经济快速增长区土地利用变化对土壤质量影响研究

以苏锡常地区具有典型性的原锡山市不同土地利用类型和不同时间的土壤取样点为研究对象,从时空转换角度分析土地利用变化对土壤质量的影响. 结果表明,1980—1995年,苏锡常地区土地利用结构变动速率为0.59;1995—2000年,苏锡常地区土地利用结构变动速率增加为0.74. 统计分析和独立样本t检验结果表明:1982—2005年原锡山市pH降低0.58,w(有机质)降低1.02 g/kg,w(全氮)降低0.16 g/kg,w(全磷)降低0.48 g/kg,w(速效氮)降低7.63 mg/kg,w(速效磷)增加26.16 mg/kg,w(速效钾)增加36.9 mg/kg,土壤含水率降低0.52%,土壤的相对质量指数降低3.06;在不同土地利用方式下,土壤质量各指标的变化具有明显的差异性.      

丹江口水库典型消落区土壤氮磷赋存形态及释放特征研究

丹江口水库是南水北调中线工程水源地,调水工程使得水库蓄水并带来水库水位上升,新增淹没区不同土地利用类型土壤由于淹没浸泡可能使其中氮磷等营养物释放,对水库水质构成威胁.本文通过采集丹江口水库典型消落区5种土地利用类型(滩地、草地、荒地、耕地、果园)的表层土壤,选用磷形态标准测试方法(SMT)和氮形态分级浸取方法对消落区土壤氮磷赋存形态进行分析,同时进行土壤氮磷释放模拟实验来考察消落区土壤"淹没-落干"过程的氮磷释放特征.结果表明,东库湾消落区土壤磷素主要以钙结合态磷(Ca-P)存在,其占TP比例范围为54.7%~82.0%,平均值为69.1%.滩地、草地、荒地土壤生物可利用性磷(BAP)占TP比例也基本超过30%.土壤有机硫化物结合态氮(OSFN)含量在139.1~195.0 mg·kg-1之间,占TN比例范围为18.8%~27.0%,是土壤可转化态氮(TF-N)中主要的赋存形态.土壤释放模拟实验显示,耕地、果园这两类新增淹没区土壤在受淹后其更易向水体释放磷素,而消落区土壤氮素整体上呈现向水体缓慢释放的规律."淹没-落干"前后滩地、荒地的BAP含量下降超过20%,果园BAP含量也降低了16%,草地和耕地的BAP含量则维持相对稳定."淹水-落干"实验后耕地、果园土壤IEF-N含量分别下降22.6%、34.2%,这两类新增淹没区土壤在调水淹没后可能会向上覆水水体释放氮素.     

恢复植被的土壤理化性质分析

为了恢复因石油的开采、运输等造成的植被破坏,对不同类型土壤上植被的恢复演替规律进行了分析,并对不同恢复阶段的土壤进行采样,分析土壤的理化性质(容重、含水量、全氮和全磷)与植物群落演替之间的关系.结果表明:土壤的容重和含水量与演替发生有正相关关系,氮、磷不是抑制演替发生的主要因素.因此可以通过人为方法改变土壤的疏松度,同时减少对恢复阶段脆弱生态系统的人为干扰来提高草地植被的恢复速度.     

不同氮水平下秸秆和活性碳对土壤不同粒级碳的影响

利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO₂浓度下导致作物生物量增加和更多碳输入对土壤含碳量的影响. 结果表明, CO₂浓度高(即通过秸秆还田和根系进入土壤的含碳量增加)时,其显著影响碳在不同粒级土壤中的转化,粒径>53 μm土壤的含碳量增加,粒径<53 μm土壤的含碳量降低;在没有秸秆加入的常规氮水平下与有秸秆加入的低氮水平下,含碳量变化幅度较大;单位土壤各粒级的含碳量均有增加,有秸秆加入,活性碳(葡萄糖)量越大,含碳量增加幅度越大;没有秸秆加入,活性碳量越大,总碳含量增加幅度越小. 而不同氮水平下秸秆的分解代谢对土壤不同粒级碳的影响还不明确,有待继续研究.      

生物炭输入对不同滨岸带土壤营养元素有效态变化的影响

生物炭作为一种新型环保材料常被用于改良土壤和污染修复,生物炭输入对土壤中营养元素的有效态会产生明显影响.本文基于太湖滨岸带不同土地利用类型(林地、草地、耕地和荒地),对比研究生物炭施加对不同类型土壤中营养元素有效态含量的影响,并探讨其动力学变化规律.结果表明,生物炭施加能够明显影响滨岸带土壤营养元素有效态含量,但对碳氮磷的影响效果存在差别.添加生物炭之后,土壤中溶解性有机碳呈显著下降趋势,而有效氮轻微增加,有效磷则明显增加.林地、草地、耕地和荒地土壤中溶解性有机碳含量分别下降了33. 3%、27. 4%、29. 5%和51. 4%;有效氮含量分别提高了10. 8%、18. 2%、16. 4%和15. 2%;有效磷含量分别增加了40. 0%、50. 2%、34. 0%和43. 6%.对比控制组(CK)和添加组(BC)的变化,土壤溶解性有机碳和有效磷含量在两组之间差别不大,而有效氮的含量变化差距较大,且在4种利用类型土壤中,生物炭施加后对不同营养元素有效态的影响程度有所差异.     

