长期施肥对农牧交错带旱地土壤微生物多样性及群落结构的影响

为探讨长期不同施肥模式对农牧交错带旱地土壤微生物多样性和群落结构的影响,以农业农村部内蒙古耕地保育科学观测试验站的长期定位施肥试验为研究对象,选取不施肥(CK)、单施氮肥(NF)、单施化肥(CF)和有机肥+化肥配施(CFM)这4个处理,于试验开展16 a后(2019年)的马铃薯成熟期分取各处理0～10 cm和10～20 cm土层土壤,利用高通量测序技术对土壤细菌和真菌群落进行测定,以期从微生物学的角度探究农田不同施肥措施对土壤质量的影响,并通过偏最小二乘路径模型(PLS-PM)揭示了施肥模式转变中旱地土壤微生物群落演替和作物产量提升的关键环境驱动因子.结果表明：(1)CF和CFM处理均改善了土壤肥力,但后者效果明显优于前者,CFM处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾分别提高131.9%～174.7%、 216.9%～283.3%和103.3%～109.3%,有机质和全氮也显著增加;CF处理仍保持了较高的土壤pH,而NF处理土壤pH显著降低,对土壤肥力的提升效果微弱.(2)与CK相比,NF处理显著降低了土壤细菌的Chao1和Shannon指数,CFM处理显著增加了细菌的物种丰富度、 Chao1...     

黄土丘陵区人工刺槐林土壤有机碳矿化特征及其与有机碳组分的关系

为了探讨黄土丘陵区人工林有机碳矿化特征及有机碳组分变化规律,选择恢复13 a的人工刺槐林以及临近坡耕地为研究对象,开展3种不同温度处理(15、25和35℃)下的室内培养实验.结果表明,土壤有机碳矿化速率表现出先剧烈下降后平稳的趋势;有机碳累计释放量表现为培养初期增加迅速,后期逐渐缓慢;坡耕地土壤有机碳矿化对温度的变化更为敏感,其温度敏感性系数Q₁₀为1.52,而刺槐林地仅为1.38.通过单库一级动力学方程拟合可知刺槐林地和坡耕地土壤矿化潜力C_p分别在2.02～4.32g·kg^-1和1.25～3.17g·kg^-1之间,即刺槐林的矿化潜力更高.培养期内各种活性有机碳组分含量变化规律一致,均表现为随时间延长而下降,且刺槐林地大于坡耕地,土壤累计碳释放量与MBC和DOC含量均呈显著正相关关系(P<0.05),Q₁₀(15～25℃)与SOC、 EOC含量和SWC均呈线性关系(P<0.05).研究结果可为气候变化下黄土丘陵区土壤碳固存研究提供一定参考.     

黄土高原人工刺槐林土壤团聚体中不同活性有机碳从南到北的变化特征

不同粒径团聚体中的不同活性有机碳对人工林土壤质量改善及碳库动态平衡有重要的作用.本研究在黄土高原地区,从南向北沿着降雨和温度降低梯度选择淳化、安塞、绥德和神木共4个地区,比较研究了人工刺槐林土壤团聚体不同的活性有机碳含量变化及其影响因素.通过湿筛法将土壤团聚体分级为粉黏粒（<0.053 mm）、微团聚体（0.25~0.053 mm）和大团聚体（>0.25 mm）,用Leffory法测定3种粒径土壤团聚体低、中、高活性有机碳含量.结果表明：①4个样区大团聚体（>0.25 mm）含量由南至北呈先降低后增加趋势,微团聚体（0.25~0.053 mm）含量逐渐增加,粉黏粒（<0.053 mm）含量则先增后减.②4个样区中土壤团聚体3种活性有机碳含量大小顺序为低活性 > 中活性 > 高活性,其中,粉黏粒（<0.053 mm）低活性有机碳含量为1.02~1.52 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.53~0.91 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.28~0.43 g·kg^-1;而微团聚体（0.25~0.053 mm）低活性有机碳含量为1.02~2.02 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.46~1.20 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.31~0.85 g·kg^-1;大团聚体（>0.25 mm）低活性有机碳含量为1.08~3.07 g·kg^-1,中活性有机碳含量为0.70~1.96 g·kg^-1,高活性有机碳含量为0.48~1.24 g·kg^-1.③黄土高原人工刺槐林3种粒径团聚体的低、中、高活性有机碳含量主要与年均气温（MAT）、年均降雨量（MAP）、土壤SOC、TN和含水率显著相关（p<0.05）,且在同一活性下,活性有机碳含量与MAT、MAP、土壤TN、SOC、含水率的相关性随着土壤团聚体粒径的增大而越显著.研究结果对理解黄土高原土壤团聚体活性有机碳含量在空间尺度上的变化特征和影响因素具有重要意义.     

