氮沉降对贝加尔针茅草原土壤酶活性的影响

草原土壤酶作为土壤中最活跃的组分,影响生态系统的物质循环过程,其活性能快速反映氮沉降对土壤环境的变化。以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,于2010年开始实施模拟氮沉降试验,设置对照(N0,0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(N30,30 kg·hm~(-2)·a~(-1);N50,50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、高氮(N100,100 kg·hm~(-2)·a~(-1);N150,150 kg·hm~(-2)·a~(-1);N200,200 kg·hm~(-2)·a~(-1))6种氮处理,研究不同氮沉降水平对贝加尔针茅草原土壤6种酶(脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶和蔗糖酶)活性影响。结果表明,0~10 cm土层,与对照相比,氮沉降处理均降低了土壤脲酶(1.32%~24.54%)、过氧化氢酶(10.34%~46.41%)、过氧化物酶(40.54%~271.43%)和蔗糖酶(2.88%~7.31%)活性。同一氮处理水平,不同深度土层的脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性表现为0~10 cm10~20 cm。相关分析表明,土壤含水量、p H、有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮含量与酶活性具有显著相关性(P0.05)。以上结果表明,氮沉降通过改变草原土壤的环境因子,影响土壤酶活性。     

三江源区不同建植年限人工草地土壤微生物群落结构特征

近年来,对退化生态系统恢复的研究逐渐由地上向地下部分转移,地下部分特别是土壤微生物群落对土壤的恢复机理和过程已倍受关注.运用常规实验室分析法和磷脂脂肪酸法,研究三江源区不同建植年限人工草地土壤养分和微生物群落结构及其分布特征.结果显示:土壤总磷脂脂肪酸(总PLFAs)、真菌PLFAs(F PLFAs)、细菌PLFAs(B PLFAs)、革兰氏阳性菌PLFAs(G+PLFAs)、革兰氏阴性菌PLFAs(G-PLFAs)含量与PLFA类型随建植年限的增加呈先降低后升高的变化趋势,随土层深度的增加而降低.土壤全量、速效养分含量均随建植年限的增加呈现同样的变化规律.主成分分析表明,在0-10 cm、10-20 cm土层中,4年和16年人工草地土壤微生物群落PLFA类型丰富多样,群落结构更加复杂稳定,而7年和9年的土壤微生物群落结构较为单一.相关分析表明,总PLFAs、B PLFAs、F PLFA s、G+PLFAs和G-PLFAs含量与土壤全量和速效养分含量(除速效氮、速效磷)均呈极显著或显著正相关(P<0.01;P<0.05).综上,在合理放牧条件下,人工草地的建植有利于土壤微生物生物量的提高和群落结构的改变.利用微生物PLFA含量和类型的多样性作为监测土壤环境的指标,能及时有效地判别土壤养分的变化情况,有利于及时管理人工草地.     

湘东大围山土壤垂直带谱微生物群落特征

土壤微生物是生态系统健康评价的关键生物学指标之一。为了解土壤微生物群落在中山海拔带上的分异规律,本研究选取亚热带湘东大围山花岗岩风化物发育的典型土壤垂直带谱:红壤、黄红壤、黄壤、暗黄棕壤和灌丛草甸土(亚类),采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术,研究0~20 cm土壤微生物的PLFA含量、组成和多样性。结果表明,土壤垂直带PLFA种类较为丰富(38种),PLFA总量介于35.01~103.54 nmol·g~(-1)之间,以细菌最高(25.52~78.31 nmol·g~(-1)),其次为放线菌(3.99~12.90nmol·g~(-1))和真菌(4.29~12.33 nmol·g~(-1))。细菌群落中,以革兰氏阴性菌(G~-)为主;真菌群落中,以腐生真菌为主。随着海拔升高,微生物PLFA总量、各类群微生物PLFA含量和多样性指数一致升高,显示高海拔地带土壤的微生物数量和多样性更高。此外,真菌与细菌比值(F:B,0.17~0.25)和G~+细菌(革兰氏阳性菌)与G~-细菌比值(G~+:G~-,0.52~0.79)以低海拔带的红壤最高,随海拔升高而降低,表明高海拔带土壤微生物群落以细菌、G~-群落占优。在湘东大围山土壤垂直带上,各类群的微生物量和多样性随着海拔的升高而升高,可能是山地小气候、pH、有机底物的数量和质量综合作用的结果。     

