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2022年 第33卷 第4期    刊出日期：2022-04-15

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2022, 33(4):  864-864. 

摘要 ( 107 )   PDF (18243KB) ( 45 )  

主编观点

生态系统质量及其状态演变的生态学理论和评估方法之探索

于贵瑞, 王永生, 杨萌

2022, 33(4):  865-877.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.026

摘要 ( 592 )   PDF (2234KB) ( 166 )  

生态文明建设和生态环境治理是国家治理的基本任务之一,我国已经明确提出了提升生态系统质量和稳定性的目标。然而,生态系统质量的科学概念及其状态演变的评估理论和方法却是一直困扰学术界且尚未形成广泛共识的难题。本文在梳理生态系统质量的科学概念及其状态演变研究进展基础上,借鉴物质生产的产品质量、质量管理和质量评价概念,论述了生态系统质量概念及生态学理论基础,从生态系统的自然属性-社会属性-经济属性及其相互关系,生态系统组分-结构-过程-功能-服务-功效的级联关系,系统要素-系统-环境互馈关系,以及生态系统的状态波动-数量变化-质量改变的逻辑关系等视角,讨论了生态系统质量及演变的科学内涵,进而从自然资源环境系统、典型生态系统、区域宏观生态系统、生态工程效应/功效等方面,提出了多应用目标的生态系统质量变化评估的视角和方法。

土壤物理与生态环境专栏

祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征

杨学亭, 樊军, 盖佳敏, 杜梦鸽, 金沐

2022, 33(4):  878-886.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.019

摘要 ( 623 )   PDF (3185KB) ( 147 )  

祁连山草地生态系统在维护我国西部生态安全方面起着举足轻重的作用。为了解祁连山不同类型草地土壤水分、养分等理化性质与植被分布特征,及土壤理化性质与植被特征的相关关系,于祁连山选取7种类型的草地,测定土壤水分含量、养分含量、容重、颗粒组成和植被特征,计算土壤颗粒的分形维数、0～40 cm土层土壤有机碳、全氮和全磷储量、植物多样性指数。结果表明: 祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征差异显著,高寒草甸相比于其他类型草地具有较高的土壤水分、养分和黏粒含量,及较低的容重和砂粒含量;0～40 cm土层土壤有机碳、全氮、全磷储量变化范围分别为3084～45247、164～2358、100～319 g·m^-2,整体表现为有机碳和全氮含量高、全磷含量低;土壤全磷储量与植物多样性指数呈显著正相关关系,表明土壤全磷含量是祁连山草地植物多样性的关键影响因素。相比其他草地类型,高寒草甸具有较好的植被状况和土壤水分、养分条件。

钻井废弃物配合外源有机物质对风沙土理化性质及菠菜生长的影响

王茜, 樊军, 周谷, 付威

2022, 33(4):  887-893.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.024

摘要 ( 194 )   PDF (1661KB) ( 26 )  

采用室内盆栽试验研究水基废弃钻井泥浆、岩屑等钻井废弃物配合腐植酸、木本泥炭等外源有机物质在风沙土中的施用效果,并分析其对菠菜生长的影响,以期为钻井废弃物资源化利用和风沙土改良提供参考。共设3组室内盆栽试验:基础组共4个处理,以风沙土为对照(CK),将风沙土与岩屑按质量比1∶1混合后分别添加0、2%、4%含量水基废弃钻井泥浆(干基);基础组处理分别添加1%腐植酸、1%腐植酸+3%木本泥炭混合物,作为腐植酸组和木本泥炭组。结果表明: 基础组中,与CK相比,施用钻井废弃物显著增加了土壤有机质含量,pH和电导率上升,2%含量水基废弃钻井泥浆显著促进菠菜生长。腐植酸和木本泥炭使土壤pH降低,有机质含量显著增加,电导率上升,腐植酸组株高、总叶面积、鲜重、干重等植物生长指标均高于基础组中对应处理,混合添加腐植酸和木本泥炭后对植物生长促进效果不显著。最佳处理为腐植酸组添加2%含量水基废弃钻井泥浆,土壤有机质含量为13.1 g·kg^-1,播种40 d后菠菜株高、总叶面积、鲜重和干重分别比CK显著增加49.7%、93.4%、83.3%、34.6%。钻井废弃物配合有机物质施用可以显著增加土壤有机质含量,促进菠菜生长,风沙土+岩屑+水基废弃钻井泥浆(2%)+腐植酸(1%)是最佳组合模式。

残膜密度及面积对土壤水分累积入渗量的影响

李玥, 王春霞, 何新林, 吴晨涛, 牛靖冉

2022, 33(4):  894-900.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.023

摘要 ( 233 )   PDF (1569KB) ( 25 )  

随着地膜使用量和年限的不断增加,残膜在农田土壤中不断累积并趋于破碎化,影响土壤水分的入渗过程。本研究采用室内土壤水分一维垂直入渗试验,通过设置5个残膜面积水平(0.25、0.5、1、2、8 cm²)和5个残膜密度水平(0、60、180、300、420 kg·hm^-2)共21组试验处理,分析了不同残膜密度及面积对土壤水分累积入渗量的影响。结果表明: 在容重1.53 g·cm^-3的黏壤土中掺入一定量的残膜,加快了土壤水分入渗速率,增加了累积入渗水量;不同残膜面积处理的总入渗水量总是在单片残膜面积为1 cm²时出现突变或转折;残膜面积和残膜密度较大和较小时都会对累积入渗量产生显著影响,且以0.5 cm²残膜面积与200 kg·hm^-2残膜密度组合处理为明显分界,单片残膜面积为0.25 cm²时,累积入渗量最大;土壤中均匀混入单片面积≤0.25 cm²的残膜后,土壤水分累积入渗量曲线的斜率变化显著不同于其他残膜处理,形成了“新构”土壤,具有独特的水分入渗特征。

外源凹凸棒土添加对半干旱矿区复垦土壤水分涵养功能的影响

陶涛, 马东豪, 吴思聪, 霍亚文, 陈金林, 张佳宝, 张丛志, 谭钧, 潘慧, 马红娇

2022, 33(4):  901-908.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.027

摘要 ( 230 )   PDF (1439KB) ( 46 )  

大规模的采矿作业已对我国半干旱区植被生态造成很大破坏,矿区植被亟待恢复,以解决半干旱矿区日益恶化的生态环境问题。如何改良土壤、有效储存和利用降水是半干旱矿区复垦土地植被恢复的首要问题。本研究针对半干旱矿区复垦土地水分涵养功能不足的问题,提出利用凹凸棒土和当地砂土组配作为新覆土材料,并研究了外源凹凸棒土添加对神木矿区复垦土壤入渗、排水和储水能力的影响。结果表明: 随着凹凸棒土含量的增加,土壤的累积入渗量减少4.8%～37.4%,入渗率减少6.4%～46.3%,湿润锋推进速度减小9.8%～116.9%,饱和导水率减小14.3%～59.5%,24 h和72 h排水量分别减少0.3%～4.3%和0.3%～2.5%,土壤最大储水量增加1.6%～22.4%。外源凹凸棒土的作用效果在添加量为150 t·hm^-2时基本已达到最大,结合经济成本的最佳用量在30～150 t·hm^-2。本研究结果系统揭示了凹凸棒土对半干旱矿区土壤减渗保水的作用机理,证明其可以作为半干旱矿区复垦土壤改良的有效材料,为半干旱矿区土地复垦和植被恢复提供参考。

