土壤微生物多样性的主要影响因素

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分。而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多,主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。     

土壤微生物多样性的主要影响因素

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分,而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影响土壤微生物多样性的因素很多,主要可以分为自然因素和人为因素。本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。     

油污土壤微生物治理的影响因素

微生物法治理油污土壤具有成本，低效果好的特点，其原理是利用微生物降解土壤中的油等污染物，微生物，污染物及环境等方面的因素的影响降解效率，通过对各种影响因素的分析，提出了提高降解效率的措施。     

不同海拔对干热河谷土壤微生物量及活性的影响

以四川宁南县金沙江下游的河谷地带为研究区域,选择不同海拔下的土壤为研究对象,研究不同海拔下土壤微生物量及其活性的变异特征.结果表明,在干热河谷区,海拔对微生物量、基础呼吸强度、诱导呼吸强度(SIR)影响显著,且随着海拔高度的升高,上述指标呈显著线性增加.在海拔705~1005m处随着干热风影响的减少,微生物量及其活性逐渐增加,其后随着海拔的继续升高,干热风影响降低,微生物量及其活性总体趋于稳定.海拔1005~1400m可以作为是干热风影响的过渡区.微生物量、基础呼吸强度、SIR具有明显的干湿季变化且变化规律相似,其中干季微生物量及其活性显著低于湿季.干季代谢商(qCO2)随海拔先降低后升高并趋于稳定,湿季没有显著差异.干季和湿季土壤微生物量与理化属性具有较强的相关性,可以作为评价土壤肥力的指标.上述研究结果表明,在金沙江干热河谷区,干热风是影响土壤微生物量及其活性的主要因子之一,从生态恢复角度出发,应该尽可能的减少干热风和水分对土壤和植被的胁迫作用,促进该区域生态的可持续性发展.     

兰州市南山季节性土壤微生物特征及影响因素

为了探究不同季节和不同植被类型对土壤微生物分布的影响,以兰州市南山不同海拔的两种植被类型为研究对象,采用稀释涂布平板法测定了土壤微生物的季节动态变化特征.结果表明：研究区内细菌数量占微生物总数的96.22%~99.80%,远高于真菌和放线菌数量.土壤微生物类群随季节变化呈现明显差异,其总数整体表现为夏季最高,为89.22×10⁶cfu/g soil,分别是春、秋、冬季的12.02、3.28、2.74倍,其中夏季细菌数量最高,真菌与放线菌数量均在春季达到最大值.人工林样地土壤微生物数量略低于荒坡,环境因子中土壤含水量和有机碳含量高于荒坡.随着海拔的升高,pH值逐渐上升,土壤温度、有机碳与全氮含量逐渐下降,土壤微生物总数则呈现先减少后增加的趋势.相关分析表明,不同季节各微生物类群与环境因子的相关系数各有不同,春季放线菌与有机碳,秋季真菌与有机碳、全氮均呈极显著正相关（P<0.01）.冗余分析表明,环境因子中有机碳与第一物种轴的相关系数最高,为0.520,说明土壤有机碳含量是影响土壤微生物类群分布的主导因素.     

微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响

通过灭菌和重新接种不同土壤微生物群落的方法,探索了改变土壤微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响.结果表明,灭菌海伦黑土接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,15℃时土壤CO2的累积释放量分别为684.25、753.97和644.91μg,25℃时土壤CO2的累积释放量分别为963.06、1 015.44和852.31μg,35℃时土壤CO2的累积释放量分别为1 252.55、380.36和1 177.88μg;土壤CO2的累积释放量随接种剂土壤pH增加而增加,而与接种剂土壤有机质含量高低、接种剂土壤与被接种土壤的地理距离无关.15、25和35℃时,接种不同微生物群落的土壤呼吸速率表现差异的持续时间分别为104、277和1 177 h,差异持续时间随培养温度增高而延长.接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,土壤呼吸温度敏感性指数Q10在0～104 h分别为1.63、1.49和1.80,在0～277 h分别为1.43、1.39和1.46,在0～1 609 h分别为1.35、1.35和1.35;呼吸温度敏感性随接种剂土壤pH降低而增加,随培养时间延长而减小.本研究表明改变土壤微生物群落将影响土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性.     

