氮添加对毛竹林土壤酸性磷酸单酯酶动力学参数的影响

土壤磷酸酶在有机磷矿化和磷循环过程中发挥着重要作用,然而,土壤磷酸酶响应氮(N)沉降的动力学机制仍不清楚。本研究在亚热带毛竹林中设置对照(0)、20(低氮)、40(中氮)和80 g N·hm^-2·a^-1(高氮)4种不同氮添加处理,在氮添加满3年、5年和7年时采集0～15 cm土层土壤样本,测定了土壤化学性质、微生物生物量,并分析了酸性磷酸单酯酶(ACP)的最大反应速率(V_m)、半饱和常数(K_m)和催化效率(K_a)。结果表明: 氮添加显著降低了土壤可溶性有机碳、有效磷和有机磷含量,显著增加了土壤铵态氮、硝态氮含量和V_m,且V_m与有效磷、有机磷和可溶性有机碳含量存在显著相关关系;总体上,氮添加显著提高了K_a;除了在氮添加满5年时高氮处理下K_m显著高于对照外,氮添加对K_m无显著影响,且K_m与有效磷和有机磷含量有显著负相关关系。中、高氮处理对ACP动力学参数的影响大于低氮处理。方差分解分析表明,土壤化学性质的变化而非微生物学性质的变化主导了V_m(47%)和K_m(33%)的变化。总之,氮添加显著影响了毛竹林土壤的基质有效性,通过调控ACP动力学参数(尤其是V_m)进而影响了土壤磷循环。本研究有助于了解氮素富集下土壤微生物调节土壤磷循环的潜在机制,并为全球变化下土壤磷循环模型优化提供重要参数。     

杉木人工林土壤有机质研究

土壤有机质在养分循环、土壤理化性质等方面具有重要作用,是陆地生态系统重要的碳库,对全球碳素循环的平衡起着重要作用．本文详细阐述了杉木林地土壤有机质的性质与组成。杉木连栽对土壤有机质含量、腐殖质结合形态的影响以及林分发育过程中土壤有机质的变化,炼山、整地、施肥等经营活动对杉木林地土壤有机质的影响．杉木纯林有机质含量和质量均低于混交林,且随栽植代数的增加有机质含量和质量呈下降趋势,林地土壤肥力下降．最后提出应加强对土壤有机质周转模型、有机质组分,尤其是活性有机质以及有机质与全球碳循环关系的研究．     

积雪和冻结土壤系统中的微生物碳排放和碳氮循环的季节性特征

土壤微生物作为生态系统中重要的分解者,在对动植物残体以及土壤有机质降解的过程中,一方面释放CO2到大气中,是土壤碳排放的重要组成部分;另一方面,在分解的过程中,形成了可供给植物利用的无机养分.由于温度对代谢活动的直接影响,过去对微生物代谢的研究主要集中在生长季,通常假设冬季土壤微生物的活力可以忽略.陆地表面近60％的区域经历着季节性积雪覆盖和季节性土壤冻结的影响.近年来的研究表明,由于积雪的覆盖,形成很好的绝缘层,雪被下土壤中微生物仍然具有显著的活性,对土壤碳排放和植物的养分吸收具有重要的贡献.本文就积雪和冻结土壤系统中的微生物碳排放和碳氮循环的季节性特征进行了全面的分析,综述了国内外冬季雪下碳氮循环的研究现状,提出了目前研究中存在的问题和未来的研究方向,强调了开展温带冬季雪下土壤微生物碳氮循环研究的必要性和重要性.     

氮沉降对森林土壤磷循环的影响

磷是生物体必需的大量元素之一,也是许多生态系统的主要限制因子。近年来,大气氮沉降日益加剧,已对森林生态系统磷循环产生了不可忽视的影响。关于氮沉降对生态系统磷循环的影响已开展了一系列的研究,然而尚缺少对其整体的认识。因此,通过收集国内外已发表的相关文章,从以下五个方面综述氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响及其机理:1)阐述了森林生态系统土壤磷循环的概念;2)介绍了氮沉降对森林土壤磷循环影响的研究方法,包括长期定位模拟氮沉降法、自然氮沉降梯度法和同位素示踪法等;3)概述了氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响。目前的研究结论趋向于认为长期氮沉降使森林土壤磷循环速率加快。长期氮输入易于使土壤中可溶性磷向非活性磷酸盐库迁移而难以被利用。因此,为了满足需求,土壤磷酸酶活性将增加以加速有机磷的矿化,从而加速磷素在土壤-植物-微生物之间的周转。4)探讨了氮沉降影响森林土壤磷循环的机制。氮沉降可通过改变土壤有机质的性质、微生物群落组成、磷酸酶活性以及阳离子的流动性等途径影响森林土壤磷循环;5)指出了当前研究存在的问题及未来的研究方向。     

