【目的】探索苏南丘陵区不同种植管理措施下经济林地土壤产沙产流特征。【方法】基于2021年无锡宜兴市标准径流小区观测资料,对其坡面产流产沙过程进行分析。【结果】①苏南丘陵经济林坡地产流产沙主要发生在5—8月,不同类型径流小区径流量占比大于72.5%、土壤侵蚀量占比大于68.7%。②不同径流小区径流量与土壤侵蚀量的对比均表现为:Ⅰ-桃林(有草)<Ⅱ-桃林(无草),径流小区Ⅰ较Ⅱ年减流156.3%、减沙122.9%;Ⅴ-茶园(横坡)<Ⅳ-茶园(顺坡),Ⅴ较Ⅳ径流小区年减流57.0%、年减沙41.5%;不同类型经济林年径流较Ⅲ-裸坡减少50.6%~380.4%、年侵蚀减少155.3%~513.1%。③次降雨下,Ⅰ—Ⅴ径流小区最大径流量、最大侵蚀量分别占全年的15.3%、14.5%、10.8%、12.5%、14.4%和7.9%、6.3%、4.5%、7.1%、8.0%,高强度降雨对坡面土壤侵蚀有重要影响。【结论】不同类型经济林径流小区土壤侵蚀量与降雨量、平均雨强、最大30 min降雨强度(I30)以及径流深均呈显著正相关,与雨前土壤含水量等因素相关性较为复杂,其中坡面土壤侵蚀量与径流深关系最为密切(R2=0.553)。
盐碱土因其瘦、板、生、冷、咸等作物生长障碍性特征而不宜耕种,但“端牢中国饭碗”的国家粮食安全战略则要求必须加大力度“向盐碱地要粮”。实践证明,施用天然或工业副产品石膏可有效改善盐碱土性状,从而提高盐碱地生产力。本研究梳理100多年来国内外相关研究进展,总结了现有石膏改良盐碱土的研究成果,拟为石膏改良盐碱土技术体系的完善和全面推广提供理论依据。分析认为,1895年以来开展的大量研究揭示了石膏改良盐碱土以交换过程和固持过程为主的作用机理;建立了多类石膏改良盐碱土适宜施用量计算公式,表明土壤容重、改土层厚度、土壤碱化度和土壤阳离子交换量等是影响石膏适宜施用量的代表性因素;制定了基于土壤盐碱化程度的石膏施用方法,明确了石膏施用对土壤理化生等方面的有益效果。目前,施用石膏改良盐碱土需配套灌溉措施,定额一般为每666.67 m2施用150~200 m3水,最适方式为喷灌或滴灌等持续性灌溉,不同盐碱度土壤及作物特性需要不同的施用量和施用方法及配套灌溉方法。现有的研究和实践成果为盐碱地高效利用提供了有力支撑,但仍需进一步融合统一适宜施用量计算公式,建立跨区域、适用于多种场景的计算方法;深入研究被动引入元素的生物地球化学过程,并揭示土壤生态系统的响应机制;提高对施用石膏带来的生态环境风险的监测水平,开展长期动态的定量评估。
【目的】研究毛棉杜鹃(Rhododendron moulmainense)在深圳城市公园不同环境下的生长适应性,为其引入城市进行观赏种植提供参考。【方法】选择长势一致的10年生毛棉杜鹃,在深圳市香蜜公园选择了临水、高地、平地3个栽植环境并各为半光照和全光照两个环境,分为6个试验样地进行种植,测定植株开花情况、生长量、叶绿素含量、光响应曲线的变化和光合特性日变化等。【结果】①不同栽植环境对毛棉杜鹃的形态和生长量均有不同程度的影响,临水环境-半光照环境中毛棉杜鹃的花芽数量、新梢粗度、新梢体积、新梢数量显著高于(P<0.05)其他试验样地;②平地-全光照环境中毛棉杜鹃叶片的叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、总叶绿素(Chlt)含量显著高于其他试验样地,而平地-半光照环境中Chla、Chlb、Chlt含量均出现最低值。高地-半光照环境下类胡萝卜素(Car)、叶绿素a与叶绿素b质量比(Chla/Chlb)、总叶绿素与类胡萝卜素质量比(Chlt/Car)显著高于其他样地;③临水-半光照和临水-全光照环境下毛棉杜鹃的最大净光合速率(Pn,max)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)均高于其他试验样地,高地-半光照环境中毛棉杜鹃的表观量子效率(AQY)最高,平地-半光照的暗呼吸速率(Rd)最高。【结论】土壤含水量较高或排水不畅时会导致毛棉杜鹃叶绿素含量下降,光照强度过高时会导致其株高、花芽数量、新梢数量等降低;反之,环境中光照强度减弱时,对毛棉杜鹃新梢枝条的生长、花芽形成等具有促进作用,表明在城市公园种植毛棉杜鹃时应选择有适当的遮阴和具有一定透水性能的土壤环境。
【目的】探究土壤在低温储存条件下,不同储存时间对土壤动物分离效果的影响,为土壤动物的大量采集与分离提供参考。【方法】于2018年10月6日在吉林市松花湖自然保护区天然蒙古栎(Quercus mongolica)林,采用5点采样法钻取不同深度的土壤,置于4 ℃冰箱内储存,分别于采集当日、7、14、21、28天,对土样内动物样品(甲螨亚目(Oribatida)与弹尾纲(Collembola)类物种,下文统称为甲螨与跳虫)采用Berlese-Tullgren分离法分离,在显微镜下对分离得到的甲螨和跳虫根据形态学特征进行种属鉴定。【结果】随土样保存时间的延长,甲螨、跳虫的个体数和物种数总体呈下降趋势;相同保存时间、不同土壤深度下,甲螨与跳虫的种类差异显著(P<0.05),总体呈下降趋势;在枯落物层收集到的甲螨与跳虫,其物种数量与5、10、15 cm土层下的物种数量差异显著,也呈现下降趋势。【结论】冷藏条件下土壤保存时间延长会降低中型土壤动物的分离效率,甲螨在土壤采集当天分离效果最好,而跳虫分离基本不受土壤冷藏保存时间的影响;甲螨和跳虫的收集主要在枯落物层,土壤深度增加,土壤动物减少。
大气-土壤-植被连续体(soil-plant-atmosphere continuum,SPAC)系统水分转化过程是生态水文学重要的研究内容。稳定同位素作为天然的示踪剂能有效示踪、整合和指示SPAC系统中的水分输入、输出以及转化过程。笔者在简述稳定同位素应用原理的基础上,以垂直方向上SPAC系统水分运移的视角,阐释基于稳定同位素技术的土壤-根系界面水分运移、植物传输水分中存在的分馏和植物冠层-大气界面水分交换的研究进展,探讨了SPAC系统水分转化研究中稳定同位素技术在分馏机制、时间分辨率与空间异质性方面的局限性。认为未来基于稳定同位素的SPAC水分转化研究还需着重在以下3个方面进行:①借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种同位素水池同位素组成进行原位观测;②结合多种同位素分析水体同位素组成来分析土壤-根系界面水分运移过程,进一步确定树木水分来源,提高识别和划分的准确性,并以此完善稳定同位素应用模型;③利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源,高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间;④结合控制性同位素标记实验并利用离心技术提取木质部导管中的汁液水,对比分析各水池同位素偏差,以深入开展同位素分馏机制的研究。
