土壤微生物量和土壤呼吸对降雨的响应

本研究在北京门头沟龙凤岭水土保持科技示范园内进行,降雨前后连续测定土壤微生物量和土壤呼吸,探讨土壤微生物量和土壤呼吸对降雨的响应。结果表明：干旱的土壤降雨后土壤微生物量和土壤呼吸骤升随后逐渐衰减,第1场降雨后土壤微生物量碳、氮和土壤呼吸分别是干旱期的3.08、2.83、2.50倍,第2场降雨后土壤微生物量碳、氮和土壤呼吸分别是干旱期的1.08、1.63、1.68倍,降雨使土壤微生物量和土壤呼吸产生的激增效应仅持续1 d。第3场降雨量仅为0.40 mm,土壤微生物量和土壤呼吸增加的幅度不是很大。     

农田土壤呼吸对大气CO2浓度升高的响应

大气CO2浓度急剧升高引起的全球气候变暖是人们关注的环境问题之一.随着气候变化对全球生态环境的影响日益增大,全球碳循环研究已经成为各国科学家研究的热点之一.模拟大气CO2浓度升高试验技术先后经历了人工气候室、开顶式气室、FACE技术(Free Air carbon dioxjde eariclament)阶段,FACE技术因其无限接近自然条件而成为研究大气CO2浓度增加对整个生态系统影响的最理想试验平台.土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节,农田生态系统是陆地生态系统的重要组成.研究农田生态系统的土壤呼吸对大气CO2浓度增加的响应是预测和评价农田系统乃至整个陆地生态系统土壤碳周转和碳收支的重要前提与基础.文章根据现有研究成果.阐述了模拟大气CO2浓度升高的试验技术,比较了农田土壤呼吸的测定方法,总结了以FACE研究成果为主的高CO2浓度条件下农田土壤呼吸、不同地下来源贡献及环境因子影响,提出了进一步研究的方向,以期为全球气候变化背景下的农田土壤呼吸和碳固定及全球碳循环研究提供帮助.     

鼎湖山自然保护区土壤有机碳、微生物生物量碳和土壤CO2浓度垂直分布

选取鼎湖山3种植被类型(季风常绿阔叶林,针阔叶混交林和马尾松林),按0～15,15～30,30～45cm土层取样,测量了各土层土壤有机碳(SOC)质量分数,熏蒸培养法测量了微生物生物量碳(Cmic),同时用气象色谱法测量了地表和土壤15、30、45、60cm处CO2体积分数,并用静态箱/碱石灰吸收法测量了土壤呼吸速率。结果如下:(1)随土层的加深,SOC质量分数降低,0～15cmSOC显著高于其他两层,季风常绿阔叶林SOC显著高于其他两种植被类型;(2)土壤碳密度和土壤有机碳含量垂直分布规律一致,0～15cm土壤碳密度显著高于其他两层;(3)0～30cm土层微生物生物量占总土壤微生物生物量的81%～92%,随土层加深微生物生物量迅速降低。微生物生物量和土壤有机碳的比值表明,三种植被类型土壤均处于土壤碳积累中,深层土壤碳积累程度高于表层;(4)土壤CO2浓度随土层的加深迅速升高,主要与土壤透气性有关。     

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.     

荒漠草原4种典型植物群落夏季土壤呼吸及枯枝落叶分解释放CO2贡献量

采用动态密闭气室分析法测定了沙蒿（Artemisia desertorum）群落、赖草（Leymus secalinus）群落、甘草（Glycyrrhizauralensis）群落和冰草（Agropyron crisatum）群落4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放速率（RS＋L）、土壤呼吸CO2释放速率（RS）,利用推导法估算得到了枯落物分解的CO2释放速率（RL）及其对总释放的贡献。得到了如下结论：（1）4种群落的RS＋L差异较大,其平均值大小排序分别为冰草群落〉赖草群落〉甘草群落〉沙蒿群落,且各群落的RS＋L在1 d中是不稳定的,均表现为不对称的单峰曲线形式;土壤基础呼吸大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落,且土壤基础呼吸高的土壤,其土壤养分状况较好。（2）RS相对于气温具有时滞性,4个群落的平均值大小为冰草群落〉赖草群落〉沙蒿群落〉甘草群落。（3）RL平均值大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落;对RS＋L的贡献率大小排序为甘草群落〉冰草群落〉沙蒿群落〉赖草群落,表明RL值大的,其对RS＋L的贡献率不一定大,两者之间不存在正相关关系。不同植物群落枯落物对土壤呼吸的贡献与枯落物量、温度因子的相关关系并未表现出一致性,但与15 cm处的地温相关性最高。夏季RL对RS＋L的平均贡献量（以CO2计）在0.05~0.16 g.m-2.h-1之间,平均贡献率在12.88%~35.33%,是大气CO2的一个重要的排放源。     