不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸和土壤生化性质的影响

为探讨不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸速率和土壤生化性质的影响及其关系,本研究于2017年4月至2018年3月采用田间试验和室内分析相结合的方法,设置了无氮(N0,0)、低氮(N1,60 kg·hm~(-2))、中氮(N2,120 kg·hm~(-2))和高氮(N3,180 kg·hm~(-2))这4个施氮水平,监测了不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率及土壤水热的季节变化,并于紫花苜蓿生长季内不同茬次刈割后测定了土壤生化性质.结果表明:(1)不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率均表现出明显的季节性变化特征,在7月下旬达到峰值,12月中旬降至最低;随施氮量的增加紫花苜蓿生长季内土壤呼吸速率逐渐增强,N1、N2和N3施氮水平下的土壤呼吸速率均值分别为0.97、1.04和1.07 g·(m~2·h)~(-1),与N0[0.88 g·(m~2·h)~(-1)]相比,土壤呼吸速率分别增加了10.2%、18.2%和21.6%;施氮对紫花苜蓿非生长季内土壤呼吸速率无显著影响(P0.05).(2)不同施氮水平下紫花苜蓿生长季、非生长季和全年的土壤呼吸速率与土壤温度拟合指数模型均达极显著水平(P0.01),且指数模型的决定系数R~2值表现为生长季(0.46～0.62)非生长季(0.66～0.76)全年(0.80～0.86).(3)施氮在一定程度上降低了紫花苜蓿草地土壤的pH值和速效磷(AP),而提高了速效钾(AK)、土壤有机质(SOM)、土壤脲酶(URE)和土壤蔗糖酶活性(INV).土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)含量在不同施氮水平下表现出不同的变化趋势,当施氮量在0～120 kg·hm~(-2)时,TN和AN随施氮量的增加而增加,继续增施氮肥超过N2(120 kg·hm~(-2))水平时则略有下降.(4)通过紫花苜蓿生长季内土壤呼吸与其土壤生化性质之间的相关矩阵分析可知,土壤呼吸速率(R_S)与土壤pH值呈极显著负相关(P0.01),与TN和URE呈极显著正相关(P0.01),与SOM呈显著的正相关(P0.05),与INV呈显著负相关(P0.05).综合考虑土壤生化特性对不同施氮条件下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率的影响,可为草地生态系统土壤呼吸强度研究提供理论依据.     

喀斯特灌丛土壤丛枝菌根真菌群落结构及丰度的影响因子

运用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和荧光定量PCR(real-time PCR)法,检测喀斯特灌丛生态系统中不同坡位条件下土壤丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌群落结构与丰度的变化,揭示不同坡位条件下影响灌丛生态系统土壤AM真菌群落结构与丰度的关键因子.研究结果表明不同坡位条件下,土壤有机碳、全氮和速效磷含量差异显著,变化趋势为上坡位≈中坡位下坡位;土壤AM真菌丰度变化趋势为上坡位≈中坡位下坡位.相关性分析表明,土壤速效磷含量与AM真菌丰度存在显著负相关(P0.05).RDA分析表明不同坡位条件下,土壤AM真菌与植物群落结构存在显著差异,植物均匀度指数显著影响土壤AM群落结构组成,而土壤有机碳、全氮显著影响植物群落结构组成.可见,不同坡位条件下,土壤养分与植物群落结构共同作用影响土壤AM真菌群落结构,说明利用AM真菌用于喀斯特地区植被恢复时,微形态(坡位)对AM真菌的影响应该纳入考虑范畴.     

宁夏回族自治区生态系统服务时空变化及其权衡研究

综合土地利用、高程及降水等多源数据,采用InVEST模型、PLUS模型及相关性分析、热点分析等方法,探究2000～2020年宁夏生态系统服务(水质净化、土壤保持、碳存储及生境质量)时空特征及其权衡/协同关系,并进行2030年生态系统服务的模拟.结果表明:研究期内,近10年土地利用类型变化相对较大,且人类活动为其主要驱动因素;2000～2020年,除土壤保持服务外,宁夏的水质净化、碳存储及生境质量均呈下降趋势;相关性分析表明,氮输出与土壤保持及碳存储之间呈协同效应,土壤保持与碳存储之间存在协同关系,生境质量与氮输出及碳存储之间存在权衡关系;热点分析显示,水质净化服务与生境质量之间热点重叠区相对较高(均值达6.5%),但单位面积能够同时提供多种生态系统服务的区域占比较低且呈下降趋势;除土壤保持服务外,生态保护情景下更有利于生态系统功能的改善.研究结果凸显了生态保护在土地利用管理中的重要性,可为区域土地格局优化及资源的有效配置提供基础参考.     

