山西太岳山油松林土壤质量与有机碳稳定性随林龄的演变特征

【目的】通过分析土壤质量和有机碳稳定性随林龄的变化特征,为合理评估森林生态系统功能的恢复进程提供理论支撑。【方法】选取山西太岳山区域4种林龄(20年、40年、80年和110年生)的油松林,分析其表层土壤的有机碳及其组分、黏粒含量、根系生物量和土壤酶活性等理化指标,以有机碳与黏粒含量的比例表征土壤的物理质量,以惰性有机碳与活性有机碳含量的比值表征土壤有机碳的稳定性。【结果】土壤的水分含量、土壤酶活性、铁铝氧化物含量都随着林龄的增长呈现增大趋势;土壤质量和有机碳稳定性都随着林龄的增长而增大,在0~10 cm土层,以40年生林地的土壤质量最低,为0.12,110年生林地的最高,为0.40,有机碳稳定也是在40年生林地最低,为2.69,110年生林地最高,为6.72,土壤质量与有机碳稳定性间存在极显著正相关关系。【结论】络合态铁、铝氧化物含量对土壤有机碳稳定性的提高发挥了积极的促进作用,而土壤水分、根系生物量和土壤酶活性则对土壤质量的改善发挥的作用更强一些。

林火对山西太岳山油松林土壤微生物-酶活性的短期影响

【目的】森林火灾发生后森林生态系统功能的恢复既依赖于林火发生的时间,也取决于林火的类型和强度。在林火干扰后较短时间内研究不同类型火烧迹地的土壤生化特性,对理解地上群落的构建具有重要的生态学意义。【方法】在火灾发生1个月后,分别在林冠火和地表火迹地,按0~5 cm和5~10 cm钻取了土壤样品,测定土壤基础呼吸、微生物生物量、土壤酶活性以及理化性状等指标,并估算了土壤微生物的代谢熵。【结果】森林火灾对0~5 cm的土壤性状具有较大影响。林冠火相比于地表火导致土壤养分有不同程度的增加,并提高了土壤基础呼吸(3.85%)及土壤呼吸速率(47.67%),同时也增加了胞外酶的活性;但显著降低了含水量(21.95%)及微生物生物量碳(27.98%)、氮(9.65%)。统计分析结果显示,森林火灾通过改变土壤养分含量调控了土壤微生物的活性。【结论】在林火发生后的较短时间内,土壤的养分含量、土壤微生物和胞外酶的活性都维持在较高的水平,尤其在0~5 cm土层,林冠火的激发作用更强一些;土壤养分与土壤微生物和酶活性之间的正相关关系预示着随火灾发生时间的延长、土壤的理化性状都会得到明显改善。

山西太岳山不同林龄油松林土壤有机碳稳定性的变化特征

【目的】分析不同林龄油松林土壤有机碳及其组分的变化特征,为揭示维持油松林土壤有机碳稳定性的生物学机理提供理论依据。【方法】以山西太岳山林区40,80和110年生的油松林为研究对象,测定不同林龄油松林土壤有机碳及其组分(高氧化活性有机碳(F1)、中氧化活性有机碳(F2)、低氧化活性有机碳(F3)、稳定有机碳(F4))含量、pH、全氮含量、全磷含量、阳离子交换量、土壤酶活性和土壤粒径分布,分析不同林龄油松林土壤有机碳的稳定性和土壤理化性质的变化特征。【结果】土壤有机碳含量随林龄的增加而增大。难被氧化分解的有机碳组分(F3和F4)占总有机碳的70%以上,且所占比例随林龄的增大而增高;易被氧化分解的有机碳组分(F1和F2)占总有机碳的30%以下,随林龄的增大占比总体降低。40,80和110年生油松林在0~10 cm土层土壤有机碳的稳定系数分别为2.69,5.77和6.60,在10~20 cm土层分别为3.42,5.90和6.36。随着林龄的增加,土壤全氮含量、阳离子交换量、β-1,4-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶活性呈增大趋势;在0~10 cm土层,土壤黏粒和粉粒含量呈降低趋势,土壤砂粒含量呈增大趋势。地表凋落物现存量与土壤有机碳含量呈显著的正相关关系,与F4呈极显著正相关关系,影响土壤总有机碳的积累与稳定。逐步回归分析结果显示,F1主要受全氮、阳离子交换量、粉粒含量、砂粒含量和β-1,4-葡萄糖苷酶活性的综合影响;F2主要受pH和β-1,4-葡萄糖苷酶活性的综合影响;F3主要受粉粒含量、β-1,4-葡萄糖苷酶活性和纤维二糖水解酶活性的综合影响;F4主要受pH、全氮、黏粒含量、粉粒含量和砂粒含量的综合影响;总有机碳主要受pH、全氮、全磷和阳离子交换量的综合影响。【结论】当油松林林龄为40~110年时,随林龄的增加,土壤理化性状和生物学性状均得到改善,林龄越高,土壤有机碳固持能力越强,土壤有机碳库越稳定。

