土壤有机碳(SOC)对维持土壤肥力和农业可持续发展具有重要作用.为探究长期耕作对黑土区旱作农田土壤有机碳储量(SOCS)及其组分的影响,本研究基于39年的耕作试验,比较了不同耕作方式(旋耕起垄、免耕、深松、翻耕)对0～40 cm 土层SOCS、活性有机碳组分和微生物残体碳(MNC)含量的影响.结果表明:与旋耕起垄相比,免耕处理显著增加了 0～20cm 土层SOCS、SOC、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)和MNC含量;深松和翻耕处理在0～20和20～40 cm 土层中显著增加了SOCS、SOC和EOC含量,并在20～40 cm 土层增加了 MBC含量.此外,翻耕处理20～40 cm 土层中DOC、颗粒有机碳和MNC含量显著高于其他处理.深松和翻耕处理相较于旋耕起垄和免耕处理,显著降低了 0～20和20～40 cm 土层中MNC对SOC的贡献率.结构方程模型表明,通过提升土壤团聚体平均重量直径、田间持水量和全磷含量,增强β-葡萄糖苷酶、淀粉酶和木质素过氧化物酶活性,能促进MNC的积累.深翻促进了 0～40 cm 土层SOC、活性有机碳和MNC的均匀分布,更有利于黑土区农田SOC的固定.

青藏高原海拔高、面积广,是全球范围内最典型的高寒地区之一,探究青藏高原高寒草地植物和土壤碳稳定同位素组成(δ13 C)特征及其控制要素,对深刻理解高寒生态系统碳循环过程具有重要意义.研究采集并测定了青藏高原不同区域 135 个草地样点中的植物和土壤碳稳定同位素自然丰度,探讨了不同植物功能群和表层(0-10 cm)土壤δ13 C特征及其与气候、土壤因素的关系.结果表明:(1)杂类草δ13C显著低于禾本科、莎草科和豆科植物δ13 C(P＜0.05).表层土壤δ13 C与禾本科、莎草科、豆科植物δ13C呈显著正相关(P＜0.05),与杂类草δ13C无显著相关关系,且表层土壤δ13C对三种植物功能群δ13C的敏感性为禾本科＞豆科＞莎草科.(2)在影响禾本科、莎草科、豆科植物和表层土壤δ13C的环境因子中,气候因子的相对贡献率均大于土壤因子,气候因子中太阳辐射相对贡献率最大,杂类草δ13C与气候和土壤因子均不存在显著相关关系.研究表明,太阳辐射是决定高寒草地生态系统植物和表层土壤δ13C的主要因子.研究可为青藏高原高寒草地植物和土壤δ13 C特征与有机碳动态循环提供数据支撑和理论参考.

为探索喀斯特湖泊-河流系统溶解性有机质(DOM)光谱特征空间格局,该研究以我国贵州红枫湖、百花湖和老马河为对象,分析了表层水体 DOM 紫外参数(SUVA254、SUVA280、S275-295、S350-400、SR和 E2/E3),利用三维荧光-平行因子(EEM-PARAFAC)解析DOM主要成分,同时基于荧光参数(HIX、FI、BIX和β∶α)揭示其来源信息.该研究运用Spearman相关性分析及主成分分析(PCA)方法,揭示 DOM 参数的内在联系及重要组分贡献.结果显示,红枫湖、百花湖和老马河 SUVA254 和SUVA280值较低,而E2/E3、S275-295和S350-400值较高,说明芳香类成分占比较少且DOM整体分子量较小.水体DOM主要成分为:红枫湖/百花湖(C1:微生物代谢类腐殖质;C2:可见光范围腐殖质;C3:色氨酸),老马河(C1:色氨酸;C2:富里酸;C3:陆源类腐殖质).水体BIX范围在 0.77-1.12 之间,说明生物源和陆源输入共同贡献DOM.红枫湖与百花湖FI值小于 1.4,而老马河在1.4-1.9 间,说明河流内源DOM贡献率高于湖泊.水体β∶α值范围在0.73-1.10 之间,说明新生DOM具有显著贡献.湖泊与河流HIX值低于4,表明水体腐殖化程度低.老马河HIX与SR和S275-295呈正相关(P＜0.05)且与FI呈负相关(P＜0.05),说明DOM腐殖化程度与分子大小和来源密切联系.芳香类DOM的同质性导致SUVA254和SUVA280相互耦合.研究发现新生DOM多具有生物降解性,表现为BIX和β∶α强相关.相对于激流系统,湖泊具有更多的水力停留时间,这可能进一步促进内源微生物的代谢,导致生物驱动的有机质快速循环,因此不同DOM生物讯号相互耦合.研究阐明了喀斯特湖泊-河流系统DOM成分与来源特征,有望为研究全球碳循环过程提供数据支撑.