外源铅对水稻土微生物量、微生物活性及水稻生长的影响

盆栽试验研究了土壤-水稻-铅-微生物相互作用的体系中,外源铅不同处理水平 (CK、100、300、500、700、900 mg·kg-1 ) 对两种水稻土壤微生物生物量碳、氮, 微生物活性, 水稻生理指标及生物量的影响.结果表明:水稻土壤中微生物量碳、氮, 微生物活性及水稻叶绿素与生物量都随铅处理水平的增大而增加,多数指标在300～500 mg·kg-1铅处理时出现峰值,然后随铅水平的增加而降低,它们的转折点受土壤性质(如颗粒组成,有机质含量等)影响.试验范围内,水稻脯氨酸含量和过氧化物酶活性都随铅处理水平的增大而缓慢增加.体系中土壤微生物指标和水稻生理指标的变化存在一定的相关性,其大小也受土壤类型的制约.试验还表明,土壤微生物量氮、脱氢酶活性及水稻过氧化物酶活性是铅处理后更为敏感的生物学指标.     

Toxic effect assessment of aminotetrazoles and high-energetic azotetrazole salts on soil microbial respiration

The influence of energetic heterocyclic high-nitrogen salts on microbial activity in soil enrichment was investigated. 5-Aminotetrazole, a sodium salt of 5-aminotetrazole, ammonium azotetrazolate, sodium azotetrazolate, guanidinium azotetrazolate, triaminoguanidine azotetrazolate and triaminoguanidine hydrochloride were examined. Respiration tests determined the amount and rate of production of CO₂, H₂ and H₂S from microbial activity. Aminotetrazoles, triaminoguanidine azotetrazolate and triaminoguanidine hydrochloride substantially reduced the amount and rate of microbial CO₂ production. The total amount of CO₂ produced in the soil enrichments was affected by the cation from the azotetrazole salt, whereas the azotetrazolate anion did not seem to inhibit microbial CO₂ production. In contrast, all applied compounds stopped the production of H₂S completely and modified the rate of H₂ production in the cultures compared with the control. The influence of ammonium azotetrazolate and sodium azotetrazolate on the activity of isolated sulfate-reducing bacteria was also determined. The compounds did not have bactericidal activity towards sulfate-reducing bacteria, but the compounds decreased the amount of H₂S produced or slowed the growth of these bacteria in comparison with the control.     

不同状态样品培养下太湖地区黄泥土好气呼吸与CO2产生潜力

土壤呼吸的CO2释放是陆地生态系统快速而活跃的土气交换途径,培养试验常用来讨论土壤的有机碳矿化及其温室气体产生潜力.对太湖地区一个代表性水稻土在水稻收割后采集土壤, 分别进行常规(磨碎土的培养瓶法)和原状土恒温好气培养,测定分析土壤呼吸的CO2释放量,讨论其有机碳矿化与CO2释放潜力.结果表明,该水稻土常规培养CO2呼吸释放速率在CO2-C 12.85 ～ 15.17 mg·kg-1·d-1范围, 而原状土培养CO2呼吸释放速率在CO2-C 2.15 ～ 4.47 mg·kg-1·d-1范围,虽然两者均显著低于文献报道的培养研究结果,但原状土培养下土壤呼吸及CO2产生潜力看起来较大幅度地低于磨碎土常规培养结果,前者与同地区田间监测结果计算的值相当.不但如此,培养中土壤呼吸作用与CO2释放动态格式也发生变化,原状土条件下存在一个较为稳定的低呼吸速率阶段,不同施肥处理下这一阶段的差异十分明显.计算表明,原状土培养下存在微生物潜在可矿化碳的土壤保护作用,这种保护性碳约占土壤有机碳总量的2%左右,较大于Pulleman & Marinissen (2004) 对于草地土壤团聚体有机碳矿化的研究结果.采用磨碎样品的常规培养实验可能会高估水稻土有机碳矿化与CO2释放潜力.     

