开展氮沉降对森林土壤-微生物-胞外酶化学计量特征影响的研究,可为理解氮沉降对森林生态系统元素循环和养分限制的影响提供理论基础.本研究以云南松林为对象,于2019年开始进行氮沉降模拟试验,设置对照(CK,0g N·m-2·a-1)、低氮(LN,10 g N·m-2·a-1)、中氮(MN,20 g N·m-2·a-1)、高氮(HN,25 gN·m-2·a-1)4个处理,于2022年9月采集土壤样品(分为0～5、5～10、10～20 cm 土层)测定土壤有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳氮磷(MBC、MBN、MBP)以及碳氮磷获取酶活性.结果表明:与对照相比,氮沉降显著抑制了土壤有机碳含量、C∶N和C∶P,降幅分别为6.9％～29.8％、7.6％～45.2％和6.5％～28.6％;促进了土壤全氮含量和N∶P,增幅分别为10.0％～45.0％和19.0％～46.0％;对土壤全磷含量则无显著影响;除土壤C∶N和C∶P外,土壤养分含量及化学计量比均在0～5cm 土层最高.MN和HN处理显著抑制了土壤MBN,降幅为11.0％～12.7％,氮沉降下土壤MBC和MBP及相关计量比无显著变化;0～5 cm 土层的土壤微生物养分含量显著高于其余土层.氮沉降显著抑制了纤维素二糖水解酶和亮氨酸氨基肽酶活性(降幅为14.5％～16.2％和48.7％～66.3％);HN处理促进了 β-1,4-葡萄糖苷酶活性(增幅68.0％),但抑制了土壤酶化学计量碳氮比和氮磷比(降幅95.4％和88.4％);LN和MN处理促进了 β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性(增幅68.3％～116.6％),但抑制了土壤酶化学计量碳磷比(降幅14.9％～29.4％);碱性磷酸酶活性无显著变化;土壤酶活性均随土层加深而显著降低.相关性分析表明,土壤全氮、全磷、微生物养分与矢量角度(表征微生物氮或磷限制)均呈显著负相关,而矢量长度(表征微生物碳限制)与矢量角度始终呈显著正相关,代表微生物碳限制与磷限制之间协同促进.氮沉降在缓解云南松林微生物氮限制的同时逐渐向磷限制转变,此外,研究区还受到微生物碳限制,且微生物碳和磷限制的关系呈正比.

探索森林土壤中的养分限制对森林抚育和管理具有重要意义,然而目前关于黄土高原刺槐人工林植被恢复过程中微生物受到的养分限制的研究并不充分.本研究为探究黄土高原刺槐林土壤中微生物养分的限制情况,在陕西省永寿县选择不同造林时间(15、25、35、45年)的刺槐人工林以及林地旁边的摞荒坡耕地(对照)为研究对象,分析了不同林龄下土壤有机质、全氮、全磷含量,以及与土壤碳、氮、磷循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和磷酸酶(AP)活性的变化特征,通过化学计量和酶计量解析土壤养分限制状况.结果表明:土壤pH随植被恢复由碱性变为酸性;全磷在刺槐植被恢复的0～25年间逐渐降低;土壤有机碳、全氮和酶活性在0～25年间呈上升趋势.土壤全磷、有机碳、全氮、AP和LAP在25～45年间逐渐降低;NAG、BG、CBH在25～45年间先增加再降低.植被恢复过程中刺槐林的(BG+CBH)/(LAP+NAG)、(BG+CBH)/AP、(LAP+NAG)/AP均高于全球尺度的平均值.本研究区刺槐恢复过程中矢量长度小于1且逐渐增大,表明微生物碳限制逐渐增强;矢量角度大于45°且整体上降低,表明土壤微生物受磷限制且磷限制逐渐减缓,未出现微生物氮限制.刺槐人工林植被恢复过程中土壤理化性质变化明显,造林时间序列影响了土壤微生物的养分限制状况.

为促进木麻黄生长并解决根际土壤微生物群落结构和功能异常问题,本研究从木麻黄根瘤中筛选出具备固氮(N)、产细胞壁降解酶(蛋白酶和纤维素酶)、产生长素(IAA)、产铁载体、产氨气(NH3)、溶解磷酸盐等多种功能的8株菌株,其中LB08、LB 18、LB 19、LB42、LB46、LB63和LB69为类芽孢杆菌,LQ10为布鲁氏菌.菌液浸种试验显示:8株菌株均对木麻黄幼苗生长具有促进效果,其中菌株LB69显著提高了木麻黄种子萌发率和幼苗活力,增幅分别达19.7％和28.3％;菌株LQ10显著提升了根长和根系活力,增幅分别为48.2％和334.4％;菌株LB18和LB42分别对初期芽长和生物量积累具有最显著的促进效果,增长率分别为22.4％和32.8％.此外,浸种后幼苗多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等的同工酶谱条带数增多,个别条带增强,酶亚型多样性增加,抗逆能力增强.综上,本文所述8株菌株的添加对植物生长及抗氧化酶活性具有促进效果,有成为生物肥料的潜力.

