岩溶生态系统的土壤

岩溶生态系统的土壤是岩溶地区岩石、大气、水、生物等四大圈层相互作用的产物，成土速率较慢，土壤剖面和空间分布受地貌演化阶段和岩溶双层空间结构的控制。在碳酸盐岩的差异侵蚀和土壤丧失的作用下，岩溶生态系统的土壤逐渐向裂隙和低洼部位退缩，形成景观中的土壤资源斑块，成为岩溶生态系统的养分库、水库和种子库，这种自然演替形成的小尺度上的土壤斑块和生境异质性对于维持岩溶景观的健康状况是非常重要的。今后的研究应着重从岩溶表层生态系统的运行过程中来把握岩溶生态系统土壤的动态特征和相互间的反馈关系。     

森林生态系统土壤呼吸测定方法研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是最大的植被碳库和土壤碳库,其碳通量和碳储量的变化对生态系统的碳循环乃至全球碳收支平衡具有决定性影响。土壤呼吸是森林生态系统碳循环过程的关键环节,亦是森林生态系统的碳素向大气输出的主要途径,是土壤圈与大气圈交流的重要形式,是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。目前,土壤呼吸已经成为陆地生态系统向大气排放CO2最大的源,在区域乃至全球碳循环与碳平衡中具有重要作用。随着全球气候变化的加剧,森林土壤呼吸在全球碳平衡中的作用引起了人们的广泛关注,成为科学界研究的热点问题。土壤呼吸测定方法是科学有效地测定土壤呼吸的重要手段以及对土壤呼吸定量化研究的重要媒介,科学有效地加强森林土壤呼吸测定方法的精确化与定量化研究,对了解森林土壤呼吸在全球碳循环和碳平衡中的地位以及实现森林土壤碳汇效应与固碳潜力的研究均有重要意义。本文系统阐明了森林土壤呼吸的国内外研究现状及进展、论述比较了土壤呼吸的各种测定方法,特别比较了静态气室法和动态气室法的优缺点,为人们对测定方法的选择提供参考。虽然测定森林生态系统土壤呼吸的方法均存在某种程度的不足,但目前最理想的方法是动态红外气体分析法,亦是最可靠的方法之一。此外,本文亦阐述了森林生态系统土壤呼吸各组分的区分方法,最后讨论了森林生态系统土壤呼吸测定方法研究存在的问题,探讨了解决问题的方向,并总结了土壤呼吸测定方法研究的趋势以及进一步的研究发展方向。     

耗散结构理论与土壤生态系统

耗散结构理论从广义热力学的概念出发,论证了开放系统与外界环境条件进行物质和能量交换产生负熵流的数学形式,解释了非平衡系统通过自组织过程产生新的有序结构的条件。本文介绍并应用这一理论讨论了土壤生态系统的某些问题,并把该理论应用于土壤肥力的研究,指出土壤系统熵的概念可以判别肥力高低和演变方向,同时进行了土壤系统起始熵的计算。     

森林生态系统中土壤呼吸研究进展

土壤呼吸是土壤微生物活性和土壤肥力的一个重要指标，是土壤碳流通的一个重要过程，也是陆地生态系统碳循环的一个关键部分，对研究全球变化有非常重要影响。文章综述了森林生态系统土壤呼吸的各种测量方法，比较了静态气室法和动态气室法的优缺点，认为动态红外气体分析法是最可靠的方法之一；探讨了影响土壤呼吸速率的各种因素，指出在各生物和非生物因素中，温度对土壤呼吸的影响最大；最后提出了土壤呼吸研究过程中存在的一些问题及今后的发展方向。     

土壤生态系统主导因素的灰色关联识别

本文介绍了灰色系统理论的重要部分——灰色关联识别的原理和方法,探讨了此法在土壤生态系统主导因素识别中的应用。结果表明,此法简便易行,结果符合客观实际,作为常规的因素分析方法的补充和完善是有意义的。     

