稳定性土壤有机碳(SSOC)决定着土壤抗干扰与固碳能力。量化了大兴安岭森林土壤两种典型的SSOC:矿物结合态有机碳(MOC)与黑碳(BC),并以矿物结合态碳库为碳饱和容量来估算土壤的固碳潜力。MOC的量化采取物理分组和化学分离两种方法,BC的分析采用重铬酸钾氧化法。结果表明:粒级分组方法过高估计了MOC,矿物结合态有机质中的有机碳并非完全与矿物络合。BC占土壤有机碳(SOC)的比例约为25.4%,其中,颗粒有机质(POM)中BC所占比例约为26.3%,说明颗粒有机碳(POC)并非绝对属于活性组分。表层土壤碳饱和水平达到了97.8%,而深层仅有21.2%,表明深层土壤的固碳潜力巨大,为当前深层SOC储量的1.86倍。目前的碳饱和理论均以SSOC为基础,然而,BC于POM中的存在说明了POC在土壤固碳潜力中的重要性。

土壤微生物是土壤中重要的活性组成部分,研究土壤微生物代谢活性对于理解农业措施对农业生态系统的影响至关重要。已有研究表明,将BIOLOG与微量热耦合可揭示中性及碱性土壤中影响代谢活性的碳源因子,但对于酸性土壤鲜有报道。选取一种典型的酸性土壤——红壤为研究对象,采用BIOLOG及微量热技术研究施肥后红壤微生物的碳源底物利用能力及热动力学变化情况,进一步耦合两种技术探讨提高红壤微生物活性的碳源因子。结果表明,有机无机肥配施能显著提高红壤微生物的碳源底物利用能力,改变对碳源的偏好,增强其热代谢活性;但某些引起有机无机肥配施处理分异的碳源未对红壤微生物的热代谢活性产生促进作用,相反产生抑制效果,说明BIOLOG具有一定局限性;L-精氨酸和糖原提高红壤微生物的热代谢活性,其原因在于这两种碳源可能提高红壤中氮、磷循环相关的微生物活性。因此,在红壤中施用富含该类碳源的有机肥对提高红壤微生物活性、提升红壤地力具有积极意义。

土地利用变化是人类干扰陆地生态系统的一个重要方面,了解土地利用变化对土壤微生物学性质的影响,在保持生态平衡、促进土壤可持续发展方面具有重要意义。在浙江省杭嘉湖平原相同类型的土壤中选择18个具有代表性的水田和果园表层土壤样品,研究水田改果园后土壤微生物性质的变化。结果表明,水田改果园后,土壤微生物生物量碳、氮和微生物商平均降幅分别达44.1%、59.9%和34.0%,并与果园年龄呈极显著负相关(p<0.01);土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFA)含量明显下降,降幅达58.1%;养分胁迫显著增强(p<0.01)。冗余分析表明,在水田和果园生态系统中,土壤水分、有机质、全氮、碱解氮、有效磷等因子是影响土壤微生物群落组成的最重要环境因子(p<0.01)。土地利用方式转变对土壤微生物多样性的影响要大于土地利用年限的影响。水田是维持土壤微生物多样性的重要生态系统,是重要的碳汇。长期种植果树易引起土壤养分和菌群失衡,并对土壤的可持续性产生负面影响。

茶树是我国广泛种植的一种高需氮经济植物。目前,尽管茶园生态系统中已开展了一些模拟氮肥施用的实验,但对于合成氮肥如何影响茶园土壤性质、养分供应及活性氮的流失仍缺乏全面的评估和量化。对2004—2016年间发表的相关研究数据进行整合分析,结果显示,施用合成氮肥导致我国茶园土壤p H平均降低0.20,使土壤总无机氮升高172%,对土壤有机碳、有效磷和钾离子浓度无影响。合成氮肥使土壤钙、镁离子浓度分别降低了23%和37%,铝离子浓度上升了近54%。同时,使土壤N2O排放和无机氮淋溶分别增加292%和127%。总体上,大量施用合成氮肥加剧了我国茶园土壤酸化和养分元素的流失,增加了活性氮的流失,威胁着我国茶园生态环境的可持续发展。

选取人工合成的无定型氧化铁(AHOsFe)纯矿物,以及两种典型土壤(黑土和砖红壤)的原土(S1和S2)和AHOsFe包被土壤(AHOsFe-S1和AHOsFe-S2)为研究材料,采用批量平衡法,研究AHOsFe对土壤中阿特拉津(AT)吸附—解吸行为的影响及其机理。研究结果表明,各吸附剂对AT的吸附均能采用Freundlich方程进行较好地拟合(r≥0.996,p<0.01),AHOsFe对AT具有较强的吸附性能和较高的吸附非线性,AHOsFe包被黑土和砖红壤后,两种土壤对AT的吸附能力(Kd值)分别增加56.3%和43.8%。各吸附剂对AT均存在解吸迟滞效应,两种土壤及被AHOsFe包被后,其对AT的解吸迟滞系数(HI)在AT低初始浓度时随浓度的增加而降低,而在AT高初始浓度时随浓度的增加略有增加,AHOsFe对AT的HI则随AT初始浓度的增加而增加,说明不同吸附剂在AT不同初始浓度时的解吸迟滞机制不同。与土壤相比,AHOsFe对AT具有较强的解吸迟滞效应,但AHOsFe包被土壤后,却降低了土壤对AT的解吸迟滞效应。