施氮水平对河套灌区套作小麦-玉米土壤微生物量碳、氮的影响研究

通过田间试验研究了河套灌区套作小麦(Triticum aestivum L.)-玉米(Zea mays L.)在不同施氮水平下(小麦N0 0 kg·hm~(-2)、N1 90 kg·hm~(-2)、N2 180 kg·hm~(-2)、N3 270 kg·hm~(-2);玉米N0 0 kg·hm~(-2)、N1 135 kg·hm~(-2)、N2 270 kg·hm~(-2)、N3 405 kg·hm~(-2))土壤微生物量碳、氮的变化规律,为农业生产中定量施氮提供有益的生物参数和指标。结果表明:小麦全生育期内土壤微生物量氮、碳含量呈现出"升-降-升"趋势,抽穗期土壤微生物量氮达到最大值,灌浆期的下降幅度最大,土壤中的养分被小麦大量吸收消耗,此时微生物矿化出一部分微生物量氮以供作物吸收利用,土壤微生物量含量大幅下降。玉米土壤微生物量氮、碳含量随生育期进程推进而先增加后降低,在抽雄期出现峰值,土壤中的有效养分充足,同时,根系代谢活动旺盛,分泌物增多,使微生物代谢加快,为微生物的生长和繁殖提供了充足的营养环境。套作小麦-玉米土壤微生物量碳、氮含量均随着施氮水平的升高呈现出先增加后降低的趋势,在N2(小麦180 kg·hm~(-2)、玉米270 kg·hm~(-2))水平下,土壤微生物量碳、氮含量最高。N2处理的小麦微生物量碳较N0增加了53.7%,微生物量氮则是N0的3.29倍;N2处理的玉米微生物量碳、氮分别是N0的2.61、5.38倍。回归分析表明,土壤微生物量与施氮量之间表现为显著的二次型回归关系,适宜的氮肥施用量对微生物量碳、氮的负效应较低;根据边际分析及综合土壤微生物量碳、氮,推荐小麦最佳施肥量为165.9~187.5 kg·hm~(-2),玉米最佳施肥量为227.5~287.9 kg·hm~(-2)。     

降水处理对南亚热带季风林土壤微生物群落结构的影响

全球变暖导致降水格局的变化,进而影响到土壤碳排放与土壤环境特征,土壤微生物群落结构是反映这一变化的有效早期响应指示。以南亚热带鼎湖山季风常绿阔叶林(季风林)土壤为对象,探讨降水变化对不同土壤层土壤微生物群落的影响,试验设置3种降水变化处理(年降水量不变但降水次数增加、减少50%降水量、自然降水),采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术提取土壤微生物含量。结果表明:(1)不同降水处理对同一土层土壤微生物总PLFAs量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、放线菌PLFAs量、丛枝菌根真菌PLFAs量影响不显著(P0.05);(2)0~10 cm土层中,土壤微生物细菌(革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌)、真菌、放线菌和丛枝菌根真菌的相对丰度值差异不明显,说明不同降水处理条件下,该层土壤微生物群落结构较为相似;(3)10~20 cm土层中,不同降水处理对细菌(革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌)的相对丰度产生明显的影响(P0.05);(4)在所有试验处理中,土壤p H作为一个重要的影响因子,与土壤微生物总PLFAs量成极显著负相关关系(P0.01)。     

贝加尔针茅草原羊草光合特征对氮沉降的响应

以贝加尔针茅草甸草原优势种羊草(Leymus chinensis)为研究对象,通过设置氮沉降量分别为0 kg·hm~(-2)(CK)、30 kg·hm~(-2)(N30)、50 kg·hm~(-2)(N50)、100 kg·hm~(-2)(N100)、150 kg·hm~(-2)(N150)的5个处理进行连续6 a(2010—2015年)模拟氮沉降的野外控制试验,测定羊草光合特性和叶片功能特性对氮沉降的响应。结果表明:N30、N50、N100、N150处理羊草的光饱和点(LSP)分别比CK处理低40.32%、19.73%、38.18%、37.75%,差异达显著水平(P0.05)。N30、N50、N100、N150处理羊草的最大净光合速率(P_(nmax))分别比CK处理低22.51%、48.56%、27.43、50.72%,差异达显著水平(P0.05)。N30、N50、N100、N150处理羊草叶片N含量(N_(mass))、叶片P含量(P_(mass))和建成成本(CC_(mass))均显著高于CK。N30、N50、N100和N150光和能量利用效率(PEUE)和光合氮利用效率(PNUE)均显著低于CK。5种氮素处理羊草P_(nmax)与PNUE、PEUE呈极显著正相关,叶片N_(mass)与比叶面积(SLA)、P_(mass)、CC_(mass)呈极显著正相关,CC_(mass)与SLA之间呈极显著正相关。综合研究表明,氮沉降持续增加会降低羊草的PEUE和PNUE,提高叶片CC_(mass)和叶片N/P比值。     

