交替冻融对东北典型土壤腐殖质的影响

以受季节性冻融过程影响显著的东北地区的黑土、暗棕壤和水稻土为例,采用实验室模拟的方法,研究交替冻融循环过程（分别在-20℃和20℃下处理）对土壤腐殖质的影响。研究表明：交替冻融后,黑土和暗棕壤松结态腐殖质质量分数分别增加了39%和28%,HA/FA分别上升了45%和35%;水稻土松结态腐殖质质量分数和HA/FA分别下降了18%和31%。三维荧光结果进一步验证,黑土、暗棕壤在交替冻融中土壤芳香化程度增高,HA/FA上升,而水稻土则相反。黑土和暗棕壤松结态腐殖质和HA/FA升高,主要是微生物分解作用和土壤大团聚体破坏等原因造成,水稻土松结态腐殖质和HA/FA降低,主要是水稻土的缺氧环境造成。     

高寒草甸不同植被类型土壤全氮含量变化动态分析

采用凯氏定氮法对高寒草甸不同植被类型土壤全氮进行季节动态测定分析,结果表明:在整个生长季中0～20 cm层土壤全氮质量分数的顺序为:藏嵩草沼泽化草甸(Kobresia-swamp meadow)>露梅灌丛草甸(Dasiphoru fruticosa shrubs)>人工燕麦草地(Avena sativa artficial grassland)>矮嵩草草甸(Kobresia humilis meadow)>矮嵩草退化草地(Kobresia humilis-degraded grassland).原生植被草甸类型下单位面积土壤全氮含量远高于退化草地.藏嵩草沼泽化草甸土壤每平方米的全氮含量最高,达到0.712 kg,金露梅草甸次之,两者之间差异性不显著(p>0.05);其他三种草地类型单位面积土壤全氮含量差异性显著(p<0.05);原生草甸矮嵩草草甸每平方米全氮平均含量为0.406 kg,而退化的矮嵩草草地每平方米全氮平均含量为0.301 kg,可以推算,土地退化导致土壤全氮流失的量为0.105kg,即高寒草地退化导致25.86%氮流失.随着季节的变化,土壤全氮质量分数随生长季均有所增加,最高值都出现在8月份,但各月份之间土壤全氮质量分数变化差异性不显著(p>0.05).原生植被0～10 cm层土壤全氮含量高于10～2O cm层,人工草地与退化草地差异性不显著.     

高寒草甸土地退化及其恢复重建对土壤碳氮含量的影响

针对我国青藏高原草地大面积退化及由此引发的一系列生态环境问题,从土壤生态功能恢复和区域可持续发展的角度出发,将原生高寒嵩草草甸封育系统作为对照,研究了土地退化对土壤碳氮含量的影响,检验了不同人工重建措施(3个人工种植处理:混播、松耙单播、翻耕单播和1个自然恢复处理)对土壤碳含量的相对影响程度。研究结果如下:原生植被封育处理每平方米土壤平均碳、氮含量分别为7.47kg和0.647kg,而重度退化地碳、氮含量分别为3.67和0.448kg·m-2,可以推算,由于土地退化而造成的土壤(0~20cm层)碳氮丢失量分别为3.80kg·m-2和0.199kg·m-2,即高寒草甸土地退化导致0~20cm土壤层中50.87%的有机碳和30.75%的氮流失,可以看出高寒草甸土壤退化后流失的碳比氮多;混播处理、松耙单播处理、翻耕单播处理和自然恢复处理土壤单位面积有机碳含量分别是原生植被土壤有机碳的70.5%,69.0%,49.0%和80%,单位面积氮含量分别是原生植被土壤全氮的86.9%,88.7%,71.1%和91.7%。但是,与重度退化地相比,除翻耕单播处理外,其它恢复重建措施均能部分恢复系统的碳氮含量,因此,将重度退化地进行自然恢复或松耙混播重建多年生植被可以作为系统固定碳(碳汇)的一个途径。     