模拟氮沉降对重庆缙云山马尾松林土壤呼吸和酶活性的季节性影响

土壤酶参与土壤碳氮转化,同时土壤碳氮状况又是土壤酶活性的基础,而大气氮沉降通过影响土壤酶活性进而影响土壤CO_2释放.通过野外模拟试验,探讨不同氮沉降量对马尾松土壤呼吸和酶活性的影响,探索该区域马尾松土壤呼吸(Rs)与土壤温度(T)、土壤湿度(W)、Ure(脲酶)、Ive(转化酶)、CAT(过氧化氢酶)及ACP(酸性磷酸酶)的关系,为深入研究氮沉降对马尾松林森林生态系统的影响提供参考.2014年5月~2015年7月在缙云山马尾松林设置3个氮添加水平和一个无氮添加的对照处理:低氮[N_5,20 g·(m~2·a)~(-1)],中氮[N_(10),40 g·(m~2·a)~(-1)]、高氮[N_(15),60 g·(m~2·a)~(-1)]和对照[N0,0g·(m~2·a)~(-1)],每个处理量分4次,在每个季度开始各施1次,每个处理各9次重复,采用ACE(automated soil CO_2exchange station,UK)自动土壤呼吸监测系统分别对土壤呼吸、土壤温度和土壤湿度进行分析测定.结果表明:1土壤酶和土壤呼吸均具有明显的季节变化规律,各处理土壤呼吸均表现为夏季最高,其次是春季和秋季,最低为冬季,而各处理土壤酶活性则无一致的变化规律.2总体而言,氮沉降对土壤呼吸和酶活性均有抑制作用,且抑制程度随氮浓度增加而加强,但冬季氮沉降对马尾松林土壤呼吸有促进作用,春、夏、秋这3个季节氮沉降对Ure、Ive、CAT及ACP有抑制作用,而冬季氮沉降对4种土壤酶活性影响则存在差异.3逐步回归表明,无氮和低氮处理时,T、Ure和Ive对Rs的贡献较大,且随着T、Ure和Ive的增加,Rs也急剧增加;中氮处理时,T、Ure和CAT对Rs的贡献较大,Rs随着T、Ure和Ive的增加而增加;高氮处理时,Rs随着Ure的增加而降低,随着CAT和W的增加而增加.     

氮磷添加对盐渍化草地土壤微生物特征的影响

盐渍化草地土壤养分含量低,自然条件差,尤其是大量元素氮和磷的含量低于天然非盐渍化草地.盐渍化草地中的土壤微生物由于长期受盐或碱的胁迫,群落组成与结构也区别于非盐渍化天然草地.盐渍化草地土壤微生物受养分限制叠加盐碱胁迫如何响应氮、磷添加的机制尚不清楚.本研究在山西省右玉县境内的盐渍化草地进行,2017年建立了氮磷添加实验平台,包括对照、氮添加、磷添加及氮和磷同时添加的4个处理,于实验处理的第3年(2020年)测定生长季5～9月氨氧化微生物(氨氧化细菌:AOB和氨氧化古菌:AOA)、土壤真菌(fungi,F)和细菌(bacteria,B)的组成以及土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN),结合土壤盐基阳离子及pH值的变化,探讨盐渍化草地土壤微生物特征对氮、磷添加的响应及其机制.结果表明:①2020年5～9月,采样时间显著影响土壤AOA和AOB的丰度、细菌真菌组成及微生物生物量;土壤微生物的季节动态是由土壤含水量,生长季降水分配及植物因素共同调控的.②与对照组相比,AOA/AOB的比值在氮添加处理下显著降低51％;磷添加对土壤微生物特征(氨氧化微生物、细菌真菌组成和微生物生物量)无显著影响;在氮和磷同时添加处理下,AOB的丰度显著提高了 64.1％,AOA的丰度无显著改变,但AOA/AOB显著降低59.6％.③单独氮或磷添加对土壤pH值无显著影响,但氮和磷同时添加显著降低了土壤pH值;尽管氮、磷添加对土壤盐基阳离子无显著影响,结构方程模型结果显示,土壤盐基阳离子对土壤微生物(细菌和真菌组成)具有直接的调控作用.④土壤含水量对土壤微生物的变异具有较高的解释度.因此,本研究表明AOB对养分添加的响应比较敏感,短期氮和磷添加提高AOB的数量,促进氮的周转.