环境因子对土壤微生物呼吸及其温度敏感性变化特征的影响

在田间条件下研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q10)的变化特征及其影响因素对准确理解地区的气候变暖潜力具有重要意义.本研究依托长武农田生态试验站的裸地处理,利用土壤碳通量系统(Li～8100)连续6 a (2008～2013年)监测裸地处理下的呼吸速率、土壤温度和水分,探究土壤微生物呼吸及其温度敏感性的变化特征及其影响因素.在日变化尺度上,土壤微生物呼吸速率的变化特征呈单峰曲线,且这种变化趋势主要与土壤温度有关(P 0. 05),然而日平均土壤微生物呼吸速率和Q10在不同土壤水分含量条件下不同.均呈现出:适度的土壤水分条件较高的土壤水分条件较低土壤水分条件的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 20μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 95μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 79μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:2. 12、1. 93、1. 59].在季节尺度上,土壤微生物呼吸速率和Q10均呈现出雨季大于非雨季的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 11μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 90μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:1. 96、1. 59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P 0. 05),然而土壤温度和土壤水分的双变量模型比土壤温度或者土壤水分的单变量模型能解释更多的土壤微生物呼吸季节变异性(R~2:0. 45～0. 82、0. 32～0. 67、0. 35～0. 86;模拟值和实测值的拟合系数:0. 76、0. 64、0. 58).在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m~2·a)~(-1)和298 g·(m~2·a)~(-1)之间,Q10变化于1. 48～1. 94之间,而年累积土壤微生物呼吸和Q10的年际变异性主要与年平均土壤水分含量有关(P 0. 05),且年平均土壤水分别可以解释39%和54%的年累积土壤微生物呼吸和Q10年际变异性.在裸地处理上,土壤有机碳由试验初的6. 5 g·kg~(-1)下降到目前的5. 5 g·kg~(-1),但是年累积土壤微生物呼吸却高达255 g·(m~2·a)~(-1),即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高20倍以上.     

黄土丘陵区侵蚀坡面土壤微生物量碳时空动态及影响因素

以黄土丘陵区具有典型侵蚀和沉积部位的5个有机碳水平的侵蚀坡面为对象,通过对雨季土壤微生物量碳的研究,辨析了侵蚀-沉积条件下坡面土壤微生物量碳时空变化的影响因素及影响程度.结果表明：①土壤侵蚀导致坡面侵蚀-沉积区土壤温湿度、有机碳含量出现明显的时空分异,分异程度与土壤有机碳水平有关;②雨季末土壤微生物量碳相比雨季前显著增加,增幅可达91.08%~286.83%.坡面沉积区土壤微生物量碳含量大于侵蚀区,随着土壤有机碳水平升高,侵蚀-沉积区土壤微生物量碳含量差增大,空间分异加剧;③坡面侵蚀-沉积区土壤微生物量碳对土壤有机碳含量、温度、湿度等因素的敏感程度不同,雨季前土壤微生物量碳对土壤湿度变化最敏感,而雨季末沉积区土壤微生物量碳对土壤温度变化最敏感,在侵蚀区对土壤有机碳变化更为敏感.土壤侵蚀和季节变化是导致坡面土壤微生物量碳时空分布差异的重要原因,土壤微生物量碳对影响因素的敏感性差异主要是不同时空条件下限制性要素的转换所致.     

