〈0．05）。这些对于构建植被恢复技术体系具有理论与实践意义。

镁碱化盐土微生物生物量和土壤基础呼吸

通过测定甘肃河西走廊疏勒河中游昌马冲积扇缘不同镁碱度条件下10个采样点30个土样的化学性质和生物化学性质指标,研究了电导率和镁碱度对土壤微生物生物量及其基础呼吸的影响。结果表明:微生物生物量碳(氮)和土壤基础呼吸与电导率、镁碱度和Mg2+/Ca2+之间显著负相关,表明盐度和镁碱度对土壤微生物群落有显著的抑制作用,而且盐度的抑制作用比镁碱度更大;微生物代谢熵(qCO2)和电导率、镁碱度、Mg2+/Ca2+之间为正相关关系,也说明镁碱化盐土对土壤微生物而言是一种严重的胁迫环境。

环草隆对城市绿地重金属污染土壤有机氮矿化、基础呼吸及相关酶活性的影响

城市土壤重金属和有机污染物复合污染广泛存在,而城市草坪除草剂的应用使城市绿地土壤的农药污染问题成为了新的关注点。为了准确评价城市绿地重金属污染土壤的农药污染生态风险,选择不同重金属污染程度的土壤为研究对象,以土壤有机氮矿化量、基础呼吸以及土壤酶活性为指标,采用室内模拟试验方法,探讨了草坪除草剂环草隆污染对土壤微生物的生态毒理效应。结果表明:(1)土壤有机氮矿化、基础呼吸、芳基硫酸酯酶和碱性磷酸酶对重金属和环草隆污染响应较为敏感,脲酶和蔗糖酶对重金属和环草隆污染不敏感。(2)环草隆浓度为0~1 000 mg·kg^(-1)范围内,和污染较轻的样点N土壤的碱性磷酸酶活性抑制(激活)率的线性相关关系显著,和污染较为严重的样点D和G土壤的芳基硫酸酯酶活性抑制(激活)率的线性关系显著。(3)土壤中环草隆对样点D和G土壤芳香硫酸酯酶活性、对样点N土壤碱性磷酸酶活性抑制(激活)率的EC10分别为568 mg·kg^(-1)、1 306 mg·kg^(-1)(抑制值)和56 mg·kg^(-1)(激活值)、99 mg·kg^(-1),EC50分别为1 901 mg·kg^(-1)、3 806 mg·kg^(-1)、2 321 mg·kg^(-1)。以上研究结果能够为城市土壤重金属和农药复合污染生态风险评价提供基础数据和技术方法。

氮肥施用对玉米根际呼吸温度敏感性的影响

为研究氮肥施用对玉米根际呼吸和土壤基础呼吸温度敏感性的影响,采用动态密闭气室红外CO2分析法,于2010年进行田间试验,该试验设4个处理:裸地不施氮肥(CK)、裸地施氮肥(CK-N)、种植玉米不施加氮肥(M)、种植玉米施加氮肥(M-N),观测玉米田土壤呼吸各组分的日变化规律,同时观测土壤温度、气温等环境因子。结果表明,不种植玉米处理(CK和CK-N)土壤呼吸速率(土壤基础呼吸)为0.57～1.23μmol·m-2·s-1,施加氮肥对土壤基础呼吸没有显著影响;种植玉米条件下,施氮处理(M-N)的季节平均土壤呼吸速率为3.14μmol·m-2·s-1,显著高于不施氮处理(M),增幅达31.9%。CK和CK-N处理的土壤基础呼吸温度敏感系数Q10分别为1.20、1.25,而不施氮和施氮条件下玉米根际呼吸的Q10值则分别为1.27、1.49。施加氮肥导致玉米根际呼吸温度敏感性明显增强(Q10值增大),而土壤基础呼吸的温度敏感性则无明显变化,两种效应的叠加使得种植玉米土壤的总呼吸速率温度敏感性明显增加。

