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.

青藏高原不同尺度的植物多样性具有不同的空间分布格局,而形成这种格局的影响因素尚不清楚.本研究对青藏高原不同地区的33个样点进行植被群落和土壤调查,从α多样性、β多样性和γ多样性3个尺度阐明了植物物种多样性沿降水梯度的分布格局,采用线性回归和结构方程模型(SEM)探讨影响植物多样性分布格局的直接或间接因素.结果表明:青藏高原植物α和γ多样性随着降水量增加而增加,植物β多样性随着降水量增加而减少;降水量增加通过改变土壤湿度直接增加了植物α多样性,通过增加土壤无机氮含量间接增加植物α多样性;并且,降水量增加会通过增加土壤氮磷比和降低土壤pH值间接增加植物γ多样性.综上所述,随着降水量的变化,土壤理化性质会发生相应的变化,进而影响不同空间尺度的植物多样性.

土壤中的无机氮是维持陆地生态系统生产力的主要限制因子,主要通过有机氮的矿化产生.土壤氮可利用性的高低取决于土壤微生物、地上植被类型以及土壤理化性质等.土壤微生物对环境变化极为敏感,尤其是温度与微生物生长繁殖密切相关.因此,在较大空间范围内研究微生物调控氮矿化速率的温度敏感性(Q10)对于预测全球气候变化对陆地生态系统生产力的影响至关重要.该研究以中国三大高原(内蒙古高原、黄土高原和青藏高原)的不同类型草原为研究对象,通过野外采集土壤样品,室内不同温度培养测定三大高原不同类型草地土壤的净氮矿化速率,计算其Q10,并分析其与土壤微生物及土壤理化性质参数的相关性.结果表明:(1)黄土高原不同类型草地土壤氮矿化速率的Q10显著高于内蒙古高原和青藏高原;(2)在黄土高原和内蒙古高原,草甸草原和典型草原土壤净氮矿化速率的Q10显著高于荒漠草原,而青藏高原高寒草甸草原土壤净氮矿化速率的Q10显著低于高寒典型草原和高寒荒漠草原;(3)三大高原草地土壤微生物生物量碳含量与土壤净氮矿化速率的Q10显著相关;(4)Q10的空间格局受微生物、土壤质地以及底物的共同调控.该研究结果为中国不同类型草原土壤氮循环对全球变化响应的研究提供了重要数据,对于陆地生态系统氮循环模型的完善具有一定的科学价值.

为探究湘西石漠化区湿地松-马褂木人工混交林林分结构及土壤理化性质,该研究以湘西石漠化地区湿地松-马褂木人工针阔混交林为对象,利用植物群落学分析和野外取样检测的方法,分析林分结构和土壤理化性质,运用Winklemass 1.0计算林分空间结构参数,并用三维离散随机变量分析了优势种的空间分布格局.结果表明:(1)林分内胸径(DBH)≥2 cm的林木株数为897 plants·hm-2,隶属于15科16属.主林层为湿地松,平均DBH为32.3 cm,重要值为44.2％;次林层为阔叶树,中幼龄林木居多,其中樟树、马褂木为优势树种,重要值分别为17.1％和13.2％.此外,还存在较多处于劣势生态位的天然更新种.(2)林木的水平分布格局偏向于随机分布((W)=0.503);林分整体趋向于中庸偏劣势过渡的态势((U)=0.505);种间隔离程度较高(M=0.689),林木混交状况良好.空间结构参数的三维离散随机变量表明,湿地松87.3％为优势和亚优势,马褂木41.7％为亚优势、26.9％为中庸态势,樟树23.5％为中庸态势、56.8％为劣势和绝对劣势.(3)林分土壤pH值趋于中性;与撂荒地相比,林分土壤的容重、持水量、孔隙度、有机碳、全钾、全氮、全磷等因子均明显改善,但整体而言,林分土壤仍然较为贫瘠,局部土壤紧实,保水能力差.综上表明,湿地松、马褂木作为先锋树种生长43年后,林分有向异龄林、强度混交林演替的趋势;林分内中幼龄阔叶树株数占比较大,近熟林出现断层,老龄针叶树占据优势生态区位,需抽针补阔、间针育阔,择伐劣势木,促使林分向阳生性阔叶树为主、中生性和耐阴性阔叶树为次的林分结构演替.该研究结果为湘西石漠化区的植被恢复、人工林结构优化和土壤改良提供了理论依据.

