应用PLFA法分析氮沉降对缙云山马尾松林土壤微生物群落结构的影响

氮沉降虽可提升林地生产力却会给环境造成压力,而土壤微生物对环境变化敏感.通过野外模拟试验,探讨不同氮沉降量对马尾松土壤微生物群落的影响,探索该区域马尾松土壤微生物群落与土壤温湿度、氮沉降浓度的关系,为深入研究氮沉降对马尾松林土壤生态系统的影响提供参考.2014年5月~2015年6月在缙云山马尾松林设置3个氮添加水平和一个无氮添加的对照处理:低氮[N20,20 g·(m~2·a)~(-1)]、中氮[N40,40 g·(m~2·a)~(-1)]、高氮[N60,60 g·(m~2·a)~(-1)]和对照[N0,0g·(m~2·a)~(-1)],采用磷脂脂肪酸(PLFA)标记法和ACE(automated soil CO_2 exchange station,UK)自动土壤呼吸监测系统分别对土壤微生物群落结构、土壤温度和土壤湿度进行分析测定.结果表明:1季节变化对土壤细菌、真菌、放线菌及总PLFA量有显著影响(P0.05),各类型均在春季最高,冬季最低.在不同季节,土壤微生物量对氮沉降的响应趋势不同,总体而言,春季和秋季氮沉降抑制了土壤微生物量,夏季和冬季氮沉降促进了土壤微生物量.2氮沉降对土壤微生物群落结构有显著影响(P0.05),在春季和夏季,低、中氮沉降使土壤微生物丰富度指数和多样性降低,使均匀度指数升高;在秋季和冬季,低氮和中氮则使丰富度指数、多样性指数及均匀度指数升高.高氮沉降使4个季节土壤微生物丰富度指数、多样性指数和均匀度指数降低.3相关性分析表明,氮沉降浓度与细菌呈极显著负相关(P0.01),与总PLFA呈显著负相关(P0.05);土壤温度与放线菌呈极显著负相关;土壤湿度与细菌和总PLFA呈极显著正相关.综上所述,缙云山马尾松林土壤微生物群落结构主要受土壤湿度和氮沉降的影响,受土壤温度影响较小.     

模拟氮沉降对重庆缙云山马尾松林土壤呼吸和酶活性的季节性影响

土壤酶参与土壤碳氮转化,同时土壤碳氮状况又是土壤酶活性的基础,而大气氮沉降通过影响土壤酶活性进而影响土壤CO_2释放.通过野外模拟试验,探讨不同氮沉降量对马尾松土壤呼吸和酶活性的影响,探索该区域马尾松土壤呼吸(Rs)与土壤温度(T)、土壤湿度(W)、Ure(脲酶)、Ive(转化酶)、CAT(过氧化氢酶)及ACP(酸性磷酸酶)的关系,为深入研究氮沉降对马尾松林森林生态系统的影响提供参考.2014年5月~2015年7月在缙云山马尾松林设置3个氮添加水平和一个无氮添加的对照处理:低氮[N_5,20 g·(m~2·a)~(-1)],中氮[N_(10),40 g·(m~2·a)~(-1)]、高氮[N_(15),60 g·(m~2·a)~(-1)]和对照[N0,0g·(m~2·a)~(-1)],每个处理量分4次,在每个季度开始各施1次,每个处理各9次重复,采用ACE(automated soil CO_2exchange station,UK)自动土壤呼吸监测系统分别对土壤呼吸、土壤温度和土壤湿度进行分析测定.结果表明:1土壤酶和土壤呼吸均具有明显的季节变化规律,各处理土壤呼吸均表现为夏季最高,其次是春季和秋季,最低为冬季,而各处理土壤酶活性则无一致的变化规律.2总体而言,氮沉降对土壤呼吸和酶活性均有抑制作用,且抑制程度随氮浓度增加而加强,但冬季氮沉降对马尾松林土壤呼吸有促进作用,春、夏、秋这3个季节氮沉降对Ure、Ive、CAT及ACP有抑制作用,而冬季氮沉降对4种土壤酶活性影响则存在差异.3逐步回归表明,无氮和低氮处理时,T、Ure和Ive对Rs的贡献较大,且随着T、Ure和Ive的增加,Rs也急剧增加;中氮处理时,T、Ure和CAT对Rs的贡献较大,Rs随着T、Ure和Ive的增加而增加;高氮处理时,Rs随着Ure的增加而降低,随着CAT和W的增加而增加.     

