不同添加量凋落物及生物质炭对土壤微生物群落结构的影响

以亚热带杉木人工林土壤为研究对象,采用培养试验,研究了杉木凋落物及其生物质炭(Biochar,BC)在不同添加量条件下(0、1%、2%、3%、4%、5%土壤质量分数)对土壤微生物群落结构的影响.结果表明:凋落物处理的土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)、细菌、真菌含量均随添加量的增加而增加,而丛枝菌根真菌(AMF)和放线菌(ACT)含量在不同添加量处理间则无显著差异.对于BC处理,在3%添加量下土壤微生物总PLFA、革兰氏阳性细菌(GP)、革兰氏阴性细菌(GN)、真菌、AMF和ACT含量均达到最大,表明BC对土壤微生物活性的促进作用与凋落物截然不同.此外,凋落物添加对真菌的影响较大,但对ACT的影响则显著低于BC处理.主成分分析表明,凋落物和BC添加均显著改变了土壤微生物群落结构,且前者的影响更为明显,而添加量对其影响则较小.冗余分析发现,土壤全氮与C/N比值分别为影响凋落物与BC处理中微生物群落结构变化的主要因子.     

原料和热解温度对生物炭中可溶性有机质的影响

以水稻秸秆和杉木凋落物为原料,选择不同热解温度（350、500和650℃）制备生物炭,研究原料与热解温度对生物炭中可溶性有机质（dissolved organic matter,DOM）含量和光谱特征的影响.结果表明,随着热解温度的升高,两类生物炭pH值分别从8.10和6.56上升至10.53和8.23;热解温度对生物炭全碳（TC）含量的影响并不明显,但原料及其与温度交互作用的影响显著（P<0.05）.两类生物炭中可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）含量呈先降低后升高的趋势,相同热解温度下水稻生物炭的显著高于杉木生物炭的（P<0.05）.原料对DOM芳香化指数（SUVA₂₅₄值）无显著影响,但温度及其与原料交互作用的影响显著（P<0.05）,在500℃时该值最大,芳香化程度最高.三维荧光光谱表明,DOM组分以类富里酸和类腐殖酸为主,但这两种物质对热解温度的响应不同.傅里叶红外光谱分析发现,两类生物炭DOM在5个区域的相似位置存在吸收峰,其中,脂肪族C-H的伸缩振动随着热解温度的升高逐渐减弱.因此,高温（500℃和650℃）与低温（350℃）制备的生物炭相比,DOC含量降低,但其芳香化和腐殖化程度升高,稳定性增强.     

强还原处理和生物炭对设施蔬菜土壤DOM数量和光谱特征的影响

土壤强还原处理（Reductive Soil Disinfestation,RSD）可以有效地修复设施蔬菜土壤的连作障碍,但实施过程中亦会引起可溶性有机质（Dissolved Organic Matter,DOM）数量和质量的变化.本研究通过培养实验,设置未修复对照（CK）、RSD修复（RSD）、生物炭修复（BC）及RSD与生物炭联合修复（RSD+BC）4个处理,对比研究不同修复处理对土壤DOM含量和光谱特征的影响.结果表明,与CK相比,RSD、BC和RSD+BC修复后土壤的DOC含量分别增加了142.9%、24.6%和127.0%;相较于RSD处理,RSD+BC处理的DOC含量显著降低（p<0.05）.土壤DOM组分以类富里酸和类腐殖酸物质为主,RSD处理增加了类腐殖酸组分,而RSD+BC处理更有利于类富里酸物质的增加.RSD、BC及二者联合修复显著增强了土壤DOM的芳香化和腐殖化程度.结构方程模型分析表明,土壤pH对DOC含量和腐殖化指数（HIX_em）产生直接正效应,土壤氧化还原电位（E_h）对DOC含量具有直接负效应,pH亦可通过影响DOC含量间接影响微生物量碳（MBC）和荧光指数（FI）.     

模拟氮沉降对中亚热带森林土壤中可溶性氮含量的影响

通过野外模拟试验,研究CK〔对照,0 kg(hm2.a)〕、LN〔低氮,30 kg(hm2.a)〕和HN〔高氮,100 kg(hm2.a)〕处理3个氮沉降水平对亚热带针叶(杉木)和阔叶(浙江桂、罗桴栲)森林土壤中可溶性氮含量的影响.结果表明:施氮后3 d,土壤中的w(SIN)(可溶性无机氮含量)在CK和LN处理之间差异不显著,仅发现HN处理与LN及CK处理之间的差异显著.施氮后3个月,各处理之间差异不显著;与施氮后3 d相比,土壤中的w(NH4+-N)在CK处理显著增加了42%～68%(P<0.05),而HN处理则显著降低了45%～58%(P<0.05);土壤中的w(NO3--N)平均降低了24%～88%,其中HN处理降幅最大也最显著;杉木林土壤降幅最大.施氮后3 d,随着施氮水平的提高土壤尤其是杉木林土壤中的w(SON)(可溶性有机氮含量)增加,其占w(TSN)(可溶性总氮含量)的比例降低.然而3个月后,施氮影响趋缓甚至相反;与施氮后3 d比较,HN处理下w(SON)降低,而其占w(TSN)的比例却有所升高,表明SON损失仍低于SIN.阔叶天然林土壤中的w(SON)显著高于杉木人工林,表明凋落物性质差异造成的影响与w(SON)变化有关.     

