【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】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】 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】 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】 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。
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】 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】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】 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】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】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】探讨油茶(Camellia oleifera)不同根序根系的生长与养分利用对干旱和施氮的响应,分析水和氮素对油茶不同径级根系生长、氮素吸收、分配和利用的影响,为更好地认识气候变暖下植物根系构型与养分策略的关系提供理论支撑。【方法】以2年生‘长林53’(‘Changlin 53’)油茶幼树为试材,利用盆栽试验和15N同位素示踪技术,采用双因素完全随机设计,设置2个干旱水平,即正常灌溉(土壤含水率75%±5%)和干旱(土壤含水率30%±5%);2个施氮水平,即不施氮和施15N标记的硝酸铵(2.88 g/株)。干旱处理75 d后取样测定油茶幼树不同径级根系的生物量、全氮含量(质量分数,下同)、来自肥料氮的百分率(Ndff)、氮素利用率。【结果】干旱胁迫后油茶1~3级,5级和6级根的生物量与其氮含量呈负相关关系,与4级根的则呈正相关关系。干旱显著影响了各径级根系15N含量和Ndff(P<0.05),抑制了各径级根系15N的富集,干旱胁迫下1~3级的Ndff最高。干旱对根系的氮素分配率起促进作用,尤其是5级根氮素增加了93.10%,但在不同程度上抑制了油茶低阶根系的氮素利用率。【结论】施氮促进干旱下根系生物量和氮素分配给粗根,但不利于细根生物量和氮素的积累;干旱显著影响了各级根系对肥料氮的吸收、利用和分配,促进肥料中的氮素向根系尤其5级以上根系分配,但不同程度地抑制了1~4级根系对15N的吸收和利用。
【目的】宁夏罗山是中部干旱带上唯一的生态安全屏障,研究该地区森林群落生态化学计量特征以揭示森林生态系统植被生长发育的主要限制性营养元素,为该地区植被恢复实践中群落的选择和森林经营管理提供理论依据。【方法】选择罗山保护区4种主要的森林群落[青海云杉(Picea crassifolia)纯林、油松(Pinus tabuliformis)纯林、山杨(Populus davidiana)纯林、青海云杉×油松混交林]为研究对象,采取野外样地调查取样,室内测定森林群落乔木优势种植物各器官、凋落物及林地土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,分析比较4种森林群落乔木优势种植物各器官、凋落物、土壤生态化学计量特征及环境因素,植物(各器官平均值)、凋落物和土壤三者化学计量特征的相关性。【结果】①乔木优势种植物叶和枝的C含量显著高于根的,叶的N、P含量显著高于枝和根,叶C/N显著低于枝和根;山杨纯林叶和枝的N含量显著高于其他森林群落,而叶的C/N显著低于其他森林群落;油松纯林根的N含量和枝、根的N/P显著低于其他森林群落,而枝和根的C/N显著高于其他森林群落。②山杨纯林凋落物N、P含量和N/P显著高于其他森林群落,C/N、C/P显著低于其他森林群落。③土壤C、N、P含量,C/N、C/P在不同森林群落间无显著差异,青海云杉纯林土壤N/P显著高于其他森林群落。④植物N与凋落物N含量,N/P存在显著正相关关系,两者的C/N则存在显著负相关关系;植物C/N与凋落物C含量存在显著正相关关系,两者的N/P则存在显著负相关关系;土壤C/N、N/P分别与植物P含量、凋落物C/P存在显著正相关关系,凋落物与植物的C/P存在显著负相关关系。植物P含量与土壤pH显著正相关。海拔与凋落物C/N、C/P呈显著正相关,与凋落物N含量、N/P呈显著负相关。土壤N/P与pH显著负相关,与海拔和土壤碱解氮呈显著正相关。土壤C、N、P含量、C/P、N/P与土壤有机质含量呈极显著正相关。【结论】罗山4种主要的森林群落中植物生长发育和凋落物分解的主要限制元素均为N元素,尤其该地区针叶林植被建设中需加强N元素的保护与利用;而山杨纯林生长速率最快且凋落物更易分解,在罗山的植被恢复中应优先选择和保护。
