土壤团聚体稳定性是评价土壤结构和土壤肥力的重要指标.为探究固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响,该文以 17 年生的巨尾桉纯林(PP)与巨尾桉/马占相思(固氮树种)混交林(MP)为研究对象,采用干筛法和湿筛法分别测定 0～10 cm和 10～20 cm土层团聚体粒径分布及平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(Dm)、水稳定性团聚体含量(WSA)、团聚体破坏率(PAD)和团聚体稳定性指数(ASI)等稳定性指标.结果表明:(1)与PP相比,MP的土壤理化性质有不同程度的提升,其中以土壤pH、有机碳(SOC)及全氮(TN)最为显著.(2)MP 的土壤团聚体粒径分布优于PP,差异主要体现在>2.00 mm和<0.25 mm粒径中,均以大团聚体(>0.25 mm)为主;相较于PP,MP的土壤团聚体机械稳定性仅在 0～10 cm土层显著提高,但其团聚体水稳定性在 0～10 cm和 10～20 cm土层均显著提高.(3)Mantel分析结果显示团聚体稳定性与TN相关性最强,通过RDA分析进一步说明TN是驱动其团聚体稳定性变异的最关键因子.综上认为,固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体稳定性具有明显改善作用,该研究结果为南亚热带桉树人工林水土保持、养分管理及可持续经营等提供了科学的理论依据.

通过树种选择与配置优化提高土壤磷有效性进而促进树木生长是值得关注的问题.本研究在南亚热带人工林树种多样性平台开展研究,采用随机区组的试验设计方法,选取马尾松、米老排、格木、红椎、火力楠、灰木莲、土沉香、降香黄檀8个乡土树种,建立了 1、2、4和6个树种丰富度梯度的混交造林试验,测定了根际土壤生物有效磷组分(氯化钙磷、柠檬酸磷、酶磷和盐酸磷),探究不同树种配置对根际土壤生物有效磷组分的影响.结果表明:对比非固氮树种,固氮树种(格木和降香黄檀)的混交有效增加了土壤含水率、全氮含量、全磷含量和微生物生物量磷,树种合理配置有利于土壤生物有效磷的生成积累.固氮树种混交条件下,土壤氯化钙磷含量显著增加了 46.2％～160.3％,微生物矿化产生的酶磷提高了 69.3％～688.2％,盐酸磷增加了 31.5％～81.3％;土壤微生物生物量磷提高了 81.8％～149.4％,土壤微生物量氮增加了 88.1％～160.6％.冗余和相关分析显示,土壤微生物生物量磷、速效磷、全磷、蛋白酶、纤维二糖水解酶、酸性磷酸酶、微生物生物量氮和有机碳是驱动根际土壤生物磷组分差异的关键因子;固氮树种混交提高了酶磷和柠檬酸磷含量,这两种生物有效磷组分含量与林分树木胸高断面积呈显著正相关.固氮树种(格木)混交有效提升了根际土壤生物有效磷含量,有利于促进林分树木生长.

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.

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林.氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程.然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰.以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素.结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素.森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复.研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据.

