不同退耕还草方式下宁夏南部山区土壤氮素转化速率与微生物变化的耦合关系

为了明确不同退耕还草方式下土壤养分转化的机理及其影响因素,以宁夏南部山区(下称宁南山区)天然草地、人工草地和撂荒地土壤为研究对象,运用PVC顶盖埋管法对3种类型草地土壤中氮素的净转化速率、微生物区系和氮素微生物生理群进行了研究,探讨土壤氮素净转化速率与微生物的关系. 结果表明:①在培养过程中,3种草地类型土壤中细菌、放线菌和真菌数量平均值分别为9.6×105、3.8×104和4.0×101 CFU/g(以干土计),氮素微生物生理群数量表现为氨化细菌(4.5×104 CFU/g)>自生固氮菌(4.3×103 CFU/g)>硝化细菌(6.5×102 CFU/g)>反硝化细菌(3.9×102 CFU/g)>亚硝化细菌(1.7×102 CFU/g),其中,人工草地土壤中微生物数量最高;②细菌、真菌、反硝化细菌与亚硝化细菌数量的峰值均出现在培养第120天,放线菌和自生固氮菌数量的峰值均出现在第240天,硝化细菌数量的峰值出现在第60天,而氨化细菌数量在各类型草地土壤中出现峰值的时间不统一;③各类型草地土壤氮素的净矿化速率、净氨化速率、净硝化速率均在61~120 d内最低,净矿化速率与净硝化速率在181~240 d内最高,净氨化速率在241~360 d内最高,微生物固氮速率的峰值出现在121~180 d,最低值出现在241~360 d. 在该区土壤氮素转化速率与微生物数量紧密相关,土壤温度、土壤水分通过影响微生物数量而成为影响土壤氮素矿化的主要因素;土壤氮素的生物固持过程比有机氮矿化过程更为活跃;种植苜蓿的人工草地比天然草地和撂荒地更有利于微生物的繁殖与土壤氮素的矿化.      

宁南山区林地土壤原位矿化过程中碳氮转化耦合特征

为了解宁南山区典型植被恢复模式之一——人工林地土壤碳氮转化的特征以及二者的关系,运用PVC顶盖埋管法进行1 a的原位矿化培养实验,每隔2个月采样,研究柠条、山桃、山杏林地中土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳与土壤有机氮、无机氮以及净氨化速率、净硝化速率、净矿化速率和微生物固定速率在一年中的变化特征以及碳氮耦合关系.结果表明在原位培养过程中,61~120 d碳氮的变化最明显,主要受到土壤水分的影响;土壤有机碳和全氮极显著正相关,土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮显著正相关;土壤有机碳转化速率显著影响净氨化速率、净硝化速率和MBN转化速率,且符合一元线性回归方程;柠条地培养一年后土壤微生物商(MBC/SOC)、MBN/SON显著升高,而且净硝化速率、净矿化速率显著大于山桃和山杏.     

黄土丘陵区不同坡向对土壤微生物生物量和可溶性有机碳的影响

选取黄土高原丘陵沟壑区延河流域两个典型植被区(森林植被区、草原植被区)下相同植被不同坡向(阳坡、阴坡)的土样进行分析,研究了不同坡向土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)、微生物生物量磷(SMBP)和可溶性有机碳(DOC)的含量及其相互关系.结果表明,森林植被区阳坡、阴坡0～10 cm土层SMBC分别为532.1～792.5 mg·kg-1、333.6～469.8 mg·kg-1,SMBN分别为53.66～87.31 mg·kg-1、47.58～61.38 mg·kg-1,两者均表现为阳坡高于阴坡,草原植被区SMBC分别为68.90～75.34 mg·kg-1、65.29～128.67 mg·kg-1,SMBN分别为13.94～18.61 mg·kg-1、13.00～20.10mg·kg-1,两者均表现为阴坡高于阳坡;两个植被区SMBP与SMBC、SMBN变化不一致;SMBC占SMBC与DOC之和(SMBC+DOC)的比例在森林植被区阳坡最高,达77.74%,在草原植被区按阴坡到阳坡、0～10 cm土层到10～30 cm土层的顺序依次递减.相同植被区不同坡向土壤水分、温度的差异对土壤微生物生物量产生重要影响,进而使SMBC占SMBC+DOC的比例不同,SMBC+DOC比SMBC更能反映土壤碳素有效性,森林植被区阴坡阳坡0～10 cm土层土壤微生物群落结构可能已发生明显改变.     