土壤生物质炭环境行为与环境效应

生物质炭具有高度稳定性和较强的吸附性能,可从气候、地质等多方面对环境产生影响,在全球气候变化、碳生物地球化学循环以及环境系统中发挥着非常重要的作用,长期以来成为国内外大气科学、地质学和环境科学领域研究的热点.作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的可能来源,生物质炭对增加土壤碳库贮量、提高土壤肥力以及维持土壤生态系统平衡意义重大.本文重点概述了生物质炭特性、生物质炭生物与非生物氧化机理、生物质炭对全球气候变化的影响以及土壤生物质炭环境效应等方面的国内外研究进展,并对今后生物质炭在土壤生态系统中的环境行为和环境效应研究进行了简要的展望.     

放牧对草地土壤氮素循环关键过程的影响与机制研究进展

放牧是人类管理利用草地生态系统的最主要途径之一.食草动物的采食、践踏、卧息和排泄物归还等干扰不仅会改变草地地上植物群落,也会对土壤养分循环产生显著的影响.随着人类活动的加剧,放牧强度和频率也在逐渐增加,从而对草地土壤氮素循环关键过程产生重要影响.放牧主要通过改变土壤的物理性质、土壤氮库以及微生物的组成和结构,进而影响氮素在土壤中的迁移与转化.适度放牧会促进土壤氮素的矿化过程和硝化过程,加快氮素的周转,有利于植物吸收可利用氮素,而对于反硝化的影响与草地的水热条件和土壤类型等密切相关.目前,关于放牧强度对土壤氮素循环关键过程影响的研究结果不一致,其影响机制尚不明晰,尤其对于不同类型的草原仍存在较大的差异.本研究在大量查阅国内外已有研究结果的基础上,论述了放牧对土壤氮素循环关键过程的影响效应,总结了放牧对土壤氮素循环的影响机制,指出了目前研究过程中存在的不足,并对未来研究中值得重点关注和深入研究的科学问题进行了探讨与展望,为进一步理解放牧对草地土壤氮素循环的影响提供参考.     

土壤微生物多样性影响因素及研究方法的现状与展望

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,在土壤有机物质分解和养分释放、能量转移等生物地化循环中起着重要作用。随着人们对生物多样性重要性认识的不断深入及研究方法的不断改进,土壤微生物多样性,尤其是功能多样性的研究工作逐渐受到生态学家的重视。本文从土壤微生物多样性的影响因素以及研究方法等方面阐述了目前国内外土壤微生物多样性的研究现状,并对其未来研究方向进行了展望。     

酸性土壤氨氧化微生物及其影响因素研究进展

自然条件变化和人类活动不仅加剧了土壤酸化,扩大了酸性土壤面积,而且严重影响了土壤氮循环。氨氧化过程作为硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的核心环节,受到国内外研究者的广泛关注。探究酸性土壤氨氧化作用及其功能微生物对完善氮循环机制和促进土壤养分循环具有重要意义。本文主要综述了土壤中氨氧化代谢途径,对比了氨氧化细菌(ammoniaoxidizing bacteria, AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)和全程硝化菌(complete ammoniaoxidizers,Comammox)对酸性土壤氨氧化作用的相对贡献,分析了微生物内源功能差异及pH、底物浓度等外部环境因素对氨氧化微生物丰度、活性和群落结构的影响,最后对氨氧化微生物研究进行了展望,以期为酸性土壤氨氧化作用研究和微生物修复技术应用与实践提供科学参考。     

落叶松土壤有机磷形态与林木生长量的关系

采用Bowman-Cole有机磷分级体系,对落叶松人工林不同发育阶段根际与非根际土壤活性有机磷、中等活性有机磷、中稳性有机磷和高稳性有机磷含量的变化及其与有效磷和林木生长量的关系进行了研究。结果表明,构成落叶松人工林土壤有机磷的主要成分是中等活性有机磷和中稳性有机磷,两者之和占有机磷总量的77.07％～86．68％,根际土壤活性有机磷和中等活性有机磷是不同发育阶段土壤有效磷的主要来源,根际土壤有机磷总量、活性有机磷含量、中稳性有机磷含量和高稳性有机磷含量从幼龄林到近熟林随林龄递增而降低,近熟林之后有所增加,根际土壤中等活性有机磷含量随林龄变化不明显,非根际土壤各形态有机磷含量随林龄递增而呈波动性增加趋势,各发育阶段林木胸径、树高定期平均生长量与活性有机磷含量和有效磷含量关系最为密切。     