生草果园土壤微生物群落的碳源利用特征

传统的清耕果园土壤肥力持续下降,而果园生草作为一种新兴的果园管理模式,对改善果园土壤状况具有重要的作用.本试验利用Biolog微平板技术,对苹果园清耕、苹果∕白三叶间作、苹果∕小冠花间作、苹果/鸡脚草间作这4种管理模式下土壤微生物群落功能多样性进行了研究,探讨了果园不同生草条件下土壤微生物群落的碳源利用特征,为揭示生草果园土壤生态学过程的驱动机制提供参考.结果表明,不同处理的微生物群落功能多样性差异显著,总体趋势为白三叶小冠花鸡脚草清耕.相关性分析表明,4个处理土壤微生物的平均颜色变化率(average well color development,AWCD)、Shannon指数、丰富度指数、Mc Intosh指数与土壤有机碳、全氮、微生物量碳呈极显著正相关,Shannon指数与p H呈显著正相关.主成分分析与碳代谢图谱分析表明:生草处理提高了土壤微生物对碳源的利用能力,其中豆科牧草白三叶与小冠花土壤微生物对糖类(N-乙酰-D-葡萄糖胺、D-甘露醇、β-甲基-D-葡萄糖苷)、氨基酸类(甘氨酰-L-谷氨酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸)、多聚物类(吐温40、肝糖)的利用代谢能力显著高于清耕处理.可见,生草处理与清耕处理土壤微生物群落形成了各自独特的群落结构与特点.     

戴云山南坡不同海拔森林土壤微生物群落结构特征和影响因素

土壤微生物作为森林生态系统主要驱动力,是影响生态系统物质循环和养分转化的重要因素.探讨不同海拔和季节森林土壤微生物群落的分布规律,对理解土壤生态过程和预测土壤生态系统功能具有重要研究意义.以戴云山南坡不同海拔森林土壤(海拔900～1 500 m)为研究对象,探讨夏季和冬季不同海拔土壤微生物群落结构和功能多样性,揭示驱动土壤微生物群落变化的主要因素.结果表明：(1)夏季土壤微生物群落中革兰氏阳性菌含量最高,冬季土壤真菌含量最高,海拔1 200 m处土壤总磷脂脂肪酸含量均高于其它海拔.随海拔升高,冬季土壤微生物群落中土壤真菌群比细菌群占据更大优势.(2)冗余分析表明,夏季7个海拔土壤微生物群落磷脂脂肪酸(PLFA)含量主要受环境因子和地形因子共同作用,累计解释量达56.72%;冬季土壤微生物群落磷脂脂肪酸含量主要受环境因子驱动,单独解释量达52.23%,环境因子和地形因子累计解释量为55.37%.(3)土壤全碳含量、土壤pH和多酚氧化酶是驱动夏季土壤微生物群落变化的主要因子;土壤有效磷、全钾、全碳含量和土壤pH是驱动冬季土壤微生物群落变化的主要因子.     

中亚热带5种类型森林土壤微生物群落特征

采用PLFA(phospholipid fatty acids,磷脂脂肪酸)分析法研究江西省九连山国家级自然保护区杉木纯林、马尾松纯林、杉木阔叶混交林、马尾松阔叶混交林与天然常绿阔叶林的土壤微生物群落结构特征,探讨植被特征和土壤理化特征对土壤微生物群落的影响. 结果表明:①杉木阔叶混交林土壤细菌、放线菌和总微生物生物量最高,分别为7.77、1.74和18.21 nmol/g,而马尾松纯林均最低. ②针阔混交显著提高了土壤微生物生物量及其丰富度. 土壤微生物生物量及其丰富度均与土壤含水率、w(AN)(AN为有效氮)、w(TC)、w(TN)呈显著正相关(R为0.426~0.701),而与C/N〔w(TC)/w(TN)〕呈显著负相关(R分别为-0.447、-0.518). ③w(AN)对土壤微生物群落结构的解释率达55.8%. 尽管林下灌木、草本层生物量对土壤微生物生物量影响不大,但对微生物群落结构有一定影响,解释率分别为5.5%和6.3%. 灌草层丰富度与土壤微生物生物量及其丰富度呈显著正相关(R为0.369~0.452). 可见,阔叶树种和林下灌草层能够显著影响土壤微生物群落组成.      

