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土壤微生物群落稳定性是土壤健康的重要组成部分和评价指标，揭示长期不同施肥的农田土壤微生物群落稳定性有助于指导田间施肥管理，保障农田生态系统的土壤健康和可持续发展。本研究依托中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验，通过对三种不同施肥处理的潮土进行干旱扰动和复水回复的培养试验，从多种微生物群落响应指标（脱氢酶活性、细菌群落alpha多样性、关键物种丰度、微生物群落结构和分子生态网络拓扑属性）分别量化和比较了不同施肥处理的微生物群落稳定性（抵抗力和回复力）。结果表明，与不施肥处理（CK）和平衡施用化肥处理（NPK）相比，有机无机肥配施处理（OM）能够显著增加微生物群落稳定性，表现在OM的微生物群落响应指标在干旱-复水过程中的变化最小，抵抗力与回复力均优于CK和NPK。复水后不同施肥处理的细菌群落alpha多样性、关键物种丰度和网络拓扑参数能够回复到初始水平，而群落结构和脱氢酶活性不能完全回复，说明细菌群落alpha多样性的回复快于群落结构和功能。本文基于多种微生物群落响应指标定量计算微生物群落的抵抗力和回复力，结果表明有机无机肥配施能显著提高微生物群落稳定性，是保障农田生态系统土壤健康和可持续发展的优良管理措施。 相似文献
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科学施肥是实现农业增产和土壤健康的重要手段。深入认知土壤微生物驱动的养分元素循环过程对于评价和指导科学施肥具有极为重要的意义。近年来不同施肥策略对土壤微生物影响的认知虽取得长足进步,但多限于单一养分元素的影响。土壤养分元素循环过程及与碳循环过程具有不可分割性,互作和协同也是土壤微生物的重要特性之一。因此,揭示土壤微生物介导的养分元素的耦合会更有助于我们全面了解农田土壤养分循环过程和指导科学施肥。笔者研究团队多年来以中国科学院封丘农业生态试验站养分平衡长期定位试验为平台,利用土壤微生物学、分子生态学、微量热和同位素测定等技术,系统研究了不同施肥策略下潮土微生物介导的碳、氮、磷元素循环及耦合过程。本文综述相关研究成果。对于缺磷潮土,磷肥施用能够提高微生物生物量碳氮、转化酶活性、脲酶活性、呼吸强度及微生物代谢活性等,使得微生物能够保障土壤养分转化与作物养分吸收,增加潮土综合碳氮汇效应,“高效低排”地为生态系统服务;与之相反,缺施磷肥条件下,即使长期施用其它养分如氮肥,潮土微生物代谢效率仍然低下,且代谢过程会损失更多碳氮素,不利于潮土碳氮累积,致使土壤质量无法提高,还加剧了生态环境的污染。在阐明了微生物对潮土养分的响应与反馈后,还进一步揭示了潮土碳磷耦合的微生物学机制,提出了“缺磷耗碳,增碳活磷”的理论框架。长期缺磷使得外源碳经由微生物转化进入潮土有机碳库的比例减少,却增加了外源碳的净矿化量,使得更多外源碳以CO2形式排放到大气,即缺磷潮土不利于外源碳向潮土有机碳的转化。但是,外源碳的添加能够长效刺激缺磷潮土中微生物的增殖,特别是解磷微生物。该过程可以使得土壤化学固持的磷素转移到微生物体内,增加了潮土中潜在有效磷含量,后续可以提供给植物利用,即外源碳的添加能够通过解磷微生物活化土壤中不可利用态磷素。最后,对今后农田土壤养分耦合循环的微生物学研究方向和内容进行了展望。这些结果会加深对科学施肥重要性的认知,有助于指导调控土壤微生物更好地服务农田生态系统。 相似文献
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水旱轮作对土壤微生物群落构建过程的影响机制 总被引：5，自引：1，他引：5
为探究稻田生态系统微生物学机制,采集水旱轮作稻田土壤,并以相同土壤母质下长期淹水的藕田土壤以及旱作的果树土壤为对照,研究了稻田生态系统细菌群落结构以及基于零模型的群落构建机制。结果表明:旱作和水旱轮作两个生态系统,由于频繁耕作以及施肥管理等农业措施形成特定的生态位格局,确定性过程主导群落构建。旱作生态系统下确定性过程占78.6%,随机性过程占10.7%;相对于旱作,由于水旱轮作的淹水条件,土壤肥力积累,水体连通性较好等特性导致内部环境变化缓和,其随机性过程(39.3%)影响增加,确定性过程(50.0%)下降;同理,长期淹水的水生生态系统中随机性群落构建(50.0%)成为主导过程。群落构建影响细菌群落结构和功能,因此随机性生态过程的增强进一步增加了细菌多样性以及物种生态网络的交互度和稳定性,增强了微生物抵抗外部环境扰动的能力,该过程有助于维持农田生态系统功能的稳定性和可持续性。 相似文献