腾格里沙漠植被重建对土壤呼吸的影响

植被重建是防止和控制沙漠化的有效措施之一。为探讨腾格里沙漠植被重建对土壤呼吸的影响,利用Li-6400-09土壤呼吸室于2007年观测了1989年建立的植被重建区和流沙区土壤呼吸差异,并采用根系隔离法区分了植被重建区的土壤基础呼吸和根际呼吸。结果表明,植被重建18a显著影响了该区土壤CO2的释放过程,总土壤呼吸速率由流沙区的CO20.107±0.008μmolm-2s-1显著增加到植被区CO20.483±0.033μmolm-2s-1,而且出现了较为明显的季节波动。植被重建不但导致根际呼吸速率增加,而且影响了土壤基础呼吸速率。此外,植被重建区灌木的缀块状分布格局和养分的空间异质性导致了土壤呼吸的空间差异。

夜间增温对麦田土壤呼吸速率的影响

全球气候变暖呈现明显的非对称性,夜间气温和冬、春季的增温趋势显著,采用田间开放式被动增温系统研究夜间增温对南京地区麦田土壤呼吸速率不同组分(根际呼吸速率和土壤基础呼吸速率)的影响机制。结果显示,夜间增温处理下麦田土壤总呼吸速率、根际呼吸速率的季节平均值分别为4.32、3.29μmol·m-2·s-1,比对照小区分别增加了10.0%、15.4%,表明夜间增温显著促进了土壤总呼吸强度和根际呼吸。从不同生育期来看,增温处理下孕穗期(4月8日至4月18日)的根际呼吸速率增加了34.6%～44.2%,而生长后期(5月9日至5月17日)则降低了31.4%～40.4%。相反,夜间增温抑制了孕穗期的基础呼吸速率,而在一定程度上促进了冬小麦生长后期的基础呼吸速率。研究表明,夜间增温对麦田土壤根际呼吸速率具有促进作用,而在一定程度上对土壤基础呼吸速率具有抑制效应,可能是通过改变作物生物量、养分吸收等特性,从而影响到作物根系与土壤微生物之间的养分竞争所致。

黄土丘陵区草地土壤微生物C、N及呼吸熵对植被恢复的响应

以野外样地调查和室内分析法研究了黄土丘陵区不同植被恢复年限下草地土壤微生物C、N及土壤呼吸熵的变化。结果表明,土壤微生物量碳明显地随着植被恢复年限的增加而增加。在恢复前23a,土壤微生物量碳在0～20cm土层年增加率为24.1%;20～40cm为104.4%。植被恢复23a后,0～20cm土层增长率为0.83%,20～40cm为0.19%。土壤微生物量N表现为在植被恢复的初期略有下降,3a后,开始出现明显增加。0～20cm土层年增长率为20.14%,20～40cm为15.11%。在植被恢复23a后,0～20cm土层的年增长率为0.14%,20～40cm变化不大。土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加逐渐加强;土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势。土壤呼吸熵(qCO2)在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植物生长状况影响较小。相关分析表明,土壤微生物量和土壤微生物活性与土壤有机质、碱解氮和粘粒含量显著正相关;与土壤粉粒含量明显负相关;表层土壤pH值对其也有明显影响。草地植被自然恢复过程可增加土壤微生物活性,有利于土壤质量的提高。

喀斯特峡谷区不同恢复阶段土壤微生物量及呼吸商

土壤微生物生物量、土壤微生物呼吸及微生物商值(微生物商qMB、微生物呼吸商qCO2)是土壤质量的敏感性指标。对喀斯特峡谷区不同植被恢复阶段土壤微生物生物量、土壤微生物呼吸及其qMB、qCO2进行研究,结果表明:在植被恢复过程中,土壤微生物生物量、土壤微生物呼吸及qMB均表现为从退耕地到草本群落下降,从草本到灌木群落上升,从灌木到乔木群落略微上升或者趋于稳定;qCO2的变化规律与它们相反。在同一恢复阶段,土壤微生物生物量,土壤微生物呼吸,qMB值均随土层加深而减小。土壤微生物生物量、微生物呼吸及其qMB、qCO2与土壤总有机碳、全氮、全磷具有显著的线性相关关系(p<0.05),可用来评价土壤质量。