多氯联苯复合污染土壤的微生物群落结构多样性变化

土壤微生物群落结构多样性是指示土壤生态系统稳定性及其功能的重要传感器。采用磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids,PLFAs)方法,对长江三角洲地区某POPs高风险区PCBs长期复合污染土壤的微生物群落结构多样性进行了初步研究。结果表明,PCBs重度污染土壤中格兰氏阴性菌(16:1w9、cy17:0等)和厌氧微生物(18:1w7)的PLFAs组分含量较多,而格兰氏阳性菌(如i15:0、i17:0等)、放线菌(16:0(10Me))及真菌(18:2ω6,9)和好氧性微生物的PLFAs含量较低,表明PCBs污染土壤中微生物群落结构与组成发生了明显变化。这一结果为PCBs降解微生物资源的定向筛选提供了科学依据。     

除草剂对土壤微生物生物量碳、氮及呼吸的影响

通过室内培养试验,分别在不同时间取样分析,采用熏蒸-提取法测定土壤微生物生物量碳,提取液中的有机碳采用总有机碳分析仪测定,提取液中的氮采用凯氏消煮法测定;采用直接吸收法滴定测定土壤呼吸作用.研究了阿特拉津、甲磺隆、丁草胺3种除草剂对土壤微生物生物量碳、氮及呼吸强度的影响,揭示了3种除草剂污染的土壤中微生物生物量碳、氮的消长过程及土壤呼吸的动态变化.研究结果显示在较高使用浓度胁迫条件下,培养前20 d 3种除草剂都明显减少土壤微生物生物量碳、氮及抑制土壤呼吸.但这种抑制效应是随着时间而变化的,20 d以后,它们对这些能表征土壤环境生态效应的生物学指标的影响随之降低.甲磺隆对微生物生物量碳、氮及呼吸作用等生物学指标的影响大于阿特拉津和丁草胺也可能与它们在土壤中的降解速率有关.     

水位对小叶章湿地CO2、CH4排放及土壤微生物活性的影响

湿地生态系统对全球碳平衡和气候变化起着极其重要的作用,而水位波动将影响湿地生物地球化学过程,导致温室气体通量变化,为了明确湿地生态系统温室气体通量以及土壤微生物活性对水位梯度的生态响应,通过野外盆栽培养试验,设T1:-5 cm,T2:0 cm,T3:5 cm,T4:10 cm 4种水位梯度,T1和T2模拟湿地非淹水的水分状况,T3和T4模拟淹水状况,研究了不同水位梯度下小叶章(Calamagrostis angustifolia)湿地CO2、CH4通量、土壤微生物量碳、氮及土壤酶活性的变化规律.结果表明:不同水位条件下,小叶章湿地系统CO2和CH4通量差异较大,-5 cm水位时小叶章湿地CO2通量为(643.35±61.89) mg·m-2·h -1,随着水位增加,CO2通量依次降低6.9%、12.1%、40.0%,且水位升高到10 cm时,小叶章湿地CO2排放量显著降低(P<0.05);而CH4通量则随水位增加呈显著增加趋势,通量变化为(1.52±0.12)~(5.34±0.61) mg·m-2·h-1;水位对微生物活性影响显著,非淹水条件下小叶章湿地土壤微生物量碳、氮含量以及土壤蔗糖酶、淀粉酶活性高于淹水土壤,且随着淹水位增加,微生物活性显著降低.     