模拟酸雨及氮沉降对马尾松林土壤细菌群落结构及其多样性的影响

通过分析酸雨和氮沉降对马尾松林土壤细菌群落结构及多样性的影响,探究马尾松林对环境胁迫的响应机制,为天目山国家自然保护区资源管理和保护提供理论参考依据.于2017～2021年在浙江省临安天目山国家级自然保护区设置4个酸雨和氮沉降模拟梯度[即pH 5.5和0 kg·(hm²·a)^-1,CK; pH 4.5和30 kg·(hm²·a)^-1,T1; pH 3.5和60 kg·(hm²·a)^-1,T2; pH 2.5和120 kg·(hm²·a)^-1,T3].使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对4种处理土壤细菌16S rDNA进行测序,分析不同处理土壤细菌群落组成和结构的差异及其影响因素.结果表明,酸雨和氮沉降显著降低了马尾松林土壤细菌α多样性(P<0.05).马尾松林土壤由36个门类的菌群组成,酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(A...     

基于15N 同位素示踪技术的地下河硝态氮来源时空变化特征分析

根据2007年10月至2008年10月每月对青木关地下河水的监测,利用~(15)N 同位素示踪技术并结合水化学指标,分析地下河硝态氮来源的时空变化特征.结果表明,地下河出口S2硝态氮浓度(20.35 mg/L)比入口D1(3.20 mg/L)高6倍多.受农业生产施肥和降雨冲刷稀释效应的影响,地下河水硝态氮浓度2007年10月至2008年3月较低且比较稳定,2008年4月至7月较高但受降雨冲刷稀释影响变化较大,2008年8月至9月随降雨减少,土壤中残留的化肥造成地下河水硝态氮浓度偏高.根据NO_3~--δ~(15)N 值识别出了地下河硝态氮来源变化特征为:D1处2007年10月至2008年3月以及2008年7月至10月NO_3~--δ~(15)N 值为-0.857‰±2.01‰(n=9),其硝态氮来源为稻田中残留的化肥;2008年4月、6月中下旬NO_3~--δ~(15)N 值为2.50‰±0.29‰(n=3),其来源为稻田中施用的化肥与土壤有机氮的混合;2008年5月下旬至6月上旬NO_3~--δ~(15)N 值分别为-3.74‰和0.52‰,其来源为稻田中施用的化肥.S2处硝态氮不仅来自上游的化肥,更主要的是来自中下游的耕地、林地土壤渗透水或侧向裂隙水带来的土壤有机氮与化肥,其中2007年10月至2008年3月以及2008年7月至10月NO_3~--δ~(15)N 值为4.77‰±0.73‰(n=9),其硝态氮主要来自于土壤有机氮;2008年4～6月NO_3~--δ～15N 值为3.16‰±0.39‰(n=5),其硝态氮来自于土壤有机氮与化肥的混合.     

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.     

维管束植物桂花树叶片对大气氮沉降的吸收研究

本文通过测定维管束植物桂花树叶片的氮含量和氮同位素组成,分析其对大气氮沉降的截留吸收机制。为期一年(2009.03～2010.03)的监测数据显示,桂花树叶片氮含量为1.33%～3.09%,平均值为2.18%;叶片δ15 N为+0.54‰～+3.78‰,均值为+2.29‰。桂花树叶片N%、δ15 N的季节性变化趋势,总体呈现春、冬高,夏、秋低的规律,这与已有的贵阳市雨水监测数据一致。对比不同树冠厚度的叶片样品,发现叶片N%随树冠厚度增加而降低,顶部叶片N%表现为最高(2.39±0.4%),说明桂花树的树冠层对大气氮沉降有明显的截留吸收作用。桂花树顶部叶片δ15 N最偏负,而上覆树冠层最厚的下方叶片的δ15 N最偏正,反映了树冠层在吸收大气氮沉降过程中存在选择性吸收,引起同位素分馏,即树冠层越厚,穿冠水δ15 N越偏正,且分馏程度与树冠厚度成正比,导致下方叶片δ15 N最高。     