碳、氮添加对高寒草甸植物群落物种多样性和生物量的影响

氮素对青藏高原高寒草甸植物群落结构和生物量的影响尚存争议,而外源碳对青藏高寒草甸植物群落结构和生物量的影响鲜见。该研究在西藏那曲封育草甸开展为期4年的多梯度碳(蔗糖)、氮(尿素)添加试验,探究碳、氮添加对高寒草甸植物群落物种多样性特征、生物量以及群落物种多样性指数与生物量之间的相关关系。结果表明,(1)碳×氮交互作用对高寒草甸植物群落地上生物量有显著增加的作用(P0.05),与对照4年地上部分植物生物量总和(549.1 g·m~(-2))相比,在N100 kg·hm~(-2)、C60kg·hm~(-2)、C120 kg·hm~(-2)添加处理下,4年地上部分植物生物量总和增加到了747.5、692.6、730.4g·m~(-2)。其中N100 kg·hm~(-2)、C60kg·hm~(-2)×N 50 kg·hm~(-2)×C 60 kg·hm~(-2)×N100 kg·hm~(-2)、C 60 kg·hm~(-2)×N 100kg·hm~(-2)和C 120kg·hm~(-2)×N 100 kg·hm~(-2)添加处理对高寒草甸植物群落地上生物量的影响不显著。(2)4年碳、氮添加研究结果显示,碳、氮分别添加以及碳氮交互作用对高寒草甸植物群落物种多样性没有显著影响。(3)地上植物群落生物量与群落物种多样性指数之间从2011到2014年均没有显著的相关关系。4年地上部分植物生物量总和与4年总体植物群落物种多样性指数之间有显著的负相关关系(P0.01),但相关性较为微弱(r~2=0.159)。     

模拟氮沉降对常绿阔叶林6种植物氮同化的影响

中国已成为世界第三大氮沉降区,其氮沉降水平会随着工业以及农业的发展继续增加。氮沉降直接影响森林植物氮元素的代谢,进而影响森林生态系统的稳定,但相关研究在热带和亚热带地区较少开展。本研究依托林冠模拟氮沉降野外实验平台,以常绿阔叶林小乔木/灌木粗叶木(Lasianthus chinensis)、柏拉木(Blastus cochinchinensis)、罗伞(Ardisia quinquegona)和大乔木锥栗(Castanea henryi)、荷木(Schima superba)、鸭脚木(Schefflera octophflla)为研究对象,测定其叶片硝态氮和铵态氮含量以及氮同化相关酶活性,分析2种模拟氮沉降方式(林冠喷施和林下喷施)对其产生的影响。结果显示,氮添加处理显著影响植物的氮同化过程,其中CN50(林冠喷氮N 50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、UN50(林下喷氮N kg·hm~(-2)·a~(-1))处理影响相对较大。在CN50、UN50处理下,罗伞叶片硝态氮含量显著降低,粗叶木叶内铵态氮含量显著升高。锥栗叶片的硝态氮含量在CN50、UN50处理下积累大于CN25(林冠喷氮N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))、UN25(林下喷氮N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))处理,硝酸还原酶(NR)活性也显著升高。在CN50下,粗叶木、柏拉木和罗伞的NR活性也显著降低。研究发现,氮添加处理导致植物氮同化水平受到一定程度的干扰,但这6种植物具有一定的抗氮能力,超出一定范围则会影响植物生长,对群落结构产生潜在影响。     

