中国东北地区20世纪末土地利用变化的土壤碳源汇效应

土地利用变化是土壤有机碳库变化的重要原因之一。文中选择中国东北地区,利用多目标区域地球化学调查数据,结合20世纪80年代和2000年土地利用数据,分析了不同土地利用方式下土壤有机碳密度分布特征,以及由于土地利用方式变化形成的土壤碳源汇效应。结果发现:(1)不同土地利用下土壤表层有机碳密度(SOCD)差异较大,沼泽地、有林地等是SOCD相对较高的土地利用类型,而沙地、盐碱地、低覆盖草地等土地利用方式下SOCD较低;(2)按照土地利用方式的构成推算,研究区表层(0～20cm)土壤有机碳储量为482.1×1010 kg,其主要储库为有林地和旱地,分别占土壤总有机碳储量的43.8%和21.4%;(3)东北地区由于土地利用方式变化造成的土壤总碳源值为5.73×1010 kg,总碳汇值为3.56×1010 kg,因此研究区总体上表现为2.17×1010 kg(21.7Tg)的碳源;(4)研究区起到土壤碳汇作用的典型土地利用转化方式有旱地到水田的转化、其他林地和疏林地到有林地的转化等;起到土壤碳源作用的典型土地利用转化方式为有林地到旱地的转化、高覆盖草地到旱地的转化、沼泽到水田和旱地等耕地的转化等。

耕作方式及秸秆还田对土壤性质、微生物碳源代谢及小麦产量的影响

以小麦品种济麦22为试验材料,采用裂区试验设计,耕作方式为主区,分别设常规翻耕(C)、深松(S)、旋耕(R)处理,副区为秸秆还田量,分别设秸秆全还田(P)和秸秆不还田(A)处理,采用Biolog Eco技术测定土壤微生物碳源代谢功能,并分析土壤基本理化性质和作物产量。结果显示:深松与秸秆还田均有利于土壤含水量和有机碳含量的提高,0~15 cm土层分别提高了9.78%和24.00%,15~30 cm土层分别提高了7.08%和15.81%;深松提高了15~30 cm土层的pH值6.67%,秸秆还田提高了0~15 cm土层的pH值4.32%。深松和秸秆还田均有利于代谢多样性(丰富度指数、香浓多样性指数)、碳源代谢强度的提高,0~15 cm土层分别提高了26.84%、3.84%和38.02%,15~30 cm土层分别提高了11.87%、3.63%和14.74%。主成分分析表明常规翻耕秸秆不还田和旋耕耕作秸秆不还田碳源代谢功能相近,15~30 cm层次内常规翻耕秸秆全还田碳源代谢功能和深松耕作秸秆全还田处理相近。深松和秸秆还田平均提高了小麦产量5.82%,微生物碳源代谢功能与小麦产量具有极显著的相关性。

生物有机肥对土壤微生物活性的影响

通过两次连续温室玉米盆栽试验,研究了施用具有调节微生物功能的生物有机肥对土壤微生物数量与活性的影响,并利用传统平板计数法与BIOLOGECO方法相结合研究生物有机肥对土壤微生物生态的影响。结果表明,与化肥相比,施用生物有机肥可显著提高土壤微生物中3大菌群的数量;AWCD值及微生物对不同碳底物利用水平的测定结果表明,施用生物有机肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其土壤中的羧酸、胺类和其他类碳源等。表明生物有机肥的施用能增加土壤微生物利用碳源能力,改善微生物营养条件,使微生物保持较高活性,提高土壤微生物多样性。

生物复混肥对土壤微生物群落功能多样性和微生物量的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板法和氯仿熏蒸浸提法,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥和生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的变化。结果表明:生物复混肥处理的土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、微生物群落Shannon指数(H)和微生物群落丰富度指数(S)均最高;施用生物复混肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其是多酚化合物类和糖类;不同处理土壤微生物碳源利用特征有一定差异,生物复混肥在第1主成分上的得分值为正值,其他各处理在第1主成分上的得分值基本上为负值,起分异作用的主要碳源是糖类和羧酸类。在玉米生长期间各处理土壤微生物量大致呈先升高后逐渐平稳的趋势,且土壤微生物量碳、氮、磷的含量均以生物复混肥处理最高,最高值分别为333.21mg.kg 1、53.02 mg.kg 1和22.20 mg.kg 1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落丰富度和功能多样性,显著增加土壤微生物量碳、氮、磷的含量,有利于维持良好的土壤微生态环境。