有机物添加对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响

【目的】探讨添加不同类型有机物对油松林土壤有机碳组分及土壤呼吸的影响,为预测山西太岳山油松林生态系统中土壤的碳收支平衡提供参考。【方法】采用随机区组设计,以山西太岳山油松林地表的平均自然凋落物量为标准,向油松林地0~20 cm土壤中分别添加生物炭(BC)、玉米秸秆(JG)、辽东栎叶(LD)和油松叶(YS)等4种类型有机物,使用LI-8100 CO_(2)通量全自动测量系统对有机物添加条件下的土壤呼吸速率进行连续测定,并对各处理的土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)含量进行监测,结合土壤呼吸与土壤有机碳及其组分之间的关系,探讨添加有机物对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响。【结果】(1)向土壤中添加BC显著降低了土壤呼吸速率,添加JG后土壤呼吸速率较CK显著提高了11.67%。,其余处理与CK差异不显著。在2014年7—11月和2015年5—10月,不同添加物处理间土壤呼吸速率从大至小表现为JG>LD>YS>CK。(2)有机物添加下土壤SOC含量随时间的增加有上升的趋势,在2014年8月,添加JG后显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加BC显著提高了土壤MBC含量,添加LD和YS显著提高了土壤SOC和MBC含量。在2014年10月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加LD显著提高了土壤MBC和ROC含量,添加YS显著提高了土壤SOC、MBC含量。在2015年3月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC和ROC含量,添加LD显著提高了土壤ROC含量。2015年5月,添加JG显著增加了土壤MBC含量。(3)与对照相比,添加BC后土温10℃时的土壤呼吸速率(R10)显著降低了18.01%,添加YS后R10显著增加了30.88%,添加其他有机物对温度敏感性系数(Q10)和R10没有显著影响。(4)土壤呼吸速率与土壤温度、SOC、MBC、ROC和DOC含量显著正相关。【结论】添加有机物显著影响土壤碳动态和土壤温湿度,这些都会对土壤CO_(2)排放产生显著影响,添加JG对土壤有机碳及其碳组分的提高效果最显著,但土壤呼吸速率最高,不利于碳的储存;添加LD可增加土壤活性有机碳含量,短期内可明显改善土壤有机碳库质量;添加BC可在短期内提高土壤微生物生物量碳含量,并显著降低土壤呼吸速率,减少土壤CO_(2)排放的效果最好。

山西太岳山油松林无机氮添加对土壤微生物养分限制类型的影响

土壤微生物胞外酶活性及其化学计量比对土壤养分的有效性和微生物生长的限制因子具有良好的指示作用.然而,在解除氮抑制作用的情况下,微生物的生长策略会呈现何种转变,目前还不明确.在山西太岳山油松林内,按N_(0)(CK)、N_(5)(5 g m^(-2)a^(-1))、N_(10)(10 g m^(-2)a^(-1))、N_(20)(20 g m^(-2)a^(-1))、N_(40)(40 g m^(-2)a^(-1))5种施氮量向土壤施撒硝酸铵,探讨无机氮添加对土壤酶活性及其化学计量特征的影响.钻取不同氮添加梯度的表层土壤样品,分析土壤的养分含量、微生物生物量和5种胞外酶的活性,并计算不同氮添加梯度下土壤酶的化学计量比、矢量长度和角度等生态学指标.结果表明:氮添加使土壤可溶性有机氮(DON)含量从10.64 mg/kg显著提高到55.94 mg/kg,增加了5.3倍;而氮添加使可溶性有机碳氮比值(DOC:DON)显著降低了6.5倍;氮添加使β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)活性和酸性磷酸酶(AP)活性分别提高了53.78%和32.12%,均在N_(40)达到最大值;氮添加使酚氧化酶(PHO)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性分别降低了55.30%和80.42%;氮添加提高了酶C:N(EEA_(C:N))、矢量长度和矢量角度,降低了酶N:P(EEAN:P).其中,土壤pH值、可溶性有机碳氮比和微生物生物量的变化构成了氮添加改变土壤酶活性和触发微生物生长的磷限制性的关键解释因子.综上所述,研究区域山西太岳山油松林土壤微生物的碳氮磷代谢对无机氮添加响应显著,微生物代谢呈现出一定的磷限制,高氮(N_(40))添加背景下微生物碳限制和磷限制加剧.

有机物添加下太岳山油松林土壤微生物元素组成的稳态分析

在山西太岳山地区,向油松林土壤中分别添加生物炭、玉米秸秆、蒙古栎叶、油松叶、木屑等5种有机物,测定各处理的土壤养分、酶及微生物生物量等指标,研究外源有机物添加下土壤酶化学计量特征及微生物元素组成的内稳性。结果表明:添加木屑显著增加了土壤N(17.1%)、P(37.6%)含量,显著增加了微生物生物量碳(118.0%)、氮(41.0%)、磷(176.6%)。C、N、P获取酶(β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、酸性磷酸酶)活性总体上随添加有机物C/N值(生物炭<蒙古栎叶<油松叶<玉米秸秆<木屑)的增加而增加,其化学计量变化受土壤养分状态及微生物生物量的调控。酶活性相对比例及矢量特性表明,研究区微生物生长受到P的限制,且添加有机物没有缓解P的制约作用。微生物生物量碳、氮及化学计量比C∶N、C:P、N∶P属于绝对稳态型,而微生物生物量磷处于非稳态。微生物通过改变酶的分配策略保持微生物体元素及比例的相对稳定,仅有微生物生物量磷对土壤养分变化表现出不稳定性,可能因为P是研究区微生物生长的限制性元素。