【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】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】探究元宝枫(Acer truncatum)幼苗生长及光合生理特性对水肥耦合的响应,分析比较元宝枫幼苗生长最佳水肥组合。【方法】以1年生元宝枫幼苗为研究对象,采用土壤含水率及氮、磷、钾施肥量4因素4水平正交试验设计,共计16个处理,水肥耦合试验后测定元宝枫幼苗生长指标、叶片相对叶绿素含量SPAD值、光合特性及光响应曲线。【结果】随施肥量的增加,各指标大致呈现先上升后下降的趋势。当土壤含水率为75%,施N、P、K量为1.2、1.8、0 g/株时,元宝枫幼苗地径、总生物量显著高于其他处理。合理的水肥耦合可以显著提高元宝枫幼苗苗高、地径及总生物量。此外,各水肥耦合处理对弱光的利用能力差异不大,氮肥对元宝枫幼苗的最大净光合速率和光饱和点影响显著。各处理间水分利用效率(WUE)无显著性差异,表明元宝枫幼苗在较低土壤含水率下也能正常生长,抗旱能力强。水肥对元宝枫幼苗生长影响由高到低排序为氮肥>土壤含水率>钾肥>磷肥,基于综合评分法可知最佳的水肥组合为T14,即土壤含水率75%、氮肥1.2 g/株、磷肥1.8 g/株和钾肥0 g/株。【结论】水肥耦合效应对地径和生物量影响显著,对苗高影响不显著,土壤含水率、氮肥对各生长指标影响显著,研究结果可为元宝枫水肥合理利用提供理论依据。
【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】长期高氮(N)沉降对具有磷(P)限制的亚热带森林土壤有机碳(SOC)及其储量具有影响,探究长期N添加下活性SOC、土壤有机氮(SON)组分对有机碳储量的影响,为亚热带森林土壤的碳(C)固存能力以及亚热带森林生态系统的可持续经营提供依据。【方法】在安徽省祁门县查湾自然保护区的常绿阔叶林内,选取中坡和坡顶两个区位,各设置3种不同的N、P添加处理,即对照(CK,每年N、P添加量为0 kg/hm2)、N添加(N,每年N添加量为100 kg/hm2)、N+P添加(N+P,每年N添加量为100 kg/hm2、P添加量为50 kg/hm2),各处理设置3个重复样地,大小为30 m×15 m,共18块样地。自2011年5月开始,进行为期10年的N及N+P添加野外模拟试验。于2020年10月,采集不同处理样地内[0,40)cm土层的土壤样品,测定SOC含量及储量、活性SOC组分、SON组分以及其他土壤基本理化性质。将采集的土样平均分成两份,一部分土样自然风干压碎后过孔径0.25 mm筛,用于测定土壤SOC及TN含量。另一部分鲜土样经不同处理后,用于测定SOC、SON组分及其他理化性质。【结果】与对照相比,连续10年N及N+P添加并未显著改变SOC储量,但显著降低土壤微生物生物量碳、氮。相关性分析结果表明,土壤有机碳储量与大多数土壤理化性质密切相关,除溶解性有机碳外,与其余有机碳氮组分均极显著正相关。另外,有机碳储量与pH、土壤容重呈显著负相关。线性回归分析结果显示,颗粒有机碳、氮对有机碳储量的解释率分别为75.4%、71.7%,微生物生物量碳、氮对有机碳储量的解释率分别为26.0%、49.3%;而土壤可溶性有机碳与有机碳储量无显著相关关系,可溶性氮对有机碳储量的解释率仅为11.4%。【结论】长期添加N及N+P后,土壤微生物生物量碳氮含量显著下降,并可能不利于土壤有机碳存量,而颗粒有机碳氮是对土壤有机碳储量影响最大的组分。
