武夷山国家公园不同林地土壤呼吸动态变化及其影响因素

探明亚热带山岳型国家公园不同林地利用方式下土壤呼吸（R_s）的动态变化规律以及影响因素,对准确评价和预测该区域以国家公园为主体的自然保护地体系的碳收支具有重要的现实意义。以武夷山国家公园为研究对象,利用Li-8100开路式土壤碳通量测定系统对茶园、锥栗（Castanea henryi（Skam） Rehd.et Wils.）林、马尾松（Pinus massoniana Lamb.）林和裸地的土壤呼吸及近地面气温、土壤温度、土壤湿度、土壤养分和土壤微生物碳（MBC）、氮（MBN）进行测定。结果显示：（1）与近地面气温、土壤温度和土壤湿度相同,不同林地的R_s均呈现夏 > 春 > 秋 > 冬的季节动态,R_s的季节均值按大小排序为茶园（3.10 μmol m^-2 s^-1） > 马尾松（2.96 μmol m^-2 s^-1） > 锥栗（2.32 μmol m^-2 s^-1） > 裸地（1.43 μmol m^-2 s^-1）,锥栗和裸地之间、锥栗与马尾松之间均差异显著（P<0.01）。除马尾松林外,其他林地水热因子（近地面气温、土壤温度和土壤湿度）的单因子二次多项式模型对R_s的拟合度最高。水热因子共同建立的复合模型中,土壤温度、湿度的幂-指数模型对茶园R_s的拟合度较高,土壤温度和土壤湿度能够解释R_s变化的80%,马尾松林的R_s较适用于土壤温度、湿度建立的对数函数模型,而三因子线性模型（进入回归法）对锥栗林和裸地的R_s的拟合度最优,R²分别为0.565和0.281。（2）茶园和锥栗林的碳、氮、磷含量均高于马尾松林和裸地,MBN含量茶园 > 马尾松 > 锥栗 > 裸地。茶园的R_s与全磷（TP）、有效磷（AP）、全钾（TK）、速效钾（AK）含量呈极显著（P<0.01）正相关,马尾松林的R_s受TP、TK、AK含量的影响极显著（P<0.01）,锥栗林的R_s与TK、AK、MBN含量呈现显著（P<0.05）正相关,裸地的R_s受MBN含量影响较为显著（P<0.05）,4种林地土壤呼吸与养分的多元逐步回归方程R²均接近1。综上,茶园和马尾松林土壤呼吸速率较高,且所有林地的土壤呼吸均呈现夏 > 春 > 秋 > 冬的季节动态。温度和湿度与土壤呼吸的相关性强,是水热条件丰富的亚热带山岳地区土壤呼吸季节变化的主导因素,其中武夷山茶园土壤呼吸对水热因子的响应在4种林地中最为敏感。除温度和湿度外,各林地土壤呼吸受P、K元素的影响较大,其中茶园主要受P元素影响,马尾松林地受K元素影响较多。     

华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及酶活性对模拟氮沉降的响应

在森林土壤中，无机氮的垂直移动速率较快，因此大气氮沉降极有可能对下层森林土壤造成较大影响，且表层土壤往往与下层土壤的物理化学特性和所处环境差异较大，因此土壤剖面中不同深度的土壤对大气氮沉降的响应可能存在较大差异。以往研究表明，"华西雨屏"区的年均氮湿沉降量高达95 kg N hm^-2 a^-1，处于中国最高水平，该森林生态系统出现一定氮饱和特征。基于以上背景，研究华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及相关酶活性对模拟氮沉降的响应，从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验，分别设置对照（CK，+0 g N hm^-2 a^-1）、低氮（LN，+5 g N hm^-2 a^-1）和高氮（HN，+15 g N hm^-2 a^-1）3个氮添加水平。在氮沉降进行5年后进行土壤采样，测定不同深度土壤（上层0-15 cm、中层15-30 cm、下层30-45 cm）全氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量及氮矿化相关酶活性。结果表明：（1）该常绿阔叶次生林不同深度土壤TN有显著差异；（2）模拟氮沉降对该系统土壤氮矿化总体表现出极显著抑制作用，其中中层土壤抑制作用最为强烈，净氮矿化速率主要受硝化过程的影响；（3）氮矿化相关酶活性均随土壤深度的加深而降低，模拟氮沉降对土壤脲酶活性有极显著促进作用，对土壤硝酸还原酶活性有显著抑制作用。由于无机氮在土壤剖面中的高度可移动性，深层土壤氮循环和特征对氮沉降的响应需要更加密切的关注。     