藏北高寒草地土壤磷脂脂肪酸指纹特征及其与土壤化学性质的关系

微生物是土壤的重要组成部分,反映了土壤的生物活性,同时也是土壤有机质和养分转化与循环的动力。高寒草地是藏北高原分布面积最大的生态系统类型,不仅是亚洲中部高寒环境中最为典型的自然生态系统之一,而且在世界高寒地区亦具有代表性。为了解藏北不同类型高寒草地土壤微生物群落结构特征,比较了藏北5种高寒草地(高寒草甸、高寒草原、高寒草甸草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠)的土壤磷脂脂肪酸(PLFA)指纹特征,并进一步分析其与土壤有机碳、总氮等土壤化学性质的关系。藏北5种高寒草地土壤PLFA中16:0和18:1w9c含量高,土壤PLFA主要包括直链饱和脂肪酸、直链单不饱和脂肪酸、支链饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸,其中直链单不饱和脂肪酸(27.77%~36.66%)和支链饱和脂肪酸(30.15%~36.61%)占比较高,环丙烷脂肪酸(3.48%~10.16%)仅占较少部分。高寒草甸土壤总PLFA含量、细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌PLFA含量最高,其含量分别是其他4种草地类型土壤的2.00~6.45,2.01~8.88,1.82~3.52,1.61~5.37,2.01~9.17和2.06~10.94倍。大部分PLFA分子集中于高寒草甸、高寒草原和高寒草甸草原土壤中,另外两种高寒草地土壤仅含少量微生物;土壤微生物在5种类型草地中的样点基本分散,而在每种类型草地样点中基本集中,表明微生物群落结构在不同草地类型土壤中存在明显差异,而在同一类型草地土壤中相近。土壤总PLFA,细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌PLFA含量与土壤有机碳、总氮、铵态氮和硝态氮之间存在极显著相关性(P0.01),表明土壤碳、氮含量与土壤微生物间存在极为显著的相互刺激关系。该研究通过量化藏北不同类型高寒草地土壤的PLFA指纹特征,并分析其与土壤化学性质的关系,为进一步研究高寒草地生态系统土壤微生物群落结构特征提供理论依据。     

平顶山、长白山、赛罕乌拉森林土壤微生物群落结构分析

土壤微生物是整个生态系统养分和能源循环的关键和动力。土壤的生物多样性比陆地上其他任何生态系统都要丰富,这种丰富的生物多样性导致了对其群落结构和生态功能难以预测。在一系列基于分子微生物学、生物地球化学和生理学的土壤微生物群落结构研究方法中,磷脂脂肪酸技术(PLFA)以磷脂作为分析成分,因其组成和含量在同一种微生物中通常相对稳定、可遗传,且具有仅在活体微生物中存在的特性,所以,PLFA技术可指示特定生物或生物种群的存在和状况,现已被广泛运用于土壤微生物群落结构分析中,监测微生物群落的动态变化。本研究选取了中国东北地区海拔高度达1000 m以上的典型森林生态系统:小兴安岭平顶山、吉林长白山、内蒙赛罕乌拉森林土壤为研究对象,采用PLFA方法,分析了土壤中微生物的生物量和细菌Bacteria、真菌Fungus、革兰氏阳性菌Gram+Bacteria和革兰氏阴性菌Gram-Bacteria 4种微生物群落结构。在此基础上使用相关分析、主成分分析等统计方法,揭示了土壤微生物群落结构与海拔高度、森林类型及其土壤理化因子的相互关系,为开展森林生态系统生物多样性与元素循环和气候变化的相关研究提供基础资料。研究得出以下结论:(1)对我国平顶山、长白山和赛罕乌拉背景森林中不同植被类型12个土壤样品的现场测定与采样分析,结果表明,土壤总有机碳(TOC)范围为3.15%~16.3%,pH值范围为3.5~4.8,碳氮比(C/N)为12.1~18.4,土壤含水率范围为13.3%~74.5%,采样时土壤温度为8.0~18.8°C。(2)样品的PLFAs总含量代表了土壤微生物总生物量,范围为27.39~237.63μg·g-1。赛罕乌拉土壤中微生物的生物量(PLFAs总量)最高;而平顶山土壤中的细菌含量、真菌含量和革兰氏阳性菌显著高于其余两座山。革兰氏阳性菌与阴性菌的比值在平顶山土壤中最大(4.19),明显高于长白山(3.14)和赛罕乌拉(2.39);而真菌与细菌比值却与之相反(平顶山0.55、长白山0.69、赛罕乌拉1.05)。(3)利用SPSS软件,对不同微生物群落与环境因子进行相关分析,结果表明:细菌的含量与纬度呈显著正相关,而和土壤C/N呈显著负相关(P0.01);真菌群落总体上与土壤C/N呈现负相关性(P0.05)。进一步对细菌群落和代表真菌群落的两个主要PLFAs成分(C18:1ω9、C18:2ω6,9)与土壤碳氮比做相关分析发现:C18:1与土壤碳氮比呈现显著负相关(P0.01),而C18:2ω6,9与土壤碳氮比的相关关系并不明显。因此,我们认为单一种类PLFA作为生物标记物随土壤碳氮比变化的灵敏度更高。(4)主成分分析表明:土壤微生物多样性主要受纬度所导致植被类型差异的影响(P0.01),且与土壤碳氮比呈负相关、土壤含水率呈正相关(P0.05)。     

