为明确砂田表层土壤养分对连作的响应规律,深入揭示砂田性能逐年退化机理,文章基于国内外已发表的16篇相关文献的586组有效数据,借助Meta-analysis方法进行整合定量研究,定量分析覆砂1-3年农田与其他连作年限砂田(4-6年、7-9年、10-12年、13-15年、16-20年)在表层土壤水分状况(SWC)、养分特性(有机质SOM、全氮TN、全磷TP、全钾TK、碱解氮AN、速效磷AP、速效钾AK、全盐TSS)和酸碱环境(pH)方面的差异效应,系统阐释砂田表层土壤养分特性逐年变异的发生路径及驱动因素,进而综合评估其肥力水平.结果表明:伴随种植年限的增加,砂田表层土壤水分储量和养分强度整体呈现下降态势(P＜0.05),4-20 年的土壤 SWC、SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK 含量分别较 1-3 年减少 39.06％、14.21％、14.96％、10.06％、8.20％、15.87％、37.01％、18.60％(P＜0.05).表层土壤 SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK 主要于 10-12 年开始大幅流失(P＜0.05),而4-6年土壤SOM、TP、TK、AK含量的相对变化则不显著(P＞0.05).砂田在耕作12年内具有显著压盐效果,12年以后的表层土壤TSS含量则开始呈现逐年增加的发展趋向(P＜0.05),其土壤pH整体增加1.29％(P＜0.05).连作年限是砂田表层土壤TN、TP和AK变异的关键因子;SWC则为土壤SOM、AP和TSS演化的主导要素.总体而言,砂田在连作10年左右即可出现明显的养分亏缺状态.因此,亟需提出科学合理的农田管理措施,以有效提升退化砂田的土壤肥力水平.

揭示中国北方退化荒漠草地土壤有机碳分布积累对草地恢复的响应规律和驱动机制,可为科学治理退化草地、阐明草地恢复的土壤碳汇效应提供科学依据.以鄂尔多斯高原不同恢复阶段(流动沙地、恢复前期、恢复中期和恢复后期)的退化草地为研究对象,分析了 0-10 cm,10-20 cm和20-40 cm的土壤有机碳对草地恢复的响应,并采用多种统计方法分析土壤有机碳的驱动因素.结果表明:(1)草地恢复显著增加了不同深度的土壤有机碳(P＜0.05),恢复后期可使0-10 cm、10-20cm和20-40 cm 土壤有机碳分别增加8.28倍、6.44倍和9.46倍.(2)不同深度土壤有机碳的驱动因素不同:植被盖度和植物多样性共同控制0-10cm 土壤有机碳的积累,而下层土壤(10-20 cm和20-40 cm)有机碳积累受到养分限制(土壤氮素)的影响,并且这种影响会随着土壤深度的增加而加强.研究结果可为合理恢复退化草地提供理论依据,同时还为通过草地恢复促进土壤碳循环以实现双碳目标提供了证据.

揭示次生演替过程中土壤细菌群落对植被类型变化的响应格局,有助于深化对生态系统地上地下相互作用机制的理解.该研究以上海大金山岛处于演替前、中和后期的落叶灌丛、落叶阔叶林和常绿阔叶林为对象,通过测定土壤碳、氮、磷含量以及土壤细菌群落特征,分析土壤细菌多样性、类群关系网络结构和标志性类群如何随植被演替而更替.结果发现:土壤养分含量在常绿阔叶林显著高于落叶阔叶林,但土壤细菌多样性在落叶阔叶林显著高于常绿阔叶林,土壤养分含量和细菌多样性在落叶灌丛处于中等水平.土壤细菌的相关性网络节点、密度和复杂性在落叶阔叶林最高,在落叶灌丛中等,在常绿阔叶林最低.落叶灌丛和落叶阔叶林的优势土壤细菌分别为根瘤菌目(Rhizobiales)和伯克氏菌目(Burkholderiales)等具有潜在固氮功能的类群,常绿阔叶林的优势土壤细菌为黄单胞菌目(Xanthomonadales)和嗜热芽菌目(Thermogemmatisporales)等具有潜在致病和抗病性功能的类群以及酸杆菌目(Acidobacteriales)等与纤维素降解相关的类群.该结果表明:海岛植被演替过程中,植物种类组成和土壤养分供给性的改变会极大地重塑土壤细菌多样性、群落组成、互作网络结构和标志类群.海岛常绿阔叶林显著更低的土壤细菌多样性、趋于松散简化的细菌网络结构以及具有潜在致病和抗病功能的标志类群的出现,说明了顶极群落地下部分对地上部分退化趋势的响应.

