蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤易氧化有机碳时空动态的影响

蚂蚁筑巢定居能够形成与巢穴周围显著不同的微生境和土壤养分环境,从而对土壤易氧化有机碳(EOC)产生重要影响.本研究以中国科学院西双版纳勐仑热带植物园白背桐群落为研究对象,比较蚂蚁巢地与非巢地土壤EOC时空分布特征,并分析蚂蚁筑巢引起土壤理化性质的改变对土壤EOC时空动态的影响.结果表明: 研究区蚁巢和非蚁巢地土壤EOC随月份均呈明显的单峰型变化规律,表现为6月>9月>3月>12月;土壤EOC沿土层呈逐渐降低的变化趋势,在0～5 cm土层,蚁巢土壤EOC显著大于非巢地,在5～10和10～15 cm土层的差异不显著.蚂蚁筑巢显著提高了土壤温度、土壤有机碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物生物量碳、全氮、硝态氮和水解氮含量,显著降低了土壤含水率和容重,但对铵态氮、pH值的影响不显著.土壤有机碳、土壤微生物生物量碳是调控蚁巢和非巢地土壤EOC时空变化的主要因子,土壤温度、含水率、全氮和硝态氮等土壤指标对土壤EOC的影响次之.蚂蚁筑巢主要通过改变微生境(土壤温度和水分)及土壤养分(主要是土壤有机碳和微生物生物量碳)的状况,进而调控热带森林土壤易氧化有机碳的时空动态.     

蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤碳矿化动态的影响

蚂蚁作为生态系统工程师,能够通过筑巢定居活动增加有机物的输入、改变理化环境及刺激微生物活动,进而影响土壤有机碳矿化动态.本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,比较了蚁巢地与非巢地土壤有机碳矿化速率的动态特征,分析蚂蚁筑巢引起的土壤理化性质改变对土壤碳矿化速率的影响.结果表明: 蚂蚁筑巢显著影响土壤有机碳的矿化,相较于非巢地,蚁巢地平均土壤有机碳矿化速率提高19.2%;巢地与非巢地土壤有机碳矿化速率均表现为6月>9月>3月>12月;蚁巢地土壤有机碳矿化速率最大值出现在10～15 cm土层,而非巢地土壤有机碳矿化速率0～5 cm土层最高;蚂蚁筑巢对土壤理化性质产生了显著影响,相较于非蚁巢地,蚁巢地土壤温度、水分、有机碳、微生物生物量碳、全氮、水解氮、硝态氮和铵态氮平均增加幅度分别为7.6%、5.4%、9.9%、14.8%、13.4%、9.9%、24.1%、6.6%和19.4%,而土壤容重和pH平均降幅分别为1.4%和2.5%.相关性分析及主成分分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳是影响土壤有机碳矿化速率的主控因子,土壤全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮、温度和土壤含水率对土壤有机碳矿化的贡献次之.蚂蚁筑巢主要显著改变有机碳矿化的底物组分(土壤有机碳和土壤微生物生物量碳),进而调控西双版纳热带森林土壤有机碳矿化速率的时空动态.     

蚂蚁筑巢对不同恢复阶段热带森林土壤易氧化有机碳时空动态的影响

为探明热带森林恢复过程中蚂蚁筑巢对土壤易氧化有机碳(readily oxidizable carbon, ROC)时空动态的影响及机制, 本研究以西双版纳白背桐(Mallotus paniculatus)群落、野芭蕉(Musa acuminata)群落和崖豆藤(Mellettia leptobotrya)群落3种恢复阶段热带森林为研究对象, 设置“蚂蚁筑巢地”与“非巢地”2种处理进行野外控制实验, 对比分析蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量的时空变化特征, 并揭示这些变化与土壤微生物生物量碳及理化性质之间的相互关系。结果表明: (1)蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤ROC含量(P < 0.05), 蚁巢土壤ROC含量较非蚁巢提高了14.2%。不同恢复阶段蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量大小顺序为: 野芭蕉群落 > 崖豆藤群落 > 白背桐群落。(2)不同恢复阶段热带森林蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量均呈单峰型的时间变化趋势(P < 0.05), 最大值出现在6月, 且各月份蚁巢土壤ROC含量均高于非蚁巢。(3)不同恢复阶段热带森林蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量均随土层深度增加呈显著递减的垂直变化趋势(P < 0.05), 且蚁巢土壤ROC含量均大于非蚁巢(P < 0.05)。(4)蚂蚁筑巢引起的土壤理化性质变化对土壤ROC含量产生了一定的影响。土壤ROC含量与土壤pH和容重呈显著负相关(P < 0.05), 与土壤有机碳、微生物生物量碳、全氮、铵态氮及硝态氮呈显著正相关(P < 0.05)。土壤微生物生物量碳与总有机碳是蚁巢土壤ROC时空变化的主要贡献者, 而铵态氮、全氮和总有机碳是非蚁巢ROC时空变化的主控因子。因此, 蚂蚁筑巢改变热带森林土壤微生物量(如微生物生物量碳)及土壤理化性质(如总有机碳、铵态氮与全氮等), 进而显著影响土壤ROC的时空动态。     

