土壤团聚体在土壤磷贮存和调节磷有效性中起重要作用,然而森林更新方式如何影响土壤团聚体磷组分仍不清楚.本研究选取米槠天然林经不同强度干扰形成的米槠次生林(轻度干扰)、米槠人促更新林(人促林,中度干扰)及杉木人工林(重度干扰)为对象,通过分析土壤团聚体粒径组成、全土和团聚体磷组分、磷吸附指数(PSOR)、磷遗留指数(PLGC)、磷饱和度(DPSM3)等指标,探究森林更新方式对全土及团聚体磷有效性及供磷潜力的影响.结果表明:森林更新方式显著影响土壤团聚体组成.米槠次生林和人促林土壤粗大团聚体(＞2 mm)占比显著高于杉木人工林,而土壤粉黏粒团聚体(＜0.053 mm)则表现为相反趋势.土壤团聚体组成显著影响土壤磷组分含量.土壤活性磷组分(可溶性磷PSOL、速效磷PM3)含量随团聚体粒径减小而降低;总磷(TP)、有机磷(Po)、中等活性磷组分(无机磷PiOH、有机磷PoOH)、闭蓄态磷(POCL)含量、PSOR、PLGC随团聚体粒径减小呈先降低后升高的趋势,具体表现为粗大团聚体和粉黏粒团聚体中的TP、Po和PiOH含量显著高于细大团聚体(0.25～2 mm)和微团聚体(0.053～0.25 mm).森林更新方式显著影响全土和团聚体磷组分含量.米槠次生林全土 TP、Po、PSOL和PM3含量显著高于米槠人促林和杉木人工林,米槠次生林不同粒径团聚体PSOL和PM3含量均显著高于杉木人工林.森林更新方式显著影响土壤团聚体磷组分组成及供磷潜力.米槠人促林土壤不同粒径团聚体PSOL和PM3占TP的比例显著低于米槠次生林,米槠次生林土壤不同粒径团聚体PSOR和DPSM3显著高于杉木人工林.综上,自然更新更有利于维持土壤磷有效性,森林更新会通过改变土壤团聚体组成进而影响土壤磷有效性及供磷潜力.

我国亚热带地区大面积天然林已转变为人工林,对森林生态系统结构和功能产生了极大影响.为揭示森林土壤团聚体中N2O产生的关键基因亚硝酸盐还原基因(nirK和nirS)对森林转换后的响应特征,本研究选取中亚热带米槠天然林、杉木人工林和马尾松人工林为对象,分析了 3 种林分土壤和团聚体中nirK和nirS基因丰度.结果表明:天然林转变成人工林后,土壤pH值升高,但铵态氮含量下降.森林转换对土壤团聚体结构组成影响不大,但不同粒径团聚体中nirK和nirS基因丰度存在差异,以小团聚体分布最多,粉-黏颗粒分布最少.各林分土壤中nirK基因丰度均显著高于nirS基因丰度,表明nirK在酸性森林土壤中占主导.天然林转人工林显著增加全土和团聚体中nirK及nirS基因丰度,表明森林转换有利于提高nirK和nirS基因丰度,这可能与pH值的提高有关.综上,天然林转变为杉木或马尾松人工林显著提高了土壤和团聚体中nirK和nirS丰度,但对团聚体质量分数无显著影响.

灌溉是设施土壤水分的主要来源,但膜下滴灌条件下设施土壤团聚体养分、酶活性和球囊霉素的分布特征等缺乏系统的研究.本文以连续6年不同灌水下限20 kPa(D20)、30 kPa(D30)和40 kPa(D40)下的膜下滴灌设施土壤为研究对象,分析了灌水下限对土壤团聚体稳定性及其脲酶、蔗糖酶、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和球囊霉素(GRSP)含量的差异.结果表明:不同灌水下限显著影响各粒级团聚体的分布,其中与D20和D40相比,D30显著减少了微团聚体(＜0.25 mm)含量,促进了大团聚体(＞0.25 mm)的形成;且在D30处理下土壤团聚体的稳定性也显著提高,表现为水稳性团聚体平均质量直径(MWD)分别比D20和D40提高了26.4％和13.4％.不同团聚体中的碳、氮、磷及GRSP含量也显著不同,SOC、TN、TP、GRSP含量在2～1 am、1～0.25 mm、＜0.053 mm粒径中含量较高.总体来说,1～0.25 mm粒径团聚体SOC、TN、TP对全土的贡献率最高,分别达46.5％、53.3％、37.7％.不同团聚体中脲酶和蔗糖酶活性随粒径减少而逐渐增加,其中D30和D40处理显著增加了土壤团聚体酶活性,且1～0.25 mm粒径团聚体对全土酶活性的贡献率最高,分别达38.7％、41.2％.相关分析结果表明,土壤团聚体MWD与GRSP、SOC和脲酶活性之间呈显著正相关,且GRSP含量与SOC和脲酶活性也呈极显著正相关.综上,将土壤水吸力30 kPa设为灌水下限,有利于提高设施土壤团聚体稳定性,并增强团聚体对其中养分、酶活性和球囊霉素的保护作用.

