亚热带常绿阔叶林土壤微生物量动态变化及其对氮磷添加的响应

土壤微生物是土壤生物化学过程的驱动者,对环境变化极其敏感。为了探讨不同年份气候差异及不同坡位土壤微生物对氮沉降的响应机制,在安徽南部查湾自然保护区选择不同坡位亚热带常绿阔叶林,就氮、磷添加对土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)的影响进行了为期3年的试验研究。选择中坡和坡顶两种立地类型,分别设置3种控制实验,对照(CK,0 kg N?hm~(-2)?a~(-1))、氮添加(N,100 kg N?hm~(-2)?a~(-1))、氮磷添加(N+P,100 kg N?hm~(-2)?a~(-1)+50 kg P?hm~(-2)?a~(-1))。取样后,测试不同处理土壤MBC、MBN及土壤理化性质。结果表明,氮磷添加后,不同坡位MBC和MBN季节变化存在差异。与対照相比,氮磷和氮添加中坡MBC分别降低了14.6%和15.4%,而在坡顶,两种处理MBC分别提高5.8%和2.1%。中坡MBC变化范围为171.94~2 151.35 mg?kg~(-1),MBN变化范围为52.14~203.3 mg?kg~(-1);坡顶MBC变化范围为102.49~2 219.95 mg?kg~(-1),MBN变化范围为38.56~203.3 mg?kg~(-1)。中坡第2年、第3年及坡顶第3年氮磷和氮添加降低了ω(MBC)/ω(MBN)比,不同坡位ω(MBC)/ω(MBN)比均值为7.88~14.21。土壤微生物量的季节变化显著,土壤MBN在生长季节(5月、7月、9月及11月)较高,最低值出现在休眠期(1月);养分添加改变了土壤MBN季节变化规律。季节、坡位改变了土壤微生物量碳氮和土壤养分的相关性。因此,养分添加对不同立地土壤微生物的影响不同,且不同年份存在差异。长期氮、磷添加降低了ω(MBC)/ω(MBN)比值,但不同坡位反应时间存在差异。土壤MBC、MBN不同年份之间差异显著,主要受不同年份降雨和气温变化控制。冗余分析(RDA)表明,月降水频率、不同年份气温及降水差异、林分因子及土壤理化性质均对土壤微生物量存在显著影响,其季节变化由降水频率(月降水天数)、降水量及气温变化和月降水量及气温波动差异(月标准差)所控制。     

不同耕作模式对双季稻田生态系统净碳汇效应及收益的影响

耕作措施是影响稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的关键因素。为探明南方双季稻区不同耕作模式下稻田耕层土壤(0—20 cm)固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的变化特征,开展紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻大田定位试验,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(RTO,对照)4种耕作处理,系统分析了不同耕作方式对稻田耕层土壤固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究结果表明,各处理稻田耕层土壤的固碳速率变化范围为2.98—3.43 t·hm~(-2)·a~(-1),耕层土壤碳密度为29.77—34.33 t·hm~(-2),其大小顺序均表现为CTRTNTRTO。不同耕作处理稻田生态系统作物的净碳固定变化范围为5.27—7.43 t·hm~(-2)·a~(-1),其大小顺序表现为CTRTNTRTO;CT和RT处理土壤的净碳汇量分别比NT处理增加40.26%和3.90%。不同处理稻田生态系统物质投入的碳成本为0.03—0.85 t·hm~(-2)·a~(-1),年经济收益为7.11—8.81×10~3 CNY·hm~(-2)·a~(-1),稻田生态系统经济效益大小顺序表现为CTRTNTRTO。总之,翻耕、旋耕结合秸秆还田处理均有利于提高双季稻田耕层土壤的固碳速率、碳汇效应和经济收益,是增加耕层土壤有机碳库贮量的有效措施。     

