以解磷菌株X-P18 为对象,通过优化炭基微生物肥料制备工艺,制备具有高菌活性的解磷炭基微生物肥料.同时,以"女皇"葡萄作为试验对象,分别设计了空白(CK)、生物炭、炭基肥和液体肥 4 个处理组,通过测定土壤理化性质、采收期葡萄品质等指标,考察了炭基微生物肥料对葡萄品质以及土壤理化性质的影响.结果表明:在菌液与添加生物炭质量比为 3.0∶1.0,吸附时间为 6h,吸附时转速为 100 r/min,保护剂为质量分数 4%的海藻糖时,制备出的炭基微生物肥料活菌数最多.同时,果园实验表明:与CK组相比,炭基微生物肥料显著提高了土壤有效磷的质量分数,可达 221.81%,并且碱解氮、有机质和速效钾含量均有不同程度的提高,分别达到了质量分数8.30%、20.61%和 39.54%,并且土壤培肥效果较好.炭基肥组处理的葡萄果形参数、可溶性固形物和可溶性糖较空白组分别提升了 6.64%、8.81%和 14.95%,总酸度降低了 23.18%,固酸比显著增加,达 40.67%.由此说明:施用解磷生物炭基肥料能更好地增加土壤养分的释放,从而促进葡萄更好的生长和土壤质量的提升.

非结构性碳水化合物(NSCs)包括淀粉和可溶性糖,两者之间的相互转化可以增强植物对环境胁迫的抵抗力.热带雨林在陆地生态系统碳库和缓解气候变化中占有重要地位,同时也是大气氮磷沉降的热点区域.目前,热带雨林原始林和次生林优势植物叶片NSCs对长期氮磷输入的响应尚不清楚.该研究基于海南尖峰岭原始林和次生林10年的氮磷添加实验,探究长期氮磷输入对两种森林各8个物种叶片NSCs的影响,并分析叶片性状、光合作用参数和土壤养分含量与NSCs的关系.研究结果表明,次生林优势植物叶片相对于原始林优势植物叶片有更高的可溶性糖和NSCs含量.低氮添加显著降低了原始林优势植物叶片淀粉的含量,磷添加显著增加了原始林优势植物叶片可溶性糖的含量,氮磷同时添加提高了原始林优势植物可溶性糖与淀粉的比值,而氮磷添加对次生林优势植物叶片NSCs含量均无显著影响.两种森林8个物种的叶片NSCs含量均与叶片pH和比叶面积负相关,而与叶片碳含量、光合速率和光合氮利用效率正相关.次生林土壤有效氮含量、总磷含量与叶片NSCs含量显著正相关.上述结果表明热带雨林优势植物叶片NSCs受到叶片性状和土壤养分的综合影响.该研究从叶片碳经济角度揭示了原始林优势植物相对于次生林优势植物对大气氮磷沉降的响应更敏感,并呼吁加强对热带原始雨林的保护.

为改善我国亚热带桉树人工林土壤磷(P)供应不足的状况,该研究利用生物质炭(BC)作为土壤改良剂,以桉树人工林(林龄为 15 年)土壤为研究对象,通过室内培养试验,分别加入不同用量[0(CK)、2%、5%、10%和 20%]的BC,重点探究不同用量BC对土壤P组分及转化的影响及其与土壤理化性质之间的关系.结果表明:(1)与CK相比,20%的BC添加量显著提高了土壤硝态氮(NO3--N)、全磷(TP)、微生物生物量磷(MBP)含量和pH值(P<0.05),而2%、5%和10%的BC添加量仅显著提高了MBP和pH值(P<0.05),对其他土壤理化指标无显著影响.(2)与 CK 相比,2%的 BC 添加量显著提高了易利用性磷(LP)(P<0.05),5%和 10%的BC添加量显著提高了速效磷(AP)和LP(P<0.05),20%的BC添加量显著提高了AP、LP和难利用性磷(OP)(P<0.05),但中等程度利用性磷(MP)在 4 种BC添加量下均无显著变化.(3)与C、N和P转化相关的β-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、蛋白酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)活性均在 10%和 20%的BC添加量下显著高于CK(P<0.05).(4)相关分析结果表明,ln(BG)和ln(NAG+LAP)均与ln(ACP)呈显著正相关(P<0.05);冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,pH、TN和TP是驱动桉树人工林土壤P组分变化的最主要因素;结构方程模型(structural equation model,SEM)进一步表明,pH、C∶P和N∶P是驱动土壤P转化的最关键因子.综上所述,不同用量BC主要通过影响土壤理化性质提高与C、N循环相关的酶活性,并在一定程度上改善桉树人工林土壤的P供应潜力,其中以高浓度BC添加量(20%)的效果最佳.该研究对指导我国桉树人工林土壤养分管理及促进林业可持续发展具有重要意义.

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数.结果显示:(1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应,黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异;(2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性,与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联;(3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守,赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活.结果表明,黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势.在N沉降和降水持续增加的情景下,黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化.