杉木是我国特有的重要人工用材树种.近年来,由于不可持续的造林措施,杉木人工林存在着土壤肥力退化、生产力下降等问题.混交林与纯林相比在林分稳定性、抗御病虫害、提高林地生产力以及发挥森林多种效益等方面有明显优势,营造混交林是解决目前杉木人工林生产力下降等问题的理想途径.对 1985-2021 年国内杉木混交林的研究成果进行归纳总结,讨论营造混交林对杉木林下土壤理化性质、养分循环、微生物、酶活性和生产力的影响,阐明混交可平衡土壤微生态、增加凋落物和土壤有机质含量,提高土壤肥力和生产力.可为改变杉木林树种单一、纯林化的现状,充分发挥杉木林生态效益提供理论依据.

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.

人工植被恢复是喀斯特退化山地生态修复的重要途径之一.本研究探讨了喀斯特山地滇柏(Cu-pressus duclouxiano)纯林、刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林和滇柏-刺槐混交林等3种类型人工林和未造林地(对照)的土壤养分含量和土壤酶活性及其相关性,为该地区选择适宜的造林树种和方式、改善林地土壤质量提供参考依据.结果表明:(1)4种类型样地土壤均呈碱性,且人工林土壤pH值均显著低于未造林地;人工林土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量均显著高于未造林地;全钾、速效钾含量均显著低于未造林地.(2)除碱性磷酸酶外,其余4种土壤酶活性均在滇柏-刺槐混交林中最大.3种类型人工林土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性均高于未造林地.(3)脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶等受土壤养分影响的主要因素不同,过氧化氢酶活性与养分指标之间相关性不显著.(4)冗余分析结果表明,土壤全氮、全磷对喀斯特不同类型林分土壤酶活性影响显著,能解释酶活性变异的60.7％,酶活性-养分特征关系方差累计贡献率为78.8％.喀斯特退化山地营建的人工林植被可提高林地土壤养分含量与酶活性,从而改善土壤质量,并为进一步提高人工林生态系统服务功能和稳定性,改善区域生态环境质量奠定基础.

森林类型和林龄是影响土壤酶活性的重要生物因子,但人工林和天然次生林两种森林恢复模式对土壤酶活性随林龄的变化规律及其影响机制还不明确.本研究以亚热带杉木人工林和天然次生林(5、8、21、27和40年生)为对象,探究与土壤碳、氮和磷循环相关的4种土壤酶[纤维素水解酶(CBH)、β-葡萄糖苷酶(βG)、酸性磷酸酶(AP)和乙酰氨基-葡萄糖苷酶(NAG)]活性对林龄的响应特征.结果表明:土壤酶活性在不同林型中呈现不同的变化趋势.杉木人工林土壤AP、βG和CBH活性显著高于天然次生林,而土壤NAG活性无显著差异.对于杉木人工林,随着林龄的增加,土壤AP活性呈降低趋势,5年生林分AP活性显著高于其他林龄阶段62.3％以上;土壤NAG和CBH活性呈先降低后增加趋势,土壤βG活性呈波动变化.对于天然次生林,随着林龄的增加,土壤NAG活性呈波动变化,8年生和27年生林分显著高于其他林龄阶段14.9％以上;土壤βG和CBH活性呈先增加后降低趋势,而土壤AP活性无显著差异.逐步回归分析表明,影响杉木人工林和天然次生林土壤酶活性的最优模型中,土壤预测因子解释了其变异的34％以上.综上,杉木人工林随着林龄的增加其土壤肥力有退化的风险,天然次生林则更有利于维持森林生态系统土壤肥力.