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潮土农田微生物研究进展 总被引：3，自引：0，他引：3
土壤微生物对不同施肥的响应和反馈对于评价和解释科学施肥具有极为重要的意义。本文总结了本课题组在我国华北平原潮土碳、氮、磷循环相关微生物对不同施肥,特别是对单施有机肥的响应方面的研究结果,明确了潮土地力提升过程中的微生物学机制。长期定位试验研究结果表明,长期平衡施肥,特别是施用有机肥能够显著增加潮土中有机碳和养分含量,特别是磷含量,进而改变土壤微生物群落结构,提高微生物生物量碳、转化酶活性、呼吸强度及微生物功能多样性(碳代谢活性),并且土壤微生物代谢熵与代谢热显著降低。相反,在缺素特别是缺磷条件下,土壤微生物不仅代谢效率低下,而且代谢过程会散逸相对多的热量、排放相对多的CO2,导致土壤质量明显下降。长期施用氮肥可增强潮土硝化活性、增加氨氧化细菌的数量和多样性,且无机氮肥比有机氮肥影响更显著;但是,科学施用氮肥的前提是必须合理地添加磷肥,才能更好地促进潮土作物生长、减少氮素损失和提升土壤地力。对于缺磷的潮土,长期施用磷肥,尤其是平衡施肥使得作物对菌根真菌(AMF)依赖性下降,进而导致土壤中AMF多样性下降,更多的土壤养分分配给其他微生物,有利于潮土农田地力的可持续性。潮土中一种土著微生物Bacillus asahii对长期施用有机肥的响应最为显著,该物种需要2~4 a会成为潮土中优势微生物,其有着独特的生理特征和丰富的代谢多样性,能够加速和促进其他微生物对潮土有机质累积和磷素循环过程的作用,在作物生长和土壤地力中起到"领军性"的作用。以上认知加深了对长期施用有机肥提升华北平原潮土地力过程中微生物学机制的认识,有助于指导调控土壤微生物更好地服务农田生态系统。 相似文献
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以建于1990年的湖南祁阳长期有机无机定位试验为平台,选择不施肥、无机肥、有机肥及有机肥化肥配施4个处理,利用高通量测序和实时荧光定量技术,研究了长期施用有机肥和无机肥祁阳红壤细菌和真菌的群落特征;利用常规分析方法,研究了土壤微生物呼吸、酶活性和土壤基本理化性质,探索了长期施肥的土壤微生物群落结构与其功能以及土壤养分之间的关系。结果表明,长期施肥改变了土壤的pH值和养分循环;长期施用有机肥增加细菌与真菌种群丰度和多样性;单施化肥增加了真菌种群丰度与多样性,但是对细菌的种群丰度与多样性影响不大;施肥显著改变了土壤细菌与真菌的群落结构,细菌群落结构的改变显著影响土壤微生物呼吸、β-纤维素二糖水解酶以及酚氧化物酶的活性,而真菌群落的改变对微生物的功能影响不明显。本研究表明,施用有机肥不但可以缓解化肥引起的土壤酸化,还能支持更大、更丰富的微生物群体,从而维持更高的土壤活性,对维持或提高土壤肥力具有重要意义。 相似文献
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复垦土壤细菌群落结构及其与土壤肥力的关系 总被引：1，自引：1，他引：0
为了解两淮煤矿区复垦状况及其对土壤微生物的影响机制,合理人工干预,快速有效提高复垦土壤生产力,本研究以煤矸石充填复垦土壤为研究对象,通过野外调查与采样分析,采用Illumina MiSeq 高通量测序分析土壤细菌特定基因片段V4 区域,基于非度量多维尺度分析、冗余分析、方差分析、肥力指数、回归模型方法,对矸石充填土壤不同复垦方向的土壤细菌优势群落和生物多样性进行了探索,明晰土壤细菌群落及其与土壤肥力的响应作用。研究结果表明：细菌群落组成上,不同复垦方向对细菌优势群落分布并无显著性影响,变形菌门、酸杆菌门和放线菌门菌群为主要优势菌群。土壤微生物多样性层面上,表层土壤微生物有较高的丰富度和多样性,均匀度并无显著性差异。微生物多样性在不同复垦方向不存在显著性差异,Shannon_Wiener指数介于5.23～6.91之间,Chao1指数为867.1～5436,Pielou指数介于0.79～0.84之间,表中层同深层土壤的细菌群落结构具有差异性。TN、SOM、AP和AK是影响土壤细菌群落的主要肥力因子,土壤肥力质量指数与奇古菌门相对丰度呈显著正相关（P＜0.01）,同链霉菌属呈显著负相关（P＜0.05）,在一定程度上可将二者的相对丰度作为评价复垦土壤肥力状况的重要生物指标。研究成果可为两淮矿区矸石充填复垦土壤在微生物层面提高肥力质量提供理论支持。 相似文献