陆地生态系统土壤呼吸的观测与模拟

主要对陆地生态系统土壤呼吸的观测方法、观测尺度、模拟方法、应用价值进行评述,以期为更深入地研究土壤呼吸这一重要的碳循环过程提供一些参考依据。土壤呼吸是土壤向大气释放CO_2的过程,其对生态系统碳平衡具有重要影响。土壤呼吸的观测方法主要包括碱液吸收法、密闭箱–气相色谱法、红外气体分析法。土壤呼吸的观测尺度主要包括日变化、生长季变化、年际间变异、空间变异。在获得充足实测数据的基础上,半经验模型可有效地模拟土壤呼吸的时空变异。这些半经验模型以降水、气温、土壤性质、植被特征、氮沉降、经纬度作为输入变量,是当前估算全球土壤呼吸的主流模型,其估算的全球土壤呼吸量的合理范围为88.0~98.0 Pg·a~(-1)(以C计)。土壤呼吸研究具有重要的应用价值:(1)土壤呼吸是土壤肥力状况的表征指标;(2)土壤呼吸与其他碳通量指标具有相关性,利用模拟的土壤呼吸量值可估算其他碳通量;(3)土壤呼吸对全球变化的响应规律是生态系统对全球变化的响应规律的重要表现方面。今后的研究应关注土壤呼吸与气候、土壤、植被因子的同步观测,这将大大提高土壤呼吸时空变异模拟的准确性,还应对一些典型生态系统的土壤呼吸进行长期定位观测,这有助于分析土壤碳库对环境因子变化的响应规律。     

水田垄作对土壤生态系统的影响

本文对湖北省宜昌地区四年来水田垄作试验示范材料进行了综合整理分析,阐明水田垄作对土壤生态系统的影响,既保护了宝贵的湿地土壤资源,又改善了水稻立地土壤环境,提出连续垄作的高产技术要点。     

免耕生态系统中土壤动物对土壤养分影响的研究

对紫色水稻土自然免耕生态系统中土壤动物群落结构的变化及其对土壤养分的影响进行了调查研究。结果表明，水稻土免耕耕作制度有利于土壤动物的生长繁殖，并能改善土壤化学性质。土壤动物平均密度是垄作免耕〉垄作常耕〉平作免耕〉平作常耕。免耕土壤中有效氮、有效磷、有效钾和有机质含量均分别高于常耕土壤。     

免耕生态系统中土壤动物对土壤养分影响的研究

对紫色水稻土自然免耕生态系统中土壤动物群落结构的变化及其对土壤养分的影响进行了调查研究。结果表明．水稻土免耕耕作制度有利于土壤动物的生长繁殖．并能改善土壤化学性质。土壤动物平均密度是垄作免耕＞垄作常耕＞平作免耕＞平作常耕。免耕土壤中有效氮、有效磷、有效钾和有机质含量均分别高于常耕土壤。     

中亚热带区域几种典型生态系统土壤质量评价Ⅰ.不同生态系统对土壤性质的影响

采用定位研究方法,以中亚热带杉木中心产区中国科学院会同森林生态实验站的七种实验林作为研究对象,探讨了各生态系统对土壤物理性质、化学性质和生物学性质的影响,以及各性质之间的相互关系.结果表明,次生常绿阔叶林生态系统对改良土壤效果最佳,其次是混交林生态系统与阔叶纯林生态系统,而杉木纯林,特别是连栽杉木纯林可能导致土壤肥力退化;大多数土壤物理、化学和生物学性状彼此之间都存在着密切的相关性;土壤中总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C几乎与所有测定的土壤酶活性和理化性质之间也都存在显著的相关性.     

中亚热带区域几种典型生态系统土壤质量评价Ⅱ.不同生态系统对土壤质量的影响

采用定位研究方法,以中亚热带区域七种典型森林生态系统为研究对象,探讨了不同生态系统对土壤生物学肥力指数、内梅罗土壤质量指数、土壤退化指数的影响,以及各指数之间的相互关系.结果表明,土壤生物学肥力指数和内梅罗土壤质量指数都是以常绿阔叶林最高,其次是混交林和阔叶纯林,连栽杉木纯林最低.土壤退化指数与内梅罗土壤质量指数正好相反,连栽杉木纯林土壤退化指数最高,混交林和阔叶纯林稍低.另外,混交树种不同,土壤质量指数也有差异.相关分析表明,内梅罗土壤质量指数、土壤退化指数与土壤生物学肥力指数相互之间存在正的相关性;另外,这3种土壤质量指示指标分别和林下植被层、森林凋落物现存量之间也有着显著的正相关.     