基于MODIS遥感数据的鄱阳湖流域生态系统生产力变化研究

生态系统生产力包括总初级生产力(GrossPrimaryProductivity,GPP)和净初级生产力(NetPrimaryProductivity,NPP),是生态系统能量与物质循环的基础,是碳循环研究的重要组成部分,掌握气候变化背景下生态系统生产力的时空变化,对陆地碳循环具有重要意义。基于MODIS遥感产品(GPP、NPP和地表覆被)和地面气象观测数据(逐日降水、气温、辐射),采用线性拟合方法和偏相关系数法分析了2000—2014年鄱阳湖流域GPP和NPP的时空分布、变化特征及其与气象因子(降水量、气温、辐射)的相关关系。结果表明,(1)2000—2014年鄱阳湖流域GPP的平均年总量为221.4 Tg?a~(-1)(以C计,下同),GPP年总量最高值为2014年的238.7 Tg?a~(-1);NPP的平均年总量为97.6 Tg?a~(-1),NPP年总量最高值为2004年的112.3Tg?a~(-1)。(2)15年来,流域内GPP略有上升趋势,其中10%的地区增长速度超过了10g?m~(-2)?a~(-1);NPP略呈下降趋势,其中20%的地区下降速度超过了5g?m~(-2)?a~(-1)。(3)年降水量、年均温和年均辐射量均呈增加趋势,增加速率分别为4.2mm?a~(-1)、0.014℃?a~(-1)和0.003 9 MJ?m~(-2)?a~(-1)。(4)GPP、NPP与年降水量、年均温和辐射均呈正相关关系,其中,GPP和NPP与降水量和温度的相关性较强,而与辐射的相关性较弱。研究结果可为开展气候变化背景下鄱阳湖流域典型生态系统生产力影响评估提供理论支撑,也对该流域的生态环境保护具有一定的科学意义和应用价值。     

科尔沁沙地东南缘不同生态恢复模式下生态系统服务经济价值估算

植被恢复与重建是遏制沙化过程的有效措施,生态恢复的最终目标是使退化生态系统恢复并维持生态系统的服务功能。基于生态系统服务价值的植被恢复工程效益分析研究有助于提高植被恢复工程的评估水平,以及植被恢复工程的进一步开展。该研究采用市场价值法、替代市场法、影子工程法、碳税法等手段对科尔沁沙地4种典型退化草地恢复方式下的生态系统服务经济价值进行了估算。结果表明,4种恢复方式下,有机质生产价值和生态系统碳贮存价值排序为北京杨(Populus×beijingensis)围草地樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)疏林草地榆树(Ulmus pumila)疏林草地撂荒草地;土壤保持价值和营养物质循环价值排序为北京杨围草地榆树疏林草地樟子松疏林草地撂荒草地;四项生态系统服务的总价值排序为北京杨围草地(8 109.78 yuan?hm~(-2)?a~(-1))樟子松疏林草地(7 774.52 yuan?hm~(-2)?a~(-1))榆树疏林草地(5 941.34yuan?hm~(-2)?a~(-1))撂荒草地(1 893.46 yuan?hm~(-2)?a~(-1)),与撂荒草地比较,3种恢复方式均显著提升了生态系统服务价值,平均增幅为57.92%,其中土壤保持价值与生态系统碳贮存价值占总价值的比例较高,分别为11.38%~12.78%,82.30%~83.28%。综上,科尔沁沙地东南缘营造防护林和稀疏林地有效提高了生态系统服务价值,是较适合降水不足和土壤有效营养元素缺乏的科尔沁沙地的植被恢复模式。     

渭河流域土壤侵蚀时空特征及其地理探测

基于GIS和RS技术,利用RUSLE模型研究渭河流域2000—2015年土壤侵蚀时空分异特征,并运用地理探测器对其影响因素进行研究,结果表明:(1)2000—2015年渭河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2000、2005、2010和2015年平均土壤侵蚀模数分别为50.724、42.270、39.716和35.944 t·hm~(-2)·a~(-1),侵蚀总量减少1.959亿t,大部分地区土壤侵蚀强度向低级别转化;(2)流域土壤侵蚀强度较大区域主要分布在陇东黄土高原区及陇中黄土丘陵区,较小区域主要分布在关中平原和河谷平原。(3)植被覆盖度、造林面积和降雨量是影响流域土壤侵蚀空间分布的主要因素,且不同因子的交互作用均会增强对土壤侵蚀的解释力。(4)植被覆盖度小于0.3、降雨量在481.27～547.75 mm区间、海拔处于3 282～3 874 m区间以及坡度位于20°～25°区间的地区为流域土壤侵蚀高风险区。     