巢湖沉积物δ13Corg和δ15N记录的生态环境演化过程

通过对巢湖2处柱状沉积物样品中δ¹³C_org、δ　¹⁵N、C/N比值、TOC和TN含量的测定,分析了近百年来巢湖沉积物有机质的来源,探讨受人类活动影响的湖泊生产力变化和富营养化过程.结果表明,巢湖沉积物有机质的主要来源是水生藻类,陆生有机质的输入量较少,但是城市污染物的输入与农业面源污染的影响是不可忽视的.巢湖沉积物剖面上,δ¹³C_org、δ¹⁵N、TOC和TN含量变化按沉积深度可以明显划分为2个阶段：①10 cm以下,H3点δ¹³C_org波动在-21.74‰～-19.34‰的范围内,其余数据表现相对平缓,湖泊内的生物物种是固氮植物和非固氮植物共存,2个采样点具有不同的湖泊营养化进程;②10 cm至表层段,2个剖面的δ¹³C_org迅速减小,δ¹⁵N、TOC和TN则是显著增大,巢湖闸的建成使得内源营养物质快速积累,湖泊初始生产力水平迅速提高,富营养化加剧.     

基于δ15N和δ18O的农业区地下河硝酸盐污染来源

为研究岩溶区农业活动为主导的地下河流域硝酸盐污染来源,于2017年5~10月每24 d左右对重庆青木关流域6个采样点进行监测,利用~(15)N和~(18)O同位素技术对示踪硝酸盐来源进行解译,应用IsoSource模型计算出不同端元硝酸盐的贡献率.结果表明:(1)青木关农业区地下河系统存在较大的硝酸盐污染风险,大部分采样点出现不同程度NO_3~--N浓度超标现象.(2)空间上,青木关地下河中NO_3~--N浓度整体呈现由上游向下游升高的趋势.时间上,上游鱼塘和岩口落水洞以及下游姜家泉样点NO_3~--N浓度在5~6月因受农业施肥的影响,均呈上升趋势,6~9月受降水影响而出现不同程度升高或降低,9月之后随着农业活动减少而逐渐降低;中游土壤点NO_3~--N浓度保持较高值;中下游大鹿池NO_3~--N浓度较低且变幅不大.(3)通过硝酸盐~(15)N和~(18)O同位素分析,表明上游鱼塘和岩口落水洞的硝酸盐源于土壤有机氮、动物粪便及污废水混合;中游土壤点硝酸盐源于土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+;中下游大鹿池中硝酸盐来源于动物粪便及污废水、土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+的混合作用.地下河出口处姜家泉硝酸盐污染严重,其源于土壤有机氮、降水和肥料中NH_4~+、动物粪便及污废水、大气沉降的综合作用.(4)基于IsoSource模型对地下河出口处硝酸盐来源进行定量分析,发现动物粪便及污废水贡献率占46.4%,土壤有机氮占32.6%,降水与肥料中NH_4~+占18.6%,大气沉降仅占2.4%.     

氮沉降对林带土壤N2O和CH4通量的影响

于2008年4月~2009年10月在龙王山对林带土壤进行模拟氮沉降试验,采用静态箱-气相色谱法测定土壤N2O和CH4通量,研究氮沉降增加对土壤N2O和CH4排放(吸收)的影响.结果表明,短期内,氮沉降没改变土壤N2O和CH4通量的季节性变化规律和日变化规律.与对照(CK)相比,短期的低氮[50 kg N/(hm2·a), TL]、中氮[100kgN/(hm2·a), TM]和高氮[150kgN/(hm2·a), TH]处理对土壤的N2O和CH4年平均通量和日平均通量都没有显著影响.     

闽江河口短叶茳芏湿地CH4和N2 O排放对氮输入的短期响应

利用静态箱-气相色谱法,研究了氮输入对闽江河口短叶茳芏湿地CH4和N2O排放通量的短期影响.结果表明,高氮输入在不同采样时间均促进了湿地CH4排放,低氮输入在不同时间则具有不同的变化特征.与对照处理相比,低氮和高氮2种处理分别使湿地CH4排放通量增加了-44.35%～1 057.35%和7.15%～667.37%.外源氮输入在24 h内对湿地N2O排放通量具有明显的正激发效应,最高可增加171.60倍和177.79倍,但在8 d后,氮输入对湿地N2O排放的激发效应减弱甚至消失.氮输入在短时间内对湿地土壤Ec、pH和Eh均未产生显著影响.湿地CH4排放通量在对照处理下仅与5 cm Eh存在显著负相关,在低氮处理下仅与10 cm地温呈显著负相关,在高氮处理下则与5 cm Ec、0、5 cm pH以及0、5、10 cm土壤Eh均呈显著相关性,而N2O排放通量在不同处理下与湿地气温、地温、盐度、pH和Eh等环境因子均不存在显著相关性.研究表明,探讨氮输入对湿地温室气体排放的影响应考虑其时间变异性.     

