中亚热带典型人工针叶林土壤溶解性有机碳浓度变化特征研究

土壤溶解性有机碳（DOC）是土壤有机碳库的活性组分,DOC降解影响土壤有机碳的迁移转化过程、生态系统的养分平衡和微生物的能源供给。当前大气氮沉降的增加是影响我国南方森林生态系统碳固定过程的重要因素,已引起各方广泛关注。论文基于中亚热带红壤丘陵区三种人工针叶林过去5 a 的施肥试验,重点分析了不同树种土壤DOC季节及0~30 cm土壤垂直剖面上的动态变化特征,对比分析了施肥对于不同人工林土壤DOC的影响。研究发现：① DOC浓度季节变化：湿地松林为秋季 >春季 >夏季 >冬季;马尾松林为秋季 >春季 >冬季 >夏季;杉木林为秋季>夏季>冬季>春季。DOC浓度剖面变化特征如下：湿地松林为10 cm>20 cm>30 cm;马尾松林为20 cm >10 cm >30 cm;杉木林为20 cm >30 cm >10 cm。②湿地松林土壤DOC浓度：施P肥 >对照 >施N+P肥 >施N肥;马尾松林土壤DOC浓度：对照、施N+P肥>施N肥>施P肥;杉木林：对照>施P肥>施N肥、施N+P肥。论文通过研究不同施肥条件下人工林DOC浓度在季节和剖面上的变化,可为了解大气氮沉降对中亚热带人工针叶林土壤DOC的可能影响提供重要的科学依据。     

松果采摘对小兴安岭主要林型红松土壤种子库和幼苗库的影响

为了探讨人为采摘松果对小兴安岭主要林型红松(Pinus koraiensis)土壤种子库和幼苗库的影响,选择阔叶红松林以及与阔叶红松林相邻的红松人工林、落叶松(Larix gmelini)人工林、白桦(Betula platyphylla)林和云冷杉林,各设置10 m×240 m的样带,调查了红松土壤种子库和幼苗库。主要结果如下:①主要林型间红松土壤种子库数量具有明显的差异,阔叶红松林最多,落叶松人工林次之,白桦林最少;②鼠类取食过或被破坏等动物侵害的种子占81.9%～90.4%,完好种子只有在阔叶红松林和落叶松人工林中发现,分别为4.3%和4.9%;③红松种子主要分布在0～10 cm层中(71.4%～91.3%);④红松幼苗库的密度云冷杉林最高(1 613株.hm-2),红松人工林最低(167株.hm-2),其中阔叶红松林(296株.hm-2)和白桦林(854株.hm-2)的幼苗密度分别为采摘前的1/68～1/9和1/9～1/4.5;⑤从龄级分布上看,松果采摘前阔叶红松林低龄级幼苗的数量较多,随着龄级的增大明显减少,呈倒J型分布;白桦林各龄级幼苗密度相差不大。人为采摘松果后,阔叶红松林各龄级间密度相差不大;白桦林呈倒J型分布。     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.     

小兴安岭天然林不同林分汞含量分布特征与生物质汞库估算

植被主要通过叶片气孔吸收大气气态单质汞,森林植被是大气汞重要的汇.量化森林生物质汞库对了解全球汞循环至关重要.为揭示森林乔木层（乔木层分为树干、树叶、树枝、树根和树皮）、灌木层、草本层和凋落物层（凋落物层分为未分解层（Oi）、半分解层（Oe）和已分解层（Oa））汞含量和汞库分配,本研究选取黑龙江省凉水自然保护区小兴安岭原始林阔叶红松林、次生原始林云冷杉林和次生原始林白桦林3种原始林开展植物和凋落物汞含量和汞库调查.结果表明,乔木层各组织中汞含量遵循树皮 > 树叶 > 树枝 > 树根 > 树干的规律,云冷杉林乔木层汞含量总体上高于阔叶红松林及白桦林乔木层汞含量.凋落物中汞含量排序为Oa > Oe > Oi,原始林阔叶红松林凋落物汞含量高于次生原始林白桦林凋落物汞含量,但低于次生原始林云冷杉林凋落物汞含量.进一步估算生物质总汞库发现云冷杉林、阔叶红松林和白桦林分别为212、192和163 μg·m^-2.乔木层地上部分是森林生物质汞库的主体,其树皮汞库占总汞库的37.4%~43.5%,灌木层和草本层仅占总汞库的1%左右.本研究可为进一步评估森林生态系统在大气汞循环中的作用及预测森林火灾发生时生物质燃烧汞释放潜势提供基础数据.     

