为评价生物炭添加对土壤理化性质、腐殖质及其腐殖化程度的改良效果,以生物炭田间定位试验为基础,设置4个处理:空白对照(CK)、常规施肥(NPK)、单施生物炭(B1)和化肥配施生物炭(NPK+B1),通过连续2年的田间试验,研究了生物炭添加对土壤理化性质和土壤胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)以及大豆产量的影响.结果表明:施用生物炭可短期内有效提高土壤养分,增加土壤中腐殖物质含量,提高稳定性,并改善土壤质地,提高大豆产量.其中与CK相比,B1和NPK+B1处理的土壤理化性质提升效果较为明显,电导率(EC)提高3.50％-98.99％、有机碳(OC)含量提高18.01％-23.18％、碱解氮(AN)含量提高23.48％-37.15％、全氮(TN)含量提高14.93％-25.37％、有效磷(AP)含量提高8.33％-110.16％、全磷(TP)含量提高10.00％-45.00％、速效钾(AK)含量提高6.61％-20.76％、全钾(TK)含量提高13.24％-30.74％、大豆产量提高了54.34％-90.36％.与NPK处理相比,NPK+B1处理土壤HA、FA和HM含量分别提高了 38.62％、26.76％和16.45％.且通过相关性分析和主成分分析表明,土壤pH、EC、AK、TK、TP、AN、TN、OC和大豆产量与腐殖质存在显著的正相关关系.因此,化肥配施生物炭处理可有效改善土壤理化特性,提高土壤腐殖质组分含量,为克服大豆连作障碍,提高大豆生产能力提供理论和技术支撑.

有蹄类动物的采食、践踏、排泄等行为会影响森林土壤理化特性与植物群落特征.选取浙江清凉峰国家级自然保护区典型亚热带针阔混交林地,设置4个华南梅花鹿干扰处理(禁养,圈养10、15、20 a),以探讨华南梅花鹿圈养对亚热带林地土壤和植被功能的影响.结果表明:(1)随着华南梅花鹿圈养年限的增加,土壤pH、含水率、毛管孔隙度、有机质和阳离子交换量呈现降低的趋势,土壤容重、碱解氮、有效磷和速效钾呈现升高的趋势.(2)华南梅花鹿圈养对0-40 cm 土层土壤容重、含水率、毛管孔隙度、有机质、阳离子交换量以及0-20 cm 土层碱解氮和有效磷的影响显著,均为圈养20 a处理与对照处理之间差异性达到显著水平(P＜0.05).(3)华南梅花鹿干扰能显著降低林下植被的地上生物量(P＜0.05).研究结果揭示亚热带森林土壤-植被对梅花鹿干扰的响应特征,为探讨森林蹄类动物栖息地退化机制和优化区域生态恢复模式提供科学的数据与理论基础.

氮沉降通常会加剧土壤磷限制,微生物和植物将采取策略抵消这种负面影响.然而,氮添加下土壤微生物和/或植物如何影响土壤生物有效磷尚不明确.基于野外氮添加实验,测定了生长季(4月)和非生长季(10月)罗浮栲林根际和非根际土壤理化性质,微生物生物量,磷酸酶活性以及根系形态和养分,并通过生物学方法量化了四种形式的生物有效磷,包括氯化钙-磷(CaCl2-P),柠檬酸-磷(CA-P),盐酸-磷(HCl-P)和酶-磷(Enz-P).研究结果表明,非生长季大多数生物有效磷表现为根际含量高于非根际,而生长季根际土壤CaCl2-P和CA-P含量显著低于非根际土壤.氮添加显著增加了生长季非根际土壤CA-P含量,同时显著降低了非生长季根际土壤CaCl2-P和Enz-P含量和显著增加了非生长季根际土壤HCl-P含量,但两个季节的总生物有效磷含量均保持不变.两个季节中,氮添加下植物细根比根长、比表面积和组织密度均存在不同程度的降低,但菌根侵染率显著增加,这说明氮添加下植物倾向于通过与菌根真菌合作而非改变根系形态来截留土壤中可直接获取的有效磷.从非生长季生物有效磷含量的动态来看,氮添加下植物根系和/或微生物通过释放质子活化矿质结合态无机磷对维持罗浮栲林土壤生物磷至关重要.总之,短期氮添加下维持了土壤有效磷的潜在供应.研究有助于进一步理解微生物和植物对低磷亚热带地区氮负荷的适应机制,可为制定缓解土壤磷限制的可持续策略提供理论依据.

