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2022年 第3期 第11卷 刊出日期: 2022-09-01
黑土耕地地力提升专栏
土壤有机质周转过程及其矿物和团聚体物理调控机制
张斌, 张福韬, 陈曦, 王东睿
2022, 11(3): 235-247.   doi: 10.11689/j.issn.2095-2961.2022.03.001
摘要(43) HTML(4) PDF(9)
摘要:

土壤有机质是陆地最大的碳库,是保障土壤健康和粮食安全的基础资源,其微量变化就会对气候产生巨大的影响。全球气候变暖背景下,植被初级生产量的增加将导致输入土壤的植物凋落物和根际分泌物量增加。输入有机物驱动土壤有机质循环,其分解产物转化为新的土壤有机质,同时促进原土壤有机质分解,进而更新土壤肥力并反作用于气候变化,相关研究是土壤有机质研究的热点和重点,但是关于矿物和团聚体物理保护的研究较少。本文从生态系统角度综述了对土壤有机质周转中形成和分解过程的新认识,明确了土壤矿物和团聚体物理保护的重要性,并阐述了未来的研究方向。

长期大气CO2浓度和温度升高对玉米生物量及根际磷组分的影响
郭丽丽, 房蕊, 李彦生, 于镇华, 王光华, 刘晓冰, 刘俊杰, 刘居东, 金剑
2022, 11(3): 248-260.   doi: 10.11689/j.issn.2095-2961.2022.03.002
摘要(25) HTML(1) PDF(2)
摘要:

在农业系统中,作物通过刺激根系生长和调节根际生化特征从土壤中获取更多磷(P)以满足产量增长需求,根际有效磷的吸收势必影响土壤磷转化。然而,长期大气CO2浓度和温度升高对作物生长、土壤磷组分以及相关微生物机制的影响鲜有研究。本研究利用开顶式生长室(OTC)重点探究了气候变化对黑土区玉米根际土壤磷组分和相关磷转化微生物功能基因的影响。结果表明,连续4年CO2浓度和温度升高使玉米生物量增加10%~40%,磷吸收增加20%~80%。另外,大气CO2浓度和温度升高使玉米根际NaHCO3可提取无机磷(NaHCO3-Pi)下降了24%,而NaHCO3可提取有机磷(NaHCO3-Po)增加了22%。然而,大气CO2浓度、温度以及两者同时升高使NaOH可提取有机磷(NaOH-Po)分别降低了27%、74%和20%。大气CO2浓度和温度同时升高显著增加了酸性磷酸酶活性(P < 0.05),并且玉米根际磷酸酶活性与NaOH-Po呈负相关关系。大气CO2浓度和温度同时升高增加了根际土壤phoC(酸性磷酸酶合成基因)、phoD(碱性磷酸酶合成基因)和pstS(磷转运因子)基因拷贝数。长期大气CO2浓度和温度升高能够促进玉米生长,并通过刺激根际微生物磷矿化基因丰度和相关酶活性影响土壤磷组分,气候变化可能改变根际磷转化的微生物生态功能,进而影响黑土磷循环。

不同生态系统土壤有机碳矿化的温度敏感性
郭殿坤, 尤孟阳, 何朋, 段文标, 李禄军
2022, 11(3): 261-272.   doi: 10.11689/j.issn.2095-2961.2022.03.003
摘要(20) HTML(0) PDF(2)
摘要:

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程之一,其对全球气候变化的响应与土壤二氧化碳排放是源或者汇密切相关。明晰不同生态系统SOC矿化受温度变化的影响机制,对于预测温室气体排放,管理土壤碳平衡具有重要意义。不同生态系统SOC含量和质量显著不同,其底物的养分供应能力影响着土壤微生物的群落组成,而这些因素的交互作用通过直接或者间接生物化学过程调控土壤有机碳矿化温度敏感性(Q10),目前缺少一致性结论。多数研究结果表明,不同生态系统的SOC含量与温度敏感性之间呈现正相关关系,这一结果意味着SOC含量的变化与温度敏感性的变化趋势一致;而有关土壤有机碳质量对温度敏感性影响的研究结果均显示二者呈现负相关关系,遵循着“碳质量-温度”假说;区分外源物分解与土壤本身SOC矿化对Q10的贡献,可以在一定程度上更准确的解析Q10值的变化原理;温度敏感性对微生物特性的响应主要体现微生物群落结构变化,主导群落的变化往往会导致温度敏感性的变化。影响SOC矿化及其Q10的因素并不是单一的,而是多因素耦合效应,明确不同生态系统中参与碳循环各因素的交互作用,可以为实现“碳中和”提供参考。

保护性耕作对黑土不同土层土壤固氮菌丰度和群落结构的影响
李猛, 李海瑜, 高明
2022, 11(3): 273-281.   doi: 10.11689/j.issn.2095-2961.2022.03.004
摘要(19) HTML(0) PDF(0)
摘要:

东北黑土由于近几十年持续性高强度的利用,已经出现肥力下降等问题。保护性耕作是防止土壤退化的有效措施,可影响土壤微生物的丰度和多样性,然而保护性耕作对东北黑土固氮菌群落结构的影响仍不清楚。本研究利用15年免耕和传统耕作试验,采用高通量测序方法,探讨东北地区免耕和传统耕作条件下0~5 cm和5~20 cm两个土壤深度的固氮菌群落的丰度、多样性和组成的差异,以及与土壤理化性质的相关关系。研究结果表明,免耕和传统耕作下土壤固氮菌在门水平上变形菌门相对丰度最大;属水平上慢生根瘤菌属的相对丰度最大。耕作方式、土壤深度对nifH基因拷贝数、Chao 1和Shannon指数均无显著影响,PCA分析表明,免耕和传统耕作显著影响土壤固氮菌群落的组成,土壤容重与PC1显著相关。Mantel test检验表明,固氮菌群落与土壤容重显著相关。本研究结果表明免耕通过影响土壤容重改变了土壤固氮菌的群落组成。本研究加深了保护性耕作对土壤固氮菌群落影响的理解,为东北黑土区保护性耕作的应用提供了理论依据。

