消落带土壤由于在水陆交替的特殊生境和复杂的地球化学共同作用下形成,具有独特的理化性质和生态功能.各营养盐含量在时间和空间上具有较高的变异性,土壤中有机质的分布及迁移和转化均受到复杂的影响.针对官厅水库流域上游妫水河段消落带,选择典型消落带落水区,对该区土壤有机质含量的时空分布特征进行研究.结果表明:1)研究区消落带土壤有机质含量较为贫瘠,变化范围在1.64-26g/kg之间,平均值仅为13.16g/kg,变异系数达50.59％.说明消落带由于季节性干湿交替的特殊水文条件的影响,土壤养分的分布具有较高的空间异质性.淹水频繁区有机质含量平均值为15.74g/kg,高于长期出露区的10.12g/kg,且变异系数为41.38％,小于长期出露区的54.98％.说明淹水频繁区对土壤养分的持留能力更强,且周期性的淹水条件使得研究区近岸具有相似的生境类型,不同采样点土壤有机质含量的差异相对较小.2)不同植物群落下,芦苇和香蒲群落土壤有机质含量最高,平均值为17.08g/kg;含量最低的是以小叶杨和白羊草为主的中旱生植物带,平均值为9.12g/kg;其次是酸模叶蓼、大刺儿菜为优势物种的湿生植物带,土壤有机质含量平均值为15.49g/kg.3)不同土壤层次有机质含量差异较大,总体变化趋势均由表层向下逐渐减少,各层之间体现出显著差异性(P＜0.05).研究区土壤C/N变化范围在1.64-18.95,平均值为8.95.说明研究区土壤碳氮比相对较低,有机质的腐殖化程度较高,且长期出露区土壤有机质更容易发生分解,C的累积速度远小于N.土壤C/N垂直分布大致呈先增大后减小趋势,在30cm处达到最大值,而后随着土壤深度的增加逐渐减小.4)消落带土壤有机质分布的影响因素分析中,土壤有机质与全磷呈极显著正相关,相关系数为0.62(P＜0.01);与土壤全氮和C/N呈显著正相关(R=0.57,0.60;P＜0.05).这说明研究区土壤全磷、全氮、C/N和有机质明显具有相同的变化趋势,和有机质存在相互影响.其次,土壤有机质和湿度在呈显著负相关(R=-0.51;P＜0.05),表明研究区土壤湿度对有机质含量具有显著的影响.气候因子中,温度对研究区土壤有机质的分布具有显著的影响,相关系数为-0.51 (P＜0.05).植被因子中,植被覆盖度和土壤有机质含量呈显著正相关,相关系数为0.64,表明植被因子也是影响土壤有机质分布的重要因素之一.

2015年7月,选取闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及二者交错带湿地为对象,研究了两种植被空间扩展过程中植物-土壤系统全硫(TS)含量的空间变化特征.结果表明,不同湿地表层土壤的TS含量表现为交错带湿地＞短叶茳芏湿地＞芦苇湿地,其差异主要与两种植被的空间扩展改变了交错带湿地土壤的质地及有机质等参数,进而对硫的迁移及转化过程产生重要影响有关;交错带不同植被的根系分布及其对土壤硫养分的竞争导致土壤TS含量的水平和垂直变异性均较芦苇或短叶茳芏纯群落发生较大改变,其土壤的TS含量受芦苇根系分布的影响更为明显,含量和储量均在深层土壤中较高.芦苇与短叶茳芏的空间扩展改变了两种植被的株高、密度及生物量分配格局,尽管二者在交错带中的地下生物量分配比均高于纯群落,但芦苇地下空间占据能力要高于短叶茳芏.研究发现,芦苇与短叶茳芏的空间扩展是双向过程,二者在空间扩展中通过不同的硫养分吸收、累积与分配策略适应竞争环境,即交错带湿地中的芦苇通过增加根部对硫养分的累积能力来保持其竞争力,而短叶茳芏则通过拓展地上空间及提高地上器官的硫养分累积能力来抗衡芦苇的空间扩展.

放牧牲畜粪便沉积是影响草地土壤养分动态的重要途径之一,粪便降解过程调控着其养分返还效率,从而可能对草地土壤养分平衡和植被生长的养分供应等产生重要影响.针对放牧牲畜排粪行为特性、牲畜粪便的物质组成及其降解过程、以及粪便养分归还对土壤养分动态的影响等进行了系统论述,阐明了牲畜粪便降解与其养分迁移转化的关系,以及粪便养分输入对放牧草地生态系统养分生物地球化学循环的影响效应和可能的作用机制,以期为加深对牲畜粪便降解的养分动态变化过程的认知和厘清粪便-植物-土壤体系养分迁移和转化的影响机制积累理论基础,进而为优化牲畜粪便管理模式、维持土壤养分平衡和促进草地生态系统的健康协调和可持续发展提供科学依据.