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】凋落物回归影响着杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林土壤碳氮循环,是杉木人工林可持续经营和土壤地力维持的重要过程。通过分析添加杉木与木荷(Schima superba)凋落物处理下土壤碳氮含量和酶活性的变化特征,为杉木人工林近自然化改造及林分管理提供依据。【方法】以30年生杉木人工林土壤为研究对象,分别添加杉木凋落物(S)、木荷凋落物(M)以及杉木与木荷凋落物混合物(SM),混合质量比例设置为m(杉木):m(木荷)=5:1。通过60 d室内培养,测定不同处理土壤中铵态氮( NH 4 +-N)、硝态氮( NO 3 --N)、土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、酸溶性有机碳(HHOC)、碱溶性有机碳(AHOC)、难溶性有机碳(ROC)含量及酶活性[β-葡萄糖苷酶(GC),β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG),多酚氧化酶(PPO),亮氨酸氨基肽酶(LAP)]。基于单因素方差分析和冗余分析方法,研究不同处理下土壤碳氮含量与土壤酶活性的关系,探讨添加不同凋落物对杉木人工林土壤碳氮含量及酶活性的影响。【结果】①SM处理的土壤腐殖化程度高于添加单一凋落物的;在添加单一凋落物的处理中,M处理的土壤腐殖化程度较低,土壤中ROC含量占比较高。②处理至15和30 d时,S处理土壤的GC、NAG、PPO酶活性显著高于M处理土壤的;SM处理的可显著提高土壤GC和NAG活性。③相关分析表明,土壤中AHOC含量与GC活性呈极显著正相关;NAG活性与WSOC含量呈极显著正相关,与 NH 4 +-N含量呈极显著负相关;而PPO活性与 NO 3 --N含量呈极显著负相关,与ROC、HHOC含量呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】添加不同凋落物对杉木人工林土壤碳氮含量及酶活性产生显著影响。与添加木荷凋落物相比,添加杉木凋落物的土壤腐殖化程度较高,与碳氮循环相关的酶活性较高;与添加单一凋落物相比,添加杉木木荷凋落物混合物更有利于土壤腐殖化程度的提升,提高土壤碳氮转化酶活性,进而有利于杉木人工林土壤碳氮循环。
【目的】为了全面保护、合理开发和有效利用自然风景资源,缓解江苏省自然资源景观破碎化、孤岛化严重及资源分布不均衡的状况。【方法】运用ArcGIS平台空间分析技术,包括最邻近指数、核密度分析和可达性分析,揭示江苏省自然风景资源保护地的空间分布特征。结合国土空间规划下“双评价”依据,针对江苏省自然环境状况进行了以生态系统服务功能重要性评价和生态脆弱性评价为主导的生态保护重要性评价,根据评价的结果识别了江苏省的生态空间,将以上结果与江苏省相应的自然地理表征和人文地理表征等进行叠加分析。【结果】明确了江苏省自然风景资源保护地的分布规律和区域差异性,为自然风景斑块、廊道、优势区域的选择提供了现实依据。确定出江苏省9处自然风景斑块、7条自然风景廊道和2个自然风景优势区域,共同组成了以自然风景资源保护地为依托,以斑块、廊道、基质为主导的江苏省自然风景体系。【结论】该风景体系通过量化的方式,考虑江苏省自然地理特征,将空间概念运用到风景资源的研究中,有助于加强自然风景资源保护地之间的联系,优化资源整合,营造更适合江苏省自然风景资源保护地保护和发展的景观格局,实现对江苏省自然风景资源保护地建设的有效引导,并为其合理开发和利用提供科学依据。
【目的】揭示干旱对杨树人工林土壤微生物生物碳量(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量特征的影响。为深入了解未来全球干旱背景下杨树人工林土壤C、N、P生物地球化学循环,以及人工林的合理经营提供理论依据。【方法】以江苏省东台林场美洲黑杨(Populus deltoides)人工林为对象,设置自然降水(CK)、穿透雨减少30%(D1)和穿透雨减少50%(D2)3种处理,探讨土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)及其生态化学计量特征(记为MBC/MBN、MBC/MBP、MBN/MBP)对干旱处理的响应,分析其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①干旱处理显著降低了土壤MBC、MBN、MBP含量,D2处理较对照MBC、MBN、MBP分别降低了16.09%、22.60%、32.49%;干旱处理显著增加了MBC/MBN和MBC/MBP,与CK相比,D2处理两个比值分别提高了10.33%、25.15%,但干旱处理对MBN/MBP的影响不显著。②土壤MBC、MBN、MBP含量均有季节性差异,变化范围分别为344.67~500.12、45.21~63.22和15.33~23.48 mg/kg,在夏、秋两季,其含量均较低,而冬、春两季,其含量上升到较高水平,而土壤MBC/MBN和MBC/MBP的季节变化与之完全相反,MBN/MBP没有明显的季节变化。