为证实坡面微地形改造措施—等高反坡阶(CRT)对坡耕地的生态修复功能,揭示CRT对球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)含量及土壤碳氮储量贡献的影响与机制至关重要.通过分析原状(CK)和CRT处理下旱季和雨季坡耕地 0-5、5-15、15-30 cm土层中总GRSP(T-GRSP)、易提取GRSP(EE-GRSP)、土壤有机碳(SOC)与土壤全氮(TN)在CRT阶上和阶下及CK对应位置处的时空分布特征,探讨CRT措施下GRSP 对土壤碳氮储量的贡献,揭示相关机制.结果表明:(1)CRT坡耕地土壤T-GRSP、EE-GRSP、SOC和 TN 的含量较 CK 显著提高(P＜0.05),增幅分别为 16.6%—189%、7.28%—102%、1%—68.3%和7.29%—79.7%.且CRT对坡耕地 GRSP 含量的提升效果总体表现为雨季强于旱季、表层(0-5 cm)土壤高于深层(15-30 cm)、阶下优于阶上.(2)相比CK,CRT坡耕地旱季和雨季SOC储量分别提高 8.06%和 13.5%,TN储量提高 7.01%和 12.1%.T-GRSP对SOC和TN储量的贡献率较CK分别提高8.5%—141%和2.58%—133%,EE-GRSP对SOC和TN储量的贡献率较CK分别提高1.38%—82%和5.25%—87.2%.且CRT对坡耕地SOC和TN储量提升效果雨季优于旱季,对表层土壤T-GRSP对SOC和TN贡献率的提升效果表现为雨季强于旱季、阶下强于阶上.(3)CRT极大提高了坡耕地T-GRSP与土壤孔隙度、SOC和TN的正相关性.相比CK,相关系数(R2)分别由 0.17、0.26 和 0.29 增至 0.51、0.66 和 0.64.因此,CRT措施不仅降低了坡耕地SOC和TN的流失,还通过提高有机质含量改善土壤通气透水性,进而提高坡耕地GRSP的分泌与累积,同时提高GRSP对碳氮的贡献率,促进了土壤碳氮的固持与封存.

为探明旱区山地不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征,明确氨基糖对土壤有机碳库的贡献以及影响因素.以 2021 年 8 月在贺兰山西坡不同海拔(1848-2940 m)采集的土壤为研究对象,分析土壤理化性质、微生物群落结构、氨基糖含量、氨基糖对土壤有机碳贡献变化特征以及引起该变化的驱动因素.结果表明:沿海拔梯度上升,土壤理化性质表现出显著差异,土壤含水率、有机碳、全氮表现为升高趋势,pH和容重表现为降低趋势,全磷无明显变化规律.沿海拔梯度上升,土壤真菌、细菌、放线菌以及丛枝菌根真菌磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids,PLFAs)含量表现为先增加后减少的趋势,在中海拔区域(2110-2360 m)微生物PLFAs含量更高.沿海拔梯度上升,总氨基糖含量和氨基糖单体(氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸和氨基甘露糖)分别表现为持续增加和先减少后增加的变化趋势,并且总氨基糖和氨基糖单体含量均在最高海拔达到峰值,中海拔区域真菌和细菌残体碳对土壤有机碳的贡献率均小于高海拔(2707-2940 m)和低海拔(1848-1910 m),且在不同海拔梯度上真菌残体碳对土壤有机碳贡献率占据主导地位.方差分解结果显示,土壤理化性质和微生物PLFAs含量共同解释了土壤氨基糖含量及对有机碳贡献率的 55.2%,其中土壤理化性质解释变异的 52.9%,微生物PLFAs含量解释变异的 26.9%,冗余分析同步验证土壤理化性质是影响氨基糖及氨基糖对土壤有机碳贡献率的主要因素.本研究结果揭示了贺兰山西坡微生物驱动土壤有机碳存储与转化机制,可为进一步研究旱区山地微生物残体对土壤有机碳的贡献提供理论依据.