放牧是人类管理利用草地生态系统的最主要途径之一.食草动物的采食、践踏、卧息和排泄物归还等干扰不仅会改变草地地上植物群落,也会对土壤养分循环产生显著的影响.随着人类活动的加剧,放牧强度和频率也在逐渐增加,从而对草地土壤氮素循环关键过程产生重要影响.放牧主要通过改变土壤的物理性质、土壤氮库以及微生物的组成和结构,进而影响氮素在土壤中的迁移与转化.适度放牧会促进土壤氮素的矿化过程和硝化过程,加快氮素的周转,有利于植物吸收可利用氮素,而对于反硝化的影响与草地的水热条件和土壤类型等密切相关.目前,关于放牧强度对土壤氮素循环关键过程影响的研究结果不一致,其影响机制尚不明晰,尤其对于不同类型的草原仍存在较大的差异.本研究在大量查阅国内外已有研究结果的基础上,论述了放牧对土壤氮素循环关键过程的影响效应,总结了放牧对土壤氮素循环的影响机制,指出了目前研究过程中存在的不足,并对未来研究中值得重点关注和深入研究的科学问题进行了探讨与展望,为进一步理解放牧对草地土壤氮素循环的影响提供参考.

土壤不仅能够产生、排放温室气体N2O,还具有截留、吸收、转化N2O的能力.土壤消耗N2O已经成为很重要的一种降低大气N2O浓度的途径,但目前关于土壤N2O消耗过程及其微生物调控机制的系统研究较为缺乏.试验以浅表层水稻土柱(0-5cm)为研究对象,通过外源添加N2O气体研究N2O迁移通过淹水土柱的动态过程,以及N2O消耗能力与氧化亚氮还原酶基因丰度变化和其他土壤养分含量变化的联系,揭示浅表层水稻土N2O消纳量与N2O还原微生物之间的耦合关系.结果 显示,淹水厌氧条件下5 cm土壤深度外源添加的N2O迁移通过浅表层土柱后,仅有7.17-9.80％部分逸散出土表,表明0-5 cm淹水水稻土层具有极强的N2O截留能力(90％以上)而减少N2O净排放量.排放出土表的N2O也可被淹水土柱继续吸收消耗,且吸收转化速率随N2O浓度增加而大幅提高,最高可达到3896.75 μg N m-2 h-1.与此同时,土壤DOC含量大量消耗,含nosZⅠ基因的反硝化微生物数量显著增长(P＜0.01),而nosZⅡ基因丰度的无显著变化.说明高浓度N2O添加能够促进淹水土壤N2O吸收消耗能力,此刺激作用可能主要由含nosZI基因的N2O还原微生物进行调控.浅表层土壤强大的N2O吸收消耗功能可进一步深入系统研究,为实践温室气体减排提供理论基础.

我国土壤重金属污染问题日益突出.作为一种绿色、安全的生物修复技术,植物修复技术备受关注.根系分泌物作为植物-土壤-微生物三者物质交换与信息传递的重要载体,是植物响应外界胁迫的重要生理生态指征,在植物修复过程中发挥关键作用.研究表明,根系分泌物能够有效调控根际微环境,提升植物抗逆能力,影响重金属在根际微域中的环境行为.传统的根际生态研究更多聚焦在养分调控等方面,而关于根系分泌物在污染场地生态修复中的作用机制研究相对较少.本文综述了根系分泌物对土壤理化性质、土壤微生物、植物生理代谢过程以及重金属在土壤-植物系统中迁移转化等方面的影响,系统总结了植物根系分泌物响应重金属胁迫的生理生态机制,并对未来土壤重金属污染生态修复研究方向进行了展望.

剖析天然次生林生态化学计量与C、N同位素丰度的关系,能够阐明元素平衡对同位素分馏的影响规律,深刻揭示生态系统资源分配机制与利用策略.以贵州白云岩地区马尾松林(Pirus massoniana forest)、山胡椒林(Lindera glauca forest)、烟管荚蒾林(Viburnum utile forest)、化香林(Platycarya strobilacea forest)和白栎林(Quercus fabri forest)为对象,厘清叶片-凋落物-土壤连续体的生态化学计量特征与C、N同位素丰度及其内在关联.结果表明:(1)不同群落叶片、凋落物、土壤C、N、P含量存在差异,总体为叶片＞凋落物＞土壤,N在连续体间的继承性较强,C则较弱.(2)不同植物群落连续体间C∶N、C ∶P、N ∶P差异显著,5种群落均受到N元素限制,化香林和白栎林还受P限制;烟管荚蒾林C ∶N、C ∶P与化香林N ∶P显著性较高,植物通过协调化学计量平衡以满足自身生长发育和适应环境的需求.(3)叶片、凋落物、土壤δ13C分别为-32.45‰—-29.22‰、-30.11‰—-28.85‰、-26.06‰—-6.83‰,δ15N 依次为-8.36％—-1.17‰、-6.79‰—-2.22‰、3.22‰-7.12‰,总体上元素迁移转化存在一致性.(4)叶片-凋落物-土壤连续体中,化学计量与815N的相关性高于δ13C,土壤化学计量与813C、815N具有更强的耦合效应.结果可为贵州白云岩地区生态系统养分科学管理提供理论依据.