宇宙射线中子法在农田土壤水分监测中的适用性

蒋一飞, 李晓鹏, 宣可凡, 纪景纯, 贾仁浩, 王灿, 刘建立

2022, 33(4):  909-914.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.020

摘要 ( 456 )   PDF (1453KB) ( 89 )  

近年来,宇宙射线中子法(CRNS法)逐渐被应用到农田生态条件下的土壤水分监测领域,但其在田间应用时的空间代表性和测定精度还需进一步研究。本研究在华北平原冬小麦农田开展宇宙射线中子法应用效果的评价研究,采用超快速中子适应性(URANOS)模型计算CRNS法的空间权重,对CRNS法获得的土壤含水量与实测土壤含水量进行对比,以准确估算监测空间内的蓄水量。结果表明: 通过URANOS直接模拟得到的权重分布更符合理论值,测定半径在127~139 m。CRNS法估算的土壤含水量与实测土壤含水量的决定系数达到0.64,均方根误差达到0.05 cm³·cm^-3。CRNS法所得土壤含水量对探测区域内总体水分的变化响应灵敏,测定准确度有季节性变化规律。宇宙射线中子法是一种可用于冬小麦农田的连续、可靠的区域总体水分监测方法。

基于协同克里格的橡胶园土壤速效钾空间变异性

冯家东, 吴炳孙, 王晶晶

2022, 33(4):  915-921.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.022

摘要 ( 194 )   PDF (1055KB) ( 37 )  

选取有效变量的协同克里格方法能够提高县域尺度橡胶园土壤速效钾的空间预测精度,对橡胶树精准施肥管理具有重要意义。本研究以海南省白沙县橡胶园0～20 cm耕层土壤为对象,采用地统计学分析土壤速效钾的空间变异特征,运用相关分析筛选显著的特征变量,并比较不同变量的协同克里格(COK)空间插值精度。结果表明: 研究区土壤速效钾平均含量为44.65 g·kg^-1,总体处于缺乏状态;变异系数为52.6%,属中等变异强度;块金效应为12.5%,存在较强的空间自相关。有机质、高程与土壤速效钾含量关系密切,均呈极显著相关;有机质(COK₁)、高程(COK₂)、有机质+高程(COK₃)3种协变量的COK空间插值预测精度均高于普通克里格法(OK),交叉验证模型拟合精度为COK₁>COK₃> COK₂>OK;拟合精度与协变量选取的数量不呈正比,选取相关性更高的协变量更有利于反映区域土壤属性的空间异质性。研究区土壤速效钾含量具有西北部较高、中偏东部地区较低的分布特点。研究结果为今后开展橡胶园土壤钾素管理提供了理论依据。

不同光谱类型对银川平原土壤含盐量反演精度的影响与校正

陈睿华, 尚天浩, 张俊华, 王怡婧, 贾科利

2022, 33(4):  922-930.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.025

摘要 ( 168 )   PDF (2034KB) ( 24 )  

土壤盐渍化是导致土壤质量下降、耕地减产的重要因素之一。为准确快速评价银川平原土壤含盐量,本研究对野外高光谱数据和室内高光谱数据进行一阶微分(FDR)变换,逐步回归(SR)筛选特征波段,利用偏最小二乘回归(PLSR)与支持向量机(SVM)进行建模,明确适用于本地区土壤含盐量准确反演的光谱类型,并对较差光谱类型进行分段校正与全局校正,尝试提高土壤含盐量反演精度。结果表明: 基于野外光谱的土壤含盐量反演模型精度比室内光谱平均高58.9%;对室内光谱进行分段校正、全局校正后反演精度均有提高,其中,PLSR以分段校正精度更高,建模决定系数(R_c²)、验证决定系数(R_p²)和相对分析误差(RPD)分别为0.790、0.633和1.64,而SVM以全局校正精度更高,R_c²、R_p²和RPD分别为0.927、0.947和3.87;SVM模型的反演精度高于PLSR,其中,野外光谱建模效果最佳,室内全局校正光谱与室内分段校正光谱次之,室内光谱最差。因此,野外高光谱可实现对银川平原土壤表层含盐量的定量反演,经校正的室内光谱对土壤含盐量反演精度显著提升,均可为粮食安全与生态环境高质量发展提供保障。

祁连山青海云杉低液流特征及其影响因素

杜梦鸽, 王善举, 樊军, 葛红元

2022, 33(4):  931-938.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.021

摘要 ( 190 )   PDF (2318KB) ( 17 )  

植被蒸腾作为林区生态水文的重要组成部分,是分析林区水分循环及其植被健康生长的基础,对林区保护和科学管理至关重要。本研究于2017—2018年运用热扩散探针对祁连山青海云杉树干液流进行连续监测,探究祁连山青海云杉蒸腾耗水特征,并分析影响云杉生长和蒸腾过程的主控因素。结果表明: 青海云杉树干液流的瞬时变化在晴天呈单峰曲线,在阴天呈多峰或双峰型曲线,在雨天基本无明显规律。青海云杉液流密度与太阳辐射变化趋势一致,晴天液流启动较早,结束较晚,液流历时12～14 h。因该地区海拔较高(2700 m),空气温度较低,饱和水汽压差(VPD)较低,导致液流密度整体偏低,平均为(0.86±0.49) kg·d^-1。在小时尺度上,液流瞬时速率受太阳辐射和VPD的显著影响,而在日尺度下,0～40 cm土层土壤温度和土壤水分含量与液流密度显著相关。云杉液流密度随着太阳辐射、空气温度和VPD的降低而降低,在祁连山高海拔林区,较低的土壤和空气温度以及较低的VPD和太阳辐射是导致该地区青海云杉液流偏低的主要原因。

研究论文

不同林龄杉木人工林土壤团聚体磷素分布特征

张喆, 黄永珍, 张超, 叶绍明, 王晟强

2022, 33(4):  939-948.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.001

摘要 ( 287 )   PDF (1422KB) ( 83 )  

探究不同林龄杉木人工林土壤团聚体各形态磷素的分布特征有利于提升杉木人工林土壤磷素有效性。本研究选取位于广西融水县的幼龄(9 a)、中龄(17 a)、成熟(26 a)杉木人工林和邻近撂荒地(CK),利用干筛法将采集到的表层(0～20 cm)原状土壤分为4个粒级团聚体(>2、1～2、0.25～1和<0.25 mm),测定各粒级团聚体中不同形态磷组分。结果表明: 1)不同林龄杉木人工林土壤团聚体组成差异显著,CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体含量显著较高,随林龄的增长先增后减,在17 a时最高;土壤平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化趋势与>2 mm粒级团聚体一致。2)CK和各林龄杉木人工林中各粒级土壤团聚体全磷、无机磷和有机磷含量差异均不显著,而土壤有效磷含量在>2 mm粒级团聚体中显著较高,达1.23～7.33 mg·kg^-1;不同林龄杉木人工林土壤团聚体及全土全磷、有效磷和无机磷含量均显著高于CK,并随杉木林龄的增长先增后减,全土总磷和有效磷含量在9 a时最高,分别为322.40和7.33 mg·kg^-1,全土无机磷含量在17 a时最高,为114.05 mg·kg^-1;全土有机磷含量随杉木林龄的增长先增再减再增,在9 a时最高,为210.00 mg·kg^-1。3)不同粒级土壤团聚体磷储量与土壤团聚体组成比例显著相关。CK和各林龄杉木人工林中>2 mm粒级团聚体各形态磷储量较高。除有机磷外,各形态土壤磷储量均随杉木林龄的增长先增后减。综上,林龄17 a之前,杉木人工林的种植有利于提升土壤团聚体稳定性,促进土壤磷素水平的提升;林龄17 a后,>2 mm粒级团聚体的破碎导致土壤团聚体稳定性和土壤磷素供应水平逐渐下降。因此,在杉木人工林培育栽种17 a以后应重视土壤中>2 mm粒级团聚体的保护,以保障土壤质量,维持土壤供磷水平。