基于土壤微生物可增强植物对全球变化的适应性,研究氮沉降背景下土壤微生物对根际土壤微生境生态化学计量特征的影响,进而探明生态化学计量特征变化对根际土壤微生物养分限制的调控规律.在土壤灭菌处理(灭菌土(+S)和非灭菌土(-S))基础上,对1年生柠条(Caragana korshinskii)盆栽苗木进行2种苗木接种AM真菌处理((接菌(+M)和未接菌(-M)),并设置氮添加处理(不施氮(CK)、低氮(LN,3g·m-2·a-1)、高氮(HN,6g·m-2·a1)).以非灭菌土未接菌条件下土壤原有微生物群落组成为基础,探究不同处理下微生境生态化学计量特征与微生物养分限制的关联性.结果如下:(1)灭菌土处理中,柠条菌根苗根际土壤中真菌相对丰度较非菌根苗在CK、LN和HN处理下分别显著提高了 82.20％、25.00％和59.84％.(2)非灭菌土处理中,LN处理的柠条非菌根苗根际土壤微生物生物量碳磷比较CK处理降低了 46.28％(P＜0.05),而柠条菌根苗微生物生物量碳磷比较CK增加了 56.76％(P＜0.05).(3)各氮添加处理下,灭菌土处理的柠条非菌根苗根际土壤与碳、氮相关土壤酶活性计量比,与碳、磷相关土壤酶活性计量比和向量长度均显著低于菌根苗(P＜0.05).(4)PLS-PM路径分析发现,微生物调控对微生物养分限制的总效应系数大于氮添加处理.综上,土壤原生菌和菌根真菌协同调节根际土壤酶化学计量比,进而增强土壤微生物养分限制对氮添加的适应.

大气氮沉降会影响植物功能性状的变异和进化,进而作用于植物个体和生态系统功能.研究草地生态系统植物功能性状在不同氮添加模式下的响应差异,对更准确地评估植物对环境变化的适应性至关重要.基于内蒙古草原野外长期氮沉降模拟实验平台,研究氮添加频率对优势物种羊草和冰草叶绿素含量的影响,结果表明每年一次氮添加使羊草叶绿素含量增加最多(15.21%),而每月一次氮添加对冰草叶绿素含量影响最大(增加了 14.74%).氮添加尤其是每年一次氮添加显著增加了土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量,并使土壤pH显著降低.这些结果表明:羊草叶绿素含量对低频率氮添加响应更明显,而高频率氮添加对冰草叶绿素含量的影响更显著,这两类物种间养分吸收策略存在明显差异.启示低频率氮添加可能高估了氮沉降对羊草叶绿素含量的影响,而低估了对冰草叶绿素含量的影响,这对准确预测植物叶片功能性状对大气氮沉降的变异具有重要意义,并将有助于应用到植物功能性状预测生态系统功能和过程响应未来全球变化的模型中.

植物细根和丛枝菌根(AM)真菌的养分觅食策略直接影响植物的生产力与碳汇能力,是森林生态系统稳定性的关键影响因素.养分觅食精度是养分觅食策略的重要方面,指植物将其根系、菌丝精准地部署到养分相对丰富斑块中的能力.然而,目前对内生菌根树种细根和菌根菌丝觅食精度间的权衡关系,以及细根形态能否较好地预测觅食精度仍存在争议.该研究对中亚热带天然常绿阔叶林内17个AM树种进行野外原位根袋磷添加实验,以模拟土壤中磷养分斑块.施加磷肥4个月后,对对照组和磷添加组的细根进行形态扫描和分析,采用膜过滤法提取土壤中的菌丝并用电子显微镜观测,筛选中部无隔膜且易于染色的菌丝作为AM内生菌根菌丝,计算其长度.在此基础上,计算根长觅食精度和菌丝觅食精度,以研究亚热带AM树种的根长觅食精度与菌丝觅食精度间的权衡及其与细根形态间的相关关系.主要结果有:(1)AM树种根长觅食精度与菌丝觅食精度间相互独立;(2)细根组织密度与根长觅食精度呈显著正相关关系;(3)细根直径与菌丝觅食精度呈显著负相关关系,比根长与菌丝觅食精度呈显著正相关关系.该研究结果有助于理解亚热带常绿阔叶林AM树种根系养分觅食策略,表明细根形态等易观测指标可用于评估AM树种细根养分觅食精度.