原生生物在草地生态系统养分循环、微生物群落稳定和土壤肥力维持方面发挥着重要作用.为了揭示亚高山草甸退化过程中土壤原生生物群落组成和多样性变化格局及环境驱动机制,本文利用18S rDNA高通量测序技术研究了五台山不同退化阶段(未退化(nondegraded,ND)、轻度(lightly degraded,LD)、中度(moderately degraded,MD)和重度退化(heavily degraded,HD))亚高山草甸土壤原生生物群落组成和多样性的变化特征.结果表明:丝足门、褐藻门、纤毛门、叶足亚门、锥足亚门、绿藻门和顶复门是亚高山草甸土壤原生生物的优势门(相对丰度＞1％).纤毛门、叶足亚门、绿藻门、Choanoflagellida和Perkinsea的相对丰度在4种不同退化程度草甸中存在显著差异(P＜0.05).LEfSe分析显示未退化草甸中主要富集了Perkinsea类群,轻度退化草甸中富集了盾纤目类群,中度退化草甸中富集了变形虫纲和卵菌纲类群,中度退化草甸中主要富集了绿藻纲和硅藻纲类群等光合自养原生生物.随着亚高山草甸退化加剧,土壤原生生物群落α多样性呈下降的趋势(P＜0.05).总氮、植物Shannon-Wiener指数、地上生物量、土壤含水量和铵态氮是土壤原生生物群落结构变化的主要预测因子.方差分解分析(variance partitioning analysis,VPA)结果表明土壤理化因子和植被参数共同解释了原生生物群落结构变异的38.44％,且土壤理化因子(20.69％)解释度大于植被参数(7.85％).五台山亚高山草甸退化过程中土壤原生生物群落α多样性和结构均发生了明显的变化,土壤环境因子是影响原生生物群落结构变化的重要因素.本研究结果加强了原生生物群落作为指示草地退化指标的潜力,可为科学全面地评价亚高山草甸土壤生态系统健康状况提供数据支撑与参考.

[背景]荒漠化是一个重大环境问题,生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)可遏制荒漠化,其中的固氮微生物对BSCs的形成和发育有重要作用,但目前BSCs中固氮细菌群落结构和多样性尚不十分清楚.[目的]阐明浑善达克沙地中不同类型生物土壤结皮及其下层土壤固氮细菌的群落结构、多样性及其影响因素.[方法]利用稀释热法和碱解扩散法检测土壤的有机质(Organic matter,OM)和速效氮(Available nitrogen,AN)含量;利用高通量测序对nifH基因进行测序,基于nifH序列比较分析固氮细菌群落结构和多样性;利用典范对应分析(Canonical correlation analysis,CCA)分析群落、样品和土壤理化参数的相关性.[结果]固氮细菌优势菌门除在苔藓结皮(HSM)中为Cyanobacteria和Proteobacteria外,在其他类型BSCs中均只为Cyanobacteria;苔藓结皮下层土壤(HSMs)(下层土壤中只有HSMs检测到了nifH)优势菌门为Proteobacteria,优势菌纲为Alphaproteobacteria和Betaproteobacteria;优势菌属差异较大,藻结皮(HSA)中Unclassified_f_ Nostocaceae占90.99％;地衣结皮(HSL)中Scytonema 和Unclassified_f_Nostocaceae分别占45.85％和44.14％;HSM中Unclassified_f_Nostocaceae、Scytonema、Nostoc、Skermanella、Unclassified_oNostocales分别占29.21％、22.57％、15.34％、14.74％和10.60％;HSMs中Skermanella、Azohydromonas、Unclassifiedp_Proteobacteria、Unclassifiedc_Alphaproteobacteria分别占33.80％、25.66％、18.20％和10.62％;固氮细菌多样性随结皮的发育逐渐提高;OM和AN对结皮的发育起促进作用.[结论]藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮及其紧邻下层土壤中的固氮细菌群落结构和多样性差异明显,且固氮细菌类群和多样性指数随BSCs发育阶段的提高而增加.本研究为认识和利用生物土壤结皮相关固氮细菌提供了基础依据.

