高寒地区不同人工牧草种类对土壤酶活性及酶化学计量比的影响

[目的]探究青藏高原高寒草甸区不同人工牧草土壤酶活性及其化学计量特征,为深入认识高寒地区土壤养分状况及草地生态系统功能提供科学依据。[方法]以冷地早熟禾(Poa crymophila)、无芒披碱草(Elymus submuticus)、短芒披碱草(Elymus breviaristatus)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、星星草(Puccinellia tenuiflora)、同德老芒麦(Elymus sibiricus)、贫花鹅观草(Roegneria pauciflora)7种人工牧草种植地土壤为研究对象,并以邻近的天然温带草原土壤作为对照(CK),探讨与土壤碳、氮和磷循环有关酶活性及其化学计量学特征。[结果](1)不同牧草种植地土壤酶活性差异较大〔(3~496 nmol/(g·h)〕,7种牧草土壤酶的活性均明显低于CK(13~506 nmol/(g·h))。(2)土壤碳氮酶活性比(E_(C∶N))在各样地之间无显著差异,冷地早熟禾样地的碳磷酶活性比(E_(C∶P))和氮磷酶活性比(E_(N∶P))最大(0.82,0.94);7种牧草土壤酶活性矢量角度均大于45°,表明牧区土壤微生物受到P元素限制。(3)土壤酶活性及其化学计量主要受土壤SOC,TN,W,MBC和MBN的影响,与MBC∶MBN,SOC∶TP和TN∶TP也显著相关。[结论]人工牧草的种植改变了土壤养分结构从而影响土壤酶的分泌,不同牧草种类种植地土壤酶活性及其化学计量存在显著差异。未来结合土壤微生物群落组成以及功能特征可进一步揭示青藏高原高寒草甸土壤养分循环及草地生态系统功能的影响机制。

不同林龄华北落叶松土壤酶活性和碳氮磷化学计量变化

为人工林的合理经营提供理论依据,以塞罕坝机械林场五个林龄(15年、25年、35年、45年和55年)的华北落叶松人工林土壤为研究对象,分析不同深度土壤(0—15和15—30 cm)的理化性质、酶活性以及计量比特征,并揭示其相互关系。结果表明:(1)土壤有机碳、全氮含量随林龄增长而升高,而含水率、全磷和全钾含量呈现先升后降的趋势。表层土壤(0—15 cm)的含水率、有机碳、全氮和全磷含量显著高于深层土壤(15—30 cm),土壤全钾含量呈现相反规律。(2)土壤的β⁃1,4⁃葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、β⁃1,4⁃木糖酶、亮氨酸氨肽酶、β⁃1,4⁃N⁃乙酰基氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶的活性随林龄的增加呈增大趋势,随土壤深度的加深呈减小趋势。(3)六种土壤酶活性与土壤含水率、有机碳和全氮含量呈显著正相关(P<0.05),与土壤pH值、全钾含量呈负相关。由冗余分析和逐步回归得出,土壤pH、含水率、氮磷比和土壤养分是影响土壤酶活性的主要因素,土壤养分是影响土壤酶化学计量的主要因素。(4)研究区土壤磷的含量极度贫瘠(均小于0.2 g/kg),由氮磷比可得15—35年华北落叶松的生长受到氮和磷的共同限制,45和55年华北落叶松的生长主要受磷限制。在所有林龄中,氮限制程度随土壤深度的加深而降低,而磷限制程度则随土壤深度加深而增强。(5)土壤酶化学计量氮磷比(0.77—0.84)和酶化学计量碳磷比(0.84—0.92)均高于全球的平均值(0.44和0.62)。酶活矢量角度均小于45°,且随土壤加深而减小。说明土壤微生物受到较为强烈的氮、磷限制,其中氮限制程度随土壤深度加深而加强。因此,在华北落叶松人工林经营管理中应考虑外源氮和磷的投入,缓解华北落叶松人工林生态系统的养分限制。