根系分泌物C∶N对刺槐林地土壤理化特征和土壤呼吸的影响

张海龙, 武润琴, 李佳佳, 王睿强, 夏侯龙, 杨春霞, 上官周平

2022, 33(4):  949-956.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.013

摘要 ( 258 )   PDF (2514KB) ( 51 )  

为探究根系分泌物C∶N对土壤养分循环及微生物活性的影响,本研究以黄土高原人工刺槐林为对象,在生境条件基本一致的15、25、35、45 a刺槐林地取原位土壤,通过模拟不同C∶N的根系分泌物(只添加N、C∶N=10、C∶N=50、C∶N=100和只添加C)添加至土壤,以去离子水作为对照,分析根系分泌物C∶N对土壤碳、氮、磷、pH值等理化特征和土壤呼吸的影响。结果表明: 1)有机碳含量与根系分泌物C∶N呈正相关,根系分泌物C∶N=10时土壤有机碳(SOC)分解较快,高根系分泌物C∶N(C∶N=100)能延缓SOC分解,而只添加C处理对SOC无显著影响。2)不同C∶N根系分泌物处理对全氮的影响不明显,碳添加能促进微生物对铵态氮的吸收,氮添加能促进铵态氮的硝化,随着根系分泌物C∶N增加,土壤中铵态氮含量下降。3)氮添加会导致土壤pH值下降,增加土壤全磷含量。4)刺槐林地土壤呼吸值与根系分泌物C∶N呈正相关,随着C∶N增加,根系分泌物对25和35 a人工刺槐林土壤呼吸的促进作用更显著。综上,根系分泌物C∶N值越高,对人工刺槐林土壤呼吸的促进作用越显著。研究结果进一步加深了对森林根系-土壤-微生物互作过程的认识。

兴安落叶松叶光合与氮代谢对环境变化响应的转录组分析

刘梅朔, 王传宽, 全先奎

2022, 33(4):  957-962.  doi:10.13287/j.1001-9332.202203.008

摘要 ( 205 )   PDF (432KB) ( 39 )  

为了揭示兴安落叶松针叶光合作用对环境变化响应的分子机制,采用高通量测序技术,对生长环境差异明显的4个样地[塔河(52°52′ N)、松岭(50°72′ N)、黑河(49°22′ N)和带岭(47°08′ N)]兴安落叶松针叶进行转录组测序,并比对不同样地树木针叶的差异表达基因(DEGs)。结果表明: 共获得高质量短读序282428811条,其中在塔河-松岭、塔河-黑河、塔河-带岭、松岭-黑河、松岭-带岭、黑河-带岭6个对比组中,分别筛选出16915、18812、28536、20635、29957和23617条差异表达基因。在KEGG代谢通路分析中,光合作用通路中编码光系统Ⅱ(PSⅡ)的Psb基因家族的9个基因(即PsbB、PsbK、PsbO、PsbP、PsbQ、PsbS、PsbW、Psb27和Psb28)及编码F型ATP酶的3个基因(即ATPF1A, atpA、ATPF1G, atpG和ATPF1D, atpH)均随样地间的环境差异增大而呈现明显上调;氮代谢通路中编码谷氨酰胺合成酶的基因(glnA, GLUL)、硝酸还原酶的基因(NR)、碳酸酐酶的基因(cynT,can)也呈现同样的上调。DEGs和上调基因的数量均随样地环境变化增大而增多,进而导致了兴安落叶松针叶光合能力在样地间的差异。

干旱胁迫下接种丛枝菌根真菌对七子花非结构性碳水化合物积累及C、N、P化学计量特征的影响

李月灵, 金则新, 罗光宇, 陈超, 孙中帅, 王晓燕

2022, 33(4):  963-971.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.014

摘要 ( 272 )   PDF (1980KB) ( 47 )  

以濒危植物七子花二年生幼苗为研究材料,采用盆栽试验方法,研究干旱胁迫和接种丛枝菌根真菌(AMF)处理对幼苗不同器官C、N、P化学计量关系和非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响。试验共设计4个处理:对照(CK)、干旱胁迫(D)、接种AMF(AMF)、干旱胁迫和接种AMF(D+AMF)。结果表明: 在干旱胁迫下七子花根系AMF的侵染率显著下降,但接种AMF处理植株的株高、叶片数显著高于未接种处理。接种AMF显著提高了干旱胁迫下植株根、叶可溶性糖和NSC含量及茎、叶淀粉含量,且茎和叶可溶性糖与淀粉比显著下降。干旱胁迫导致植株C含量在根和叶中显著增加,P含量在茎中显著减少;与干旱胁迫相比,胁迫下接种AMF植株根、茎、叶P含量及叶C含量显著提高,而根C、N含量及茎C含量显著降低。胁迫下接种AMF植株根、茎C∶N、C∶P、N∶P和叶N∶P均显著低于单一胁迫处理。NSC与C∶N∶P计量比的相关性分析表明,根、叶P含量与可溶性糖和NSC含量呈显著正相关,茎P含量与淀粉和NSC含量呈显著正相关,各器官N∶P与NSC含量呈显著负相关。综上,干旱胁迫显著抑制了七子花幼苗的生长,接种AMF通过提高植株根和叶的可溶性糖含量、根的可溶性糖/淀粉,增加地上部分淀粉含量,促进P元素吸收和降低各器官N∶P来增强植株耐旱性,从而提高七子花幼苗在干旱环境中的存活率。

生石灰对林下酸化土壤的调控作用及三七生长的影响

张义杰, 徐杰, 陆仁窗, 叶辰, 黄惠川, 杨敏, 何霞红, 朱书生

2022, 33(4):  972-980.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.018

摘要 ( 243 )   PDF (2429KB) ( 26 )  

土壤酸化是导致林下三七生长不良和根腐病发生的重要因素。本试验利用不同量(0、500、1000、1500和2000 kg·hm^-2)的生石灰改良林下酸化土壤,评价生石灰对土壤理化性质、酚类物质、根际微生物和三七生长的影响。结果表明: 适量的生石灰(500～1000 kg·hm^-2)可显著提高土壤pH值,降低酚类物质(羟基苯甲酸、香草醛、丁香酸、阿魏酸和香草酸)含量,促进三七的生长,并降低根腐病的发生。适量的生石灰(500～1000 kg·hm^-2)能显著降低土壤的真菌/细菌,提高细菌多样性,提高门水平上子囊菌门、变形菌门和属水平上马赛菌属和鞘脂单胞菌属的相对丰度。但是过量的生石灰(1500～2000 kg·hm^-2)会降低土壤碱解氮和有机质含量,抑制三七的生长。因此,500～1000 kg·hm^-2生石灰可显著改善林下土壤的化学性质和微生物群落,从而促进三七生长,降低根腐病的发生。

氮素添加对呼伦贝尔草甸草原植物氮钾元素含量和计量比的影响

高贝, 胡艳宇, 张志委, 丁聪, 杨雁茹, 吕晓涛

2022, 33(4):  981-987.  doi:10.13287/j.1001-9332.202203.007

摘要 ( 263 )   PDF (1503KB) ( 45 )  