土壤磷素形态及其分级方法研究进展

磷作为植物必需的大量营养元素,在维持农业的可持续发展和生态系统的平衡中起着重要作用.采用适宜的土壤磷素分级方法研究土壤中磷素形态、转化及其有效性,对揭示土壤磷素供应和流失状况都具有重要意义.本文结合国内外已有研究,从土壤无机磷和有机磷的形态划分、分级方法和传统土壤磷素分级方法的局限性等方面进行了总结.Hedley磷素分级方法在分级过程中兼顾了无机磷和有机磷两种磷素形态,有利于了解土壤磷素的生物有效性和动态变化,是目前应用较广的磷素分级方法.本文介绍了Hedley磷素方法的分级流程和应用范围,并对其改进方法Tiessen磷素分级法进行了详细论述.     

沙地樟子松人工林土壤磷素转化的根际效应

对大青沟自然保护区内不同年龄樟子松人工林根际和非根际土壤中不同形态磷素含量和酸性磷酸单酯酶（AP）活性进行了比较.结果表明,樟子松根系活动显著地提高了根际土壤有机碳含量及有机质的C/P比,增强了土壤微生物活动和AP活性,促进了有机磷的可利用性与矿化;显著地降低了土壤pH值,促进了Ca-P的溶解;从而提高了土壤磷素的有效性,促进了有机磷和Ca-P向Fe-P、Al-P的转化.与AP活性的根际效应相反,随林龄增加,樟子松对各形态磷素的根际效应逐渐增强,根际和非根际土壤中各形态磷素的变化趋势基本一致,土壤全磷和有机磷含量逐渐下降,而活性磷含量升高.为了保持土壤有机磷库和磷素的持续供应,必须对地被物予以保护.     

定位施肥对紫色菜园土磷素状况的影响

基于紫色菜园土壤莴笋-白菜轮作3a的12季连续定位施肥试验,研究施肥对土壤磷素状况的影响。结果表明,在紫色土上以化肥为基础增施有机肥(泥炭或菜籽粕)既提高土壤磷含量,又增加无机磷组分中有效磷源和缓效磷源的比例,且不会增加磷素淋失的风险,是所有处理中最优者;增磷、增钾处理虽然提高了土壤磷含量,但未能提高速效磷源与缓效磷源的比例;增氮、增硼及常规施肥降低土壤磷含量和提高无效磷源的比例;无肥处理磷含量最低,无效磷源比例最高。紫色菜园土无机磷约为有机磷的4—6倍,无机磷各组分以钙磷为主,占I-P总量的60.89%—67.92%,显示紫色土风化程度较低。各形态磷素呈Ca10-P>Ca8-P>Fe-P≈Al-P≈OC-P>Ca2-P序列变化,其中Ca2-P和Al-P总共仅占无机磷总量的11.47%—19.43%,表明紫色土中对植物最有效的磷源不足;而Ca10-P和OC-P共占无机磷总量的42.48%—59.55%,意味着紫色土无机磷有一半左右是以作物不可利用的形态存在的。紫色土全磷与无机磷、有机磷、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、OC-P及Ca10-P呈显著正相关;无机磷与多种形态磷呈显著正相关(除有机磷、Ca2-P、有效磷外);有机磷与全磷、Ca2-P显著正相关;有效磷与全磷、Ca2-P、Al-P、Fe-P显著正相关;无机磷组分间也都存在显著正相关关系(OC-P与Ca10-P间有极显著正相关,但它们与其它无机磷组分无相关性)。表明在土壤磷的整个循环系统中,不同组分无机磷与有机磷之间处于一个动态平衡中,它们之间存在着相互影响和制约。土壤pH与各形态磷关系密切。对土壤有效磷与无机磷组分间的关系进行系统分析,简单相关分析结果土壤有效磷与Ca2-P、Fe-P呈极显著正相关,与Al-P呈显著正相关,与Ca8-P、OC-P、Ca10-P正相关但不显著;通径分析结果对土壤有效磷直接影响较大的无机磷组分是Al-P、Ca8-P与Ca2-P,其中Ca8-P的直接影响为负效应;逐步回归分析结果与通径分析一致。综合分析得出,Ca2-P、Al-P是最有效的磷源,Fe-P、Ca8-P次之,Ca10-P与OC-P是非有效磷源。莴笋和白菜产量与紫色土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P呈显著正相关,与OC-P、Ca10-P无相关性。紫色土各形态无机磷与两种蔬菜产量的相关系数r大小依次为Ca2-P>Fe-P>AL-P>Ca8-P>Ca10-P>OC-P,这与各形态无机磷与有效磷简单相关分析的结果一致。     