【目的】探讨不同间伐保留密度和施用不同比例N、P肥对杉木中龄林生长和材种结构的影响。【方法】在福建省洋口国有林场9年生立地指数22的杉木人工林中设置9块标准地,采用正交试验设计进行间伐和施肥的配套试验,间伐保留密度为1 200、1 500和2 250株/hm2,N肥施用量为0、100、200 g/株,P肥施用量为0、250、500 g/株,连续观测4 a。【结果】不同间伐密度和N、P肥施用量对杉木树高生长影响不显著,不同间伐保留密度对杉木林平均胸径增长有较大影响,最小密度与最大密度处理间存在显著差异。N肥施用量和P肥施用量对杉木林平均胸径增长影响较小,不同N、P肥施用量间差异不显著。不同间伐保留密度间平均单株材积增量存在显著差异,N、P肥施用量对平均单株材积增量影响较小。不同密度林分间蓄积量增量并不显著,但较高水平N、P肥施用量能促进林分蓄积量增量显著提高。低间伐保留密度显著影响杉木大径材出材量,而1 200株/hm2保留密度下大径材出材量最高,1 500和2 250株/hm2保留密度下能够获得较高的中径材出材量。高水平的N肥施用量能促进杉木中龄林大径材出材量的增加,高水平的P肥施用量能促进中径材出材量的增加,但其结果未达到显著水平。【结论】相对于N、P肥的施用效果,密度调控对杉木中龄林生长和材种结构的影响更为显著。较低的林分密度是培育杉木大径材的关键技术,而N、P肥施用效应需要长期观测。
【目的】研究叶面喷施中量和微量元素肥料对文冠果生长、产量和品质的影响,以筛选最适文冠果的中微量元素肥料。【方法】利用大田试验,以4年生文冠果为试验材料,在土壤施肥的基础上叶面喷施中微量元素肥料,设置硼(B)、铁(Fe)、锌(Zn)、钼(Mo)和硅(Si)等5种施肥处理,喷施质量浓度分别为150、65、300、10、210 mg/L,以叶面喷施清水为对照(CK),共6个处理,叶面喷施共进行3次。测定叶面肥施用前后文冠果的树高、地径、冠幅、叶绿素含量等生长和生理指标,果实成熟后测定果径、单株结果数、单果籽粒数、千粒质量、种子出仁率、百叶干质量等产量和品质指标。基于测定的各项指标,使用主成分分析法对施肥效果进行评价,进而分析不同中微肥对文冠果的影响。【结果】中微量元素对文冠果的生长主要体现在:对树体生长、百叶干质量和叶绿素含量、果实产量和品质的影响,且不同元素具有不同的影响。在树体生长方面,Zn肥显著提高了文冠果的树高和冠幅,增长量分别为25.53、22.33 cm,是CK处理的1.40和1.46倍,Si肥显著提高了树高、地径和冠幅,分别增长了22.60 cm、7.66 mm、21.17 cm,是CK处理的1.24、1.36和1.38倍(P <0.05);在百叶干质量和叶绿素含量方面,Mo肥提高了文冠果的百叶干质量,Mo肥和B肥增加了叶绿素含量;在产量和品质方面,Zn肥显著增大了文冠果的果径,显著提高了单株结果数、单果籽粒数、千粒质量和种子出仁率(P<0.05),分别为CK处理的1.33、1.19、1.22、1.29和1.16倍。其他中微量元素对文冠果生长、产量和品质也表现出一定的促进和提升效果。各施肥处理的主成分得分表明,Zn肥的效果最好,其次分别为Si、Fe、B、Mo肥及CK处理。【结论】适宜的中微量元素能有效促进文冠果的树体生长,增强其叶片生理功能,提升种子的产量与品质。
【目的】了解土壤含水率对蓝莓(Vaccinium corymbosum)叶片生理及果实品质的影响特征和规律。【方法】以5年生兔眼蓝莓(V. ashei)为试材,通过人工控制设置不同土壤含水率梯度,分析不同土壤含水率对蓝莓植株生理及果实品质的影响。【结果】随着土壤含水率增加,蓝莓叶片中丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)和可溶性糖含量先降低后升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性呈“M”形变化趋势,叶绿素含量先升高后下降;蓝莓果实单果质量呈“S”形变化趋势,果实中花青素和维生素C(VC)含量先升高后下降,可溶性固形物(SSC)含量先降低后增加。当土壤相对含水率低于35%~40%或高于95%时,蓝莓叶片生理和果实品质都会受到显著影响,叶片中MDA、Pro和可溶性糖含量均显著升高;叶绿素含量和SOD活性均出现下降趋势,其中叶绿素含量显著降低。果实中花青素和VC积累显著降低,SSC含量升高,蓝莓果实的质量随着土壤含水率的升高而增加,当土壤含水率达到65%~70%后,果实的质量不再显著增加。采用隶属函数计算得出,土壤含水率处于65%~70%时适合蓝莓生长。4个蓝莓品种中,‘园蓝’(‘Gardenblue’)和‘巴尔德温’(‘Baldwin’)在土壤相对含水率65%~70% (T3处理)正常生长的梯度与土壤相对含水率35%~40%(T1处理)、95%~100%(T5处理)强逆境条件下的差异性大于‘灿烂’(‘Brightwell’)和‘S13’,‘园蓝’和‘巴尔德温’对土壤水分过多的抗性略差,‘灿烂’和‘S13’抗性略好。在果实生长期,适度增加土壤含水率有利于‘园蓝’和‘灿烂’果实品质的提高。综合分析,在T3梯度下,各品种植株处于最适水分环境。【结论】过高或过低土壤含水率均能影响蓝莓叶片生理生化及果实品质,综合高产及果实品质的要求,蓝莓生长最适宜土壤含水率为65%~70%。
【目的】科学管理城市行道树健康和促进行道树精确施肥,提升城市不同区域的行道树土壤质量,保证城市绿地生态系统可持续发展。【方法】以上海市16个行政区136条道路的行道树土壤为对象,测定土壤容重、pH以及主要养分含量等指标,结合单因子分析、综合评价法和GIS空间分布研究等方法对行道树土壤肥力特征进行综合评价。【结果】上海市行道树土壤多为粉砂壤土,土壤平均容重大且pH普遍较高。除速效钾外,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷等主要养分含量偏低且空间分布差异较大,行道树土壤有效钙含量普遍远高于上海市绿化种植标准最高水平。研究区行道树土壤综合肥力指数较低,空间分布整体表现出中间低、周边高的趋势。土壤肥力指数与土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和有效硫含量呈极显著正相关,与pH和有效钙含量呈极显著负相关。【结论】上海市行道树土壤综合肥力普遍较低,各区域土壤肥力差异显著且关联不明显,土壤肥力分布的随机性较强。行道树土壤管理和改良需要结合空间分布特征,因地制宜地采取降低土壤pH、增加有机质等措施提高城市行道树土壤肥力。
【目的】探究南水北调中线工程水源区内岩溶地貌背景下,不同植被恢复模式土壤养分与化学计量特征,评价南方岩溶连片分布区北缘林地生境土壤养分供给状况,以期为南水北调中线工程水源涵养区林分经营管理、退化生态系统恢复重建和石漠化治理提供理论依据。【方法】以河南淅川县岩溶区栓皮栎天然次生林、侧柏人工林和杉木人工林下土壤为研究对象,通过室内实验对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量进行测定,并计算土壤各元素的化学计量比,分析不同恢复模式林地生境土壤养分变异状况。【结果】岩溶区不同植被恢复模式下土壤SOC、TN、TP含量分别为10.23~28.99、0.89~2.42、0.43~0.77 g/kg;土壤碳氮质量比(C∶N)、碳磷质量比(C∶P)、氮磷质量比(N∶P)均值分别为10.41~11.89、13.69~80.00、0.18~6.61。土壤养分含量与化学计量比受植被类型与土层深度的影响,表现为表层土壤(0~10 cm)高于下层土壤(>10~20 cm、>20~30 cm)。除TP含量外,两种植被恢复模式土壤养分含量表现为天然次生林高于人工林。相关分析表明,不同植被恢复模式下土壤SOC、TN、TP含量间存在显著相关关系,说明三者空间分布有较一致的变化规律。【结论】在南水北调水源区,自然恢复的栓皮栎次生林是较为理想的植被恢复模式,而3种林分在生长过程中均受到氮或磷元素的限制。在日后的林分经营管理中,针对天然林可适度施用磷肥补给,对人工林添加氮肥,并通过抚育间伐等措施,提高植被对养分的吸收效率,从而促进植被土壤间的协调发展。