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不同气候条件下潮土微生物群落的变化 总被引：2，自引：0，他引：2
针对气候变化的背景研究农田土壤微生物对气候变化的响应机制是调控农田土壤养分循环的理论基础。本研究基于设置在3个气候带(冷温带海伦、暖温带封丘和中亚热带鹰潭)的潮土移置试验,利用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了移置第6年土壤微生物群落的变化特征。结果表明,在3种气候条件下潮土移置6年后土壤部分理化性质显著变化,土壤有机质含量表现为冷温带最高而中亚热带最低;在种植玉米的不同施肥处理中,土壤中微生物总PLFAs、革兰氏阳性细菌(G+)、革兰氏阴性细菌(G-)、细菌和放线菌PLFAs含量均表现为海伦封丘鹰潭,真菌/细菌比值在冷温带最低;PLFA图谱的主成分分析显示气候条件显著影响了土壤微生物的群落结构,海伦和封丘位于PC1正轴,而鹰潭位于负轴,受气候影响较大的特征PLFA包括18:1ω7c、16:1ω5c、16:0、18:0和18:2ω6,9c;逐步回归分析显示温度、降雨和土壤有机质是影响微生物群落的主要因子。总体上,气候条件的变化在短期内(6年)改变了土壤微生物的群落结构,可以影响农田生态系统的生物地球化学循环。 相似文献
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长期施肥对哈尔滨黑土土壤线虫群落的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
土壤线虫作为土壤生态系统中重要的组成部分,在养分转化及物质循环中起着重要作用。为研究长期施肥对土壤线虫群落的影响,在农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站进行了长期施用有机肥、氮肥、磷肥、钾肥及不施肥处理的田间试验。结果表明:长期施肥对土壤线虫群落组成及线虫群落中不同营养类群的相对丰度均产生一定的影响。长期施肥条件下,土壤线虫种群的种类数量呈下降的趋势,除单施氮肥处理外,其余施肥处理土壤食细菌线虫的相对丰度均显著高于不施肥处理,而植物寄生线虫相对丰度则显著低于不施肥处理;从土壤线虫生态指数看,施肥处理自由生活线虫成熟度指数(MI)均低于对照,而施用有机肥及磷肥处理的土壤WI值显著高于不施肥对照;土壤线虫群落的变化表明土壤线虫群落对施肥产生了响应,可以用作施肥对土壤质量变化影响的生物学指标。 相似文献
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影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展 总被引：60，自引：4，他引：60
土壤微生物在陆地生态系统中具有重要作用,是整个陆地生态系统物质循环、能量流动的推动者,与陆地生态系统地稳定性密切相关。本文就影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展作了综述,主要内容有:土壤理化性状对土壤微生物群落结构的影响;土壤微生物之间的相互作用,土壤动物多样性,植物多样性对土壤微生物群落结构的影响;不同的经营管理措施对土壤微生物群落结构的影响。并对今后的发展趋势作了探讨,提出深入研究土壤微生物群落结构与其在陆地生态系统中的功能关系,合理调控土壤微生物群落结构,维护整个陆地生态系统稳定的研究方向。 相似文献
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长期不同施肥对黄泥田土壤酶活性和微生物的影响 总被引：7，自引：1，他引：6
