大气CO2浓度升高对几种土壤微生物学特征的影响

利用中国扬州开放式空气CO2浓度升高(FACE)平台,研究大气CO2浓度升高对土壤微生物活性及群落功能多样性的影响.结果表明,在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高有增加微生物量碳的趋势,而在低氮施肥处理中大气CO2浓度升高的影响不大.在常氮、低氮施肥处理中,大气CO2浓度升高对微生物量氮均没有显著影响,有增加微生物C/N的趋势.在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高显著增加脱氢酶活性,而在低氮施肥处理中的影响不显著.在低氮施肥中大气CO2浓度升高显著增加酸性磷酸酶活性,在常氮施肥处理中的影响不显著.除在常氮施肥、大气CO2浓度升高时,Shannon指数、Simpson指数和微生物利用的碳源有显著变化外,其他处理中土壤微生物群落功能多样性的变化很小.     

祁连山高山草甸土壤CO2通量的时空变化及其影响分析

采用Li-6400便携式光合作用测量系统连接Li-6400-09土壤呼吸室,在2004年生长季节对祁连山高山草甸土壤CO2通量沿海拔梯度进行了野外定位试验,统计分析了水热因子及根系生物量对高山草甸土壤CO2通量特征的可能影响.结果表明,土壤CO2通量存在明显的空间变化规律,沿海拔梯度土壤CO2通量随着海拔梯度的增加而逐渐减小,其变异系数逐渐增加;就日变化而言,土壤CO2通量晚间维持在较低水平,02:00～06:00最低,在07:00～08:30开始升高,11:00～16:00达到峰值,16:00～18:30开始下降,整个过程呈单峰曲线.土壤CO2通量的日平均值介于(0.56±0.32)～(2.53±0.76)μmol·(m2·s)-1.从季节变化来看,土壤CO2通量均以夏秋季较高,春冬季排放量较低,7～8月份达到最大值[4.736 μmol·(m2·s)-1],6月与9月份次之,5月与10月份基本一致,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式.高山草甸土壤CO2通量在植物生长季与10cm土壤温度、土壤含水量、根系生物量都存在不同程度的正相关关系,表明高山草甸土壤CO2通量的空间变异主要受温度、水分和植物根系的综合影响.     

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.     

稻田水体可溶性有机碳与可溶性氮对大气CO2浓度增高的响应

为了增强对全球变化背景下湿地生态系统碳氮循环的整体认识,采用稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)试验(位于江苏省江都市,始于2004年)方法,研究了2006年位于江都市的稻田水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳、可溶性氮的动态变化.结果表明:大气CO2浓度升高显著提高了稻田水体中以上各指标含量(p<0.01),其中各有机碳的增幅均大于相应的氮.与对照相比,FACE田块水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳和可溶性氮分别平均提高了31.2%、25.9%、28.3%和25.6%.不同生育时期各指标含量存在显著差异(p<0.01).上述结果还表明,大气CO2浓度增高不仅会通过富营养化稻田水体来影响水稻安全生产,而且还会提高其中可溶性碳氮含量,进而可能通过田间排水尤其是水稻生长前期暴雨导致的洪涝来增加稻田碳氮向周边水域的输送,从而影响到稻田生态系统的碳氮循环和土壤生产力.     

基于CO_2的代谢调控及其对微生物耐盐性的影响研究进展

大气CO2浓度升高会通过植物生理的变化对根系土壤微生物量、活性及种群产生间接影响,但此类研究影响因素复杂,结论差异较大。CO2对微生物耐盐性的影响主要集中于对盐藻耐盐性的研究,影响原理与植物相似,其对盐藻的调渗原理主要基于其作为光合作用的原料可促进有机相容性溶质的合成,但CO2对异养细菌等原核生物耐盐性的影响尚未见文献报道。在生物耐盐中已发现CO2、HCO-3及碳酸酐酶参与渗透调节,因此CO2对异养原核生物耐盐性的影响将是一个值得探索的研究方向。     

野外试验表明树林作为碳汇的作用有限

美国杜克大学进行的6年受控试验的结果表明,森林不是二氧化碳无限制的汇(sink).发表在“自然”杂志上的论文[Nature,411,469(2001)]称,松树在富含CO2的气氛下先是生长得快,然后就会慢下来,除非在土壤中增加肥料.还有,虽然森林土地上树叶量和分解量增加,在较深的土壤中碳的积累却不多[Nature,411,466(2001)].研究人员认为,指望以这种方式的碳隔离来抵消大气中CO2的增加是“过于乐观”. 杜克大学自由空气CO2富集(FACE)项目负责人、生物地球化学教授William Schlesinger说:“我们曾指望树木生长和土壤碳储存在富CO2含量的气氛下会增加.…     