【目的】颐和园是著名的皇家园林及世界文化遗产,监测评价其土壤质量,为提升颐和园管理水平,实现世界文化遗产地及其生态环境的科学保护与管理提供参考。【方法】采集颐和园代表性植被覆盖区域的表层(0~20 cm)土壤样品,检测土壤容重、pH、电导率、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量和细菌Shannon多样性指数共11项评价指标,进行主成分分析筛选建立最小数据集,利用隶属函数值及权重赋值法进行土壤质量指数(soil quality index,SQI)计算,通过对全数据集及最小数据集的土壤质量指数进行拟合分析,对不同植被覆盖区的土壤肥力质量进行分析和评价。【结果】最终进入最小数据集的指标为全磷含量、电导率、容重和Shannon多样性指数4个指标,全量数据集和最小数据集分别计算的土壤质量指数之间存在显著正相关关系,R2为0.877。颐和园土壤质量指数(SQI)分3个等级,牡丹种植区的土壤质量较好(SQI≥0.80),落叶阔叶林区、宿根花卉区和野生灌草丛区土壤质量属于中等(0.40≤SQI<0.80),践踏草坪区和针阔叶混交林区土壤质量较差(0.20<SQI<0.40)。园区土壤总体呈现中性至碱性(pH为6.83~8.71),有机质含量普遍低(均值在8.83~17.06 g/kg)。速效磷空间分布极不平衡,变异系数为161.55%,76.00%的样点处于极度匮乏状态。【结论】人为干扰对颐和园土壤质量产生显著影响,牡丹种植区因施用有机肥,土壤质量指数高,其他区域土壤质量中等偏下。全园土壤有机质含量除牡丹种植区外普遍含量较低,有效态氮、磷空间分布不平衡,建议通过保留枯枝落叶、合理施用有机肥及磷肥等措施,改善土壤质量。
【目的】水分是半干旱区森林植被持续稳定的主要限制因子,通过对内蒙古大青山北侧华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林分蒸散及其组分的研究,分析山地人工林的蒸散耗水规律,为基于林水关系的森林植被精细化经营管理提供基础。【方法】利用热扩散探针等常规森林水文监测方法,同步监测树干液流、林冠截留、林地蒸散及气象因子和土壤体积含水量(土壤水分),分析林分蒸散及其组分的变化规律及与环境因子的关系。【结果】在季节尺度上,2016年、2017年华北落叶松林分蒸散量分别为522.57 和583.67 mm,占同期降水量的120.13%、167.34%,年际差异主要受温度、土壤水分的影响;林冠蒸腾占林分总蒸散的比例平均为45.44%、林地蒸散占40.28%、林冠截留占14.28%。在月尺度上,林冠蒸腾占林分总蒸散的37.30%~52.43%,林冠截留占8.61%~21.81%,林地蒸散占31.52%~48.15%;林分蒸散和林冠蒸腾主要受温度、风速和水分条件的影响,林冠截留主要受降水和大气湿度的影响,而太阳辐射、饱和气压差和土壤水分是影响林地蒸散主要因素;2016年7月的林分蒸散小于降水量28.06 mm,其他月份的降水与林分蒸散比例为0.55~0.92。【结论】在半干旱区典型水源涵养林业的山地人工林生态系统,降水的输入量不能满足人工林的需水量,今后研究中需重视降水类型及其时间格局对蒸散耗水的影响。
【目的】东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地,长期传统机械作业破坏土壤结构、降低土壤团聚体稳定性,加剧了土壤侵蚀和退化。探讨外源有机物料添加对农田黑土团聚体稳定性的影响,为侵蚀退化黑土的修复提供依据。【方法】以东北黑土区开垦60 a的耕地土壤为研究对象,设计3种常见有机物料(生物炭、秸秆、猪粪肥)、3个添加量梯度[少量(常规量的50%)、实际还田量(常规量的10%)、大量(常规量的200%)]的室内恒温恒湿培养实验,采用恒质量补充水分法置于25 ℃的培养箱中培养180 d。利用 Le Bissonnais 法的3种团聚体破坏机制[快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和预湿润后振动(WS)]模拟暴雨/大雨、小雨和径流冲刷的田间环境条件,以此来探究不同降雨条件下土壤团聚体组成及稳定性对各种类和添加量有机物料的响应差异。【结果】①3种破坏机制中,添加少量、实际还田量及大量的生物炭、秸秆、猪粪肥均能增加土壤大团聚体含量、增大平均质量直径(MWD)、减小团聚体破坏率(PAD)进而提高其稳定性,但是作用效果不同:FW机制下少量添加时,添加生物炭改善团聚体的效果最好,实际还田量和大量添加时,添加秸秆效果更佳;SW机制下少量添加时,添加猪粪肥作用效果最优,实际还田量和大量添加时,添加秸秆效果最好;WS机制下各添加量均以添加猪粪肥改善土壤团聚体的作用效果最佳。②添加外源有机物料未改变土壤团聚体破碎机制,FW的崩解作用为主导因素,其次是WS的机械分解作用,SW的黏粒膨胀作用对团聚体的破坏作用最小。【结论】总体而言,在暴雨/大雨、小雨和径流冲刷的田间环境条件下,添加生物炭、秸秆、猪粪肥均能不同程度改善土壤团聚体状况,提高土壤抗蚀能力,有效修复退化黑土;综合考虑黑土区自然条件和物料成本,以猪粪肥改良黑土的效果相对更优。
【目的】对山东沿海7地市防护林树种分布适宜性进行分析,可综合反映不同立地因子对各防护林树种的影响,为更加科学地进行防护林树种规划提供理论依据。【方法】利用LandUSEM模型,以山东省森林资源管理“一张图”调查数据为基础,以1∶100万数字化土壤图和DEM数据为辅助数据,对山东沿海7地市防护林树种分布适宜性进行分析。【结果】受地貌因子影响较大的树种有26种,土壤类型对各优势树种的影响相对敏感,不同林种条件下各优势树种的适宜性差异较大。7种因素对49种优势树种影响的平均相对权重分别为地貌(0.19)>土壤类型(0.15)=坡度(0.15)=土层厚度(0.15)>林种(0.14)>坡位(0.13)>坡向(0.09)。目前在以黑松、赤松和刺槐为优势树种的防护林中,黑松、赤松分布的相对适宜度较高,90.48%的刺槐林分布不适宜或临界适宜。建议在刺槐林分布适宜性较差的低山丘陵区种植黑松、油松、麻栎、山楂、杜仲、蒙古栎、栎类、樱桃、酸枣等树种与其混交,提升刺槐林的生态效益。【结论】山东沿海7地市防护林树种分布适宜性整体较好,利用LandUSEM模型进行树种分布适宜性分析结果可靠。