生物质炭与强还原处理对退化设施蔬菜地土壤温室气体排放的影响

生物质炭和土壤强还原处理（Reductive Soil Disinfestation, RSD）可以有效地修复退化设施蔬菜地土壤,但2种修复技术联用对土壤温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）排放的影响研究报道较少.本研究采用室内培养实验,设置未修复土壤（CK）、生物质炭修复（BC）、RSD修复（RSD）和BC与RSD联合修复（BC+RSD）4个处理,35℃条件下培养15 d,研究BC与RSD单独以及联合修复对退化设施蔬菜地土壤温室气体排放和综合温室效应（Global Warming Potential, GWP）的影响.结果表明,与对照CK相比,BC处理土壤N₂O排放量显著下降了50.0%,但CO₂排放量和GWP均显著增加（p<0.05）;RSD和BC+RSD处理土壤CO₂、N₂O、CH₄排放量和GWP均大幅度增加.但与RSD处理相比,BC+RSD处理土壤N₂O排放量和GWP分别下降了71.0%和30.0%.相关分析表明,土壤CO₂、N₂O、CH₄排放量和GWP与可溶性有机碳（DOC）和铵态氮（NH₄⁺-N）显著正相关,与pH和硝态氮（NO₃^--N）显著负相关.可见,生物质炭可以减少退化设施蔬菜地RSD修复引起的GWP.     

氮沉降与生物炭对土壤可溶性有机质的影响

利用盆栽实验，探讨氮沉降与生物炭（BC）施用对杉木幼苗土壤可溶性有机碳（DOC）含量和可溶性有机质（DOM）光谱学特征的短期影响.氮沉降处理为0（对照）、40（低氮）和80kgN/（hm²·a）（高氮），在不同氮沉降下BC施用水平分别为0（对照）、12（低量BC）和36t/hm²（高量BC）.结果表明：相比对照处理，单独低氮与单独高氮处理3个月后土壤pH值分别下降了0.06和0.09（P<0.05），但单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理的土壤pH值均呈上升趋势，增加了0.32~0.94（P<0.05）.与对照处理相比，单独低氮处理的土壤DOC含量显著降低，单独高氮处理的则显著升高且DOM结构趋于简单；单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理中，低量BC处理的土壤DOC含量无明显变化，但高量BC处理的显著提高了30.1%~95.6%，并且DOM结构趋于复杂.冗余分析发现，土壤pH值是导致不同处理DOM存在差异的关键因素.因此，氮沉降背景下施用高量BC短期内可以减缓土壤酸化，提高土壤DOC含量并使DOM更加稳定.     

中亚热带森林土壤N2O消耗潜势及其控制因素研究

为了量化森林土壤N_2O消耗潜势并探讨其可能控制因素,选取中亚热带4种典型森林(建瓯的杉木人工林、罗浮栲天然林、米槠林及武夷山的米槠林)植被覆盖下的土壤,设置8个处理(预处理、基线处理、添加葡萄糖处理、添加NO~-_3处理、非淋洗处理、不添加N_2O处理、添加N_2O好气鲜土处理、不添加N_2O好气鲜土处理)进行室内培养实验.结果表明,厌氧条件下,在水分饱和、氮有效性低及添加外源N_2O时具有较大的N_2O消耗潜势.在上述条件下进行培养的土壤N_2O净通量在4种森林类型之间与两个土层之间均具有显著差异.添加外源硝态氮能显著降低土壤N_2O消耗,甚至出现N_2O排放现象(净通量高达2.19～2.38μg·g~(-1)·h~(-1));不添加外源N_2O也能显著降低土壤N_2O消耗.建瓯米槠林表层土具有较大的TC、TN及NH~+_4含量,结果表明,该种土壤具有较大的N_2O消耗潜力(净通量约为-1.39μg·g~(-1)·h~(-1)).     

施氮与凋落物去除影响下中亚热带阔叶林土壤氮素矿化潜势和硝化潜势研究

氮沉降影响土壤氮循环,而凋落物是土壤有机氮的主要来源,因此,为了探讨氮沉降和凋落物是否去除作用下,亚热带森林土壤潜在的氮素矿化与硝化作用,选择已进行8年模拟氮沉降试验的亚热带罗浮栲(Castanopsis fabri)常绿阔叶林土壤为研究对象,野外样地氮添加设置3个水平:对照(CK,0 kg·hm^?2·a^?1)、低氮(LN,75 kg·hm^?2·a^?1)、高氮(HN,150 kg·hm^?2·a^?1),两种凋落物管理方式(保留凋落物,L和去除凋落物,R),土壤采样后,通过室内间歇淋洗好气培养法,研究土壤氮素矿化潜势差异,以及不同底物条件下(铵态氮水平:N 0,100、150、200 mg·kg^?1)土壤硝化潜势的差异。结果表明:土壤氮素快速矿化主要在培养前7 d,矿化累积量(Nt)为102.81—153.71 mg·kg^?1,矿化潜势(N0)范围为193.84—289.80 mg·kg^?1,N0依次为:保留凋落物低氮(LN-L)>保留凋落物对照(CK-L)>去除凋落物低氮(LN-R)>去除凋落物对照(CK-R)>去除凋落物高氮(HN-R)>保留凋落物高氮(HN-L);两种凋落物处理方式下,LN水平土壤的Nt与N0均高于CK、HN。保留凋落物情况下,有较高的土壤硝化潜势;在无添加硝化底物(铵态氮水平为N 0 mg·kg^?1)的条件下,野外氮添加水平高的土壤硝化潜势也高;而在添加不同硝化底物(铵态氮)的条件下,土壤硝化潜势并未随硝化底物水平的增加而增加,且硝化底物水平为N 100 mg·kg^?1时硝化潜势最大。研究表明,虽然保留凋落物可以增加土壤氮矿化潜势,而氮沉降则影响氮矿化潜势。当研究土壤硝化潜势时,应当根据土壤类型等因素选择合适的硝化底物(铵态氮)添加量。