研究土壤养分生态化学计量特征有助于判断土壤质量和认识养分之间的耦合关系.在湿地系统,关于候鸟活动对湿地土壤养分及其化学计量关系的影响仍缺乏了解.本研究选择典型候鸟栖息分布区域——鄱阳湖东湖苔草洲滩,基于候鸟大集群性特征和前期调查,将候鸟集群中心区域、边缘区域和临近天然草滩作为重度、轻度和无候鸟活动(对照)区,分析不同候鸟活动强度下0～100 cm剖面土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)及其化学计量比.结果表明:候鸟活动仅对0～30cm 土壤养分含量影响显著,候鸟轻度活动显著增加了 0～30cm 土层的SOC和TN,候鸟轻度和重度活动均显著增加了 0～30cm 土层的TP;无、轻度和重度候鸟活动下0～100 cm剖面土壤C/N分别为10.0、10.8和9.9,C/P分别为23.5、30.0和22.7,N/P分别为2.3、2.7和2.3,仅0～30 cm 土层的C/N、C/P和N/P在轻度候鸟活动下显著增加,而所有土层化学计量比在重度候鸟活动下均无显著变化.土壤化学计量比与土壤理化性质具有显著的相关性,SOC、TN和TP等是候鸟活动下影响鄱阳湖湿地土壤碳氮磷化学计量比的主要因子.综上,候鸟活动对鄱阳湖湿地土壤碳氮磷化学计量比的影响存在深度阈值(约30 cm),且这些影响多符合"适度干扰假说",研究结果为湿地与候鸟的保护提供了新的视角.

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳库的核心组成部分,其动态平衡受气候、土壤、植被、地形及人类活动等的影响,但在不同的空间尺度上,这些影响因素的相对重要性和差异还不明确.为阐明不同尺度和不同土层深度土壤有机碳密度(SOCd,kg/m3土壤)的环境影响因子差异,选用全球113571个土壤剖面SOCd测量数据以及38个环境协变量数据,利用数据挖掘方法,分析了全球尺度和生物群系尺度不同土层深度SOCd的控制因子,并量化了空间自相关对相关结果的影响.研究结果表明:仅空间自相关就能解释全球尺度不同土壤深度13％-20％的SOCd空间变异,但是随土壤深度的增加,空间自相关的解释率降低.在剔除空间自相关的影响后,分析结果表明:全球尺度上,气候因素对SOCd空间变异的解释率最高,但只能解释17％—20％,这种解释率在不同土层之间没有显著差异.在生物群系尺度上,除北方森林地区,气候因素能够解释SOCd空间变异的24％—37％;而在北方森林地区,地形是影响SOCd空间变异的重要因素,对SOCd的解释率为21％—43％.这些结果表明,SOCd的控制因子在不同的尺度上明显不同.无论是在全球尺度上,还是生物群系尺度上,如果不考虑空间自相关,地形的影响会被低估,其他环境因素的影响被严重高估.为了准确计算全球与生物群系尺度上各土层SOCd分布的控制因子及其分异情况,空间自相关必须被考虑.

土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,影响着土壤形成和肥力、植物生长和胁迫耐受性、养分周转和碳储存等过程.本研究于山西亚高山鬼箭锦鸡儿灌丛采集了腐殖质层、0～10、10～20、20～40、40～80 cm 土壤样品,探究不同深度土壤细菌群落组成、多样性以及土壤剖面细菌群落的构建机制.结果表明:芦芽山鬼箭锦鸡儿灌丛优势细菌门为放线菌门(19％～28％)、绿湾菌门(10％～36％)、酸杆菌门(15％～24％)和变形菌门(9％～25％).芦芽山鬼箭锦鸡儿灌丛土壤细菌群落α-多样性沿土壤深度的增加而显著降低,并且不同深度土壤细菌群落的β-多样性存在显著差异.土壤pH、含水量和酶活性是影响细菌群落分布格局的主要生态因子.腐殖质层和0～10cm 土层土壤细菌群落具有更复杂的相互作用关系,但整体上鬼箭锦鸡儿灌丛土壤细菌群落以共存作用为主.土壤细菌群落的构建主要以随机过程为主.

基于宁夏全区121个土壤剖面样点,研究不同深度(0-30、30-80、80-120cm)土壤有机碳的空间分布特征,通过相关性、方差分解和构建结构方程模型,分析气候、植被和土壤因素对宁夏不同深度土壤有机碳的影响及其作用途径.结果表明:(1)宁夏不同深度土壤有机碳含量均呈现中间低南北高的空间分布趋势,0-120cm剖面土壤有机碳含量随着土壤深度的增加而降低,土壤有机碳含量均值为5.49g/kg,变异系数达90.71％,含量偏低且空间异质性强.(2)各土层土壤有机碳与年均气温、干燥度、碳酸钙、pH均呈现极显著的负相关性(P＜0.01),与年均降水量、相对湿度、植被净初级生产力、全氮、全磷、全钾、钙离子、阳离子交换量、粘粒含量均呈现极显著的正相关性(P＜0.01).(3)各因素对不同土层土壤有机碳的作用方式和影响程度有差异.土壤全氮、全磷、碳酸钙、阳离子交换量均能直接影响土壤有机碳,年均气温和植被净初级生产力对土壤有机碳的直接影响效应不显著,主要通过土壤属性间接影响土壤有机碳含量.随着土层深度的增加,气候和植被因素作用明显减弱,土壤因素作用增强并成为主要影响因素.该结果有助于宁夏土壤有机碳含量预测与评估的指标筛选,为区域生态系统环境因素与土壤碳循环的关系提供理论依据.