冻融作用对大兴安岭典型森林土壤活性有机碳和氮矿化的影响

于2017年10月采集大兴安岭地区樟子松林和白桦林两种典型林型下0～10、10～20、20～30 cm土壤,采用室内模拟冻融实验研究了冻融循环下土壤活性有机碳变化趋势和氮素矿化特征.结果表明:①随着冻融次数增加,土壤溶解性有机碳(DOC)和土壤微生物量碳(MBC)均表现为先增加后降低的趋势,冻融作用在显著增加了土壤DOC含量的同时降低了土壤MBC含量(p0.05),冻融温差对活性碳影响不明显(p0.05);冻融过程中樟子松林0～10 cm土壤DOC含量高于白桦林,10～20、20～30 cm土壤DOC含量低于白桦林,而樟子松林各层土壤MBC含量始终高于白桦林.②随着冻融次数增加,土壤铵态氮表现为先减少后增加的趋势,而硝态氮表现为先增加后减少的趋势,冻融作用显著增加了土壤铵态氮和硝态氮含量(p0.05),较大的冻融温差会促进氮矿化(p0.05);冻融过程中白桦林土壤铵态氮和硝态氮含量始终高于樟子松林.③两种林型下土壤DOC、MBC、铵态氮和硝态氮含量均随着土层深度的增加而降低(p0.05).以上结果表明,冻融作用导致森林土壤DOC含量流失而影响了土壤碳库的积累,但有利于无机氮的累积,为植物生长提供了氮素肥力,且不同植被类型土壤碳、氮含量对冻融作用的响应存在一定的差异.     

长白山自然保护区生态系统碳平衡研究

运用已建立的EPPML生物地球化学循环模型,对1995年长白山自然保护区生态系统的碳平衡状况进行了模拟.模拟结果表明,该保护区植被的年净初级生产力[NPP(碳量)]为1.332×10⁶t·a^-1,以阔叶红松林和云冷杉林最高,分别为0.540×10⁶t·a^-1和0.428×10⁶t·a^-1.这2种林型是长白山面积最大、生产力最高的林型,其生产力的模拟结果对整个保护区的碳循环和碳平衡影响最大,前者的准确性决定了后者的可靠性.总的来说,模拟值不仅在整个保护区不同植被带和气候带的相对比较中是符合常规的,而且在与相当分散的实测数据的绝对比较中也是比较准确的.该保护区的植被具有明显的碳汇功能,主要表现为植被碳量的增长,每年增长约1.058×10⁶t·a^-1.阔叶红松林的年碳量增长最大(0.452 × 10⁶t·a^-1),云冷杉林其次(0.339×10⁶t·a^-1)这2种林型对整个保护区的碳汇功能起着至关重要的决定性作用.其它依次为:长白落叶松林、阔叶林、草甸、灌丛、高山苔原、岳桦林和高山流砾滩草类.1995年该保护区土壤有机质的分解碳量比凋落物碳量高0.169×10⁶t·a^-1,除草灌土壤出现有机质的积累,高山苔原和高山流砾滩土壤有机质的分解与积累处于近似平衡状态外,乔木林下土壤有机质的分解量均为凋落物量的1.5～2.0倍.     

天然林土壤有机碳及矿化特征研究

通过野外调查和室内分析培养,研究了马尾松林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、红松林和油松林这6种天然林林下土壤有机碳含量及有机碳矿化特征.结果表明,林下土壤有机碳含量都表现出随土壤深度增加而逐渐降低的趋势;双指数方程可以很好拟合出天然林土壤有机碳的矿化过程,准确反映出各天然林土壤的矿化反应特征.天然林各层土壤矿化反应趋势相同,但强度各异.其中,红松林0~10 cm土壤反应强度最为强烈,其下各层土壤的矿化反应强度也显著高于其他天然林的同层土壤;对落叶阔叶林和针阔混交林土壤矿化特征比较发现,凋落物种类差异对土壤活性有机碳含量产生较强烈影响,因此呈现出不同的矿化反应特征.     