团聚体作为土壤基本结构单元,其各粒级全氮(TN)含量对土壤TN储量的贡献各不相同,而草地恢复过程中地上植被会影响土壤团聚体组成与各粒级TN的分布,这必然会对团聚体稳定性和土壤氮素累积产生影响.因此,以恢复10a、20a、30a、40a和50a草地和对照农田(CK)为研究对象,探究草地恢复过程中土壤团聚体氮素累积规律.结果表明:1)50年恢复过程中草地群落经历了茵陈蒿(Artemisia capillaries)茵陈蒿+铁杆蒿(Artemisia stechmanniana)铁杆蒿+兴安胡枝子(Lespedeza davurica)→铁杆蒿+本氏针茅(Stipa bungeanaTrin)→铁杆蒿+白羊草(Bothriochloa ischaemum)的演替过程,且草地群落物种多样性指数随恢复年限的增加呈先升后降的趋势,地上植物、细根和凋落物的碳和氮含量呈先上升后下降趋势.2)草地恢复过程中土壤pH和容重呈下降趋势,而土壤含水量呈先降后增趋势,土壤有机碳含量在恢复过程中显著增加(P＜0.05),土壤TN含量随恢复年限呈先增后降的趋势,而TN储量呈逐年增加趋势,恢复10-50a草地与CK相比增加了 8.10％-118.92％.3)不同恢复年限草地群落土壤微团聚体(0.053-0.25 mm)占比最大,但随恢复年限增加呈下降趋势,而大团聚体(＞2 mm)和中团聚体(0.25-2 mm)占比以及平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)呈上升趋势.4)不同恢复年限草地群落中团聚体TN含量最高,且各粒级团聚体TN含量随恢复年限呈先下降后上升趋势;草地群落微团聚体TN储量最高,大、中团聚体TN储量随恢复年限增加呈上升趋势,微、粘粉粒团聚体(＜0.053 mm)TN储量随恢复年限增加出现波动;各粒级团聚体TN储量与地上植物、细根和凋落物生物量以及碳氮含量显著相关(P＜0.05).5)草地恢复过程中大团聚体对土壤TN储量的贡献率达70％,且大团聚体占比增加是大团聚体贡献率高的主要原因.总之,草地恢复有利于土壤稳定以及氮素累积.

为探明长期耕作对黑土农田土壤结构和有机碳稳定性的影响,利用黑土长期定位试验平台,应用湿筛法和红外光谱法研究不同耕作方式(灭茬起垄,CT;免耕,NT;间隔深松,ST;翻耕,MP)下0～40 cm 土层土壤团聚体分布和有机碳稳定性.结果表明:与CT相比,NT和ST处理显著提高了耕层(0～20 cm)土壤超大团聚体(＞2mm)含量,NT、ST和MP处理显著提高了亚耕层(20～40 cm)土壤大团聚体(0.25～2 mm)含量,并提高了两土层团聚体平均重量直径和几何平均直径.NT处理显著提高了耕层土壤和大团聚体有机碳含量,而ST和MP处理显著增加了亚耕层土壤和大团聚体有机碳含量,其中,大团聚体对土壤有机碳的贡献率达68.9％～83.4％.NT还显著提高了耕层和亚耕层土壤及各粒级团聚体有机碳的化学稳定性.相关性分析显示,团聚体平均重量直径与土壤和大团聚体有机碳含量及其化学稳定性呈显著正相关.本研究结果可为明确黑土区不同耕作方式对农田土壤团聚体和有机碳稳定性的影响提供理论基础.