温度和水分变化对冻土区泥炭地土壤氮循环功能基因丰度的影响

以大兴安岭多年冻土区泥炭地为研究对象,通过室内模拟增温实验,研究温度升高对不同深度（0-150 cm）土壤氮循环功能基因丰度的影响。同时针对0-20 cm和20-40 cm土壤设置两个水分处理,分别为土壤原始含水量和淹水状态,研究水分变化对表层土壤氮循环功能基因丰度的影响。结果表明温度升高显著提高了活动层（0-60 cm）、过渡层（60-80 cm）、永冻层（80-100 cm）中nifH、nirK基因丰度,温度升高显著提高了活动层（0-40 cm）和过渡层（60-80 cm）中nirS基因丰度。温度升高显著提高了过渡层（60-80 cm）NH₄⁺-N和较深永冻层（140-150 cm）NO₃^--N的含量,但降低了过渡层（60-80 cm）NO₃^--N和较深永冻层（120-150 cm）NH₄⁺-N的含量,相关性分析表明,NH₄⁺-N含量与nifH和nirS基因丰度呈显著正相关,NO₃^--N含量与nirK基因丰度呈显著正相关,说明温度升高能够通过改变微生物丰度促进过渡层固氮作用和反硝化作用。在增温条件下,淹水处理使表层土壤nirS和nirK基因丰度及NH₄⁺-N含量降低,但提高了NO₃^--N含量,说明淹水造成了过度还原的条件使反硝化底物浓度降低,降低反硝化微生物活性进而抑制了土壤反硝化作用。该结果对于明确未来气候变化影响下冻土区泥炭地土壤氮循环过程具有重要意义。     

川西亚高山天然次生林不同演替阶段土壤-微生物生物量及其化学计量特征

开展不同恢复演替阶段天然次生林土壤-微生物生物量及其化学计量特征关系的研究,可为有效和持续管理川西亚高山次生林提供科学依据。以川西亚高山米亚罗林区20世纪60、70、80年代3种采伐迹地经自然恢复演替形成的次生林（SF60、SF70和SF80）和岷江冷杉（Abies faxoniana）原始林（PF）为研究对象,探讨了表层（0-20 cm）土壤有机碳（C_soil）、全氮（N_soil）、全磷（P_soil）含量及微生物生物量碳（C_mic）、氮（N_mic）、磷（P_mic）含量随自然恢复演替的变化特征,分析了它们的化学计量比与微生物熵（qMB）之间的相互关系。结果表明：（1）随着恢复演替年限的增加,C_soil和N_mic含量显著降低,N_soil和P_soil及C_mic和P_mic含量呈现先升后降的显著变化趋势,且3种次生林的表层土壤碳、氮、磷及其微生物生物量的含量均低于PF。（2）次生林恢复年限对土壤微生物熵C（qMBC）和P（qMBP）没有显著影响,但对土壤微生物熵N（qMBN）存在显著影响。（3）土壤-微生物化学计量不平衡性C_imb：N_imb随自然恢复演替进程呈先降后升的显著变化趋势,C_imb：P_imb呈不显著的降低趋势,N_imb：P_imb呈现显著降低趋势。冗余分析显示,N_imb：P_imb和C_mic：N_mic是影响qMB变化的主导因子,其中N_imb：P_imb解释了qMB变化的62.6%,说明土壤氮磷及其活性组分（N_mic和P_mic）含量变化可能会影响到qMB变化。综上可知,次生林近60 年的自然恢复演替引起了土壤碳氮磷含量的显著变化;天然次生林土壤-微生物生物量碳氮磷化学计量比主要受到氮磷的协同影响,且SF60土壤质量状况较差,为此,对SF60林分可适当增加氮素供给以促进其林木生长,进而提升土壤质量。     