长期施肥对河西灌漠土有机氮组分的影响

在长期小麦和玉米轮作的基础上,通过单施化肥以及化肥与其它有机肥料的配合使用,研究不同施肥对河西灌漠土有机氮组分的影响.采用1965年Bremner提出的土壤有机氮分级方法,对22年有机肥与化肥定位试验中的耕层土壤有机氮组成进行分级.结果表明,长期施用化肥和有机肥对河西灌漠土全氮和土壤有机氮组成有显著影响,施肥对不同形态有机氮的影响取决于肥料种类.与单施化肥相比,有机肥与化肥配合施用后显著提高了土壤全氮、酸解性氮与非酸解性氮的含量.在酸解性氮中,氨基酸态氮和酸解未知氮显著增加,氨基糖态氮含量也有所提高.与不施肥相比,施用氮肥显著提高了土壤全氮、酸解性氮与非酸解性氮的含量.在酸解性氮中,化学氮肥显著提高了铵态氮的含量,对氨基酸氮、氨基糖氮和酸解未知态氮影响较小.施用磷、钾肥对河西灌漠土全氮和有机氮各组分含量影响较小.     

模拟升温和放牧对高寒草甸土壤微生物群落的影响

通过开顶式温室(Open top chambers,OTCs)升温以及刈割+施加牛粪处理,应用磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids,PLFAs)方法,研究了青藏高原东部高寒草甸土壤微生物群落结构对气候变暖和放牧的响应.结果表明,高寒草甸在生长季节,微生物群落以细菌为主.平均1.17℃的土壤升温使土壤微生物PLFAs总量增加34.58%,而春季割草结合牛粪施加使微生物PLFAs总量增加65.77%.模拟变暖和放牧均引起土壤微生物群落结构的显著变化.升温使细菌相对含量增加8.80%,而使真菌相对含量降低17.48%,细菌与真菌之比由7.3变为9.6.放牧使细菌相对含量增加8.40%,真菌相对含量降低14.04%,细菌与真菌之比由7.3变为9.2.OTCs升温+放牧处理比单独的升温或放牧处理对土壤微生物总量和细菌与真菌比值的影响更加明显.本研究表明,气候变暖和人类活动能够在短期内显著地改变青藏高原高寒草甸土壤微生物群落结构,进而可能影响这一地区的生态系统碳收支和养分循环.     

不同有机物料对有机磷农药污染土壤酶活性及土壤微生物量的影响

农药污染严重影响了土壤的生态和食品的安全,为了解有机物料对农药污染土壤修复的影响,本文采用室内恒温恒湿培养的方法,研究了在有机磷农药污染的土壤中加入葡萄糖、堆肥、秸秆3种不同的有机物料对土壤微生物及土壤酶活性的影响,结果表明：有机磷农药对土壤微生物生物量碳和土壤的呼吸强度都有一定的影响,具体表现为前期（0～3 d）抑制,中期（3～40 d）为促进作用,后期（40 d以后）恢复稳定。加入有机物料后,显著提高了土壤的微生物生物量碳和土壤的呼吸强度,其中葡萄糖、堆肥、秸秆处理分别在第9、30、40天时的土壤的微生物生物量碳最高,在第9、30、50天时土壤的呼吸强度最高。有机磷农药对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶影响表现为先抑制后激活,然后恢复的变化趋势。加入不同有机物料后,堆肥和秸秆对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶都有促进作用,显著提高了其活性。堆肥处理的土壤过氧化氢酶、脲酶活性分别在0～20 d,20 d为最高,秸秆处理的土壤过氧化氢酶、脲酶活性都在40～50 d为最高。培养结束时（70 d）,秸秆、堆肥处理的土壤过氧化氢酶、脲酶活性要高于葡萄糖、空白处理。葡萄糖处理在前期（0～40 d）对过氧化氢酶、脲酶活性有一定的影响,到后期（40～70 d）同空白之间差异不大。研究结果表明有机物料的加入可以提高土壤微生物量和土壤的呼吸强度,提高土壤酶的活性,对于农药污染土壤的修复具有积极的作用。     