以农业部耕地保育福建观测实验站的长期肥料试验为平台,研究了长期不同施肥对黄泥田土壤酶活性和微生物的影响。结果表明:与不施肥(CK)相比,单施NPK(NPK)、NPK配施牛粪(NPKM)及NPK配施秸秆(NPKS)的土壤酶活性均有不同程度的提高,其中NPKM可显著提高转化酶活性,NPKS可显著提高脲酶活性。施肥均不同程度地提高了土壤细菌、真菌及放线菌的数量,尤其是放线菌数量,提高幅度均达到显著性水平;NPKS可显著提高土壤细菌数量,NPKM可显著提高土壤真菌数量。施肥均会对真菌群落产生重要影响;单施化肥对土壤细菌群落的影响不大,增施有机物料会对细菌群落产生明显影响;施用牛粪会对放线菌优势群落产生影响。以上结果表明,有机无机配施更有利于提高土壤酶活性和土壤微生物数量,提升土壤生物肥力。 相似文献
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长期施肥对旱地红壤细菌群落的影响 总被引：13，自引：0，他引：13
为探讨长期不同施肥对旱地红壤细菌群落的影响,以中国农业科学院祁阳红壤实验站的冬小麦—夏玉米定位试验为研究对象,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、施化学氮磷钾肥(NPK)和化学氮磷钾+有机肥配施(NPKM)4个处理,于试验开展25年(2015年)小麦收获后采集各处理0~20 cm的土壤样品,利用Illumina MiSeq高通量测序技术对土壤细菌群落进行测定,并深入揭示影响旱地红壤细菌群落的关键因素。结果表明:(1)长期不同施肥显著改变了旱地红壤的化学性质,N和NPK处理的土壤pH显著降低至4.02和4.15,而NPKM处理的土壤pH显著上升至5.99。NPK和NPKM处理均显著改善土壤肥力,但后者效果明显优于前者,而N处理对土壤肥力的提升效果微弱。(2)长期不同施肥改变了旱地红壤优势菌的相对丰度,非度量多维度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)表明不同处理的土壤细菌群落发生显著变化。(3)与CK相比,N处理的4种多样性指数(物种丰富度、Chao1指数、系统发育多样性和香农指数)显著降低了21.4%~49.4%,而NPKM处理显著增加了7.0%~66.9%,NPK处理也会使系统发育多样性和香农指数显著降低10.3%和13.0%。(4)逐步回归分析表明土壤pH是决定优势菌相对丰度及4种多样性指数的首要因素,多元回归树分析(MRT)探明土壤pH共解释了83.1%的细菌群落变异,不同处理间细菌群落转变均由土壤pH驱动。(5)STAMP分析发现,N、NPK和NPKM处理与CK分别有11、14和8个显著差异细菌属。综上所述,长期施肥后旱地红壤细菌群落主要受土壤pH的影响,而土壤肥力的作用相对较弱,长期施用化学氮肥造成的红壤酸化的负面效应已远超肥力改善的正面效应。因此,旱地红壤施肥应以防治土壤酸化为前提,长期化肥有机肥配施是一项适宜的施肥措施。 相似文献
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不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌多样性及群落结构的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
为明确不同秸秆还田方式下土壤细菌群落结构变化特征，以南方典型旱地红壤为研究对象，基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站玉米单作系统不同秸秆还田方式的长期试验，利用高通量测序明确了不同秸秆还田方式对土壤细菌多样性及群落结构的影响。结果表明：1）秸秆还田对土壤肥力提升显著，以秸秆猪粪配施（NPKSM）提升效果最佳；2）常规化肥处理（NPK）对细菌多样性无显著影响，但秸秆还田（NPKS）、秸秆猪粪配施（NPKSM）以及生物质炭（NPKB）处理均显著提升土壤细菌多样性；3）速效磷（AP）和土壤有机碳（SOC）变化是影响细菌多样性指数的主要因素，而速效钾（AK）、pH、总磷（TP）以及总氮（TN）均显著驱动细菌群落结构变异。研究结果从培育红壤肥力与微生物多样性的角度，为农业生态系统生物功能和土壤健康的协同提升提供了科学依据。 相似文献
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不同培肥模式对茶园土壤微生物活性和群落结构的影响 总被引：6，自引：0，他引：6
