短期氮添加对黄山松林土壤碳组分的影响及其微生物机制

人类活动和大气沉降增加了陆地生态系统氮的输入,显著改变了生态系统碳循环.为了更好地理解氮沉降如何调节森林土壤有机碳组分动态,及其潜在的微生物机制.本研究在福建戴云山黄山松林设置3个氮添加梯度（对照（0 kg·hm^-2·a^-1）、低氮（40 kg·hm^-2·a^-1）、高氮（80 kg·hm^-2·a^-1） ）以模拟氮沉降.通过测定土壤基本理化性质、土壤微生物生物量、酶活性和碳利用效率,利用两步硫酸水解法将土壤有机碳分为量小、周转快的活性碳组分和量大、周转慢的惰性碳组分,以探究两年氮添加对亚热带黄山松土壤有机碳组分的影响.与对照相比,氮添加显著降低0~10 cm土壤活性碳组分含量,增加土壤惰性碳含量.氮添加提高了参与碳、氮和磷获取的3种水解酶活性（β-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶、酸性磷酸单酯酶）,并显著降低了土壤微生物碳利用效率.冗余分析和随机森林模型表明,土壤微生物碳利用效率、微生物生物量和β-葡萄糖苷酶是影响土壤碳组分变化的主要因子,且土壤微生物碳利用效率与活性碳呈显著正相关,与惰性碳呈显著负相关;微生物生物量碳与活性碳呈显著正相关,与惰性碳无显著关系.综上所述,土壤微生物生物量减少、碳利用效率的下降导致活性碳组分含量减少,而惰性碳组分含量增加,进而提高黄山松林土壤有机碳的稳定性.     

长期秸秆还田褐土有机碳矿化特征及其驱动力

基于连续30 a(1992～2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置秸秆覆盖还田（SM）、秸秆粉碎直接还田（SC）、秸秆过腹还田（CM）和秸秆不还田（CK）这4个处理,探讨长期不同秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分、土壤碳库管理指数、酶活性和土壤有机碳矿化的影响,揭示春玉米连作体系褐土有机碳矿化特征及其主要驱动因子,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据.结果表明：(1)秸秆还田处理均提高了褐土土壤有机碳含量,CM处理提高幅度最大,且碳库管理指数提升效果最显著.(2)SC和CM处理的活性碳组分含量均上升,而SM处理的易氧化有机碳含量显著降低.(3)温度每升高10℃,矿化速率约提升7.99 mg·（kg·d）-1.不同秸秆还田处理土壤有机碳矿化速率顺序为：CM> SC>SM> CK.(4)低温（15～25℃）条件下,CM处理的温度敏感性最低,最有利于碳库的积累,能有效提高土壤有机碳库周转速率,缩短周转时间,可作为褐土管理的最佳秸秆还田模式.(5)温度、土壤中β-1,4-葡萄糖苷酶活性和DOC是褐土土壤有机碳矿化的主要驱动力.有机碳组...     

40 a施肥措施对黑土土壤酶化学计量特征的影响

为探究长期施肥措施对黑土土壤养分平衡和酶化学计量特征的影响,选取长期定位实验（40a）样地4种不同施肥处理：不施肥、施氮肥、施磷肥和氮磷混施,分别在2021年4月和2022年4月采集土壤样品,测定土壤4种水解酶活性并分析酶化学计量特征.结果表明,施氮和氮磷混施均显著提高酸性磷酸酶和β-D-葡萄糖苷酶活性,分别提高68% ~ 158%和26% ~ 222%.施磷和氮磷混施则显著影响β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,其酶活性最高达75.48 nmol·（g·h）^-1和106.81 nmol·（g·h）^-1.双因素方差分析显示氮和磷输入对土壤酶活性均产生显著影响.冗余分析表明酶活性变化的主要影响因子为土壤pH值、微生物生物量磷和有效磷.通过计算酶化学计量比,发现氮处理显著增加酶矢量长度,其数值主要在1.32 ~ 1.52之间,而酶矢量角度均 > 45°,表明黑土主要受碳磷共同限制.通过以上分析可以发现40 a长期施肥处理对黑土土壤酶及资源利用策略有显著影响,研究结果为评估长期施肥处理对土壤养分平衡和可持续利用具有重要的生态学意义.     