土壤生态
Rock-Eval热分解法及其在土壤有机碳研究中的应用
张延, 高燕, 张旸, GregorichEdward, 李秀军, 陈学文, 张士秀, 梁爱珍
2022, 11(3): 282-289.   doi: 10.11689/j.issn.2095-2961.2022.03.005
摘要(13) HTML(0) PDF(0)
摘要:

土壤有机碳的稳定性影响土壤固碳潜力,如何提取土壤活性及稳定性碳组分用以定量表征土壤有机碳稳定性,是土壤固碳研究领域的关键科学问题。当前,提取土壤有机碳活性及稳定性组分的方法多样,包括物理、化学及生物手段,导致结果难以比较,同时存在耗时长、成本高及操作步骤繁琐等缺点。所以,亟需一种高效、可信度高且应用广泛的测定方法。对比分析不同热分解技术的优缺点,包括热裂解气相-质谱联用测定技术、热重分析技术、差示扫描量热分析技术及Rock-Eval(RE)热分解方法,普遍认为RE方法操作简单、耗时短、成本低、结果易于分析,可信度较高,可以很好地表征土壤有机碳稳定性,有利于土壤有机碳研究的横向对比。本文通过Citespace软件综述了RE方法在土壤学和有机碳研究中发展过程,梳理了其应用现状及进展。提出RE方法有助于通过建立不同土地利用方式、气候带以及不同土壤质地间活性及稳定性碳库的比较网络体系,完善我国土壤碳库监测系统。

生物炭施用五年后对土壤生物化学特性及夏玉米产量的影响
郭书亚, 尚赏, 张艳, 汤其宁, 卢广远
2022, 11(3): 290-297.   doi: 10.11689/j.issn.2095-2961.2022.03.006
摘要(11) HTML(0) PDF(0)
摘要:

生物炭施用可以提高作物产量和培肥土壤,但连年施用成本高,探讨一次性施用生物炭的后效对于降低成本投入和保障作物高产及培肥土壤具有重要意义。本研究通过设置不施生物炭(CK)、生物炭10 t·hm-2(T1)、生物炭15 t·hm-2(T2)、生物炭20 t·hm-2(T3)和生物炭25 t·hm-2(T4)的田间试验,探讨一次性施用后第5年夏玉米产量和土壤养分及微生物特性变化。结果表明:施用5年后,不同生物炭用量处理均不同程度增加了土壤有机碳、速效磷、速效钾、微生物量碳、氮含量及酶活性,并且随着生物炭用量的增加而增加,而土壤碱解氮含量变化不显著;T1、T2、T3和T4处理的玉米产量分别较CK显著增加了8.85%、14.5%、22.2%和30.1%。相关分析表明,产量的增加与土壤微生物碳氮、酶活性、土壤有机碳、速效磷、钾之间存在显著正相关关系。因此,生物炭一次性施用后5年仍呈现出显著的增产和培肥效果,且用量越高,后效越大。

凋落物去除对城市公园樟子松林土壤有机碳矿化及其温度敏感性的影响
杨轶晗, 王彤, 常宇飞, 吴俊杰, 王紫含, 张丹
2022, 11(3): 298-306.   doi: 10.11689/j.issn.2095-2961.2022.03.007
摘要(6) HTML(0) PDF(0)
摘要:

凋落物是土壤有机质的重要来源,其数量和质量变化会影响土壤有机碳的矿化过程。城市公园中的树木落叶常被当作垃圾清理,这在导致土壤贫瘠化的同时还会影响土壤有机碳矿化及其温度敏感性,并进而对全球气候变化产生一定影响。本研究以吉林省长春市长春公园樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica Litv.)林下土壤为研究对象,研究凋落物去除对土壤化学性质﹑有机碳矿化及其温度敏感性的影响。结果表明:去除凋落物后,樟子松林土壤化学性质与土壤有机碳矿化均发生变化。土壤pH值、碳氮比和电导率降低,全磷、全氮、土壤有机碳、易提取球囊霉素相关土壤蛋白和总球囊霉素相关土壤蛋白含量增加,其中全氮含量变化最明显,增加了53.1%。凋落物去除后,土壤有机碳矿化速率、土壤有机碳矿化累积CO2排放量及土壤有机碳矿化温度敏感性系数(Q10)均有所增加,并且随着温度升高增幅逐渐增大。具体表现为:与有凋落物樟子松林相比,凋落物去除后,在10 ℃、20 ℃和30 ℃条件下,土壤有机碳矿化速率分别增加了1.17%、8.4%和16.4%,土壤有机碳矿化累积CO2排放量分别增加了6.70%、1.98%和9.67%。而且Q10在20 ℃/10 ℃和30 ℃/20 ℃条件下分别增加0.51%和8.99%。

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2012年创刊, 季刊

主       编:张福锁

执行主编:刘晓冰

主管单位:中国科学院东北地理与农业生态研究所

主办单位:中国科学院东北地理与农业生态研究所农业技术中心

国内刊号:CN:23-1580/S

国际刊号: ISSN:2095-2961

邮发代号:14-151

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