蚂蚁筑巢对高檐蒲桃热带森林群落土壤呼吸的影响

蚂蚁筑巢能够改变热带森林土壤微生物与土壤理化性质的状况,从而对土壤呼吸时间动态产生重要影响。本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,采用Li-6400-09便携式土壤呼吸测定仪对蚂蚁筑巢地与非筑巢地土壤呼吸进行测定。研究结果表明:(1)高檐蒲桃群落土壤呼吸呈明显的单峰型季节变化趋势,且土壤呼吸速率蚂蚁筑巢地(4.96μmol CO_2m~(-2)s~(-1))高于非筑巢地(4.42μmol CO_2m~(-2)s~(-1))。(2)土壤温度和土壤水分显著影响土壤呼吸的时间动态(P0.01);蚂蚁筑巢显著改变巢内温度与水分(P0.05),进而影响土壤呼吸动态。土壤温度对土壤呼吸动态的贡献:蚁巢(83.8%—91.8%)大于非巢地(81.2%—83.1%),但由于筑巢地土壤湿度低于非巢地,土壤水分对土壤呼吸动态的贡献率表现为蚁巢低于非筑巢地。(3)蚂蚁筑巢显著增加土壤微生物生物量(P0.05),从而对土壤呼吸速率产生极显著的影响(P0.01)。蚂蚁筑巢引起微生物生物量碳的增加能够解释76.9%—71.1%的土壤呼吸变化。(4)蚂蚁筑巢引起土壤理化性质变化对土壤呼吸产生一定的影响。土壤容重与土壤呼吸速率呈显著负相关;土壤呼吸速率与土壤微生物量碳、有机质、易氧化有机碳、全氮、硝氮和铵氮显著正相关(P0.05或P0.01)。因此,蚂蚁筑巢显著改变土壤微生物(如微生物生物量碳)、土壤物理性质(如土壤温度与水分)、土壤化学性质(如碳和氮养分),进而对热带森林土壤呼吸产生重要影响。     

蚂蚁筑巢对热带次生林土壤N2O排放季节动态的影响

采用静态箱-气相色谱法，对西双版纳热带次生林崖豆藤群落中的蚁巢土壤N₂O排放通量的季节动态进行定位研究，分析蚂蚁筑巢引起土壤碳氮库及温湿度等土壤性质变化对N₂O排放的影响特征。结果表明：蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤N₂O排放，蚁巢土壤N₂O排放通量(0.67 mg·m^-2·h^-1)显著高于非蚁巢土壤(0.48 mg·m^-2·h^-1),较非蚁巢土壤增加了40.2%;蚁巢与非蚁巢土壤N₂O排放通量具有显著的季节变化，6月分别为0.90和0.83 mg·m^-2·h^-1,显著高于3月(分别为0.38和0.19 mg·m^-2·h^-1);蚂蚁筑巢显著增加了土壤含水率、温度、有机碳、全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮和微生物生物量碳，相较于非蚁巢增加了7.1%～74.1%,蚁巢土壤pH相较于非蚁巢土壤降低了9.9%。结构方程...     

蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤有机氮矿化的影响

蚂蚁作为生态系统工程师能够调节土壤微生物及理化环境,进而对热带森林土壤有机氮矿化速率及其时间动态产生显著影响。以西双版纳白背桐热带森林群落为研究对象,采用室内需氧培养法测定土壤有机氮矿化速率,比较蚁巢和非蚁巢土壤有机氮矿化速率的时间动态,揭示蚂蚁筑巢活动引起土壤无机氮库、微生物生物量碳及化学性质改变对有机氮矿化速率时间动态的影响。结果表明：（1）蚂蚁筑巢显著影响土壤有机氮矿化速率（P<0.01）,相较于非蚁巢,蚁巢土壤有机氮矿化速率提高了261%;（2）土壤有机氮矿化速率随月份推移呈明显的单峰型变化趋势,即6月最大（蚁巢1.22 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.41 mg kg^-1 d^-1）,12月最小（蚁巢0.82 mg kg^-1 d^-1、非蚁巢0.18 mg kg^-1 d^-1）;（3）两因素方差分析表明,不同月份及不同处理对土壤有机氮矿化速率、NH₄-N及NO₃-N产生显著影响（P<0.05）,但对NO₃-N的交互作用不显著;（4）蚂蚁筑巢显著提高了无机氮库（NH₄-N与NO₃-N）、微生物生物量碳、有机质、水解氮、全氮及易氧化有机碳等土壤养分含量,而降低了土壤pH值;（5）回归分析表明,铵态氮和硝态氮对土壤有机氮矿化速率产生显著影响,分别解释87.89%、61.84%的有机氮矿化速率变化;（6）主成份分析表明NH₄-N、微生物生物量碳及有机质是影响有机氮矿化速率时间动态的主要因素,而全氮、NO₃-N、易氧化有机碳、水解氮及pH对土壤有机氮矿化速率的影响次之,且pH与土壤有机氮矿化速率呈显著负相关。总之,蚂蚁筑巢活动主要通过影响土壤NH₄-N、微生物生物量碳及有机质的状况,进而调控西双版纳热带森林土壤有机氮矿化速率的时间动态。研究结果将有助于进一步提高对土壤氮矿化生物调控机制的认识。     

蚂蚁巢穴对高檐蒲桃热带次生林土壤CH4排放通量的影响

探明蚂蚁巢穴对热带次生林土壤甲烷排放的影响过程及机理,对于理解土壤动物活动对温室气体排放的贡献具有重要科学意义。以西双版纳高檐蒲桃热带次生林群落为研究样地,采用静态箱-气相色谱法测定蚁巢与非蚁巢土壤甲烷排放干湿季动态,探讨蚂蚁巢穴引起土壤功能微生物多样性及理化性质的变化对甲烷排放的影响机制。结果表明：1)蚂蚁巢穴显著促进土壤甲烷的排放,蚁巢排放量是非蚁巢土壤的2.6倍。2)蚁巢与非蚁巢土壤甲烷排放通量具有显著的干湿季变化,干季为碳汇,其通量变幅为(-0.29±0.03)～(-0.53±0.02)μg·m^-2·h^-1;湿季为碳源(0.098±0.02)～(0.041±0.009)μg·m^-2·h^-1;蚁巢甲烷通量均大于非巢地,蚁巢干湿季变幅(-0.38±0.01)～(0.12±0.02)μg·m^-2·h^-1小于非巢地(-0.65±0.04)～(0.058±0.006)μg·m^-2·h^-1。3)蚂蚁巢穴显著促进土壤产...     

热带森林不同演替阶段蚂蚁巢穴的分布特征及其影响因素

为探明热带森林蚂蚁巢穴的分布特征及其影响因素, 采用样方法研究了西双版纳不同演替阶段热带森林定居巢穴蚂蚁的种类及其巢穴的密度、盖度和空间分布特征, 并分析了土壤理化环境与蚂蚁种类总数、巢穴密度及盖度的相关性。结果表明, 不同演替阶段热带森林蚂蚁种类总数、巢穴的密度及盖度大小顺序为: 小果野芭蕉 (Musa acuminata)群落>白背桐(Mallotus paniculatus)群落>思茅崖豆(Mellettia leptobotrya)群落, 并且热带森林的演替类型显著影响蚂蚁种类总数及巢穴密度, 而对巢穴盖度的影响未达到显著水平; 蚂蚁种类总数、巢穴密度与土壤总有机碳和水解氮显著正相关, 与土壤容重和土壤含水率显著负相关, 但所选择的土壤理化指标与巢穴盖度的相关性均未达到显著水平; 蚂蚁巢穴的空间分布呈随机分布格局。我们的数据表明, 不同演替阶段热带森林所形成的植被类型及土壤环境状况共同影响定居的蚂蚁种类总数与筑巢密度。     

