滇西并流河谷区土壤酶活性化学计量学特征与环境因子的关系

横断山河谷区具有极高的景观异质性,气候与植被类型多样化程度较高。为探讨土壤C、N、P、S四种生物元素在滇西怒江、澜沧江、金沙江及元江并流河谷区的区域循环特征,在各河谷的森林、草地、农田中分别取浅层(0～10 cm)土样,测定了土壤中C、N、P、S的循环酶,即β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)、硫酸脂酶(SU)活性,分析了土壤酶活性及其化学计量学特征与环境因素之间的关系。结果表明: 不同流域和不同土地类型下AP、NAG活性均有显著差异;4种酶活性之间均呈显著正相关,BG、NAG、SU活性由东南向西北随采样点的海拔升高而逐渐升高;在各流域土壤中,酶活性的生态化学计量比均为AP∶SU > BG∶SU > NAG∶SU > BG∶NAG > BG∶AP > NAG∶AP;与各流域内的林地和草地相比,农田土壤BG∶NAG较高,而NAG∶AP较低(元江流域除外);农田土壤中AP∶SU、BG∶SU、NAG∶SU在元江流域小于草地和林地,在澜沧江流域和金沙江流域则大于林地而小于草地。土壤酶活性及其化学计量学特征受到土壤理化性质、气候及区位的综合影响,其中土壤理化性质的影响最大。农业活动对C∶N∶P相关酶化学计量学特征具有显著影响,降低了土壤中N分解酶与其他酶活性的计量比,表现为增加了BG∶NAG,降低了NAG∶AP,农业活动对其他酶化学计量学特征的影响较小。     

亚热带苔藓结皮对土壤-微生物-胞外酶化学计量特征的影响

生物结皮的形成和发育显著影响土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征,土壤微生物如何适应环境资源的化学计量变化仍不明确。本研究以三峡库区苔藓结皮为对象,分析结皮盖度(0、1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%)对土壤理化性质(0～5和5～10 cm土层)、微生物生物量和胞外酶活性[(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)]的影响,探索土壤-微生物-胞外酶C∶N∶P化学计量特征间的协变性。结果表明: 生物结皮发育显著提高了土壤黏粒、水稳性团聚体和土壤C、N、P含量,显著降低了土壤容重和砂粒含量;微生物生物量C、N、P和胞外酶活性均随结皮盖度的增大而显著增加;土层深度对土壤理化性质及C∶N∶P均无显著影响,但显著影响微生物生物量、胞外酶活性及BG∶AP和NAG∶AP。相关分析显示,土壤C、N、P含量与微生物生物量和胞外酶活性呈显著正相关,与BG∶NAG呈显著负相关,与NAG∶AP呈显著正相关,但与微生物生物量C∶N∶P无显著相关性;土壤-微生物、微生物-胞外酶C∶N∶P相关性均不显著,BG∶NAG∶AP随着微生物与土壤间C∶N∶P化学计量不平衡性的增加而逐渐降低。表明微生物养分代谢同时受N和P的限制,且P的限制较强烈,微生物可以通过调整自身生物量以及胞外酶C∶N∶P适应生物结皮发育驱动的土壤化学计量变化,从而维持内稳态。     

大兴安岭北部不同海拔天然林土壤胞外酶化学计量特征及其季节动态

研究了大兴安岭北部奥克里堆山不同海拔(750～1420 m)天然林土壤胞外酶活性(EEA)和酶计量比的变化特征及影响机制。结果表明: 海拔、季节及其交互作用对β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP)活性均存在显著影响。5月,BG和NAG活性随海拔升高呈逐渐增大趋势,AP活性随海拔升高呈先升高后降低的趋势。7月,NAG活性随海拔升高而增大,AP活性则先升高后降低。9月,不同海拔上NAG活性变化幅度较大,在1420 m处活性最高,为124.22 nmol·h^-1·g^-1。随着海拔的升高,酶化学计量比ln(BG)∶ln(NAG+LAP)呈降低的趋势。除海拔830 m外,7月化学计量比值最高。土壤C、N、P转化酶活性对数转换后的比值为1∶1.25∶0.82。海拔和土壤温度是影响土壤胞外酶的主要因素,土壤温度与BG、NAG和AP呈显著正相关。ln(BG)∶ln(NAG+LAP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)与pH分别呈显著正相关和负相关,与DOC分别呈显著负相关和正相关,而ln(BG)∶ln(AP)受土壤容重的影响较大。     

亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应, 该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象, 在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现: (1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP (酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异, 而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N), 且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明, 根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃, 且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO₃ ^--N)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明, 林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系, lgBG:lg(NAG+LAP):lgAP (酶C:N:P)约为1:1:1.3, 酶C:P及(NAG+LAP):AP (酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性, 导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响, 且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环, 微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产, 暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。     

亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应,该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)和湿地松(Pinuselliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象,在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现:(1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP(酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异,而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N),且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明,根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃,且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明,林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系,lg BG:lg(NAG+LAP):lg AP(酶C:N:P)约为1:1:1.3,酶C:P及(NAG+LAP):AP(酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性,导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响,且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环,微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产,暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。     

岷江上游干旱河谷优势灌丛群落土壤生态酶化学计量特征

与碳(C)、氮(N)和磷(P)分解矿化相关的土壤生态酶的相对活性可以揭示微生物生长和代谢过程的能量限制。尽管干旱生态系统愈来愈受到生态学家的关注,但在土壤水分有效性限制和斑块状分布的植被背景下,探讨土壤酶活性化学计量特征,及其与土壤物理、化学因子和土壤微生物群落结构的关系的相关研究仍十分缺乏。通过调查岷江干旱河谷不同水分梯度4个研究样地(两河口、飞虹、撮箕和牟托)灌丛及其丛间空地的土壤物理化学性质、微生物群落组成和土壤生态酶活性,探讨不同水分梯度样地间及灌丛和空地间土壤酶活性计量的分布特征。结果显示,岷江干旱河谷土壤C∶N∶P酶活性化学计量表现出了与全球尺度上酶活性化学计量的相对特异性(C∶N∶P=3∶2∶2 vs.1∶1∶1)。整体上,岷江干旱河谷区域土壤微生物生长代谢存在一定程度的N限制。虽然酶活性化学计量特征在所有空地和灌丛土壤之间总体未表现出显著差异,但对各研究地的进一步分析表明,两个相对干旱的两河口和飞虹样地表现出更为明显的N限制,而两个相对湿润的撮箕和牟托样地则存在一定的P限制。这种样地间的差异性主要受土壤水分有效性的驱动。逐步回归分析表明,土壤含水量是不同样地间土壤C∶N酶活性比(ln(BG)∶ln(NAG+LAP))和N∶P酶活性比(ln(NAG+LAP)∶ln(AP))的决定性影响因子。而土壤含水量与C∶N酶活性比具有显著正相关关系,与N∶P酶活性比表现为显著负相关关系。此外,土壤真菌、菌根真菌和真菌∶细菌比对土壤酶活性化学计量的影响,说明了真菌和菌根真菌类群对干旱河谷养分循环的重要作用。     