根系周转是陆地生态系统物质循环的关键指标,也是陆地生态系统净初级生产力及碳固持潜力估算的核心参数.然而,由于地下净初级生产力数据获取困难,区域和全球尺度上的相关研究十分有限,尤其是分布广泛的中国草地,区域尺度上的整合研究几乎为空白.基于样地实测数据、已发表文献和在线数据库数据,对中国草地5种植被类型、共计154个草地生态系统根系周转的空间格局进行整合分析,并结合气象和土壤数据,揭示了草地生态系统根系周转的关键驱动因子.研究发现:(1)根系周转速率随纬度升高而降低,低纬度温暖地区根系周转更快;(2)气候因子(年平均气温、年降水量)和土壤理化性质(砾石含量、容重、pH值)共同影响根系周转,对周转变异性的解释度为44％,其中气候因子的相对贡献率为57％,土壤理化性质的相对贡献率为43％;(3)中国草地根系周转的格局和驱动因子与全球尺度的研究结果不尽相同.该研究对根系周转的驱动因子提出了新的观点和证据,为全球尺度上的整合研究提供了关键数据.

基于高光谱数据快速准确估算土壤养分含量,可为土壤养分监测及土壤理化参数反演提供优化方法.本研究在陕北黄土丘陵沟壑区选取典型样地,分析土壤养分含量与光谱反射率的定量关系,采用连续投影算法提取其光谱特征波长,利用偏最小二乘法、多元线性回归法、支持向量机法分别对土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量进行预测并对比分析,构建该区域土壤养分含量的最优高光谱预测模型.结果表明:黄土丘陵沟壑区土壤养分含量与光谱反射率在可见光区(400～ 760 nm)和近红外区(760～1100 nm)相关性较高,相关系数最大值均位于这两个光谱区间.4种土壤养分含量的SPA-SVM模型的普适性好且反演精度高,建模过程简单高效,适用于小数据量试验.本研究结果可为采用机器学习算法构建黄土丘陵沟壑区土壤养分含量高光谱预测模型提供参考.

在干旱半干旱地区,由于水分匮乏、土壤贫瘠等因素,将形成一定的裸地斑块,而这些斑块极易造成水土流失、滑坡等灾害,而具有不同植被覆盖的林地则能有效的保持水土.为完善干旱半干旱地区不同植被恢复类型下土壤理化和细根特征,选择太行山南麓山区具有代表性的裸露地、草地、荆条地、侧柏地、栓皮地和刺槐地等植被恢复类型,比较了各植被恢复类型下的土壤养分、粒径及细根状况等差异.研究表明:1)相对于裸露地,有植被覆盖的植被恢复类型拥有良好的土壤及细根状况.2)在不同植被类型中,刺槐林的有效氮转化速率较高;侧柏林有较高的细根参数;草地能够提高土壤中可吸收的磷组分.3)林地类型和土层均对土壤中含水率、黏粒、细根生物量和比根长产生极显著影响(P＜0.001).4)各植被类型的对于土壤斑块的利用能力不同;不同植被类型中土壤及细根状况变化量具有一定的相似性,研究为生态恢复中植被类型的合理布局提供了新思路.

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是生态系统碳循环研究中的热点问题.土壤呼吸温度敏感性(Q10)是估算土壤呼吸对全球变暖的反馈参数,研究不同植被类型的Q10对评估森林生态系统碳收支具有重要意义.本研究以北京山区典型植被类型侧柏、油松和栓皮栎为研究对象,通过测定生长季内3种植被类型的土壤理化性质、土壤水热因素以及土壤呼吸速率(Rs)的变化,探究不同植被类型下的土壤呼吸特征及温度敏感性.结果表明:3种主要植被类型的Rs在生长季内与土壤温度、湿度的变化趋势相似,均呈现先升高后降低的单峰变化,Rs在4月初最低(0.45 μmol·m-2·s-1),随后逐渐增大,在7月初达到峰值(3.95μmol·m-2·s-1),然后逐渐降低,3种植被类型的Rs和Q10值均存在显著差异.土壤温度和湿度是土壤呼吸的重要影响因素,两者与Rs拟合的回归模型可以解析土壤呼吸速率48.1％～56.7％的变化.北京山区的Q10值在2.05 ～3.19,在同一植被类型下,Q10值与土壤有机碳含量呈显著负相关(R2＞0.9),植被类型、海拔和土壤有机碳含量是造成不同植被类型Q10值差异的重要原因.