钾(K)是植物叶片中仅次于氮(N)的第二大营养元素,在调节植物生长发育、稳态维持和胁迫响应等方面具有重要作用。以往关于氮素输入对植物养分状况影响的研究中多关注了氮磷养分,较少关注钾及其与其他元素的计量关系。本研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为对象,研究氮素添加和刈割对植物功能群水平和群落水平钾含量及计量特征(N∶K)的影响,分析功能群自身养分状况和群落组成改变对群落水平养分状况变化的相对贡献。结果表明: 为期6年的氮素添加提高了所有植物功能群的N含量以及根茎禾草和豆科植物的K含量,刈割降低了根茎禾草和丛生禾草的N含量,而对所有功能群的K含量和N∶K均无显著影响。氮素添加显著提高了群落水平植物N和K含量,刈割仅增加了群落植物的N含量。氮素添加和刈割对功能群和群落水平上的植物N∶K均无显著影响。功能群本身的养分变化情况对群落水平植物养分状况的贡献大于群落组成的贡献。在对群落水平养分特征的影响方面,功能群本身养分变化的贡献与群落组成的贡献具有负的协变关系。呼伦贝尔草甸草原植物具有较高的N∶K内稳性,能够较好地调节自身的氮钾平衡,这对氮沉降背景下维持氮钾元素计量关系具有重要意义。

调控措施对祁连山中度退化高寒草甸土壤的影响

刘晶晶, 尹亚丽, 李世雄, 赵文, 苏世锋, 董怡玲

2022, 33(4):  988-994.  doi:10.13287/j.1001-9332.202203.009

摘要 ( 190 )   PDF (975KB) ( 52 )  

研究不同调控措施(春季休牧、春季休牧-划破草皮、春季休牧-划破草皮-施肥、春季休牧-划破草皮-播种、春季休牧-划破草皮-施肥-播种)对祁连山中度退化高寒草甸植被、土壤理化性质和土壤微生物生物量的影响。结果表明: 各调控措施均显著增加了退化高寒草甸植被盖度以及地上、地下生物量,春季休牧-划破草皮-施肥与春季休牧-划破草皮-施肥-播种两种措施下植被物种丰富度显著增加,春季休牧-划破草皮-播种与春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下物种优势种为补播草种青海草地早熟禾。中度退化高寒草甸土壤(对照)pH和容重显著高于各调控措施样地,春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下土壤含水量、土壤有机碳、全氮、全钾含量及碳氮比、氮磷比均最高,分别为21.3%、22.30 g·kg^-1、2.77 g·kg^-1、19.93 g·kg^-1、8.3、3.5。春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下退化草地土壤微生物生物量氮、磷(分别为104.98和40.74 mg·kg^-1)显著高于其他措施,而退化草地在春季休牧-划破草皮-施肥措施下土壤微生物生物量碳(240.72 mg·kg^-1)显著高于其他措施。雷达图表明,调控措施对退化草地植被特征(地上、地下生物量)、土壤理化性质(含水量、有机碳、全氮、全磷、全钾)及土壤微生物生物量(碳、氮、磷)特征影响显著,且春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施对研究区退化草地的修复效果最佳。

CO₂浓度增加和水分亏缺对典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响

郭大港, 李菲, 高晓东, 何娜娜, 赵西宁

2022, 33(4):  995-1002.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.033

摘要 ( 215 )   PDF (2287KB) ( 42 )  

探讨大气CO₂浓度和水分变化对3种典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响,可为未来气候变化情形下草地生态系统适应性管理提供理论支持。本试验利用可精准控制CO₂浓度的人工气候室,设置400(自然大气)和800 μmol·mol^-1(倍增)两个CO₂浓度,80%土壤田间持水量(FC)(充分灌水对照)、55%～60%FC(轻度水分亏缺)、35%～40%FC(中度水分亏缺)、<35%FC(重度水分亏缺)4个水分梯度,研究CO₂浓度增加和水分亏缺对甘蓝型油菜、白三叶和紫花苜蓿叶绿素含量、气体交换参数及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明: 同一CO₂浓度下,与充分灌水对照相比,当土壤水分<40%FC时,3种植物的叶绿素含量和气体交换参数均显著降低;土壤水分为55%～60%FC时,3种植物的叶绿素总含量无显著变化,而白三叶和紫花苜蓿的光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)降低了6%～25%,但WUE无显著性差异。与大气CO₂浓度相比,CO₂浓度倍增使充分灌水处理下甘蓝型油菜的P_n显著降低了21.5%,而显著增加了轻度水分亏缺下3种植物的P_n,且增加了中度水分亏缺下甘蓝型油菜和紫花苜蓿的P_n,但只对重度水分亏缺下紫花苜蓿的P_n有所改善;CO₂浓度倍增显著增加了白三叶和紫花苜蓿在所有水分处理下的WUE,但只增加了甘蓝型油菜在轻度水分亏缺下的WUE。CO₂浓度和水分的交互作用对3种植物的P_n均有显著影响,但仅对甘蓝型油菜的WUE有显著影响。综上,3种植物对大气CO₂浓度倍增和水分亏缺的响应存在明显差异,CO₂浓度升高能改善轻度水分亏缺对3种植物光合性能和WUE的不利影响,但只改善了重度水分亏缺下紫花苜蓿的光合性能。

闽江河口互花米草不同入侵年限湿地土壤磷赋存形态

厉彦哲, 孙志高, 毛立, 陈冰冰, 胡星云, 王晓颖, 师自香

2022, 33(4):  1003-1011.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.006

摘要 ( 208 )   PDF (2966KB) ( 40 )  

选择闽江河口鳝鱼滩互花米草不同入侵年限湿地(SA₁,5～6年;SA₂,8～10年;SA₃,12～14年)为对象,基于时空互代法研究了互花米草入侵对湿地土壤磷赋存形态的影响。结果表明: 不同入侵年限互花米草湿地土壤中难分解态磷(HCl-Pi、Residual-P)含量的占比最高(46.4%～46.7%),中等易分解态磷(NaOH-Pi、NaOH-Po、Sonic-Pi)次之(40.0%～44.0%),而易分解态磷(Resin-Pi、NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po)最低(9.5%～13.3%)。随着互花米草入侵年限的增加,湿地土壤磷赋存形态及其空间分布特征也发生明显改变,中等易分解态磷、难分解态磷和总磷含量整体上均呈增加趋势,而易分解态磷含量呈降低趋势。相对于SA₁,SA₂的中等易分解态磷、难分解态磷和总磷含量分别增加了11.5%、9.7%和10.5%,而SA₃分别增加了24.8%、13.2%和13.5%。互花米草入侵年限的增加显著改变了湿地土壤磷的赋存形态特征,这主要取决于电导率(EC)、pH值及粒度等关键因子的变化。近年来,闽江河口开展的互花米草定期刈割治理在一定程度上减少了残体向土壤归还磷养分的能力,降低了土壤中易分解态磷的养分供应。

亚热带丘岗区经果林种植对红壤团聚体稳定性的影响

童晨晖, 王辉, 谭帅, 魏亚飞, 胡廷飞, 张先登, 刘立豪

2022, 33(4):  1012-1020.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.011

摘要 ( 198 )   PDF (2501KB) ( 22 )  

