三江源地区高寒草地土壤功能的水平分异特征及其沿发生层的垂直变化

三江源地区是研究土壤生态系统功能响应气候变化的热点区域.为了研究三江源地区高寒草地土壤剖面功能特征和驱动机制沿发生层的差异,分析了高寒草地土壤剖面不同发生层的土壤功能指标(包括呼吸、氮转化速率和酶活等)以及与环境因子之间的相关关系.结果表明,土壤功能特征在高寒草甸和高寒草原之间不存在显著差异,表层土相比于深层土具有更高的呼吸、氮转化速率和酶活.土壤理化性质中全氮含量是不同发生层土壤功能特征的关键驱动因子,分别解释了土壤功能特征18.3%、21.4%和27.5%的水平分异.气候和植被因子主要在表层土中通过改变土壤理化性质间接影响土壤功能,但是大气氮沉降在深层土中对土壤功能仍存在影响.结果显示,三江源地区高寒草地土壤表现出显著的氮受限特征,为全球气候变化背景下土壤功能多样性的维持和对气候变化的响应提供了新的见解.     

地形、树种和土壤属性对喀斯特山区土壤胞外酶活性的影响

土壤胞外酶在生态系统生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而关于土壤胞外酶活性的主控因子研究还不够深入,特别是在偏碱性的钙质土壤区域相关研究尤其缺乏.本研究以典型喀斯特山区(木论国家级自然保护区)的林地为研究对象,采集不同地形条件(不同坡位和坡向)、不同树种(厚壳桂和伞花木)下的表层土壤(0~15 cm),测定了与碳、氮、磷循环相关的6种水解酶的活性及相关土壤理化性质.研究运用方差分解,并结合多响应置换过程以及冗余分析技术分析了地形、树种和土壤理化性质对土壤酶活性的影响.结果表明,坡位对土壤酶活性有显著影响.树种和坡向对土壤酶活性的影响不显著.方差分解结果表明,地形、树种和土壤理化性质共同解释了土壤酶活性变化的55.3%,其中土壤因子是影响酶活性改变的主要因子,解释了44.2%的变异.而冗余分析的结果进一步表明在土壤因子中,pH、总氮和无机氮是影响土壤酶活性变化的主要指标.研究首次量化了喀斯特地区小尺度内地形、树种及土壤理化性质对土壤酶活性变化的影响.研究也说明了在喀斯特山区小尺度内土壤酶活性的变化可由土壤理化性质来表征.     

秦岭不同海拔土壤团聚体稳定性及其与土壤酶活性的耦合关系

为探究土壤团聚体稳定性在海拔上的变化规律及其影响因子,在太白山选取3个不同海拔的0~10 cm表层土壤为对象,测定并分析其土壤团聚体分布、土壤理化性质、微生物量和胞外酶等相关因子的变化特征.结果表明：①土壤团聚体平均重量直径（MWD）在锐齿栎林、辽东栎林和红桦林这3个海拔梯度上的值分别为2.17 mm、1.83 mm和1.82 mm;几何平均直径（GMD）分别为1.66 mm、1.39 mm和1.32 mm,表明土壤团聚体稳定性随海拔的上升而减弱;②土壤团聚体稳定性在海拔上的变化主要受到了土壤胞外酶活性的影响,其中,中团聚体的乙酰氨基葡萄糖酶（NAG）和微团聚体的β-葡萄糖苷酶（BG）是主要影响因子;③微生物通过调节胞外酶的相对产量和改变元素利用效率使高海拔的N限制状况得以改善,也会影响土壤团聚体稳定性在海拔上的变化.本研究结果对于太白山森林生态系统的土壤质量评价和生态环境的保护具有重要意义.     