不同有机物料还田对白浆土土壤化学计量特征及胞外酶活性的影响

为探究不同有机物料还田对白浆土土壤化学计量特征及胞外酶活性的影响,在东北白浆土地区开展2 a定位试验,设置常规耕作对照(CK,无秸秆无有机肥添加)、秸秆还田(S)、有机肥还田(M)和秸秆搭配有机肥还田(SM)共4个处理。结果表明,与CK相比,施用有机物料均可增加土壤有机碳、全氮和全磷含量,分别增加1.81%~6.91%、1.54%~7.48%和2.04%~7.26%,但对土壤C∶N、C∶P、N∶P无显著影响。施用有机物料均可显著增加土壤碳、氮、磷获取酶的活性,其中土壤氮获取酶活性的增加最为显著,增幅为60.03%~131.15%,且有机肥还田和秸秆搭配有机肥还田对3种土壤获取酶的提升效果优于秸秆还田处理。胞外酶化学计量散点图结果表明,土壤微生物群落受碳和磷的共同限制,而有机物料的投入可缓解这种限制;基于随机森林分析发现,土壤有效磷、碱解氮、微生物生物量碳、微生物量氮和微生物量磷是影响土壤微生物碳和磷限制指标的重要因素。

间伐强度对天然红松阔叶林土壤胞外酶活性及其化学计量比的影响

【目的】研究不同间伐强度下红松阔叶林土壤胞外酶活性和化学计量比的变化,探讨间伐强度对土壤养分循环的影响,有利于红松阔叶林的可持续经营和生态功能的稳定。【方法】以吉林省长白山林区内的天然红松阔叶林为研究对象,选择4个间伐强度(CK,0%;LT,14%;MT,27%;HT,41%),测定并分析土壤养分、土壤胞外酶活性及其化学计量比,通过胞外酶矢量分析、相关性分析和冗余分析(RDA)揭示间伐强度对红松阔叶林土壤胞外酶活性及养分限制的影响。【结果】间伐显著降低了磷(P)获取酶活性(ACP),显著提高了碳(C)、氮(N)获取酶活性(CBH、BG、NAG、LAP),且随着间伐强度的增加,C、N获取酶均呈现出先升高后降低的趋势,在中度间伐达到最大。土壤EC∶P(0.99)和矢量长度(0.92)在重度间伐处较高,EC∶N(1.15)和矢量角度(57.21°)在未间伐处较高,表明土壤微生物在重度间伐和未间伐下分别具有较强的碳和磷限制。土壤铵态氮与C获取酶(CBH、BG)活性、EC∶N、EC∶P、矢量长度呈显著正相关关系(P<0.001),与P获取酶(ACP)活性显著负相关(P<0.01)。土壤全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷、有机质是调控土壤胞外酶活性随间伐强度变化的重要因子。【结论】适宜的间伐强度可以提高土壤胞外酶活性,改善土壤微生物养分限制,促进土壤生物化学循环过程,研究结果可以为深入探讨间伐对天然次生林的养分循环和资源限制等研究提供理论支撑,为红松阔叶林的经营管理提供科学依据。

长期施氮加剧亚热带米槠天然林不同深度土壤磷限制:基于土壤胞外酶活性及其化学计量比角度

以福建三明格氏栲自然保护区内的米槠天然林为研究对象,通过设置对照(CK)、低氮(LN,N 40 kg/(hm^(2)·a))、高氮(HN,N80 kg/(hm^(2)·a))处理模拟氮沉降,研究不同施氮年限(4、8 a)、不同深度(0~10 cm和10~20 cm)土壤理化特性和土壤酶活性及其化学计量比的变化,探究长期氮沉降是否加剧亚热带地区土壤磷限制。结果表明:(1)不同年限施氮后土壤pH下降,0~10 cm土层可溶性有机氮(DON)含量随施氮量增加而增加;施氮4 a,0~10 cm土层微生物生物量氮(MBN)含量随施氮量增加显著下降,10~20 cm土层则相反,两土层土壤硝态氮含量均随施氮量的增加而增加;施氮8 a,HN处理下各土层土壤微生物生物量碳(MBC)和MBN含量均最低,0~10 cm土层铵态氮含量随施氮量的增加显著降低。(2)不同年限HN处理提高了各土层土壤β-葡萄糖苷酶(βG)活性,但HN处理8 a明显降低0~10 cm土层β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性;LN和HN处理4 a显著提高0~10 cm土层酸性磷酸酶(ACP)活性,但显著降低10~20 cm土层ACP活性。(3)不同施氮年限下,不同深度土壤酶化学计量比向量角度均大于45°,而且施氮8 a的向量角度要显著大于施氮4 a的向量角度,表明长期施氮加剧了土壤微生物磷限制;不同施氮年限下,0~10 cm和10~20 cm土层土壤酶C∶N∶P化学计量比分别为1∶1∶2和1∶1∶3,与全球生态系统土壤酶C∶N∶P的比值1∶1∶1相比偏离。(4)冗余分析(RDA)表明,DON、MBN和NH4+-N是调控不同施氮年限各土层土壤酶活性和化学计量比变化的主要因子。总之,长期氮沉降明显加剧了亚热带地区土壤磷限制。