个体大小反映林木径向生长状况,细根对根际土壤环境变化具有高度敏感性,探讨不同大小个体的林木细根功能性状与根际土壤微环境之间的关系,有助于从个体水平揭示林木地下生态系统内的相互作用机制.该研究以11年生刨花楠(正名:刨花润楠,Machilus pauhoi)为对象,基于不同大小个体进行细根与根际土壤取样,分析不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际土壤养分含量、微生物群落结构及酶活性的关系.结果表明:1)不同大小林木个体细根功能性状与根际微环境均存在差异,其中细根生物量、比根长、根长密度、根体积密度、根组织密度、根氮含量和根磷含量等指标差异显著,除比根面积和根组织密度外,其他各细根功能性状均以中等个体为最大,根际土壤碳氮磷含量也以中等个体刨花楠为最高.2)不同大小刨花楠个体细根比根长、根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌、放线菌含量等性状变异系数较大,其中中等刨花楠个体变异系数相对较大,而小刨花楠个体相对较小,各大小个体都倾向于通过调节根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌含量、硝态氮含量等性状以适应环境变化.3)不同大小个体细根采取的资源利用策略不同,中等刨花楠个体具有较大的比根长、根氮含量、根磷含量,采取资源获取型策略以优化其对养分的获取能力,根组织密度较大的小个体细根采取资源保守型策略以提升其应对环境胁迫的能力,而大个体细根则采取地上、地下协同生长的资源权衡策略.4)根际土壤微环境中的土壤全碳含量、微生物生物量碳含量、放线菌含量、铵态氮含量、酸性磷酸酶活性和微生物生物量氮含量是影响刨花楠细根功能性状的主要因子.不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际微环境间关系存在差异.小刨花楠个体细根主要受根际土壤养分的影响;中等刨花楠个体细根主要受根际土壤中放线菌含量及酸性磷酸酶活性影响;而大刨花楠个体细根性状表现出既受根际土壤养分影响又受根际土壤微生物群落结构中细菌、放线菌含量影响的特征.研究结果可为开展刨花楠微地形造林、精确制定其人工林抚育间伐措施、培育大径材人工林等提供理论依据.

为改善我国亚热带桉树人工林土壤磷(P)供应不足的状况,该研究利用生物质炭(BC)作为土壤改良剂,以桉树人工林(林龄为 15 年)土壤为研究对象,通过室内培养试验,分别加入不同用量[0(CK)、2%、5%、10%和 20%]的BC,重点探究不同用量BC对土壤P组分及转化的影响及其与土壤理化性质之间的关系.结果表明:(1)与CK相比,20%的BC添加量显著提高了土壤硝态氮(NO3--N)、全磷(TP)、微生物生物量磷(MBP)含量和pH值(P<0.05),而2%、5%和10%的BC添加量仅显著提高了MBP和pH值(P<0.05),对其他土壤理化指标无显著影响.(2)与 CK 相比,2%的 BC 添加量显著提高了易利用性磷(LP)(P<0.05),5%和 10%的BC添加量显著提高了速效磷(AP)和LP(P<0.05),20%的BC添加量显著提高了AP、LP和难利用性磷(OP)(P<0.05),但中等程度利用性磷(MP)在 4 种BC添加量下均无显著变化.(3)与C、N和P转化相关的β-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、蛋白酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)活性均在 10%和 20%的BC添加量下显著高于CK(P<0.05).(4)相关分析结果表明,ln(BG)和ln(NAG+LAP)均与ln(ACP)呈显著正相关(P<0.05);冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,pH、TN和TP是驱动桉树人工林土壤P组分变化的最主要因素;结构方程模型(structural equation model,SEM)进一步表明,pH、C∶P和N∶P是驱动土壤P转化的最关键因子.综上所述,不同用量BC主要通过影响土壤理化性质提高与C、N循环相关的酶活性,并在一定程度上改善桉树人工林土壤的P供应潜力,其中以高浓度BC添加量(20%)的效果最佳.该研究对指导我国桉树人工林土壤养分管理及促进林业可持续发展具有重要意义.