宁南山区两种灌木林土壤矿化过程中PLFA指纹季节变化特征

研究土壤矿化过程中土壤微生物群落结构的变化特征,对深入理解土壤中物质转化和养分迁移机理、提高土壤质量具有重要意义.因此,本文以宁南山区典型的两种人工灌木林-柠条和山桃林地土壤为研究对象,采用PVC顶盖埋管法进行1年的原位矿化实验,每隔2个月采样测定土壤基本理化性质和磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid,PLFA)含量,探讨土壤在矿化过程中微生物群落结构的变化特征.结果显示:土壤矿化过程中,柠条林地土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮和土壤含水率显著高于山桃林地(p0.05);两种灌木林地有机碳含量在矿化240 d和360 d时较低,显著小于其他矿化时期(p0.05),硝态氮、铵态氮含量均在矿化240 d时最低,全氮和土壤pH随时间变化不显著.柠条林土壤各菌群PLFA含量高于山桃林土壤;两种土壤各菌群PLFA随矿化时间大体呈现出夏季春、秋季冬季的趋势,且差异显著(p0.05);土壤细菌与真菌、革兰氏阳性(GP)和阴性菌(GN)的PLFA比值差异显著(p0.05),柠条林土壤细菌与真菌PLFA比值随矿化时间呈现出夏、秋季春、冬季的趋势,而山桃林土壤细菌与真菌PLFA比值在冬季最低,两种土壤革兰氏阳性和阴性菌PLFA比值在春季最大.PLFA主成分分析表明,柠条和山桃林土壤微生物群落结构不同,并且土壤微生物群落结构随矿化时间逐步发生变异,微生物结构的变化主要由以16∶0、16∶1ω9c、16∶1ω9t、17∶0、10Me18∶0和cy19∶0所代表的细菌及以18∶2ω9,12c所代表的真菌的变化引起.土壤微生物PLFA与土壤有机碳、硝态氮和土壤含水率显著相关,与土壤pH值不相关,说明土壤微生物PLFA与土壤理化性质联系紧密.     

宁南山区不同草地土壤原位矿化过程中氮素的变化特征

用顶盖埋管法对宁南山区天然草地、人工草地和自然恢复草地中有机氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量和土壤氮素矿化速率在原位培养中的动态变化特征进行了研究.结果表明,微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量,总体上在培养60 d时(4~6月)基本保持不变,60~120 d(6~8月)明显降低,120 d(8月)后有所回升,各种氮素含量均在培养120 d(8月)时最低.有机氮含量在整个培养过程中基本保持不变.土壤氮净矿化速率、净硝化速率、净氨化速率均在60~120 d(6~8月)时最低.各种氮素占总氮的比例随培养时间的延长而变化:有机氮、亚硝态氮占总氮的比例相对稳定,微生物量氮、可溶性有机氮、硝态氮、铵态氮占总氮的比例在培养0~120 d(4~8月)时降低,培养120 d(8月)后升高.土壤有机碳、pH、容重与氮素含量极显著相关,各种氮素间极显著正相关.不同草地间,各种氮素含量均表现为天然草地>自然恢复草地>人工草地.     

土壤氨化过程中微生物作用研究进展

土壤氮素矿化产生的无机氮是植物的主要氮素来源,土壤氨化过程是氮素矿化的第一步,微生物在其中发挥着巨大作用.本文从氨化过程的微生物作用机理,可利用碳氮比、蛋白酶和微生物群落结构等影响因素以及微生物研究方法3个方面来讨论微生物对氨化过程的重要贡献.研究发现高分子可溶性有机氮的解聚作用很可能是氨化过程的限速步骤,土壤微生物生物量氮有可能是微生物易利用氮的直接且主要来源,同时土壤可利用碳氮比对氨态氮的产生具有重要影响.最后介绍了分子生物学新方法尤其是高通量测序技术在土壤微生物作用研究中的应用,并就目前未解决问题和今后研究方向提出展望.