亚热带典型景观单元土壤有机碳含量和密度特征

以我国亚热带四类典型景观单元表层土壤为对象,对比分析了土壤有机碳（SOC）含量和密度特征.结果表明,四类景观单元SOC含量加权平均值差异明显,以平原湖区加权平均值最高（25.10 g·kg^-1）,其次为喀斯特低山（20.84 g·kg^-1）和红壤低山（17.75 g·kg^-1）,红壤丘陵平均值最低（12.07 g·kg^-1）.四类景观单元SOC含量变异系数在24.06%～43.76%之间,均属于中等程度变异.平原湖区景观SOC含量主要分布区高于20 g·kg^-1,其它三类景观单元主要分布区则相反.四类景观单元SOC密度加权平均值大小顺序与SOC含量高低极为一致,其顺序为平原湖区（6.12 kg·m^-2）> 喀斯特低山（4.30 kg·m^-2）> 红壤低山（4.25 kg·m^-2）> 红壤丘陵（3.04 kg·m^-2）.研究结果揭示成土母质、耕作强度、地形差异和土地利用方式比例是SOC含量景观变异的主要原因,亚热带地区典型景观单元土壤可能是我国重要的碳库.     

缙云山土地利用方式对土壤活性有机质及其碳库管理指数的影响

通过选取缙云山向阳坡同一海拔高度处的亚热带常绿阔叶林(简称林地)、坡耕地、果园和撂荒地,测定分析0~60 cm深度土壤样品有机质及3种活性有机质组分含量,从而揭示了西南地区缙云山不同土地利用方式对土壤有机质、3种活性有机质及其有效率(ER)以及碳库管理指数(CMI)的影响.结果表明,4种土地利用方式下,土壤有机质、活性有机质含量以及ER和CMI均随土壤深度的增加而降低,其中土壤有机质、活性有机质及其CMI的剖面分布趋势相似,林地土壤有机质、活性有机质及其CMI主要富集在0~10 cm土层,果园主要富集在0~20 cm土层,而坡耕地和撂荒地从上而下的降低则比较均匀.在0~60 cm土壤深度内的土壤有机质以及3种活性有机质平均含量均为撂荒地>林地>果园>坡耕地,将林地转变为果园和坡耕地后,有机质含量分别降低了21.56%(P>0.05)和55.90%(P<0.05),将坡耕地闲置撂荒后,有机质、低、中、高活性有机质含量分别升高了238.86%(P<0.05)、144.2%(P<0.05)、153.3%(P<0.05)和242.7%(P<0.05).方差分析发现3种土壤ER在不同土地利用方式之间并无明显差异,表明土壤ER对土地利用变化并不敏感.不同土地利用方式下3种活性有机质CMI均为撂荒地最高,林地次之,果园和坡耕地最低,表明林地开垦导致土壤碳截存降低,土壤向着质量退化的方向发展,而坡耕地撂荒则增强了土壤的碳汇功能,土壤质量向着良性方向发展.3种活性有机质与全氮、速效磷和速效钾呈极显著正相关关系,与土壤容重呈极显著负相关关系,表明活性有机质与土壤理化性质关系密切,是反映土壤养分和衡量土壤质量的重要指标.     