为揭示罗汉松土壤微生物对不同氮磷钾养分水平的响应及规律,该研究以两年生罗汉松(Podocarpus macrophyllus)幼苗为试验树种,采用L9正交试验控制盆栽土壤的氮磷钾养分水平梯度,使用稀释平板涂布法和Biolog-ECO微平板法探讨不同土壤氮磷钾养分水平对罗汉松土壤微生物量和群落多样性及其对6种碳源的利用特征.结果表明:(1)随氮添加量的增加,土壤细菌(P＜0.05)和放线菌数量(P＜0.001)减少,真菌(P＜0.001)及固氮菌数量(P＜0.01)显著增加,土壤微生物群落的Pielou指数(P＜0.001)降低,Simpson指数(P＜0.05)和McIntosh指数(P＜0.001)升高,从而降低了土壤微生物对6种碳源的利用强度,特别是对难利用碳源胺类(P＜0.001)、羧酸(P＜0.001)、聚合物(P＜0.001)及其他化合物(P＜0.001)的利用强度显著降低.(2)磷添加量的增加显著降低了土壤微生物群落的Shannon指数(P＜0.05).(3)钾添加量的增加显著降低了土壤微生物群落的Shannon指数和Pielou指数及微生物群落对碳水化合物和氨基酸(P＜0.01)两类易利用碳源的强度.综上所述,氮添加和钾添加是影响罗汉松土壤微生物群落功能多样性的主要因素,在罗汉松培育时应注意少量多次施肥,降低氮和钾的添加量,适当提高磷添加量,以促进罗汉松的生长及其可持续培育.该研究从微生物的角度为罗汉松施肥及管护提供了理论依据.

为探究钙添加对林地土壤的改良效应,在杉木新造林地中分别按两种氮、磷肥量(N1:50 kg/hm2,N2:100 kg/hm2;P1:50 kg/hm2,P2:100 kg/hm2)与3 种钙肥添加量(Ca0:0 kg/hm2,Ca1:100 kg/hm2,Ca2:200 kg/hm2)开展组合施肥试验,测定土壤理化性质与有效养分元素含量,分析钙添加对林地土壤环境的影响.结果表明:钙添加可以显著降低土壤容重,提高土壤pH、含水率,以及有机质、碱解氮、速效钾、交换性钙和交换性镁含量,对土壤有效磷含量的影响因氮、磷施肥处理不同而异;方差分析表明,土壤容重、pH,以及有机质、碱解氮、有效磷、交换性钙和交换性镁含量等7 个指标受到不同施肥因子的影响极显著并存在极显著交互作用,土壤含水率则受不同钙添加量的极显著影响.土壤理化性质与有效养分元素含量之间具有较强的正相关性.在传统氮、磷肥施肥基础上添加钙肥有利于改善杉木人工新造林地土壤环境,缓解土壤酸化及提高土壤有效养分供给,提高杉木人工林质量.

旨在探究喀斯特地区退化生态系统植被恢复树种凋落叶分解过程及其对土壤碳排放的激发效应,为选择合适的树种进行植被恢复提供数据支持.以中国林科院热带林业实验中心大青山石山树木园11种适应性强、耐干旱贫瘠的优良石山树种为研究对象,利用13C自然丰度法区分凋落叶和土壤来源CO2并量化土壤激发效应,比较不同生态恢复树种凋落叶分解及其激发效应的差异,探讨凋落物分解及其激发效应与凋落物性状之间的关联.结果表明:(1)11个生态恢复树种凋落叶在碳相关化学性质(水溶性碳、半纤维素和单宁含量等)、养分含量(磷和镁含量等)及化学计量特征(碳磷比和氮磷比)等方面均表现出较高程度变异.(2)不同生态恢复树种凋落叶分解及其诱导的土壤激发效应具有极显著差异(P＜0.001);在整个培养实验期间,11个生态恢复树种凋落叶平均分解了 35.3％,其中海南椴分解最快,达到50％,而青冈栎分解最慢,仅分解16.5％.(3)总体上看,凋落叶处理的土壤呼吸速率(5.1 mg C kg-1 土壤d-1)是对照土壤呼吸速率(2.3 mg C kg-1 土壤d-1)的2.2倍,凋落叶添加显著促进土壤有机碳分解,平均达到37.6％;其中海南椴、割舌树和任豆凋落叶输入则抑制土壤有机碳分解(抑制程度分别为-13.2％、-6.9％和-22.5％),产生负激发效应.(4)凋落叶分解与非结构性碳(r=0.63,P=0.04)和水溶性碳(r=0.91,P＜0.001)呈显著正相关,与叶干物质含量(r=0.64,P=0.03)、纤维素(r=0.62,P=0.04)和锰含量(r=-0.63,P=0.04)呈显著负相关.多元回归分析结果表明,水溶性碳、钾和钙含量相结合可以解释生态恢复树种凋落叶分解变异的98％;然而,凋落叶性状与土壤激发效应强度之间并没有显著相关性.从土壤养分归还角度考虑,喀斯特退化生态系统恢复树种可以选择光皮梾木、海南椴、顶果木和降香黄檀等凋落叶分解较快的树种,以促进土壤养分循环和植被恢复;另一方面,从土壤碳固持角度来看,海南椴、任豆和割舌树等凋落叶输入会抑制土壤有机碳分解,从而有利于提高退化生态系统土壤碳封存能力.