青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量及胞外酶活性分布特征

土壤微生物释放的胞外酶是决定碳(C)、氮(N)、磷(P)生物地球化学循环的关键因素,为了阐明青藏高原典型小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性沿海拔和土层的分布特征并揭示影响该分布格局的主要养分限制状况,于2021年8月采集了青藏高原廓琼岗日冰川小流域5个海拔梯度(4900 m;5000 m;5100 m;5200 m;5300 m)中4个土壤发生层(A层:腐殖质层、E层:淋溶层、B层:淀积层和C层:母质层)的土壤样品,定量分析了土壤基本理化性质、微生物生物量、胞外酶活性等指标。结果表明:1)微生物生物量碳氮磷的海拔差异变化规律不同,随着土层加深微生物生物量碳氮磷随海拔变化越小。同时,各海拔之间微生物生物量均有随土层加深而显著降低的趋势(P<0.05);2)四种酶活性的海拔间变化规律各异,但整体呈现随海拔升高而升高的趋势且在表层(A和E层)增长趋势更明显,而且随土层加深显著降低(P<0.05);3)该区域土壤微生物受到碳和磷共同限制,土层越深限制越高,而且海拔越高C限制越强,但P限制降低;4)青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间存在较明显的差异,可能是由于土壤养分含量的差别造成的。整体而言,青藏高原典型冰川小流域土壤养分含量影响土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间的分布特征。为深入理解青藏高原冰川小流域土壤养分循环提供了数据基础和科学依据。

渭北旱塬不同年限撂荒地土壤酶活性及其化学计量变化特征

[目的]探究渭北旱塬区不同年限撂荒地的土壤养分、胞外酶活性及其化学计量的变化特征及影响因素,以期为渭北旱塬区撂荒地的改善与管理提供一定的理论依据。[方法]以渭北旱塬不同年限(5 a, 10 a, 20 a, 25 a和33 a)的撂荒地为研究对象,测定了土壤养分和参与土壤碳(C)、氮(N)和磷(P)循环的5种胞外酶活性,随后利用单因素方差分析、土壤胞外酶化学计量学模型和主坐标分析(PCoA)研究不同撂荒年限下土壤养分和胞外酶活性及其生态化学计量的变化规律及影响因子。[结果]随着撂荒年限的增加,土壤C和N获取酶活性显著减小,而P获取酶活性显著增加;土壤C、N和P含量变化与酶活性变化趋势相反。随撂荒年限延长,土壤微生物的C限制得到缓解,P限制逐渐加强。PCoA拟合环境因子分析结果显示:土壤可溶性有机碳(DOC)、总磷(TP)、速效氮(AN)和速效磷(AP)含量是驱动酶活性及其计量比变化的关键因子。[结论]撂荒对土壤养分状况具有显著改善作用,但随撂荒时间延长(20 a以上)会加剧微生物P限制,因此对经过长年撂荒的土地应当适量施用磷肥,以改善其土壤状况。

酵素菌肥对碧螺春茶园土壤有效养分含量及酶活性的影响

为揭示酵素菌肥与有机肥配施效果,于苏州碧螺春茶园中进行定位试验,设置仅施用有机肥(CK)、有机肥配施酵素菌肥A(T_(1))、有机肥配施酵素菌肥B(T_(2))和有机肥配施酵素菌肥C(T_(3))4个处理,探究酵素菌肥对茶园土壤有效养分含量、土壤微生物生物量和参与土壤养分转化相关酶活性的影响。结果表明,与单纯施用有机肥相比,有机肥配施酵素菌肥能够显著提高土壤有效养分含量,同时显著增加土壤酸性蛋白酶与酸性磷酸酶活性(P<0.05)。此外,3种酵素菌肥之间产生的效果也存在差异,与T_(2)处理相比,T_(1)处理土壤碱解氮、有效磷、速效钾、微生物生物量碳和微生物生物量氮含量分别显著提高27.58%、19.79%、40.91%、38.87%和35.65%,且酸性蛋白酶和酸性磷酸酶活性分别显著提高41.33%和10.59%。主成分分析(PCA)结果进一步表明,土壤依据上述指标的评分顺序为T_(1)>T_(3)>T_(2)>CK。综上,酵素菌肥A能够显著改善土壤养分状况,增加土壤微生物活性,可作为优良菌肥在生产中推广应用。