喀斯特不同土地利用方式和恢复模式对土壤酶活性C:N:P比值的影响

为探究喀斯特地区不同土地利用方式和生态恢复模式对土壤酶活性及其碳(C):氮(N):磷(P)比值的影响,该文在广西环江县的中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站长期定位观测试验地选取了3种土地利用方式 [退化干扰地、牧草地和果树(枇杷)林地]和4种恢复模式(常绿乔木林、落叶乔木林、常绿落叶混交林和自然恢复林)作为研究对象,分析了4种土壤酶 [β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和碱性磷酸酶(ALP)]的活性和C:N:P比值变化与土壤生态因子之间的关系。结果表明:(1)恢复模式土壤的4种酶活性均高于土地利用方式。在不同土地利用方式中,牧草地4种酶的活性、C:P和N:P比值高于其他两种土地利用方式; 在不同恢复模式中,落叶乔木林的βG和ALP酶活性显著高于自然恢复林和常绿乔木林,常绿乔木林的NAG酶活性显著高于其他3种恢复模式,而落叶乔木林的酶活性C:P比值和常绿落叶混交林的酶活性N:P比值均显著低于其他3种恢复模式。另外,酶活性计量比值矢量角度分析显示,所有土地利用和恢复模式受磷限制。(2)4种酶活性均与土壤有机碳(SOC)、铵态氮(NH⁺₄-N)和硝态氮(NO₃^--N)含量呈显著正相关,与全磷(TP)含量呈显著负相关; βG酶活性与速效磷(AP)含量呈显著正相关,ALP酶活性与全氮(TN)含量呈显著正相关。(3)冗余分析(RDA)显示,土壤TP、NH⁺₄-N、NO₃^--N和AP含量分别解释了土壤酶活性和C:N:P比值变化的38.3%、9.5%、9.3%和8.0%。综上认为,喀斯特不同土地利用和恢复模式中土壤磷限制普遍存在,意味着土地利用开发和恢复过程中磷的赋存和转化是土壤质量改善的重点。另外,牧草地、常绿落叶混交林和落叶乔木林相对于其他土地利用和恢复模式具有较高的土壤酶活性和C:P比值以及AP含量,表明牧草和落叶植物可能对喀斯特土地利用和生态恢复过程中土壤质量改善有积极作用。     

氮添加对戴云山黄山松林土壤有机氮解聚酶活性的影响及其调控因素

解聚作用是控制土壤有机氮矿化和氮素有效性供应的关键,然而氮沉降对亚热带森林土壤有机氮解聚作用的影响机制尚不明确。以福建戴云山黄山松林为研究对象,设置对照（CT）、低氮（LN）和高氮（HN）3个氮添加水平,进行为期2年的氮沉降模拟试验。通过分析土壤化学性质、微生物生物量和土壤8种有机氮解聚酶活性的变化,探究土壤有机氮解聚作用响应氮沉降的机理过程。结果表明：短期氮添加显著增加0-10 cm和10-20 cm土层矿质氮含量,并显著增加了10-20 cm土层微生物生物量碳（MBC）的含量。同时,0-10 cm土壤锰过氧化物酶活性随氮添加量增加而显著提高,HN处理下土壤漆酶活性显著高于LN和CT;10-20 cm土壤的酸性蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶和漆酶活性均随氮添加量增加而显著提高,但是谷氨酰胺酶活性变化相反。冗余分析表明两个土层有机氮解聚酶活性影响因素不同,土壤硝态氮（NO₃^--N）是0-10 cm土层有机氮解聚酶活性的主要影响因素,而10-20 cm土层有机氮解聚酶活性由NO₃^--N和MBC共同影响。综上所述,亚热带黄山松林土壤不同有机氮解聚酶对氮添加的响应不一致,主要受土壤NO₃^--N和MBC调节。该研究有助于拓宽土壤氮循环对氮沉降的响应机理,同时对维持土壤有效氮含量和提高黄山松生态系统生产力具有重要意义。     