西南不同类型紫色土pH变化、重金属累积与潜在生态风险评估

施肥在作物增产方面的优势已得到广泛认可,但施肥对西南不同类型紫色土重金属累积与潜在生态风险的长期影响与作用机制尚不清楚.基于连续13a玉米-白菜轮作长期定位试验,采集单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）、有机无机配施（NPKM）和不施肥对照（CK）这4个处理的酸性、中性和钙质紫色土,测定各处理土壤理化指标和耕层土壤中Cu、Zn、Cd、Ni、Pb和Cr全量,通过单因子污染指数（Pi）分别计算内梅罗综合污染指数（PN）和潜在生态风险指数（RI）,评估长期施肥后土壤重金属污染特征和生态风险,进一步通过偏最小二乘路径模型（PLS-PM）解析土壤理化指标变量与重金属综合污染指数和潜在生态风险的关系.结果表明,土壤理化指标和重金属全量在不同施肥方式和土壤类型下差异显著（P <0.05）,且施肥方式的影响程度高于土壤类型.相较于NPK处理,NPKM和M处理土壤有机碳（SOC）、有效钾（AK）和有效磷（AP）含量平均增幅达62.53%～236.07%、105%～505.71%和444.92%～1 269.95%;各施肥处理显著改变酸性和中性紫色土pH,NPK处理下显著降低1.58和1.87,NP...     

无机钝化剂对镉污染酸性水稻土的修复效果及其机制

以浙江南部重金属镉（Cd）轻度污染酸性稻田为对象,以当地应用最广泛的3种无机钝化剂（硅钙镁钾肥、钙镁磷肥和石灰）为材料,通过田间试验研究了不同用量（750、1500和2250 kg ·hm^-2）钝化剂阻控土壤酸化与稻米Cd积累的效果与化学机制.结果表明,3种钝化剂可有效地改良土壤酸化和降低水稻稻米Cd积累,施用2250 kg ·hm^-2硅钙镁钾肥、钙镁磷肥和石灰分别增加土壤pH值0.62、0.65和0.86单位,减少交换性酸总量67%、69%和78%,降低糙米镉含量73%、68%和77%.施用2250 kg ·hm²钝化剂可使Cd轻度污染稻田上种植水稻糙米中ω（Cd）低于0.2 mg ·kg^-1,达到国家食品安全标准;与对照比较,3种钝化剂均显著降低土壤中DTPA提取有效态镉含量,降低弱酸提取态（F1）和可还原态（F2） Cd含量,增加残渣态（F4） Cd含量;相关分析表明糙米Cd含量与土壤pH与交换性阳离子含量呈显著负相关,与DTPA-Cd、F1-Cd、F2-Cd和交换铝含量呈显著正相关.应用最小二乘路径模型分析了糙米Cd含量、Cd有效性和化学形态与土壤性质的关系,土壤交换性阳离子对糙米Cd含量、有效镉和水稻产量直接影响的路径系数分别为-0.566、-0.866和0.873,土壤pH主要通过直接影响有效镉而间接影响糙米镉含量.田间试验证明,这3种钝化剂是实现镉污染酸性水稻土水稻安全生产的有效技术,它们主要通过影响土壤交换性阳离子而直接影响土壤镉生物有效性,进而影响糙米中镉的积累,研究结果可为受污染耕地水稻安全生产和酸化土壤改良提供科学依据.     