浦东东滩湿地围垦对土壤碳氮储量及酶活性影响

沿海滩涂湿地围垦为区域发展提供了潜在的土地资源,同时也深刻影响土壤质量演变及碳氮循环过程。以上海浦东东滩湿地光滩、2000年围垦后自然演替草地、2000年围垦林地和1994年围垦林地为研究对象,通过样地调查和室内分析研究了土壤总氮、总有机碳、水解性氮、易氧化有机碳含量及土壤酶活性变化。结果表明:随围垦时间延长,土壤碳氮储量显著增加(P0.05),1994年围垦后的林地土壤碳氮储量分别比光滩增加了58t·hm~(-2)和3.64t·hm~(-2),2000年围垦后的林地和草地碳氮储量分别比光滩增加了31.79t·hm~(-2)、2.85t·hm~(-2)和29.75t·hm~(-2)、1.77t·hm~(-2)。土壤易氧化有机碳和水解氮含量也随围垦年限增加而显著增大(P0.05)。围垦后随植被恢复的进行,土壤酶活性显著增强(P0.05),但过氧化氢酶和纤维素酶在不同围垦期不同土地利用方式之间均没有显著差异(P0.05),土壤尿酶和蔗糖酶活性随围垦年限增加而显著增大(P0.05),相同围垦期林地和草地之间4种土壤酶活性没有显著差异(P0.05)。土壤碳氮含量与土壤酶活性呈显著正相关,但与土壤含盐量呈显著负相关。土壤含盐量的降低是提高土壤酶活性,促进土壤碳氮积累的重要环境因素之一。该研究证实围垦有利于土壤碳氮储量的增加,围垦地造林提高了土壤固碳能力,加速了土壤肥力改善,但林分不同生长阶段对沿海围垦地土壤固碳增肥的效果具有较大差异。     

氮沉降对贝加尔针茅草原土壤酶活性的影响

草原土壤酶作为土壤中最活跃的组分,影响生态系统的物质循环过程,其活性能快速反映氮沉降对土壤环境的变化。以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,于2010年开始实施模拟氮沉降试验,设置对照(N0,0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(N30,30 kg·hm~(-2)·a~(-1);N50,50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、高氮(N100,100 kg·hm~(-2)·a~(-1);N150,150 kg·hm~(-2)·a~(-1);N200,200 kg·hm~(-2)·a~(-1))6种氮处理,研究不同氮沉降水平对贝加尔针茅草原土壤6种酶(脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶和蔗糖酶)活性影响。结果表明,0~10 cm土层,与对照相比,氮沉降处理均降低了土壤脲酶(1.32%~24.54%)、过氧化氢酶(10.34%~46.41%)、过氧化物酶(40.54%~271.43%)和蔗糖酶(2.88%~7.31%)活性。同一氮处理水平,不同深度土层的脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性表现为0~10 cm10~20 cm。相关分析表明,土壤含水量、p H、有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮含量与酶活性具有显著相关性(P0.05)。以上结果表明,氮沉降通过改变草原土壤的环境因子,影响土壤酶活性。     

鼎湖山森林演替序列水文过程中总有机碳(TOC)变化规律及其对土壤碳平衡的贡献

森林水文过程中的总有机碳转运对土壤有机碳平衡起着重要的作用,但我们对于水文过程对碳平衡的贡献机理所知甚少.本研究针对鼎湖山季风常绿阔叶林演替序列不同森林生态系统(马尾松林、针阔混交林和季风常绿阔叶林(简称季风林))的大气降水、穿透水、树干流、凋落物淋洗水以及地表径流中的总有机碳(TOC)进行了三年(2002年4月-2005年5月)观测,以此来分析水文学过程中TOC的变化规律和水文学过程对不同成熟度森林生态系统土壤有机碳积累的贡献.每场雨后进行水样的采集,采集的水样装入棕色玻璃瓶中,加硫酸至pH值小于2,放置于实验室冰箱冷藏待测.TOC用日本岛津公司生产的5000A型TOC-V分析仪测定.研究结果及推论如下:鼎湖山森林水文学过程中TOC浓度和总量变化呈现规律性的变化.大气降水中的TOC浓度和总量分别为(3.65±0.59)mg·L~(-1)和51.8104 kg·hm~(-2)·a~(-1),大气降水是鼎湖山森林生态系统水文循环过程中TOC的主要来源.穿透水(DTF)中TOC浓度和总量均为:松林>混交林>季风林,其中季风林TOC浓度显著低于其他两种林型.松林树干流的TOC浓度显著高于混交林和季风林.凋落物淋洗水TOC浓度和总量大小依次均为:松林>混交林>季风林,且三林型间存在显著差异(p<0.05).径流中TOC浓度和总量均较小,且无明显差异.在湿季5月份,穿透水、树干流、凋落物淋洗水的TOC浓度呈现下降趋势.干季(10月)开始以后,穿透水、树干流、凋落物淋洗水中的TOC浓度又逐步回升.地表径流中TOC浓度干湿季变化趋势不明显.干季中各水文学分量TOC浓度大于湿季,但TOC总量呈现相反趋势.在森林水文学过程中,凋落物淋洗水所携带的有机碳量是土壤有机碳输入的最大项,季风林、混交林、松林中TOC总量分别为246.983 kg·hm~(-2)·a~(-1),255.187kg·hm~(-2)·a~(-1)和261.876kg·hm~(-2)·a~(-1);其次是直接到达土壤表面的穿透水,季风林、混交林、松林中TOC总量分别为28.152kg·hm~(-2)·a~(-1),37.410kg·hm~(-2)·a~(-1)和43.176kg·hm~(-2)·a~(-1);树干流中有机碳浓度虽高,但总量很微小,季风林、混交林、松林中TOC总量分别为4.663kg·hm~(-2)·a~(-1),5.910kg·hm~(-2)·a~(-1)和4.566kg·hm~(-2)·a~(-1),所以对土壤有机碳收入贡献不大.径流所携带的TOC总量很小,季风林、混交林、松林中分别为8.707kg·hm~(-2)·a~(-1),9.318kg·hm~(-2)·a~(-1),7.220kg·hm~(-2)·a~(-1).由此可知,水文过程输入土壤的TOC总量远大于径流所带走的TOC总量,导致了水文过程中的TOC存留在土壤中,对土壤有机碳(SOC)的积累起着重要作用.季风林、混交林和马尾松林土壤每年通过水文学过程净输入的有机碳量分别为(27.1+1.65)g·m~(-2),(28.9±2.79)g·m~(-2)和(30.2±2.65)g·m~(-2).水文学过程中的这部分有机碳由于占总有机碳比例较小往往被忽视,但是正是由于水分在土壤中的下渗使得有机碳的分布趋于均匀,这将更加利于SOC的积累和保存.     