团聚体稳定性特征对评价经果林种植区内水土环境状况具有重要意义。为探究经果林类型对林下土壤团聚体结构及稳定性的影响,选取湖南北部丘岗区5年生黄桃、梨树、桔树、油茶和猕猴桃5种经果林下0～50 cm土层土壤为研究对象,采用沙维诺夫法量化分析各经果林下土壤团聚体含量、分布特征和稳定性指标的差异。结果表明: 土壤团聚体中大部分为机械稳定性团聚体,含量均在92.3%以上;经湿筛法处理后,油茶水稳性团聚体以>2 mm粒径为主,占总量的55.9%,0.25～2 mm粒径团聚体是黄桃、梨树、桔树和猕猴桃土壤的优势粒级,含量均在43.6%以上;5种经果林平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分布范围分别为1.10～3.19 mm和0.61～2.28 mm,团聚体结构破坏率(PAD)和分形维数(D)分布范围分别为2.9%～37.3%和2.30～2.68;随土层深度增加,黄桃、油茶、猕猴桃下土壤团聚体稳定性变差,MWD和GMD分别降低了1.7%～57.7%和4.5%～65.8%,PAD和D分别增加了0.4%～17.3%和1.6%～11.1%;经果林类型对土壤团聚体稳定性的影响随着土层深度的增加而减小。综合各稳定性指标,5种经果林下团聚体稳定性顺序为油茶>猕猴桃>梨树>桔树>黄桃;经果林类型主要通过影响大粒径团聚体含量来提高土壤结构稳定性。从改良土壤团聚体分布及稳定性方面考虑,建议在亚热带丘岗区经果林种植过程中优先考虑油茶,其次为猕猴桃;黄桃种植可能造成土壤团聚度降低,在种植中需考虑土壤流失的防护措施。本研究结果可为亚热带丘岗区经果林的开发利用及生态治理提供一定的理论依据和应用指导。

大颗粒活化腐植酸肥对苹果土壤团聚体和有机碳的影响

刘艳, 唐亚福, 杨越超, 姜远茂, 程冬冬

2022, 33(4):  1021-1026.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.012

摘要 ( 230 )   PDF (656KB) ( 32 )  

新型大颗粒活化腐植酸肥(LAF)在苹果化肥减量和果实稳产方面的效果显著,探明其对土壤团聚体和有机碳的影响是揭示该新型肥料对苹果土壤结构影响的重要依据。本研究设置4个LAF处理:LAF₁[全量施肥,施肥时期及重量比(下同):萌芽期∶膨果期∶成熟期=3∶4∶3]、LAF₂(全量施肥,萌芽期∶膨果期∶成熟期=2∶3∶5)、LAF₃(减量1/4施肥,萌芽期∶膨果期∶成熟期=2∶3∶5)、LAF₄(减量1/3施肥,萌芽期∶膨果期∶成熟期=2∶3∶5),以不施肥(CK)处理为对照。通过4年盆栽试验,研究苹果土壤团聚体组成、稳定性和有机碳对不同施肥处理的响应。结果表明: 1)与CK相比,LAF各处理显著提高了土壤水稳性大团聚体含量,>2 mm和2~0.25 mm粒径团聚体含量分别提高了53.4%~77.5%和12.3%~17.0%,且提高幅度随施肥量的增加而增大,其中LAF₁处理土壤水稳性大团聚体含量最高。2)LAF各处理在各粒径团聚体含量上差异不显著,其中2~0.25 mm粒径团聚体含量所占的比例最高。3)与CK相比,LAF各处理均显著提高了团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低了分形维数(D),其中LAF₁处理的MWD和GMD值最高,对土壤团聚体稳定性提升效果最好。4)除LAF₄外,其他LAF处理土壤有机碳含量均显著高于CK,其中LAF₂处理土壤有机碳含量最高;LAF各处理均增加了土壤各粒径团聚体有机碳含量,LAF₁、LAF₂、LAF₃处理显著提高了>2 mm粒径团聚体有机碳含量,且>2 mm团聚体有机碳对总有机碳的贡献率最大;LAF各处理的水稳性大团聚体有机碳对总有机碳的贡献率均显著高于CK,且贡献率均在66.0%以上,其中LAF₁处理最高。综上,施用LAF在促进苹果土壤水稳性大团聚体形成和稳定性、提高团聚体有机碳含量上应用效果显著,其中全量施用效果最好。施用LAF可作为改善苹果土壤结构和提升土壤肥力的有效措施。

生物炭配施硝化/脲酶抑制剂对亚热带水稻土活性氮气体排放的影响

黄佳佳, 何莉莉, 刘玉学, 吕豪豪, 汪玉瑛, 陈照明, 陈金媛, 杨生茂

2022, 33(4):  1027-1036.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.017

摘要 ( 236 )   PDF (2200KB) ( 38 )  

探究施用生物炭和脲酶抑制剂/硝化抑制剂对亚热带水稻土氮素硝化过程的调控作用、氨挥发和N₂O排放的温室效应潜能的影响,确定生物炭与硝化和脲酶抑制剂的最佳组合,可为削减施用氮肥带来的活性氮气体排放对环境的负面风险提供理论依据。本研究采用室内好气培养试验方式,以单施尿素(N)为对照,设置7个试验处理[尿素+生物炭(NB),尿素+硝化抑制剂(N+NI),尿素+脲酶抑制剂(N+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(N+NIUI),尿素+硝化抑制剂+生物炭(NB+NI),尿素+脲酶抑制剂+生物炭(NB+UI),尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂+生物炭(NB+NIUI)],观测生物炭与脲酶抑制剂(NBPT)/硝化抑制剂(DMPP)配施下土壤无机氮含量、N₂O排放及氨挥发的变化动态。结果表明: 1)培养期间,与N处理(5.11 mg N·kg^-1·d^-1)相比,NB处理的土壤硝化速率常数显著增加33.9%,N+NI处理显著降低22.9%;NB处理显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度,增幅达56.0%。2)与N处理相比,N+NI和NB+NI处理的NH₃累积排放量均显著增加约49%;N+UI处理降低了NH₃累积损失量,NB+UI处理抑制效果更明显。3)各处理的N₂O排放速率高峰均出现在施肥后前10 d;NB处理的N₂O排放高峰出现最早,N处理排放速率最高(5.87 μg·kg^-1·h^-1);硝化抑制剂与脲酶抑制剂配施减少土壤N₂O排放的效果最佳。综合计算各处理直接N₂O和间接N₂O(NH₃)排放产生的温室效应潜能(GWP)发现,N+NI和NB+NI处理较N处理分别增加了34.8%和40.9%,而NB和NB+UI处理的GWP显著降低了45.9%和60.5%。因此,生物炭与脲酶抑制剂配施对降低土壤活性氮气体排放所产生的温室效应潜能效果最佳。

不同水肥耦合下双季稻氮磷吸收、利用与流失差异

王利民, 黄东风, 张秉涯, 潘住财

2022, 33(4):  1037-1044.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.016

摘要 ( 183 )   PDF (908KB) ( 40 )  

为优化双季稻水肥管理措施,在福建省东部双季稻区设置田间径流小区试验,研究了T₀(对照,未施肥+常规灌溉)、T₁[习惯施肥(273 kg N·hm^-2, 59 kg P·hm^-2, 112 kg K·hm^-2)+常规灌溉]、T₂[优化施肥(240 kg N·hm^-2, 52 kg P·hm^-2, 198 kg K·hm^-2)+常规灌溉]和T₃(优化施肥+节水灌溉)4种水肥耦合处理下双季稻产量、养分吸收利用及田面水氮、磷流失变化。结果表明: 与T₀相比,T₁、T₂和T₃处理早稻稻谷产量显著提高了0.7、1.0和1.1倍,晚稻稻谷产量显著提高了0.9、1.1和1.0倍;T₁、T₂和T₃处理早、晚稻植株地上部分,尤其稻谷氮、磷吸收量增加显著,早稻稻谷氮吸收量分别增加1.1、1.2和1.2倍,磷吸收量增加0.9、1.4和1.6倍,晚稻稻谷氮吸收量增加0.8、1.0和1.0倍,磷吸收量增加0.7、0.9和0.9倍。T₃比T₁处理早稻氮、磷肥农学利用率分别显著增加71.1%和69.2%,晚稻分别显著增加26.4%和25.0%,但田面水可溶性总氮流失量减少了16.0%,并以硝态氮流失为主;T₂与T₃处理早晚稻氮、磷肥农学利用率差异均不显著。本试验中的优化水肥管理措施(T₃)既能促进水稻氮、磷吸收利用,提高双季稻产量,又能降低早稻田面水氮素尤其是硝态氮的流失。本研究可为福建省东部双季稻区水肥利用管理和氮、磷面源污染防治提供理论支持。