西安地区土壤CO2 释放量和释放规律

根据碱溶液吸收法,对西安地区不同植被条件下土壤CO2释放量进行了昼夜观测,观测资料显示,西安地区各月份土壤CO2释放量在一昼夜内具有明显的变化,从当日上午到次日上午,CO2释放量表现出由低变高再变低的规律,土壤CO2释放量变化与温度变化具有相同的特征,但释放量的变化具有滞后性,相对于温度的变化滞后4－6h左右,温度是决定土壤CO2释放量昼夜变化规律的主要因素,它的升高和降低分别造成了土壤CO2和放量的增加和减少,不同植被条件下,土壤CO2释放量不同,林地释放量大于草地,草地释放量大于裸地,夜间12h释放量大于白天12h释放量。     

大气氮高沉降导致温带森林土壤CO2亏缺

引言 根系和微生物的呼吸表明土壤是一个CO2源,其释放的CO2占全球陆地呼吸所释放的CO2的一半,陆生植物直接释放的CO2构成了另一半[1,2].CO2从土壤表面直接释放到大气中或通过径流进入河流.即使在CO2产生受到完全抑制的土壤中,如在冻结和干燥土壤中无CO2产生的状态下,其最低CO2浓度被认为是地表大气中CO2的浓度[3].     

青海湖北部土壤CO2浓度变化研究

利用红外CO2监测仪对青海湖地区哈尔盖附近不同植被、不同深度条件下的土壤CO2浓度进行了多次昼夜观测。观测结果表明,在年平均温度1℃左右的高寒青海湖地区,从早8：00到次日早8：00土壤CO2浓度具有从低到高再到低的昼夜变化规律,这种变化特点与昼夜温度变化基本一致。在土壤夜间最低温度为0℃和更高地区,土壤CO2浓度的这...     

利用高通量测序对封存CO2泄漏情景下土壤细菌的研究

全球CO2浓度不断升高的背景下,地质封存CO2为控制大气CO2浓度上升提供了全新的思路,但封存CO2潜在的泄漏风险也对生态系统产生重大威胁.土壤微生物与土壤健康密切联系.鉴于目前地质封存CO2泄漏对土壤微生物影响的研究鲜有报道,本研究通过模拟地质封存CO2泄漏情景,利用Miseq平台Illumina第二代高通量测序土壤细菌16S rRNA基因,结合相关生物信息学分析,初步探讨了封存CO2泄漏情景下农田土壤细菌群落丰富度、多样性和群落结构的变化.试验共获得15个土壤样本的43 017个OTU共486 645条读数,生物学分析结果表明,封存CO2泄漏通量和时间不同的情景下,农田土壤细菌丰富度和细菌群落多样性的变化存在差异,初步推测CO2泄漏量增大和泄漏时间持续更长的情景下,土壤细菌丰富度和多样性下降幅度较大,土壤细菌群落中优势菌群向若干细菌集中,其中土壤酸杆菌门细菌相对增多可能作为地质封存CO2泄漏对土壤生态系统影响的生物监测指标.     

艾比湖流域不同植物群落土壤呼吸研究

利用开路式土壤碳通量测量系统LI-8100测定艾比湖流域4种植物群落土壤呼吸速率日变化,分析土壤温度、湿度和气温以及空气相对湿度对土壤呼吸速率的影响.结果表明:胡杨、梭梭、芦苇和盐节木4种植物群落的土壤呼吸速率日变化基本呈单峰曲线.胡杨、梭梭和盐节木群落的土壤呼吸速率与地上10 和150 cm处气温均表现为极显著相关.除芦苇群落外,各植物群落土壤呼吸速率与不同深度土壤温度呈极显著负相关.除沙地梭梭群落外,胡杨、盐渍地梭梭、芦苇和盐节木群落的土壤呼吸速率与地上10和150 cm处的空气相对湿度均呈极显著负相关.不同植物群落土壤呼吸速率与土壤湿度呈极显著负相关.多元逐步回归拟合的回归模型均达极显著水平,由土壤温度和湿度共同拟合出的回归模型能够解释土壤呼吸速率变化87%以上的原因.不同植物群落土壤呼吸差异原因的分析显示,细菌、真菌、放线菌以及根系干质量不是造成植物群落土壤呼吸差异的主要原因.      