米槠天然林和人工林土壤呼吸的比较研究

采用Li-8100开路式土壤碳通量系统,对福建省三明市格氏栲自然保护区米槠天然林和人工林土壤呼吸进行1 a的定位观测,分析了土壤水热因子及凋落物对土壤呼吸的影响.结果表明,米槠天然林和人工林土壤呼吸速率月变化均呈单峰型曲线,峰值分别出现在6月上旬[7.03μmol·(m2·s)-1]和7月下旬[5.12μmol·(m2·s)-1];天然林和人工林土壤呼吸速率的年均值分别为3.74μmol·(m2·s)-1和3.05μmol·(m2·s)-1,两者之间有显著差异(P<0.05);土壤温度是影响土壤呼吸的主要因素,分别可以解释天然林和人工林土壤呼吸速率月动态变化的80.1%和81.0%;天然林土壤含水量与土壤呼吸速率呈显著正相关,但人工林两者不具有相关关系;天然林和人工林土壤呼吸速率与当月凋落物量和前一个月凋落物量呈极显著的正相关关系(P<0.01);指数方程计算的天然林和人工林土壤呼吸的Q10值分别为1.86和2.01,天然林和人工林土壤呼吸年通量值分别为14.34 t·(hm2·a)-1和11.18 t·(hm2·a)-1,天然林转换为人工林后,土壤呼吸年通量下降了22.03%.     

2011年春季日本福岛核泄漏污染输送:贵阳131I和137Cs观测示踪分析

2011年3月11日,日本本州9.0级地震引发了福岛核电站核泄漏,以及由此引起的131I和137Cs在全球大气环流传输已引起了重视.理论上也对这种输送路径进行了研究.本文报道2011年3月17日—4月28日在贵阳观风山对气溶胶中天然核素(210Pb、7Be)和人为核素(131I、137Cs)近地面空气浓度逐周采样的系统对比观测,并结合该时段贵阳离地面500m高度逐周315h的气团后向轨迹分析.结果表明:福岛核泄漏污染物通过两条显著的途径输送到贵阳地区.第一条是首波核污染通过全球大气环流传输,由西向东,几乎环绕地球一周,历经约10d至两周,最终在3月24日—31日从我国的西北地区入侵抵至贵阳;第二条途径则是福岛地区上空的核污染气团受东北天气系统的挤压南移并在低纬度地区再次先后受到东北和东南气流的影响,于4月7日—14日抵达贵阳.核污染的第一条输送路径是全球尺度,第二条是东亚区域尺度.     

Spatial and temporal variation of below-ground N transfer from a leguminous tree to an associated grass in an agroforestry system

Nitrogen (N) transfer from leguminous trees can be a major N source for the associated crop in low-input agroforestry systems. The aim of this study was to identify the main climatic and soil factors controlling N transfer from the leguminous tree Gliricidia sepium (Jacq.) Walp to the associated grass Dichanthium aristatum (Poir.) C.E. Hubb, in a 16-year-old tropical agroforestry system. Nitrogen transfer was estimated using the natural ¹⁵N abundance method. Before tree pruning, total N transfer represented 57% of the N uptake of the grass, including 31% coming from N₂ fixation. The spatial variation induced by the tree was well described by soil organic N content (ON). In this system, ON is an index of soil available N as well as of tree root density. Rainfall (R) and evapotranspiration (ETP) were the main climatic factors controlling N transfer. Multiple regression analysis indicated that R, ETP and ON explained 79% of the temporal and spatial variation of N transfer. Transferred N cannot be estimated after pruning because of the change in the isotopic signature of the soil N source. This was related to N release from root turnover. The results suggest that grass showed a preferential uptake of N coming from the tree, which could be due to a lower energy cost compared to obtaining absorbed N from the clayey soil used in this work.     

