缙云山4种森林植被土壤团聚体有机碳分布特征

以重庆市缙云山的竹林、阔叶林、针叶林和针阔叶混交林这4种亚热带森林植被为研究对象,分析不同林分下土壤团聚体及团聚体有机碳在0～20、20～40、40～60和60～100 cm土壤剖面上的分布规律.结果表明,阔叶林土壤 2 mm粒级团聚体含量、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)及 0. 25 mm团聚体含量(R0. 25)均随土层深度的增加而降低,而其他林分在整个土层中则无明显规律.在各土层中,竹林以 2 mm粒级团聚体为主(30. 73%～53. 08%);阔叶林和混交林的2～0. 25 mm粒级团聚体含量较高,为36. 27%～44. 67%和48. 69%～52. 44%;针叶林的优势粒径为2～0. 25 mm和0. 053 mm.总体上,在各土层中,竹林团聚体的MWD、GMD、R0. 25值均高于其他林分,且其分形维数(D)低于其他林分,可见竹林的土壤团聚体稳定性较好.随着土层深度的增加,不同林分(除针叶林外)土壤团聚体有机碳含量逐渐降低,其中竹林团聚体有机碳含量最高,显著高于针叶林和混交林.就不同团聚体粒级而言,4种林分土壤团聚体有机碳在整个土壤剖面上无明显规律,但各土层均以2～0. 25 mm和0. 053 mm粒级团聚体有机碳含量较高.不同林分下土壤团聚体有机碳相对贡献率存在显著差异,其中针叶林中0. 053 mm粒级团聚体有机碳贡献率最高;竹林的 2 mm粒级团聚体有机碳贡献率高达27. 44%～53. 47%;而阔叶林和混交林则以2～0. 25 mm粒级团聚体有机碳贡献率最高.缙云山的4种林分中,竹林的土壤团聚体稳定性较好,而针叶林的较差;在各土层中,竹林土壤各粒级团聚体有机碳含量最高,针叶林最低.     

秸秆与化肥减量配施对菜地土壤温室气体排放的影响

采用静态箱/气相色谱法,2016年11月至2017年9月通过田间原位试验,设置了无物料还田(CK)、常规化肥(F)、秸秆还田配施100%化肥(100FS)、秸秆还田配施70%化肥(70FS)、秸秆还田配施60%化肥(60FS)、秸秆还田配施50%化肥(50FS),对比分析了在化肥减量的基础上,配施秸秆处理的菜地(莴笋-卷心菜-辣椒轮作)土壤CO_2、CH_4、N_2O动态变化特征及温室效应,研究秸秆与化肥减量配施对菜地温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO_2、CH_4、N_2O排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4~8月,且在施肥灌水后均会出现气体的排放峰.秸秆与化肥配施较常规施肥(F)处理提高了土壤N_2O排放量,累积排放量及其排放系数,其中100FS处理的效果最为明显,辣椒季的累积排放通量明显高于莴笋季和卷心菜季,高达60.76 kg·hm~(-2)(P0.05),N_2O的排放系数(以N_2O-N/N计)为0.138 kg·kg-1,而秸秆与化肥减量配施较100FS处理可以降低氮肥的N_2O排放系数.与对照CK和F处理相比,70FS处理降低了土壤CO_2排放量和累积排放量,分别为55.28~1 831.62 mg·(m2·h)-1和7 502.13~25 988.55 kg·hm~(-2),而其他秸秆与化肥配施处理均增加了CO_2累积排放通量,尤其是60FS和50FS处理.对土壤CH_4排放而言,辣椒季的排放波动较大,除CK外,各处理的土壤CH_4累积排放量多为负值,表现为大气中CH_4汇;秸秆与化肥减量30%~50%配施处理均降低了辣椒季的土壤CH_4排放量和累积排放通量,而100FS处理提高了CH_4排放量和累积排放通量.与CK和F处理相比,除70FS外,100FS、60FS和50FS均显著提高了GWP.总体上,从温室气体排放角度,在常规化肥施用的基础上减量30%再与秸秆配施可以降低土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,而对土壤N_2O减排效果不显著.     