自然封育是培育森林资源重要且有效的途径,细根作为植物体重要的资源获取型器官,在森林群落发挥生态功能中扮演重要角色.为明晰自然封育对毛竹细根功能性状的影响,采用空间代替时间的研究方法,以武夷山国家公园内正常经营和封育年限为3、5、10、15年和40年的毛竹林作为研究对象,揭示不同封育年限下毛竹细根功能性状的差异以及对土壤理化性质变化的适应规律.结果表明:(1)封育年限对毛竹细根的功能性状具有显著影响.随着封育年限的增长,毛竹细根的比根长、比根面积、全碳、全氮和全磷含量均呈现先上升后下降的变化趋势,组织密度、碳氮比和碳磷比呈现先下降后上升的趋势,同其他封育毛竹林群落相比,封育10和15年的毛竹林群落中细根比根长、比根面积和养分含量得到显著提高.土壤层次和细根径级对细根功能性状同样具有显著影响.(2)毛竹细根功能性状间随封育年限的变化存在显著的相关性.比根长、比根面积、全碳含量、全氮含量和全磷含量彼此之间存在显著的正相关关系,与碳氮比、碳磷比和组织密度存在显著的负相关关系.(3)随着封育演替进程,毛竹林群落中土壤因子的变化驱动着细根功能性状发生改变,土壤容重同细根养分含量呈显著的负相关关系,土壤碳磷含量与细根比根长和比根面积存在显著的正相关关系,土壤养分含量与细根养分含量呈现极显著正相关关系.综上,自然封育促使毛竹细根通过自身表型可塑性合理权衡不同功能性状之间的资源配置,当封育10-15年,毛竹细根将更多养分集中于资源获取型性状的构建,吸收能力和效率显著提高,林分生产力和生态功能较优,在封育10-15年后适当进行科学的人为经营活动有助于毛竹林的可持续健康发展.

降雨是影响黄土高原地区植被生长的主要限制因子,但植被群落结构间存在的差异使其对凋落物和土壤养分的影响存在较大的不确定性.以黄土区油松人工纯林、刺槐人工纯林、油松-刺槐人工混交林、山杨-辽东栎天然次生林为对象,研究了林冠对降雨的再分配特征、凋落物储量、土壤有机碳(SOC)、总氮(STN)、总磷(STP)含量随林型的变化,分析了不同降雨分配特征对凋落物、土壤养分的影响.结果表明:(1)4种林分类型间降雨再分配特征具有一定差异性,油松林、刺槐林、油松刺槐林、次生林累计穿透雨率分别为86.43％、85.37％、71.68％、64.77％,树干径流率为1.0％、1.6％、1.3％、3.2％,树冠截流率为12.48％、13.01％、27.00％、31.93％.(2)不同林分类型SOC、STN、STP以及凋落物养分释放效率表现出显著差异性,天然次生林养分含量整体上高于人工林.(3)4种林分类型中,刺槐林的土壤C∶N最低,其它3种林分的土壤C∶N无显著差异;天然次生林的土壤N∶P和C∶P最高,油松林和刺槐林的土壤N:P无显著差异.(4)穿透雨和林冠截流的变化能够影响土壤N、P组分和凋落物C、N、P元素释放率,但对土壤C组分影响较小.综上所述,黄土高原地区植被恢复过程中,降雨能够提高土壤养分含量,促进凋落物养分归还.天然次生林对改变降雨分配特征和土壤养分特征的潜力更大,自然恢复更有利于土壤养分积累.

土壤水分库容量与旱地农田土壤地力密切相关,研究秸秆源有机物料还田条件下土壤水分动态特征,有助于揭示秸秆源有机物料还田保水核心与土壤地力提升的效应关系.基于长期玉米田间定位试验,以无秸秆添加为对照(CK),设置玉米秸秆炭化还田(BC)和玉米秸秆粉碎直接还田(SD)处理,采用土壤温湿度记录仪连续定位监测不同秸秆源有机物料还田方式下玉米土壤湿度,分析土壤湿度与土壤孔隙结构等土壤理化因子之间的关系.结果表明:与CK相比,BC和SD处理条件下玉米全生育期内平均土壤湿度分别提高了 19.8％(P＜0.05)和9.7％;5月土壤持续干旱数日发生降水后,BC处理土壤湿度快速上升且增幅高于SD;7-9月伴随较大降水事件土壤湿度急剧上升达到峰值后,BC 土壤湿度比SD处理下降缓慢.与CK相比,BC和SD处理的土壤总孔隙度分别增加18.9％和7.0％,土壤孔隙含水率分别增加8.2％和2.5％.BC处理土壤水分与土壤有效磷、全磷含量等指标密切相关(P＜0.05),SD处理土壤孔隙结构与碱解氮含量等指标密切相关(P＜0.05).上述研究结果可为秸秆资源肥料化利用提供科学依据.