模拟氮沉降对武夷山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的影响

大气氮沉降是全球变化的焦点问题之一,为研究大气氮沉降对森林生态系统土壤呼吸的影响,在武夷山亚热带常绿阔叶林进行人工模拟氮沉降,设置对照(N0,0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(N1,50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、中氮(N2,100 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮(N3,150 kg·hm~(-2)·a~(-1)),采用Li-6400分析系统测定土壤呼吸速率,同时测定土壤温度和土壤含水量,探讨氮沉降的背景下土壤温度和土壤含水量与土壤呼吸的关系。结果表明,(1)亚热带常绿阔叶林土壤呼吸速率具有明显的季节动态变化,土壤呼吸速率均为1月最低,8月最高。(2)常绿阔叶林土壤总呼吸存在明显的季节格局,总体呈单峰型,其峰值均出现在8月,重复测量方差分析结果显示,在生长季,氮沉降对土壤总呼吸均无显著影响(P0.05)。(3)常绿阔叶林土壤总呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,其响应具体表现在,低高氮(N1,N3)处理和中氮(N2)处理在一定程度上分别提高和降低了土壤呼吸Q_(10)。N0、N1、N2、N3处理下土壤总呼吸的Q_(10)分别为1.52、1.57、1.44、1.56;土壤呼吸速率与0~5 cm和5~10 cm土层土壤含水量之间的关系用二次曲线拟合的效果最好,其决定系数R~2分别为0.156~0.354和0.239~0.387,明显低于土壤呼吸速率与土壤温度关系方程的R~2值,这表明土壤呼吸速率与土壤含水量之间的相关性较弱,由此可知土壤含水量对土壤呼吸的影响远小于土壤温度对土壤呼吸的影响。(4)N0、N1、N2和N3处理的土壤总呼吸年碳排放量分别为5.67、5.98、6.22和4.22 t·hm~(-2)·a~(-1),低氮和中氮处理的排放比对照高出5.46%和9.70%,低氮促进了土壤呼吸年通量,而高氮抑制了土壤呼吸年通量;方差分析结果表明,氮沉降对土壤呼吸、异养呼吸年通量有显著影响,其中N2对土壤呼吸、异养呼吸年通量影响最大(P0.05)。     

多形态多水平氮添加对温带森林土壤根系呼吸和微生物呼吸的影响

为阐明不同水平、不同形态的氮添加对土壤总呼吸、土壤微生物呼吸、根系呼吸的影响及微生物机制,本研究以温带森林土壤为研究对象,开展多形态(硝态氮(NaNO_3)、铵态氮((NH_4)_2SO_4)和混合态氮(NH_4NO_3))多水平(50 kg N·ha~(-1)·a~(-1)和150 kg N·ha~(-1)·a~(-1))的增氮控制实验.在施氮后的第7—9年,利用静态箱-气相色谱法研究土壤呼吸组分和磷脂脂肪酸方法研究微生物群落丰度和群落结构的改变.结果表明,氮添加显著提高了土壤硝态氮和铵态氮含量,而土壤pH平均降低0.85个单位.在施氮后的第7—9年,氮添加将会减弱土壤呼吸活动,高水平的氮添加效应强于低水平氮添加;就形态来说,(NH_4)_2SO_4起到促进效应,而NH_4NO_3则逐渐由促进效应转变成抑制效应,例如在2019年(施肥后第9年),高水平的(NH_4)_2SO_4施加分别提高土壤总呼吸和微生物呼吸的34.06%和37.95%,而高水平NH_4NO_3添加则分别抑制了土壤总呼吸和微生物呼吸的27.62%和31.70%.而高水平的(NH_4)_2SO_4添加对根系呼吸有促进作用,而高水平的NH_4NO_3则有抑制效应.微生物呼吸和细菌、真菌显著正相关,和真菌/细菌比值也呈正相关.总之,土壤呼吸各组分对氮添加的响应受氮素形态和水平的控制,特定森林土壤碳排放量对土壤氮基质响应具有多阶段性,微生物呼吸的降低反映了土壤有机质分解速度的降低,这有可能会进而促进土壤碳的积累,达到氮促碳汇的效果.     