缙云山森林植被类型对土壤产N2O相关功能微生物的影响

为明确亚热带不同森林植被对土壤涉氮功能基因(amoA、nirS、nosZ)微生物群落和功能的影响,以缙云山5种森林植被类型(针叶林、阔叶林、针-阔混交林、竹林以及荒草地)土壤为研究对象,采用末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism analysis,T-RFLP)和荧光定量PCR(qPCR)等分子技术,结合与氮素循环相关的微生物酶活,研究不同森林植被土壤涉氮微生物丰度、群落结构及其功能的差异.结果表明:①缙云山国家自然保护区土壤反硝化酶活显著高于硝化势,且针叶林土壤2种酶活均显著低于其他植被类型(P0.05).此外,可溶性有机碳、土壤含水量和总氮是影响酶活的主要环境因子.②qPCR结果显示,竹林土壤涉氮功能微生物的丰度最高,而针叶林土壤最低. 3个涉氮功能微生物的丰度均与可溶性有机碳、总氮、有效氮、总钾以及有效钾显著相关(P0.01).③基于T-RFLP数据,阔叶林土壤涉氮微生物α-多样性指数最高,而竹林最低.主坐标分析(principal co-ordinates analysis,PCoA)显示:在不同植被间,氨氧化古菌群落结构表现出显著差异,针叶林土壤涉氮功能微生物群落结构最独特.此外,基于距离的冗余分析(distance-based redundancy analysis,db-RDA)表明:涉氮功能微生物群落结构主要受可溶性有机碳(P0.001)、有效氮(P0.002)和土壤含水量(P0.001)调控.④土壤反硝化酶活主要受nirS反硝化菌与氨氧化古菌的丰度和涉氮功能微生物的群落结构的影响;而硝化势主要受氨氧化古菌的丰度影响.由上可知,亚热带森林植被显著影响土壤涉氮功能微生物的丰度和群落结构,进而改变其调控土壤的氮素循环的功能.可为我国亚热带森林土壤微生物与N_2O释放的耦合机制提供基础数据.     

缙云山不同土地利用方式对土壤团聚体微生物量碳氮的影响

于缙云山阳坡同一海拔高度处选择亚热带常绿阔叶林(简称林地)、撂荒地、坡耕地和果园这4种土地利用方式,在0~60 cm的土壤深度内每隔10 cm采集一个土壤样品,测定大团聚体(2 mm)、中间团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)以及粉+黏团聚体(0.053 mm)内的微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量,以分析缙云山不同土地利用方式对团聚体MBC及MBN的影响.结果表明4种土地利用方式下,各粒径团聚体MBC及MBN含量均随土壤深度的增加而降低.林地开垦为果园和坡耕地后除导致大团聚体MBC和MBN含量升高外,其它粒径团聚体MBC及MBN含量均降低;坡耕地撂荒后,除粉+黏团聚体MBN含量降低外,其它粒径团聚体MBC及MBN含量均增加.采用等质量方法计算了0~60 cm土壤深度内4种土地利用方式下各粒径土壤团聚体MBC和MBN的储量,发现除粉+黏团聚体外,其他粒径团聚体MBC储量均为林地高于果园和坡耕地,撂荒地各粒径团聚体内的MBC储量均高于坡耕地;MBN储量表现为中间团聚体和微团聚体林地高于果园和坡耕地,而撂荒地除粉+黏团聚体外,其他粒径团聚体均高于坡耕地.总体上,林地和撂荒地团聚体MBC储量高于果园和坡耕地,MBN储量高于坡耕地,果园与林地团聚体MBN储量接近,表明林地的垦殖虽然对果园团聚体MBN影响非常小,但却导致了团聚体MBC以及坡耕地MBN的损失,而坡耕地撂荒则有利于团聚体MBC及MBN的恢复和蓄积.在土地利用转变过程中,土壤团聚体MBC的变化方向和变化量与土壤有机碳并不一致,存在很大的差异,因此,土壤团聚体微生物熵并不适于来评价该地土地利用变化对土壤的影响,采用有机碳总量作为表达土地利用变化的敏感性指标可能更好.     