防护林建设过程中土壤微生物养分限制与有机碳组分之间的关系

微生物主要通过“体外修饰”和“体内周转”途径影响土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的累积,而不同的植物输入引起的微生物养分限制对两种土壤有机碳(SOC)组分累积的影响机制尚不清楚.因此,以陕西省米脂县的撂荒地为对照(CK),测定人工林建设的第3、13、20和37 a的0～5、5～10和10～20 cm土层中SOC、POC和MAOC含量及用于计算养分限制的土壤胞外酶活性,探讨防护林建设过程中SOC积累的微生物养分限制机制.结果表明：(1)ω(SOC)、ω(POC)和ω(MAOC)分别3.14～8.35、0.44～1.87和1.99～6.72 g·kg^-1;各组分有机碳含量在林地建设第3 a时均显著低于CK(P<0.05),且随防护林建设先增加后降低：0～5 cm和5～10 cm中SOC和MAOC含量在第20 a达到最大,但总体低于CK;10～20 cm中二者在第13 a达到最大且高于CK;0～5 cm和5～10 cm中ω(POC)在第37 a达到最大,10～20 cm中在第13 a达到最大.(2)0～5 cm中β-葡萄糖苷酶活性在第20 ...     

喀斯特地区植被恢复下土壤活性有机碳与碳库管理指数的演变特征

植被恢复通过改变碳输入和转化速率,影响陆地生态系统的碳循环.为探明喀斯特地区植被恢复过程中土壤活性有机碳组分与碳库管理指数的演变特征,以喀斯特地区草地序列（5、10、15和20 a）、灌木序列（5、10、15和20 a）和园地序列（5、10和15 a）土壤为研究对象,以相邻农田为对照（CK）,分析了不同植被恢复年限对土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃,即能被333、167和33 mmol·L^-1 KMnO₄氧化的土壤活性有机碳）、微生物量碳（MBC）、溶解性有机碳（DOC）及碳库管理指数（CPMI）演变的影响.结果表明,与CK相比,0~40 cm土层草地、灌木和园地序列平均SOC含量分别增加了70.77%、114.40%和50.17%.在0~20 cm土层,随恢复年限增加,草地序列和园地序列的SOC含量呈先升后降势态,灌木序列呈先升后降再升势态,ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃与对应序列的SOC变化势态一致;在20~40 cm土层,各序列的ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃与对应序列的SOC的变化势态不一致.在0~40 cm土层,草地序列MBC含量呈先降后升再降势态,各土层MBC最大值均在G15;灌木序列在0~10 cm土层为先升后降再升势态,在10~40 cm土层为先升后降势态;园地序列在0~30 cm土层为先升后降势态,在30~40 cm土层为逐渐升高势态.3个序列K_os大致呈先降后升再降势态,L和LI与K_os相反;CPI呈先升后降势态;草地和园地序列的碳库管理指数（CPMI）呈先升后降势态,而灌木序列CPMI的则呈先升后降再升势态.SOC、ROC₃₃₃、ROC₁₆₇、ROC₃₃和MBC含量及K_os的年增长量大小为：灌木>草地>园地,DOC和CPMI的年增长量大小为：园地>草地>灌木.3个序列SOC及其组分含量均总体随土层增加而降低,具有明显的表聚性.冗余分析结果显示碱解氮（AN）是影响喀斯特地区植被恢复下土壤活性有机碳组分和土壤有机碳库的主要环境因子.综上,土壤活性有机碳组分和CPMI随植被恢复时间发生演变,不同植被恢复均能一定程度地提高喀斯特地区SOC及其组分含量,灌木恢复促进SOC的积累.     

短期氮添加对黄土高原人工刺槐林土壤有机碳组分的影响

人类活动背景下,氮(N)沉降持续影响着生态系统的碳循环.氮沉降对土壤有机碳的影响与不同碳组分的差异性响应有关.为探究短期氮沉降背景下土壤有机碳组分变化及其影响因素,基于野外氮添加试验,以刺槐人工林为研究对象,共设置4个氮添加梯度：0(CK)、1.5(N1)、3(N2)和6(N3) g·(m²·a)^-1,分别在6月和9月进行取样,测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性.结果表明：(1)外源氮输入降低了土壤pH,促进可溶性有机碳含量的增加,增加了土壤氮素有效性.(2)短期氮添加显著降低了土壤有机碳含量,且有机碳各组分对氮添加响应不同.其中,易氧化有机碳含量显著降低,且在N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了54.4%和48.2%,惰性有机碳含量增加,但增加不显著.氮添加降低了土壤碳库活度,提高了土壤碳库的稳定性.土壤碳库活度分别在N3和N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了53.3%和52.80%.(3)随机森林模型表明,短期氮添加下土壤微生物生物量化学计量比、微生物生物量碳和AP是驱动土壤有机碳活度变化的关键因子,分别解释了易氧化有机碳和惰...     