低氮诱导玉米幼苗叶片衰老过程中碳氮平衡的动态变化

王宁, 师赵康, 徐世英, 尹凤茹, 王伟杰, 冯万军

2022, 33(4):  1045-1054.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.034

摘要 ( 228 )   PDF (3422KB) ( 30 )  

叶片适时衰老对保证玉米产量有重要意义。本试验以玉米自交系PH6WC和PH4CV为研究对象,通过水培方法,设置低氮(0.04 mmol·L^-1,LN)和正常(4 mmol·L^-1,CK)氮素水平两种处理,在培养2、4、6和8 d后,对其幼苗第2和第3叶片表型、光合特性、叶片中氮素和糖分含量及碳氮比进行分析,旨在探究低氮胁迫下玉米幼苗叶片衰老过程中碳氮平衡的动态变化。结果表明: 与CK相比,LN造成两玉米自交系幼苗第2和第3叶片的面积、生物量、相对叶绿素含量、净光合速率、可溶性糖和淀粉含量均下降,而其氮物质生产能力均先后增加,但第2叶片的变化时间均早于第3叶片;在两叶片的各性状上,均为LN下PH6WC的变化幅度大于PH4CV,且仅幼苗叶片中的碳氮比在LN下显著提高;PH6WC的叶片衰老更快,PH4CV有更强的碳氮平衡能力,其叶片衰老相对滞后。综上,低氮会诱导玉米幼苗叶片衰老,高碳氮比具有促进叶片衰老的调控作用,低氮胁迫下幼苗叶片的碳氮平衡能力在两个玉米基因型间存在较大差异。

咸水沟灌对棉田土壤水稳性团聚体稳定性的影响

毕言鹏, 郑春莲, 党红凯, 曹彩云, 李科江, 马俊永, 王赫, 张俊鹏

2022, 33(4):  1055-1062.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.002

摘要 ( 185 )   PDF (1055KB) ( 32 )  

探明咸水沟灌对土壤水稳性团聚体的影响对实现咸水资源安全高效利用具有重要意义。本研究在棉花长期定位咸水沟灌试验(始于2006年)的基础上,分析了不同矿化度(1、2、4、6、8、10 g·L^-1)咸水连续灌溉第10年和第15年棉田土壤盐分和水稳性团聚体稳定性的变化特征。结果表明: 沟底0~30 cm土层土壤盐分随灌溉水矿化度的升高而增加,其中6、8、10 g·L^-1灌水处理与1 g·L^-1处理间差异达显著水平;随着土层深度的增加,各处理土壤盐分逐渐增大。咸水沟灌有降低沟底土壤水稳性团聚体稳定性的趋势,当灌溉水矿化度≥6 g·L^-1时,水稳性大团聚体(>0.25 mm)质量分数、团聚体平均重量直径和几何平均直径显著降低,分形维数和平均重量比表面积显著增大;随着土层深度的增加,各处理土壤水稳性团聚体稳定性下降。连续多年咸水沟灌条件下,各处理棉田沟底0~30 cm土层土壤盐分和水稳性团聚体稳定性未随灌水年限的增加而逐年积累与恶化。在本研究灌溉制度下,采用≤4 g·L^-1咸水沟灌对试验区棉田土壤盐分和水稳性团聚体稳定性指标无显著影响。

咸水灌溉对冬小麦籽粒品质特性和产量的影响

马玉诏, 党红凯, 李科江, 郑春莲, 曹彩云, 张俊鹏, 李全起

2022, 33(4):  1063-1068.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.003

摘要 ( 225 )   PDF (453KB) ( 51 )  

为缓解农业用水供需矛盾,解决井灌区地下水超采问题,探究华北平原广泛分布的地下咸水灌溉对冬小麦品质和产量的影响,实现农业可持续发展,本研究在始于2006年的长期定位试验基础上,设置1、2、4、6、8 g·L^-1共5个灌溉水矿化度处理,其中1 g·L^-1灌溉水(取自当地地下水)为对照,研究咸水灌溉对冬小麦籽粒品质特性和产量性状的影响。结果表明: 与对照相比,当灌溉水矿化度≥4 g·L^-1时可显著增加籽粒吸水量、面团形成时间、沉淀值、湿面筋和粗蛋白含量,但显著降低出粉率、面团稳定时间和面筋指数;长期灌溉高矿化度咸水(4～8 g·L^-1)显著降低了冬小麦穗数(44.0%～60.7%)和籽粒产量(35.6%～64.7%)。在连续多年咸水灌溉条件下,与对照相比,2 g·L^-1灌水处理对籽粒产量及产量构成因素无显著影响,且能提高吸水量、面团形成时间、沉淀值、湿面筋和粗蛋白含量等籽粒品质。采用主成分分析法对冬小麦产量性状和品质特性进行综合性评价,得出2 g·L^-1灌水处理综合效果最优。本研究可为华北平原咸水资源高效利用提供理论支撑。

生物质炭施用量对大豆农艺性状和营养物质含量的影响

刘建萍, 龙莹, 李晓红

2022, 33(4):  1069-1073.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.005

摘要 ( 178 )   PDF (1248KB) ( 42 )  

以大豆品种‘徐豆18'为对象,于2020年5月在邵阳学院试验基地设0(CK)、5、10、20和40 g·kg^-1土壤添加生物质炭处理,分析盆栽大豆的生长发育、农艺性状和营养含量。结果表明: 与CK相比,施用生物质炭对大豆的生育期、株高、单株有效荚数、百粒重、叶片干重、茎秆干重和大豆籽粒中蛋白质、粗脂肪、异黄酮含量均具有显著影响。施用量为20 g·kg^-1时,大豆的发芽率最高,生育期最短,单株有效荚数最多,百粒重最大,籽粒中蛋白质、粗脂肪和异黄酮含量最高。生物质炭施用量为40 g·kg^-1时,大豆株高较高且贪青晚熟,单株有效荚数和百粒重比施用量为20 g·kg^-1时降低。综上,土壤添加生物质炭对大豆农艺性状和营养含量的影响因施用量不同而异,其中20 g·kg^-1为本试验条件下的最佳施用量。

冰川退缩区不同演替阶段土壤溶解性有机质光谱特征及环境响应

梁紫嫣, 李晓明, 王涛, 段宝利, 类延宝

2022, 33(4):  1074-1082.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.032

摘要 ( 177 )   PDF (3854KB) ( 17 )  