模拟氮沉降对武夷山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的影响

大气氮沉降是全球变化的焦点问题之一,为研究大气氮沉降对森林生态系统土壤呼吸的影响,在武夷山亚热带常绿阔叶林进行人工模拟氮沉降,设置对照(N0,0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(N1,50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、中氮(N2,100 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮(N3,150 kg·hm~(-2)·a~(-1)),采用Li-6400分析系统测定土壤呼吸速率,同时测定土壤温度和土壤含水量,探讨氮沉降的背景下土壤温度和土壤含水量与土壤呼吸的关系。结果表明,(1)亚热带常绿阔叶林土壤呼吸速率具有明显的季节动态变化,土壤呼吸速率均为1月最低,8月最高。(2)常绿阔叶林土壤总呼吸存在明显的季节格局,总体呈单峰型,其峰值均出现在8月,重复测量方差分析结果显示,在生长季,氮沉降对土壤总呼吸均无显著影响(P0.05)。(3)常绿阔叶林土壤总呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,其响应具体表现在,低高氮(N1,N3)处理和中氮(N2)处理在一定程度上分别提高和降低了土壤呼吸Q_(10)。N0、N1、N2、N3处理下土壤总呼吸的Q_(10)分别为1.52、1.57、1.44、1.56;土壤呼吸速率与0~5 cm和5~10 cm土层土壤含水量之间的关系用二次曲线拟合的效果最好,其决定系数R~2分别为0.156~0.354和0.239~0.387,明显低于土壤呼吸速率与土壤温度关系方程的R~2值,这表明土壤呼吸速率与土壤含水量之间的相关性较弱,由此可知土壤含水量对土壤呼吸的影响远小于土壤温度对土壤呼吸的影响。(4)N0、N1、N2和N3处理的土壤总呼吸年碳排放量分别为5.67、5.98、6.22和4.22 t·hm~(-2)·a~(-1),低氮和中氮处理的排放比对照高出5.46%和9.70%,低氮促进了土壤呼吸年通量,而高氮抑制了土壤呼吸年通量;方差分析结果表明,氮沉降对土壤呼吸、异养呼吸年通量有显著影响,其中N2对土壤呼吸、异养呼吸年通量影响最大(P0.05)。     

