模拟雪被变化下三江平原湿地土壤理化性质的动态响应

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0065

中国农学通报 ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (5): 31-37.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0065

所属专题：农业气象

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

模拟雪被变化下三江平原湿地土壤理化性质的动态响应

柴春荣¹^,²(), 倪红伟³, 刘赢男², 张荣涛²(), 杨基先¹()

¹哈尔滨工业大学,哈尔滨 150080
²黑龙江省科学院自然与生态研究所,哈尔滨 150040
³黑龙江省林业科学院,哈尔滨 150080

收稿日期:2020-05-04 修回日期:2020-07-27 出版日期:2021-02-15 发布日期:2021-02-25
通讯作者: 张荣涛,杨基先
作者简介:柴春荣,女,1978年出生,黑龙江哈尔滨人,助理研究员,硕士,主要从事湿地生态学研究。通信地址,150040 黑龙江省哈尔滨市南岗区哈平路103号黑龙江省科学院自然与生态研究所,Tel：0451-86052003,E-mail： chaicr2012@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目“雪被对三江平原湿地土壤CO₂排放的影响及其时滞效应”(31670489);黑龙江省自然科学基金项目“三江平原湿地微生物群落结构对雪被的响应及其与水热因子的协同关系”(LH2019C076);黑龙江省科学院杰出青年基金项目“模拟氮沉降下三江平原小叶章湿地凋落物对温室气体排放的调节机制”(CXZQ2019ZR01)

Dynamic Response of the Soil Physical and Chemical Properties Under Simulated Snow Cover in the Sanjiang Plain

Chai Chunrong¹^,²(), Ni Hongwei³, Liu Yingnan², Zhang Rongtao²(), Yang Jixian¹()

¹School of Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080
²Institute of Nature and Ecology, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150040
³Heilongjiang Academy of Forestry, Harbin 150080

Received:2020-05-04 Revised:2020-07-27 Online:2021-02-15 Published:2021-02-25
Contact: Zhang Rongtao,Yang Jixian

摘要/Abstract

摘要：

为了研究不同雪被处理下土壤温度变化对土壤理化性质影响的动态贡献,采集三江平原小叶章湿地原状土样品,通过室内模拟实验对4个雪被处理W0 (31.05%)、W1200 (42.66%)、W3000 (51.21%)和W6000 (76.66%)下的土壤理化性质进行检测。结果表明：W6000处理显著的增加了土壤pH;3个雪被添加处理均显著增加了土壤可溶性有机碳含量;W3000和W6000处理均显著增加了土壤铵态氮含量;W6000处理显著降低了土壤硝态氮含量;不同雪被处理对土壤全磷和速效磷均未产生显著影响;W1200处理显著的增加了土壤微生物量碳,而W6000处理显著的降低了土壤微生物量碳;W1200处理显著的增加了土壤微生物量氮,W3000处理显著的降低了土壤微生物量氮。不同雪被处理下土壤温度是土壤理化性质变化的主要影响因子。不同雪被处理会改变冻融期土壤理化性质,进而对湿地生态系统碳氮循环产生重要影响。

关键词: 三江平原, 小叶章湿地, 雪被, 土壤理化性质, 土壤温度

Abstract:

To study the dynamic response of soil physical and chemical properties to temperature changes under different snow treatments, soil samples from the Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain were collected, and four snow treatments W0 (31.05%), W1200 (42.66%), W3000 (51.21%) and W6000 (76.66%) were simulated in the laboratory, and soil physical and chemical properties were tested. The results showed that the treatment of W6000 significantly increased soil pH; the three snow treatments significantly increased the content of soil soluble organic carbon; the treatment of W3000 and W6000 significantly increased the content of soil ammonium nitrogen; the treatment of W6000 significantly reduced the soil nitrate nitrogen content; different snow treatments had no significant effect on soil total phosphorus and available phosphorus; W1200 treatment significantly increased soil microbial biomass carbon, while W6000 treatment significantly reduced soil microbial biomass carbon; W1200 treatment significantly increased soil microbial biomass nitrogen, W3000 treatment significantly reduced soil microbial biomass nitrogen. Soil temperature under different snow treatments was the main influencing factor for the change of soil physical and chemical properties. Different snow treatments would change the physical and chemical properties of the soil during the freezing and thawing period, which had an important impact on the carbon and nitrogen cycle of the wetland ecosystem.

Key words: Sanjiang plain, Calamagrostis angustifolia wetland, snow cover, soil physical and chemical properties, soil temperature

中图分类号:

S153.6

柴春荣, 倪红伟, 刘赢男, 张荣涛, 杨基先. 模拟雪被变化下三江平原湿地土壤理化性质的动态响应[J]. 中国农学通报, 2021, 37(5): 31-37.