氮沉降对长白山白桦山杨天然次生林土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的影响

土壤理化性质易受氮沉降、温度变化、二氧化碳浓度等外界环境因子的影响,其中土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)作为土壤中高活性物质,更易受到诸如氮沉降等环境变化的影响,尤其是不同月份的温度和水分变化会对其产生显著影响。长白山白桦山、杨天然次生林对人工模拟氮沉降响应的控制试验始于2006年,共设计3个氮添加处理,即对照CK(N 0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮LN(N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮HN(N 50 kg·hm~(-2)·a~(-1)),每个处理重复3次。于2017年植物生长季(5-10月),按照不同土壤深度(上层0-10 cm和下层10-20 cm)分别对土壤pH、DOC、DON和MBC、MBN进行了分析。结果表明,(1)氮添加导致土壤pH显著降低(P0.05),变异系数随氮添加量逐步降低,且上、下层土壤表现一致。(2)氮沉降对上层土壤DOC表现为促进作用,对下层土壤DOC影响不显著(P0.05)。HN处理抑制上层土壤DON,而LN处理对5月和9月的上层土壤DON有促进作用,对6月和8月有抑制作用;LN处理促进下层土壤DON,而HN处理有抑制作用。(3)氮沉降在春季月份对MBC和MBN有抑制作用,秋季月份有促进作用;LN处理降低了夏季月份MBC和MBN,HN处理则差异不显著。(4)氮添加、月份、土壤深度以及三者之间的交互作用对土壤各指标都有显著影响,由此可见,单个月份的研究结果并不能代表整个生长季的总体变化趋势。故建议在开展土壤易发变化组分研究时,应同时关注时空变化对其的影响,并进行综合分析,才能确保研究结果的准确性和完整性。     

增温和CO_2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤微生物群落结构的影响

土壤是陆地生态系统中最主要的碳库,土壤微生物是土壤的重要组成部分,其群落结构对全球变化十分敏感,研究气候变化背景下土壤微生物群落结构的变化对于预测陆地生态系统净碳平衡有着重要的作用.通过全自动微气候控制的"人工模拟气候实验系统"对川西亚高山针叶林土壤进行模拟增温(ET)、CO_2浓度加倍(EC)以及增温~+CO_2浓度加倍(ETC)处理,采用磷脂脂肪酸法(Phospholipid fatty acids,PLFAs)研究ET、EC及ETC对土壤中微生物群落结构的影响,结果表明:(1)与对照相比,ETC、EC、ET均使总磷脂脂肪酸含量显著降低,降低幅度分别为52.8%、47.8%、31.3%.(2)ETC、EC和ET均使细菌、真菌、革兰氏阴性菌(G-)的PLFAs含量显著降低(P0.01),ETC的降幅大于EC和ET;ETC、EC显著降低了革兰氏阳性菌(G~+)的PLFAs含量,但ET对G~+的PLFAs含量没有显著影响.(3)ETC使G~+/G~-比值显著升高,使真菌/细菌比值显著降低,但EC、ET对G~+/G~-、真菌/细菌比值没有显著影响;同时,ETC、EC、ET对放线菌和菌根真菌的PLFAs含量均没有显著影响.本研究表明,ETC、EC、ET处理均能使土壤微生物群落结构发生变化,并且ETC对土壤微生物群落结构的影响大于单独的ET或EC.     

施氮对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落结构和功能的影响

碳、氮是影响土壤微生物群落结构和功能的2种重要生源要素,但研究施氮对人工林土壤微生物群落影响时很少考虑土壤有机碳水平。本研究以我国南方桉树Eucalyptus人工林为对象,研究施氮水平(对照:0 kg·hm-2,常规施氮水平166.8kg·hm-2,施二倍氮素水平333.7 kg·hm-2)对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落结构(磷脂脂肪酸构成)和功能(土壤酶活性及可溶性土壤有机碳含量)的影响,结果表明:施氮显著降低土壤微生物群落磷脂脂肪酸总量以及细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸量和真菌/细菌比值(P0.05);区分不同处理的土壤微生物磷脂脂肪酸主要是:真菌特征脂肪酸16:1ω5c、18:1ω9c、18:2ω9c及细菌特征脂肪酸16:1ω7c、i17:0和放线菌特征脂肪酸10Me18:0;施氮显著增加了土壤纤维素酶、酚氧化酶活性及土壤可溶性有机碳含量(P0.05);尽管高土壤有机碳水平样地的土壤微生物磷脂脂肪酸量、土壤酶活性以及可溶性有机碳含量显著高于低土壤有机碳水平样地,但低、高土壤有机碳水平样地的土壤微生物群落结构和功能对施氮的响应不一致,土壤细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸量以及酚氧化酶活性和土壤可溶性有机碳含量在低土壤有机碳水平样地中对施氮的响应更敏感,而这些指标在高土壤有机碳水平样地中只有在施二倍氮素处理中才显著降低或不变化。该研究结果表明不同土壤有机碳水平中的土壤微生物群落对施氮的响应不一致,强调了在全面认识氮肥施用对土壤微生物群落的影响时,需要充分考虑土壤有机碳水平。     