长白山树线交错带的生物量分配和净生产力

随山地垂直带海拔上升,环境恶化会影响到植物生物量的绝对量和相对量的分配,进而影响到生态系统的碳平衡。测定了位于长白山北坡海拔1900m树线交错带的两个林分:长白落叶松混交林和岳桦林的生物量分配和净生产力,并与低海拔相似林分进行了比较,探讨树线特殊环境下树木的生长反应和生态系统的碳投资策略。树线交错带林分生物量和生产力都出现急剧降低,冠层树干生物量比例急剧降低,而枝、叶生物量比例有显著增加。而根系比例和地下/地上生物量比在两种林分表现出不同的反应,树线落叶松混交林出现急剧增加,而树线岳桦林与低海拔岳桦林相比没有显著差别。枝、叶生物量比例增加,特别是叶生物量分配增加有利于在树线恶劣环境的碳吸收和碳平衡,是对树线交错带大风、积雪等恶劣气候的可塑性适应,树木在树线出现多分枝、矮曲生长型。树线地带落叶松混交林和岳桦林的净生产量也出现急剧降低,但根系生产量比例则较低海拔同类林分高,有利于对土壤中水分和养分的吸收。     

鼎湖山三种森林类型土壤养分特征及其相关性分析研究

对鼎湖山三种森林类型土壤pH值和养分特征及其相关性进行调查与分析,结果表明:鼎湖山三种森林类型土壤pH值在3.72~4.31之间,属于强酸性土,而且随着土壤深度增加pH值逐渐升高;土壤有机质在6.83～78.43 g·kg-1之间,有机质较丰富.三种森林类型土壤全氮、碱解氮、全钾含量平均值分别为1.53 g·kg-1、384.15 mg·kg-1、24.86 g·kg-1,含量较高,而全磷、速效磷、速效钾含量平均值分别为0.44 g·kg-1、14.29 mg·kg-1、73.38 mg·kg-1,含量相对较低,各种形态钙、镁的含量也比较低.土壤养分含量基本上是季风常绿阔叶林>针阔叶混交林>马尾松林,而且随着深度增加而含量逐渐减少.土壤pH值与有机质、氮、磷、钾、钙、镁等养分都呈现出极显著负相关,而土壤有机质、氮、磷、钾等养分之间均表现为显著或极显著正相关.     

高寒半湿润沙化地土壤养分对植被恢复的响应研究

土壤养分是沙化地生态恢复的重要基础和衡量指标,但高寒沙化地相关研究缺乏。为探究土壤养分随高寒半湿润沙化地恢复的变化过程,本研究利用老芒麦（Elymus sibiricus L.）进行植被恢复来治理沙化地,在不同的恢复年限和季节来研究土壤碳、氮、磷对植被持续恢复的响应过程。结果表明：高寒沙化地中土壤碳、氮、磷积极响应植被恢复过程,植被恢复促进了土壤中有机碳、溶解性有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、全磷和有效磷的增加,恢复3年后土壤有机碳增加至6.6 g/kg(0～15 cm),土壤全氮增加至0.4 g/kg(0～15 cm),土壤全磷增加至0.6 g/kg(0～15 cm);植被恢复改变了土壤有机碳季节性变化趋势,但没有改变氮和磷季节性变化趋势。植被重建促进高寒沙化地土壤养分增加,植被恢复是高寒地区沙化治理的有效手段。     

餐厨垃圾调理剂对果园土壤团聚体组成及分布的影响

针对我国贫瘠果园土壤结构和功能退化的问题,以餐厨垃圾制备的土壤调理剂为研究对象,从时间和空间两个层面,采用DR_0.25（团粒结构体占比）、MWD（平均质量直径）、GMD（几何平均直径）和分形维数评价长期施用餐厨垃圾土壤调理剂对贫瘠果园土壤团聚体结构特征及其有机质赋存转化的影响.结果表明:施用餐厨垃圾土壤调理剂可增加0~20 cm土壤层中粒径 < 0.25 mm微团聚体的W_wi（水稳性团聚体占比）,施用3 a后其W_wi最大值为23.04%,有利于提升土壤抗侵蚀性;随着施用餐厨垃圾土壤调理剂时间的延长,30~40 cm土壤层的DR_0.25逐渐增加,施用5 a后各土壤层MWD和GMD均大于对照组;随着施用时间的延长,相同深度土壤层的分形维数逐渐减小,施用5 a后0~20 cm土壤层分形维数最小值为2.13,表明施用餐厨垃圾土壤调理剂有利于改善土壤团聚体粒径分布和土壤分维特征;施用餐厨垃圾土壤调理剂可提升0.5~5 mm粒级团聚体中的有机质含量.研究显示,长期施用餐厨垃圾土壤调理剂可改善土壤团聚体粒径和有机质的分布,有助于土壤团聚体中有机质的赋存转化,提高团聚体稳定性和土壤抗侵蚀力.      