为了深入探讨人工林内不同植物根际效应的差异,为人工林生态系统林下植被管理提供理论依据,该研究以江西泰和千烟洲站区杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)3种人工林(1985年前后营造)为研究对象,测定林内乔木及其林下常见灌木檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)和格药柃(Eurya muricata)的根际和全土土壤碳、氮、磷含量及pH值,比较不同林分类型下优势乔灌树种的根际效应.结果发现:(1)乔木根际土壤大部分化学性质指标显著高于或低于全土(p＜0.05),而林下灌木根际土壤与全土土壤化学性质的差异与物种有关,如檵木根际土壤大部分化学性质显著不同于全土,而格药柃根际土壤大部分指标与全土无显著差异.(2)除硝态氮(NO3--N)外,林下灌木不同物种之间的根际效应有别,具体表现为檵木pH值、铵态氮(NH~-N)、可溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、全碳(TC)、碳氮比(C/N)、有效磷(AP)和全磷(TP)的根际效应显著高于格药柃,TN、TC、C/N和AP的根际效应也显著高于杨桐,但杨桐与格药柃间的根际效应无显著差异.(3)杉木的根际效应显著强于林下3种灌木;马尾松和湿地松的根际效应与檵木无显著差异,而马尾松的根际效应显著高于杨桐和格药柃,湿地松的根际效应显著高于格药柃.该研究表明相对于林下灌木(尤其是格药柃),乔木具有较强的根际效应,暗示了乔木具有更高的养分捕获能力.但林下灌木与乔木根际效应的差异与灌木种类和林分类型有关.因此,人工林林下植被管理除了考虑适量保留林下灌木外,可依据人工林类型,充分考虑灌木种类选择,进而最大地发挥人工林生态系统的生产和生态功能.

氮沉降和降水变化可通过影响凋落物和细根的生物量和基质质量、化学元素组成等间接影响植物残体在土壤中的分解.本研究测定了施氮(NA)、减水(RP)和减水施氮(RP-NA)3种处理和对照(CK)下长白山阔叶红松林凋落物、细根和土壤中有机碳含量、碳氮比和木质素酚类单体等指标.结果 表明:3种处理下细根生物量均显著低于对照样地;细根、凋落物和全土的有机碳含量和碳氮比无显著变化;凋落物、细根和土壤中木质素单体均以香草基(V型)为主,相对于细根和全土,凋落物中明显含有较高比例的丁香基(S型)单体和较少的肉桂基(C型)单体;施氮、减水和减水施氮处理显著影响细根、凋落物和全土木质素含量,减水处理显著提高了凋落物的木质素总量,施氮处理显著降低了土壤中木质素总量;3种处理下凋落物、细根和土壤木质素V型和S型酸醛比(《Ad/Al)V和(Ad/Al)S)的值亦呈现了不同程度的变化,且全土与细根木质素的阿魏酸与对香豆酸单体比值(F/Ci)接近;施氮促进了细根木质素氧化而减水抑制了其降解,减水和减水施氮抑制了凋落物分解,而减水施氮处理下全土中木质素较稳定;全土木质素单体组成与细根相似.由此推测,环境变化对细根化学组成的改变可间接影响输入到土壤中的有机质化学组成,进一步影响有机质在土壤中的稳定固存.

土壤有机质和团聚体会影响有机污染物在土壤中的吸附和迁移.本研究以双酚A(BPA)为目标污染物,用采自吉林省朝阳坡、公主岭、榆树三地的农田表层土壤,采用等温吸附实验和室内土柱迁移实验探究土壤有机质和孔隙结构对双酚A吸附和迁移的影响,为评估类似于双酚A等有机污染物对土壤及地下水的污染风险提供科学依据.结果 表明:(1)双酚A在土壤中的吸附量随着土壤有机质含量的增加而增加,迁移能力与土壤有机质含量呈显著负相关(P＜0.05),在有机质含量较高的榆树土壤中,双酚A的穿透率为22.5％,最大穿出相对浓度(C/Co)为0.3,而在去有机质土壤中,双酚A的穿透率为82.5％,最大穿出相对浓度(C/Co)为0.94.(2)同一土壤全土、大团聚体和微团聚体有机质差异较小,双酚A的吸附量表现为微团聚体＞大团聚体＞全土.双酚A在微团聚体中的迁移能力明显弱于全土和大团聚体,说明微孔结构会增加双酚A在土壤中的滞留.(3)低表面张力溶液能够从背景溶液洗脱后的土壤中再次洗脱出部分双酚A,说明疏水作用是土壤吸附双酚A的机制之一.