秸秆还田配施氮肥对喀斯特农田微生物群落及有机碳矿化的影响

秸秆还田配施氮肥是调控农田土壤有机碳转化的重要措施,为认知秸秆配施氮肥对秸秆和长期施肥土壤有机碳矿化的作用机制,选取喀斯特长期施肥定位试验3种土壤(不施肥、无机肥、秸秆与无机肥配施),采用室内培养结合~(13)C示踪技术,设置不添加秸秆(对照组)及添加秸秆配施3种氮素水平处理(0、214. 0和571. 0 mg·kg~(-1),以干基土计),研究~(13)C标记的秸秆和土壤有机碳的矿化及其机制.结果表明,长期施肥土壤的秸秆CO_2排放量均显著高于不施肥土壤,且氮素水平显著影响不施肥土壤的秸秆有机碳矿化;长期施肥土壤激发效应均显著低于不施肥土壤,且低水平氮素配施降低秸秆添加引起的正激发效应,高水平氮素反而增大. PCA分析表明长期施肥、秸秆还田配施氮肥均显著改变土壤微生物群落,其中秸秆与氮素配施显著增加土壤总PLFAs、细菌和真菌PLFA摩尔质量浓度(与对照相比,增幅分别为40. 3%～53. 0%、41. 1%～62. 6%和60. 5%～148. 6%),但氮素水平影响不显著,土壤G~+/G~-降低并稳定在0. 8左右.结构方程模型结果表明,秸秆还田配施氮肥增加土壤DOC含量、影响土壤革兰氏菌群落结构,从而影响秸秆和土壤有机碳矿化.上述结果表明秸秆还田配施低水平氮肥有利于提升喀斯特农田土壤固碳能力.     

秸秆连续还田配施化肥对稻-油轮作土壤碳库及作物产量的影响

依据田间连续7 a秸秆还田定位试验,探讨秸秆还田配施化肥对巢湖地区农田土壤剖面（0~20、20~50和50~80 cm）的土壤总有机碳（TOC）、可溶性有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、活性有机碳（LOC）、碳库管理指数（CPMI）和作物产量的影响.试验设置无秸秆还田+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF1）和秸秆还田+80%常规施肥（SF2）这4个处理,分析不同土层土壤总有机碳和组分含量、CPMI和油菜-水稻产量的变化规律.结果表明,以CK为参考,常规施肥和秸秆还田配施化肥均提高了垂直剖面土壤总有机碳和组分的含量,且不同土层土壤总有机碳和组分的含量随土层深度增加而逐渐降低.在0~20 cm土层,与F处理相比,SF1和SF2处理显著提高TOC、DOC、POC和LOC的含量,增幅分别为：14.23%~28.97%、7.86%~27.01%、16.46%~24.24%和5.89%~6.64%（P<0.05）;在20~50 cm土层,SF1较F处理的TOC和LOC的含量显著增加9.43%和8.34%（P<0.05）,SF2较F处理的DOC和POC的含量显著增加17.51%和65.83%（P<0.05）;在50~80 cm土层,各处理间土壤总有机碳和组分的含量均无显著差异.秸秆还田配施化肥对土壤碳库管理指数影响显著,SF1较F处理显著提高0~50 cm土层的CPMI,而F处理的CPMI在50~80 cm土层最大,但各处理间均无显著差异.秸秆还田配施化肥对作物产量具有显著提升作用,且SF1处理的产量最高,SF1较F处理的水稻、油菜和周年产量分别显著增加6.19%、7.67%和6.54%（P<0.05）.总的来说,稻-油轮作模式下秸秆还田配施化肥对提高巢湖地区土壤碳库、土壤肥力和作物产量具有重要意义.     

秸秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳及碳库管理指数的影响

为探明稻秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳库的影响,于广东省白云区和惠阳区开展田间试验,设置常规施肥（CK）、秸秆还田+常规施肥（RS）和秸秆还田配施石灰+常规施肥（RS+L）这3个处理,分析了土壤总有机碳（TOC）、水溶性有机碳（DOC）、活性有机碳（LOC）、颗粒态有机碳（POC）、微生物量碳（MBC）、碳库指数（CPI）、稳定性有机碳（IOC）、碳库活度（L）、碳库活度指数（CPAI）和碳库管理指数（CPMI）的变化.结果表明,与CK相比,RS+L处理显著提高TOC、LOC、POC和MBC含量,增幅分别为10.24%~17.79%、34.49%~44.37%、19.27%~23.59%和33.36%~43.26%（P<0.05）.与CK相比,RS+L处理显著提高水稻生长前期（移栽后15~45 d期间）的DOC含量（P<0.05）,但对水稻生长后期的DOC无显著影响.RS+L较RS处理的TOC、LOC、POC和MBC分别提高了2.15%~6.95%、1.17%~17.90%、4.27%~8.65%和12.99%~14.53%.与CK相比,RS+L处理显著提高IOC和CPI,其增幅分别为8.32%~15.57%和14.00%~20.00%（P<0.05）.RS较CK处理显著提高CPI,其增幅为14.00%~18.00%（P<0.05）.不同处理间的L、CPAI和CPMI差异不显著.RS+L处理的土壤pH值显著高于CK处理（P<0.05）.不同处理间的水稻产量无差异.主成分分析结果表明,水稻产量主要与DOC、LOC、CPAI和CPMI相关,但对土壤有机碳和碳库管理指数变化的贡献率较低.主成分分析还表明,秸秆还田配施石灰通过改善酸性水稻土的pH值和养分含量,驱动MBC和POC等有机碳组分的形成和积累,促进SOC的提升.综上,秸秆还田配施石灰有利于酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有机碳组分的积累,从而提高土壤总有机碳含量和稳定性,是提升酸性水稻土固碳减排功能的有效途径.     