两种乔木凋落叶浸提液处理对地毯草土壤酶活性及其化学计量比的影响

乔木搭配人工草坪是园林绿化中常见的植物配置方案,但乔木凋落物可能会影响林下草坪草的生长。为探究两种乔木栾树、樱树凋落物对地毯草草坪的影响,本研究将栾树、樱树凋落叶分别制成10、20、40 g·L^(-1)质量浓度的水浸提液,通过盆栽试验分析两种凋落叶浸提液处理下地毯草根际土壤水解酶活性及其化学计量比的变化,初步探讨林下植被管理对地毯草土壤质量的影响。结果表明:1)在不同质量浓度的栾树凋落叶浸提液处理下,地毯草根际土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(PHOS)活性均呈先增后减的变化趋势,木糖聚酶(XYL)则呈先减少后增加,最后减少的变化趋势,而在不同质量浓度的樱树凋落叶浸提液处理下,地毯草根际土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、木糖聚酶活性则表现为先减后增的变化规律,酸性磷酸酶随质量浓度的增加呈递减的变化规律;2)相关性分析表明,N、P获取酶活性与土壤有机碳(SOC)含量呈显著正相关,酶C/N、酶C/P与总氮(TN)、总磷(TP)含量呈显著负相关,酶N/P与SOC含量呈显著负相关。矢量模型分析发现凋落物浸提液处理下地毯草根际土壤微生物呈P养分限制特征,樱树凋落叶浸提液处理能缓解微生物C、P限制;3)冗余分析进一步揭示了栾树和樱树凋落叶浸提液处理下地毯草根际土壤SOC、TP含量和土壤C/P、土壤含水量(SWC)、pH是影响土壤酶活性及其化学计量比的主要因子。因此,在人工草坪日常管理中应适时添加栾树、樱树凋落叶,在提高土壤微生物酶活性的同时缓解了地毯草生长中的碳和磷限制。

马尾松人工林异龄混交改造对土壤团聚体酶活性及酶化学计量比的影响

土壤酶活性及酶化学计量比是表征土壤养分限制状况和评估微生物养分需求的关键指标。因此,为探究马尾松(Pinus massoniana)人工林引入一种或多种阔叶树种异龄混交改造对土壤团聚体酶活性和酶化学计量比的影响及其响应机制,本研究以马尾松人工纯林(PP)、马尾松/红锥(Castanopsis hystrix)异龄混交林(MP)、马尾松/多树种异龄混交林(MMP)为研究对象,测定不同林分类型下原土和不同粒径土壤团聚体碳(C)、氮(N)、磷(P)循环相关的酶活性、土壤理化性质、微生物生物量等指标,分析它们之间的关系,并通过冗余分析(RDA)确定影响土壤酶活性及酶化学计量比的最主要因素。结果表明:①异龄混交改造显著改变了土壤酶活性,表现为MP和MMP均显著高于PP,但MP和MMP之间没有显著差异,且酶活性在微团聚体(<0.25 mm)中最高;②凋落物量、细根生物量、土壤理化性质、微生物生物量与酶活性、酶化学计量比均有不同程度的相关关系,冗余分析发现微生物生物量碳(MBC)、全氮(TN)、全磷(TP)、微生物生物量磷(MBP)、微生物生物量碳磷比(MBC∶MBP)是影响土壤酶活性的主要驱动因子,而TN、MBC和硝态氮(NO_(3)^(-) N)是影响酶化学计量比的主要因子;③PP、MP和MMP土壤酶C∶N∶P自然对数比分别为1.20∶1.03∶1、1.17∶1.07∶1和1.16∶1.04∶1,表明3种林分的土壤微生物均对C需求较高,微生物生长代谢容易受C限制,而异龄混交改造能有效缓解林分土壤的C限制。综上,马尾松人工林引入阔叶树种可有效提高土壤酶活性,促进土壤养分循环和改善土壤质量,但在经营过程中需注意适当增施氮肥以维持其高效生产力和可持续发展。