不同林龄油茶人工林土壤酶化学计量及其影响因素

土壤酶化学计量比是揭示微生物生长代谢过程及评价土壤养分资源限制状况的重要指标。油茶是中国南方主要的木本油料作物,近年来愈来愈受关注,但鲜有从生态化学计量学的角度深入理解人工经济林的土壤微生物养分限制状况。本文以亚热带地区不同林龄油茶人工林土壤为研究对象,采用时空互代法在区域尺度上随机选取32个不同林龄油茶人工林并将其分为四个林龄组(9年幼龄林;9—20年近熟林;21—60年成熟林; 60年过熟林),通过测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)转化酶活性(β-葡糖苷酶(BG)、α-纤维素酶(CBH)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP))及土壤理化因子,探讨不同林龄油茶人工林土壤C、N、P转化酶化学计量特征及其与土壤理化因子的关系。结果表明:五种C、N、P转化酶活性均有随林龄增大而增加的趋势,且AP活性显著高于其它四种酶活性。相关分析结果表明,五种土壤C、N、P转化酶活性均与土壤有机碳和总氮显著相关,与土壤总磷和速效磷含量不相关。土壤酶化学计量比ln(CBH+BG)∶ln(NAG+LAP)、ln(CBH+BG)∶ln(AP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)均随林龄增大而一定程度增加。亚热带区油茶人工林土壤酶C∶N∶P化学计量比为1∶1∶1.5,这与全球生态系统土壤酶C∶N∶P化学计量比1∶1∶1相偏离,表明亚热带地区油茶人工林土壤微生物生长受磷素限制。冗余分析(RDA)进一步揭示土壤有机碳含量是影响土壤酶活性和酶化学计量比的主要因子。因此,在油茶人工林经营管理中应考虑磷和外源碳的投入,提高土壤微生物酶活性,缓解油茶人工林生态系统的磷限制。研究结果可为亚热带区油茶人工林土壤养分管理和可持续利用提供基础理论支撑。     

贺兰山不同海拔土壤酶活性及其化学计量特征

探讨干旱区脆弱山地森林生态系统土壤酶活性及其化学计量比沿海拔的变化特征及影响机制,对研究脆弱生态系统养分循环具有重要意义。本研究以贺兰山不同海拔(1380～2438 m)土壤为对象,分析土壤理化性质、土壤酶活性及酶化学计量比沿海拔的变化及其影响因素。结果表明: β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、土壤C/N和土壤C/P酶活性比值均随海拔升高表现出先增后减的变化趋势,在海拔2139 m处均处于较高水平;碱性磷酸酶(AKP)活性随海拔的升高整体上呈递增的趋势,在海拔2438 m处最高;亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性和土壤N/P酶活性比值随海拔升高变化趋势不显著。通过对比全球土壤酶化学计量值发现,贺兰山存在一定程度的N限制。除LAP外,其余3种酶活性均与土壤有机碳/全氮、土壤有机碳/全磷和全氮/全磷呈极显著正相关,与土壤pH值呈极显著负相关;LAP、土壤C/P和土壤N/P酶活性比值均与全磷呈极显著负相关。此外,AKP与土壤容重呈极显著负相关。     

海拔和坡向对唐古拉山土壤胞外酶活性的影响

土壤胞外酶够将大分子有机质分解成可以被微生物利用的小分子化合物,在土壤有机质分解与转化过程中起着重要的作用。因此,土壤中酶促反应往往成为陆地生态系统中土壤有机质分解的限速步骤。然而,土壤酶活性的地理分布格局,尤其是其随着不同海拔和坡向的分布特征和驱动机制,仍不明确。为探讨土壤胞外酶的空间分布特征及影响因素,我们沿海拔梯度（2980-5120 m）在青藏高原唐古拉山的南北坡选取了6个样点,测定了参与碳、氮、磷循环的6种水解酶的活性和土壤理化性质,并结合植被和气象数据进行分析。结果显示,随海拔梯度的升高,年均温度（MAT）、土壤碳氮比（C：N）降低,年均降水量（MAP）、紫外线辐射（UV）、归一化植被指数（NDVI）、土壤碳含量（TC）、土壤氮含量（TN）升高;南坡的MAP、UV、NDVI、TC、TN显著高于北坡,而C：N显著低于北坡。不同类型的土壤胞外酶对海拔和坡向的响应不同,碳获取酶α-葡萄糖苷酶（AG）、β-葡萄糖苷酶（BG）、β-木糖苷酶（BX）,以及氮获取酶N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性均随海拔梯度的升高而升高,且都在南坡显著高于北坡;磷获取酶酸性磷酸酶（AP）和氮获取酶亮氨酸氨基肽酶（LAP）活性在不同海拔和坡向的分布上并没有显著差异。模型平均和相对重要性分析表明,NDVI、RB和TC是驱动碳获取酶（AG、BG、BX）活性随海拔梯度和坡向分布格局的主要因子;NDVI是驱动参与氮获取酶（NAG）活性变化的主要因子。我们的研究结果表明,不同海拔和坡向上植被和土壤特征的差异驱动了土壤胞外酶活性的空间分布,从而可能对碳循环和养分循环产生不同的影响,为预测土壤胞外酶的空间地理格局提供了科学依据。     