添加磷素对低磷稻田根际土壤固碳自养微生物数量的影响

为了探讨磷素添加对低磷稻田土壤固碳自养微生物数量的影响,以低磷水稻土为研究对象,设置添加磷素(P添加量为80 mg·kg~(-1))和不添加磷素两种处理土壤,种植水稻进行室内培养实验.利用实时荧光定量PCR(real-time PCR)技术分析了水稻分蘖期(移栽后14 d)和拔节期(移栽后22 d)添加磷素(P)和对照(CK)处理根际土壤固碳自养微生物cbb L、cbb M、acc A和acl B基因数量的差异,同时测定了土壤理化性质,并分析了不同处理方式下固碳功能基因丰度与土壤理化性质之间的关系.结果表明,分蘖期磷素添加降低了土壤MBC和NH+4-N含量,提高了土壤DOC、Olsen-P和p H;分蘖期P处理NO-3-N含量比CK处理低,而拔节期反而比CK处理高.分蘖期,磷素添加显著提高了cbb L、cbb M、acc A和acl B基因的数量,与CK处理相比,分别提高156%、99%、110%和193%.而磷素添加对拔节期cbb L、acc A和acl B基因数量的促进作用并不明显,对cbb M基因数量反而产生了抑制作用.冗余分析(RDA)显示,土壤Olsen-P含量是影响固碳自养微生物丰度最显著的环境因子.     

模拟氮沉降对内蒙古克氏针茅草原N2O排放的影响

随着工农业和社会的快速发展,我国成为全世界氮沉降最高的国家之一,温带草原地区的氮沉降水平局部可能超过3g·(m~2·a)~(-1).为研究氮沉降对我国典型草原生态系统氮循环的影响,在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅草原,对土壤氧化亚氮(N_2O)的排放进行了为期1 a测定;同时,对该天然草地施加Na NO_3~-N以模拟氮沉降增加,进行了6个水平:CK(对照)、N_2[2g·(m~2·a)~(-1)]、N5[5 g·(m~2·a)~(-1)]、N10[10 g·(m~2·a)~(-1)]、N_25[25 g·(m~2·a)~(-1)]和N50[50 g·(m~2·a)~(-1)]的野外控制实验.结果表明,在自然氮沉降条件下,该生态系统N_2O的排放主要取决于土壤含水量和土壤温度,通过参数拟合估计全年N_2O-N排放量为0.10 g·(m~2·a)~(-1),约为当地氮沉降量的3%.而提高氮沉降可以显著提高N_2O的排放,特别是在高氮处理下(N_25和N50),N_2O的年排放量与模拟氮沉降量呈线性关系.我国温带典型草原较高的温室气体N_2O排放值得关注.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(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,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.     

模拟酸雨对南方土壤硅铝释放的影响

通过模拟酸雨淋溶实验,分析了淋溶液pH值和硅铝离子释放规律和特点的关系．结果表明,模拟酸雨的酸度是决定土壤中硅铝淋溶释放量的主要因素．当pH＞3.0时释放量增幅较为缓慢,而pH＜3.0以后释放量骤增．土壤溶液中H⁺浓度的增加,使得以水解反应为主要过程的土壤矿物的风化作用加强,从而使硅铝释放量增大.     

不同退化程度羊草草原碳收支对模拟氮沉降变化的响应

2009~2010年,选择内蒙古温带典型草原区2个不同退化程度羊草群落为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置0g·(m2·a)-1(CK)、10 g·(m2·a)-1(MN)这2个氮处理水平,模拟研究了大气氮沉降水平变化对植物净初级生产力(NPP),土壤呼吸(Rs)以及整个群落碳收支(NEE)的定量影响,比较了不同退化程度草地群落NEE对等量氮添加的响应差异.结果表明,对于轻度退化羊草草原(样地A),MN处理生长季平均地上生物量(AGB)两年分别比CK增加21.5%及46.8%,而对于中度退化羊草草原(样地B),氮添加在2009年降低了植物AGB及地上NPP(ANPP),在2010年则表现为正效应;两年氮添加均增加了样地A与样地B的根系生物量(BGB)以及样地B的地下NPP(BNPP),但降低了2010年样地A的BNPP;氮输入增加并未明显改变Rs的时间变化规律.与CK处理相比,样地A的MN处理两年土壤微生物呼吸年累积通量较CK分别增加了14.6%与25.7%,而样地B则分别降低了10.4%与11.3%;样地A与样地B两年均表现为大气的碳汇,碳汇强度(以碳计)分别为59.22 g·(m2·a)-1与166.68 g·(m2·a)-1以及83.27 g·(m2·a)-1与117.47 g·(m2·a)-1.相对于CK,样地A两年碳汇增加量分别为15.79 g·(m2·a)-1与82.94 g·(m2·a)-1,样地B分别为74.54 g·(m2·a)-1与101.23 g·(m2·a)-1,单位氮输入量在初始氮水平低的草地群落能获得更大的增汇效应.