荒漠草地土壤微生物生物量和微生物熵对沙漠化的响应

采用空间序列代替时间演替的方法,分析宁夏中北部盐池县荒漠草地不同沙漠化阶段(荒漠草地、固定沙地、半固定沙地和流动沙地)土壤微生物生物量(SMB)和微生物熵(qMB)的变化特征及其影响因子.结果表明:从荒漠草地到流动沙地,土壤微生物生物量碳、氮、磷分别降低46.1%、80.8%和30.0%.随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,土壤微生物熵碳(qMBC)、土壤微生物熵氮(qMBN)、土壤微生物熵磷(qMBP)均表现为荒漠草地>固定沙地>半固定沙地>流动沙地,而土壤-微生物化学计量不平衡性(C∶Nimb、C∶Pimb、N∶Pimb)基本呈增加趋势.土壤微生物生物量氮与C∶Nimb呈显著正相关,与N∶Pimb呈显著负相关;土壤微生物生物量磷与C∶Pimb呈显著正相关.冗余分析(RDA)显示,土壤生态化学计量(C∶N、C∶P)对微生物熵碳的负效应最明显.荒漠草地沙漠化显著影响土壤微生物生物量和微生物熵.     

呼伦贝尔典型退化草原土壤理化与微生物性状

以内蒙古克鲁伦河流域呼伦贝尔典型草原为对象,设置了轻度、中度和重度退化3种类型样地,研究不同程度退化草原的物种组成、地上生物量、土壤理化性状、土壤微生物数量和酶活性,以及微生物生物量的变化.结果表明: 中度退化样地的群落物种丰富度最大,轻度退化样地的地上生物量显著高于重度退化样地.退化样地的土壤水分、养分(有机质、全氮),微生物量碳、氮,以及微生物数量和酶活性显著下降,土壤容重显著增加.退化样地的土壤微生物生物量碳、氮在128～185和5.6～13.6 g·kg^-1,土壤脱氢酶和脲酶活性均与土壤容重呈显著负相关,与土壤全氮、有机质、微生物数量以及微生物生物量碳、氮呈显著正相关,地上生物量与土壤细菌和真菌数量呈不同程度的正相关.     

放牧和刈割对内蒙古典型草原土壤可提取碳和氮的影响

依托内蒙古典型草原的长期野外放牧控制试验,探讨了放牧和刈割对土壤有机碳、全氮、可提取碳和氮、微生物生物量碳和氮的影响.结果表明: 放牧使可提取有机碳降低11.4%～37.1%,而刈割使可提取有机碳升高5.8%.放牧和刈割分别使可提取氮升高10%～340%和10%～240%.放牧强度不高于6.0 sheep·hm^-2的条件下有利于维持甚至增加微生物生物量碳,而重度放牧(7.5和9.0 sheep·hm^-2)则减少微生物生物量碳.刈割处理下微生物生物量碳和氮分别升高31.0%和9.8%.通径分析表明,放牧处理下微生物生物量碳的主要影响因素是有机碳、可提取全氮和全氮,其中直接影响因素是有机碳和可提取全氮;微生物生物量氮的主要影响因素是土壤pH、可提取有机碳、有机碳和可提取全氮,其中直接影响因素是有机碳和可提取全氮.刈割及轻度和中度放牧有利于维持或改善土壤功能,重度放牧将引起土壤退化.     

蚂蚁扰动对土壤有机碳循环过程的影响研究进展

蚂蚁作为生态系统的消费者和分解者,其对土壤有机碳库的影响一直是学术界研究的热点。目前研究主要从蚂蚁对土壤宏量元素储量、理化性质、微生物群落活动等方面探究蚂蚁对土壤有机碳库的影响。本文综述了蚂蚁扰动对土壤有机碳循环过程特征的影响。蚂蚁筑巢改变了蚁穴土壤的微生境、微气候与土壤理化性质,并通过重构土壤微生物群落结构特征、调控地表植被演替过程与格局等方式,直接或间接的影响蚁巢中土壤有机碳来源、碳库分配过程、有机碳库稳定性、有机质微观分子特征等,在微域、局地乃至景观尺度上影响土壤有机碳的循环过程。未来研究应着重从量化蚂蚁扰动及其导致的环境因子波动对土壤碳通量变化的贡献、建立定量模型联系并统一蚂蚁影响下土壤碳循环过程、厘清蚂蚁影响土壤有机碳库稳定性的机制等方面开展深入研究,揭示蚂蚁作为“生态工程师”在调控土壤碳循环过程中的作用机制。     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