Chai Chunrong, Ni Hongwei, Liu Yingnan, Zhang Rongtao, Yang Jixian. Dynamic Response of the Soil Physical and Chemical Properties Under Simulated Snow Cover in the Sanjiang Plain[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2021, 37(5): 31-37.

图/表 10

图1. 实验区位置-洪河国家级自然保护区

图2. 不同雪被处理下土壤pH动态变化

图3. 不同雪被处理下土壤可溶性有机碳动态变化不同小写分别代表不同温度处理间差异显著(P<0.05)。下同

处理	微生物量碳/ (mg/kg)	微生物量氮/ (mg/kg)	可溶性有机碳/ (mg/kg)	铵态氮/ (mg/kg)	硝态氮/ (mg/kg)	pH	全磷/ (mg/kg)	速效磷/ (mg/kg)
W0	40.21±0.73b	6.75±0.13b	1248.62±52.59c	119.82±1.86b	3.64±0.02a	5.78±0.23b	0.94±0.03a	26.93±0.86a
W1200	48.63±0.46a	7.19±0.09a	1715.13±42.74b	125.72±3.97b	3.61±0.01a	5.72±0.31b	0.95±0.01a	28.69±0.71a
W3000	43.46±0.57b	6.21±0.12c	1807.42±80.13b	135.08±5.63a	3.13±0.03a	5.73±0.13b	0.98±0.02a	26.02±0.52a
W6000	35.28±0.61c	6.97±0.08b	2196.81±71.23a	136.69±4.57a	0.72±0.01b	6.08±0.27a	0.99±0.02a	26.86±0.43a