土壤可溶性有机碳(DOC)是森林土壤碳库中最活跃的部分,其对气候变暖的响应将深刻影响森林生态系统碳循环.本研究基于亚热带常绿阔叶林野外增温实验平台,原位收集土壤溶液,结合紫外可见光谱、红外光谱和三维荧光光谱分析,探究土壤剖面DOC通量及组成对增温(+4 ℃,1年)的响应.结果表明:土壤DOC通量在土层之间没有显著差异.土壤DOC主要由2个类腐殖酸组分和1个微生物代谢产物组分组成.与对照相比,增温显著降低了土壤DOC通量,降低了土壤溶液芳香化指数和疏水组分比例,增加了小分子碳水化合物的含量.此外,增温还提高了表层土壤(0～10 cm)类腐殖酸组分的相对贡献,增加了深层土壤(30～40 cm)微生物代谢产物组分的相对贡献,这在一定程度上表明变暖加速了深层土壤微生物周转.总体来说,土壤增温降低了亚热带常绿阔叶林土壤DOC数量,使DOC结构趋于简单.

微生物生物量与群落结构在碳循环过程中起着至关重要的作用.底层土存有大量有机碳,但有关微生物群落的研究多集中在表层土壤,深层土壤的微生物群落变化及影响机制尚不确定.本研究采用磷脂脂肪酸技术分析西南地区西双版纳热带雨林、哀牢山亚热带阔叶林和丽江温带针叶林3种森林生态系统不同土壤深度(0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm)的土壤微生物生物量及群落结构,探讨其在不同森林类型及土壤深度下的变化特征及影响因素.结果表明:随土壤深度的增加,3种森林生态系统的有机碳和全氮逐渐降低,微生物生物量显著下降;真菌∶细菌比(F∶B)逐渐减小,革兰氏阳性菌∶革兰氏阴性菌比(G+∶G-)显著增大,微生物群落结构由G-为主的富营养型细菌结构逐渐转变为以G+为主的寡营养型细菌结构.3种森林生态系统的土壤生物量没有显著差异,但微生物群落结构差异显著.哀牢山亚热带阔叶林与丽江温带针叶林0～20 cm的F∶B显著大于西双版纳热带雨林,而西双版纳热带雨林0～100 cm的G+∶G-显著大于丽江温带针叶林和哀牢山亚热带阔叶林.冗余分析发现,土壤有机碳、全氮和碳氮比(C∶N)等是影响微生物生物量的主要因素,共同解释度为78.3％.逐步回归分析表明,C∶N是影响F∶B和G+∶G-的最主要驱动因子.随着土壤深度的增加,微生物群落结构的改变和微生物生物量的下降可能强烈影响西南地区森林土壤有机碳的动态变化.

黄土高原退耕还林(草)工程实施20年来,长期苹果种植导致了普遍的土壤干层和大量的硝态氮累积,严重制约了农业和区域经济可持续发展.因此,明确不同树龄苹果园改种粮食作物后对深层土壤干层恢复(土壤水分变化)、土壤硝态氮累积与运移的影响,对于黄土高原土壤质量改善和农业可持续发展具有重要意义.以渭北旱塬为研究区,选取10、15、20、30a树龄的苹果园以及对应树龄苹果园改种为2、5a和6a粮食作物为研究对象,通过对比分析各样地0—10m剖面的土壤含水量、土壤储水量和硝态氮含量的差异,基于空间换时间的方法定量评估苹果园改种为粮食作物后对于深层土壤水氮的影响.结果表明:(1)不同林龄苹果园改种粮食作物后土壤水分迅速恢复,在2年之内均可恢复到7.0m左右深度.(2)改种后土壤储水量对于改种后土壤硝态氮累积量的直接影响最显著,不同林龄苹果园改种粮食作物后,土壤剖面中硝态氮随着土壤水分的恢复发生了不同程度的淋失.改种前苹果园种植年限对于改种后土壤硝态氮累积量起决定性作用,改种前林龄越长,改种后硝态氮累积量越大、淋失深度越浅.(3)土壤累积硝态氮的淋失滞后于土壤水分的向下运动.可见,不同林龄苹果园改种粮食作物后土壤水分均迅速恢复,加速了硝态氮的淋失,然而土壤水分与硝态氮的向下运动并不一致.在进行改种时需要综合考虑土壤水分恢复的同时硝态氮迅速淋失造成土壤质量下降的问题.研究对合理优化土地利用结构以及改善土壤质量等具有深远的意义.

