氮添加对杉木林土壤有机碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性的影响

为探讨氮添加对亚热带森林土壤有机碳矿化速率(Cmin)及酶动力学参数温度敏感性(Q10)的影响,选择亚热带杉木林土壤为研究对象,采用野外长期氮添加与室内控温培养试验,分析土壤Cmin及β^(-1),4-葡萄糖苷酶(βG)动力学参数温度敏感性。野外试验设置对照(N0)、低氮(N1:50 kg N hm^(-2)a^(-1))、高氮(N2:100 kg N hm^(-2)a^(-1)) 3种处理,每种处理3次重复,室内培养设置10—40℃。结果表明:(1)氮添加增加土壤Cmin,为N2>N1>N0,但其Q10(Cmin)差异不显著。(2)氮添加增加βG的潜在最大反应速率(Vmax)和催化效率(Vmax/Km),且Vmax和Vmax/Km均为N2>N1>N0,而氮添加对半饱和常数(Km)影响不显著。Q10(Vmax)和Q10(Km)大小为N2>N1>N0且差异显著,但是Q10(Vmax/Km)无显著差异。(3)相关分析表明,30℃培养温度下,Cmin和全磷(TP)、硝态氮(NO-3-N)、有效磷(a P)、Vmax正相关; Vmax和TP、NO-3-N正相关,和p H负相关; Km和全氮(TN)负相关; Vmax/Km和p H负相关,和TP正相关。30—40℃培养温度下,Q10(Vmax)和p H负相关,Q10(Vmax/Km)和TN负相关。研究可为氮沉降背景下土壤碳素循环的生物化学过程对增温响应的模型提供重要参数。

阔叶红松林皆伐后不同恢复方式下土壤有机碳形态与矿化速率变化

土壤有机碳矿化对森林恢复方式有极强的敏感性,为阐明不同恢复方式下土壤有机碳矿化速率及其与碳形态之间的关系,2023年6月选择小兴安岭地区阔叶红松林皆伐迹地区域内2种不同恢复方式下形成的2种林分(天然恢复形成的天然枫桦次生林,人工恢复形成的红松人工林)的林地土壤作为研究对象,以未受干扰的原始阔叶红松林的林地土壤作为对照(PK),采用野外样地设置与调查、土样采集与室内培养及测定相结合的方法,分析有机碳矿化速率对不同恢复方式的响应,并结合土壤碳形态的分布,探究不同恢复方式下有机碳矿化速率与土壤碳形态之间的关系。研究结果表明,1)土壤有机碳矿化速率从第3天开始随着培养时间的延长呈现出不断下降直至趋于平稳的趋势,且矿化速率随着土层的加深逐渐减小;2)原始阔叶红松林(PK)的矿化速率最高、天然枫桦次生林(BC)次之、红松人工林(PM)最低;3)2种恢复方式下土壤的总有机碳、矿物结合态有机碳与非活性有机碳由大到小依次为PK、BC、PM;颗粒有机碳含量由大到小依次为BC、PM、PK;4)培养过程中土壤总有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳含量与有机碳矿化速率均呈现出一致减小的趋势,且与有机碳矿化量呈显著负相关性,其中易氧化有机碳对土壤有机碳矿化率的影响最大,相关系数为0.622。矿物结合态有机碳和非活性有机碳与土壤有机碳矿化量无显著相关性。综上,相较于红松人工林,天然枫桦次生林增强了土壤有机碳矿化速率,并且在2种恢复方式中,活性有机碳主导着土壤有机碳矿化速率。

温度对温带和亚热带森林土壤有机碳矿化速率及酶动力学参数的影响

研究了温度对长白山阔叶红松林、鼎湖山常绿阔叶林2个不同纬度的森林土壤有机碳矿化速率和酶动力学参数的影响.结果表明:土壤有机碳矿化速率(C_(min))随着温度的增加而增加,长白山土壤C_(min)及其温度敏感性(Q_(10(Cmin)))显著高于鼎湖山土壤.长白山土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)的酶动力学参数潜在最大反应速率(V_(max))和半饱和常数(K_m)高于鼎湖山土壤,但鼎湖山土壤的催化效率(V_(max)/K_m)高于长白山土壤,表明随着温度的升高,土壤βG和NAG的V_(max)和V_(max)/K_m增加,K_m降低,即酶与底物的结合程度增加.鼎湖山土壤βG的Q_(10(Vmax))、Q_(10(Km))高于长白山土壤,这与土壤Q_(10(Cmin))结果不一致.增温对长白山和鼎湖山森林土壤有机碳矿化及酶动力学参数的影响机制不同,在土壤生物化学过程对增温响应的模型中应区别考虑.