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。     

会仙岩溶湿地4种覆被下土壤酶活性和微生物生物量

研究湿地系统中的稻田被撂荒以后土壤酶活性和微生物生物量的变化可以为湿地的保护提供参考依据。以桂林会仙岩溶湿地为研究样地,采集芦苇湿地、华科拉莎草湿地、稻田撂荒地（以双穗雀稗和莲子草为优势植被）和稻田的耕层土壤样品,采用比色法和氯仿熏蒸法分别检测土壤酶活性和微生物生物量。结果表明,稻田撂荒地的土壤微生物生物量碳（MBC）为（345.20±30.06） mg/kg,显著低于其它三种覆被下的土壤;微生物生物量氮（MBN）、微生物DNA、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性分别为（48.03±18.48） mg/kg、（5.65±1.48）μg/kg、（19.16±1.43） mg g^-1（24h）^-1和（2.20±0.94） mg g^-1（24h）^-1,均显著低于稻田,而与两种天然湿地没有显著差异。主成分分析表明,稻田撂荒地能与稻田明显分开,而与其它两种覆被土壤有所交叉。统计分析表明,MBC和碱性磷酸酶活性均与pH呈显著正相关关系（P<0.05）;MBN、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性均与土壤总有机碳（SOC）呈显著的正相关关系（P<0.05）;土壤微生物DNA与SOC、总氮（TN）和碱解氮（AN）均呈显著正相关关系（P<0.01）,与Mg²⁺呈显著正相关关系（P<0.05）。以上研究结果表明,会仙湿地中的稻田在撂荒以后,土壤微生物生物量和两种土壤酶活性显著降低,影响微生物生物量和土壤酶活性变化的主要因素是pH、SOC、TN、AN和Mg²⁺。因此,建议在稻田撂荒地上重新种植水稻,以加快会仙岩溶湿地的恢复过程。     

氮添加对巴音布鲁克高寒湿地土壤微生物量和酶活性的影响

随着全球氮沉降速率的快速增加,已对陆地生态系统微生物群落活性和代谢产生了深刻的影响。因此迫切需要了解全球气候变化敏感区土壤中微生物量和酶活性对氮添加的响应。为此,以中亚干旱区巴音布鲁克高寒湿地为研究对象,在保护良好的高寒湿地选择沼泽(S)、沼泽草甸(SM)和草甸(M)3种湿地类型布设野外原位氮添加试验(施氮浓度分别为0、8、16 kg N hm^-2 a^-1),探究短期氮添加对土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳/氮(MBC/MBN)、微生物商(QMB)、土壤蛋白酶、脲酶、碱性磷酸酶、H₂O₂酶和蔗糖酶活性的影响。结果表明:(1)高寒湿地不同湿地类型土壤微生物量和酶活性存在显著差异,其中SM土壤MBC、MBN、MBC\\N、QMB较S和M区高,对酶活性而言,SM和M区土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性较高,M区H₂O₂酶和脲酶活性较高。(2)氮添加显著增加了3种湿地类型中土壤MBC和MBN,其中MBC增加了7.00%-119.00%,MBN增加了8.03%-38.26%。氮添加仅显著增加了S和SM区土壤MBC/N和QMB (增加了24.68%-113.10%),但抑制了M区土壤MBC/N和QMB (抑制了8.93%-10.36%)。(3)氮添加显著增加了3种湿地类型土壤中脲酶、蛋白酶和H₂O₂酶活性,分别增加了7.25%-59.63%、4.71%-58.55%和34.70%-157.27%。但是氮添加对土壤碱性磷酸酶活性无显著影响。对蔗糖酶而言,N1处理增加了S区土壤蔗糖酶活性(增加了58.58%),而N2处理显著降低了22.72%。氮添加对SM和M区蔗糖酶活性无显著影响。(4)结构方程模型的结果显示,氮添加直接增加了土壤微生物量和酶活性。而随着湿地类型的变化(S-SM-M)直接和间接(通过pH)增加了酶活性;湿地类型的变化还通过影响pH、有机碳和有效养分间接增加了土壤微生物量。总之,氮添加和湿地类型可直接或间接的影响着土壤微生物量和酶活性。其中,土壤pH和有机碳是微生物量和酶活性变化的主要影响因素。本研究可为中亚干旱区高寒湿地应对未来气候变化的措施的制定提供技术参考。     