开放式空气CO2增高条件下稻田磷化氢气体的释放研究

磷化氢(PH3)已被证实是大气中普遍存在的痕量气体.采用FACE(free air carbon dioxide enrichment)平台,研究了不同氮施肥水平(常氮250 kg/hm2和低氮125 kg/hm2)下,CO2浓度升高对水稻田磷化氢释放通量的影响.结果表明,水稻生长旺盛期(分蘖,拔节)磷化氢通量和浓度高于生长缓慢期,FACE圈常氮区分蘖期磷化氢释放通量最大,为(155.2±22.71)ng/(m2.h).整个水稻生长期磷化氢平均释放通量最大值在FACE圈常氮区观察到,为(41.72±7.06)ng/(m2.h),最小值(-1.485±6.229)ng/(m2.h)出现在对照圈低氮区.FACE处理显著促进磷化氢的排放,不同氮素水平对磷化氢释放影响差异不显著.磷化氢的净通量和浓度与温度均呈显著正相关.对水稻成熟期全天释放通量及浓度测试表明,光照是影响白天磷化氢浓度的主要因素.     

Effects of free iron oxyhydrates and soil organic matter on copper sorption-desorption behavior by size fractions of aggregates from two paddy soils

Effects of free iron oxyhydrates (Fed) and soil organic matter (SOM) on copper (Cu2+) sorption-desorption behavior by size fractions of aggregates from two typical paddy soils (Ferric-Accumulic Stagnic Anthrosol (Soil H) and Gleyic Stagnic Anthrosol (Soil W)) were investigated with and without treatment of dithionite-citrate-bicarbonate and of H2O2. The size fractions of aggregates were obtained from the undisturbed bulk topsoil using a low energy ultrasonic dispersion procedure. Experiments of equilibrium sorption and subsequent desorption were conducted at soil water ratio of 1:20, 25℃. For Soil H, Cu2+ sorption capacity of the DCB-treated size fractions was decreased by 5.9% for fine sand fraction, by 40.4% for coarse sand fraction, in comparison to 2.9% for the bulk sample. However, Cu2+ sorption capacities of the H2O2-treated fractions were decreased by over 80% for the coarse sand fraction and by 15% for the clay-sized fraction in comparison to 88% for bulk soil. For Soil W, Cu2+ sorption capacity of the DCB-treated size fraction was decreased by 30% for the coarse sand fraction and by over 75% for silt sand fraction in comparison to 44.5% for the bulk sample. Cu2+ sorption capacities of the H2O2-treated fractions were decreased by only 2.0% for the coarse sand fraction and by 15% for the fine sand fraction in comparison to by 3.4% for bulk soil. However, Cu2+ desorption rates were increased much in H2O2-treated samples by over 80% except the clay-sized fraction (only 9.5%) for Soil H. While removal of SOM with H2O2 tendend to increase desorption rate, DCB- and H2O2-treatments caused decrease in Cu2+ retention capacity of size fractions. Particularly, there hardly remained Cu2+ retention capacity by size fractions from Soil H after H2O2 treatment except for clay-sized fraction. These findings supported again the dominance of the coarse sand fraction in sorption of metals and the preference of absorbed metals bound to SOM in differently stabilized status among the size fractions. Thus, enrichment and turnover of SOM in paddy soils may have great effects on metal retention and chemical mobility in paddy soils.     