土壤生态系统中黑碳研究的几个关键问题

因人类活动的影响,全球大气C02浓度自1750年以来呈现逐步上升的趋势。农业生产活动与气候变化紧密相关,因土地利用方式的改变以及高度集约化的粮食、食物生产等农业活动都有可能增加CO2等温室气体的排放。如何遏制和减少大气中的CO2浓度是当前的热点问题,黑碳这一物质形式有可能为这一问题的缓解或解决提供新途径。生物质黑碳是生物质材料在低氧或无氧状态下经热裂解而形成的一种富含碳元素的有机连续体,其中碳（C）元素的含量高达70％-80％,并且大多以稳定的芳香环形式而存在。人类生存环境中所形成黑碳的80％以上最终都要归于土壤,且由于其较强的抗分解能力而长期滞留于土壤环境中。利用黑碳的这些特性及其碳封存能力,实施积极而有效的土壤管理措施,有可能增加土壤生态系统中的碳储存,从而为人类社会应对全球气候变化提供新的机遇。在文献资料调研的基础上,描述了土壤中黑碳的来源及其增加土壤碳储存、减缓陆地生态系统碳循环的潜力;阐释了量化土壤中黑碳的重要性以及精确测定土壤黑碳含量的关键所在;揭示了黑碳在土壤环境中的稳定性,探讨了外源黑碳与土壤本体有机碳的相互作用关系,并分析了黑碳对土壤温室气体排放的影响及其不确定性。揭示这些问题有助于客观评价黑碳能否作为一个有效的土壤有机碳库,也益于明确黑碳在全球碳循环以及中国农业减排过程中的作用与地位。     

施用城市污泥对土壤生态系统影响的研究进展

城市污泥的合理处置已成为目前环境科学研究领域中的重要课题。因污泥富含有机质和有效营养成分,对土壤改良有积极的促进作用,所以污泥的土地利用普遍被认为是一种积极、有效的处置方式。鉴于此,本文就国内外施用城市污泥对土壤生态系统的．影响及相关的过程和机理进行了综述。结果显示,施用污泥可改善土壤理化性质,提高土壤有机质和氮、磷等养分元素的含量,其改良作用因污泥类型而异。污泥对土壤重金属的积累有所影响,特别是在酸雨频发地区或者长期施用污泥,可能会带来重金属Gu污染的环境风险。污泥普遍有利于提高土壤酶活性,譬如土壤淀粉酶、脲酶和蔗糖酶活性,但污泥施用过量或时间延长,则会抑制多酚氧化酶和磷酸酶的活性,而污泥对过氧化氢酶的影响则不大。污泥对土壤微生物特性短期内有积极的影响,但长期则有负面作用。施用污泥可导致土壤动物活性的增加,但也会对一些土壤动物产生毒性,譬如异壳介虫属和弹尾目昆虫,而且污泥毒性不仅取决于污泥用量,土壤类型也起着重要作用。基于上述分析和评述,提出了未来研究展望如下：（1）针对污泥施用后土壤生态系统生物、物理和化学过程和机理进行系统、综合的基础研究;（2）对污泥土地利用进行长期的系统定位试验和环境监测,并对之进行环境风险评价;（3）对污泥稳定化处理技术的创新及其应用研究。     

城市绿地生态系统雨季土壤呼吸对降雨变化的响应

全球气候变化的可能后果之一是干旱频繁,强降雨增多。城市绿地生态系统土壤呼吸是陆地碳循环的重要组成部分,探讨强降雨对城市绿地生态系统土壤呼吸的影响,有助于预知在全球变化背景下土壤CO2排放的可能反馈机制。在多年定位试验的基础上,开展降雨改变试验,采用全自动多通量箱对降雨前后城市绿地生态系统土壤呼吸(Rs)和环境因子等进行原位全天候连续监测,分析Rs对正常降雨、增加50%降雨(增雨)和减少50%降雨(减雨)的响应。结果表明,(1)增雨显著提高了土壤湿度(W,0~5cm),而对土壤温度(T,0~5cm)没有显著影响(P0.05)。与对照相比,增雨导致Rs显著提高了1.43%(P0.05),减雨对Rs无显著影响(P0.05)。(2)土壤湿度与Rs呈显著负相关(P0.05),土壤温度与Rs呈显著正相关(P0.05),且对Rs有一定的促进趋势。(3)降雨时间为20min时,Rs的下降率最大;20min以后,Rs下降率逐渐变小,说明降雨时间越长,土壤释放CO2速率越慢,当降雨达到一定时间后,土壤释放CO2速率有所回升;回归分析发现,降雨量与呼吸速率的变化率呈二次相关关系(P0.05),总体上降雨促进了Rs。(4)不同降雨处理均对土壤温度敏感系数(Q10)表现出显著的影响,其中增雨和减雨均降低了土壤水分敏感性;不同降雨时期土壤水分敏感性大致表现为:在雨季开始和结束时,Rs对水分敏感性较高,而雨季中期Rs对水分敏感性较低。这意味着在城市绿地生态系统中,增雨或减雨均对Rs有不同程度的刺激作用,这很可能减弱城市绿地生态系统土壤的固碳潜力。     