荒漠草地沙漠化对土壤‐微生物‐胞外酶化学计量特征的影响

为探讨荒漠草地沙漠化对"土壤-微生物-胞外酶"系统生态化学计量的影响机理,该研究采用空间序列代替时间演替的方法,研究了宁夏盐池荒漠草地沙漠化过程中土壤、土壤微生物及土壤胞外酶碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变异特征。结果表明:(1)随着荒漠草地沙漠化的不断加剧,土壤C、N、P含量和土壤C:P、N:P均呈降低趋势,而土壤C:N逐渐增加。(2)荒漠草地沙漠化过程中,土壤微生物生物量C (MBC):微生物生物量P (MBP)、微生物生物量N (MBN):MBP和土壤β-葡萄糖苷酶(BG):N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)逐渐降低,而土壤BG:磷酸酶(AP)和NAG:AP基本表现为增加趋势。(3)随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,土壤微生物C利用效率CUEC:N和CUEC:P与土壤微生物N利用效率NUEN:C和土壤微生物P利用效率PUEP:C的变化趋势相反。(4)荒漠草地土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶C:N化学计量(C:N, MBC:MBN, BG:NAG)与土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶N:P化学计量(N:P,MBN:MBP,NAG:AP)显著负相关,而土壤和胞外酶C:N化学计量(C:N,BG:NAG)与土壤和胞外酶C:P化学计量(C:P,BG:AP)显著正相关。土壤N:P与土壤MBN:MBP显著正相关,而与土壤NAG:AP显著负相关。分析表明,荒漠草地沙漠化过程中土壤微生物生物量及胞外酶活性随着土壤养分的变化而发生变化;微生物-胞外酶C:N:P生态化学计量与土壤养分存在协变关系,为理解荒漠草地土壤-微生物系统C、N、P循环机制提供理论依据。     

祁连山北麓山体垂直带土壤碳氮分布特征及影响因素

以祁连山北麓自然垂直带(2600～3600 m)阴、阳坡为研究对象,研究了表层(0～20 cm)土壤有机碳和全氮分布及与海拔、地形、植被和土壤特性的关系.结果表明：阴坡土壤的有机碳和全氮含量(101.2和6.6 g·kg^-1)显著高于阳坡(61.3和5.9 g·kg^-1),且随海拔上升呈增加趋势.不同植被类型下土壤有机碳含量为:高山灌丛草甸>青海云杉林>高山草甸>祁连圆柏林;全氮含量为:高山灌丛草甸>高山草甸>青海云杉林>祁连圆柏林.土壤有机碳含量与海拔、土壤含水量、土壤全氮和年均降水量呈显著正相关关系,与土壤pH值和年平均气温呈显著负相关关系.整个垂直带土壤碳氮比在6.7～23.3,有利于有机质矿化过程中养分的释放.年均气温、年均降水量和土壤含水量是影响土壤有机碳含量的第1主成分,土壤碳氮比是第2主成分,累计解释率为71%,说明气候因子对有机碳和全氮在垂直带上的空间分布起决定作用.     

Soil organic carbon stock and chemical composition along an altitude gradient in the Lushan Mountain,subtropical China

Soil organic carbon (SOC) stock in mountain ecosystems is highly heterogeneous because of differences in soil, climate, and vegetation with elevation. Little is known about the spatial distribution and chemical composition of SOC along altitude gradients in subtropical mountain regions, and the controlling factors remain unclear. In this study, we investigated the changes in SOC stock and chemical composition along an elevation gradient (219, 405, 780, and 1268 m a.s.l.) on Lushan Mountain, subtropical China. The results suggested that SOC stocks were significantly higher at high altitude sites (1268 m) than at low altitude ones (219, 405, and 780 m), but the lower altitude sites did not differ significantly. SOC stocks correlated positively with mean annual precipitation but negatively with mean annual temperature and litter C/N ratio. The variations in SOC stocks were related mainly to decreasing temperature and increasing precipitation with altitude, which resulted in decreased litter decomposition at high altitude sites. This effect was also demonstrated by the chemical composition of SOC, which showed lower alkyl C and higher O-alkyl C contents at high altitude sites. These results will improve the understanding of soil C dynamics and enhance predictions of the responses of mountain ecosystem to global warming under climate change.     