铜尾矿坝不同恢复年限土壤理化性质和酶活性的特征

金属矿产资源开采使尾矿坝迅速升高,矿区生态环境遭到严重破坏.土壤理化性质和酶活性是衡量生态系统功能的重要指标,可作为评价土壤恢复质量的重要因子.以山西省垣曲县十八河铜尾矿区9个尾矿子坝作为研究对象,分析不同恢复年限子坝土壤理化性质与土壤酶活性之间的关系.结果表明,不同恢复年限子坝的土壤理化性质差异较大,随着恢复年限的增加,土壤养分含量显著升高.过氧化氢酶与碳氮比显著负相关,脲酶与总氮含量和土壤含水量均显著正相关,磷酸酶和蔗糖酶与土壤理化因子之间无显著关系.土壤中铜含量随子坝恢复年限增加而逐渐累积,砷和镉含量先增加后降低,恢复后期逐渐达到稳定水平,各子坝的土壤锌含量无显著差异.为铜尾矿区的土壤生态系统恢复及退化机制的研究提供一定的生态学依据.     

山地土壤微生物地理分布格局及其驱动机制

土壤微生物不仅是陆地生态系统的重要组成部分,也是地上、地下过程与功能有机结合的重要纽带。分子生物技术的发展以及土壤微生物分离和鉴定准确性的提高,推动了土壤微生物生物地理学的不断发展,但宏观尺度上的格局特征与区域规律尚未揭示。本文集成分析了全球不同气候带、不同植被类型的土壤微生物群落组成（生物多样性）沿海拔梯度的地理分布格局,发现在全球尺度上并无一致规律,线性（递增或递减）、非线性（单峰或双峰）、无固定趋势3种地理格局并存。植被类型、植物多样性、土壤pH及其它物理化学性质、气候等各种因素,都有可能决定某一地区的土壤微生物多样性的海拔梯度分布格局。全球尺度上的现有数据分析发现,海拔跨度和气候的影响较为明显,二者实际上综合反映了大尺度上气候决定着山地土壤微生物的地理分布格局,这与传统的生物地理学观点是一致的,其它生态环境因子如地理坐标、植被类型、土壤微生物类型、土壤pH等的影响处于从属地位。然而,当前山地土壤微生物生物地理学的研究仍有较多局限性,全球更多山地、更大海拔跨度的土壤微生物研究、更精确的微生物分离鉴定技术、更多样的环境与生物驱动因素分析,以及更多现代生物地理学研究方法的使用,将有助于土壤微生物地理分布格局的深入研究,及其与气候、土壤和生态系统关系的深入挖掘,这对深刻认识土壤微生物的空间分布规律,从而更好地开发和利用土壤微生物资源,具有重要的理论与实践意义。     

滨海滩涂围垦区不同围垦年限土壤酶活性变化及其与理化性质关系

土壤酶几乎参与所有的土壤生物化学过程,厘清土壤酶活性与土壤理化性质的关系能够揭示围垦后土壤质量变化状况,为土壤生态系统的科学调控提供理论依据.选择江苏中部如东不同围垦年限(7、32、40、63 a)的滩涂围垦区为研究对象,以未围垦光滩作为对照(0 a),利用经典统计学分析和冗余分析研究不同围垦年限土壤酶活性变化过程,及其与土壤理化性质之间的关系.经典统计学分析表明不同围垦年限间土壤酶活性具有显著性差异,淀粉酶、脱氢酶和酸性磷酸酶活性随着围垦年限的增长呈现出先上升后下降的过程,而脲酶和碱性磷酸酶活性则随着围垦年限的增长呈现出先上升-下降-再上升的过程.同时,不同围垦年限的表层土壤酶活性基本上高于深层.冗余分析表明5种理化性质在前两轴累积能够解释土壤酶活性的69.8%,pH、电导率、土壤有机碳、全氮和全磷与土壤酶活性呈极显著相关关系(P0.01).土壤理化性质对土壤酶活性影响重要性大小排序为全氮有机碳pH全磷电导率.     