间伐恢复对松栎混交林表层土壤酶活性及酶化学计量的影响

【目的】探讨间伐后不同恢复时间下秦岭松栎混交林土壤理化性质和土壤胞外酶活性的变化,研究该地区抚育间伐措施对森林生态系统养分循环过程,为制定森林可持续经营方案及合理的生态恢复措施提供理论依据。【方法】采用空间代替时间的方法,对松栎混交林间伐后不同恢复时间(5、13 a)的表层土壤(0~10 cm)理化性质和胞外酶活性进行测定,并计算各处理样地酶化学计量比和酶矢量,以未间伐为对照。【结果】①间伐后土壤pH提高,恢复13 a时土壤全磷、微生物量碳和微生物量氮质量分数显著增加(P<0.05),土壤有效氮质量分数降低。土壤有机碳质量分数在恢复5 a时显著下降(P<0.05),在13 a时逐渐恢复至间伐前水平。②间伐恢复显著降低了β-木糖苷酶、氮获取酶和酸性磷酸酶的活性(P<0.05),提高了β-葡糖苷酶活性;酚氧化物酶和过氧化物酶活性在间伐恢复初期(5 a)表现为降低趋势,13 a时恢复到间伐前水平。③间伐恢复13 a时土壤碳获取酶/氮获取酶比值(E_(C/N))、土壤碳获取酶/磷获取酶比值(E_(C/P))和酶矢量长度显著提高(P<0.05),间伐恢复5 a时E_(C/P)和土壤氮获取酶/磷获取酶比值(E_(N/P))显著提高,同时酶矢量角度也显著降低(P<0.05)。【结论】随间伐恢复时间延长,土壤养分、有机碳和氧化酶活性呈现逐渐恢复的趋势;pH是影响土壤酶活性及酶矢量变化的关键因子。间伐导致土壤微生物在初期恢复阶段的磷限制有所缓解,后期并未改变受碳、磷共同限制的状况。

不同柑橘种植年限土壤胞外酶生态化学计量特征及其驱动因子解析

土壤胞外酶生态化学计量特征可用于评估微生物对资源和养分的获取情况,是评价土壤肥力和微生物活性的重要指标。然而,高强度集约化柑橘种植对土壤胞外酶计量特征的影响机制尚不清楚。为探讨集约化农业种植对土壤酶化学计量特征及其对种植年限的响应,本研究以三峡库区河岸带不同种植年限柑橘为研究对象,采集根际土壤,测定与碳氮磷循环相关的胞外酶活性和功能微生物基因丰度,通过胞外酶生态化学计量特征去评估土壤微生物对氮磷养分及资源的需求状况。结果表明,柑橘种植年限的增加会提高土壤有效氮和有效磷的含量,其中磷素累积更为明显。种植30 a的柑橘土壤有效磷含量约为5 a柑橘土壤的3.5倍,远高于柑橘生长需求阈值。柑橘种植年限增加会显著降低土壤碳磷循环相关酶活性,增加氮获取酶活性。从功能基因角度来看,编码碱性磷酸酶的phoD基因丰度显著下降,从4.84×10^(7)copies·g^(-1)下降至9.24×10^(6)copies·g^(-1)。土壤功能微生物基因丰度的下降是导致碱性磷酸酶活性降低的直接因素。土壤酶化学计量特征也随着柑橘种植年限的增加而改变。土壤酶矢量角度由58.21°降低至18.70°,表明土壤微生物对养分的需求由磷限制转换为氮限制,低柑橘种植年限土壤微生物以磷限制为主,高柑橘年限土壤微生物以氮限制为主。高强度柑橘种植过程中,需减少磷肥施用,增加有机肥等碳源投入,提高微生物活性。研究结果可为高强度集约化柑橘种植土壤质量提升和果园的可持续管理提供理论依据。