不同土地利用方式下土壤有机质分子组成变化的整合分析

利用生物标志物研究土壤有机质（SOM）分子组成可用于分析有机质的来源及降解,从分子层面揭示土壤有机碳（SOC）的稳定机制.为了进一步明确不同土地利用方式对土壤有机质分子组成的影响,通过对已发表的研究数据进行整合分析,研究了全球尺度上农田、草地和森林这3种土地利用方式下有机质分子组成（游离脂质、角质、木栓质和木质素）的变化.结果表明,不同土地利用方式下有机质分子组成有明显差异,森林土壤游离态脂类（烷烃、烷酸、烷醇和环脂）、角质和木质素酚含量显著高于草地和农田,草地和森林土壤的木栓质含量无显著差异,草地木栓质与角质的比值最高,平均为2.96,农田和森林平均分别为1.68和2.21.农田土壤的丁香基的酸醛比（Ad/Al）_S和香草基的酸醛比（Ad/Al）_V最大,分别为1.25和1.58,显著高于草地（0.46和0.69）和森林（0.78和0.7）.且相关性分析结果表明,农田土壤中,木栓质与年均降雨量（MAP）和黏粒呈显著相关,角质与黏粒呈显著相关,木质素与年均温度（MAT）、MAP、砂粒和容重呈显著相关;草地土壤中,总游离脂质与MAP和容重呈显著相关,木栓质和角质均与MAT和MAP呈显著相关,木质素与MAP、pH、砂粒和容重呈显著相关;森林土壤中,仅木质素与MAP和砂粒呈显著相关.总体而言,3种土地利用方式下,森林土壤中有机碳和各分子组分含量均较高,草地土壤中植物根系对于土壤有机质的贡献更大,农田土壤中,由于人为耕作活动而加速了木质素的降解.未来研究应进一步关注土壤理化性质和气候条件对于有机质分子组成的调控.     

黔中喀斯特石漠化地区土壤温室气体浓度的时空分布特征

2006~2007年对喀斯特石漠化地区土壤剖面中CO2、N2O和CH4的浓度分布进行观测.结果表明,土壤剖面中CO2、N2O和CH4浓度分别介于530.2~31512.6、0.27~0.67和0.1~3.5μL.L-1.总体上,自地表向下,CO2和N2O浓度逐渐增大,CH4浓度则为逐渐减小,但在阴冷潮湿的10、11月和1月,15cm以下土层中CO2和N2O浓度随着深度的增加逐渐减小,CH4浓度则明显增加.土壤温度、水分同时影响剖面中CO2、N2O和CH4的时空分布,但影响效应以及作用的土层深度有所不同.相关分析结果表明,土壤中CO2和N2O浓度的时空分布显著正相关(r为0.780~0.894,p0.05~0.01),相关关系受环境因子的影响;CO2和CH4的时空分布则呈显著负相关关系(r=330,p0.01);N2O和CH4的空间分布为互逆关系,但只在土壤水分较大月份达到显著水平(r为-0.829~-0.956,p0.05~0.01).     

贵州喀斯特区域土壤有机质的分布与演化特征

中国西南喀斯特区域是全球最大的喀斯特生态区域之一,该区生态环境脆弱,水土流失严重,石漠化趋势严峻。土壤有机质是极为重要的保持土壤结构与质量的物质,深刻认识喀斯特区域土壤有机质的特征与演化是防治和改善我国西南喀斯特区域石漠化现状的迫切需求。本文以贵州省为例,总结归纳前人的研究成果,阐述了该区土壤有机质的分布规律与演化特征,探讨了影响该区土壤有机质分布的因素,以期提出更好的石漠化防治策略。中国西南喀斯特区域土壤受该区多山地形的限制,具有水平地带性以及垂直地带性特征,同时受到喀斯特地质地貌的控制,发育各种非地带性土壤,本区土壤类型多、成因复杂;土壤有机质的分布、演化特征与土壤类型密切相关,具有明显的区域特点。贵州省分布广泛的主要土壤有黄壤、石灰土、红壤、紫色土、黄棕壤、棕壤以及水稻土等。其中,棕壤有机质含量最高,原因可能是棕壤存在区域海拔高,气温低,抑制微生物活动,土壤有机质分解过程比较缓慢;石灰土有机质含量高,原因可能是土壤中钙的含量较高,有机质的保存可能受益于腐殖酸钙及碳酸盐沉淀的包裹保护;而黄壤和红壤等酸性土壤有机质主要是与R_2O_3结合,有机质的活性高于石灰土;黄棕壤有机质含量介于棕壤和黄壤之间;紫色土由于土壤质地的原因,有机质含量最低。     