崇明岛新围垦区不同土地利用条件下的土壤呼吸研究

土地利用方式是影响温室气体减排的关键因子之一。新围垦土地因其土壤本底均一、土地利用历史简单短暂,使得评价短期土地利用对温室气体排放的影响成为可能。为此,在崇明东滩湿地新围垦区选取了本底均匀、利用历史简单的几种土地利用类型（旱田、水旱轮作农田、人工林带）,研究其土壤呼吸的变化及其与土壤环境间的关系,以期评价其各自的固碳和温室气体减排潜力。研究表明,2009年整个春季,土壤呼吸速率强度的顺序为水旱轮作[（0.30±0.08）mol.m-2.d-1]〉旱田[（0.18±0.04）mol.m-2.d-1]〉林带[（0.09±0.01）mol.m-2.d-1];春季各月份,水旱轮作田土壤呼吸速率变化波动较大,旱田较平稳,4、5月份最先达到日最高值,人工林带最为平稳,且始终具有较低的呼吸强度;旱田土壤呼吸速率均不能简单用土壤5 cm处温度及湿度进行解释,林带与水旱轮作田土壤呼吸速率与土壤5 cm处温度显著相关（P〈0.05）;整个春季,林带土壤呼吸与5 cm处温度及湿度均显著相关,其中与温度极显著相关（P=0.01）,水旱轮作田与旱田的土壤呼吸速率与两者均不相关。     

Changes in microbial community characteristics and soil organic matter with nitrogen additions in two tropical forests

Microbial communities and their associated enzyme activities affect the amount and chemical quality of carbon (C) in soils. Increasing nitrogen (N) deposition, particularly in N-rich tropical forests, is likely to change the composition and behavior of microbial communities and feed back on ecosystem structure and function. This study presents a novel assessment of mechanistic links between microbial responses to N deposition and shifts in soil organic matter (SOM) quality and quantity. We used phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and microbial enzyme assays in soils to assess microbial community responses to long-term N additions in two distinct tropical rain forests. We used soil density fractionation and 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to measure related changes in SOM pool sizes and chemical quality. Microbial biomass increased in response to N fertilization in both tropical forests and corresponded to declines in pools of low-density SOM. The chemical quality of this soil C pool reflected ecosystem-specific changes in microbial community composition. In the lower-elevation forest, there was an increase in gram-negative bacteria PLFA biomass, and there were significant losses of labile C chemical groups (O-alkyls). In contrast, the upper-elevation tropical forest had an increase in fungal PLFAs with N additions and declines in C groups associated with increased soil C storage (alkyls). The dynamics of microbial enzymatic activities with N addition provided a functional link between changes in microbial community structure and SOM chemistry. Ecosystem-specific changes in microbial community composition are likely to have far-reaching effects on soil carbon storage and cycling. This study indicates that microbial communities in N-rich tropical forests can be sensitive to added N, but we can expect significant variability in how ecosystem structure and function respond to N deposition among tropical forest types.     

土壤呼吸、农田CO2排放及NEE的比较研究

在农田温室效应研究中存在着对土壤呼吸、农田CO2排放及NEE界定不明确、混淆概念的现象.利用箱法在一年两熟及一年一熟区对三者进行了原位测定,结果表明,一年两熟区冬小麦(Triticum aestivum L.)拔节孕穗期土壤呼吸占农田CO2排放的20%左右.作物呼吸排放在此期是主要的CO2排放源,由于光合作用固定C2速率高于呼吸作用排放C2的速率,NEE平均值为-319.88 mg·m-2·h-1,农田表现为大气C2的汇;在一年一熟的农牧交错区.土壤呼吸、农田C2排放通量均明显低于一年两熟农田,NEE平均值为142 mg·m-2·h-1,表现为大气C2的源.本研究通过对土壤呼吸、农田C2排放及NEE的比较,指出通过技术方法的改进,NEE是今后的研究方向.     

两种热带雨林土壤微生物生物量碳季节动态及其影响因素

2005年通过样地调查法比较了西双版纳两种类型热带雨林(季节沟谷雨林和石灰山季雨林)的土壤微生物生物量碳季节变化及其与环境因子的关系.结果显示:两林地土壤微生物生物量碳均呈现雨季高于干季,其中石灰山季雨林具有明显的季节差异,并在干、雨季都显著高于季节沟谷雨林.相关分析表明:两林地土壤微生物生物量碳的变化与土壤温湿度、相同月凋落量变化没有显著的相关关系,但与提前两个月的凋落量波动有正相关关系.说明雨林土壤微生物生物量碳的波动周期比凋落量滞后,其季节变化受森林凋落量节律的影响.石灰山季雨林土壤微生物生物量碳较季节沟谷雨林高的主要原因可能与其具有较高的土壤有机碳、氮和pH值,以及主要树种凋落物的C/N比较低有关,但相关机制还需进一步研究.     