Ecoenzymatic stoichiometry of microbial nutrient acquisition in tropical soils

The relative activities of soil enzymes involved in mineralizing organic carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) reveal stoichiometric and energetic constraints on microbial biomass growth. Although tropical forests and grasslands are a major component of the global C cycle, the effects of soil nutrient availability on microbial activity and C dynamics in these ecosystems are poorly understood. To explore potential microbial nutrient limitation in relation to enzyme allocation in low latitude ecosystems, we performed a meta-analysis of acid/alkaline phosphatase (AP), β-1,4-glucosidase (BG), and β-1,4-N-acetyl-glucosaminidase (NAG) activities in tropical soils. We found that BG:AP and NAG:AP ratios in tropical soils are significantly lower than those of temperate ecosystems overall. The lowest BG:AP and NAG:AP ratios were associated with old or acid soils, consistent with greater biological phosphorus demand relative to P availability. Additionally, correlations between enzyme activities and mean annual temperature and precipitation suggest some climatic regulation of microbial enzyme allocation in tropical soils. We used the results of our analysis in conjunction with previously published data on soil and biomass C:N:P stoichiometry to parameterize a biogeochemical equilibrium model that relates microbial growth efficiency to extracellular enzyme activity. The model predicts low microbial growth efficiencies in P-limited soils, indicating that P availability may influence C cycling in the highly weathered soils that underlie many tropical ecosystems. Therefore, we suggest that P availability be included in models that simulate microbial enzyme allocation, biomass growth, and C mineralization.     

Soil phosphorus does not keep pace with soil carbon and nitrogen accumulation following woody encroachment

Soil carbon, nitrogen, and phosphorus cycles are strongly interlinked and controlled through biological processes, and the phosphorus cycle is further controlled through geochemical processes. In dryland ecosystems, woody encroachment often modifies soil carbon, nitrogen, and phosphorus stores, although it remains unknown if these three elements change proportionally in response to this vegetation change. We evaluated proportional changes and spatial patterns of soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) concentrations following woody encroachment by taking spatially explicit soil cores to a depth of 1.2 m across a subtropical savanna landscape which has undergone encroachment by Prosopis glandulosa (an N₂ fixer) and other woody species during the past century in southern Texas, USA. SOC and TN were coupled with respect to increasing magnitudes and spatial patterns throughout the soil profile following woody encroachment, while TP increased slower than SOC and TN in topmost surface soils (0–5 cm) but faster in subsurface soils (15–120 cm). Spatial patterns of TP strongly resembled those of vegetation cover throughout the soil profile, but differed from those of SOC and TN, especially in subsurface soils. The encroachment of woody species dominated by N₂‐fixing trees into this P‐limited ecosystem resulted in the accumulation of proportionally less soil P compared to C and N in surface soils; however, proportionally more P accrued in deeper portions of the soil profile beneath woody patches where alkaline soil pH and high carbonate concentrations would favor precipitation of P as relatively insoluble calcium phosphates. This imbalanced relationship highlights that the relative importance of biotic vs. abiotic mechanisms controlling C and N vs. P accumulation following vegetation change may vary with depth. Our findings suggest that efforts to incorporate effects of land cover changes into coupled climate–biogeochemical models should attempt to represent C‐N‐P imbalances that may arise following vegetation change.     

