模拟增温和降雨增加对撂荒草地土壤胞外酶活性及计量特征的影响

土壤胞外酶活性是催化土壤有机质分解的关键限速步骤,而且对外界环境的变化极其敏感,然而却很少有研究聚焦于土壤胞外酶活性对气候变化的响应,尤其是在黄土高原地区.以黄土丘陵区撂荒草地为研究对象,野外模拟气候变暖和降水增加,通过测定土壤理化性质、植被群落特征和土壤酶活性,探究土壤酶活性及计量比对气候变化的响应特征及驱动因素.结果表明,增温、增雨以及二者的交互作用均显著降低了土壤β-1,4-葡糖苷酶(BG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性,然而,土壤β-1,4-木糖苷酶(BX)活性在气候变化处理下却呈现出增加趋势,其中,增温处理的增幅最大,达到了63.15%.增温增雨的交互显著增加了β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸胺肽酶(LAP)以及碱性磷酸酶(ALP)活性,分别增加了34.32%、 12.97%和44.86%.增温显著增加了过氧化物酶(PER)活性,而增雨显著降低了PER酶活性,增雨以及增温增雨显著降低了多酚氧化酶(PPO)活性,这主要归因于植物群落科组成的变化.增雨和增温增雨处理下碳降解酶活性∶氮降解酶活性(CEs∶NEs)和氮降解酶活性∶磷降解酶活性(NEs∶PEs)显著...     

长期撂荒恢复土壤团聚体组成与有机碳分布关系

为探究撂荒地恢复过程土壤团聚体组成结构及其对土壤碳库累积的影响,本研究选取陕北黄土丘陵区恢复10、 17、 27和42 a撂荒草地为研究对象,以坡耕地FL作为对照,分析不同年限撂荒草地以及耕地土壤(0～20 cm)与(20～40 cm)土层团聚体粒径分布、土壤全土有机碳储量以及团聚体有机碳储量动态特征,从而探究撂荒地土壤团聚体与有机碳之间的相互关联性.结果表明:①耕地恢复为撂荒草地后,土壤大团聚体(2 mm)和中团聚体(2～0.25 mm)数量、平均重量直径(mean weight diameter, MWD)和几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)随着撂荒年限显著上升,而土壤微团聚体(0.25～0.053 mm)数量显著下降(P0.05).土壤大团聚体数量、平均重量直径和几何平均直径在层次之间差异显著,表现为0～20 cm显著高于20～40 cm.②经过长期撂荒恢复后,土壤总有机碳储量、大团聚体有机碳储量以及中团聚体有机碳储量显著上升(P0.05),分别上升了1.92、 10.2和3.61倍,而微团聚体有机碳储量显著下降.撂荒恢复促使土壤碳氮化学计量比升高,但在42 a时出现了显著下降趋势.③土壤团聚体对于总有机碳储量的贡献率有80%来自大团聚体,且大团聚体数量随着恢复年限显著增加是大团聚体贡献率高的主要原因.总体而言,撂荒恢复过程中,微团聚体数量持续下降,而大团聚体数量显著增加并促进了土壤有机碳的累积.     

增温和增雨对黄土丘陵区撂荒草地土壤呼吸的影响

明确气候变化背景下脆弱生境地区生态系统土壤呼吸的变化趋势及驱动因素,对理解区域碳循环以及生态系统碳源汇功能转换具有重要意义.以陕北黄土丘陵区自然撂荒恢复12 a的草地为研究对象,采用人工气候箱（OTC）和人工增加自然降雨的方式模拟了气候变暖、降水增加及其交互作用.通过结合野外监测与室内分析,探究了土壤水热、养分和土壤呼吸速率对增温增雨的响应特征,并进一步分析了影响土壤呼吸改变的关键因素.结果表明：（1）增温显著提高了5 cm土壤温度,在整个取样年平均增加1.34℃,而增雨显著降低了5 cm土壤温度,在整个取样年平均降低了0.88℃,同时增加了土壤水分含量,2018年和2019年增雨处理土壤水分含量分别高出对照13.12%和16.45%.此外,与对照相比,增温增雨的交互作用既增加了土壤温度,也提高了土壤水分,增温和增雨在影响土壤温度和水分含量上起到了相互拮抗的作用.（2）增雨显著增加了土壤有机碳、可溶性有机碳和活性有机碳含量,改变了土壤元素计量比以及活性-惰性碳组分的分配特征,而增温对有机碳的影响不显著.此外,土壤全氮全磷以及速效氮磷养分在不同处理间差异不显著.（3）增雨显著增加了土壤呼...     

黄土丘陵区撂荒农田土壤酶活性及酶化学计量变化特征

明确土壤胞外酶活性及酶化学计量比在农田撂荒过程中的变化特征及驱动因素,对揭示土壤养分可利用性随植被恢复的变化规律和阐明生态系统养分循环机制有重要意义.本文以黄土丘陵区不同撂荒年限坡耕地（0、10、20和30 a）为研究对象,通过测定土壤酶活性及酶计量比、土壤理化性质、植物多样性和科组成,探讨农田撂荒后土壤微生物养分限制状况及酶活性和酶计量比的主控因子.结果表明,β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和碱性磷酸酶（ALP）的活性均随撂荒年限增加而显著增加,而β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）活性则相反.土壤BG：（NAG+LAP）和BG：ALP呈现出与土壤BG活性相同的随撂荒年限增加而减小的趋势;而（NAG+LAP）：ALP呈先升后降趋势,在撂荒20 a时达到最高值.酶化学计量的向量长度随撂荒年限增加而显著减小,表明撂荒过程中土壤微生物受碳（C）限制程度的减弱.撂荒前10 a酶化学计量的向量角度小于45°,后20 a大于45°,说明撂荒前期微生物受氮（N）限制,后期受磷（P）限制.冗余分析结果揭示土壤有机碳含量、总氮含量、C：N、C：P、pH以及植被多样性是调控酶活性和酶计量比变化的主要因子.分类变异分析表明,土壤和植物因素可解释不同撂荒年限下土壤酶活性及酶计量比差异的62.0%,植被特征与土壤理化特性之间的交互作用是土壤酶活性及酶计量比变化的主控因子,解释度为37.1%.综上所述,黄土丘陵区农田撂荒过程中应考虑外源P的投入以缓解生态系统中有效P的不足,研究结果可为理解脆弱生境恢复生态系统中微生物介导的生物地球化学循环机制以及指导土壤养分管理和生态可持续发展提供理论依据.