【目的】 通过对不同林分类型结构复杂性的评价来确定影响林分结构的主要因素,为后续森林结构经营的精准调整提供理论依据。【方法】 以大兴安岭地区翠岗林场的不同林分类型(白桦林、兴安落叶松-白桦混交林和兴安落叶松林)为研究对象,基于不同林分类型的30块固定样地调查数据,从林分结构、林木大小多样性、林分活力和土壤状况4个方面选取13个指标,采用雷达图法对不同林分类型结构复杂性状况进行评价。【结果】 3个林分类型林分直径分布均为倒“J”形;林分整体呈随机或轻微均匀分布;林木大小分化呈劣势和中庸分化状态;林分密集程度从中等状态向密集状态转变;林分混交度、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener 指数和Pielou均匀度指数均在兴安落叶松-白桦混交林有最大值,而林分蓄积和健康木占比在兴安落叶松林有最大值;林下天然更新数量、土壤有机质含量、土壤腐殖质层厚度在不同林型间则无显著差异(P>0.05)。林分结构复杂性评价指数大小依次是兴安落叶松-白桦混交林(0.45)>兴安落叶松林(0.37)>白桦林(0.31),其中混交度、Simpson多样性指数、健康木占比是影响林分结构复杂性的主要因素。【结论】 大兴安岭中部地区森林林分结构复杂性整体处于劣势,在后续森林经营中,可适当增加物种多样性,改善林内环境,以促进森林恢复和演替的正向进行。
【目的】 土壤节肢动物群落受植物群落的反馈调控。杨树人工林有助于改良盐碱地土壤质量,但是林龄如何影响土壤节肢动物群落的种类组成、结构和多样性尚不清楚,为此,笔者探究杨树人工林林龄和季节交互作用对土壤节肢动物群落的影响,为人工林生物多样性保护和生产力维持提供依据。【方法】 采用野外控制试验,选择立地条件相对一致的3个不同林龄(5、10和21年生)杨树人工林,每个样地设置3个重复,分别于春季(5月)、夏季(8月)、秋季(11月)和冬季(2月)采集样品,分析不同林龄杨树人工林土壤节肢动物群落结构及多样性的季节动态变化格局。【结果】 杨树人工林土壤中节肢动物优势类群为前气门亚目(Prostigmata)、甲螨亚目(Oribatida)、膜翅目(Hymenoptera)、弹尾纲(Collembola)和鞘翅目(Coleoptera),占全部捕获量的89.4%。林龄和季节变化影响土壤节肢动物数量和多样性,个体总数和物种丰富度指数的最高值出现在10年生的杨树人工林的快速生长阶段,而最低值则出现在5年生林龄的幼林阶段;均匀度指数在10年生人工林中最低。1年中,杨树人工林中土壤节肢动物个体总数和物种丰富度在5月和8月高于2月和11月。林龄、季节及两者的交互作用显著影响土壤节肢动物个体数量、多样性和群落结构组成。在5月,土壤节肢动物个体总数以10年生杨树人工林中最高,5年生人工林中最低;在10月,土壤节肢动物个体总数随林龄的增加而增加。在5月和8月,10年和21年生人工林中的土壤节肢动物物种丰富度高于5年生人工林中的;土壤节肢动物类群的群落结构组成在10年生人工林中不同于5年和21年生的,在5月和8月不同于2月和11月。【结论】 10年生杨树人工林土壤节肢动物数量和物种丰富度高于5年生人工林的,林龄对土壤节肢动物群落结构的影响取决于季节的变化。林分发育阶段和季节变化对杨树人工林土壤节肢动物群落结构的动态变化有着重要的影响,在杨树快速生长发育阶段和暖湿季节具有较高的土壤节肢动物数量和物种多样性。
【目的】东北黑土区是我国重要的粮食基地,由于长期的不合理利用,黑土资源遭受严重的水力侵蚀。磁化率(MS)技术是一种快速、可靠、经济的土壤再分配评价方法。本研究旨在阐明土壤磁化率的时空分异特征,探讨磁化率指标评价土壤侵蚀的可行性。【方法】在黑龙江省鹤山农场选取3个开垦年限的典型黑土坡面,顺坡等间距布设坡面采样点,分别选取百米范围内的林地为参考样点,采集原状土壤剖面样品和非原状土壤表层样品,剖面样品的采样深度为60~100 cm(表层样品的采样深度为20 cm),测定样品磁化率等理化指标,分析不同开垦年限土壤磁化率的时空异质性,探讨黑土区坡耕地土壤侵蚀特征。【结果】不同土壤剖面磁化率均随土层深度的增加而降低,至母质层趋于平稳,符合弱磁性母质发育的温带土壤磁性特征;坡上和坡中耕层的低频磁化率平均值小于参考点,分别为24.1×10-8和24.8×10-8 m3/kg,坡下耕层低频磁化率平均值大于参考点,为39.7×10-8 m3/kg,符合坡面土壤侵蚀的一般规律;开垦110 a的农地低频磁化率变化范围最大,为1.7×10-8~88.7×10-8 m3/kg,分别约为开垦年限60和30 a的1.4和1.9 倍。【结论】黑土区坡耕地表层土壤磁化率均具有坡面异质性,坡上和坡中为侵蚀区,坡下为沉积区,且开垦时间越长,耕地坡面土壤再分配程度越高,即开垦110 a坡面土壤侵蚀最为强烈。本研究验证了土壤磁性表征土壤侵蚀规律的可行性,揭示了不同开垦年限黑土坡耕地土壤侵蚀特点,研究结果能够为东北黑土区水土流失预报与防治提供理论依据,有利于区域农业可持续发展和生态环境保护。
【目的】探究采样间隔对城市土壤剖面磁化率测量精度的影响,为城市土壤质量研究及评价提供参考。【方法】以南京市及其城郊的典型林地为研究对象,选择4个代表性样地(城郊林场、城内林场、未扰动和扰动道路绿化带),分别采集0~30 cm表层土。以土壤磁化率为主要指标,设置2、5、10、15和30 cm 5种表土采样间隔,分析不同采样间隔下表土质量磁化率和百分比频率磁化率的剖面变化特征。【结果】4个样地剖面土壤低频质量磁化率(χlf)变幅为59.2×10-8~1 210.0×10-8 m3/kg,峰值出现在5~7 cm土层。各样地土壤剖面低频磁化率基本遵循先增后减和波动变化的情况。经对比,采用精细的采样间隔(如2 cm)可以更好地捕捉土壤磁化率峰值和异常值,从而发现磁性异常累积层。5 cm和10 cm的土壤采样间隔反映了土壤磁化率的大体变化趋势;15 cm的土壤采样间隔则土壤磁化率表现为单调变化;0~30 cm土壤采样间隔的混合土壤样品仅指示各样地表土磁化率的均值。【结论】本研究中,随采样精度的提升,4个样地表土磁化率数据精度逐渐提高,剖面特征逐渐明显。在分析城市表土剖面磁化率的采样过程中,应根据研究目的设置合适的采样间隔,以提高检测数据精度。
【目的】揭示由水蚀引起的土壤质量变异的规律,为南方红壤丘陵区水土流失防治及低效林改造提供科学性的数据支撑。【方法】选取江西省吉安市青原山小流域作为南方红壤丘陵区的典型区,按照典型性和代表性将小流域划分坡位,对各坡位土壤团聚体组成进行分析,并应用相关性分析探究水蚀过程中各指标间的影响关系。【结果】水力侵蚀改变了土壤容重和土壤孔隙的空间分布格局,致使侵蚀区的土壤抗蚀性变弱,沉积区影响不大,加速了土壤侵蚀的发生。长期侵蚀后土壤容重增大,与其他坡位相比,坡脚处土壤容重显著增加了0.16 g/cm3(P<0.05),而饱和持水量和毛管孔隙度均表现为显著减小(P<0.05);水蚀后,土壤质地的组成也发生了变化,土壤砂粒含量显著增加,黏粒和粉粒含量显著减小(P<0.05)。水蚀过程对不同坡位的土壤养分影响不一,侵蚀后坡上、坡中和坡下土壤全氮、速效磷、有机碳含量和碳氮比降低,坡上各养分含量显著降低(P<0.05);与侵蚀前相比,侵蚀后坡脚处的养分含量均增加,速效磷显著增加了39.31%(P<0.05)。水蚀后不同坡位的水稳性团聚体质量分数(R0.25)、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均呈现降低的变化,坡脚处的变化不明显,土壤结构稳定性最高。【结论】南方红壤丘陵区生态系统脆弱,长期水蚀作用可使红壤的团聚体稳定性降低,水蚀过程使侵蚀-沉积部位的土壤理化性质发生了空间分异,植被覆盖度和枯落物厚度是主要的环境影响因素。