③与对照相比,干旱处理显著降低了土壤铵态氮($\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$)、可溶性有机碳(DOC)、有效磷(AP)含量和含水率(SWC),分别降低了68.81%、32.77%、29.87%和11.05%;而干旱处理后,土壤pH升高、硝态氮($\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$)含量增加,分别增加了1.51%和194.34%。相关性分析表明,土壤MBC、MBN、MBP与SWC和全氮(TN)含量呈极显著正相关,与土壤有机碳(SOC)、$\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$含量和碳氮比(C/N)呈显著或极显著负相关。土壤MBC/MBN、MBC/MBP、MBN/MBP与$\mathrm{NO}_{3}^{-}-\mathrm{N}$含量和C/N呈显著或极显著正相关,与SWC和TN含量呈显著或极显著负相关。【结论】干旱显著影响了杨树人工林土壤微生物生物量C、N、P含量及其生态化学计量特征,进而对土壤养分平衡和循环过程产生影响。
【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)。
【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】探究东北地区生态习性各异的山杨(Populus davidiana)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)和东北红豆杉(Taxus cuspidata)地上地下器官氮(N)、磷(P)养分分配模式,为深入揭示树种间养分分配策略与权衡关系提供理论参考。【方法】以野外山杨、水曲柳和东北红豆杉成年植株为研究对象,对比分析3个树种地上器官叶片枝条和地下器官粗根细根N、P含量以及叶与枝、根N、P分配比例,采用标准主轴回归斜率检验3个树种地上、地下器官N与P元素之间及地上与地下器官养分双向运输N、P同一元素的增长关系。【结果】①山杨与水曲柳叶片N、P含量接近,山杨与水曲柳叶片N、P含量分别显著高于、低于东北红豆杉针叶相应数值(P<0.05);东北红豆杉枝条N、P含量最高;3个树种粗根N含量接近,水曲柳粗根P含量及细根N、P含量均最高。②水曲柳叶片与枝条、山杨叶片与粗根N、P含量比均最高,水曲柳叶片与细根N、P含量比最低。③山杨和东北红豆杉地上器官、地下器官N与P含量分别为异速、等速关系,且地下器官N与P元素间的变化斜率仅为地上部分的1/2;而水曲柳地上器官、地下器官两元素之间的变化斜率相似,均为显著大于1的异速增长关系。山杨地上与地下双向P、东北红豆杉上行方向P含量斜率均为相应N含量的一半,东北红豆杉下行方向N、P关系均不显著,水曲柳上行方向N、P含量斜率相似,下行方向P含量斜率是N的2/3左右。【结论】与山杨和东北红豆杉相比,水曲柳倾向于将N和P养分分配到代谢活跃的叶片和细根,且其地上(地下)器官N与P含量、地上与地下N、P含量变化速率具有协调一致性。
【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】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】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】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】探讨长期施用不同浓度沼液对杨树(Populus spp.)人工林土壤碳、氮、磷组分含量的影响,为科学施用沼液,改善杨树人工林土壤质量,促进杨树人工林可持续发展提供理论依据。【方法】以苏北沿海地区杨树人工林为研究对象,试验采用随机区组设计,设置了4种沼液施用处理,分别为对照(0 m3/hm2, CK)、低浓度(125 m3/hm2, L)、中浓度(250 m3/hm2, M)和高浓度(375 m3/hm2, H),自2012年开始每年定期在杨树人工林中施用。采用连续土钻法采集不同土壤深度0~20 cm(表层),≥20~40 cm(中层)和≥40~60 cm(深层)土壤样品,研究施用不同浓度沼液对杨树人工林不同土层土壤碳、氮、磷主要组分含量及其计量比的影响。