秸秆还田对外源氮在土壤中转化及其微生物响应的影响

秸秆还田是农业生产上提高土壤肥力的重要措施,而秸秆中较高的碳氮比,使秸秆碳的利用率较低,温室气体排放较高,因此配施无机氮磷肥能够调控土壤中元素计量比,增加微生物活性和元素利用率,促进土壤肥力提升.本研究选择在模拟秸秆还田条件下,添加¹⁵ N标记的无机氮肥,研究不同养分肥料添加对土壤中外源氮转化与分配的影响,以及微生物响应特征.结果表明,秸秆添加增加了土壤和土壤溶液中铵态氮和总氮含量;秸秆与无机氮肥配施条件下,土壤中¹⁵ N-TN在100 d培养时期内基本保持在28~33 μg,¹⁵ N-NH₄⁺在前30 d培养时期内逐渐增加,而后逐渐降低;施P增加了土壤中¹⁵ N-TN和¹⁵ N-NH₄⁺的含量,却使土壤溶液中¹⁵ N量降低了28%.无机氮肥在土壤中的分配表明,¹⁵ N在土壤中的比例基本保持在52%~61%,磷肥的添加使¹⁵ N在土壤中的分配比例最大提高了16.5%,而土壤溶液中¹⁵ N的比例由第5 d的36%降低至100 d时30%,使外源¹⁵ N损失量减少了1.2倍.秸秆添加促进了微生物活性,显著提高了土壤MBN的量;而无机肥料的添加进一步促进了土壤微生物的活性,100 d培养实验后,秸秆与无机氮、磷肥同时添加使MBN增加到对照处理的2.0和2.2倍.磷肥添加促进了微生物对¹⁵ N的利用,使¹⁵ N-微生物生物量氮（¹⁵ N-MBN）的量比添加秸秆和氮肥处理的提高了1.5倍.对土壤氮转化酶活性（β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶,NAG）的研究结果表明,氮肥降低了土壤酶活性和底物亲和性,而氮磷肥同时添加时,酶活性较单加秸秆处理提高了48.1%.本研究可为深入了解稻田土壤生态系统氮循环、实现农田土壤肥力提升和温室气体减排提供理论依据.     

秸秆还田配施化肥对土壤养分及冬小麦产量的影响

为探究关中地区秸秆还田配施化肥对土壤养分和冬小麦产量的影响,研究采用裂区试验设计,主区为：秸秆不还田（S₀）和秸秆还田（S）;副区为：不施肥（WF）、氮肥（NF）和氮磷肥（NPF）.应用生态化学计量的方法,探究秸秆还田配施化肥下土壤碳氮磷含量变化及其和产量的关系.结果表明,秸秆和施肥互作对表层（0~20 cm）土壤有机碳、全氮和全磷含量均产生显著影响（P<0.05）.与S₀WF处理相比,SNPF处理显著提高表层（0~20 cm）土壤有机碳和全氮含量（P<0.05）.秸秆和年份互作对表层（0~20 cm）土壤全氮含量产生显著影响（P<0.05）,随着秸秆还田时间的增加,在2021年SWF处理下表层（0~20 cm）土壤全氮含量显著高于S₀WF （P<0.05）.秸秆和施肥及其互作对20~40 cm土层有机碳和全氮含量无显著影响（P>0.05）,但对20~40 cm土壤全磷含量产生显著影响（P<0.05）,与SWF处理相比,SNPF处理显著增加了20~40 cm土层全磷含量（P<0.05）.秸秆还田配施化肥对土壤化学计量特征也产生显著影响.与S₀WF处理相比,S₀NPF处理能够降低表层（0~20 cm）土壤C：N,提高表层（0~20 cm）土壤C：P和N：P.与SWF处理相比,SNF处理能够降低表层（0~20 cm）土壤C：N.秸秆还田配施化肥对冬小麦产量也产生显著影响,2020年和2021年SNPF处理与S₀WF处理相比分别增产24.23%和28.9%.相关性分析表明,产量与C：N （P<0.05）和C：P （P<0.01）呈显著正相关关系.全氮和N：P与处理年份呈极显著正相关关系（P<0.001）.综上所述,在关中地区秸秆还田配施氮磷肥处理（SNPF）会改善土壤养分,改变土壤化学计量特征,同时提高产量.因此,本研究结果表明秸秆还田配施氮磷肥（SNPF）是优化区域农田养分管理,提高粮食生产能力的有效途径.     