【目的】甲虫作为森林生态系统的重要生物组分,能够调控森林凋落物分解及土壤生态学过程。笔者探明不同林龄杨树人工林地表甲虫群落多样性特征,为揭示杨树人工林生态系统结构、功能、过程并维持林地生产力提供理论支撑。【方法】于2020—2021年,以江苏东台的黄海森林公园不同林龄(6、9、12、15及18 a)杨树人工林为对象,采用巴氏罐诱法收集不同年龄林分的地表甲虫,并在体视显微镜(LEICA M205A)下鉴定和计数。分析杨树(Populus spp.)人工林地表甲虫群落组成、结构及多样性特征。【结果】研究期间共采集到地表甲虫标本1 460只,分属于7科28种。其中优势种为蠋步甲(Dolichus halensis)、亮足细胫步甲(Agonum gracilipes)、铜绿婪步甲(Harpalus chalcentus)和巨短胸步甲(Amara gigantea),其数量占总个体数的79.11%;常见种为谷婪步甲(Harpalus calceatus)、毛婪步甲(Harpalus griseus)、条斑叶象(Hypera conmaculata)、黄斑青步甲(Chlaenius micans)、红角婪步甲(Harpalus amplicollis)和脊青步甲(Chlaenius costiger),占总个体数的15.82%;其余18种均为稀有种群,仅占总个体数的5.07%;地表甲虫种类数和个体数量随林龄的变化,表现为12年生杨树人工林显著高于其他林龄,18年生林分最低;地表甲虫物种多样性随杨树人工林林龄增加呈先增后减的变化规律,最大值与最小值分别出现在12年生和18年生杨树人工林,变幅为33.83%,其中6、9、15年生杨树人工林地表甲虫多样性无显著差异。总之,地表甲虫个体数量、物种多样性变化,从杨树幼龄林至中龄林阶段表现为增加趋势,在中龄林到成过熟林阶段表现为减少趋势。【结论】地表甲虫个体数量、物种多样性与杨树人工林生长发育阶段密切相关,处于快速生长发育阶段的中龄林具有较高的物种多样性,处于成熟林阶段的杨树人工林地表甲虫的个体数量和多样性均显著降低。
【目的】研究C源与矿质营养氮磷(NP)添加对土壤呼吸作用毒物兴奋效应(Hormesis)的影响。【方法】以模式土壤为对象,接种杨树林地土壤微生物,设置单独添加葡萄糖(GC)、单独添加矿质营养NP(NP)、同时添加葡萄糖和NP(GC+NP),以及二者均无添加的对照(CK)4个处理,研究Cd胁迫下土壤呼吸作用潜在的Hormesis效应。【结果】①NP和GC+NP处理,林地土壤呼吸速率在Cd剂量为0.02、0.10、0.40、2.50、13.00 mg/kg时均显著高于对照,且表现出显著的多重Hormesis效应交替出现的现象,刺激幅度变化在66.6%~262.6%。②土壤中不添加Cd时,GC与NP处理土壤呼吸速率之和大于GC+NP处理,土壤呼吸对二者的添加表现为拮抗效应;当Cd剂量在0.01~0.20 mg/kg区间时,GC与NP处理土壤呼吸速率之和小于GC+NP处理,C源与NP添加对土壤呼吸的影响表现为协同效应;Cd剂量>0.20 mg/kg时,二者之间表现为协同与拮抗效应的交替出现。【结论】外源添加N、P条件下,Cd诱导林地土壤呼吸表现出显著的Hormesis效应。当面临逐渐增加的Cd胁迫时,C源与NP添加对土壤呼吸的交互作用表现为由拮抗向协同效应转变。
【目的】阐明轻、中、重度火烧区土壤全氮与矿质氮($\mathrm{NH}_{4}{ }^{+}$-N与$\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}$-N)供给水平、形态特征及空间格局变化,综合反映兴安落叶松林火烧迹地恢复初期土壤氮营养生境特征,为寒温带针叶林火烧迹地改造与生态恢复提供参考。【方法】在杜香(Ledum palustre)-杜鹃(Rhododendron simsii)-兴安落叶松(Larix gmelinii)林地,以网格法布设固定样地,人工点烧控制林火强度,于火烧前和火烧1 a后采用土钻法采集土样,测定土壤全氮、$\mathrm{NH}_{4}{ }^{+}$-N与$\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}$-N含量,计算各指标变化率和各形态氮素比率,并绘制空间格局图。【结果】火烧1 a后:①土壤全氮含量及其变化率呈明显阶段性变化。轻、中度火烧区土壤全氮量升高,全氮量空间格局与火烧强度空间格局相关性不显著,但其变化率格局与之正相关;重度火烧区土壤全氮量下降,全氮量及其变化率空间格局均与火烧强度空间格局负相关。②土壤$\mathrm{NH}_{4}{ }^{+}$-N含量增加。空间上,$\mathrm{NH}_{4}{ }^{+}$-N含量及其变化率空间格局均与火烧强度格局相关性不显著。③土壤$\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}$-N含量显著增加。空间上,$\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}$-N含量及其变化率空间格局均与火烧强度格局正相关。④土壤供氮形态始终表现为明显的$\mathrm{NH}_{4}{ }^{+}$-N供给优势,但其优势度($\mathrm{NH}_{4}{ }^{+}$-N与$\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}$-N的含量比)显著降低,该比值及其变化率的空间格局均与火烧强度空间格局负相关。【结论】大兴安岭北部兴安落叶松林火烧迹地恢复初期,各强度火烧区土壤矿质氮含量与形态变化并未构成原生植被类型恢复的障碍因素;然而,重度火烧区土壤全氮量下降有可能导致长时间尺度上土壤氮供给能力下降。
【目的】探明大兴安岭北部天然林森林生态系统恢复过程中森林生态系统结构、功能、气候和立地类型因子的动态变化,筛查出关键影响因素,对其森林生态系统恢复能力进行科学评估,为探索大兴安岭天然林有效经营措施从而提升生态功能提供参考。【方法】以野外调查数据为基础,采用区分效度检验确定森林生态系统恢复能力评价指标体系,依据传导机制建立森林生态系统恢复能力评价的结构方程模型并进行指标权重确定,基于K-means聚类分析和等距划分法,建立大兴安岭森林生态系统恢复能力等级划分标准。【结果】大兴安岭森林生态系统恢复能力评价指标体系中的4个准则因子森林生产力、林分结构、气候因子、立地类型的权重分别为0.339、0.192、0.256和0.213。研究区2种森林生态系统恢复能力评价的综合分值为1.70~3.53,恢复能力等级分布符合正态分布,恢复能力等级主要集中在差、较差、良好3种状态;总体上,2种森林生态系统恢复能力等级为混交林>纯林。【结论】森林生态系统恢复能力主要受森林生产力的影响,林分结构、气候因子和立地类型对生态系统恢复能力的影响相对较小,大兴安岭部分地区的生态系统恢复能力仍然较差。混交林有利于森林生态系统恢复能力的提升,合理的林分改造措施可改善森林生态功能发挥。