根据对全球降雨格局的预测,降雨的季节分配和强度已发生明显变化.为探讨降雨季节分配对热带次生林幼苗生长及根系形态的影响,于广东省茂名市电白区的热带次生林开展短期人工模拟降雨实验,设置雨季推迟(DW)、雨季增雨(WW)和对照(CT,正常自然降雨)3种处理,探究2种固氮树种幼苗铁刀木(Cassia siamea)、大叶相思(Acacia auriculiformis)和 3 种非固氮树种香樟(Cinnamomum camphora)、红车(Syzygium hancei)、蒲桃(Syzygium jambos)不同功能型树种幼苗细根形态特征对降雨季节分配改变的响应.结果表明:雨季增雨显著增加了 5种幼苗细根的根长、根表面积、根体积、根生物量及比根长;显著降低香樟细根的根长和比根长,同时降低香樟粗根的比根长;显著增加红车粗根根长、根表面积、根体积和生物量,显著增加大叶相思粗根体积和根平均直径;雨季增雨处理显著增加了两种固氮树种铁刀木和大叶相思细根根长、根表面积、根体积和生物量,也显著增加了铁刀木细根的平均直径;雨季增雨处理显著增加红车细根根长、蒲桃粗根体积、香樟和红车的细根生物量;雨季推迟对幼苗根系的影响较小,仅显著降低香樟幼苗根长、大叶相思粗根表面积、蒲桃的粗根和香樟细根的比根长,仅显著增加红车的粗根体积和平均直径、铁刀木的粗根体积和蒲桃粗根平均直径;固氮树种在雨季推迟以及雨季增雨情况下,根系生物量、根体积等指标高于自然降雨;热带次生林5种幼苗根系对干旱(雨季延迟)具有一定的忍受性,细根对雨季增雨的响应更加敏感,雨季增雨对固氮树种细根形态特征的改变比非固氮树种更大,固氮树种对于异常降雨适应性更强;热带次生林林下幼苗根系形态能够较好地适应降雨季节分配的改变,进而维持群落的更新及稳定性.

根系分泌物和凋落物为土壤食物网提供了基础的养分资源.然而,不同树种纯林和混交林地下根系和地上凋落物对土壤线虫群落的影响机制尚不清楚.2019年9月在广西凭祥热带林业实验中心选取格木(Erythrophleum fordii Oliv.)纯林、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)纯林和格木×马尾松混交林3种林分类型,分别设置对照、阻断乔木根系、去除地上凋落物和阻断乔木根系并去除地上凋落物四组实验处理,于2021年3月对3种林分类型不同处理下的土壤线虫群落和土壤理化性质进行了调查.研究结果表明,无论哪种林分类型,阻断根系改变了土壤线虫群落的营养类群组成,显著降低了食真菌线虫相对多度,增加了植物寄生线虫相对多度;去除凋落物显著降低了土壤线虫密度、类群数、线虫通路比值和结构指数,增加了基础指数,表明去除凋落物降低了土壤食物网的稳定性.无论哪种林分类型,人工林中树木地下根系输入是构建土壤线虫群落营养类群组成的主要驱动因素,地上凋落物在维持土壤食物网稳定性方面发挥着重要的作用.此外,阻断根系和去除凋落物对混交林中土壤线虫群落没有显著的影响,表明含固氮树种的格木×马尾松混交林比人工针叶纯林土壤食物网的稳定性更高,因此建议采用引入固氮树种改造针叶纯林籍以增强人工林土壤生态系统的稳定性.

通过分析杉木采伐迹地营造阔叶树种尾巨桉和固氮树种黑木相思人工林后土壤微生物群落组成和酶活性,探讨造林树种转换对于改善杉木林地土壤微生物特性的影响.结果表明:树种转换对土壤微生物群落组成和酶活性的影响主要局限于0～ 10 cm土壤层.杉木转换为固氮树种黑木相思后,显著提高了0～10 cm土壤层总脂肪酸含量、真菌、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和放线菌生物量.主成分分析表明,黑木相思人工林土壤微生物群落组成与杉木和尾巨桉人工林具有显著差异,土壤中革兰氏阳性细菌、阴性细菌和放线菌丰度显著提高.在0～10 cm土壤层,黑木相思人工林土壤纤维素水解酶、乙酰氨基-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性均显著高于杉木和尾巨桉人工林.研究表明,杉木转变为固氮树种黑木相思后会显著提高微生物生物量和酶活性,有助于土壤有机质的恢复,加快养分循环过程.