黄山土壤细菌群落和酶活性海拔分布特征

黄山具有保存较完整的生态系统及明显的地势高差,为研究中亚热带森林生态系统土壤微生物群落海拔分布格局提供天然场所.本研究在黄山景区670～1 870 m按每100 m的间隔采集土样,利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析土壤细菌群落结构及多样性的海拔变化特征,同时测定相关土壤理化性质和土壤酶活性.结果表明:(1)土壤全氮、碱解氮、全钾和总有机碳含量均存在显著海拔差异(P 0. 01),且总体上随着海拔升高而增加;土壤蔗糖酶活性存在显著海拔差异(P 0. 01),且总体上随海拔升高而增强,但酸性磷酸酶和脲酶活性无显著海拔分异(P 0. 05);(2)将12个海拔梯度分为高中低3组(低海拔670～875 m;中海拔1 080～1 370 m;高海拔1 460～1 780 m),发现土壤细菌OTU数目:中海拔低海拔高海拔,但是高、中、低海拔的差异不明显;(3)在875～1 370 m小范围海拔内,土壤细菌群落多样性沿海拔呈单峰模式分布;而在670～1 780 m整个海拔范围内,土壤细菌群落多样性无明显海拔分布模式;(4)所有样地中,相对丰度大于3%的优势菌门共7个,优势菌目共15个;(5)相关性热图分析表明,土壤p H对不同海拔土壤细菌群落结构差异性影响最大. Pearson相关性分析和偏Mantel分析表明,细菌群落α多样性(P 0. 01)和β多样性(偏Mantel r=0. 560,P=0. 001)主要受土壤p H影响.因此,土壤p H是决定黄山不同海拔土壤细菌群落结构及多样性的主要环境因子.     

林地类型和城市化梯度对土壤酶活性的影响

为考察人类活动对哈尔滨市城区土壤生态系统的影响,文章在中心城区、近郊区和远郊区,选取城市公园、道路绿化带、大学校园和生态公益林等4种类型的林地土壤,分析了其中过氧化氢酶、转化酶、脲酶和磷酸酶的活性,并对其相关影响因子进行探讨。结果表明,林地类型和城市化梯度对土壤酶活性的影响很大,但对不同土壤酶活性的影响具有一定的差异,使土壤过氧化氢酶、转化酶和脲酶表现出高度的空间异质性。土壤理化性质与过氧化氢酶、转化酶和脲酶活性存在不同程度的相关性,且影响过氧化氢酶、转化酶和脲酶活性的主要理化性质不同。     

宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌海拔分布特征

研究农田土壤微生物多样性、结构与功能的海拔分布特征及其影响因子,对保护农田生态系统生物多样性具有重要意义.利用高通量测序技术对宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌多样性、群落结构和代谢功能沿海拔分布特征及其对土壤理化性质的响应进行分析.结果表明:①土壤细菌Alpha多样性指数与海拔呈显著负相关,沿海拔呈现先降低再略升高的变化趋势.②变形菌（Proteobacteria）、放线菌（Actinobacteria）和酸杆菌（Acidobacteria）等7个菌门为优势菌群,其中5个菌群在海拔间具有极显著性差异.③二级分类水平上包括膜运输、碳水化合物代谢和氨基酸代谢等36个细菌代谢功能,其中22个在不同海拔间具有显著性差异,12个具有极显著性差异.④Pearson相关分析表明,土壤含水量、容重、pH和碳氮比对细菌Alpha多样性影响最为显著,总有机碳、全氮和全磷等土壤养分对细菌Beta多样性具有显著影响.⑤Mantel分析表明,门水平细菌群落结构受土壤含水量、总有机碳和碳氮比影响,细菌代谢功能与土壤pH、总有机碳、全氮、全磷和碳氮比均有显著相关性.方差分解分析显示土壤含水量对群落结构解释度最高,pH对代谢功能解释度最高.由此可知,土壤含水量和pH是影响宁夏黄土丘陵区农田土壤细菌多样性、群落组成和代谢功能的主要土壤因子.     