武夷山不同海拔森林表层土壤轻组有机质特征

土壤轻组有机质是土壤有机质的重要组分,研究轻组有机质在不同森林生态系统土壤中的变化规律对理解土壤有机质形成与转换具有重要意义。以福建省武夷山国家级自然保护区不同海拔的常绿阔叶林（海拔600 m）、针阔混交林（海拔1000 m）和针叶林（海拔1400 m）为研究对象,利用密度分组方法分离了表层（0-5 cm和5-10 cm）土壤轻组有机质,研究了不同海拔森林土壤轻组有机质特征及其影响因素。结果表明：针阔混交林表层土壤的轻组有机质含量大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且轻组有机碳的含量变化亦是如此（P < 0.05）,而轻组有机氮的含量无显著差异（P > 0.05）。表层土壤对应土层的轻组C：N大于土壤C：N,针阔混交林轻组C：N和土壤C：N均大于其他林分类型。0-5 cm与5-10 cm土层针阔混交林的轻组有机碳、氮储量均大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且针阔混交林的轻组有机碳、氮储量所占土壤有机碳与总氮的比重均大于其余两种林分。0-10 cm土层针叶林土壤有机碳与总氮含量与储量最高,并随海拔降低而减小,但差异不显著（P > 0.05）。相关分析结果表明,轻组有机碳、氮储量与SOC、DOC、MBC和细根生物量具有显著相关关系（P < 0.05）,而与年凋落物量无关（P > 0.05）,说明地下细根可能是土壤轻组有机质的重要来源。因此,在未来气候和植被变化共同作用下,地下细根对土壤轻组有机质的形成可能具有不可忽视的作用。     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤微生物群落特征的影响

为了探讨氮磷添加对土壤微生物特点的影响,选择安徽省池州仙寓山常绿阔叶老龄林,设定了4个水平的氮磷添加试验,即对照(CK,0 kg N/hm~2)、低氮(LN,50 kg N/hm~2)、高氮(HN,100 kg N/hm~2)、高氮+磷(HN+P,100 kg N/hm~2+50 kg P/hm~2)。利用氯仿熏蒸法和Biolog微平板技术,分析不同水平氮磷添加对不同土层(0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm)土壤微生物生物量C(MBC)、N(MBN)和微生物群落功能多样性的影响。结果表明:MBC、MBN随土层加深而降低,且差异性极显著,MBC与MBC/MBN比在氮磷添加后均表现出显著性差异;土壤微生物群落的代谢活性随土层加深而降低,HN与LN处理的土壤微生物活性最高;Mc Intosh、Shannon和Simpson多样性指数在不同土层和不同N、P添加水平上都存在差异,表层土壤微生物多样性指数差异性较为显著。土壤微生物对羧酸类、氨基酸类和碳水类碳源利用率最高;主成分分析显示不同土层的土壤微生物碳源利用上有明显的变化,表层土壤微生物碳源利用在不同N、P添加水平上有明显的空间变异性,其他土层分布较为集中,空间差异性主要表现在对碳水类与羧酸类碳源的利用上。土层与氮、磷添加剂量对土壤微生物生物量C、N及功能多样性都有显著影响,其中高氮处理对表层土壤微生物影响最大。     