探究不同林龄杉木人工林土壤团聚体各形态磷素的分布特征有利于提升杉木人工林土壤磷素有效性.本研究选取位于广西融水县的幼龄(9 a)、中龄(17 a)、成熟(26 a)杉木人工林和邻近撂荒地(CK),利用干筛法将采集到的表层(0～20 cm)原状土壤分为4个粒级团聚体(＞2、1～2、0.25～1和＜0.25 mm),测定各粒级团聚体中不同形态磷组分.结果表明:1)不同林龄杉木人工林土壤团聚体组成差异显著,CK和各林龄杉木人工林中＞2 mm粒级团聚体含量显著较高,随林龄的增长先增后减,在17 a时最高;土壤平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化趋势与＞2 mm粒级团聚体一致.2)CK和各林龄杉木人工林中各粒级土壤团聚体全磷、无机磷和有机磷含量差异均不显著,而土壤有效磷含量在＞2 mm粒级团聚体中显著较高,达1.23～7.33 mg·kg-1;不同林龄杉木人工林土壤团聚体及全土全磷、有效磷和无机磷含量均显著高于CK,并随杉木林龄的增长先增后减,全土总磷和有效磷含量在9 a时最高,分别为322.40和7.33 mg·kg-1,全土无机磷含量在17 a时最高,为114.05 mg·kg-1;全土有机磷含量随杉木林龄的增长先增再减再增,在9 a时最高,为210.00 mg·kg-1.3)不同粒级土壤团聚体磷储量与土壤团聚体组成比例显著相关.CK和各林龄杉木人工林中＞2 mm粒级团聚体各形态磷储量较高.除有机磷外,各形态土壤磷储量均随杉木林龄的增长先增后减.综上,林龄17 a之前,杉木人工林的种植有利于提升土壤团聚体稳定性,促进土壤磷素水平的提升;林龄17 a后,＞2 mm粒级团聚体的破碎导致土壤团聚体稳定性和土壤磷素供应水平逐渐下降.因此,在杉木人工林培育栽种17 a以后应重视土壤中＞2 mm粒级团聚体的保护,以保障土壤质量,维持土壤供磷水平.

为更好地理解高寒草原土壤团聚体结构及其养分含量对氮(N)、磷(P)沉降增加的响应,于 2018 年开始依托全球营养网络(Nutrient Network)在巴音布鲁克草原生态系统研究站开展模拟氮磷沉降的短期(<5 年)氮磷添加控制实验,设置对照(CK)、N添加、P添加、NP交互添加 4 个处理.N、P添加量均为 10 g m-2 a-1.于 2021 年 8 月采集植物与土壤样品,采用湿筛法分析土壤水稳定性团聚体组成,测定全土和各粒级团聚体有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、速效氮(AN)和速效磷(AP)含量.研究结果表明:(1)巴音布鲁克高寒草原各粒级土壤团聚体比例从低到高依次为:0.053-0.25 mm、<0.053 mm、0.25-2 mm、和>2 mm,以>2mm团聚体占主导,其比例在 45.48%—71.81%之间.(2)N添加显著降低了 0-10 cm土壤层>2mm团聚体比例和团聚体稳定性,而P添加则显著降低了 10-20 cm土壤层>2mm团聚体比例和团聚体稳定性.(3)0-10 cm土壤层各粒级团聚体SOC含量显著高于 10-20 cm土壤层;N添加显著提高了 0-10 cm土壤层各粒级团聚体AN含量与N有效率,但显著降低了AP含量;P添加和NP交互添加总体上对团聚体养分没有显著影响.(4)0-10 cm土壤层团聚体AN含量与地上生物量具有显著的正相关关系;而团聚体AN含量、N有效率分别与AP含量、P有效率呈显著负相关关系;10-20 cm土壤层团聚体TP、AN、AP含量与N、P有效率均呈显著正相关关系.综上,10 g m-2 a-1的氮磷添加降低了土壤团聚体稳定性且影响的土壤层不同,N添加和P添加分别影响 0-10 cm和 10-20 cm土壤层稳定性;N添加驱动了土壤团聚体N元素和P元素的再分配,分别显著提高和降低了土壤团聚体AN、AP的含量;P添加和NP交互添加总体上对团聚体养分影响不显著.