土壤水分和氮添加对华北平原高产农田有机碳矿化的影响

通过105 d的恒温(25℃)控湿室内培养方法,探讨了华北平原高产粮田土壤有机碳矿化特征以及水分和有机、无机氮输入对其影响。试验设4个肥料添加水平和4个水分梯度,分别为对照(S0)、仅添加无机氮(尿素)(S1)、无机氮和有机氮(鸡粪)配施(S2)以及仅添加有机氮(S3)和25%(田间持水量;M0)、50%(M1)、75%(M2)和100%(M3)共16个处理,每处理3次重复。结果表明,各处理有机碳矿化速率均在培养后1 d达第1高峰,之后直线下降,培养7 d时下降幅度达57.2%—75.0%,培养20—30 d时出现第2高峰。有机碳累积矿化量有208.8—1161 mg/kg,主要集中在前30 d,可占整个培养期的59.1%—69.9%,105 d的净矿化率为0.07%—2.01%。根据双指数方程模拟结果,研究了土壤潜在矿化碳库(C1+C2),其中活性碳库(C1)和惰性碳库(C2)分别为53.0—135.1 mg/kg和156.9—1069 mg/kg,潜在矿化率为1.75%—9.66%。土壤含水量显著影响有机碳矿化,且与潜在矿化碳库呈二次函数关系(P<0.05)。田间持水量25%—100%范围内,随着土壤含水量的升高,有机碳矿化速率呈增加趋势,但增幅降低,其中M2(田间持水量75%)的有机碳净矿化率最高。有机碳矿化量与土壤微生物碳和矿质氮含量呈线性正相关(P<0.05),保持氮水平(200 kg N/hm2)相同,有机氮(鸡粪)和无机氮(尿素)均显著促进土壤有机碳矿化,但两者间差异不显著(P>0.05),且有机氮和无机氮对有机碳矿化的影响均与土壤含水量有显著交互作用(P<0.05)。

桂林毛村岩溶区三种亚类石灰土有机碳矿化研究

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村典型岩溶区黑色石灰土、棕色石灰土、红色石灰土三种亚类石灰土在25℃和70%田间饱和含水量条件下培养90d有机碳矿化速率的差异。结果显示:各亚类土壤有机碳矿化速率和累积释放CO2-C量总体上都随土层加深而递减。0～20cm至20～40cm层递减幅度最大。各亚类石灰土有机碳矿化速率和累计释放量的大小顺序为:黑色石灰土>棕色石灰土>红色石灰土,黑色石灰土的矿化速率远远大于棕色石灰土和红色石灰土,其中0～20cm土层差异最大。土壤有机碳矿化速率和有机碳含量呈正相关。黑色石灰土土壤有机碳矿化释放的CO2-C分配比例最高,达到3.33%,其次是红色石灰土,比例为2.92%,旱地棕色石灰土矿化比例最低,为1.90%,说明桂林毛村典型岩溶区黑色石灰土和红色石灰土有机碳稳定性较弱,旱地棕色石灰土具有较强的固定有机碳能力。

不同浓度新型液态调理剂对土壤生物特性、有机碳及其组分的影响

为揭示新型液态调理剂对张家口地区莜麦耕层土壤生物特性、有机碳及其组分的影响,以莜麦种植区0~20 cm土层为研究对象,采用室内培养试验的方法,研究在土壤质量含水量15%、20%、25%下新型液态调理剂对有机碳矿化过程的影响,分析不同浓度调理剂对土壤酶活性、有机碳矿化及其组分含量的变化规律。结果表明,添加调理剂可以提高土壤有机碳矿化速率、累计矿化量、潜在可矿化有机碳含量(C_(0)),而降低土壤矿化强度,其中以P3N处理影响最为显著。在无机肥基础上添加调理剂可以显著提高蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶活性和有机碳及其组分含量。与N处理相比,P_(1)N处理的SOC、LOC在不同含水量的土壤中分别增加5.85%~14.72%和1.72%~29.84%(P<0.05);P_(2)N处理分别增加了8.78%~20.00%和13.22%~45.16%(P<0.05);P3N处理分别显著增加了13.17%~41.13%和49.71%~75.00%,蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶活性与SOC、LOC、CMI均呈现显著正相关性。这表明在施用复合肥基础上添加调理剂通过提高土壤酶活性的方式,提高了土壤有机碳的矿化速率及矿化量,进而增加了土壤中有机碳及其组分含量。同时高浓度的调理剂可以更持久地提高有机碳的矿化速率和累计矿化量,提升土壤固碳能力。

北方温带森林不同海拔梯度土壤碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性

采集长白山脉龙岗支脉老秃顶子南坡3个不同海拔梯度森林（岳桦林、针阔混交林、红松林）土壤,进行室内温度梯度培养试验,研究土壤碳矿化速率（（Cmin））和土壤,β-1,4-葡萄糖苷酶（βG）动力学参数及温度敏感性.结果表明：海拔和温度对（Cmin）均有显著影响,3种森林土壤（Cmin）均随着培养温度升高而增加,且岳桦林土壤（Cmin）最高.3种森林土壤碳矿化速率温度敏感性[Q（10（Cmin）]大小为岳桦林〉红松林〉针阔混交林,但差异不显著.3种森林土壤βG动力学参数最大反应速率（Vmax）和米氏常数（Km）均随培养温度升高而增加,Vmax的温度敏感性[Q10（Vmax）]为1.78-1.90,Km的温度敏感性[Q10（Km）]为1.79-2.00.岳桦林Q10（Vmax）/Q10（Km）值显著高于红松林和针阔混交林,表明高海拔岳桦林土壤有机碳水解酶动力学参数受温度升高影响最大.