【目的】研究引种美国红枫(Acer rubrum)在两种紫色土区的生长和光合特性,为美国红枫在重庆地区的发展和适地适品种提供参考。【方法】以生长在重庆地区中性紫色土区(NS1)和石灰性紫色土区(AS2)的引种美国红枫‘马莫’(A. rubrum × freemanii ‘Marmo’)和‘金叶美国槭’(文中为‘金叶槭’A. rubrum‘Aurea’)为研究对象,在生长旺盛的夏季,对美国红枫在两种紫色土区生长、叶色和光合特性进行测定。【结果】①‘马莫’的净株高、冠幅、叶面积与土壤碱解氮(AN)、速效钾(AK)和有机质(SOM)含量、碳氮比(C/N)呈极显著正相关(P<0.05),与土壤pH呈极显著负相关(P<0.05)。中性和石灰性紫色土区‘马莫’株高较引种初期分别增加3.44、1.18 m,地径分别增加5.14、2.22 cm,引种前后叶面积、比叶面积差异显著(P<0.05);‘金叶槭’净株高、净地径、比叶面积无显著性差异。②中性紫色土区‘马莫’叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、总叶绿素(ChlT)、类胡萝卜素(Car)含量及色彩亮度(L*)、红绿色度(a*)、黄蓝色度(b*)、最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递效率(ETR)、实际光能捕获效率Y(Ⅱ)、光化学猝灭系数(qP)、最大净光合速率(Pn,max)、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)、叶片羧化速率(α)和光呼吸速率(Rp)显著高于石灰性紫色土区(P<0.05);与石灰性紫色土区相比,中性紫色土区‘金叶槭’Pn,max和胞间CO2浓度(CSP)显著增加、光补偿点(LCP)、CO2补偿点(CCP)显著降低(P<0.05),而两种紫色土‘金叶槭’Chla、ChlT含量及Chl a/b、L*、a*、b*、Fv/Fm、ETR、Y(Ⅱ)、qPLSP、AQY、暗呼吸速率(Rd)、CCP和Rp差异均不显著(P>0.05)。【结论】‘马莫’在中性紫色土区通过增加光能捕获面积提高PSⅡ光合电子传递速率和光合速率,降低有机物质的消耗,从而增强光合能力,表现出较强的生长适应性,而在石灰性紫色土区的表现较差,说明该品种对碱性紫色土壤的适应性一般;两种紫色土区‘金叶槭’的光合特性和生长均表现出较强的适应性。
【目的】 通过构建城市绿地植被碳中和绩效评估体系,分析植被空间类型对绿地碳中和绩效的影响,为“双碳”目标下的城市绿地建设提供理论参考。【方法】 基于生命周期评估视角,以安徽省青阳县三角洲公园为例,将绿地营建分为材料生产与运输、场地施工与种植、绿地运营与维护3个阶段,并结合开敞型、半开敞型、覆盖型和遮蔽型4种植被空间类型,进行碳排放与碳汇的模拟计算,进而分析碳中和绩效。【结果】 植被空间由开敞转向遮蔽时,总碳排放量快速增长且趋势加快,3个阶段碳排放量占比依次表现为下降、持平和上升;总碳汇量及净碳中和量表现为趋势放缓的逐步增长,而碳中和所需年限对应表现为趋势放缓的逐步减少,由开敞型的43.9 a减少到遮蔽型的24.6 a,两者放缓的趋势都意味着植被空间的遮蔽程度对于碳中和绩效的提高是有限度的。【结论】 城市绿地植被空间类型对碳中和绩效存在影响,针对其“开敞—遮蔽”特征总结了碳排放与碳汇两方面对策:碳排放方面,提倡减少机械使用、选择环保材料、控制施工破坏及提高能源利用效率等策略;碳汇方面,提倡选取当地碳汇优势树种、调节植被群落结构和结合生命周期进行绿地调控管理等策略,以因地制宜地改善绿地碳中和绩效。
【目的】 测定毛竹(Phyllostachys edulis)林地不同土层土壤粒径组成、分布和水分入渗性能,揭示土壤粒径分布及水分入渗性能对林下植被演替的响应规律,为毛竹林地土壤生态管理与植被更新提供依据。【方法】 以林下植被演替年限分别为0、9及21 a的毛竹林为研究对象,测定了林地不同土层,即[0, 10) cm、[10, 20) cm和[20, 30) cm层土壤颗粒组成、土壤颗粒体积分形维数,采用Kostiakov、Philip和Horton模型模拟分析土壤水分入渗性能,解析土壤分形特征与颗粒组成、水分入渗性能的关系。【结果】 同一演替年限毛竹林土壤黏粒、粉粒含量、分形维数和水分入渗性能均随土层深度增加而降低,而砂粒含量逐渐增加。随林下植被演替年限延长,[0, 10) cm土层黏粒、粉粒含量及分形维数逐渐下降,砂粒含量逐渐增加,[10, 20) cm和[20, 30) cm土层黏粒、粉粒含量及分形维数呈先升高后下降的趋势,砂粒含量则与之相反;不同土层土壤初渗率和稳渗率总体呈升高的变化趋势;土壤分形维数与黏粉粒含量、初渗率和稳渗率均呈显著正相关关系(P<0.05),与砂粒含量呈显著负相关关系(P<0.05);Kostiakov与Horton模型更适用于试验毛竹林土壤水分入渗过程模拟。【结论】 毛竹林下植被演替能够显著改善土壤粒径结构,提高土壤水分入渗性能,且呈现明显的演替时间效应,植被演替21 a毛竹林的土壤水分入渗性能明显优于植被演替9 a毛竹林和毛竹纯林的。
【目的】 定量分析大连市果园土壤侵蚀状况和时空分异特征,并探究其主要影响因素,为大连市果园产业的健康发展和生态保护提供参考。【方法】 基于在线地理大数据和目视解译结果,利用中国土壤流失方程(Chinese soil lose equation, CSLE),得出大连市果园土壤侵蚀特征,分析研究区土壤侵蚀动态变化及影响因素。【结果】 ①大连市土壤侵蚀面积约占大连市总面积的40%,北部及南部的山地丘陵区侵蚀较严重;②2015—2020年大连市果园平均土壤侵蚀模数依次为1 230.29、1 150.95、2 311.36、6 384.55、3 399.60和3 484.24 t/(km2·a),以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,强烈及以上等级侵蚀主要分布在甘井子区、金州区和旅顺口区;③大连市果园土壤侵蚀主要分布于坡度25°以下等级以及500~900 mm降雨等级区;④大棚覆盖可以减少设施大棚果园和露地/设施大棚果园的土壤侵蚀,对于露地果园,植被覆盖度则能够有效降低果园水土流失。【结论】 大连市果园土壤侵蚀具有南高北低的空间分布特征,适当提高设施大棚覆盖面积、增加露地大棚的植被盖度并合理选择果园位置,是今后治理果园土壤水土流失以及促进果园产业高效可持续发展的关键。
【目的】 全球气候变化背景下南方型黑杨(Populus spp.)栽培区的干旱问题日渐严重,限制了人工林的生产力提升。研究南方型黑杨应对土壤短期间歇性干旱的性别生理响应差异,探讨不同性别黑杨的干旱适应能力及策略,为基于性别的黑杨造林无性系选择提供参考。【方法】 以南方型黑杨栽培区重点推广的4种雌性和3种雄性黑杨无性系当年生扦插苗为研究对象,采用盆栽控水的方式进行土壤短期间歇性干旱(干旱—复水—干旱)处理,通过对比分析不同性别无性系在土壤短期间歇性干旱过程中叶片质膜稳定性、渗透调节、抗氧化系统,以及光合色素等生理指标的变化,分析南方型黑杨在叶片生理响应和干旱耐受性方面应对土壤短期间歇性干旱的性别差异。【结果】 受土壤干旱影响,雌、雄黑杨叶片均出现电导率上升、丙二醛和游离脯氨酸含量以及抗氧化酶活性升高、叶绿素含量下降等现象,表明叶片膜和光合系统受到一定损伤,而复水(解除干旱)后均恢复至正常水平。但雌、雄黑杨在生理响应的水平和模式方面存在一定差异:雌性黑杨在干旱胁迫时叶片抗氧化酶活性波动较大,叶绿素和脯氨酸含量维持较高的水平,而复水后叶绿素含量可以快速恢复,但膜脂过氧化程度维持较高水平;雄性黑杨在干旱胁迫时通过保持较高的细胞膜稳定性和稳定的抗氧化酶活性以提高抗旱性,同时降低叶绿素含量以减少水分损耗。表明在干旱条件下,雌性黑杨继续维持一定的光合和生长能力,但抗旱能力较低,而雄性黑杨相应具有较强的干旱耐受能力。此外,雄性黑杨无性系在应对干旱胁迫时表现出较为一致的生理响应,而雌性黑杨在无性系间存在较大差异。【结论】 雄性黑杨无性系整体上具有较高且稳定的抗旱能力,而雌性黑杨抗旱能力相对较弱,且无性系间差异较大,但复水后的干旱间歇期可以较快恢复至正常的叶片生理状态。