1980—2011年川东平行岭谷区农田土壤有机碳动态

选取重庆市垫江县为川东平行岭谷的典型区,使用1980第二次土壤普查和2011年实测土壤数据,基于土壤类型,运用通用SOC密度/储量计算法和逐步回归分析,对研究区1980—2011年0—20 cm农田SOC动态和动因进行分析,结果表明:(1)1980—2011年农田0—20 cm土层SOC密度/储量总体表现为略有增加态势,单位面积碳增量2307.63 kg C/hm2,碳增汇235945.83 t,增幅为10.74%,年均增长速率为72.11 kg C hm-2a-1;(2)丢碳、固碳和相对平衡面积比37.61∶49.03∶13.36,总体呈西部、西北部高于南部、东南部,更高于东北部和西南部的格局;(3)宏观上1980—2011年农田0—20 cm土层SOC密度/储量变化与土壤类型的分布及利用有很大关系,尤其是黄壤和紫色土在相异的质地本底和不同的扰动下,展现出相反的碳汇/源状态;(4)微观上SOC密度年均变化速率影响最大的因素是SOC密度初始值>全N密度>C/N比,且全N密度和C/N比拥有正向影响,SOC密度初始值则相反;⑸结果为川东平行岭谷区借助施加适当投入和合适的耕作与管理实践,有效管理农田表层SOC库提供科学依据。

南疆野生黑果枸杞果实抗氧化成分与土壤理化性质、微生物特征的相关性

【目的】黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)是一种耐盐小灌木,其果实富含花青素和多糖等抗氧化成分,经济价值高。影响黑果枸杞抗氧化成分含量的因素较多,测定南疆不同生态条件下野生黑果枸杞根际土壤理化性质、微生物特征和果实抗氧化成分的组成情况,分析三者之间的相关性,为黑果枸杞开发利用提供依据。【方法】采用常规测定方法、Biolog微平板和分光光度计法分别测定土壤理化性质、微生物特征和果实抗氧化成分,运用统计学方法对这三者之间的相关性进行分析。【结果】黑果枸杞根际土壤理化性质、微生物特征和果实抗氧化成分含量不同地区差异较大,但存在着一定的相关性。(1)根际土壤p H、电导率的变化幅度分别为8.86~8.04和16.43~0.06 ms/cm,二者与微生物活性(AWCD)、Shannon丰富度指数之间呈显著负相关;电导率与Simpson优势度指数、Mc Intosh均匀度呈显著正相关。(2)144 h Biolog碳源利用表明,黑果枸杞的根际土壤微生物的AWCD值阿克陶和野云沟分别为2.04和1.62,库尔楚园艺场为0.71,其余均较低。土壤养分含量与AWCD和Shannon指数呈负相关;与Simpson指数和Mc Intosh指数呈正相关。载荷因子分析表明,影响黑果枸杞根际土壤微生物的碳源类型为碳水化合物、羧酸类和多聚物类碳源。(3)果实中花青素、还原糖和多糖含量分别变化于46.88~11.75、351.16~229.19和176.34~169.52 mg/g。土壤p H、电导率、有机质、全氮与黑果枸杞果实花青素呈正相关。p H和多糖呈显著正相关;但电导率和养分与多糖呈负相关。Shannon指数与花青素和多糖含量呈显著正相关。【结论】提高p H、盐分含量和微生物丰富度能增加果实抗氧化成分的累积。