微生物残留物是土壤稳定性碳库的重要组成部分,然而其对固氮树种的响应还不清楚.以辽东山区日本落叶松(Larixkaempferi)人工纯林和落叶松-赤杨混交林为研究对象,以氨基糖作为微生物残留物的生物标识物,研究了赤杨对落叶松人工林根际和非根际土壤氨基糖积累的影响.结果表明,混交林中落叶松根际和非根际各氨基糖单体含量均显著高于纯林,说明赤杨引入有利于土壤微生物残留物的积累.其中,混交林落叶松根际及非根际土壤氨基糖葡萄糖含量分别比纯林高出99.5％(P＜0.01)和154％(P＜0.01);胞壁酸含量分别比纯林高出66.1％ (P＜0.01)和132.3％(P＜0.01).赤杨引入对氨基葡萄糖/胞壁酸比值的影响不显著,但显著增加氨基糖对土壤有机碳的贡献.冗余度分析表明全氮是驱动土壤中氨基糖发生变化的主要因子.表明赤杨引入显著提高微生物固持的土壤碳库和有机碳稳定性,这对落叶松人工林合理经营具有重要意义.

豆科与非豆科树种混交作为一种人工林培育可持续发展模式,在保证木材产量和维持氮素平衡中发挥了重要作用.该研究通过大棚盆栽试验,设计3个施氮水平(0、3、6 g·株－1)及3种根系分隔方式(不隔、网隔、膜隔) ,分析了不同氮素水平及根系分隔模式对尾叶桉(Eucalyptus urophylla)与降香黄檀(Dalbergia odorifera)植株幼苗生长、叶片生理特性、根系形态及生物量的影响.结果表明:(1 )随施氮量的增加,尾叶桉与降香黄檀的苗高、地径均呈递增趋势;不同根系分隔模式下,尾叶桉苗高、地径均在不隔模式下生长最好,降香黄檀则在膜隔模式下生长最好. (2)与不施氮处理相比,施氮3 、6 g·株－1水平下尾叶桉与降香黄檀叶片的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性及可溶性蛋白含量均显著升高,而丙二醛(MDA)含量则呈降低趋势. (3)尾叶桉与降香黄檀根系的总长度、总表面积、总体积、平均直径、根尖数和比根长均随氮素水平的增加而增加,且各氮素水平间的差异显著;同一氮素水平下,尾叶桉的根系生长总体表现为不隔＞网隔＞膜隔,而降香黄檀根系生长则表现为膜隔＞不隔＞网隔,且两树种不同分隔模式间差异显著. (4)尾叶桉与降香黄檀各器官生物量及总生物量均随施氮量的增加而增加,并在6 g·株－1施氮水平下生物量最大;各器官生物量分配中,尾叶桉各器官生物量所占比例大小依次为:茎(40 .59%)＞叶(32 .37%)＞根(27 .04%) ,降香黄檀各器官生物量所占比例大小依次为:根(47 .67%)＞茎(40 .08%)＞叶(12 .25%) .研究表明,尾叶桉与降香黄檀混交一定程度上扩展了根系横向和纵向水平的养分生态位,扩大了根系吸收土壤养分的空间,同时根系互作提高了降香黄檀的固氮能力,对土壤有效氮的产生有较大影响.

土壤微生物残留物是稳定性碳库的重要组分,然而固氮树种引入对落叶松人工林土壤团聚体微生物残留物分布的影响还不清楚.为了阐明固氮树种对不同团聚体粒级内微生物残留物分布的影响,本研究以氨基糖作为微生物残留物的生物标识物,比较了辽东日本落叶松人工纯林和落叶松与固氮树种赤杨混交林土壤团聚体氨基糖的分布特征.结果表明:赤杨引入不影响团聚体氨基糖的分布,但显著提高了团聚体氨基糖含量.与纯林相比,混交林土壤不同团聚体各粒级总氨基糖含量增加1.3～1.7倍.其中,混交林土壤团聚体内总氨基糖增加量的66.5％ ～66.9％来自氨基葡萄糖,30.0％～30.6％来自氨基半乳糖,2.5％～3.2％来自胞壁酸.赤杨引入显著提高了＞2000 μm和＜250 μm团聚体中的氨基葡萄糖/胞壁酸值,但不影响250～2000 μm粒级团聚体中真菌和细菌残留物的相对贡献.此外,赤杨引入增加了土壤不同团聚体内的氨基糖对土壤有机碳的贡献,但不影响团聚体粒级之间的微生物贡献,说明赤杨对微生物贡献的影响存在空间均一性.