扎龙湿地土壤微生物群落结构的季节变化特征

运用磷脂脂肪酸(PLFA)法研究扎龙湿地各季节土壤微生物群落结构和多样性.结果表明:不同季节土壤中共检测到29(春)、30(夏)、29(秋)和27(冬)种PLFA,其中含量最高的PLFA分别为16:0(16.49%)、18:1ω9c(17.41%)、18:1ω9c(20.48%)和18:2ω6,9(26.16%).季节变化对一般性细菌、G~+菌、G~-菌、真菌、放线菌和总PLFAs有显著影响(P0.05),除真菌外均表现为春季最高、冬季最低,而真菌则为冬季最高、春季最低.香农-威纳多样性指数和Mc Intosh指数在春季最高,Simpson指数则在冬季最高.主成分分析(PCA)表明,第1主成分和第2主成分共解释土壤微生物群落结构总变异的87.6%,不同季节间土壤微生物群落结构存在显著差异.冗余分析(RDA)表明,放线菌和G~+菌与土壤有机质、总氮、速效氮和速效钾呈显著正相关,G~-菌与速效磷呈显著正相关,真菌和一般性细菌与土壤pH呈显著正相关.扎龙湿地微生物群落结构的季节波动与土壤养分状况密切相关,研究结果可为扎龙湿地生态功能恢复提供科学依据.     

亚热带常绿阔叶林土壤微生物量动态变化及其对氮磷添加的响应

土壤微生物是土壤生物化学过程的驱动者,对环境变化极其敏感。为了探讨不同年份气候差异及不同坡位土壤微生物对氮沉降的响应机制,在安徽南部查湾自然保护区选择不同坡位亚热带常绿阔叶林,就氮、磷添加对土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)的影响进行了为期3年的试验研究。选择中坡和坡顶两种立地类型,分别设置3种控制实验,对照(CK,0 kg N?hm~(-2)?a~(-1))、氮添加(N,100 kg N?hm~(-2)?a~(-1))、氮磷添加(N+P,100 kg N?hm~(-2)?a~(-1)+50 kg P?hm~(-2)?a~(-1))。取样后,测试不同处理土壤MBC、MBN及土壤理化性质。结果表明,氮磷添加后,不同坡位MBC和MBN季节变化存在差异。与対照相比,氮磷和氮添加中坡MBC分别降低了14.6%和15.4%,而在坡顶,两种处理MBC分别提高5.8%和2.1%。中坡MBC变化范围为171.94~2 151.35 mg?kg~(-1),MBN变化范围为52.14~203.3 mg?kg~(-1);坡顶MBC变化范围为102.49~2 219.95 mg?kg~(-1),MBN变化范围为38.56~203.3 mg?kg~(-1)。中坡第2年、第3年及坡顶第3年氮磷和氮添加降低了ω(MBC)/ω(MBN)比,不同坡位ω(MBC)/ω(MBN)比均值为7.88~14.21。土壤微生物量的季节变化显著,土壤MBN在生长季节(5月、7月、9月及11月)较高,最低值出现在休眠期(1月);养分添加改变了土壤MBN季节变化规律。季节、坡位改变了土壤微生物量碳氮和土壤养分的相关性。因此,养分添加对不同立地土壤微生物的影响不同,且不同年份存在差异。长期氮、磷添加降低了ω(MBC)/ω(MBN)比值,但不同坡位反应时间存在差异。土壤MBC、MBN不同年份之间差异显著,主要受不同年份降雨和气温变化控制。冗余分析(RDA)表明,月降水频率、不同年份气温及降水差异、林分因子及土壤理化性质均对土壤微生物量存在显著影响,其季节变化由降水频率(月降水天数)、降水量及气温变化和月降水量及气温波动差异(月标准差)所控制。     