油菜/玉米轮作农田土壤呼吸和异养呼吸对秸秆与生物炭还田的响应

土壤呼吸是农田生态系统碳排放的主要途径,为研究土壤呼吸、其组分和水热因子对秸秆与生物炭还田的响应,在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地采用根系排除法联合运用土壤呼吸自动监测系统(ACE-002/OPZ/SC)测定了无物料还田(CK)、秸秆还田(CS)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、生物炭还田(BC)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)5种处理下的紫色土丘陵区油菜/玉米轮作制中油菜和玉米生长季的土壤呼吸及其水热因子,并计算了根系呼吸贡献.结果表明,秸秆与生物炭还田显著影响土壤呼吸季节性变化特征和峰值,除BC处理外,其他处理均促进了土壤呼吸和碳排放;油菜季土壤呼吸呈单峰曲线,在0.12~2.29μmol·(m~2·s)~(-1)波动,不同处理土壤呼吸差异显著,表现为CSCSDCSBCCKBC处理;玉米季各处理土壤呼吸变化较复杂,变化范围为1.02~15.32μmol·(m~2·s)~(-1),其中CS、CSD和CSBC呈双峰型曲线,CK和BC呈单峰曲线.土壤异养呼吸能够解释土壤总呼吸变化的86.50%~93.94%,各处理的玉米季根系呼吸贡献(26.49%~32.86%)显著低于CK处理(53.65%).土壤呼吸速率的变化主要受5cm土壤温度控制,与土壤含水量无显著关系;5cm土壤温度能够解释土壤呼吸季节变化的82%~94%.土壤呼吸的温度敏感性系数Q10值在3.28~4.47之间,与CK处理相比,CS、CSD、CSBC处理的Q10分别降低了26.62%、18.12%、20.58%;而BC处理则增大了12.53%.水热双因子对土壤呼吸不存在协同作用,仅用土壤温度单因子指数函数可较好地模拟土壤呼吸速率的动态变化.可见,秸秆、秸秆+速腐剂和秸秆+生物炭还田显著促进了土壤呼吸,生物炭还田抑制了土壤呼吸.     

缙云山森林植被类型对土壤产N2O相关功能微生物的影响

为明确亚热带不同森林植被对土壤涉氮功能基因(amoA、nirS、nosZ)微生物群落和功能的影响,以缙云山5种森林植被类型(针叶林、阔叶林、针-阔混交林、竹林以及荒草地)土壤为研究对象,采用末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism analysis,T-RFLP)和荧光定量PCR(qPCR)等分子技术,结合与氮素循环相关的微生物酶活,研究不同森林植被土壤涉氮微生物丰度、群落结构及其功能的差异.结果表明:①缙云山国家自然保护区土壤反硝化酶活显著高于硝化势,且针叶林土壤2种酶活均显著低于其他植被类型(P0.05).此外,可溶性有机碳、土壤含水量和总氮是影响酶活的主要环境因子.②qPCR结果显示,竹林土壤涉氮功能微生物的丰度最高,而针叶林土壤最低. 3个涉氮功能微生物的丰度均与可溶性有机碳、总氮、有效氮、总钾以及有效钾显著相关(P0.01).③基于T-RFLP数据,阔叶林土壤涉氮微生物α-多样性指数最高,而竹林最低.主坐标分析(principal co-ordinates analysis,PCoA)显示:在不同植被间,氨氧化古菌群落结构表现出显著差异,针叶林土壤涉氮功能微生物群落结构最独特.此外,基于距离的冗余分析(distance-based redundancy analysis,db-RDA)表明:涉氮功能微生物群落结构主要受可溶性有机碳(P0.001)、有效氮(P0.002)和土壤含水量(P0.001)调控.④土壤反硝化酶活主要受nirS反硝化菌与氨氧化古菌的丰度和涉氮功能微生物的群落结构的影响;而硝化势主要受氨氧化古菌的丰度影响.由上可知,亚热带森林植被显著影响土壤涉氮功能微生物的丰度和群落结构,进而改变其调控土壤的氮素循环的功能.可为我国亚热带森林土壤微生物与N_2O释放的耦合机制提供基础数据.     

缙云山不同林分下土壤有机碳及矿化特征

土壤有机碳库是陆地最大的有机碳储存库,其微弱的变化就能影响大气CO2浓度的显著变化,其中森林土壤碳库约占全球土壤碳库的70%,因此如何实现森林生态系统土壤有机碳库的高效管理成为目前的研究热点.本研究以缙云山5种典型林分:阔叶林、针叶林、针阔叶混交林、竹林及研究区内弃耕15 a的荒草地(对照土壤)为对象,采用矿化培养实验,分析了不同林分的土壤在不同土层(0～20、20～40、40～60、60～100 cm)中的有机碳矿化特征.结果表明,林分类型、培养时长和土层深度均对土壤有机碳矿化速率有显著影响.不同林分土壤有机碳矿化速率均随着土层加深而降低,其中0～20 cm土层的矿化速率[11. 97～25. 12 mg·(kg·d)-1]均显著高于其他土层(P 0. 05),其他土层间矿化速率[4. 79～6. 51mg·(kg·d)-1]无显著性差异. 5种林分的土壤有机碳累积矿化量均随着土层加深而降低,0～20 cm土层中竹林和阔叶林土壤有机碳累积矿化量最高,分别为177. 66 mg·kg~(-1)和120. 38 mg·kg~(-1),随着土层加深在60～100 cm土层中,针叶林累计矿化量最高达到了46. 96 mg·kg~(-1).双库一级动力学方程可以较好地拟合缙云山不同林分下土壤有机碳矿化过程,不同林分下土壤易分解有机碳含量均随土层加深而降低,针叶林土壤矿化能力较强,对难分解有机碳库的利用程度较高,而竹林和阔叶林土壤微生物活性较高,可以有效促进碳循环,提高土壤固碳能力.