土壤水分和温度对西南喀斯特棕色石灰土无机碳释放的影响

为了探明环境因子对喀斯特土壤碳酸盐转化的影响,从而为深入理解土壤生态过程及碳循环提供理论依据.以典型喀斯特地区棕色石灰土和地带性红壤（对照）为研究对象,采用添加¹⁴C-CaCO₃室内培养100 d的方法,研究3种温度（15、25、35℃）和水分（30%、65%和100% WHC）条件下土壤无机碳释放特征.结果表明,不同水分和温度条件下,棕色石灰土无机碳释放速率最大值和100d累积最大释放量为0.7~16.8 mg·（kg·d）^-1和5.9~29.4 mg·kg^-1,红壤为39.7~103.3 mg·（kg·d）^-1和83.3~135.1 mg·kg^-1;干旱条件下（30% WHC）两种土壤无机碳累积释放量最大,随温度升高而增加,而且在65% WHC和100% WHC条件下,升温仍促进土壤无机碳释放;棕色石灰土无机碳释放的温度敏感性大于红壤,受土壤水分影响显著.添加碳酸钙后土壤pH和MBC含量均显著增加,两种土壤差异显著.方差分解结果表明,温度可解释无机碳释放7.6%的变异,水分解释变异的2.0%.因此在全球气候变化和极端降水事件增加的背景下,研究西南喀斯特土壤碳循环及其动态变化规律时,应充分考虑土壤水分和温度对土壤无机碳释放的影响.     

土壤微生物群落对多环芳烃污染土壤生物修复过程的响应

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法,研究了土壤微生物群落多样性对生物表面活性剂强化的植物-微生物联合修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的响应.结果表明,细菌群落的Shannon-Weaver指数修复前为3.17,修复后为3.24～3.45,多样性整体呈上升趋势,其中以植物-菌根真菌-降解菌处理最高,但各处理间无显著差异(P>0.05).聚类分析结果显示,植物、植物-鼠李糖脂、植物-菌根真菌和植物-菌根真菌-鼠李糖脂这4个处理的群落相似度在90%以上,植物-降解菌处理与这4个处理群落结构最近,此外,植物-降解菌-鼠李糖脂、植物-降解菌-菌根真菌-鼠李糖脂群落相似度在80%以上.通过测序比对,DGGE图谱上优势及特征性条带分别为Bacillus、Pseudomonas、Acidobacteria、Sphingmonas、Rhodopseudomonas、Firmicutes和Methylocytaceae等,可能是与PAHs降解密切相关的种属.生物表面活性剂强化的植物-微生物联合修复污染土壤过程中,在提高PAHs生物有效性基础上,改变了土壤微生物群落结构和丰度,从而可以有效提高PAHs的降解率.     

土壤中邻苯二甲酸酯类物质的降解及其对土壤酶活性的影响

邻苯二甲酸酯类物质(PAEs)是一类在环境中广泛存在的有毒有机化合物,本研究探讨了不同浓度梯度的4种PAEs在土壤中的降解,及其对不同土壤酶活性的影响.用GC-MS法测定土壤溶液中PAEs的浓度,结果表明,土壤中的微生物对PAEs的降解起主要作用,对降解数据拟合发现,PAEs降解符合一级动力学方程,并且碳链越短的酯降解效果越好,降解速率越高.在相对高浓度的PAE30环境中,碳链较长的DnOP的降解效率要低于相对低浓度时的降解率,且在40 d后只能降解73%.采用标准方法测定基质酶的活性,在PAEs加入土壤之后,β-葡萄糖苷酶、磷酸酶、脲酶、蛋白酶的活性均有变化.磷酸酶的活性先降低后升高,β-葡萄糖苷酶活性缓慢下降,蛋白酶活性先升高后降低,脲酶则呈逐渐升高的趋势.但是随着胁迫时间的延长(20 d后),除了β-葡萄糖苷酶的活性继续降低,其他酶活性都逐渐恢复,并超过了对照组.     