植物功能性状是植物为适应外界环境而表现出的个体特征和属性,影响植物的存活、生长与繁殖,并且对土壤功能也产生影响.本文通过汇总已有研究,进行了如下总结:1)分析了植物功能性状的分类及其与土壤肥力的关系;2)明确了植物功能性状对土壤有机质积累的影响,以及影响方向和强度受土壤氮磷循环与碳饱和状态的作用.此外,从植物功能性状与土壤有机质组分和稳定性的关系方面探讨了植物功能性状对土壤有机质长期积累存留的影响;3)探讨了森林生态系统植物功能性状影响土壤有机质的凋落物和微生物作用机制.在此基础上,提出未来植物功能性状与土壤有机质研究重点,包括:通过先进的技术和方法,明确植物功能性状与土壤有机质积累的植物-微生物互作过程和机理,阐明全球变化背景下植物功能性状对土壤有机质积累影响的生态过程和机理.

凋落物分解释放的养分是土壤养分的主要来源,因此凋落物养分动态变化对于森林土壤肥力和林分生产力的维持具有重要的意义.然而,以往关于森林凋落物养分释放的研究均集中在地表分解的凋落物,基本忽略了空中分解的凋落物,而且所关注的养分元素均为氮、磷等大量营养元素,很少涉及钙、镁等中量营养元素.本研究以马尾松(Pinus massoniana)、湿地松(Pinus elliottii)、枫香(Liquidambar formosana)和木荷(Schima superba)4种亚热带地区常见造林树种的凋落叶作为对象,采用分解袋法调查了凋落叶在不同林分类型(马尾松、湿地松、枫香和木荷人工林)和分解位置(空中和地表)的氮、磷、钙和镁动态变化特征.结果表明,在360天的分解期内,凋落叶氮在所有人工林中均表现出先富集、后释放的格局;凋落叶磷在马尾松和湿地松人工林中呈现出先富集、后释放的模式,而在枫香和木荷人工林均出现净释放趋势;在所有人工林中,凋落叶钙和镁均呈现出净释放现象.在空中分解的枫香和木荷凋落叶养分残留量均高于地表分解的凋落叶,但马尾松和湿地松凋落叶养分残留量随着分解位置的变化没有一致性的变化趋势.本研究表明,林分类型和分解位置是凋落物养分释放的重要影响因素,而且凋落物分解过程中大量和中量营养元素的释放格局存在较大的差异.这为理解亚热带人工林养分循环过程和制定合理的养分管理措施提供数据支撑.

柑橘黄龙病(citrus Huanglongbing,HLB)是柑橘产业健康长久发展的重大威胁.原生生物是微生物家庭的重要一员,在维护植物健康中起着不可估量的作用.本研究分析了健康与患黄龙病柑橘根际土原生生物多样性和群落结构,探究了影响原生生物群落的关键土壤化学因子.结果表明,纤毛虫门(Ciliophora)、绿藻门(Chlorophyta)、丝足虫门(Cercozoa)是健康与患黄龙病柑橘根际土的优势类群.黄龙病的发生不仅造成根际土壤中原生生物群落多样性显著降低,还导致土壤化学指标中总氮、总磷、碱解氮、速效磷和有机质含量及pH值均有所降低.RDA分析表明,Protosteliida、硅藻门(Diatomea)、隐藻门(Cryptophyceae)和叶足亚门(Heterolobosea)与速效磷呈正相关;Protalveolata与碱解氮和pH呈正相关;丝足虫门、MAST-12、顶复门(Apicomplexa)和Schizoplasmodiida与各项化学指标均呈显著负相关.相关性分析表明,黄龙病菌与捕食型和光营养型原生生物呈显著负相关.总体而言,柑橘黄龙病菌侵染引发土壤化学特性变化,显著改变了根际区域原生生物的多样性与结构,土壤有机质、总氮和pH是影响原生生物结构的关键因子.本研究有助于了解患黄龙病对柑橘根际土原生生物群落结构、多样性和土壤化学性质的影响,为柑橘黄龙病的绿色防控提供参考.

工农业废料在去除养殖废水中污染物方面有一定的应用潜力.本研究以养殖废水为对象,选用镁矿渣、铁矿渣和生物炭3种工农业废料,按体积比1∶1∶1混匀制成混合材料,然后将其与表层土壤按体积比0.75％、2％、5％和10％混合后填装柱体,在室内稳态饱和条件下进行土柱迁移实验.试验结果显示:养殖废水中污染物质的去除率与混合材料添加量呈正相关,总体上以5％～10％混合材料掺入量最佳.此时对总氮的去除率为29.89％,累计去除量达到21.95 mg·kg-1;对总磷的去除率为57.49％,累计去除量为15.03 mg·kg-1;化学需氧量的去除率为18.08％,累计去除量为363.11 mg·kg-1;生化需氧量的去除率为38.52％,累计去除量为6.59 mg·kg-1;浊度的去除率达到19.22％,累计去除量为210.78 NTU.研究表明,以5％～10％混合材料与土壤混合,可有效去除污水中20％以上的污染物质,本研究可为养殖废水为主的面源污染拦截阻控策略提供科学依据.