黄河三角洲贝壳堤土壤微生物生物量对不同生境因子的响应

从土壤微生物生物量角度分析黄河三角洲贝壳堤不同生境的土壤肥力状况,基于黄河三角洲贝壳堤植被类型,以4种不同生境的土壤为研究对象,测定了微生物生物量碳、氮、磷和相关的土壤理化性质。结果表明,不同生境中土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤微生物生物量(MBN)、土壤微生物生物量(MBP)均值均为滩脊背海侧高潮线向海侧,且表现出明显的垂直分布特征:0—5 cm5—10 cm10—20 cm20—40 cm40—60 cm。土壤MBC、MBN、MBP占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比变化范围分别为1.09%—3.48%、2.62%—7.27%、0.78%—2.86%,滩脊、背海侧和高潮线处MBC/SOC无显著差异(P0.05),但显著高于向海侧MBC/SOC(P0.05)。土壤MBN/TN、MBP/TP的变化趋势为滩脊和背海侧向海侧和高潮线。滩脊和背海侧土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为土壤含水量、p H值、含盐量;向海侧和高潮线区域土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为含水量和pH值。滩脊、背海侧和高潮线土壤微生物生物量碳、氮、磷及土壤养分间的相关关系显著或极显著,且协同性和稳定性高,表明土壤微生物生物量碳、氮、磷可以作为判断黄河三角洲贝壳堤土壤肥力状况的生物学指标,这为黄河三角洲贝壳堤的土壤肥力管理和植被恢复提供一定的理论依据。     

氮添加诱导的磷限制改变了亚热带黄山松林土壤微生物群落结构

土壤微生物在陆地生态系统的生物地球化学循环中起着重要作用。然而目前尚不清楚氮(N)添加量及其持续时间如何影响土壤微生物群落结构,以及微生物群落结构变化与微生物相对养分限制状况是否存在关联。本研究在亚热带黄山松林开展了N添加试验以模拟N沉降,并设置3个处理:对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低N(LN, 40 kg N·hm^-2·a^-1)和高N(HN, 80 kg N·hm^-2·a^-1)。在N添加满1年和3年时测定土壤基本理化性质、磷脂脂肪酸含量和碳(C)、N、磷(P)获取酶活性,并通过生态酶化学计量分析土壤微生物的相对养分限制状况。结果表明: 1年N添加对土壤微生物群落结构无显著影响,3年LN处理显著提高了革兰氏阳性菌(G⁺)、革兰氏阴性菌(G^-)、放线菌(ACT)和总磷脂脂肪酸(TPLFA)含量,而3年HN处理对微生物的影响不显著,表明细菌和ACT对N添加可能更为敏感。N添加加剧了微生物C和P限制,而P限制是土壤微生物群落结构变化的最佳解释因子。这表明,N添加诱导的P限制可能更有利于部分贫营养菌(如G⁺)和参与P循环的微生物(如ACT)的生长,从而改变亚热带黄山松林土壤微生物群落结构。     

土壤微生物学特性对土壤健康的指示作用

土壤健康是陆地生态系统可持续发展的基础。作者通过概述土壤微生物学特性(土壤微生物群落结构、土壤微生物生物量、土壤酶活性)与土壤质量的关系, 阐明了土壤微生物对土壤健康的生物指示功能。研究表明: 土壤中细菌、真菌和放线菌的组成及其所占比率在一定程度上反映了土壤的肥力水平: 在土壤性质和肥水条件较好的土壤中, 细菌所占比率较高。土壤微生物生物量与土壤有机质含量密切相关, 而且土壤微生物生物量碳与土壤有机碳的比值(C_mic : C_org)和土壤微生物代谢熵(qCO2)的变化在一定程度上反映了土壤有机碳的利用效率。一般情况下, 土壤酶活性高的土壤中, 土壤微生物生物量碳、氮含量也高。因此, 土壤微生物学特性可以反映土壤质量的变化, 并可用作评价土壤健康的生物指标。