短期氮添加对黄山松林土壤碳组分的影响及其微生物机制

人类活动和大气沉降增加了陆地生态系统氮的输入,显著改变了生态系统碳循环.为了更好地理解氮沉降如何调节森林土壤有机碳组分动态,及其潜在的微生物机制.本研究在福建戴云山黄山松林设置3个氮添加梯度（对照（0 kg·hm^-2·a^-1）、低氮（40 kg·hm^-2·a^-1）、高氮（80 kg·hm^-2·a^-1） ）以模拟氮沉降.通过测定土壤基本理化性质、土壤微生物生物量、酶活性和碳利用效率,利用两步硫酸水解法将土壤有机碳分为量小、周转快的活性碳组分和量大、周转慢的惰性碳组分,以探究两年氮添加对亚热带黄山松土壤有机碳组分的影响.与对照相比,氮添加显著降低0~10 cm土壤活性碳组分含量,增加土壤惰性碳含量.氮添加提高了参与碳、氮和磷获取的3种水解酶活性（β-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶、酸性磷酸单酯酶）,并显著降低了土壤微生物碳利用效率.冗余分析和随机森林模型表明,土壤微生物碳利用效率、微生物生物量和β-葡萄糖苷酶是影响土壤碳组分变化的主要因子,且土壤微生物碳利用效率与活性碳呈显著正相关,与惰性碳呈显著负相关;微生物生物量碳与活性碳呈显著正相关,与惰性碳无显著关系.综上所述,土壤微生物生物量减少、碳利用效率的下降导致活性碳组分含量减少,而惰性碳组分含量增加,进而提高黄山松林土壤有机碳的稳定性.     

短期氮添加对黄土高原人工刺槐林土壤有机碳组分的影响

人类活动背景下,氮(N)沉降持续影响着生态系统的碳循环.氮沉降对土壤有机碳的影响与不同碳组分的差异性响应有关.为探究短期氮沉降背景下土壤有机碳组分变化及其影响因素,基于野外氮添加试验,以刺槐人工林为研究对象,共设置4个氮添加梯度：0(CK)、1.5(N1)、3(N2)和6(N3) g·(m²·a)^-1,分别在6月和9月进行取样,测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性.结果表明：(1)外源氮输入降低了土壤pH,促进可溶性有机碳含量的增加,增加了土壤氮素有效性.(2)短期氮添加显著降低了土壤有机碳含量,且有机碳各组分对氮添加响应不同.其中,易氧化有机碳含量显著降低,且在N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了54.4%和48.2%,惰性有机碳含量增加,但增加不显著.氮添加降低了土壤碳库活度,提高了土壤碳库的稳定性.土壤碳库活度分别在N3和N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了53.3%和52.80%.(3)随机森林模型表明,短期氮添加下土壤微生物生物量化学计量比、微生物生物量碳和AP是驱动土壤有机碳活度变化的关键因子,分别解释了易氧化有机碳和惰...     

氮添加与凋落物处理对橡胶林砖红壤有机碳组分及酶活性的影响

研究氮添加与凋落物处理对土壤有机碳组分及酶活性的影响对调控人工林生态系统恢复具有重要意义.于海南岛西部橡胶林地开展野外微区模拟试验,采用二因素完全随机设计,设置4个氮水平[不施氮(CK,0 kg·hm^-2·a^-1,以N计,下同),低氮(LN,50 kg·hm^-2·a^-1),中氮(MN,100 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(HN,200 kg·hm^-2·a^-1)]以及2种凋落物处理[凋落物去除(LR),凋落物保留(L)],分析0～10 cm和10～20cm土层的土壤理化性质、总有机碳(SOC)及其组分、酶活性等指标.结果表明,土壤pH随N添加量增加以及凋落物的去除呈显著降低的趋势(P <0.05).土壤NO₃^--N和NH₄⁺-N含量随N添加的增加显著增加,N添加和凋落物处理对NO₃^-     

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

缙云山不同土地利用方式对土壤活性有机碳、氮组分的影响

以位于重庆市北碚区的缙云山为研究对象,通过采集亚热带常绿阔叶林(以下简称林地)、撂荒地、果园、坡耕地0~60cm深度的土壤样品,测定其MBC(微生物生物量碳)、MBN(微生物生物量氮)、DOC(可溶性有机碳)、DON(可溶性有机氮)含量,探讨土地利用方式对土壤活性有机碳、氮组分的影响.结果表明,4种土地利用方式下土壤MBC、MBN、DOC、DON含量均随着土壤深度的增加而降低.在0~60 cm的土壤深度内,土地利用方式对土壤MBC、MBN和DON含量的影响并不明显;撂荒地DOC含量显著高于其它3种土地利用方式,说明坡耕地撂荒能显著提高土壤DOC含量.在0~60 cm土层,林地、撂荒地、果园、坡耕地间MBN、DOC、DON分配比例均无显著差异,但坡耕地MBC分配比例显著高于其它3种土地利用方式,表明坡耕地土壤有机碳具有较高的生物活性,这可能是由于坡耕地施加绿肥以及粪肥等有机肥所致.各土地利用方式下DOC/DON最高,MBC/MBN次之,SOC/TN最低,说明可溶性有机质的生物固化作用最强,而土壤总有机质的矿化作用最明显.4种土地利用方式下SOC/TN、MBC/MBN及DOC/DON均为坡耕地最低,且比值都低于20,表明坡耕地土壤有机质的矿化作用较强,容易造成土壤碳的损失.     