表1. 不同雪被处理土壤理化性质和微生物碳氮含量单因素方差分析

图4. 不同雪被处理下土壤微生物量碳动态变化

图5. 不同雪被处理下土壤微生物量氮动态变化

图6. 不同雪被处理下土壤铵态氮动态变化

图7. 不同雪被处理下土壤硝态氮动态变化

图8. 不同雪被处理下土壤全磷动态变化

图9. 不同雪被处理下土壤速效磷动态变化

参考文献 38

[1]	Sommerfeld R A, Mosier A R, Musselman R C, et al. CO₂, CH₄ and N₂O flux through a Wyoming snowpack and implications for global budgets[J]. Nature International Weekly Journal of Science, 1993,361(6408):140-142.
[2]	傅国海, 杨其长, 刘文科, 等. 根区温度对设施作物生理生态影响的研究进展[J]. 中国蔬菜, 2016(10):20-27.
[3]	易建华, 贾志红, 孙在军. 不同根系土壤温度对烤烟生理生态的影响[J]. 中国生态农业学报, 2008(1):62-66.
[4]	曾希柏. 土壤肥力生物热力学及其理论进展[J]. 土壤通报, 1996(6):273-276.
[5]	尹翠, 孙利鑫, 董艳, 等. 根区土壤加温对塑料大棚内红地球葡萄生长发育和品质的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2016,33(6):1092-1097.
[6]	Implementation Office of the National Forestry Administration on “Convention on Wetlands”. Guidelines for the Implementation of the “Convention on Wetlands”[C]. Chinese forestry publishing press, 2001.
[7]	张立, William J M, 程颂. 湿地功能与重建[J]. 四川林业科技, 2005,26(1):39-41.
[8]	马克平. 试论生物多样性的概念[J]. 生物多样性, 1993(1):24-26.
[9]	Gavazov K, Ingrisch J, Hasibeder R, et al. Winter ecology of a subalpine grassland: Effects of snow removal on soil respiration, microbial structure and function[J]. Science of the Total Environment, 2017,590:316-324.
[10]	张荣涛, 付晓宇, 王康, 等. 三江平原小叶章湿地碳排放对雪被变化的短期响应[J]. 应用生态学报, 2020,31(4):1314-1322.
[11]	Anderud Z T, Jones S E, Schoolmaster D R, et al. Sensitivity of soil respiration and microbial communities to altered snowfall[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2013,57:217-227. doi: 10.1016/j.soilbio.2012.07.022 URL
[12]	Zhang R T, Li M S, Sui X, et al. Effects of Winter Snowpack on the Soil Bacterial Community in a Temperate Wetland in Northeastern China[J]. International Journal of Agriculture & Biology, 2020,23(4):737-743.
[13]	Freppaz M, Williams B L, Edwards A C, et al. Simulating soil freeze /thaw cycles typical of winter alpine conditions: implications for N and P availability[J]. Applied Soil Ecology, 2007,35(1):247-255. doi: 10.1016/j.apsoil.2006.03.012 URL
[14]	王洋, 刘景双, 王国平, 等. 冻融作用与土壤理化效应的关系研究[J]. 地理与地理信息科学, 2007(2):91-96.
[15]	李琳慧, 李旭, 许梦, 等. 冻融温度对东北黑土理化性质及土壤酶活性的影响[J]. 江苏农业科学, 2015,43(4):318-320.
[16]	周旺明, 秦胜金, 刘景双, 等. 沼泽湿地土壤氮矿化对温度变化及冻融的响应[J]. 农业环境科学学报, 2011,30(4):806-811.
[17]	李娜. 冻融作用对吉林西部典型土壤碳氮酶的影响机制及温室气体排放研究[D]. 吉林大学, 2012: 3-12.
[18]	De S, Hartmann R, Hofman G. Temperature effects on N mineralization: changes in soil solution composition and determination of temperature coefficients by TDR[J]. European journal of soil science, 2010,54(1):49-62. doi: 10.1046/j.1365-2389.2003.00521.x URL
[19]	周旺明, 王金达, 刘景双, 等. 冻融对湿地土壤可溶性碳、氮和氮矿化的影响[J]. 生态与农村环境学报, 2008,24(3):1-6. doi: CNKI:SUN:NCST.0.2008-03-003 URL
[20]	Schimel J P, Clein J S. Microbial response to freeze-thaw cycles in tundra and taiga soils[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1996,28(8):1061-1066. doi: 10.1016/0038-0717(96)00083-1 URL
[21]	Wang J Y, Song C C, Hou A X, et al. Effects of Freezing-Thawing Cycle on Peatland Active Organic Carbon Fractions and Enzyme Activities in the Da Xing’Anling Mountains, Northeast China[J]. Environmental Earth Science, 2014,72(6):1853-1860. doi: 10.1007/s12665-014-3094-z URL
[22]	史作民, 刘世荣, 程瑞梅. 内蒙古鄂尔多斯地区四个植物群落类型的土壤碳氮特征[J]. 林业科学, 2004,40(2):21-27. doi: 10.11707/j.1001-7488.20040204 URL
[23]	陈哲, 韩瑞芸, 杨世琦, 等. 东北季节性冻融农田土壤CO₂、CH₄、N₂O通量特征研究[J]. 农业环境科学学报, 2016,35(2):387-395.
[24]	Edwards K A, Mcculloch J, Kershaw G P, et al. Soil microbial and nutrient dynamics in a wet Arctic sedge meadow in late winter and early spring[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2006,38:2843-2851. doi: 10.1016/j.soilbio.2006.04.042 URL
[25]	Herrmann A, Wttter E. Sources of C and N contributing to the flush in mineralization upon freeze-thaw cycles in soils[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2002,1245:16-25.
[26]	Yu X, Zou Y, Ming J, et al. Response of soil constituents to freeze-thaw cycles in wetland soil solution[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2011,43:1308-1320. doi: 10.1016/j.soilbio.2011.03.002 URL
[27]	叶彦辉, 刘云龙, 韩艳英, 等. 氮沉降对西藏高山灌丛草甸土壤理化性质的短期影响[J]. 草地学报, 2017,25(5):973-981.
[28]	涂利华, 胡庭兴, 张健, 等. 模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林土壤有机碳和养分的影响[J]. 植物生态学报, 2011,35(2):125-136. doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00125 URL
[29]	裴广廷, 马红亮, 高人, 等. 模拟氮沉降对森林土壤速效磷和速效钾的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2014(4):16-20.
[30]	张天雪. 海河流域油松林地土壤微生物特征及影响因素研究[D]. 2015.
[31]	Liu S W, Zhang Y J, Zong Y J, et al. Response of soil carbon dioxide fluxes, soil organic carbon and microbial biomass carbon to biochar amendment: a meta-analysis[J]. GCB Bioenergy, 2015,8(2):392-406. doi: 10.1111/gcbb.2016.8.issue-2 URL
[32]	王志明, 朱培立, 黄东迈, 等. 水旱轮作条件下土壤有机碳的分解及土壤微生物量碳的周转特征[J]. 江苏农业学报, 2003,19(1):33-36.
[33]	Mazur P. The Freezing of Biological Systems[J]. Science, 1970,168:939-949. doi: 10.1126/science.168.3934.939 URL pmid: 5462399
[34]	Deluca T H, Keeney D R, Mccarty G W. Effect of Freeze-Thaw Events on Mineralization of Soil nitrogen[J]. Biology and Fertility of Soils, 1992,14(2):116-120. doi: 10.1007/BF00336260 URL
[35]	Herrmann A, Wirrer E. Sources of C and N contributing to the flush in mineralization upon freeze-thaw cycles in soils[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2002,34(10):1495-1505. doi: 10.1016/S0038-0717(02)00121-9 URL
[36]	Buckrodge K M, Cen Y P, Layzell D B, et al. Soil biogeochemistry during the early spring in low arctic mesic tundra and the impacts of deepened snow and enhanced nitrogen availability[J]. Biogeochemistry, 2010,99(1):127-141. doi: 10.1007/s10533-009-9396-7 URL
[37]	胡霞, 尹鹏, 王智勇, 等. 雪被厚度和积雪周期对土壤氮素动态影响的初步研究[J]. 生态环境学报, 2014(4):593-597.
[38]	Schimel J P, Balsert C, et al. Microbial stress-response physiology and its implications for ecosystem function[J]. Ecology, 2007,88:1386-1394. doi: 10.1890/06-0219 URL pmid: 17601131