基于MOD17A3的中国陆地植被NPP变化特征分析

净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)作为生态系统物质与能量循环的基础,是区域和全球尺度碳循环和碳收支研究的重要组成部分。基于MOD17A3的NPP数据、地表覆盖类型MCD12Q1数据,采用趋势线分析法对中国2000—2015年陆地植被NPP时空格局、变化规律进行研究。结果表明,(1)2000—2015年,全国陆地植被平均NPP为273.5 g·m~(-2)·a~(-1),变化速率为1.415 g·m~(-2)·a~(-1),变化百分率为8.8%,全国植被NPP线性增长趋势达到显著水平(P0.05)。中国陆地植被NPP年总量在2.406~2.811 Pg·a~(-1)之间波动,平均值为2.635 Pg·a~(-1)。(2)中国平均植被NPP分布呈现西北低东南高、北方低南方高的基本格局。全国大部分区域,植被NPP水平较低,61.0%的区域植被NPP低于300 g·m~(-2)·a~(-1)。森林、草原、农田平均植被NPP分别为575.5、204.2和388.40 g·m~(-2)·a~(-1)。(3)中国大部分地区年NPP变化趋势不明显,占79.9%的陆地区域植被NPP变化趋势不明显,18.4%的陆地区域植被NPP呈显著增加趋势,仅1.7%的陆地区域植被NPP呈显著减少趋势。(4)占中国陆地总面积59.1%的区域植被NPP增减速率在2 g·m~(-2)·a~(-1)以内,33.4%的区域植被NPP增加速率在2 g·m~(-2)·a~(-1)以上,仅7.4%的区域植被NPP下降速率超过2 g·m~(-2)·a~(-1)。(5)中国大部分地区陆地植被NPP的增长百分率在5%以上,占陆地总面积48.1%,变化不大(变化百分率率在-5%~5%之间)的区域占41.0%,陆地植被NPP的降低率在5%以上的面积占10.8%。该研究对中国各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

北京地区典型果园NANI解析与消减对策

人类活动引起的过量氮素输入已经成为引起区域生态环境恶化的主要原因.为探究北京地区人类活动产生的氮素对果园造成的潜在影响,基于大气沉降、肥料、食物/饲料和生物固氮四部分氮素输入之和的人类活动净氮输入(net anthropogenic nitrogen input,NANI)模型,估算了聂各庄果园2018年人类活动导致的净氮输入量.结果显示,研究区域NANI值为234 kg hm~(-2)a~(-1).其中,肥料输入强度为179 kg hm~(-2)a~(-1),占NANI的62.1%;大气沉降输入强度为65 kg hm-2a-1,占NANI的22.5%;其他依次为生物固氮(18 kg hm~(-2)a~(-1);6.1%)和食物/饲料(-27 kg hm~(-2)a~(-1);-9.3%).研究区NANI值偏高,其为我国主要流域NANI值的1.4-3.9倍.肥料是该区域NANI的主要来源,其施用量高出全国和北京地区平均水平的13%和10%.大气氮沉降是NANI的第二大来源,其为全国平均沉降量的4.7倍.肥料和大气沉降都对区域生态环境造成了一定的压力,宜采取相应措施防止多余的氮素流向下游水体.在全国和北京地区平均施肥水平为基准的情况下,通过减少肥料用量17-22 kg hm~(-2)a~(-1)可以有效降低研究区NANI值.通过减少或替换汽油驱动的汽车100万辆,可以减小大气沉降中硝态氮7.16 kg hm~(-2)a~(-1).本研究表明该区域NANI最主要的来源为肥料和大气沉降,通过一系列措施能够对区域内过量的氮素进行消减,达到净化环境的目.(图4表5参40)     

基于高时空分辨率的气候变化对全球主要农区气候生产潜力的影响评估

气候变化背景下,对全球主要农区气候生产潜力进行定量评估不仅可以反映出该地气候生产潜力水平与光、温、水资源配合协调的程度及地区差异,而且对提高土地生产力水平,指导农牧业生产具有重要意义。以全球主要农业区为研究对象,应用全球高时空分辨率气象格点资料和气候生产潜力模型,评估了1981-2015年气候变化对全球主要农区气候生产潜力的影响。结果表明,(1)1981-2015年全球主要农区气候生产潜力呈波动上升趋势,在7.68-8.28t·hm~(-2)之间变化,平均为7.97 t·hm~(-2),最大值出现在2010年,最小值出现在1987年。(2)同年际变化相似,气候生产潜力年代际增长也十分明显,其中20世纪80年代和20世纪90年代之间的增长最显著。(3)35年间,全球主要农业区平均农业气候生产潜力空间分布的基本特点是南高北低,区域差异显著。全球农业区主要集中在东亚、南亚、中亚、西亚、南欧、大洋洲南部、南美洲东部和北美洲南部等地,最高值出现在亚洲东南部,为28.9 t·hm~(-2),北美洲南部、大洋洲南部、亚洲中部、非洲中部等地气候生产潜力较低,大部分地区在5.1t·hm~(-2)以下。(4)35年间,亚洲西南部、中部和北部以及北美洲中部和东南部等地的农业区气候生产潜力显著提高,大部分地区提高了0.00-6.00 t·hm~(-2);而在欧洲大部分地区、南美洲北部和东部、非洲中部和南部以及大洋洲大部分地区气候生产潜力明显减少,变化幅度在-7.99-0.00 t·hm~(-2)之间。总体而言,气候变化对亚洲和北美洲农业区农业生产有利,而对欧洲、南美洲、非洲和大洋洲农业生产不利。     