施用生物炭对塿土土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率的影响

土壤微生物代谢对土壤养分循环和生态系统的稳定至关重要.为明确施加生物炭对土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率(carbon use efficiency, CUE)的长效影响机制,于2012年将果树树干、枝条生物炭(450℃、限氧条件下裂解)以不同用量(0、 20、 40、 60和80 t·hm~(-2))施入塿土,与耕层土壤(0～20cm)混匀,小麦玉米轮作7 a后,通过生态酶化学计量学对土壤微生物代谢养分限制特征进行了定量分析和比较.结果表明:①随生物炭施用量的增加,土壤含水量、有机碳、全氮、碳氮比、碳磷比和氮磷比显著提高,碳氮磷活性组分、微生物生物量碳氮磷和总磷未表现出明显的规律性,而5种胞外酶活性(β-1,4-葡萄糖苷酶、纤维素酶、亮氨酸氨基多肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和磷酸酶)显著降低.②所有处理土壤微生物均受磷限制;在施加生物炭各处理中,随施用量的增加微生物代谢碳和磷限制显著提高,微生物CUE显著降低;当生物炭施用量为20 t·hm~(-2)时,碳限制(0.625±0.022)和磷限制(62.153°±0.892°)最低,微生物CUE(0.511±0.007)最高.③偏最小二乘路径建模分析表明,土壤碳氮磷及其元素化学计量比对磷限制产生了直接的极显著正效应(P0.01),碳限制与磷限制呈正相关关系(R~2=0.242,P0.001),而碳磷限制又对CUE产生了极显著的负效应(P0.001).综上,过量施用生物炭使土壤元素化学计量失衡是导致土壤微生物代谢磷限制加剧的重要因素,继而诱导了微生物碳限制的增强和CUE的降低.当生物炭施加量为20 t·hm~(-2)时,微生物代谢所受碳磷限制最低,且具有最高的微生物CUE,对于调节土壤微生物代谢、维持生态功能和减少微生物二氧化碳排放最优.     

不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳和转化酶的关系

为研究不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳(DOC)和转化酶的关系,设置了室内培养实验.采集南京市周边老山、紫金山、宝华山的土壤,研究不同土壤的微生物呼吸对温度升高的响应规律,并分析土壤DOC含量及转化酶活性.结果表明,不同土壤的累积微生物呼吸与土壤温度之间的关系均可用指数方程描述,其P值均达到极显著水平(P0.001),不同地点土壤的微生物呼吸温度敏感系数(Q10值)在1.762~1.895之间变异.累积土壤微生物呼吸的Q10值随着土壤温度升高表现出降低的趋势.培养后27 d土壤微生物呼吸的Q10值与培养后1 d的Q10值无显著差异(P0.05),这表明难分解有机质的温度敏感性与易分解有机质的温度敏感性一致.对于所有土壤而言,累积土壤微生物呼吸与DOC含量之间存在极显著(P=0.003)的线性回归关系,DOC可以解释累积土壤微生物呼吸31.6%的变异性.无论是单独分析不同土壤还是综合所有土壤的测定结果,累积微生物呼吸与土壤转化酶活性均存在极显著(P0.01)的一元线性回归关系,由此说明转化酶活性是衡量土壤微生物呼吸大小的一个较好的指标.     

Soil Carbon in the Forests of Russia

The 50% variation in the estimates of carbon (C) content in the forest soils of Russia at present is caused by confusion of terms and ignorance of the soil geographical representativeness in forests. The GIS-based analysis closes the gap to the estimate published earlier by Alexeyev and Birdsey (1994, p. 170). The average soil carbon density (SCD) for the 0.3 meter (m) layer of the forest soils in Russia is about 8.1 kg C m⁻²; the 1 m layer captures some 11.4 kg C m⁻²; and the 2 m layer holds nearly 12.3 kg C m^{− 2}. The mass of C is about 61.6 Pg C concentrated in the 0.3 m layer of forest soils; the 1 m layer accumulates 87.6 Pg C and the 2 m layer holds about 94.1 Pg C. The C content in soils of the forest zone is much higher for Russia. The SCD is 18.8 kg C m^{− 2} and the soil C pool (SCP) is 223.6 Pg C in 1 m layer. Peat soils contribute a considerable portion of C to the forest zone of the country. The cold climate, permafrost and vegetation residues that are rich in recalcitrant compounds support a high accumulation rate of organic matter and associated nutrients in soils. This conservation is a mechanism to keep the production potential of the boreal ecosystems high in spite of their relatively low actual productivity in present environments.