模拟氮沉降对云杉人工林土壤有机碳组分及理化性质的影响

大气氮沉降已成为目前全球性的环境问题之一。氮沉降可能影响森林生态系统碳循环的过程,研究氮沉降对森林土壤有机碳库的影响,有利于正确评估森林生态系统碳循环过程及其对全球气候变化的响应。为探究氮沉降对森林生态系统碳循环的影响,以四川云杉Picea asperata人工林为研究对象,研究了氮沉降(N0,N 0 kg·hm~(-2)·a~(-1);N1,N 60 kg·hm~(-2)·a~(-1);N2,N 120 kg·hm~(-2)·a~(-1);N3,N 240 kg·hm~(-2)·a~(-1))对云杉人工林土壤有机碳组分的影响。结果表明,模拟氮沉降处理下,土壤总孔隙度(TPO)与土壤容重(BD)变化趋势相反;土壤pH值变化范围在6.58~7.02之间,随N浓度的增加而降低。土壤养分(有机碳SOC、全氮TN、全钾TK、有效磷AP和有效钾AK)和有效养分均呈现出一致性规律,随着N浓度的增加而增加,模拟氮沉降处理下土壤全磷含量差异均不显著(P0.05)。与对照相比(N0),土壤易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)、水溶性有机碳(WSOC)和微生物量碳(SMBC)明显受氮沉降的影响。EOC、POC、轻组有机碳(LFOC)和WSOC均呈现出一致性规律,随N处理水平的增加而增加。EOC/SOC比例和微生物熵(MBC/SOC)均随N浓度的增加而增加。通径分析结果表明:1~0.05 mm粒径和TPO对土壤有机碳组分产生直接效应;0.002 mm和pH对土壤有机碳组分产生间接效应;土壤理化性质对土壤有机碳组分产生的总效应值具体表现为1~0.05 mmpHTPO=(0.002)mmBD0.05~0.002 mm;土壤养分对土壤有机碳组分产生直接和间接负作用,其中SOC、TN和AK对土壤有机碳组分产生直接效应;TK和AP对土壤有机碳组分产生间接效应;总效应值大小依次为SOCTNAKTKTPAP。综合分析表明,氮沉降有利于云杉人工林土壤有机碳组分稳定性的提高,利于土壤有机碳的累积。     

施氮对海南橡胶林土壤碳排放的影响

阐明不同生态系统土壤呼吸碳排放特征及其影响因子,对于评估陆地生态系统碳平衡具有重要作用。当前,人们对不同生态系统土壤呼吸对施氮或氮沉降的响应的认识还很不一致。虽然目前已对橡胶(Hevea brasiliensis)林土壤呼吸进行了较多的研究,但对施氮对橡胶林土壤呼吸的影响还了解得不多。采用静态碱液吸收法,研究了4种施氮水平下(不施氮,N0;低氮100 kg·hm~(-2),N100;中氮230 kg·hm~(-2),配施有机肥氮30 kg·hm~(-2),N230;高氮400 kg·hm~(-2),N400)海南橡胶林土壤呼吸的碳排放速率、通量及其影响因子。结果表明,橡胶林土壤呼吸的碳排放速率具有明显的季节变化特征,全年呈多峰型曲线。土壤呼吸碳排放速率与施氮量、土壤湿度和土壤温度均存在显著或极显著相关性。不同施氮处理土壤碳排放速率介于1.27~1.96 g·m~(-2)·d~(-1),年排放通量介于4.62~7.12 Mg·hm~(-2)·a~(-1)。与不施氮处理相比,较低的施氮水平(N100)并没有显著影响土壤呼吸,而继续增施氮肥则显著激发了橡胶林土壤碳排放。与N100和N400相比,N230化肥配施有机肥并没有引起土壤碳排放的显著增加。综上所述,施氮能促进橡胶林土壤呼吸碳排放,但其促进程度与施氮量有关。     

增温对南亚热带季风常绿阔叶林土壤微生物群落的影响

土壤微生物是森林生态系统中重要的分解者,参与生物圈的物质循环和能量流动,对温度变化响应较为敏感。以鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林为研究对象,基于野外增温实验平台,采集0-10 cm和10-20 cm土层的土壤样品,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法并结合土壤理化性质的监测,探究气温上升对土壤微生物群落的影响。结果表明:(1)增温处理使0-10 cm和10-20 cm土层月均温分别显著上升1.24℃和1.17℃,土层湿度变化不显著;(2)增温显著增加了土壤硝氮含量,但对其他理化性质作用不明显;(3)增温组土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳氮比(C/N)以及微生物总磷脂脂肪酸含量与对照组差异不显著;(4)增温显著改变了土壤微生物群落结构,使细菌相对丰度、细菌真菌之比(B/F)以及革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌之比(G~+/G~-)显著增加,降低了真菌和丛枝菌根真菌的相对丰度;(5)进一步分析表明,土壤硝态氮和有机碳是影响土壤微生物群落结构变异的主要因子,两者共同解释了微生物群落结构60.5%的变异度。以上研究结果表明,尽管增温对南亚热带季风常绿阔叶林土壤微生物生物量作用不明显,但可通过对土壤硝氮和土壤有机碳含量的影响引起土壤微生物群落结构及其相对丰度的改变,微生物群落结构和相对丰度的变化又将通过影响微生物对土壤碳氮的同化作用,最终影响土壤的碳氮过程。