基于组分区分的亚热带湿地松人工林土壤呼吸对氮添加的响应

氮沉降在很大程度上会对土壤呼吸产生扰动,进而影响到生态系统碳收支.以我国亚热带湿地松人工林为研究对象,通过定位模拟氮沉降控制试验,定量研究根系呼吸和微生物呼吸对氮添加的响应差异,并通过土壤环境的同步监测,初步探讨影响上述过程的生物地球化学与微生物学机理.结果表明:不同氮素添加水平下土壤呼吸速率及其组分总体上都呈现出单峰曲线特征,峰值出现在7月或8月,氮添加对土壤呼吸的季节模式没有明显影响.CK（0,对照）、LN〔60 kg/（hm2·a）,低氮〕和HN〔120 kg/（hm2·a）,高氮〕处理下土壤总呼吸速率的年均值分别为3.91、2.30和1.73 μmol/（m2·s）,各组根系呼吸速率年均值分别为1.41、0.87和0.66 μmol/（m2·s）,各组微生物呼吸速率年均值分别为2.50、1.44和1.07 μmol/（m2·s）.施氮后土壤总呼吸及其组分都受到明显抑制,并且随着施氮水平的提高,土壤总呼吸及其组分明显减小.与对照样地微生物呼吸占比65.2%相比,低氮和高氮处理下微生物呼吸占比显著降低,降幅分别为62.6%和62.1%,说明氮素添加对微生物呼吸的抑制作用大于根系呼吸.施氮后一年,氮素输入对土壤呼吸的抑制在消退.施氮对表层土壤w（TOC）（TOC为总有机碳）、w（NH₄+）、w（NO₃-）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）、w（DON）（DON为可溶性有机氮）、w（MBC）（MBC为微生物生物量碳）和w（MBN）（MBN为微生物生物量氮）都没有显著影响.氮素添加主要是通过降低土壤pH、加速湿地松人工林土壤酸化,对影响土壤有机质转化的土壤脲酶和蔗糖酶活性产生显著抑制,从而影响到土壤微生物活性,导致土壤微生物呼吸降低,这可能是土壤呼吸对氮添加响应的关键机制.      

太岳山不同林龄人工油松林土壤微生物特征

油松（Pinus tabuliformis Carr.）具有保土保肥和改善水土流失的作用,是黄土高原地区植被恢复中广泛使用的树种.为了探究土壤微生物多样性和群落结构对人工油松林演替的响应及其环境因子驱动机制,以太岳山脉潘家山10、20和30 a人工油松林土壤为研究对象,基于野外采样、室内理化分析和高通量测序等手段,分析不同林龄表层和亚表层土壤微生物群落结构、多样性及其与土壤理化性质之间的关系.结果表明：(1)30 a的人工油松林演替显著改变了土壤养分状况. SOM、TN、NH4+-N、NO3--N、AP和AK均随演替的进行显著升高;TP和TK含量随演替年限逐渐降低.(2)不同林龄油松林土壤真菌的优势门为子囊菌门、担子菌门和被孢菌门,细菌的优势门为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.(3)油松林土壤微生物中细菌占绝对优势,真菌和细菌拷贝数随林龄增加均显著增加,30 a油松林土壤真菌拷贝数和细菌拷贝数分别是10 a油松林的6.61倍和2.55倍.(4)随着林龄增加,土壤真菌多样性显著下降.属水平上,子囊菌门中青霉菌属相对丰度大幅下降,达21.07%,担子菌门中红菇属相对丰度...     