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.     

长期施肥对水稻土耕层微生物生物量氮和有机氮组分的影响

以亚热带2个国家级稻田土壤肥力变化长期定位监测点的土样为对象,研究了长期施肥对土壤微生物生物量氮(B_N)和有机氮组分的影响.采用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法和酸水解-蒸馏法分别对耕层土壤微生物生物量氮和有机氮组分进行了测定.结果表明,经过17a的有机无机肥配合施用,土壤氮含量水平较低的宁乡点,土壤全氮平均每年增加约40 　mg·kg^－1,而土壤氮含量水平较高的南县点,平均每年增加约55 　mg·kg^－1.有机无机肥长期配合施用也提高了土壤微生物生物量氮和微生物生物量氮占全氮的比例;同时也显著增加酸解性氮及氨基酸态氮、酸解未知氮的含量.此外,土壤酸解性氮及其组分均与微生物生物量氮存在极显著的正相关关系,其中氨基酸态氮和酸解未知氮对微生物生物量氮的影响最大.研究表明,有机无机肥配施是使稻田土壤氮素含量提高的重要措施,有机无机肥配施促进了土壤氮库的积累,即易矿化和较难矿化2部分氮库同时增加.     

长期地上凋落物处理和氮添加对油松-辽东栎混交林表层土壤碳氮组分的影响

气候变化引起的土壤碳源和氮源输入变化对森林生态系统碳、氮动态有潜在的重要影响.了解不同团聚体和化学成分的碳、氮组分对碳源和氮源输入的响应,对进一步揭示和预测未来气候变化下土壤碳、氮的响应特征具有重要意义.为了探究土壤不同碳、氮组分及其计量比对土壤碳源和氮源输入变化的响应特征,本研究基于在温带油松-辽东栎混交林样地建立的长期（8年）地上凋落物处理和氮添加实验,测定和分析了土壤不同团聚体碳、氮组分、可溶性碳、氮组分和微生物生物量碳、氮等指标.结果表明：长期叶凋落物加倍和混合凋落物加倍（含枝、叶和球果）均显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性碳、活性碳及大团聚体（250~2000 μm）和微团聚体（53~250 μm）碳、氮组分的含量;氮添加显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性氮及活性碳组分的相对和绝对含量;但土壤黏粉粒（2~53 μm和<2 μm）碳、氮组分、微生物生物量碳、氮及各碳、氮组分比值在不同处理之间均无显著性差异;地上叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理显著增强了土壤团聚体的稳定性并降低了土壤可溶性有机质的芳香性.这些结果表明,高质量和数量凋落物的输入及氮添加量的增加显著促进了土壤不同碳、氮组分的含量,但并没有显著改变各碳、氮组分的比值.     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳作为土壤有机碳中活跃的化学组分,在全球碳循环中起着非常重要的作用.为了探究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响,以苹果枝条为原料,在300~600℃条件下制备生物质炭,在研究生物质炭基本理化性质的基础上,通过室内培养试验研究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响.结果表明:高温制备的生物质炭碳(C)的质量分数增加,而氢(H)和氧(O)质量分数下降,H/C及O/C比下降;生物质炭的脂肪族结构减弱,芳香性增强,稳定性升高;生物质炭输入可以显著增加土壤有机碳(SOC)含量(P0.05),且随着添加比例的增加而增加,其中以500℃制备的生物质炭对土壤有机碳库的提升效果最为明显;与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)以及易氧化有机碳(ROC)的含量,且随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300处理平均分别增加了38.25%、82.09%和63.53%;BC400处理平均分别增加了26.07%、65.61%和48.09%,且差异均达到显著水平(P0.05);高温(400℃)制备的生物质炭在培养初期(40~60 d)增加了土壤MBC、WSOC及ROC含量,且随着添加比例的增加而增加,而在培养后期则减少了土壤MBC、WSOC、ROC含量,且随着添加比例的增加而减少,培养360 d后,BC500处理平均分别减少了0.27%、13.48%和14.67%,BC600处理平均减少7.80%、14.66%和15.79%,且差异达到显著水平(BC500处理MBC含量除外)(P0.05);生物质炭输入降低了土壤有机碳中ROC的比例,并且随着热解温度的升高以及添加比例的增加而降低.从提升土壤有机碳库及生物活性等方面考虑,在黄土高原土地区,500℃条件下制备生物质炭,既能保证有机碳具有较高的稳定性,又不至于引起土壤活性碳库的过度降低,是生物质炭在农田土壤利用的最佳制备温度.     

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.     