牦牛粪便对川西北高寒草甸土壤养分的影响

川西北高寒草甸是我国四大牧区之一,也是"长江上游生态屏障"建设的重要"生态功能区"之一.近年来牦牛粪便被大量出售,显著地改变了生态系统的养分循环.通过模拟牛粪堆积,研究了牦牛粪便养分释放及其对周围土壤养分(NO3--N、NH4--N、速效K、无机P、有机C、全N和全P)在不同时间和距离条件下的影响.结果表明,在研究区域内,牛粪对草地生态系统具有较强的养分(N、P)贡献能力,据初步统计,其值大致为N素699～932 kg hm-2,P素为110～147 kg hm-2;牛粪养分在夏季具有较快的分解速率,在3 mo左右之后基本分解殆尽;粪便在短期内能显著提高粪下土壤养分的含量,其中,对No3--N含量的提高最为明显,在2 mo左右之后其含量达到初始态的8.4倍,在实验后期,粪便对土壤养分的影响作用逐渐消失;粪便在夏季对周围10 cm内土壤的养分(NO3--N、NH4+N、速效K和无机P)含量能产生显著影响(P<0.05),但影响范围难以达到周围30 cm左右.与通常结论不同的是,在整个实验周期内,牦牛粪便并没有显著提高土壤有机C、全N和全P的含量.图4表1参31     

降水变化、氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和土壤微生物碳的影响

全球变化对土壤有机碳(SOC)存贮与分解的影响在全球碳(C)循环中具有重要地位.分别通过室内土壤培养法和氯仿熏蒸法,研究了降水变化和氮(N)添加处理对鼎湖山3种不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔混交林和马尾松针叶林SOC矿化和土壤微生物量碳(SMBC)的影响.结果表明:1)降水量增加能够提高森林演替晚期SOC累积矿化量和矿化速率,而对森林演替早期SOC累积矿化量和矿化速率没有显著影响(P>0.05).2)干旱条件(降水量减少)降低森林SMBC含量,且在鼎湖山季风林表层土壤(0～10 cm)中SMBC的减少达到显著水平(P<0.05).3)N添加处理对鼎湖山3种森林类型SOC累积矿化量、矿化速率以及SMBC都没有显著影响(P>0.05).未来关于SOC矿化对全球变化响应的研究,要综合考虑土壤有机质质量、C/N比例、外源性氮输入等因素的作用.图4表2参37     

西藏米拉山高寒草甸土壤微生物DNA提取及宏基因组Fosmid文库构建

青藏高原土壤中富含特殊的微生物资源,因大多数未能得到培养而无法利用.提取微生物总DNA及构建宏基因组文库的方法是研究未培养微生物的重要方法(免培养法).两藏米拉山高寒草甸土壤中腐植酸、有机质含量非常高,DNA提取非常困难,本研究表明卣接法提取该样品的DNA片段小,杂质含量高,不能满足构建大插入片段文库的要求;结合低速离心和Nycodenz密度梯度离心先分离出微生物细胞的间接法虽然DNA产率降低,但是纯度高,片段长,多样性丰富,更适合于构建大插入片段文库.在间接法提取高质量西藏高寒草甸土壤微生物DNA的基础上,成功构建了一个包含30 624个克隆、库容量超过1 Gb、稳定性好的宏基因组Fosmid文库,为从西藏高原土壤中挖掘和利用新的功能基因研究奠定了基础.图7表3参27     