半干旱区丛枝菌根真菌复垦地生物结皮胞外酶活性及化学计量特征

丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)对煤矿区生态恢复有长期促生效应,能直接影响生物结皮的生长发育,生态修复效应目前很少涉及生物结皮影响养分循环和胞外酶活性方面的报道。以大柳塔采煤沉陷微生物复垦示范基地修复11 a的对照(CK)区和AMF区为研究区域,选择2个区域里4种不同类型生物结皮:藻结皮、混生藻结皮(藻盖度>50%)、混生藓结皮(藓盖度>50%)、藓结皮为研究对象,分析不同类型生物结皮盖度、厚度,土壤、枯落物和林下植被的总有机碳(TOC质量分数)、全氮(TN)、全磷(TP)及β–1,4–葡萄糖苷酶(BG)、β–1,4–乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和碱性磷酸酶(AP)活性,研究土壤养分及环境因子对生物结皮胞外酶及养分限制的影响。CK区藻结皮盖度比藓结皮高31.3%,而AMF区表现出藓结皮盖度比藻结皮高27%,AMF区和CK区生物结皮的厚度均呈现藻结皮<混生藻结皮<混生藓结皮<藓结皮的趋势,且AMF区生物结皮厚度大于CK区,表明菌根复垦促进了西部采煤沉陷区生物结皮的发育。生物结皮层土壤有机碳(SOC)、TN、TP及胞外酶BG、NAG+LAP、AP活性较裸土均显著增加,藓结皮显著大于藻结皮,表明生物结皮演替加速表层土壤养分恢复及循环。AMF区藻结皮、混生藻结皮、混生藓结皮3种类型结皮SOC和TN质量分数及胞外酶BG、NAG+LAP、AP活性均显著高于CK区。结皮土壤微生物群落受到P限制。生物结皮土壤从藻结皮发育至藓结皮呈现出C/P、N/P逐渐增加趋势,但ABG/(A_(NAG)+A_(LAP))和A_(BG)/A_(AP)随结皮从藻结皮至藓结皮的发育降低(A为胞外酶活性)。RDA分析显示,生物结皮SOC、TN、TP质量分数与BG、NAG+LAP及AP活性存在正相关关系但与酶向量长度及角度呈负相关。AMF通过改善枯落物盖度、林下草本植被盖度及养分状况提升生物结皮养分含量及胞外酶活性,缓解P限制。

封育对伊犁绢蒿荒漠草地土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的影响

明确土壤酶活性及其化学计量特征在封育恢复过程中的变化特征,对揭示土壤养分可利用性随着植被恢复的变化规律及阐明生态系统养分循环机制有重要意义。本研究通过对土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的测定,初步分析了封育6年的蒿类荒漠草地对封育措施响应的特征变化。结果表明:1)封育后蒿类荒漠草地0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、全磷、C/P、N/P及土壤亮氨酸氨基肽酶、碱性磷酸酶,酶活性C/N均无显著变化,而4月各样地β-1,4-葡萄糖苷酶活性及7月玛纳斯样地β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性较对照呈增加趋势;2)封育显著增加了7月玛纳斯样地的C/N及4月各样地酶活性C/P,降低了7月玛纳斯样地酶活性N/P值,封育后4月各样地向量长度均显著增加,且各样地封育前后向量长度均大于45°,表明研究区土壤微生物主要受碳和磷的限制;3)冗余分析表明封育后土壤碳氮磷及其计量特征解释了土壤酶活性及化学计量特征、向量特征变异的56.03%,且结构方程模型显示封育后土壤有机碳极显著影响土壤酶活性及其化学计量特征,表明土壤有机碳可能是影响蒿类荒漠草地土壤酶活性及其化学计量特征的主要因子。

黄土高原生物结皮形成过程中土壤胞外酶活性及其化学计量变化特征

生物土壤结皮在增强土壤抵抗水蚀风蚀能力、改善土壤养分等方面发挥着重要作用,土壤胞外酶活性可作为土壤生化反应强度的微生物指标,对理解荒漠生态系统微生物参与的养分循环过程具有重要意义。选取黄土高原神木县六道沟小流域5个生物结皮发育阶段(裸沙地、全藻结皮、藻-藓混生结皮、藓-藻混生结皮、全藓结皮)的土壤作为研究对象,研究生物结皮发育过程中土壤胞外酶活性(β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基多肽酶和碱性磷酸酶)及其化学计量的变化特征。结果表明:(1)土壤4种胞外酶活性均随生物结皮发育序列变化显著增加,全藓结皮土壤显著大于全藻结皮土壤(P<0.05)。(2)生物土壤结皮层胞外酶活性显著高于下层土壤,且胞外酶活性随着土层深度的加深不断降低。(3)相关性分析表明,土壤C、N、P、土壤C:P、土壤N:P均与土壤胞外酶活性呈极显著正相关关系(P<0.05)。(4)有结皮覆盖土壤的养分含量及土壤胞外酶活性显著高于裸沙地,全藓结皮土壤的养分含量及土壤胞外酶活性显著高于全藻结皮土壤。(5)标准化主轴估计表明,土壤胞外酶活性随着生物结皮的发育均有明显增强并呈现稳态特征,N-获取酶和P-获取酶相对于C-获取酶之间的斜率呈现等容关系,这一结果表明土壤微生物通过稳态调控胞外酶化学计量特征,在干旱半干旱生态系统养分循环过程中具有重要作用。