黄土高原典型土壤剖面有机碳物理组分分布特征

为阐明黄土高原典型区域土壤轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)含量随土壤类型、土层和土地利用方式的变化规律,分析了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨凌)等典型土壤剖面(0~200 cm)LFOC和HFOC含量及分布特征。结果表明,从南到北,土壤LFOC和HFOC含量均显著下降 (P<0.05),整体来看,黄土高原典型区域土壤LFOC含量占有机碳比例偏低;LFOC含量及在土壤有机碳中的分配比例随土层加深而递减,其比例变化范围为1%~26%;土地利用方式对浅层土壤LFOC和HFOC含量影响较为显著,草地土壤0~60 cm土层LFOC和HFOC含量均高于同层次农田土壤(P<0.05),60 cm土层以下差异不显著;土壤LFOC和HFOC含量与微生物量碳、微生物量氮含量均呈极显著正相关关系(P<0.01),前者的相关性系数更高,分别为0.841和0.507,表明土壤LFOC与微生物关系非常密切,是土壤微生物重要的碳和能量来源,极易受土地利用方式和微生物活性影响,同时表明用LFOC的变化更能快速有效地说明土壤碳库的变化规律。     

无粘性土中抗滑桩桩间土拱形成机理分析

抗滑桩是防治滑坡灾害非常有效的工程措施,但工程实践中往往由于其设置的不合理使其并没有发挥应有的工程效益.本文从理论和数值两方面对无粘性土中抗滑桩桩间土拱形成机理进行分析,得出只要抗滑桩设置合理,在桩间就会形成土拱效应.在工程实践中,无粘性土中抗滑桩桩间土拱是以小主应力拱的形态存在的,要想形成稳定的土拱,桩前土体需要提供足够大的抗滑力.     

世界三大黑土区水土流失与防治比较分析

论文首先明晰了黑土及黑土区的概念与范围界定,将中国东北黑土区分为典型黑土区与黑土区两个层次。在此基础上对世界三大黑土区在成土条件,开发利用过程、水土流失及水土流失防治模式方面进行了对比分析。通过比较分析认为:在自然条件上虽然三大黑土区具有一定的相似性,但我国东北黑土区由于地势起伏相对较大,更易遭受水土流失的危害;国外两大黑土区大规模的开发利用比我国黑土区相对早一些,大规模的农业开垦与不合理的耕作方式是世界三大黑土区水土流失与土地退化的主要原因;国外两大黑土区主要以风蚀为主,我国东北黑土区则是以水蚀为主,但风蚀面积也较大;国外两大黑土区在耕作制度、土地使用政策、水土保持资金投入、水土保持宣传教育及科学试验等方面已经采取了相对有效的措施,我国在这些方面还相对滞后。通过对国外黑土区水土流失治理的借鉴与思考,提出了我国东北黑土区在水土流失防治方面亟待解决的几个问题。     

酸性土壤抗铝处理对土壤特性及马尾松幼苗生长的影响

为控制土壤酸化对马尾松林的危害,本文通过马尾松幼苗盆栽的试验方法研究了3种土壤处理剂(石灰、泥炭和磷酸盐)对重庆南山酸性土壤的特性及马尾松幼苗生长的影响。结果表明,石灰、泥炭和磷酸盐的单独和复合处理均能明显地提高土壤pH值,降低土壤活性铝含量,增加土壤活性钙和有效磷的水平,土壤处理还明显有利于马尾松幼苗的生长。3种处理剂中以石灰的改良效果最佳。5种处理组合中以石灰－泥炭－磷酸盐结合处理的作用最强。      

广东赤红壤、红壤含镉的农作物污染效应及其临界含量研究

通过在广东地区的盆栽试验,研究了赤红壤、红壤重金属镉对水稻和花生的污染效应。并在此基础上提出了广东地区赤红壤中镉的临界含量为0.45mg/kg,红壤为0.56mg/kg。