2000—2020年北方农牧交错区植被生态功能变化及驱动因子分析

中国北方农牧交错区是种植业和草地畜牧业交错的生态过渡区,也是生态脆弱和生态敏感带,在中国生态环境保护中具有重要战略地位。为探讨2000—2020年中国北方农牧交错区植被生态功能变化趋势及其驱动因子,以北方农牧交错区的植被生态功能为研究对象,利用卫星遥感和气象观测数据,选择植被净初级生产力(NPP)、水源涵养能力和水土保持等指标来量化植被生态功能,采用空间叠加分析、趋势分析和相关分析等方法探索了植被生态功能长期变化趋势,分析气候和人为活动对植被生态功能变化的驱动作用。结果显示,2000—2020年北方农牧交错区95%以上区域的植被生态功能呈现变好趋势。其中,NPP、水土保持和水源涵养能力的提升幅度分别为57.1%、57.3%和86.7%。植被NPP由2000年的502.6 g·m~(-2)·a~(-1)(以C计,下同)增加到2020年的789.6 g·m~(-2)·a~(-1);水土保持量由2000年的473.5 t·hm~(-2)·a~(-1)增加到2020年的744.9 t·hm~(-2)·a~(-1);水源涵养能力指数由2000年的42.7增加到2020年的79.7。NPP、水土保持功能和水源涵养能力指数明显提高预示该区域生态系统向良性发展。其中,年降水量增加是驱动植被生态功能变化的关键气候因素。人类的生态保护措施使林地和草地等生态用地面积大幅度上升是促进生态功能提高的主要人为因素。     

氮沉降对长白山白桦山杨天然次生林土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的影响

土壤理化性质易受氮沉降、温度变化、二氧化碳浓度等外界环境因子的影响,其中土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)作为土壤中高活性物质,更易受到诸如氮沉降等环境变化的影响,尤其是不同月份的温度和水分变化会对其产生显著影响。长白山白桦山、杨天然次生林对人工模拟氮沉降响应的控制试验始于2006年,共设计3个氮添加处理,即对照CK(N 0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮LN(N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮HN(N 50 kg·hm~(-2)·a~(-1)),每个处理重复3次。于2017年植物生长季(5-10月),按照不同土壤深度(上层0-10 cm和下层10-20 cm)分别对土壤pH、DOC、DON和MBC、MBN进行了分析。结果表明,(1)氮添加导致土壤pH显著降低(P0.05),变异系数随氮添加量逐步降低,且上、下层土壤表现一致。(2)氮沉降对上层土壤DOC表现为促进作用,对下层土壤DOC影响不显著(P0.05)。HN处理抑制上层土壤DON,而LN处理对5月和9月的上层土壤DON有促进作用,对6月和8月有抑制作用;LN处理促进下层土壤DON,而HN处理有抑制作用。(3)氮沉降在春季月份对MBC和MBN有抑制作用,秋季月份有促进作用;LN处理降低了夏季月份MBC和MBN,HN处理则差异不显著。(4)氮添加、月份、土壤深度以及三者之间的交互作用对土壤各指标都有显著影响,由此可见,单个月份的研究结果并不能代表整个生长季的总体变化趋势。故建议在开展土壤易发变化组分研究时,应同时关注时空变化对其的影响,并进行综合分析,才能确保研究结果的准确性和完整性。     

添加生物炭对东台滨海区杨树人工林3种温室气体排放的长期影响

为了解施用生物炭对杨树人工林土壤CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体排放的长期影响及其主要调控机理,以东台国有林场杨树人工林为对象,设置低生物炭添加量(D,40 t·hm~(-2))、中生物炭添加量(Z,80 t·hm~(-2))、高生物炭添加量(G,120 t·hm~(-2))及对照(CK,0 t·hm~(-2))4种不同处理,采用静态箱-气相色谱法对CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体的排放速率进行了多次测定,同时测定分析了土壤含水率、土壤酶活性等土壤理化及生化指标,为阐明生物炭对杨树人工林生态系统的长期影响提供理论依据。结果表明:(1)对照样地土壤CO_2排放速率变化范围为123.428-412.066mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著促进了土壤CO_2的排放(P=0.001、0.000),分别导致CO_2年平均排放速率增加了21%和20%;(2)对照样地土壤CH4排放速率变化范围为0.578-1.405 mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤CH_4的排放(P=0.000、0.000),分别导致CH4年平均排放速率降低了21%和33%;(3)对照样地土壤N2O排放速率变化范围为0.124-0.297mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤N2O的排放(P=0.003、0.000),分别导致N_2O年平均排放速率降低14%和37%;(4)土壤CO_2排放主要与土壤微生物量C(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、蔗糖酶活性(IA)呈显著正相关关系(P=0.000、0.000、0.013、0.000),与土壤微生物量N(MBN)、土壤微生物量P(MBP)呈显著负相关关系(P=0.000、0.000);(5)土壤CH4排放和N2O排放主要与MBN、MBP、土壤含水率(SMC)、蛋白酶活性(PA)、脲酶活性(UA)、IA呈显著正相关关系(PCH4=0.011、0.009、0.005、0.000、0.000、0.007;PN2O=0.021、0.024、0.002、0.000、0.001、0.019),与MBC、DOC、TN呈显著负相关关系(PCH4=0.000、0.003、0.002;PN2O=0.001、0.012、0.001)。综上,添加生物炭导致了土壤N、P养分有效性增加和蛋白酶、脲酶等相关酶活性降低,可能是本区域生物炭调控杨树人工林土壤3种温室气体排放的主要机制。     