采用黄土丘陵区多年生C3草本植物长芒草为对象,模拟"枯落物-土壤"转换界面,进行了为期512 d的室内分解试验,对枯落物分解过程中界面土层微生物残体和土壤碳组分动态进行了研究.结果表明:土壤微生物残体的形成在分解早期和中期由真菌主导,而在晚期由细菌主导.真菌残体碳对矿物结合态有机碳的贡献率(38.7％～75.8％)明显高于细菌(9.2％～22.5％),是细菌残体贡献率的3～4倍.土壤有机碳含量在枯落物分解过程中呈下降趋势.植物碳源的输入调动了微生物对土壤碳组分的利用.颗粒态有机碳分解早期和晚期持续下降,成为土壤有机碳含量减少的直接原因;而微生物残体碳和矿质结合态有机碳的波动变化对土壤有机碳含量的降低只起到间接作用.一次性外源添加枯落物引起的土壤微生物残体碳的增加并没有直接贡献土壤有机碳的积累.

普氏栉虾虎鱼属于小型暖温性底层鱼类,是胶州湾鱼类群落中的优势种之一,在胶州湾食物网和生态系统中发挥着重要作用.本文应用碳、氮稳定同位素技术,基于胶州湾渔业资源底拖网调查采集的样品,对普氏栉虾虎鱼的摄食习性进行了研究.结果表明:胶州湾普氏栉虾虎鱼的δ15 N值范围为11.24‰ ～ 13.99‰,平均值为(12.70±0.70)‰,δ13 C值范围为-20.67％‰～-18.46‰,平均值为(-19.08±0.36)‰;各体长组的营养级范围为3.49～3.76,平均营养级为(3.62±0.21),其δ15N值和营养级与体长呈显著负相关,δ13C值与体长无显著相关性.普氏栉虾虎鱼摄食的主要饵料生物类群为多毛类、虾类和软体动物,浮游动物和颗粒有机物(POM)的饵料贡献率较小.聚类分析结果表明,普氏栉虾虎鱼各体长组食物组成的相似性均在92％以上,相似性较高,说明其摄食习性随体长变化无明显差异.普氏栉虾虎鱼在胶州湾生态系统中属于中级消费者,其摄食各饵料生物类群比例的变化可能是其营养级与体长呈负相关关系的主要原因.

长白山是由火山喷发形成的山地生态系统,是研究生态系统重建和演替过程的天然实验室.以长白山西坡垂直带中的亚高山针叶林带、亚高山岳桦林带、高山草甸带、高山苔原带土壤为研究对象,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)和微孔板法分别测定土壤微生物群落结构及酶活性,探讨(1)长白山西坡微生物群落结构及酶活性沿海拔的分布特征;(2)垂直带植被因子、土壤因子对微生物群落结构及酶活性的影响.结果表明:土壤有机碳、全氮、全磷含量均随海拔升高先增加再减少,有机碳和全氮最高值出现在岳桦林带;随海拔升高,土壤微生物总PLFA和各类群微生物PLFA呈现出先增加后减少的变化特征,表现为亚高山岳桦林带＞亚高山针叶林带＞高山草甸带＞高山苔原带;在对土壤微生物总PLFA的贡献率上,表现为细菌＞真菌＞放线菌,G-＞ G+;微生物PLFA相关性方面,细菌、放线菌、G+、G-之间的关联性较大,真菌与这四者之间的关联性较小;土壤全氮含量与各微生物类群均表现为显著正相关,而C/N则与各微生物类群均表现为负相关,二者是调控土壤微生物沿海拔变化的主要因子;土壤水解酶3G和AP活性随海拔升高而逐渐增加,其中AP活性对高山苔原带生态系统表现出很好的响应;土壤含水量、C/N和土壤温度是调控土壤酶活性垂直变化的主要因子;高山苔原带草甸化过程对土壤含水量、全磷含量、水解酶AP活性产生重要影响,而对土壤微生物PLFA含量和其他酶活性影响不大.长白山垂直带土壤微生物群落结构和酶活性除了受到土壤环境因子和水热条件的影响,还与植被群落组成及凋落物性质具有紧密联系.