溶解有机质(DOM)作为土壤中最活跃的有机组分,在土壤生物地球化学过程中起着关键作用,探讨植被演替过程中DOM的来源、组成、环境响应与累积规律,对预测土壤碳循环过程具有重要意义。本研究从海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列选取演替年龄分别为12、30、40、50、80、120年的样地采集表层和亚表层土壤样本,测定DOM浓度并进行紫外-可见光光谱和三维荧光光谱分析,研究原生演替过程中DOM含量和组成的变化特征及其影响因素。结果表明: 土壤DOM浓度随演替年龄的增加而显著增加。土壤DOM中类蛋白组分、荧光指数和生物指数随演替时间的增加而减小,类腐殖质组分和腐殖化程度随演替过程不断增加,土壤DOM芳香化程度先增加后减小。pH值、铵态氮含量解释了62.2%的表层土壤DOM组分变异,土壤含水率和pH值解释了64.3%的亚表层土壤DOM组分变异,说明环境因素是影响海螺沟冰川退缩区原生演替过程中土壤DOM数量和组成的重要因子。

哈尼梯田景观格局对地表水δ¹⁸O海拔效应的影响

刘澄静, 角媛梅, 徐秋娥, 杨艳芬, 丁银平, 刘志林

2022, 33(4):  1083-1090.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.010

摘要 ( 167 )   PDF (1672KB) ( 22 )  

本研究以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为对象,对在2015年5月—2016年4月间逐月采集的森林景观类型和梯田景观类型下12个样点的地表水样品进行氢氧稳定同位素组成和效应分析。结果表明: 1)在地表水氢氧稳定同位素组成上,森林斑块δ¹⁸O平均值小于梯田斑块,森林斑块δ¹⁸O随时间的变化幅度也小于梯田斑块;2)研究区地表水δ¹⁸O除8月和3月外,均具有显著的海拔效应,其一元线性回归方程为:δ¹⁸O=-0.012H+13.84(r=-0.83, n=12);3)地表水δ¹⁸O海拔梯度为-1.2‰·(100 m)^-1,但并不是受降水影响的“真”海拔梯度,而是森林斑块和梯田斑块间地表水δ¹⁸O景观梯度影响下的海拔梯度;4)在森林-梯田的景观格局组合下,森林斑块与梯田斑块间的地表水δ¹⁸O值差异增强了海拔效应。因此,当流域景观格局异质性强时,地表水稳定同位素效应会被强化或者出现完全相反的同位素效应。

毛竹扩张对常绿阔叶林土壤微生物群落的影响

马鑫茹, 郑旭理, 郑春颖, 胡玉婷, 秦华, 陈俊辉, 徐秋芳, 梁辰飞

2022, 33(4):  1091-1098.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.030

摘要 ( 289 )   PDF (1117KB) ( 35 )  

毛竹具有独特的生理生态学特征,会不断地向邻近的生态系统扩张。这一现象会造成生态系统退化、土壤理化性质和微生物群落结构改变等问题,引起了人们的高度关注。然而,目前关于毛竹扩张对微生物群落结构的影响研究甚少。以安吉灵峰寺林场的长期定位试验为平台,在4条毛竹扩张样带上依次设置常绿阔叶林(BLF)、竹-阔混交林(MEF)和毛竹林(PEF)样地,测定不同林型的土壤理化性质以及微生物群落特征。结果表明: 随着毛竹的扩张,土壤pH值显著上升,毛竹林土壤pH值分别比竹-阔混交林和常绿阔叶林高0.37和0.32,而有机碳、铵态氮、硝态氮含量显著降低;除丛枝菌根真菌外,其他主要微生物类群都有下降的趋势,且微生物多样性和丰富度显著降低。毛竹扩张对土壤碳输入及养分的改变是影响地下微生物群落生物量及结构的重要因素,其中土壤有机碳、铵态氮含量是影响土壤微生物群落变化的主要因子。

减施化肥配施有机肥对荔枝园土壤微生物区系的影响

安祥瑞, 江尚焘, 谢昶琰, 徐阳春, 董彩霞, 沈其荣

2022, 33(4):  1099-1108.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.031

摘要 ( 302 )   PDF (1396KB) ( 66 )  

有机肥替代部分化肥对荔枝生产有提质增效作用。为进一步探讨荔枝土壤微生物学机制,本试验以19年生“妃子笑”荔枝为对象,以化肥处理(CF)为对照,研究2018—2020连续两年减施化肥(平均减施化肥总养分21.5%)配施羊粪(OF)和配施生物有机肥处理(BIO)对土壤微生物多样性、群落组成及差异微生物等的影响,为荔枝科学施肥提供理论指导。结果表明: 与CF相比,连续两年OF和BIO处理均可有效提高荔枝产量和品质,产量平均增幅分别为23.1%和39.0%。土壤有机质含量和pH值均明显提高,土壤有效磷、有效钾、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量均有不同程度增加。施用两种有机肥均能提高根际土壤细菌和真菌多样性,对非根际土壤影响不明显,同时改变土壤微生物群落结构,增加拟杆菌门、变形菌门和芽单胞菌门等富营养型细菌类群,减少酸杆菌门、绿弯菌门等贫营养型细菌类群。与CF相比,OF处理下MND1属和BIO处理下TK10属、芽单胞菌属、黄色杆菌属、木霉属、毛匍孢霉属的相对丰度均显著提高,并与产量呈显著正相关关系。综上,在荔枝上连续两年采用有机肥替代部分化肥可有效提高土壤pH值和养分有效性,增加根际土壤微生物丰富度和多样性,改变土壤微生物群落结构,从而形成更有利于产量提高和品质提升的微生物区系。

黄土高原苜蓿-粮食作物轮作下土壤细菌群落特征和生态功能预测

王晓菲, 罗珠珠, 张仁陟, 牛伊宁, 李玲玲, 田建霞, 孙鹏洲, 刘家鹤

2022, 33(4):  1109-1117.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.028

摘要 ( 223 )   PDF (1522KB) ( 74 )  

为揭示多年种植苜蓿后轮作不同作物对黄绵土细菌群落的影响,本研究通过布设在黄土高原雨养农业区的长期定位试验,采用16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt方法探究苜蓿(LC)、苜蓿-休闲-小麦(L_FW)、苜蓿-休闲-玉米(L_FC)、苜蓿-马铃薯(LP)与苜蓿-谷子(LM)对土壤细菌群落结构和多样性的影响,并利用PICRUSt法预测了其生态功能。结果表明: 半干旱区黄绵土细菌优势门为放线菌门(20.3%～32.0%)、变形菌门(19.2%～23.0%)、酸杆菌门(12.4%～14.2%)和绿弯菌门(11.0%～12.7%),其中苜蓿翻耕轮作玉米土壤优势细菌属为芽孢杆菌属(1.9%),其余处理土壤细菌优势属均为假节杆菌属(2.5%)。多年生苜蓿翻耕轮作不同粮食作物后显著降低了放线菌门相对丰度,但显著提高了绿弯菌门和厚壁菌门的相对丰度。冗余分析表明,影响苜蓿及轮作作物土壤细菌群落结构的主要环境因子是硝态氮、铵态氮和全氮。PICRUSt功能预测结果表明,新陈代谢(78.6%～79.1%)为黄绵土细菌群落的主要功能,苜蓿翻耕轮作作物显著降低了土壤细菌碳水化合物代谢功能基因丰度,但明显提高了土壤细菌辅助因子和维生素代谢、神经退行性疾病、免疫系统等功能基因丰度。综上,多年生苜蓿翻耕轮作一年生作物改变了土壤细菌群落结构和生态功能,该结果可为黄绵土细菌群落演替特征的探索和苜蓿适宜后茬作物的确定提供理论参考。