生草栽培对刺梨园土壤质量、酶活性和化学计量学的影响

为有效解决果园长期清耕带来的土壤肥力下降问题,以刺梨园为研究对象,设置紫花苜蓿、黑麦草和小麦3个生草栽培处理,通过土壤理化性质和土壤酶活性的变化,比较不同生草栽培对土壤肥力、酶活性和土壤化学计量特征的影响。结果表明:(1)与小麦模式相比,紫花苜蓿显著提高土壤的pH值、含水率及有机质、全磷、碱解氮、速效钾含量,分别提高了13.56%、10.18%、12.04%、43.52%、146.58%和96.90%;(2)紫花苜蓿模式下土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性最高,显著高于小麦;(3)基于非线性模型计算显示,紫花苜蓿模式下,土壤质量指数SQI显著高于黑麦草,黑麦草显著高于小麦;(4)3种生草栽培模式对土壤C/N、N/P无显著影响,紫花苜蓿模式下土壤C/P显著低于黑麦草和小麦;(5)相关性分析显示,土壤pH值、有机质含量与过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性之间存在显著或极显著相关性。因此,紫花苜蓿在改善果园土壤肥力方面优于黑麦草和小麦,尤其能够提高刺梨园磷的供应。

秸秆覆盖和配施有机肥对侵蚀坡耕地土壤胞外酶化学计量特征的影响

【目的】土壤胞外酶化学计量特征能够反映养分的有效性和限制性,探究侵蚀生境有机物料添加对耕地土壤酶活性特征的影响,从微生物作用机制认识坡耕地的退化诱因。【方法】研究在我国西南紫色土丘陵区坡耕地观测径流小区进行,试验已进行了8年。设置4个保护性措施处理:无秸秆覆盖无有机肥添加对照(CK)、有机肥替代20%化肥氮(OM)、秸秆覆盖替代20%化肥氮(SW)、秸秆覆盖+有机肥替代20%化肥氮(OMSW)。采集侵蚀区和沉积区0—20 cm耕层土样,测定土壤胞外酶活性和颗粒组成及土壤不同形态C、N、P含量,分析土壤胞外酶化学计量特征、土壤养分化学计量比和土壤可蚀性因子的关联性。【结果】坡耕地各处理沉积区土壤β-葡萄糖苷酶(BG)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、碱性磷酸酶(AKP)活性分别显著高于侵蚀区52.31%、50.60%、16.97%、13.11%。土壤胞外酶活性计量比约为1∶0.79∶1.13,偏离1∶1∶1,4种处理的土壤酶活性表现为SW>OMSW>CK>OM。4种处理矢量角度均表现为侵蚀区>沉积区(P<0.05),矢量长度表现为侵蚀区<沉积区(P<0.05)。4种处理的矢量角度均大于45°,同时4个处理的矢量长度均在1∶1线上方,坡耕地总体受磷限制(养分限制)和碳限制(能量限制)。【结论】坡耕地侵蚀加速了土壤碳、氮、磷的周转速率,各处理沉积区土壤BG、NAG、LAP、AKP活性显著高于侵蚀区。坡耕地总体受养分限制(磷限制)和能量限制(碳限制),土壤胞外酶活性计量比偏离1∶1∶1,侵蚀区受养分限制较重,而沉积区受能量限制较重,侵蚀−沉积作用促使坡耕地土壤由磷限制转变为碳限制。秸秆覆盖并添施有机肥可以缓解土壤胞外酶活性化学计量失衡,其中秸秆覆盖可以显著增加土壤酶活性,缓解土壤磷限制,促进土壤养分循环。