有机磷(Po)是土壤磷库的重要组成部分.为探究马尾松人工林近自然化改造对土壤团聚体Po分布特征的影响,该研究以南亚热带的马尾松纯林(PP)和近自然化改造后的马尾松-阔叶树种混交林(CP)为对象,采集 0～10 cm土样后利用干筛法将其筛分为>2 mm、0.25～2 mm和<0.25 mm三部分粒径团聚体,并测定原土及各粒径团聚体中各Po组分、微生物生物量磷(MBP)含量和酸性磷酸酶(ACP)活性.结果表明:(1)CP的土壤Po组分与PP相比发生了变化,高稳定性有机磷(HRO-P)和中度活性有机磷(MLO-P)在原土以及各团聚体径级中均显著高于PP(P<0.05),而活性有机磷(LO-P)和中度稳定性有机磷(MRO-P)在CP和PP中并无显著差异,PP和CP各组分Po在原土和各团聚体径级中无明显变化规律.(2)各形态Po在PP中占比大小为HRO-P>MRO-P>MLO-P>LO-P,而在CP 中为HRO-P>MLO-P>MRO-P>LO-P.(3)CP中的MBP含量和ACP活性在原土及各团聚体径级中均显著高于PP,并且随着团聚体径级的减小,ACP 活性上升.(4)冗余分析发现,土壤有效磷(AP)、土壤团聚体平均重量直径(MWD)、MBP 和全氮(TN)为土壤Po组分的主要驱动因子.综上认为,近自然化改造有利于马尾松人工林土壤中磷的积累与转化,该研究结果为马尾松人工林土壤质量和生产力的提升提供了理论依据.

[目的]探测不同覆盖处理对菠萝园土壤微生态环境的影响.[方法]以未覆盖为对照(CK),比较研究了聚乙烯地膜(PM)、无纺布(NW)和可降解地膜(BF)覆盖下菠萝营养生长期土壤理化性状、酶活性以及细菌群落结构、代谢物的差异.[结果]与CK相比,NW土壤中有效磷以及BF土壤中全氮含量显著提高;3 种覆盖下土壤的过氧化氢酶和蔗糖酶活性显著降低,但PM土壤的蛋白酶、BF的酸性磷酸酶活性显著提高.与CK相比,PM土壤的放线菌数量减少;NW的细菌数量增多,放线菌减少;BF土壤的真菌和细菌数量增多,放线菌减少.16S测序表明 3 种覆盖的细菌菌群多样性均低于CK,其中BF的菌群丰度相对最高.与CK相比,PM、NW、BF土壤共筛选到 17 种显著差异代谢物,主要包括糖类、有机酸、含氮化合物和醇类代谢物,3 种覆盖处理中BF土壤的糖类代谢物积累最高.CCA分析表明,pH影响土壤菌群结构发生分异,土壤养分、酶活性与细菌群落结构存在正相关.[结论]3 种覆盖处理中NW有利于维持营养生长期菠萝园土壤相对稳定的微生态环境.

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.

合理的大豆-玉米间作模式可有效促进土壤磷周转与作物磷吸收,减少磷肥投入.为优化大豆与玉米间作系统对磷素的利用效率,本研究选用两种不同基因型大豆与玉米间作,探究其影响土壤磷组分及作物磷吸收的关键根际过程及机制.结果表明:间作显著消耗了大豆'粤春03-3'根际可溶性无机磷(CaCl2-P),而对大豆'Essex'根际磷组分无显著影响.间作显著增加了大豆'粤春03-3'的生物量和磷吸收量,比单作分别显著增加42.2％和46.9％,而对大豆'Essex'和玉米磷吸收量和生物量无显著影响.间作显著增加了'粤春03-3'总根长和根系分泌物总量,比单作分别增加了 19.7％和138.1％,且粤春'03-3'磷吸收量与总根长呈显著正相关,与可溶性无机磷含量呈显著负相关.综上,大豆-玉米间作对土壤磷组分与作物磷吸收的影响存在基因型差异,间作通过增加磷高效大豆根长与根系分泌物等促进磷吸收及根际土壤磷周转,从而提高其磷利用效率.本研究明确了大豆-玉米间作体系磷素利用的基因型差异及潜在机制,为优化大豆-玉米间作体系品种搭配、实现磷素高效利用与化肥减施增效提供了科学依据.

为了探究木本植物根际效应的季节动态及其驱动因素,以北京市东灵山地区两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林中的优势树种为研究对象,于2017年的春(5月)、夏(7月)、秋(9月)、冬(12月)4个季节分别测定根际土壤与非根际土壤的理化性质、微生物生物量、碳矿化速率及净氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征以及植物的根系、叶片功能性状,分析根际效应的季节变化动态.结果发现:(1)土壤pH及铵态氮含量、微生物生物量、碳氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征指标在根际土壤与非根际土壤之间存在显著差异,根际效应主要呈现为正效应,即根际土壤高于非根际土壤.(2)根际效应存在显著的季节动态,表现为秋季的根际效应最强.(3)根际效应与植物根系和叶片功能性状之间存在显著相关关系.细根生物量与可提取有机碳、土壤总碳、总氮含量的根际效应显著正相关;叶干物质含量、叶碳氮比与微生物生物量碳含量、微生物生物量氮含量、碳矿化速率、酸性磷酸酶活性的根际效应显著正相关.研究结果表明,植物功能性状对于植物的根际效应具有重要作用;在东灵山的温带落叶阔叶林,可能由于秋季植物地下碳输入量最高,导致根际微生物数量和活性增加,从而出现秋季微生物生物量及活性的根际效应高于其他季节的现象.