稻田综合种养模式对土壤生态系统的影响研究进展

稻田综合种养模式可实现稳产增收,粮渔共赢,同时也对稻田土壤生态系统产生了显著影响。该文总结了近年来国内外有关稻-鱼、稻-虾、稻-蟹、稻-鳖和稻-鸭等稻田综合种养模式的研究进展,分析了稻田综合种养模式对农田土壤理化性质、土壤动物、土壤微生物和农田生态系统服务功能的影响及作用机制。结果表明,稻田综合种养模式降低了土壤容重,提高了土壤孔隙度,改善了土壤团聚体的稳定性,增加了土壤养分含量;改变了土壤动物的丰度和群落结构,提高了土壤微生物的数量和活性,调节了微生物群落的组成和多样性;促进了农田生态系统的文化服务功能。然而,稻田综合种养模式也可能造成土壤潜育化、重金属污染等潜在风险。此外,不同的稻田综合种养模式对农田粮食供给和温室气体排放功能的影响各异。未来应进一步加强长期稻田综合种养模式对土壤物理、化学和生物学特性的影响研究;阐明不同稻田种养模式下土壤物质、能量和信息流过程以及土壤生态系统服务功能的差异及其作用机制;集成应用科学合理的稻田综合种养模式,实现农业的可持续发展。     

祁连山中部四种典型生态系统土壤氮矿化的研究

水热因素对土壤氮矿化的影响直接关系到陆地生态系统功能对气候变化的响应趋势。祁连山是青藏高原北沿的典型山地,对气候变化影响十分敏感和脆弱,为了定量确定祁连山土壤氮分解对水热因素变化的响应趋势,在人工气候箱内以正交试验设计方法培养土壤,分析了祁连山高寒草甸、山地森林、荒漠草原和干草原土壤氮矿化及其与温度、湿度和土层的关系。结果显示:以土壤氮矿化量极差计,海拔高度影响最大,其次是温度和湿度;以土壤氮矿化比例极差计,温度和海拔高度影响较大。海拔高度对土壤氮矿化量的影响显著(p<0.05)。除湿度外,其它因素对土壤氮矿化比例影响也达到显著程度(p<0.10)。35℃下土壤氮矿化比例显著比5℃下高,而不同湿度下土壤氮矿化及其矿化比例差异不显著(p<0.05)。海拔高度3000m和3300m处土壤氮矿化量比2800m和2200m处高,2800m处比2200m处高,3000m处土壤氮矿化比例显著比2200m和3300m处高(p<0.05)。森林和干旱草原土壤中氮矿化比例较高,荒漠草原和高寒草甸中较低。以土壤氮矿化速率计,5℃升高到15℃下和15℃升到25℃,Q10较低;以土壤氮矿化比例计,5℃升高到15℃下,Q10较高,15℃到25℃较低。研究结果说明高寒草甸和山地森林土壤氮矿化量较高,干旱草原和荒漠草原土壤氮矿化量较低;森林和干旱草原中土壤氮矿化比例较高,荒漠草原和高寒草甸中较低。     

森林生态系统土壤真菌群落及其影响因素研究进展

真菌是全球生物多样性的重要组成部分,在森林生态系统功能中发挥着重要作用,通过共生-寄生的相互作用影响着动植物的群落结构。高通量测序技术(Roche FLX 454,Illumina MiSeq)的兴起,使得研究人员能够仔细构建真菌群落的生物地理格局和生态效应,极大地促进了人们对真菌功能特征、多样性的理解。文章综述了森林生态系统真菌群落的最新研究进展,分析了真菌群落多样性地理尺度上的变化趋势与驱动因素,并重点关注植被类型与真菌多样性的关系。研究结果发现,地理距离引起的森林类型的变化是影响真菌群落的主要因素之一。在森林生态系统中,海拔梯度的真菌群落多样性存在上升、下降、"单峰"、无显著变化4种模式,且不同森林类型的驱动因素也存在差异。森林土壤真菌群落组成和多样性受到各种土壤特征(pH、C/N)的影响,植被类型对真菌群落的影响方式也存在不确定性。在今后的研究过程中,有必要对较小尺度上真菌群落的分类和功能结构进行更多分析,探讨海拔梯度下优势植被多样性与真菌群落的关系。在植被类型复杂多样的森林生态系统中,对特异性树种、混交林以及林区(从土壤到植物圈)真菌群落的分类和功能结构进行进一步研究。此外,了解驱动元素循环的生物(人类、植物和土壤生物)以及调节其活动的环境条件(气候、土壤理化特性和地形),从而提高我们对真菌群落与生态系统功能的认识,利用功能基因探索真菌群落组成并探索生态系统功能之间的联系。