微塑料对稻田土壤温室气体排放和微生物群落的影响

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中。然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道。基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响。结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响。其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH_(4)排放,而有效抑制了土壤CO_(2)排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性。相关分析结果表明,土壤CO_(2)累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系。以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险。

长白山地土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量垂直特征

碳(C)、氮(N)、磷(P)作为有机体所需的营养元素,其含量和生态化学计量特征能够影响生态系统物质循环。为探究长白山土壤C、N、P及生态化学计量的垂直分布特征,以长白山地北坡不同海拔土壤为研究对象,在600~2 200 m海拔范围内,分析了不同海拔和典型植被带不同深度土壤C、N、P含量、生态化学计量比和储量(密度)特征。结果表明:1)在不同海拔梯度下,0~15 cm土壤全碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量变化范围分别是41.78~130.45 g/kg、2.76~6.32 g/kg、0.54~1.20 g/kg,土壤C/N、C/P、N/P的范围是13.01~22.33、45.47~156.82、3.51~7.63,土壤TC、TN、TP储量介于21.18~129.17 t/hm^(2)、1.19~6.26 t/hm^(2)、0.23~0.82 t/hm^(2)。TC含量、TN含量、C/N、C/P、N/P、TC储量和TN储量均随海拔升高呈现先增后减的中海拔峰值规律,而TP含量和TP储量则在总体上呈下降趋势。2)植被带变化改变土壤C、N、P含量、生态化学计量比及储量。TC含量(59.21 g/kg)和TN含量(3.27 g/kg)最大值出现在岳桦林带,TP含量(0.57 g/kg)最大值出现在针叶林带;C/N(18.19)、C/P(122.66)和N/P(6.74)均在苔原带达到最大;而TC储量(76.95 t/hm^(2))最大值出现在岳桦林带,土壤TN储量(4.57 t/hm^(2))最大值出现在针阔混交林带,TP储量(1.12 t/hm^(2))在针叶林带达到最大。除TP储量外,不同植被带C、N、P含量、生态化学计量比和储量均随土壤深度增加而降低,表现出明显的表层聚集特征。不同植被带、土壤深度及其交互作用均对C、N、P含量、生态化学计量比及其储量具有极显著影响(p<0.01)。研究结果将为全球变化下长白山森林土壤C、N、P元素含量和储量的研究提供数据积累和基础支撑,对了解陆地生态系统养分循环具有重要意义。

长白山苔原带土壤跳虫群落组成和表聚性特征研究

跳虫是土壤动物群落的重要组成部分,且对环境变化非常敏感,极端环境条件下跳虫的组成和分布特征研究相对不足。为了解高山苔原带土壤跳虫群落的组成和分布特征,于2021年7月和8月在长白山北坡苔原带进行了土壤跳虫取样调查。研究采用了Vortis采样器采集土壤表面0 cm跳虫,采用土钻采集土壤层(0~5 cm和5~15 cm)跳虫来完整揭示土壤跳虫的群落组成。研究共收集土壤跳虫3 958只,隶属于9科25属34种。结果表明,采用吸虫器和土钻相结合的方法能够获得更完整的土壤跳虫群落;3种土壤深度的跳虫群落组成、丰富度和多样性指数均存在显著差异且呈现出明显的表聚性特征(0~5 cm);研究筛选出指示跳虫物种17种,土壤表面0 cm的指示物种12种,土壤0~5 cm的指示物种5种,2个土壤层次指示物种明显不同,土壤5~15 cm无指示物种;总氮、总碳和碳氮比是影响跳虫群落的主要因素。本研究可为长白山地生物多样性保护和生态系统评估提供科学的理论依据。