川西亚高山森林土壤呼吸和微生物生物量碳氮对施氮的响应

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统。土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者。由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性。而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定?基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m~(-2) a~(-1)、N1:2 g m~(-2)a~(-1)、N2:5 g m~(-2) a~(-1)、N3:10 g m~(-2)a~(-1)),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况。结果表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11%—15%,土壤微生物量碳提高了5%—9%,土壤微生物量氮提高了23%—34%。在中氮水平下(5 g m~(-2) a~(-1))对土壤呼吸的促进最显著。相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关。通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q_(10)值(7.10)明显高于对照(4.26)。     

林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响

为了明晰林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响,以徐州市50年生侧柏人工林为研究对象,探讨了开设林窗2a后3种林窗尺度(半径分别为4m,S林窗;8m,M林窗;12m,L林窗)和位置(林窗内、林缘和林窗外部)对土壤微生物生物量碳氮(MBC,Microbial Biomass Carbon;MBN,Microbial Biomass Nitrogen)的影响。结果表明:(1)与对照样地相比,L林窗显著提高了春季(207.1mg/kg)和夏季(169.5mg/kg)林窗外部的土壤MBN含量;M林窗显著提高了春季林窗内部(2959.3mg/kg)和林缘(3008.8mg/kg)位置土壤MBC含量和林缘位置(207.7mg/kg)土壤MBN含量,且显著提高了夏季林窗内部(144.4mg/kg)土壤MBN含量;S林窗显著降低了春季林窗外部和林缘位置土壤MBC(分别为2159.2mg/kg和1955.1mg/kg)和MBN(分别为153.1mg/kg和131.3mg/kg)含量。(2)土壤MBC含量与土壤全碳和土壤可溶性有机碳(DOC)含量呈极显著(P0.01)正相关,与土壤温度呈极显著负相关(在3—27℃之间);土壤MBN含量与土壤含水量和DOC含量呈极显著正相关,与土壤全碳呈显著正相关;土壤MBC和MBN含量与凋落物量没有显著相关关系。本研究中,相对于S和L林窗,M林窗对土壤微生物生物量的提高作用较为明显,可促进侧柏人工林土壤碳氮循环过程,在徐州侧柏人工林中开设M林窗有利于提高土壤肥力和林木生长。     

Responses of soil chemical and biological properties to nitrogen addition in a Dahurian larch plantation in Northeast China

Soil microbial properties play a key role in belowground ecosystem functioning, but are not well understood in forest ecosystems under nitrogen (N) enrichment. In this study, soil samples from 0–10 cm and 10–20 cm layers were collected from a Dahurian larch (Larix gmelinii Rupr.) plantation in Northeast China after six consecutive years of N addition to examine changes in soil pH, nutrient concentrations, and microbial biomass and activities. Nitrogen addition significantly decreased soil pH and total phosphorus, but had little effect on soil total organic carbon (TOC) and total N (TN) concentrations. The NO ₃ ^? -N concentrations in the two soil layers under N addition were significantly higher than that in the control, while NH ₄ ⁺ -N concentrations were not different. After six years of N addition, potential net N mineralization and nitrification rates were dramatically increased. Nitrogen addition decreased microbial biomass C (MBC) and N (MBN), and MBC/TOC and MBN/TN in the 0–10 cm soil layer, but MBC/MBN was increased by 67% in the 0–10 cm soil layer. Soil basal respiration, microbial metabolic quotient (qCO₂), and β-glucosidase, urease, acid phosphomonoesterase and nitrate reductase activities in the two soil layers showed little change after six years of N addition. However, soil protease and dehydrogenase activities in the 0–10 cm layer were 41% and 54% lower in the N addition treatment than in the control, respectively. Collectively, our results suggest that in the mid-term N addition leads to a decline in soil quality in larch plantations, and that different soil enzymes show differentiated responses to N addition.     