【目的】 了解自然保护区人工林健康状况,指导森林经营和保护区建设。【方法】 以河北省塞罕坝自然保护区华北落叶松(Larix gmelinii var. principis-rupprechtii)和樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)人工林为研究对象,基于分层随机取样法,设置36块样地,选取生产力、林分结构、物种多样性、土壤质量和稳定性等5个方面17个指标,建立森林健康评价指标体系。运用主成分分析法计算森林健康指数、K均值聚类法划分森林健康等级、Fisher判别分析法验证聚类结果的准确性。【结果】 研究区森林健康指数范围在-1.02~1.46;土壤质量和林分结构是影响研究区森林健康的最主要因素;森林健康等级所占面积比例从大到小依次为:中健康(50%)>不健康(25%)>亚健康(19%)>健康(6%);在中龄林(20~30 a)和近熟林(>30 a)中,华北落叶松林健康状况均优于樟子松林;随着林分密度的增加,华北落叶松林和樟子松林的森林健康指数呈降低趋势。【结论】 塞罕坝自然保护区人工林主要处于中健康和不健康状态,亟须采取有效经营活动改善森林健康状态。
【目的】 为科学治理废弃矿山边坡,探究土壤细菌永久绿化法在生态修复中的应用与推广,对分离筛选出的高效溶蚀菌株进行发酵条件优化及应用效果分析。【方法】 从南京幕府山风化岩壁土壤中分离出多种溶蚀微生物,并从中挑选出1种表现突出的溶蚀细菌菌株NL-11[经16S rRNA鉴定为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)]进行发酵条件优化,利用盆栽试验观测其应用效果。首先利用单因素和Plackett Burman(PB)试验筛选出影响菌株生长的3个主要因素,即装液量、培养温度和时间;在此基础上使用最陡爬坡路径逼近最大响应区域;再利用Box-Behnken试验设计及响应面分析法进行回归分析;最后通过比较预测值与实测值验证模型可靠性。利用优化结果制备菌液,将制备好的菌液调节为低(10 cfu/mL)、中(1×105 cfu/mL)和高(1×109 cfu/mL)3种菌液浓度拌入基质(分别为T1、T2、T3处理)进行盆栽试验,设置不加菌液的处理为空白对照(CK),研究不同浓度菌液对矿物风化、植物和根系生长的促进作用。【结果】 模型准确可靠,菌株NL-11的最佳发酵培养条件为:装液量19.51 mL,接种量2%(体积分数),初始pH 7.0,培养温度30.30 ℃,培养时间22.07 h,在此优化条件下发酵液中活菌数达到1.47×1010 cfu/mL,是未优化前的2.03倍。盆栽试验结果表明,菌株NL-11能够促进矿物风化,以高浓度菌液效果最显著;NL-11能够促进矿质养分溶解,以高浓度菌液效果最显著;NL-11能够促进植物及根系生长,以中浓度效果最显著。【结论】 通过优化试验显著提高了菌株NL-11的发酵活菌产量,为菌株在边坡治理中的应用提供技术支持,综合评价菌株的应用效果并考虑生产成本等因素,喷播实践中的合适菌液浓度为1×105 cfu/mL。
【目的】 探究接种不同载体基质制备的粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens N1.14,X-45)菌肥对植物生长、光合特性和土壤pH及速效养分的影响,筛选能有效替代泥炭的菌肥载体,为微生物肥料的研发提供参考。【方法】 以紫穗槐(Amorpha fruticosa)幼苗为对象,分别施用泥炭载体菌肥(处理T0,CK)、单一秸秆载体菌肥(处理T1)、单一麦麸载体菌肥(处理T2)、秸秆与麦麸(体积比1∶1)载体菌肥(处理T3)、秸秆和麦麸与棉籽壳(体积比1∶1∶1)载体菌肥处理组(处理T4)、秸秆和麦麸与豆饼(体积比1∶1∶1)栽体菌肥(处理T5),对比分析不同载体菌肥的施用对紫穗槐生长特性、光合特性以及土壤养分的影响。【结果】 与CK(T0)相比:①T2、T3、T4、T5处理下紫穗槐生长状况均显著提升,以T3处理最为显著;②T1、T3、T4、T5处理对紫穗槐叶片的各项光合特性指标参数均有不同程度改善效应,其中气体交换参数以T5处理改善效果最为显著,叶绿素含量以T3处理改善效果最为明显。复合菌肥载体比单一菌肥对佳士科技光合特性的改善效果更好;③T3、T4、T5处理下紫穗槐土壤养分含量有所提高。【结论】 秸秆与麦麸处理、秸秆和麦麸与豆饼处理的促生菌肥可促进紫穗槐生长发育并提高其光合效率、优化土壤营养环境、提高土壤肥力,能有效替代泥炭载体菌肥发挥效能。
【目的】 探究酸雨类型转变对杉木细根生长和土壤养分含量的影响,为改善酸雨胁迫地区杉木人工林土壤酸化提供依据。【方法】 在江苏南京铜山林场进行了为期1 a的野外模拟酸雨试验,设置了3种酸雨酸度(pH为4.5,3.5和2.5)和3种酸雨类型[硫酸型酸雨,SO42-与NO3-的浓度比(硫氮比)5∶1。混合型酸雨,硫氮比1∶1。硝酸型酸雨,硫氮比1∶5],并设置对照CK(pH为6.6,利用当地自然溪水),共10个试验处理。分别测定酸雨胁迫后杉木林地土壤化学性质、细根生理特性及细根元素含量,利用相关性及结构方程模型分析方法,探究酸雨类型转变对杉木细根生长的直接及间接影响。【结果】 随着酸雨pH和硫氮比的降低,杉木细根生物量和根系活力均减少。所有强酸雨处理(pH 2.5)杉木根系的过氧化氢酶活性均低于其他酸雨处理,且当酸雨类型转变为硝酸型酸雨时,过氧化氢酶活性逐渐降低并低于CK;另外,细根镁、铝含量及钙铝比(含量比,下同)和镁铝比在不同的硫氮比处理之间均存在差异。与CK相比,所有酸雨处理均增加了细根钙和铝含量,钾含量随着酸雨胁迫逐渐减少。然而,土壤养分总碳、总氮、碳氮比、总硫、有效磷和速效钾在不同硫氮比和不同pH之间不存在显著差异。通过相关性分析可知:土壤pH与镁铝比、根系生物量和根系活力呈极显著正相关(P<0.01),并且根系生物量与过氧化物酶、过氧化氢酶之间均呈显著正相关(P<0.05),却与铝含量呈极显著负相关(P<0.01)。【结论】 酸雨酸度对杉木细根和土壤均有较大影响,酸雨类型对细根的影响要强于土壤。其中,酸雨类型对根系活力和钙铝比均有直接影响。随着硫氮比值的降低,酸雨对杉木细根生长的抑制作用更明显。