黑河上游不同植被类型土壤细菌群落多样性、功能及季节动态

土壤微生物群落与植物群落间的作用机制是探究生物地球化学循环过程和维持植被生态系统稳定的关键.黑河上游植被的垂直分布特征明显,选取垫状植被（CV）、灌丛草甸（HM）、森林草原（FS）、山地干草原（MS）和荒漠草原（DG）共5种典型植被样地,运用高通量测序技术分析冬、夏季不同植被类型土壤细菌的群落结构和多样性,基于FAPROTAX数据库进行群落功能预测,运用冗余分析、结构方程模型探讨驱动土壤细菌群落的主要环境因子,并揭示细菌群落变化的作用机制与季节差异.结果表明：①不同植被类型和季节下土壤理化性质差异显著,各指标随土壤深度的变化规律不同,森林草原（FS）的土壤含水率和碳氮养分含量更高;②细菌群落α-多样性指数在季节间的差异（P<0.05）大于植被类型（P>0.05）,冬季群落丰度整体高于夏季,物种多样性在冬季随海拔呈"倒U "型分布,夏季呈" W"型分布;③细菌群落结构和组成在门水平上无显著差异,优势种群为酸杆菌门（Acidobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）,但在属水平上随季节有明显不同;④土壤细菌群落的功能随植被类型和季节变化较小,均以化能异养、硝化和氨氧化作用为主;⑤影响细菌群落的关键因子存在季节差异,冬季为土壤温度（ST）、总有机碳（TOC）和pH,夏季为土壤含水率（SWC）、碳氮比（C/N）和pH;⑥土壤细菌群落受彼此关联的环境因子的协同作用,土壤理化性质对细菌群落多样性和功能的影响较植被类型更直接,改善土壤的碳、氮水平有助于提升细菌的物种和功能多样性.研究结果可为探索区域植被退化机制和维持高寒生态系统稳定提供参考.     

缙云山马尾松林和柑橘林土壤微生物PLFA沿海拔梯度的变化

土壤微生物群落是土壤生态系统的重要组成部分,对环境变化敏感.本文运用磷脂脂肪酸法(PLFA)研究缙云山马尾松林和柑橘林土壤微生物群落结构沿海拔梯度的变化特征.结果表明,从6个海拔土壤中共检测到48种PLFA,其中i16:0、10Me17:0、10Me18:0 TBSA在6个海拔中含量均最高,且柑橘林土壤PLFA种类和含量明显高于马尾松林.随着海拔升高马尾松林土壤微生物种类和含量逐渐增加,柑橘林则逐渐降低,各海拔间细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性菌(G~-)及革兰氏阳性菌(G~+)含量差异显著.土壤微生物群落多样性研究结果表明,马尾松林低海拔丰富度指数(R),多样性指数(H')、均匀度指数(J)均显著高于高海拔,而柑橘林R在低海拔最高,H'、J则在高海拔最高.不同海拔土壤细菌、放线菌、G~-及G~+与土壤酶和环境因子之间存在相关性,细菌、放线菌、G~-及G~+与脲酶(Ure)、转化酶(Ive)、过氧化氢酶(CAT)、林分类型均呈极显著正相关,真菌与Ure、Ive、CAT呈显著正相关;而细菌、真菌、放线菌、G~-及G~+与海拔呈极显著或显著负相关.Ure、Ive、CAT、林分及海拔是影响土壤微生物PLFA变化的重要因子.     

闽北典型毛竹(Phyllostachys edulis)林土壤酶活性及其与土壤肥力的关系

以中亚热带杉木林和常绿阔叶林为对照,对闽北典型毛竹林土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶和脲酶活性及其与土壤肥力的关系进行研究,旨在探讨土壤酶活性作为竹林土壤肥力评价指标的可行性。结果表明:土壤酶活性空间差异因林分和酶而异,但整体随土层增加而减弱且差异显著;竹阔混交对提高土壤酶活性效果显著,4种酶活性均以竹阔混交林最强,杉木纯林最弱;树种组成、森林利用对土壤肥力影响显著,致使竹林土壤肥力以竹阔混交林最强,杉竹混交林次之,毛竹纯林最差,故经营竹林时可适当增加阔叶树比例;土壤酶活性尤其是蛋白酶和脲酶活性不仅与众多肥力指标显著相关,还与土壤肥力综合指数相关性显著,但它们并非该区林地土壤肥力评价的最佳指标。     