大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响

植物-土壤生态系统土壤呼吸与温度、水分环境因子的关系对评价目前大气CO2浓度持续升高背景下陆地生态系统土壤碳库的变化趋势具有重要意义.依托FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,利用阻断根法,采用LI-6400红外气体分析仪(IRGA)-田间原位测定的方法,研究了大气CO2体积分数升高对稻(Oryza sativa L.)/麦(Triticum aestivum L.)轮作制中麦田的土壤呼吸、基础土壤呼吸和呼吸主要影响因子,分析了大气CO2体积分数升高后温度与水分对土壤呼吸的影响.结果表明,在整个测定期间,土壤呼吸与基础土壤呼吸速率呈明显的季节变化,与气温和土壤温度季节变化趋势基本一致,呼吸速率与温度具有显著的相关性,是影响土壤呼吸的控制性因素;呼吸速率与土壤含水量无显著的相关性,土壤水分是研究区麦田土壤CO2排放的非限制性因素,且温度与土壤含水量间的交互效应对土壤呼吸的影响不显著.基础土壤呼吸比作物下的土壤呼吸更易受温度影响,土壤温度比气温能更好地解释土壤CO2排放的季节性变化.而CO2体积分数增加降低了温度与呼吸速率间的相关系数和Q10,表明温度对土壤CO2排放的影响程度下降.但高CO2体积分数环境中植物-土壤生态系统的土壤呼吸对温度增加敏感性的降低,有利于减缓土壤碳分解损失的速度.结果有助于评价未来高CO2体积分数气候变暖背景下植物-土壤系统下的农田生态系统土壤碳的固定潜力.     

岩溶表层带土壤温度和含水率对呼吸作用的影响

全球环境变化对岩溶区的碳循环产生重要的影响,而土壤呼吸作用在全球环境变化的影响和反馈的过程中具有十分重要的作用。因此,以岩溶区的岩溶表层带为研究对象,研究了土壤呼吸作用与土壤温度和大气降水量之间的响应机理和内在联系。研究结果表明：岩溶表层带的土壤呼吸作用具有单峰型的季节性变化特征。洼地0~5、10~20 cm 的土壤呼吸速率在范围变化分别为82.58 mg· m-2· h-1至412.89、151.39 mg· m-2· h-1至523 mg· m-2· h-1,最大值出现在8月中旬。坡地0~5、10~20 cm的土壤呼吸速率在范围变化55.05 mg· m-2· h-1至412.89、137.63 mg· m-2· h-1至495.47 mg· m-2· h-1,最大值出现也在8月中旬。洼地的土壤呼吸作用相对强于坡地,主要是由于坡地土壤相对洼地土壤较薄并且容易被降水冲刷搬运。在大气降水量不成为限制土壤呼吸作用的因子下,土壤温度为主要控制土壤呼吸作用的因子。因此,该研究可为控制土壤呼吸作用缓和大气CO2的升高和温室效应应对策略,为国家固碳减排的科学决策提供理论依据。     

黔中土壤CO2的释放特征及其影响因素

利用密闭箱-气相色谱法在20062007年对黔中地区退耕荒草地、灌丛、马尾松林、阔叶林土壤二氧化碳的释放通量进行原位观测.结果表明,各观测点均为CO2的源,释放通量介于C (119.2±62.0)～(199.7±72.2) mg·m-2·h-1,植被条件和土壤类型影响土壤CO2的释放通量.相同植被条件下,黄壤释放的CO2高于石灰土土壤.不同植被条件下,黄壤CO2的释放具有相同的季节变化规律,夏季最高而冬季最低,年均释放量按林地、灌丛、退耕荒草地的顺序递减;石灰土CO2的释放季节变化规律则差异较大,年均释放量按灌丛、林地、退耕荒草地顺序递减.相关性分析表明,温度和土壤水分对土壤CO2释放通量的影响在不同观测点表现不同,总体表现为对黄壤的影响要比石灰土明显.