岩溶生态系统中土壤微生物量氮含量及其变化规律

选择果树园和林地两种土地利用类型来研究土壤微生物量氮(Soil microbial biomass nitrogen,SMBN)含量及其与土壤溶解有机氮(Soil dissolved organic nitrogen,DON)、碱解氮的关系。结果表明:SMBN含量范围在5.33~34.61kg·hm-2之间,平均为14.81kg·hm-2,仅为文献中报道的SMBN的3%~37%。SMBN占土壤全氮的比例较小,为0.25%~1.5%,平均为0.754%。SMBN与DON及土壤有机碳等指标变化趋势一致。SMBN易矿化,与碱解氮关系密切,但由于岩溶山区这种特殊的生态环境,使得这种关系不像文献中报道的呈极强的正相关关系,这对于研究岩溶区特定条件下SMBN的变化以及对当地的土地利用类型有一定的参考价值和现实意义。     

影响土壤中微生物体氮的因子

综述了影响土壤微生物体氮的因子,以及微生物体氮与可矿化氮之间的关系。着重讨论了土壤有机质、有机物料、氮肥、作物根系、土壤温度和湿度对微生物体氮的影响及研究进展;评价了土壤微生物体氮与可矿化氮的关系的研究结果。     

不同种稻方式对后茬大麦产量和土壤微生物量的影响

通过田间试验研究盖草、覆膜、裸露、水作4种种稻方式对后茬大麦产量、生物量、土壤微生物量和氮肥利用率的影响.结果表明,大麦籽粒产量以盖草后茬最高,比覆膜、裸露和水作后茬增产6.0%、16.4%和37.0%.大麦收获期地上部生物量也是盖草后茬最高,分别比覆膜、裸露和水作3个处理增加3 424、6 059、6 961 kg·hm-2.4个处理后茬大麦生长期间土壤微生物量碳、氮随着大麦生育期进程呈先升高后降低的趋势,且各个生育期均表现为盖草＞覆膜＞裸露＞水作.盖草处理氮肥农学利用率比覆膜、裸露、水作高0.9、2.2和8.0 kg·kg-1;氮肥生产率也表现出上述趋势,分别高2.8、7.0和13.3 kg·kg-1.说明旱作水稻覆盖秸秆下的稻-麦轮作是一种优化的种植模式,具有良好的生态效益和社会效益.     

川西亚高山、高山森林土壤微生物生物量和酶活性动态特征

为深入了解川西亚高山/高山森林冬季生态学过程,于2008年11月─2009年10月,在土壤冻结初期、冻结期和融化期及植被生长季节,研究了不同海拔岷江冷杉林（Abies faxoniana）土壤微生物生物量和酶活性动态。各海拔森林土壤在冬季维持着较高的微生物生物量含量和酶活性,并随土壤冻融过程不断变化。土壤有机层和矿质土壤层冬季微生物生物量碳和氮含量及转化酶和尿酶活性均表现出受冻结初期土壤冻融循环影响显著降低,在冻结期变化不明显,在融化期急剧增加至融化后显著降低的趋势,且土壤有机层微生物生物量含量和酶活性在融化期具有一个明显的年高峰值。海拔变化显著影响了土壤酶活性,但对土壤微生物生物量不显著。土壤温度与土壤微生物生物量含量相关显著。这表明季节性冻融期是土壤生态过程的重要时期,土壤冻融格局显著影响川西亚高山/高山森林土壤微生物生物量和酶活性动态。     

季节性雪被对青藏高原东缘高寒草甸土壤氮矿化的影响

依据自然雪被分布的差异,在青藏高原东缘高寒草甸中设置3条样带(即深雪、中等厚度雪被和浅雪),于2008年的秋冬过渡期,连续监测各样带中的雪被厚度和土壤温度,并采用原位培养法测定每月的土壤氮素氨化、硝化和矿化速率,以研究不同厚度雪被对高寒草甸土壤氮矿化的影响.结果表明,月均土温、每月日最高土温均值分别与雪被厚度极显著相关,二次函数关系拟合较好(R2=0.576,0.685),且根据每月日最高土温均值与雪被厚度的二次函数关系方程可知,25 cm厚的雪被可以起到较好的隔绝效果;土壤含水量受雪被厚度和土壤温差两个因素的显著影响.在秋冬过渡期末,浅雪梯度下土壤硝态氮含量显著降低,且雪被下的净氮矿化速率与月均土温、每月日最高土温均值、每月日最低土温均值都分别呈极显著相关,二次函数关系拟合较好(R2=0.589,0.541,0.601).研究表明,不同厚度的雪被对土壤温度和含水量影响显著,从而显著地影响着土壤氮的矿化,深雪更有利于氨化、硝化和氮矿化.图7表2参36     