不同施肥模式下稻田土壤微生物生物量磷对土壤有机碳和磷素变化的响应

通过15年的红壤稻田长期定位试验,研究了不同施肥模式下土壤微生物生物量磷(MB-P)对土壤有机碳和磷素变化的响应.结果表明红壤稻田有机碳源的长期投入和土壤有机碳的逐年升高使土壤微生物生物量碳(MB-C)维持在较高水平(＞800 mg·kg-1),是稻田土壤MB-P(＞16.0 mg·kg-1)提高的主要原因.长期不施磷肥条件下,土壤全磷含量与试验前相比显著降低(P＜0.05),而土壤有机磷含量平均提高了29.3%;土壤亏损的磷形态主要是无机磷(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P),其中Al-P含量处于最低水平(平均0.5 mg·kg-1).另外,长期不施磷肥土壤的MB-P远高于Olsen法提取态磷(Olsen-P)(＜7.0 mg·kg-1),而稻田土壤MB-P与Al-P呈显著相关(P＜0.05),表明土壤微生物对稻田土壤Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P的利用是促进其向有效磷方向转化的关键途径.磷肥配合有机养分循环利用不仅提高了土壤磷库的积累,而且通过土壤微生物的活化有效地提高了土壤磷的有效性.     

氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制

氮沉降持续增加背景下土壤C∶N∶P化学计量比和pH环境等的改变及其可能的土壤微生物学机制已经成为陆地生态系统与全球变化研究的新生长点和科学研究前沿.以生态化学计量学和土壤微生物生态学为理论基础,综述了氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进全球变化背景下陆地生态系统地下生态学的研究.氮沉降持续增加会导致森林生态系统磷循环加速,导致磷限制.氮沉降不但改变森林土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比和降低土壤pH值,而且改变土壤微生物生物量碳氮磷、细菌、真菌和放线菌的组成以及影响碳氮磷分解的关键酶活性.氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响表现为促进、抑制和无影响,其影响的差异可能来源于微生物效应的不同.叶片在凋落前有显著的氮磷养分回收,但是根无明显的养分回收,造成土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比存在明显差异.基于DNA/RNA等分子生物学方法为土壤微生物生态学研究提供了强有力的手段,将促进氮沉降对森林土壤有机质和凋落物化学计量比改变的微生物学机制研究.     

土壤铁矿物形态转化影响有机碳固定研究进展

铁是地壳中丰度第四高的元素,其可通过多种方式影响土壤有机碳累积,尤其铁氧化物与土壤有机碳相互作用形成的稳定有机-矿物复合物,被认为是土壤可溶性有机碳长期固定的关键地球化学机制。促进土壤固定有机碳不仅可以提高土壤质量和肥力,还是应对全球气候变化的主要策略之一。然而,铁活跃的氧化还原反应和多样化的赋存形态,使其转化过程对土壤有机碳累积和稳定性的影响结果受到诸多生物和非生物因素调控。从不同角度,结合多学科的研究成果,综述了近年来国内外关于铁矿物形态转化影响土壤有机碳固定的相关研究,包括铁矿物形态转化过程、土壤有机碳固定机制、铁矿物形态转化影响土壤有机碳固定的机制及其主要影响因素（各种环境条件、自身的铁矿物性质、碳源质量等方面）,强调铁在土壤有机碳固定过程中的重要作用。对铁固定土壤有机碳的相关研究提出了建议,为今后研究提供相关参考。     