林下凋落物去除与施氮对针叶林和阔叶林土壤氮的影响

通过野外模拟试验,选择中亚热带针叶林(杉木林)和阔叶林(浙江桂林和罗浮栲林)森林生态系统,设3个施氮水平CK(对照)、低氮〔30kg/(hm2·a) 〕和高氮〔100kg/(hm2·a)〕及2个凋落物处理,研究施氮对土壤主要形态氮质量分数的影响、动态变化及凋落物在其中的作用. 结果表明:与CK相比,高氮处理可瞬时(3d)提高森林土壤氮质量分数,但施氮后持续效应的影响降低. 与保留凋落物相比,去除凋落物在施氮的持续效应中,可降低阔叶林土壤w(铵态氮)18.2%,而杉木林土壤的氮质量分数则略有升高.去除凋落物下施氮的持续和瞬时效应可增加各种林下土壤的w(硝态氮),其中浙江桂林土壤w(硝态氮)分别增加58.9%和38.2%,罗浮栲林土壤分别增加7.0%和30.0%,杉木林土壤分别增加-17.1%和9.0%. 可见凋落物在施氮连续事件中存在复杂的短期和长期相互影响. 阔叶林土壤w(SON)(SON为可溶性有机氮)较高,并且其微生物w(SON)及其占微生物w(TN)的比例高于杉木林土壤,而杉木林土壤微生物w(铵态氮)及其占微生物w(TN)的比例高于阔叶林土壤.      

模拟氮沉降对森林土壤有机物淋溶的影响

在重庆铁山坪马尾松林内施加与大气氮沉降量相当的硝酸铵(NH4NO3)和硝酸钠(NaNO3),研究氮沉降加倍对土壤溶液可溶性有机物浓度的影响,分析氮沉降对森林土壤碳库的潜在作用.2005年起为期5a的现场观测表明,施氮后凋落物层土壤溶液的可溶性有机碳(DOC)浓度和通量在起初2a内与对照样区相比有明显升高,但之后反而降低.施氮还会降低凋落物层土壤溶液的DOC与DON(可溶性有机氮)比值,以及矿质土壤上层的DOC浓度,但对矿质土壤下层的DOC淋溶通量几乎没有影响.总体来看,在试验期内氮沉降对土壤碳库无显著影响,但土壤有机物可能有从富碳有机物向富氮有机物转化的趋势,氮沉降的成分(NH4+和NO3-)对土壤有机物的影响则没有明显差异.     

氮素添加对樟树林红壤微生物的影响

为了研究氮素添加对红壤微生物的影响,以湖南植物园樟树红壤林地为研究区,设定了氮素添加的3个水平,即对照N0:0 g·m-2、低氮N1:5 g·m-2和高氮N2:15 g·m-2,利用平板计数法,氯仿熏蒸法和BIOLOG微平板技术,分析了氮素添加1个月和13个月后红壤微生物数量、生物量C、N以及群落功能多样性的响应变化.结果表明,氮素添加1个月后土壤细菌数量显著增加,13个月后显著减少,真菌和放线菌数量变化不明显;氮素添加1个月后,微生物量C、N均随氮素的增加而增加,氮素添加13个月后土壤微生物量C与1个月相比显著增加,土壤微生物量N却有降低的趋势,但差异不显著;土壤微生物的碳源利用率因施氮处理而发生分异.Shannon、Simpson和McIntosh指数的结果显示AWCD在氮素添加不同水平和不同时期有一定的差异,但差异并不显著.     

有机物料对紫色土微生物量碳、氮及氮素供应的影响

以猪粪沼渣(PM)、牛粪沼渣(CM)、污泥堆肥(SC)、农村生活垃圾堆肥(RWC1)、农村生活垃圾与污泥的堆肥产物(污泥比例20%,RWC2)为材料,采用培养试验和盆栽试验研究了有机物料对酸性紫色土和石灰性紫色土中微生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量及玉米幼苗氮吸收的影响.结果表明,有机物料使酸性和石灰性紫色土MBC含量分别提高了53. 63%～102. 91%和12. 14%～137. 00%,有机物料分解愈慢、碳氮比(C/N)愈高,土壤MBC愈大;而MBN含量分别提高了23. 37%～150. 08%和35. 02%～160. 02%,受物料的有机氮形态影响.两种土壤MBC/MBN随物料C/N的升高总体降低,高C/N物料有利于MBN的长期维持.除牛粪沼渣外,有机物料均可提高两种紫色土中玉米幼苗的生物量及氮吸收量,提高幅度为SC PM RWC2 RWC1,但其对氮素吸收的促进效果不及化肥.牛粪沼渣对玉米幼苗氮吸收的抑制作用与其较高的C/N有关,而其余物料的促进作用随MBC/MBN降低而增高.因此,有机物料对氮素吸收利用的影响不仅与其性质有关,也与其对土壤MBC/MBN的作用有关.     

等碳量添加秸秆和生物炭对土壤呼吸及微生物生物量碳氮的影响

为探究土壤呼吸、土壤微生物生物量碳氮及水热因子对生物炭和秸秆添加的响应,采用LI-8100 土壤碳通量测量仪(LI-COR,Lincoln,USA)测定了常规施肥(CK)、常规施肥+2.25 t·hm-2生物炭-C(T1)、常规施肥+2.25 t·hm-2秸秆-C(T2)、常规施肥+1.125 t·hm-2生物炭-C+...     

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.