土壤微生物对环境胁迫的响应机制

微生物在生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用.研究土壤微生物对各种环境胁迫的响应有助于认识微生物对环境变化的适应与演变机理,维持土壤生态系统功能的稳定.土壤微生物群落多样性是衡量土壤生态系统稳定性的一个重要指标.多数研究表明,土壤微生物群落多样性越高,土壤生态系统越稳定.本文在总结土壤微生物群落多样性及其与环境胁迫响应关系的基础上,进一步讨论了土壤微生物对环境胁迫响应的生态学机制,包括:①抗性微生物的出现及抗性基因的水平转移.该过程导致了土壤微生物群落结构和多样性的改变,产生了更多抵抗能力较强的微生物类群,从而达到对外源干扰的适应,使土壤微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力随之提高.②土壤微生物群落功能的冗余.这些冗余程度越高,冗余组分缓冲维持生态系统正常功能的能力越强,从而提高微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力.研究土壤生态系统的稳定性与微生物多样性之间的关系,不仅有助于揭示土壤生态系统稳定性的内在机制,为合理调控提供科学依据,也可以为土壤环境质量管理提供参考.     

青藏高原东麓贡嘎山东坡土壤中Pb的来源解析

选择青藏高原东麓典型山地——贡嘎山(东坡),根据不同海拔梯度(海拔2 000~4 500 m)差异设置8个采样点,根据土壤发育情况分别采集O层(有机层)、A层(矿物质层)和C层(母质层)样品,分析土壤中w(Pb)的海拔分布特征,并利用FA-MLR(因子回归分析)法、地球化学指标法和Pb同位素三元混合模型定量判识表层土壤中Pb的来源. 结果表明:①各层土壤中w(Pb)表现为O层〔(41.73±4.38)mg/kg〕>A层〔(30.47±2.17)mg/kg〕>C层〔(23.04±1.50)mg/kg〕(P<0.05). 随着海拔的增加,O层和A层中w(Pb)总体呈升高—降低—升高趋势;C层中w(Pb)随着海拔的变化无显著差异,表明贡嘎山东坡土壤中w(Pb)的地球化学背景值基本一致. ②各层土壤中206Pb/207Pb表现为O层208Pb/206Pb表现为O层>A层>C层. ③Pb同位素三元混合模型结果显示,表层(O层和A层)土壤中Pb可能受到化石燃料燃烧和矿物开采及金属冶炼活动的影响;根据FA-MLR法、地球化学指标法和Pb同位素三元混合模型这3种方法,得到O层中污染Pb所占比例分别达到84.9%、66.0%和63.7%,A层中分别为56.6%、27.8%和44.9%;在海拔分布上,Pb的污染在海拔2 770 m以下主要归因于当地化石燃料的燃烧,而在林线(约3 700 m)以上则来自矿物开采及金属冶炼活动.      

关帝山不同海拔土壤碳矿化和微生物特征

以山西省关帝山不同海拔的8个样地土壤为研究对象,分析不同海拔土壤碳氮含量、土壤碳矿化和细菌、真菌、放线菌、固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌6类微生物量的变化.结果表明,海拔为2163m时,土壤有机碳和活性碳1（LC1）最高,分别为74.41和6.72g/kg,在海拔2700m总氮含量最高为6.54g/kg.土壤碳矿化累积量和碳矿化速率因海拔的升高而显著增加（P<0.05）,土壤碳矿化累积量和活性碳2（LC2）之间有显著正相关.土壤细菌、放线菌和固氮菌的数量在海拔为1791m时最高,分别为3.41×10⁶、1.90×10⁶和1.21×10⁶个/g,细菌、真菌、放线菌和固氮菌的数量随着海拔的升高而逐渐下降,与海拔之间呈显著负相关;相反,硝化细菌和反硝化细菌数量却逐渐增加,在海拔为2700m时最高,分别为1.37×10⁴和6.02×10³个/g,它们与海拔和总氮之间的关系呈显著正相关（P<0.01）.总之,土壤有机碳、总氮、碳矿化累积量、硝化细菌和反硝化细菌随海拔显著增加,而细菌、真菌、放线菌和固氮菌随海拔的变化呈相反的趋势.     

湿地土壤在湿地环境功能中的角色与作用

文章阐述了湿地土壤在湿地大气调节以及污染物净化方面的角色并介绍了目前湿地土壤的研究现状,分析了进一步强化湿地土壤环境功能的可能性,希望对今后湿地土壤环境功能的研究有所助益。