以闽东地区红黄壤茶园定位实验地为对象,通过测定6种不同施肥处理土壤微生物学特性,研究不同培肥对土壤微生物特性和生物化学过程的影响,阐明各指标间的相互关系.结果表明,除了单施无机肥处理外,半量化肥+半量有机肥、全量有机肥、全量化肥+豆科绿肥以及半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥等的培肥方式均不同程度提高了土壤有机质,可培养微生物数量,微生物量碳、氮含量及土壤酶活性,尤以半量无机肥+半量有机肥+豆科牧草的培肥模式增幅更为明显,而单施无机肥不利于微生物的生长、酶活性的提高和维持生态系统的稳定性.微生物群落磷脂脂肪酸(PLFAs)标记主成分分析显示,各种不同施肥方式使微生物群落结构发生改变.相关分析表明,微生物量与可培养微生物数量、微生物磷脂脂肪酸含量之间的相关性明显高于微生物量与各种酶活性之间的相关性,说明微生物数量大小对微生物群落结构的影响大于对酶活性功能的影响.研究也表明土壤各微生物指标能从不同方面反映土壤肥力水平,所以采用各种不同的方法能更客观地评价闽东地区茶园红黄壤质量的优劣. 相似文献
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LI Weitao WU Meng LIU Ming JIANG Chunyu CHEN Xiaofen Yakov KUZYAKOV J&#;rg RINKLEBE LI Zhongpei 《土壤圈》2018,28(2):323-331
The effects of fertilization on activity and composition of soil microbial community depend on nutrient and water availability;however,the combination of these factors on the response of microorganisms was seldom studied.This study investigated the responses of soil microbial community and enzyme activities to changes in moisture along a gradient of soil fertility formed within a long-term(24 years)field experiment.Soils(0–20 cm)were sampled from the plots under four fertilizer treatments:i)unfertilized control(CK),ii)organic manure(M),iii)nitrogen,phosphorus,and potassium fertilizers(NPK),and iv)NPK plus M(NPK+M).The soils were incubated at three moisture levels:constant submergence,five submerging-draining cycles(S-D cycles),and constant moisture content at 40%water-holding capacity(low moisture).Compared with CK,fertilization increased soil organic carbon(SOC) by 30.1%–36.3%,total N by 27.3%–38.4%,available N by 35.9%–56.4%,available P by 61.4%–440.9%,and total P by 28.6%–102.9%.Soil fertility buffered the negative effects of moisture on enzyme activities and microbial community composition.Enzyme activities decreased in response to submergence and S-D cycles versus low moisture.Compared with low moisture,S-D cycles increased total phospholipid fatty acids(PLFAs)and actinomycete,fungal,and bacterial PLFAs.The