Biological and geochemical controls on phosphorus fractions in semiarid soils

This study examined the concentration of organic and inorganicphosphorus in surface soils of a Boutelouagracilis-Bouteloua eriopoda grassland, and a Larreatridentata shrubland, in the northern Chihuahuan Desert, NewMexico, U.S.A. In this desert where the grassland vegetation has auniform spatial distribution and individual shrubs have a patchy spatialdistribution across the landscape, vegetation strongly influences thedistribution of soil nutrients. Most studies of soil phosphorusfractions in desert soils have focused primarily on inorganic Pfractions and have demonstrated the importance of geochemical controlson soil P cycling. The research presented here addressed the question ofwhether organic phosphorus, determined by the presence of differentvegetation types, also contributes to soil P cycling. Within soils ofsimilar age, topography, parent material, and climatic regime, sampleswere collected under and between vegetation and analyzed for P fractionsfollowing a modified sequential fractionation scheme. Most soilinorganic P was found in the HCl- and cHCl-extractable forms in both thegrassland and shrubland soils, indicating CaCO₃ control overphosphorus availability. In contrast, most soil organic P was bound toAl and Fe minerals. Labile, plant-available P fractions summed to9.5% of total P in the grassland and 6.1% in theshrubland. Organic P comprised 13.3% of the total phosphorus poolin the grassland and 12.0% in the shrubland. Our results showthat the organic P pool may represent an important, yet oftenoverlooked, source of P in semiarid ecosystems.     

The biogeochemistry of phosphorus after the first century of soil development on Rakata Island, Krakatau, Indonesia

This study examined the accumulation of organic carbon (C) and fractions ofsoil phosphorus (P) in soils developing in volcanic ash deposited in the1883 eruption of Krakatau. Organic C has accumulated at rates of 45 to 127g/m²/yr during 110 years of soil development, resulting inprofiles with as much as 14 kgC/m². Most soil P is found inthe HCl-extractable forms, representing apatite. A loss of HCl-extractableP from the surface horizons is associated with a marked accumulation ofNaOH-extractable organic P bound to Al. A bioassay with hill rice suggeststhat P is limiting to plant growth in these soils, perhaps as a result ofthe rapid accumulation of P in organic forms.     

Forms and cycling of phosphorus in prairie and boreal forest soils

The distribution of soil P among inorganic and organic forms was examined in prairie and boreal forest soil profiles from Saskatchewan, Canada. A sequential extraction procedure was employed to separate P into labile and stable inorganic (P_i) and organic (P_o) fractions. Profile depth, climate, vegetation, and cultivation all had a major influence on the distribution of P which is attributed to differing intensities of pedogenic processes such as weathering and leaching, and their relationship to P transformations in the soil environment.     

长期施肥对土壤养分库的影响

扼要地概述了国内外近年来关于长期施肥条件下土壤养分库的动态与平衡方面的研究成果。主要介绍并讨论了土壤氮、磷、钾养分全量及有效量的动态变化 ,土壤有机碳含量的动态变化 ;铵态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮、酸解未知态氮、非水解残渣氮及微生物体氮在土壤氮库中的动态变化 ;Ca2 P、Ca8 P、Al P、Fe P、闭蓄态磷 ,活性有机磷、中度活性有机磷、中稳性有机磷、高稳性有机磷及微生物体磷在土壤磷库中的动态变化 ;土壤碳库中松结态腐殖质、稳结态腐殖质、紧结态腐殖质以及富里酸和胡敏酸的动态变化 ;长期施肥对土壤有机无机复合状况的影响 ;农田土壤养分库的养分循环与养分平衡。还指出了当前土壤养分库研究面临的一些问题 ,并提出了今后研究的几个热点内容     

黄土高原不同植被带土壤团聚体有机碳和酶活性的粒径分布特征

为探究土壤中各粒级团聚体不同形态有机碳和酶活性的分布特征,以黄土高原延河流域森林带、森林草原带、草原带土壤为对象,研究了不同粒级团聚体总有机碳、易氧化碳和腐殖质碳含量,以及纤维素酶、β-D葡糖苷酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性,分析了土壤团聚体有机碳及其组分与酶活性之间的相关关系.结果表明： 3种植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量表现为森林带＞草原带＞森林草原带,3种形态有机碳含量在0.25～2 mm粒径均最高;不同植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量和酶活性在0～10 cm土层大于10～20 cm土层;3种植被带纤维素酶、β-D葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶活性表现为森林带＞草原带＞森林草原带,过氧化物酶活性表现为森林带＞森林草原带＞草原带;3种植被带土壤中各种酶活性随着粒径的减小呈递增趋势.土壤纤维素酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性与团聚体各种形态碳含量均呈显著正相关.