竹炭与有机肥混施对火龙果产量和品质影响及其改土作用

以元谋红心火龙果地为研究对象,设置3个水平有机肥施肥量,分别为低(22.5 t·hm~(-2),L)、中(45 t·hm~(-2),M)、高(90 t·hm~(-2),H),有机肥中竹炭添加量分别为0%(Y0)、3%(Y3)、6%(Y6),采用完全随机组合设计,分析竹炭与有机肥混施对红心火龙果地土壤性质及其产量和品质的影响,以期为生物炭和有机肥的混施在元谋地区农业生产和红心火龙果高效生产中的应用提供参考依据。结果表明,竹炭与有机肥混施后0—20 cm土壤中养分含量比单施有机肥显著提高;竹炭与有机肥混施提高了土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,降低了脲酶活性;土壤性质与酶活性之间存在显著或极显著正相关关系。单施高量有机肥量比低量有机肥量红心火龙果增产24.98%;竹炭与有机肥混施显著增加了红心火龙果总产量,与Y6H处理相比,Y6M、Y6L处理分别增产9.94%、29.82%,且混施增加了红心火龙果中维生素C和花青素含量,而对可溶性蛋白含量影响不显著。在本试验条件下,22.5 t·hm~(-2)或45 t·hm~(-2)的有机肥用量下添加3%或6%的竹炭,0—20 cm土壤养分含量最高,增产效果最好,且火龙果品质更佳。因此,需要继续探究施用有机肥用量为22.5—45 t·hm~(-2)与添加3%—6%竹炭的最佳配比,达到既能改良土壤,降低施肥成本,又能提高产量和品质的目的。     

南方红壤典型花岗岩侵蚀区主要治理模式的土壤碳汇效应

南方红壤花岗岩严重侵蚀区实施水土保持治理后的土壤碳汇效应尚不清晰。为揭示水土保持综合治理对退化土壤有机碳库的影响效应,该研究选取南方水土保持综合治理试点的样板——江西省兴国县塘背小流域为研究区,设置退化样地(BL)、水平竹节沟+乔灌草补植综合施策的生态恢复模式(F34)、前埂后沟+梯壁植草式反坡台地果园开发治理模式(GY)和周边未受扰动的次生林(UF)4种类型样地,分析不同层次土壤总有机碳(TOC)、土壤活性有机碳组分的变化情况,评价南方典型花岗岩侵蚀区综合治理的土壤碳汇效应。结果表明:F34和GY、UF模式下0—100 cm土壤TOC平均含量分别为5.54、6.05、10.22 g·kg~(-1),比BL增加145%、168%和352%;0—40 cm土壤DOC平均含量分别为46.29、45.91和116.85mg·kg~(-1),比BL增加410%、405%和465%;土壤MBC含量分别为112.34、73.20和251.99 mg·kg~(-1),比BL增加217%、106%和611%;F34和GY模式下0—100 cm土壤碳储量为39.65和53.91 t·hm~(-2),高于BL(19.86 t·hm~(-2)),但低于未受人为干扰的UF样地(75.90 t·hm~(-2)),生态恢复样地和果园开发样地的碳吸存量分别为19.79、34.05 t·hm~(-2),碳吸存速率分别为0.58、1.00 t·hm~(-2)·a~(-1);以当前F34、GY吸存速率推算,分别还需要62 a和22 a才能达到与UF相当的土壤有机碳库储量水平。综上,生态恢复模式和果园开发模式可有效促进土壤有机碳积累和恢复,且果园模式土壤碳素恢复效应更加明显,但距离周边未受扰动的次生林还存在一些差距;其次,侵蚀退化地经治理后,显著增加了土壤活性有机碳含量;同时退化裸地具有较高的碳汇潜力,即使通过F34、GY治理34 a后仍具有较大碳汇潜力。     