长白山天然次生林土壤微生物量对氮沉降的响应

土壤微生物作为土壤养分的生物驱动因素,氮沉降会改变其活性和生物量,从而打破土壤养分循环动态平衡。氮沉降对热带、亚热带森林以及温带原始林生态系统土壤微生物量影响的研究较多,但对温带天然次生林影响的研究鲜有报道。于2016年5月(春)、7月(夏)和9月(秋)分别对长白山模拟10年氮沉降的控制试验样地——白桦山杨次生林进行了野外调查。控制试验分为3个氮添加处理,对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮(LN 25 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮(HN 50 kg N hm~(-2)a~(-1)),按照土壤层(0—10 cm和10—20 cm)分别测试了不同处理的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN)、土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)、p H、土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)等指标。结果表明:1)土壤p H在氮沉降的作用下显著降低;上层土壤TC、TN在氮沉降下变化较小,下层土壤TC、TN的含量显著增加;氮沉降下春、夏两季土壤TP含量上升,LN处理在秋季对TP有抑制作用;氮沉降对DOC、DON的影响不显著。2)上层土壤MBC春季到秋季呈现递减的趋势,下层土壤呈现先升后降的趋势,HN对MBC有抑制作用,LN对下层土壤MBC有促进作用;土壤MBN由春季到秋季呈现递减的趋势,且上、下层土壤MBN差异显著;氮处理对春、秋两季MBN有促进作用,夏季有抑制作用;氮沉降使春、秋两季MBC/MBN降低,夏季土壤MBC/MBN升高。3)氮处理、季节变化和土层深度对MBC、MBN存在显著影响,其交互影响也显著。总之,长期氮沉降在生长季对土壤微生物量的影响具有季节性差异,且受到土层深度的影响。未来研究在重视年际变化的同时,也要注重时空动态对氮沉降作用表现出的差异性。     

黄土丘陵区植被类型对土壤微生物量碳氮磷的影响

选择黄土丘陵区延河流域4种典型植被类型下的土壤为研究对象,测定了土壤微生物量碳、氮、磷和相关基本理化性质。结果表明,在此流域的典型天然草地、人工灌木林、人工乔木林和农地中土壤微生物量碳(MBC)的含量范围分别为315.15-400.89、246.56-321.25、267.76-347.05和118.96-245.14 mg/kg,土壤微生物量氮(MBN)的含量范围分别为35.87-47.63、27.63-42.89、24.66-36.20和15.64-22.56 mg/kg,土壤微生物量磷(MBP)的含量范围分别为14.14-22.96、12.89-19.75、11.54-14.40和7.23-11.59 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出天然草地最高、人工乔、灌木林次之,且均显著高于农地的趋势,表明退耕还林还草对土壤微生物生物量有明显的促进作用。不同植被类型下,土壤微生物量碳氮比和碳磷比的变化范围分别为7.49-10.87和16.27-24.11,土壤微生物量碳、氮、磷占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比的范围分别为2.70%-4.85%、2.56%-4.45%、2.08%-5.34%。其中天然草地、人工灌木林和农地土壤的微生物量碳氮比、碳磷比均显著小于人工乔木林(P < 0.05); MBC/SOC在不同植被类型下的差异不显著,MBN/TN和MBP/TP均呈现出天然草地>人工灌木林>人工乔木林和农地的趋势,且差异显著(P < 0.05)。微生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率呈现极显著或显著相关性,与土壤pH值呈现出不同程度的负相关性,表明植被类型对这些与土壤微生物量紧密相关的理化性质也有显著影响。     

峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征

采用样地调查与室内分析相结合的方法,研究了峡谷型喀斯特水田、旱地、草地、灌丛、人工林、次生林6种生态系统不同深度土壤微生物数量、微生物生物量特征及其分形关系。结果表明:峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及组成不同,微生物数量均以次生林最高,旱地最低,其组成数量均为细菌放线菌真菌,细菌是土壤微生物的主要类群,数量多达26.66×105—71.64×105cfu/g,占全部微生物比例为87.00%—95.50%,其次为放线菌数量,为1.45×105—3.78×105cfu/g,所占比例为4.21%—12.39%,真菌数量最小,为0.07×105—0.23×105cfu/g,所占比例仅为0.24%—0.61%,不足1%。不同生态系统土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的含量不同,次生林MBC与MBN最高,人工林MBP最高,旱地MBC最低,草地MBN与MBP最低;各生态系统均为MBCMBNMBP。不同生态系统的MBC/SOC、MBN/TN、MBP/TP分别为0.44%—0.97%、2.13%—3.13%、1.46%—2.13%,差异不显著;MBC/MBN在3.06—6.54之间,其中次生林极显著高于其他生态系统,其他生态系统差异不显著。不同生态系统土壤微生物数量及生物量均随土层加深而减少,且具有良好分形关系,均达到了极显著水平(P0.01)。探讨土壤微生物活性为提高石灰土土壤肥力、促进喀斯特植被迅速恢复提供依据。     

青藏高原东缘高山森林-苔原交错带土壤微生物生物量碳、氮和可培养微生物数量的季节动态

为了了解青藏高原东缘高山森林-苔原交错带土壤微生物的特征和季节变化, 研究了米亚罗鹧鸪山原始针叶林、林线、树线、密灌丛、疏灌丛和高山草甸土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可培养微生物数量的季节动态。结果表明, 植被类型和季节动态对MBC、MBN和微生物数量都有显著影响。不同时期的微生物在各植被类型间分布有差异, 植物生长季初期和生长季中期, 树线以上群落的MBC高于树线下的群落, 而到生长季末期恰恰相反, 暗针叶林、林线和树线的MBC显著升高, 各植被之间MBC的差异减小; 微生物数量基本上也是以树线为界, 树线以下群落土壤微生物数量显著低于树线以上群落, 其中密灌丛的细菌数量最高; 可培养微生物数量为生长季末期>生长季初期>生长季中期。生长季末期真菌数量显著增加, 且MBC/MBN最高。统计分析表明, MBN与细菌、真菌、放线菌数量存在显著的相关关系, 而MBC仅与真菌数量存在显著相关关系( p < 0.05)。植物生长季末期大量的凋落物输入和雪被覆盖可能是微生物季节变异的外在因素, 而土壤微生物和高山植物对有效氮的竞争可能是微生物季节变异的内在因素。植物生长季初期对氮的吸收和土壤微生物在植物生长季末期对氮的固定加强了高山生态系统对氮的利用。气候变暖可能会延长高山植物的生长季, 增加高山土壤微生物生物量, 加速土壤有机质的分解, 进而改变高山土壤碳的固存速率。     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量C、N、P空间变异特征

土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的成分,它推动着生态系统的能量和物质循环,被公认为土壤生态系统变化的预警及敏感指标。以西南峡谷型喀斯特坡地为研究对象,基于网格法取样,结合经典统计学和地统计学方法,揭示了土壤微生物生物量的空间分布与格局及其主要影响因子。结果表明,西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)、碳氮比(MBC/MBN)、碳磷比(MBC/MBP)适宜,MBC、MBN、MBP变异均很大;空间自相关性明显,除MBP最佳拟合模型为球状模型外,其他指标均为指数模型。C0/(C0+C)均25%(4.9%—6.2%),呈强烈的空间相关,这主要由结构性变异引起。Kriging等值线图表明,MBC、MBN的高值区集中在坡中上部;MBP的格局明显不同,高值区集中在坡脚;MBC/MBN斑块较大,变化缓和;MBC/MBP的空间分布规律不明显,斑块多而破碎。西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量空间分布的影响因子很多,其中,影响土壤微生物量碳和氮的主要因子有土层厚度、pH、碱解氮。西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物不仅存在着小尺度的空间分布格局,而且不同土壤微生物属性的空间分布不同。因此,应采取适宜措施,激活土壤微生物活性。