黑土真菌群落互作及其与梯度有机质碳分子结构的关系

真菌在土壤有机质积累、转化以及养分循环中发挥着重要功能.本文利用高通量ITS扩增子测序和固态~(13)C核磁共振波谱技术,比较低有机质(2%～5%)和高有机质(7%～9%)条件下,土壤真菌各类群间的互作关系及其与有机碳官能团结构的联系.~(13)C-NMR分析结果表明,O-Alkyl C占总有机碳的比例随着有机质含量的升高而增大(25.8%～35.9%).有机质含量越高,A/A-O(Alkyl C/O-Alkyl C)越小,有机质分解程度越低.真菌群落中粪壳菌纲(Sordariomycetes, 14.33%～28.17%)和被孢毛霉菌纲(Mortierellomycotina, 7.32%～23.14%)为优势类群,其相对丰度均随着土壤有机质含量的升高而显著增加(P0.05).网络分析结果表明,相比高有机质土壤,低有机质土壤中真菌生态网络的节点数、连接数和平均聚类系数较小,真菌互作关系更简单,且真菌与有机碳官能团联系更紧密,尤其与LOC联系更紧密.随机森林模型显示LOC对低有机质土壤真菌互作关系的解释量最高(10%),其次是难分解碳组分(ROC).相比LOC对高有机质土壤真菌互作关系的贡献相对较小(7.4%).在全球土壤碳损失日益严重的背景下,碳资源的限制,特别是LOC的减少,可能会降低土壤真菌群落的稳定性和多功能性.     

黑土丘陵区小流域土壤有机质空间变异及分布格局

土壤有机质的空间变异和分布格局是土壤科学领域研究的热点.在经典统计学和地统计学的基础上,结合"3S"技术,对黑土丘陵区海沟河小流域土壤表层(0~20 cm)中有机质的空间变异、分布特征及影响因子进行深入探讨.结果表明,海沟河小流域土壤有机质含量在黑土区处于较低水平,变异程度为中等变异,且存在空间自相关性;土壤有机质的空间变异受人类活动、耕作措施等随机因素影响很小,受结构性要素影响较大,空间上各向异性显著;土壤有机质含量从东向西逐步减小,以高程为协变量的协同克里格插值能够提高空间插值精度.土壤有机质空间分布受地形地貌等自然因素以及受其制约的土地利用的影响较大,受交通道路、居民点等要素的影响较小;采样点周边环境会增加有机质的空间变异和分布的不确定性.以流域为单元,进行SOM的空间变异、分布及影响因子研究具有重要意义和科学价值.     

沼泽湿地开垦后土壤水热条件变化与碳、氮动态

三江平原沼泽湿地的垦殖对土壤环境产生了一定的影响.沼泽湿地开垦前,6～9月湿地表层土壤(10cm)温度均值为12.72℃±4.12℃,明显低于垦后农田(16.71℃±3.81℃).湿地垦殖后土壤温度的增高及氧化-还原条件的改变,促进土壤有机质的分解和土壤呼吸通量的增大, 垦后农田8～9月土壤平均呼吸通量[(946.36±195.78)mg·(m²·h)^-1]是天然沼泽湿地[(153.75±82.59)mg·(m²·h)^-1]的6倍.土壤有机碳及氮素含量随湿地开垦及开垦年限的增加而降低,沼泽湿地开垦初期5～7a,土壤有机碳及其它营养元素的含量变化幅度较大,持续耕作15～20a后,土壤有机碳损失曲线趋于相对稳定值.土壤有机质输入量的减少及分解作用加强导致土壤持水量降低,其变化趋势与土壤有机碳损失趋势相一致.     

南方红壤区不同侵蚀程度下土壤有机质空间变异的影响因素研究

研究不同侵蚀程度下土壤有机质空间变异的影响因素对指导耕地利用和水土保持工作的开展具有重要意义。论文以江西省兴国县耕地土壤有机质为研究对象,分析了不同侵蚀程度下土壤有机质的空间变异及其影响因素。结果表明：随着侵蚀程度的加深,兴国县土壤有机质含量呈下降趋势。不同侵蚀程度下土壤有机质含量差异显著（P<0.001）,等级均为四级。变异系数由大到小依次为中度侵蚀（43.70%）>剧烈侵蚀（37.78%）>重度侵蚀（34.88%）>极强度侵蚀（34.44%）>无明显侵蚀（34.38%）>轻微侵蚀（28.91%）。在无明显侵蚀和轻微侵蚀时,高程和剖面构型是影响土壤有机质空间变异的主要因子。在中度侵蚀和重度侵蚀时,主要影响因素变为坡度。但在极强度侵蚀和剧烈侵蚀时,高程、坡度、坡向、成土母质和剖面构型对土壤有机质含量都影响显著（P<0.05）。因此,不同侵蚀程度下土壤有机质空间变异影响因素不尽相同。在不同侵蚀程度下合理开展耕地利用和水土保持工作有利于最大限度地节约资源。