秸秆及配施生物炭对福州茉莉园土壤碳、氮、磷、铁含量及其生态化学计量学特征影响

为阐明施加秸秆及配施生物炭对茉莉花园土壤碳（TC）、氮（TN）、磷（TP）和铁（Fe）含量及其生态化学计量学特征的影响,并探讨土壤活性有机碳及碳库管理指数的响应,以福州茉莉园土壤为研究对象,设置对照、秸秆、秸秆配施生物炭3种处理样地,对施加处理下福州茉莉花园0~10 cm表层土壤碳、氮、磷、铁含量和生态化学计量学特征进行测定和分析.结果表明：不同施加处理下,茉莉园土壤TC、TN含量均值表现为秸秆配施生物炭处理>秸秆处理>对照处理（p<0.05）,TP含量均值表现为秸秆处理>秸秆配施生物炭处理>对照处理（p<0.05）,土壤Fe含量均值表现为秸秆处理大于对照和秸秆配施生物炭处理,显著增加了茉莉花园表层土壤铁含量（p<0.05）.其次,秸秆配施生物炭处理较对照和秸秆处理提高了土壤C/N、C/P、C/Fe、N/P、N/Fe、P/Fe （p<0.05）;茉莉花园0~10 cm土壤碳储量、氮储量、磷储量均值表现为秸秆配施生物炭处理显著高于对照处理（p<0.05）,提高比例分别为46.5%、20.2%、10.2%,土壤铁储量表现为秸秆处理>对照处理>秸秆配施生物炭处理.此外,秸秆施加处理提高了土壤活性有机碳（C_N）,增加了土壤碳库活度指数（CPAI）和土壤碳库管理指数（CPMI）;秸秆配施生物炭处理同样大幅度提升了土壤总有机碳含量,并显著提高了土壤碳库指数（CPI）,但这部分主要是活性较低的稳态碳（C_NA）,因此,秸秆配施生物炭降低了土壤碳库活度（CPA）、土壤碳库活度指数（CPAI）和土壤碳库管理指数（CPMI）.总体来看,从土壤固碳角度考虑,秸秆配施生物炭是更合理的利用措施.     

化肥减量配施秸秆对双季稻田固氮微生物群落的影响

基于3 a田间定位试验,研究了双季稻田化肥减量配施秸秆后第3 a对水稻产量、土壤肥力属性和固氮微生物群落结构特征的影响.设置了3种施肥模式：常规施化肥（CF）、化肥减量配施3 t ·hm^-2干重秸秆（CFLS）和化肥减量配施6 t ·hm^-2干重秸秆（CFHS）.结果表明,在化肥减量配施秸秆后第3 a,CFLS和CFHS在没有显著减少水稻籽粒产量（P>0.05）的情况下显著中和土壤酸化并提高土壤微生物量碳和氮、可溶性有机碳和有机碳含量（P<0.05）,同时显著减少了土壤氧化还原电位、铵态氮和硝态氮含量（P<0.05）,更有利于提高土壤氮素利用率.与CF处理相比,CFLS和CFHS的天然固氮功能群由于土壤碳储量增加和酸化程度降低等条件的改善而增加了Shannon、PD和Evenness指数（P<0.05）.化肥减量配施秸秆使Ferrigenium、硫氧化菌属（Sulfurivermis）、甲基单胞菌属（Methylomonas）、Methylovulum、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）和念珠藻属（Nostoc）等固氮、固碳和植物促生功能微生物类群相对丰度显著提高（P<0.05）.综上所述,化肥减量配施3 t ·hm^-2和6 t ·hm^-2秸秆是改善土壤固氮微生物群落结构和提高土壤固氮潜力的有效措施.