新疆盐渍土3种植被类型土壤微生物碳源利用

研究了新疆天山以北三工河流域自然生境下梭梭(Haloxylon ammodendron)、琵琶柴(Reaumuriasoongonica)、隐子草(Cleistogenes chinensis)3种植被群落的土壤微生物碳源利用差异,分析了土壤理化性质与微生物总体活性、功能多样性的相关关系.采用BIOLOG生态板检测了各微生物群落对31种单一碳源的利用情况,结果表明,3种群落的微生物总体活性(AWCD)(F=41.877,P<0.001)、功能多样性(Shannon指数)(F=164.680,P<0.001)、丰富度(R值)(F=20.818,P=0.02)差异显著,其中梭梭植被下微生物群落的AWCD值、Shannon多样性指数、R值明显高于其他两种植被的微生物群落.土壤pH(相关系数=0.958,P<0.001)、土壤总碳相对含量(相关系数=0.718,P<0.05)与微生物总体活性(AWCD)呈显著相关,对微生物碳源利用有重要影响,而土壤可溶盐总量、含水率则与AWCD相关性不显著,微生物群落碳源利用功能多样性和丰富度与土壤理化性质均无显著相关关系.对于所研究的31种单一碳源,梭梭植被下微生物群落的利用情况也好于其他两种植被类型,对11种单一碳源利用情况较好,而琵琶柴、隐子草植被微生物群落分别则仅能对其中6种和5种碳源有较好的利用能力.

降水量变化下荒漠草原土壤呼吸及其影响因素

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环最关键的组分之一。研究降水量变化下荒漠草原土壤呼吸的时间动态及其与环境因子间的联系,可为深入理解降水格局改变下脆弱生态系统碳循环关键过程的调控机制提供数据支撑。该研究基于2014年在宁夏荒漠草原设立的降水量变化(减少50%、减少30%、自然、增加30%、增加50%)的野外控制实验,探究了2019年6–10月土壤呼吸速率的时间动态,分析了土壤呼吸速率与土壤性质和植物特征的关系。整个生长季土壤呼吸速率呈先增加后减弱的时间动态,最大值(2.79–5.35μmol·m^(–2)·s^(–1))出现在7月下旬或8月上旬。与自然降水量相比,减少30%降水量对土壤呼吸速率无显著影响,反映了土壤呼吸对适度干旱的适应性。整体来看,减少50%降水量降低了土壤呼吸速率,增加降水量(尤其是增加30%)提高了土壤呼吸速率,且其促进作用在前期(6–7月)尤为明显。土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系,与土壤含水量呈显著的线性关系。土壤理化性质对土壤呼吸速率有高的独立解释力,且其影响与土壤生物学性质和植物多样性高度相关。降水量可直接影响土壤呼吸速率,也可通过影响土壤生物学性质和植物生物量间接影响土壤呼吸速率。该研究结果表明,适度增加降水量缓解了荒漠草原土壤水分受限性、刺激了土壤酶活性、促进了微生物活性和植物生长,从而加速了土壤呼吸;极端增加降水量则可能导致土壤透气性降低、微生物代谢活动受阻,进而抑制土壤呼吸。

玉米秸秆还田对黑土微生物群落功能多样性的影响

为了解玉米秸秆还田对土壤微生物群落功能多样性的影响,采用ECO-Biolog微平板法,分析了以无玉米秸秆还田为对照(CK),6000 kg·hm^(-2)(S1)、9000 kg·hm^(-2)(S2)、12000 kg·hm^(-2)(S3)和15000 kg·hm^(-2)(S4)四个秸秆还田量的土壤微生物碳源代谢特征。结果表明:随着玉米秸秆还田量的增加,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)也随之增加,24~96 h的AWCD值变化迅速,96 h后进入平稳期,S4处理AWCD值始终大于其他处理;秸秆还田对Shannon指数与Simpson指数没有显著影响(P>0.05),但与CK相比,S4处理McIntosh指数显著增加了57.5%(P<0.05);主成分分析结果显示,秸秆还田影响着土壤微生物群落碳代谢能力,S1、CK、S2和S3处理在PC1和PC2上出现显著的分异,糖类、多聚物类、羧酸类碳源是研究区域内土壤微生物利用的主要碳源。因此,在东北黑土区增加玉米秸秆还田量能够提高土壤微生物对碳源的利用能力,提升黑土肥力。