秸秆还田少免耕对冲积土微生物多样性及微生物碳氮的影响

土壤微生物是耕地质量的重要指标,为阐明秸秆还田少免耕对土壤质量的影响及其机理,在成都平原(温江)冲积水稻土区,开展了水稻–小麦/油菜轮作秸秆还田培肥定位试验(2003～2008年),在小麦生长季节,系统研究了土壤耕层微生物数量和微生物生物量的变化特征.结果表明,秸秆还田翻耕与秸秆还田免耕的土壤耕层微生物总量分别增加了51.7%、12.8%,土壤微生物数量增加主要来自土壤细菌数量的增加;从小麦全生育期看,在小麦分蘖期的增加幅度高于小麦播种期和小麦收获后,有利于促进小麦养分吸收与生长发育.秸秆还田少免耕显著增加了微生物生物量,秸秆还田翻耕和秸秆还田免耕处理土壤微生物碳总量分别比对照提高74.1%、25.8%,土壤微生物氮分别提高60.2%和12.1%.秸秆还田循环利用显著增加了土壤微生物数量和生物量,有利于土壤养分循环与转化,有利于提高土壤有机质含量并改善有机质质量,是耕地质量建设的重要途径.     

土壤酶和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应及其影响因子研究

土壤酶和微生物量碳是反映土壤健康的重要微生物性质指标。土壤重金属污染能够对土壤微生物性质产生影响,然而土壤酶和微生物量碳对土壤重金属污染的响应受到土壤本身理化性质的影响。通过北京市建成区233个样点的数据监测和实验室模拟,研究了土壤脲酶活性和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应以及受土壤理化性质的影响。研究结果表明:在野外主要重金属污染的浓度范围内(Cd 0.003~0.98μg·g-1,Cu 13.4~207.9μg·g-1,Zn 29.4~322μg·g-1,Pb 4.02~174μg·g-1),土壤脲酶活性、微生物量碳(MBC)和有机碳(SOC)的含量与土壤中Cd、Cu、Zn和Pb的浓度正相关,而微生物量碳占有机碳的比率(MBC/SOC)与重金属浓度负相关;脲酶活性、MBC/SOC与重金属浓度建立的相关关系只能解释总变异的5%~10%。实验室模拟试验表明,土壤酶活性受土壤重金属含量和土壤性质联合效应的影响;土壤有机质含量和pH是影响酶活性的主要土壤理化性质。引入土壤有机碳含量和pH两个参数,重新建立脲酶活性、MBC/SOC与土壤中重金属浓度的关系,建立的相关关系的决定系数变大,能够解释总变异的14%~17%。     

恩诺沙星对土壤细菌数量及微生物生物量碳的影响

为了评价兽药恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)对土壤微生物的影响,采用平板计数法和熏蒸浸提法研究了不同含量恩诺沙星(wENR)对土壤细菌数量和土壤微生物生物量碳(MBC)含量的影响.结果发现,添加药物组细菌数量和土壤微生物生物量碳含量均低于对照组,且药物含量越高,细菌数量和土壤微生物生物量碳含量越低;较低含量的恩诺沙星(wENR<0.1μg·g-1,细菌数量;wENR<1μg·g-1,MBC)对细菌数量和微生物生物量碳含量影响不显著(与对照组比较,p>0.05),而较高含量的恩诺沙星(wENR≥0.1μg·g-1,细菌数量;wENR≥1μg·g-1,MBC)则影响显著(与对照组比较,p<0.05).以上结果表明恩诺沙星残留可显著影响土壤细菌数量和微生物生物量碳含量,进而可能影响土壤特性和土壤的一些生态过程。