生物炭施用5 a后对桂北桉树人工林土壤有机碳组分的影响

研究生物炭不同施用量施用5 a后桉树人工林土壤有机碳组分的变化特征,明确生物炭施用下土壤的固碳潜力,为桉树林业废弃物生物炭的土壤改良效应提供科学依据.基于2017年建立的桉树人工林生物炭中长期定位试验,以桉树人工林废弃枝条为原料,在500℃条件下厌氧制备生物炭,选取CK （0%）、T1（0.5%）、T2（1.0%）、T3（2%）、T4（4%）和T5（6%）这6个处理,一次性施用生物炭5 a后测定不同处理下有机碳组分含量特征.结果表明：①与对照相比,土壤有机碳及其组分随生物炭施用量的增加而增大,且在T4或T5达到最大值,土壤有机碳、可溶性有机碳、易氧化态有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳和碳储量分别增加了101.62%、67.46%、143.03%、164.78%、110.88%和41.73%.②随着生物炭施用量的增加,各生物炭处理土壤轻组有机碳和重组有机碳含量在0~10、10~20、20~30 cm土层的增幅分别为41.41%~140.63%、9.26%~87.04%、-19.54%~106.90%和15.32%~78.99%、15.72%~75.25%、89.49%~148.64%.0~30 cm土层土壤轻组有机碳和重组有机碳含量的平均值亦呈现增大的趋势,土壤碳库中以较稳定的重组有机碳为主.③土壤有机碳、碳储量和有机碳组分含量均随着土层的加深而减小.总体上,生物炭施用5 a显著增加了土壤有机碳和碳组分含量,有利于提高土壤固碳能力和土壤稳定性碳库,生物炭施用是提升桉树林土壤质量的有效措施.研究结果可为林业废弃物资源化利用和桉树人工林土壤肥力提升提供参考依据.     

改变碳输入对新疆天山雪岭云杉林土壤呼吸的短期影响

探究外源性碳输入改变对森林土壤呼吸的影响是深入解析森林碳循环的基础.本研究基于植物残体添加和去除控制实验,设置5种不同碳输入(对照组、双倍凋落物组、去根组、去凋落物组和去根去凋落物组)处理,研究了天山雪岭云杉林(Picea Schrenkiana)生长季土壤呼吸对碳输入改变的短期响应.结果表明,整个实验期间对照、双倍凋落物、去根、去凋和去根去凋处理土壤呼吸速率均值分别为3.38、 3.94、 2.65、 2.87和2.01μmol·(m~2·s)~(-1);与对照处理相比,双倍凋落物处理使累计土壤呼吸通量增加402.65 g·m~(-2),去根、去凋和去根去凋处理分别减少了515.00、 354.73和967.15 g·m~(-2),减少幅度为去根去凋去根去凋.整个实验期间相对于对照组,双倍凋落物处理下土壤呼吸速率平均增加20.35%,去凋、去根、去根去凋处理下土壤呼吸速率分别平均降低14.40%、 20.78%和40.83%.土壤矿质呼吸、凋落物呼吸和根系呼吸对土壤总呼吸的相对贡献率由大至小依次为:土壤矿质呼吸(59.46%)根系呼吸(21.49%)凋落物呼吸(14.79%).由主成分分析可知,土壤呼吸速率的变化与土壤温度、土壤湿度、全磷、pH值、土壤有机碳正相关,与土壤容重负相关,而全氮、碳氮比和土壤电导率对土壤呼吸速率影响不大.     

连续4个生长季大气CO2升高与土壤铅(Pb)污染耦合下刺槐幼苗根际土壤微生物特征

阐明CO₂升高和土壤重金属污染耦合对植物根际微生物群落的影响对明确大气CO₂升高背景下土壤重金属污染的植物根际生态效应意义明显.利用开顶箱系统模拟了连续4个生长季大气CO₂浓度升高［（700±27）μmol·L^-1］与土壤Pb污染（15.6 mg·kg^-1和515.6 mg·kg^-1）耦合对刺槐幼苗根际土壤微生物群落的影响.结果表明,与Pb污染相比,高浓度CO₂提高了（P<0.05）Pb污染下幼苗根际土壤总N含量,同时也提高了根际土壤pH、总C和水溶性C含量及C/N,降低了（P<0.05）根际土壤总Pb和可溶性Pb含量.细菌丰富度和多样性在耦合条件下较Pb污染增加（P<0.05）,而真菌丰富度降低（P<0.05）和多样性增加（P<0.05）;细菌和真菌群落中相对丰度最高的前两位优势属变化不显著,但其它类群如Anaerolineaceae、Solirubrobacterales、Eurotiomycetes、Aspergillus和Trichocomaceae的相对丰度受大气CO₂浓度升高与土壤Pb污染耦合影响显著;相对丰度较高的前10位细菌和真菌优势属与根际土壤环境因子的冗余分析表明,根际土壤总C和可溶性Pb是显著（P<0.05）影响细菌优势属环境因子,总C对真菌优势属影响显著（P<0.05）.结果表明刺槐幼苗根际土壤总C和可溶性Pb是根际土壤细菌群落变化的显著影响因子,而真菌群落仅受总C的显著影响.