不同绿肥作物周年搭配种植下土壤微生物养分限制与土壤质量指数

【目的】绿肥作物种类多,对土壤理化性状和微生物活性的影响存在差异。我们从土壤微生物代谢与养分限制的角度探讨周年覆盖不同绿肥作物对土壤质量的影响,以期为周年覆盖绿肥的土壤生态效应提供理论依据,为果园、休耕地、撂荒地等空间闲置性土地的绿肥应用提供技术支撑。【方法】3年连续田间定位试验在贵州省农业科学院土壤肥料研究所进行,设置4个冬季和夏季绿肥组合处理:二月兰-小葵子(O-G)、二月兰-饭豆(O-P)、箭筈豌豆-小葵子(V-G)、箭筈豌豆-饭豆(V-P)。在第3年冬季绿肥盛花期采集0—20 cm耕层土样,测定土壤胞外酶活性、土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)含量,以及土壤pH及全量氮磷含量,计算土壤胞外酶化学计量比,并分析各土壤因子对土壤质量指数的贡献。【结果】不同绿肥作物轮作模式下土壤的pH、全氮(TN)、MBN、MBP、β-葡萄糖苷酶(BG)和酸性磷酸酶(ACP)活性差异显著。基于土壤胞外酶化学计量特征,所有处理受土壤微生物碳限制和磷限制,碳限制差异不显著,以O-G处理土壤的磷限制最低,较V-P处理低2%(P<0.05)。土壤pH、有效磷(AP)、可溶性有机碳(DOC)是驱动土壤胞外酶活性和微生物养分限制变化的关键因子,pH对土壤胞外酶活性有显著负效应,土壤全量碳、氮、磷含量对土壤胞外酶活性有显著正效应,对微生物碳限制有显著负效应。土壤胞外酶活性对微生物碳利用效率有显著正效应,主要受ACP活性调控。【结论】不同冬季与夏季绿肥作物组合覆盖的土壤,其pH值、全氮、微生物量氮、微生物量磷、β-葡萄糖苷酶活性、酸性磷酸酶活性具有显著差异,冬季绿肥对土壤微生物磷限制、土壤微生物碳利用效率产生显著影响,冬季绿肥与夏季绿肥的交互效应对土壤质量指数具有显著影响。箭筈豌豆-小葵子(V-G)处理的土壤微生物代谢受磷限制较小,且土壤微生物碳利用率和土壤质量指数最高,最利于调节微生物代谢,维持生态功能,提高土壤质量指数,可优选为土壤快速培肥的绿肥组合。

退化高寒草地土壤养分、酶活性及生态化学计量特征

为探究不同退化高寒草地土壤特性的变化规律。对祁连山康乐、皇城和天祝试验点退化高寒草地(轻度退化草地、中度退化草地和重度退化草地)土壤养分含量及其生态化学计量学特征进行测定分析。结果表明:(1)各试验点土壤pH、电导率、含水量和有机质含量均随着土层深度的增加而降低,在0—20cm土层中,土壤pH呈现出升高趋势,电导率呈现出先升高后降低趋势;在20—40cm土层中,土壤pH呈现出先升高后降低趋势,电导率呈现出先降低后升高趋势,土壤含水量和有机质含量在0—20,20—40cm土层中均随着退化程度的加剧而逐渐降低。(2)不同草地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量均随退化程度的加剧和土层深度的增加而逐渐降低,且各样地间差异显著(p<0.05)。(3)在不同退化草地土壤不同土层中,C/N变化范围为19.10~40.48、C/P变化范围为87.85~121.97和N/P变化范围为4.10~6.76。(4)随草地退化程度加剧,土壤纤维素酶活性呈先上升后降低趋势,脲酶、中性磷酸酶、脱氢酶、蔗糖酶和氧化还原酶呈降低趋势。(5)通过土壤理化、酶活性及生态化学计量比间相关性和主成分分析表明,土壤理化、酶活性和土壤生态化学计量比指标可以敏感地反映出不同退化草地土壤质量状况。综上,祁连山不同程度退化高寒草地土壤已逐步恶化,应加强对该地区草地合理利用和科学管理。

番茄温室土壤碳氮磷的生态化学计量学特征及其与土壤酶活性的关系

以山东省海阳地区不同种植年限番茄温室土壤为供试材料，探讨土壤碳（c）、氮（N）、磷（P）和速效磷（AP）之间摩尔比以及土壤过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的变化规律。结果表明，在种植1～14年间，n（C）：n（N）整体呈降低趋势，其中5—14年间趋于稳定。n（C）：n（P）、n（N）：n（P）、n（C）：n（AP）和n（N）：n（AP）在种植1～8年期间呈明显降低趋势，且变化速率较快，之后的几年间小幅增加。随着种植年限的增加，土壤过氧化氢酶活性增强，与n（N）：n（AP）的相关性最好；土壤脲酶活性在种植1～8年问呈增强趋势，之后开始降低，但与各养分摩尔比间的相关性不显著；酸性磷酸酶活性随种植年限的增加而呈增强并趋于稳定的趋势，与n（N）：n（AP）间相关性最好。由此认为，造成各指标变化的根本原因在于肥料的投入量和施用肥料的种类，尤其是含磷量较高的肥料的施用。