为了准确估算土壤有机碳储量,利用网格法采集2755个土壤剖面,共计23536个土壤样品,研究了喀斯特小流域土壤有机碳含量分布特征,并以“土壤类型法”为基准,对土壤分布面积、石砾含量、岩石裸露率、土层厚度等指标进行修正,合理的优化了土壤有机碳储量计算公式,探索出一种专属于喀斯特地区土壤有机碳储量的估算方法,结果表明:不同土层深度和土壤类型下土壤有机碳含量存在明显差异,土壤有机碳含量随着土层深度的增加而逐渐减小,不同土属的有机碳含量减小的幅度有所差异,不同坡位和坡向的有机碳含量大小为:阳坡＞阴坡,坡中上部＞坡顶＞坡中＞坡中下坡＞坡底,不同土地利用方式下土壤有机碳含量大小顺序为:林地＞灌草地＞旱地＞水田;土壤有机碳含量与坡度、海拔、岩石裸露率均呈极显著正相关关系,与土层厚度、土壤容重呈显著负相关;喀斯特地区土壤异质性较大,不同修正指标对土壤有机碳储量估算的影响程度为:土壤厚度＞岩石裸露率＞石砾含量＞土壤有机碳含量＞土壤容重;通过修正后的计算公式估算出普定后寨河小流域表层20 cm土壤有机碳密度区间为3.53-5.44 kg/m2,平均值为:1.24 kg/m2,100 cm土壤有机碳密度区间为4.44-14.50 kg/m2,平均值为12.12 kg/m2,土壤有机碳储量为5.39× 105 t.

为探究林农复合对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物生物量碳的影响,在辽西地区选取樟子松-花生、樟子松-谷子、樟子松纯林(对照)为研究对象,对其土壤团聚体、团聚体有机碳、土壤微生物生物量碳以及土壤有机碳含量及其分布特征进行研究.结果表明:(1)研究区土壤团聚体以0.053～0.25 mm粒级为主,占团聚体总量的37％ ～ 45％,其中樟子松-谷子的大团聚体(＞0.25 mm粒级)含量最高.(2)两种林农复合各粒级团聚体有机碳含量变化显著不同(P＜0.05),樟子松-花生团聚体有机碳随粒径增大呈现“倒N”型分布,而樟子松-谷子土壤团聚体有机碳随粒径增大呈现“N”型分布.(3)0～20 cm表层土壤微生物生物量碳和有机碳含量大小顺序为:樟子松-谷子＞樟子松纯林＞樟子松-花生.(4)试验区土壤有机碳的积累主要受0.053～0.25 mm和＞2 mm粒级团聚体含量的影响;另外,0～50 em土壤剖面微生物生物量碳和有机碳相关分析表明,樟子松-谷子土壤微生物生物量碳与有机碳具显著相关性,而在樟子松-花生复合林地内无显著相关性;这说明不同营林措施对土壤有机碳和微生物的影响存在差异.综上,辽西地区樟子松-谷子复合措施有利于改善土壤结构,促进大团聚体的形成,对提高土壤保水、供肥能力,实现对土壤的保护和可持续利用具有较为明显的作用.

为探讨桂林会仙喀斯特湿地芦苇植物群落土壤养分垂直变化趋势和微生物活性特征,测定0～ 80 cm剖面土壤碳、氮、磷含量,微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)以及基础呼吸(BR)、呼吸势(PR)、微生物熵(qMB)和代谢熵(qCO2)等微生物活性指标,分析土壤养分含量与微生物活性特征的相关性.结果表明:(1)土壤总碳(TC)、有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、全氮(TN)、有机氮(Org-N)均随着土壤深度的增加而减少,土壤速效氮(AN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、全磷(TP)、速效磷(AP)、有机磷(Org-P)和无机磷(Inorg-P)含量在下层土壤中有所波动;SOC占TC含量比例较高,Org-N在TN中所占比例较大,Inorg-P含量略高于Org-P含量;(2) MBC、MBN、MBP主要集中在0～ 30 cm土层,且随剖面深度的增加,三者均逐渐降低,且土壤MBC与SOC、MBN与TN、MBP与TP均呈极显著正相关关系(P＜0.01);(3)BR和PR均随土壤深度的增加而显著降低,而qMB随着土层深度的增加先升高再降低,qCO2的垂直变化整体呈下降趋势,但在中间土层间有所波动;(4)会仙喀斯特湿地芦苇群落土壤养分和微生物活性各指标之间均呈极显著正相关关系,土壤微生物活性特征是反映会仙喀斯特湿地土壤质量状况的重要指标.