模拟雪被变化下三江平原湿地土壤理化性质的动态响应

Dynamic Response of the Soil Physical and Chemical Properties Under Simulated Snow Cover in the Sanjiang Plain

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 38

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

[1]	曾婕, 余浪, 达布希拉图, 李云驹. 磷基土壤调理剂在低磷红壤上对小白菜生长的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 81-87.
[2]	韩晓芳, 田晓明, 杨永利, 张敬智, 张清, 张凯, 张涛, 贾林. 2种土壤复合改良剂对滨海盐渍土的改良及肥力作用[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5): 54-59.
[3]	黄雅丽, 马风云, 王霞, 郝军, 杜振宇, 刘方春, 石群, 马丙尧. 滴灌水量对核桃幼苗生长的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(22): 62-68.
[4]	曹彩红, 曹玲玲, 祝宁, 陈加和, 赵立群, 田雅楠, 张宝杰, 何秉青. 不同农业措施对草莓连作土壤状况的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(18): 107-112.
[5]	付晓玲, 倪红伟, 刘赢男, 王建波, 王继丰. 不同氮素形态对湿地小叶章氮吸收和N₂O排放的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(11): 15-21.
[6]	付晓玲, 倪红伟, 刘赢男, 王继丰, 王建波, 马放. 三江平原草甸小叶章群落对不同形态氮的吸收偏好[J]. 中国农学通报, 2021, 37(35): 51-56.
[7]	杨国航, 李琼, 和利钊, 顾静, 牛婧, 张海欧, 郑子健, 赵振. 晚稻全生育期Cd的迁移转化规律及预测模型研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(25): 1-10.
[8]	张美芝, 耿煜函, 张薇, 林昕, 温佳旭, 陈雪丽, 肖洋. 秸秆生物炭在农田中的应用研究综述[J]. 中国农学通报, 2021, 37(21): 59-65.
[9]	杨湘, 苏学德, 李鹏程, 郭绍杰, 李铭. 不同覆盖物对夏黑葡萄关键生育期土壤温度和土壤水势的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(20): 59-65.
[10]	任海英, 王剑, 郑锡良, 张淑文, 邹秀琴, 俞浙萍, 戚行江. 生物有机肥对衰弱病杨梅营养改良及强壮树势的作用[J]. 中国农学通报, 2021, 37(16): 127-137.
[11]	徐海军, 姚琴, 王晓飞, 关向军, 孙宇峰. 大庆不同土地利用下土壤理化性质及肥力变化[J]. 中国农学通报, 2020, 36(35): 55-63.
[12]	马君, 崔建平, 金亮, 徐海江, 林涛, 王亮, 师维军, 郭仁松. 新疆滴灌棉田深松后土壤理化性质及产量的变化特征[J]. 中国农学通报, 2020, 36(32): 82-87.
[13]	郑梅迎, 张继光, 程森, 朱启法, 薛琳, 黄仲江, 董玉兵, 王生才, 肖艳松, 蔡宪杰. 不同覆盖方式对土壤温湿度及烟草生长发育的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(16): 13-21.
[14]	杨越, 杨依天, 武智勇, 吴才武, 韩永娇. 冀北坝上地区不同退耕还林模式对土壤理化性质的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(15): 54-59.
[15]	聂唯,王凤新,冯忍,徐长书,王菲,王宁. 不同覆膜颜色对土壤温度、马铃薯生长发育以及产量的影响[J]. 中国农学通报, 2019, 35(2): 5-13.