【结果】施用沼液显著增加了表层土壤(0~20 cm)有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤总氮(TN)、土壤微生物生物量氮(MBN)、土壤全磷(TP)、土壤有效磷(AP)含量,显著降低了表层土壤碳氮质量比(C/N)和土壤微生物生物量碳氮比(MBC/MBN);同时施加沼液也显著增加了≥20~40 cm土层土壤DOC、TP含量。而在深层土壤(≥40~60 cm)中,施加沼液对土壤C、N、P各项指标均无显著影响。沼液显著降低了各土层土壤pH。【结论】沼液作为一种优质的速效有机肥料,能显著增加表层土壤C、N、P等速效养分,对深层土壤无显著影响。同时,施用适量沼液也可以降低沿海盐碱地土壤pH,以及土壤C/N,对改善土壤肥力有一定的作用,但过度施加是否会引起土壤磷素淋洗、氮淋溶风险而造成生态环境污染还有待进一步研究。
【目的】人工林具有巨大的固碳潜力,在减缓全球气候变化方面发挥着重要作用。然而,作为土壤有机碳(SOC)的主要成分,颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MAOC)在人工林发育过程中的积累与分布机制仍然不清楚。分析各碳组分对不同林龄水杉人工林土壤有机碳积累能力的相对贡献,可为全球气候变化背景下人工林的科学经营和管理提供依据。【方法】选取位于江苏东台林场的7、16、21、26、31、36、42和46 a等8个不同林龄的水杉(Metasequoia glyptostroboides)人工林为对象,每个林龄设置4个重复的野外定位调查样地,分别采集[0,20)、[20,40)、[40,60)、[60,80)、[80,100)cm土壤剖面的样品。通过测定各土层土壤的pH、铵态氮、硝态氮、总磷和有效磷含量等理化性质及各有机碳组分(POC和MAOC)的含量,研究水杉人工林发育过程中土壤POC和MAOC的变化特征。【结果】[0,20)cm土层中POC是土壤有机碳库的主要贡献层,人工林的林分发育过程促进了POC的积累;而[20,100)cm土层中土壤有机碳以MAOC为主,但MAOC对林分发育响应显著。随着林龄的增长,[0,20)cm土层的SOC稳定性降低,更容易被分解利用,而[20,100)cm土层的SOC稳定性更高,更有利于有机碳长久的储存。此外,相关性分析表明POC相比于MAOC对林分发育导致的环境因子的变化更敏感。【结论】随着人工林的生长发育,土壤有机碳的积累主要以POC的形式储存在表层[0,20)cm土壤中,并且在过熟林时期能最大限度地积累有机碳。显然,长期的人工林发育可以有效促进表层土壤有机碳不同组分的积累和固持。因此,延长人工林的主伐年龄可更好地发挥人工林对气候变化的减缓作用。
【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。
【目的】研究五大连池火山熔岩孤丘特殊生境中针叶林和阔叶林不同种类凋落叶下土壤腐殖化程度的差异,分析凋落叶分解过程中主场(原来的森林生境)优势对土壤腐殖化的影响,为探究五大连池火山地区不同森林生境土壤成土过程和养分积累提供理论依据。【方法】2016年9月下旬在五大连池火山熔岩孤丘针叶林与阔叶林中分别设置3个分解样地,采集山杨(Populus davidiana)、白桦(Betula platyphylla)和落叶松(Larix gmelinii)3种优势树种当年凋落叶,分别在凋落叶分解袋中装入10 g单一凋落叶,进行凋落叶互换实验(即每个分解样地同时放置3种凋落叶分解袋),于2017—2019每年5和10月的15日,分别从分解样地中取回凋落物分解袋的正下方0~10 cm土壤,对土壤腐殖质进行光学性能指标检测,以此来探究土壤腐殖化程度对凋落叶在主客场分解的响应差异。【结果】①凋落叶在客场分解改变了土壤腐殖质的光密度(E4/E6)、色调系数(ΔlogK)和相对色度(RF)值的变化趋势。②白桦与山杨凋落叶下土壤腐殖质E4/E6和ΔlogK值主场均高于客场,RF值主场低于客场,落叶松凋落叶下土壤腐殖质E4/E6、ΔlogK和RF值主场均低于客场。③分解时间和森林类型均对土壤腐殖质的E4/E6、ΔlogK和RF值有显著影响,凋落叶种类对RF值无显著影响,对E4/E6和ΔlogK值有显著影响,时间-森林类型、时间-凋落叶种类及时间-森林类型-凋落叶种类交互作用显著。【结论】阔叶凋落叶和针叶凋落叶分解均表现为针叶林土壤腐殖化程度高于阔叶林土壤,针叶植物凋落叶分解对土壤腐殖化产生“主场优势”影响,而阔叶植物凋落叶分解对土壤腐殖化无明显“主场优势”影响。
【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】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。