针对世界性的草原普遍退化,以及人类利用的影响问题,该文阐述了生态系统恢复、生态演替中气候顶极、环境变化与草原状态转移、放牧利用与干扰顶极,以及人工辅助干预恢复,提出了退化草原生态系统恢复的路径与状态模式.该文特别强调:应该以生态系统为视角开展退化草原恢复,而非仅考虑植被或土壤等单一过程;同时注重干扰下的退化草原恢复,其恢复状态可能存在多个选择.退化草原恢复包括3种基本方式:1)依渐进式恢复的生态演替理论,在环境条件较好,退化程度处于中轻度的草原,借助系统自组织性,以"自然演替"能够达到顶极或近顶极状态;2)人工辅助干预恢复:对重度或极度退化草原,突破由于非生物(土壤物理、养分等)与生物(植物定植、物种相互作用等)因素带来的限制,使用工程、物理、化学及生物生态等方法,可以恢复到某种平衡或稳定状态,或者顶极状态;3)放牧干扰恢复:通过适度家畜放牧,调控生态系统基本结构(物种组成、多样性)、主要过程(生产力形成、养分循环、反馈作用),进而促进与维持较高的草原生态系统多功能性与稳定性,对于处于中轻度的退化草原可以选择这种恢复方式.总之,退化草原恢复的目标是实现其长期稳定的生态系统多功能性.

阐明植被恢复过程中土壤真菌群落的变化及其生态功能,对于制定科学有效的退化生态系统管理措施有重要参考价值.利用扩增子高通量测序技术和生物信息学分析解析了华北退化荒地自然恢复(对照组,CK)和建植豆科植物和禾本植物人工草地(分别为LG和GG处理)过程中土壤真菌群落结构和功能群特征差异.结果表明:(1)退化荒地土壤表层样品中共获取6315 个真菌 OTU,隶属于 17 门 60 纲 145 目 347 科 896 属,优势菌门为 Ascomycetes、Mortierellomycota 和 Basidiomycetes,LG 处理相较于CK的Basidiomycetes相对丰度明显升高,GG处理相较于CK的Mortierellomycota相对丰度明显提高.(2)土壤真菌功能群类型以腐生真菌为主,共生真菌次之,病原真菌占比最少.建植人工草地对腐生真菌和共生真菌相较于病原真菌的功能群组成影响更明显,并导致腐生真菌相对丰度升高,共生真菌相对丰度降低.(3)土壤真菌群落结构受植物物种丰富度、根系生物量等植被参数变化的显著(P＜0.05)影响,且与土壤有机碳、总氮、速效氮、总磷等土壤养分水平显著(P＜0.05)相关.本研究的结果有助于深入理解建植人工草地对土壤真菌群落结构和功能的影响,并为华北退化荒地植被恢复策略提供理论依据.

为明确围栏封育对斑块化退化高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)不同组分的影响,本研究选取青藏高原黄河源区斑块化退化高寒草甸进行围封试验,设置4个围封年限(1、2、5、11 a)和1个正常放牧对照,研究NEE及组分对不同围封年限的响应.结果表明,围封5 a退化高寒草甸总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)显著大于正常放牧、围封1 a、2 a和11 a,围封2 a和5 a退化高寒草甸NEE显著小于正常放牧、围封l a和11 a样地(P＜0.01),其他NEE组分对不同围封年限的响应情况不一致.植被自养呼吸(Ra)、根系呼吸(Rr)和土壤异养呼吸(Rh)占ER的比例在不同围封年限间差异显著(P＜0.01).此外,土壤温度与NEE呈二次曲线的关系,与ER以及除Rh以外的其他呼吸组分呈指数关系,土壤含水量与NEE、GPP、ER、土壤呼吸(Rs)、Ra、Rr呈线性关系(P＜0.05).全氮、全磷、生物量和NEE及组分存在显著的相关关系.说明围封5 a能显著提高退化草地的土壤养分和固碳功能,并能维持草地生产力,无需进行长期围封.