【目的】 了解西南喀斯特地区不同龄组马尾松(Pinus massoniana)人工林土壤理化性质变化,综合分析地形因子、林分特征及植物多样性指标对土壤性质的影响,为退化喀斯特地区环境治理提供参考。【方法】 在贵州省遵义市凤冈县,选取中龄林、近熟林和过成熟林3个龄组系列共11个马尾松人工林样地,样地按25.82 m×25.82 m方形设置,调查乔木层植物种名、高度及胸径,同时记录样地海拔、坡位、坡度及各样地主要物种组成,在每个样地的西南、西北、东北、东南、中共5个方位设置5个2 m×2 m的灌木样方,调查灌木层植物种名及株数,在每个灌木样方内设置1 m×1 m的草本样方,调查草本层植物种名和盖度,量化马尾松人工林土壤理化性质变化并分析其影响因子。【结果】 不同龄组之间马尾松人工林土壤容重、孔隙度、含水量、有机碳含量、全磷含量均无显著差异(P>0.05),而全氮含量在[0,20)cm土层随林龄的增长呈先升高后降低,碱解氮含量在[20,40)cm土层随林龄的增长逐步降低,速效磷含量在[0,20)cm和[20,40)cm土层随林龄的增长呈先降低后升高的趋势(P<0.05);马尾松人工林土壤容重、孔隙度和含水量在同一龄组[0,20)cm和[20,40)cm的两土层之间均无显著差异(P>0.05),中龄林、近熟林和过成熟林的土壤有机碳含量、近熟林和过成熟林的全氮含量和碱解氮含量、过成熟林的全磷含量和速效磷含量在[0,20)cm和[20,40)cm两土层之间均有显著差异(P<0.05),均随土层的加深而降低;相关性分析表明,地形因子、林分特征和植物多样性指标均是影响马尾松人工林土壤物理性质和养分变化的因素,逐步回归分析显示影响土壤物理性质变化的因素主要是林分密度和植物多样性指标,而地形因子、林分特征和植物多样性均是影响土壤养分的因素。RDA分析表明林分特征解释马尾松人工林土壤理化性质变异的36.60%,植物多样性解释土壤理化性质变异的27.00%,地形因子解释土壤理化性质变异的10.30%。【结论】 龄组变化对马尾松人工林土壤氮磷含量产生了显著影响,马尾松人工林的经营管理过程中应随着马尾松的生长发育适当添加氮肥和磷肥以维持马尾松人工林的生产力和可持续发展,而龄组变化对土壤物理性质没有显著影响,林分密度和树高是影响土壤理化性质变化的主要因子。
【目的】探究不同经营模式下薄壳山核桃‘波尼’(Carya illinoensis ‘Pawnee’)与油用牡丹‘凤丹’(Paeonia ostii ‘Feng Dan’)林地土壤的理化性质及酶活性变化特征,分析季节变化对各模式经营种植下土壤性状的影响。【方法】分别以薄壳山核桃纯林模式(模式Ⅰ)、薄壳山核桃-油用牡丹复合模式(模式Ⅱ)、油用牡丹单植模式(模式Ⅲ)为研究对象,分析不同经营模式下土壤的理化性状及酶活性的季节变化特征,通过最小数据集法(MDS)计算土壤肥力综合质量指数(IFI),并对土壤肥力变化进行评价。【结果】在各模式下,林地表层土壤养分及酶活性高于深层;土壤含水量和容重随春、夏、秋季节变化而变化;土壤pH在秋季最低,春、夏两季差异不显著;夏季土壤过氧化氢酶活性高于春、秋季;土壤有机质、全氮、速效钾含量及土壤蔗糖酶、脲酶活性基本表现为随春、夏、秋季节变化逐渐升高。模式Ⅲ下土壤有效磷含量秋季高于春、夏两季;夏季土壤肥力综合质量指数最低,但以模式Ⅱ最高。【结论】林地土壤酶活性与理化性质间具有相关性;各季节下薄壳山核桃-油用牡丹复合模式(模式Ⅱ)土壤肥力均显著优于其余模式,且夏季土壤肥力显著低于其他季节;土壤肥力受容重、全氮、有效磷、速效钾含量及脲酶、蔗糖酶活性直接影响,其中蔗糖酶活性在季节土壤肥力综合质量评价中均较为敏感。
【目的】氮(N)沉降增加通过影响凋落物分解过程中碳(C)、氮(N)元素的有效性,进而影响生物地球化学循环中的碳和养分平衡。通过研究模拟N沉降下川滇高山栎(Quercus aquifolioides)凋落物分解速率及养分含量变化特征,为川滇高山栎森林生态系统的有效管理提供参考。【方法】以滇中新平县磨盘山川滇高山栎林为研究对象,以尿素(有效成分CH4N2O)为氮源,采用尼龙袋法进行N沉降处理以及凋落物原位分解试验,4个N沉降水平为:对照[CK,0 g/(m2·a)]、低氮[LN,10 g/(m2·a)]、中氮[MN,20 g/(m2·a)]和高氮[HN,25 g/(m2·a)],每月施氮1次,持续12个月后测定凋落叶及枝质量残留,及其木质素、纤维素和C、N、P、K含量变化。【结果】①分解1 a后,各N沉降处理凋落叶(0.84%~3.87%)、枝(1.67%~3.30%)质量残留率均显著增加(P<0.05),说明随时间延长,凋落物分解被抑制,且抑制强度与施氮水平成正比;②凋落叶、枝分解系数变化范围分别为0.271~0.368和0.167~0.218 kg/(kg·a),凋落枝C/N(69.02)和木质素氮比(54.65)高于凋落叶的值(52.09和44.42),叶分解速率快于枝;③凋落物化学组成会影响凋落物质量残留率,表现为凋落物质量残留率与凋落叶和枝的N、P含量呈极显著负相关,与C、纤维素含量,C/N、C/P、木质素氮比、纤维素氮比等比值呈极显著正相关。【结论】①N沉降抑制了凋落物的分解,且随施氮水平的增加,抑制作用明显增强;②初始养分含量会影响凋落物的养分固持和释放,其中,N含量、C/N、木质素氮比是凋落物分解过程中的重要影响因子。
【目的】揭示土壤和烟叶中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的暴露特征及其对人体造成的健康风险。【方法】采集了贵州松桃县长坪(CP)、太平(TP)、平头(PT)、普觉(PJ)、盘信(PX)和孟溪(MX)6个烟区土壤和新鲜烟叶样品各40个,测定样品中16种PAHs含量,分析其经口(ingestion)、皮肤(dermal)和呼吸(inhalation)3种非饮食摄入途径的暴露特征,并评估了PAHs对烟农造成的致癌和非致癌健康风险。【结果】土壤和烟叶中7种致癌性的PAHs[䓛(Chr)、苯并(a)蒽(BaA)、苯并(b)荧蒽(BbF)、苯并(k)荧蒽(BkF)、二苯并(a,h)蒽(DahA)、苯并(a)芘(BaP)和茚并(1,2,3-cd)芘(IP)]的含量分别为70.97~365.71和293.53~1 730.72 μg/kg,平均含量分别为221.13和 707.03 μg/kg;土壤和烟叶中9种非致癌性PAHs[萘(Nap)、蒽(Ant)、菲(Phe)、芘(Pyr)、苊烯(Ane)、二氢苊(Any)、芴(Flu)、荧蒽(Fla)和苯并(g,h,i)芘(BghiP)]的总含量分别为65.6~647.6和108.9~606.1 μg/kg,平均值分别为379.6和304.2 μg/kg。PAHs暴露特征从大到小呈现为:经口摄入 > 皮肤摄入 > 呼吸摄入,土壤和烟叶中7种致癌性的PAHs对烟农总的平均每日暴露量分别为54.41~280.38和225.04~1 326.87 pg/(kg·d),平均值分别为169.53和542.05 pg/(kg·d);非致癌性的9种PAHs对烟农总的平均每日暴露量分别为146.70~1 448.19和243.41~1 355.33 pg/(kg·d),平均值分别为848.91和680.22 pg/(kg·d);致癌性和非致癌性PAHs的平均每日摄入量最大值均出现在MX烟区。土壤和烟叶中PAHs对烟农产生的非致癌性总危险指数为1.02×10-5~4.31×10-4,平均值为1.92×10-4;PAHs对烟农产生的总致癌风险指数为8.39× 10-7~5.14×10-6,平均值为2.18×10-6。其中,BaP的总致癌风险指数最大(3.69×10-7~4.25×10-6,平均值为1.58×10-6);有26个点位的BaP超过美国环保署建议的临界值,超标率为65%,有90%的取样点7种致癌性PAHs的总量处于低风险水平。【结论】土壤和烟叶中PAHs对烟农的暴露方式主要为经口和皮肤途径,PAHs的非致癌风险值处于美国环保署建议的临界值之下,为可接受水平。绝大多数取样点的致癌性PAHs已经给烟农造成了低风险的健康影响,尤其是BaP应该受到重点关注。