传统绍兴黄酒酿造真菌群落与多样性发生机制

杜贞娜, 单之初, 沈赤, 程斐, 郭怀宇, 臧威, 孙剑秋, 潘兴祥

2022, 33(4):  1118-1124.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.040

摘要 ( 197 )   PDF (1440KB) ( 35 )  

为了揭示绍兴黄酒酿造真菌群落与多样性的发生机制,依托Illumina MiSeq PE300高通量测序平台对淋饭酒母、麦曲与发酵醪液样本中的真菌资源进行研究。从淋饭酒母、麦曲、初醪、熟醪样本中分别获得136000、215283、166150、143624条优化序列,聚类后分别得到32、133、107、84个操作分类单元(OUT),酿造真菌多样性与丰富度表现出麦曲＞初醪＞熟醪＞淋饭酒母的趋势。从门水平来看,所有样本中的子囊菌均占有绝对优势;在属水平上,酵母在淋饭酒母中表现出明显的优势,曲霉为麦曲中的优势真菌,初醪与熟醪中的优势真菌主要是酵母和曲霉。随着黄酒酿造时间的延长,醪液中酵母的比例逐渐升高,而包括曲霉在内的其他真菌类群表现出逐渐减少的趋势。主坐标分析(PCoA)和相似性聚类分析结果表明,淋饭酒母、初醪和熟醪中的菌群结构更为相近,而麦曲中的真菌资源与其他样本差异很大。对落缸发酵的初始醪液中真菌群落特征进行分析发现,淋饭酒母与麦曲对绍兴黄酒酿造真菌群落的形成具有重要影响。在酿造真菌群落构建过程中,源于淋饭酒母、麦曲等糖化发酵剂的优势种类发挥主导作用。

番茄玉米间套作对烟粉虱的屏障效应及控制番茄黄化曲叶病毒病的效果

魏佩瑶, 李英梅, 刘晨, 任平

2022, 33(4):  1125-1130.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.004

摘要 ( 229 )   PDF (1475KB) ( 18 )  

为探讨番茄与玉米间套作对烟粉虱的趋避效应及控制番茄黄化曲叶病毒病的效果,设置番茄品种‘金山511'以固定株行距与玉米品种‘先玉335'分别以10、20、30 cm的播种株距进行间作套种,调查3种栽培方式对烟粉虱屏障效应及黄化曲叶病毒病发生的影响。结果表明: 与番茄单作相比,玉米植株建立起的自然屏障使番茄生长环境相对稳定,玉米播种株距为10、20、30 cm时,番茄植株在6:00—20:00的平均温度分别降低3.01、2.26和1.45 ℃,平均相对湿度分别提高13.0%、8.8%、6.0%,平均光照强度分别降低26.1%、20.4%和14.5%;在每日的高温时段可显著降低番茄温度,提高湿度,减少光照强度,有效缓解强光、高温和干旱等有利于病毒病发生的不良环境条件,且在玉米播种距离为10 cm时效果最好。番茄间作玉米对烟粉虱有趋避效应,能抑制番茄黄化曲叶病毒病的发生,玉米株距为10、20、30 cm时,烟粉虱虫口数分别比单作减少88.7%、82.0%、73.9%,对病毒病的抑制作用呈减弱趋势,间作病情指数分别显著降低67.3%、59.4%和44.5%。玉米/番茄间作的种植模式有利于番茄植株生长和坐果,可提升番茄产量,玉米种植密度越高,效果越好,本试验条件下以玉米种植株距10 cm效果最好。

双酚A暴露对哺乳动物精子蛋白酪氨酸磷酸化的影响

胡启蒙, 李姗姗, 杨宇新, 李蒙玉, 何建云, 何群

2022, 33(4):  1131-1136.  doi:10.13287/j.1001-9332.202206.029

摘要 ( 153 )   PDF (1779KB) ( 13 )  

双酚A(BPA)是一种人工合成的雌激素性化合物,广泛存在于环境中,对哺乳动物内分泌有干扰作用,影响雄性生殖系统功能。本研究以新鲜猪精子、17 ℃保存猪精子以及小鼠精子为对象,采用体外培养方法,利用蛋白免疫印迹(WB)和免疫荧光技术,分析不同浓度BPA(0、0.1、1、10、100 μmol·L^-1)暴露对哺乳动物精子蛋白酪氨酸磷酸化的影响及分子机制。结果表明: 低中浓度(0.1、1 μmol·L^-1)BPA暴露对新鲜猪获能精子蛋白酪氨酸磷酸化具有显著促进作用,但在高浓度(10、100 μmol·L^-1)BPA暴露下,猪获能精子蛋白酪氨酸磷酸化呈现降低趋势。BPA暴露下,小鼠获能精子蛋白酪氨酸磷酸化随BPA浓度的增加而增强,并且BPA影响猪和小鼠精子获能相关酪氨酸磷酸化修饰的蛋白种类不同。表明BPA暴露对哺乳动物精子的影响具有物种特异性。免疫荧光结果显示BPA对精子蛋白酪氨酸磷酸化的影响主要发生在鞭毛的中段和主段。

基于形态分析探究鳞头犬牙南极鱼各生活史阶段耳石形态变化

魏联, 钱胡蕊, 杨丹, Sobahle Somhlaba, 朱国平

2022, 33(4):  1137-1144.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.029

摘要 ( 243 )   PDF (1629KB) ( 32 )  

鳞头犬牙南极鱼为南极最为重要的底层鱼类,具有重要的生态作用和极高的商业价值,鱼类耳石形态随着生活史过程的推移有所差异,故耳石形态分析可用于推断鳞头犬牙南极鱼的生活史过程。本研究利用采集自南极罗斯海、阿蒙森海、威德尔海及拉扎列夫海120尾分属4个生活史阶段的鳞头犬牙南极鱼耳石,结合传统测量分析与椭圆傅里叶分析两种形态学研究方法,对其各生活史阶段耳石形态的差异进行研究。结果表明: 鳞头犬牙南极鱼各生活史阶段耳石形态存在差异,随着生活史过程的推移,耳石的变化趋势为整体上由轮廓平滑、复杂度较低向轮廓曲折、高度复杂化转变,且纵轴方向增长速度低于横轴方向,翼叶等特征部位变化显著。针对耳石形态的线性判别分析结果显示,椭圆傅里叶分析判别值较高,为85.4%,而传统测量分析判别值较低,为71.9%,表明相较于传统测量分析,椭圆傅里叶分析更具优势。

综合呼吸

土壤呼吸对降雨变化和氮沉降交互作用响应的研究进展

秦淑琦, 彭琴, 董云社, 齐玉春

2022, 33(4):  1145-1152.  doi:10.13287/j.1001-9332.202204.015

摘要 ( 324 )   PDF (467KB) ( 91 )  

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的关键过程,对大气CO₂浓度变化有直接影响。研究其如何响应降雨变化、氮沉降增加等全球变化因子,成为近年全球变化领域的热点与难点。与土壤呼吸响应降雨变化或氮沉降增加单个因子相比,研究土壤呼吸对这两个因子交互作用的响应更接近真实的自然环境,可更准确地预估未来土壤碳排放的变化趋势。目前,相关研究涉及全球不同的陆地生态系统,从土壤、微生物和植物层面对其响应机理进行揭示。本文从土壤呼吸及其组分、相关的土壤性质、微生物及植物因素方面,较全面地梳理了不同陆地生态系统土壤呼吸响应降雨变化和氮沉降增加交互作用的研究进展,指出了现有研究中的不足及今后需加强的研究方向,以期为进一步揭示土壤呼吸对降雨变化和氮沉降增加交互作用的响应规律及机制提供参考。