氮肥配施生物炭对旱地土壤养分和玉米根系径级分布的影响

为了缓解玉米连作带来的土壤养分失衡及根系早衰,探讨生物炭对土壤养分、玉米根系生长的主要径级水平、玉米干物质积累的后效作用。采用定位试验,设置不施氮肥、不施生物炭为对照(CK),2个施氮量(常规施N量225 kg·hm~(-2),N1;减氮10%,N 203 kg·hm~(-2),N2),2个生物炭量(8.4 t·hm~(-2),C1;21 t·hm~(-2),C2)共7个处理。在生物炭施用第二年,测定玉米不同径级根系生长及土壤养分含量。结果表明,与对照(CK)相比,常规施氮配施低量生物炭(N1C1)和减氮配施高量生物炭(N2C2)显著提高了土壤有机质含量;高量生物炭配施氮肥(N1C2和N2C2)分别提高土壤碱解氮储存量29.9%和9.0%;N1C2和N2C1处理显著提高土壤全氮含量。减氮配施低量生物炭(N2C1)促进大喇叭口期玉米0—2 mm径级根系的根长较CK提高38.9%(P?0.05,下同);低量生物炭配施常规氮肥(N1C1)促进成熟期玉米根系变细13.4%、根系变长32.4%,提高0—2 mm径级根系的总根长37.9%;单施氮肥或配施生物炭对2—3、3—4径级的根长无显著影响;常规单施氮肥(N1C0)较CK显著提高4 mm径级根系根长约40.5%。低量生物炭配施常规氮肥(N1C1)提高大喇叭口期玉米单株干物质积累53.16 g·plant~(-1)。综上,研究结果说明,8.4 t·hm~(-2)生物炭配施225 kg·hm~(-2)氮肥能更好地促进成熟期玉米细根生长。单施氮肥和配施21 t·hm~(-2)生物炭均可促进土壤养分的固持。该研究结果为秸秆循环利用提供科学参考,同时为优化玉米根系结构提供新思路。     

深圳市快速城市化对城市生态系统碳动态的影响研究

城市化已成为全球土地覆被变化的主要驱动因素之一。城市化及其引起的土地覆被变化对城市生态系统碳动态具有重要的影响。以快速城市化的典型区域——深圳市为例,采用遥感影像解译与实地生态调查相结合的方法,研究了1986—2015年间城市化引起的土地覆被变化对城市生态系统碳密度和碳储量的影响,旨在加深对城市生态系统碳循环的认知,为城市生态系统碳管理提供科学依据。研究结果显示,(1)研究区城市化过程中土地覆被变化的主要特征是建设用地的急剧扩张。林地、耕地、园地等在面积减少的同时,景观趋于破碎化。(2)研究区植被和土壤的碳密度呈现出明显的空间异质性。研究时段内,植被和土壤的平均碳密度分别减少了约5.1 t?hm~(-2)、11.8 t?hm~(-2)。(3)研究区城市生态系统碳储量的变化大致经历了3个阶段:城市化"初始期"以自然植被和农业用地为主的高碳储量期;城市化"加速期"建设用地快速扩张带来的城市生态系统碳储量急剧下降;城市化"稳定期"城市生态系统碳储量逐渐恢复。(4)研究时段内土地覆被变化造成研究区城市生态系统约16.8 t?hm~(-2)的碳损失,占城市生态系统碳储量的37.7%。虽然城市化总体上导致了城市生态系统碳密度和碳储量的减少,但通过适当的城市植被与土壤的碳管理措施可以使城市生态系统碳库逐渐得到恢复。     

雾灵山典型林分枯落物和土壤水文效应

通过标准地调查、枯落物持水能力测定、土壤物理性质及持水能力测定和入渗实验对雾灵山5种林分类型枯落物和土壤水文效应做了初步研究,结果表明:1)华北落叶松林(Larix principic-rupprechtii)枯落物储量最大,为45.73 t·hm~(-2);核桃楸林(Juglans mandshurica)最大持水量最高,为118.73 t·hm~(-2),相当于11.87 mm的水深;华北落叶松林有效持水量最大,为112.68t·hm~(-2),相当于11.27 mm的水深.2)5种不同林分类型土壤层持水能力相差很大,山杨林(Populus davidiana)的有效持水量最大,为122.80t·hm~(-2),相当于12.28 mm的水深,利用幂函数对土壤入渗速率与入渗时间进行拟合,结果显示相关系数都在0.94以上.