increased level of PLFAs in the unfertilized soil after five S-D cycles was greater than that in the fertilized soil.Variations in soil microbial properties responding to moisture separated CK from the long-term fertilization treatments.The coefficients of variation of microbial properties were negatively correlated with SOC,total P,and available N.Soils with higher fertility maintained the original microbial properties more stable in response to changes in moisture compared to low-fertility soil. 相似文献
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断根和施肥对杨树人工林根际土壤肥力及生物学特性的影响 总被引：4，自引：0，他引：4
采用田间小区试验研究了不同的断根和施肥措施对I-107杨树人工林根际养分、微生物数量及酶活性的影响。结果表明:相同处理的杨树林地根际土壤pH均低于非根际土壤,而有机质、速效氮、速效磷、速效钾、有效铜和有效锌的含量均高于非根际土壤;与其它处理相比,断根施肥处理的根际土和非根际土壤速效养分含量最高,差异达显著水平;与对照相比,断根施肥处理显著提高了林地土壤的脲酶、转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性,而施肥未断根处理少量增加了此5种土壤酶活性,断根未施肥处理则降低了土壤酶的活性。各处理林地土壤微生物数量大小次序为:断根施肥>施肥未断根>断根未施肥>对照。由此可得出,施肥和断根措施相结合可有效改善根系土壤环境,提高林地土壤肥力。 相似文献
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红壤性水稻土施肥的产量效应及与气候、地力的关系 总被引：23，自引：3，他引：23
以23a红壤性水稻土化肥定位试验为对象，探讨了不同施肥措施下水稻产量变化及其与气候、地力的关系。结果表明：不同施肥措施的产量效应均显著受气候的年成变化及其交互作用的影响，气候的季相变化因不同施肥措施而异，对CK、NK、NPKM处理影响不大，而对N、NP、NPK处理有强烈的影响；红壤性水稻土基础地力贡献率较稳定，为46．3％，72．0％。随着施肥结构完善，对地力贡献的依赖性表现出NPKM〈NPK〈NK、NP〈N的趋势；各施肥管理水稻平均增产效果表现为NPKM〉NPK〉NK〉NP〉N。连续施用氮（N）肥，增产效果达持续显著水平的年限为17a，钾（K）肥的为98，而磷（P）肥不明显。N肥单施或与P肥、K肥配施，生产稳定性显著下降，且随时间的延长，增产效率均呈线性下降，其下降速率表现出NP〉N〉NK的趋势，至18～218后，产量水平相当或者低于无肥区（CK）。N肥与PK肥配施，可显著提高水稻生产的稳定性和产量，再配施有机肥，水稻增产效果更为明显。 相似文献
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安太堡露天矿植被恢复过程中土壤生态肥力评价 总被引：4，自引：0，他引：4
平朔安太堡露天矿位于山西省西北部,地处黄土高原生态脆弱区,采煤造成了土地的严重损毁及植被的无存。自1989年以来,在平朔安太堡露天矿采煤废弃地开展土地复垦与生态重建工作已有20余年,现已形成2000 hm2不同复垦模式的人工生态林。对安太堡露天矿复垦地不同植被恢复模式土壤理化性质、酶活性和微生物区系进行分析和土壤生态肥力评价,为人工诱导和支持下的生态脆弱矿区采煤废弃地的生态恢复重建提供类比试验数据。结果表明:不同植被恢复模式中土壤理化性质、酶活性和微生物区系存在明显差异,通过主成分分析对各植被恢复模式的土壤肥力进行了综合评价,油松—刺槐混交林土壤肥力最高,人工植被恢复显著地改善了土壤生态环境,促进了土壤养分的提高。 相似文献