红壤侵蚀退化马尾松林下不同治理模式土壤化学计量特征

以南方红壤严重侵蚀退化地低效林改造、乔灌草混交、浅沟播草、封禁治理4种治理模式马尾松林地为对象,研究不同治理模式和不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和枯落物养分含量及其化学计量特征,为该区水土流失治理和植被恢复提供科学依据。结果表明: 不同治理模式下土壤SOC、TN、TP和枯落物P含量差异显著,土壤和枯落物养分含量均显著高于对照,改善效果均以乔灌草混交最好。土壤SOC、TN和TP含量总体上随土层增加而减少;而浅沟播草治理模式表现为,土壤SOC、TN、TP含量均随着土层增加呈先减小后增大的趋势,养分含量在5～20 cm土层达到最低值;不同治理模式下土壤C:N、C:P、N:P和枯落物C:P均存在显著差异,土壤空间变异性表现为土壤C:N>C:P>N:P。土壤C:N除乔灌草混交外,其他治理模式处于较低水平,而土壤C:P和N:P整体上较高。枯落物C:N、C:P和N:P与土壤呈相反的变化规律,低效林改造和乔灌草混交远小于对照。土壤C:N和C:P主要受控于土壤SOC含量和枯落物C含量,土壤N:P主要受控于土壤TP含量和枯落物P含量。土壤化学计量比还受土壤含水量、土壤容重、pH等因素的影响,枯落物与土壤养分之间关系密切并表现出相似的变化规律。     

马衔山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征

研究半干旱地区土壤碳、氮、磷化学计量特征,了解其空间变化规律,有助于揭示半干旱地区C、N、P循环对全球气候变化的响应。本研究以半干旱区的马衔山为对象,选择5个海拔的7个样地,采集0~15、15~30 cm层的土壤,测定其有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、pH、含水率等理化性质,分析其SOC、TN、TP化学计量与土壤理化因子之间的关系。结果表明:(1)0~15 cm土壤SOC、TN、TP含量高于15~30 cm土壤。表层土壤SOC、TN含量随海拔升高呈增加趋势,TP含量随海拔升高变化较小。(2)C∶N随海拔增加呈先增加后降低趋势,C∶P、N∶P随海拔升高均呈增加趋势。(3)在0~15 cm土壤中,pH与SOC、TN含量及C∶P呈显著负相关,在15~30 cm土层中,pH与SOC、TN、TP含量及化学计量特征关系不显著;土壤含水率与0~15、15~30 cm层土壤中SOC、TN含量均呈极显著正相关。本研究显示,在半干旱区的马衔山地区,土壤含水率随海拔增加而增加,而SOC、TN含量及C∶P、N∶P也呈增加趋势,土壤养分含量及化学计量均受土壤含水率影响。     

泥石流频发区山地不同海拔土壤化学计量特征——以云南省小江流域为例

为了探究泥石流频发区不同海拔梯度土壤的化学计量特征,阐明土壤性质对海拔变化的响应规律,进而有效指导受限性生态脆弱区生态系统的保护和恢复,在云南省小江流域支流阿旺小河西北侧山地选取了1500—2000m、2000—2500m、2500—3000m 3个海拔梯度,测定各海拔梯度范围内0—10cm、10—20cm、20—30cm土壤的有机碳、全氮、全磷、全钾含量及其机械组成,分析了不同海拔梯度土壤化学计量比的垂直分布特征及其与植被区、土壤物理结构的关系。结果表明:随着海拔梯度的升高,土壤有机碳和全氮含量以及碳磷比、碳钾比、氮磷比和氮钾比均呈升高趋势,全磷和全钾含量以及磷钾比呈降低趋势,且有机碳、全氮、全磷和全钾对海拔的敏感程度依次降低;不同海拔梯度之间,土壤有机碳、全氮、全磷、全钾及其化学计量比的垂直分布存在显著差异性,即随着土壤深度的增加,有机碳和全氮含量呈降低趋势,而全磷和全钾含量以及各化学计量比变化规律不明显;同一海拔梯度内,森林植被区和灌草丛群落植被区土壤生态化学计量比差异性不大,且随海拔梯度变化一致,灌草丛群落中,土壤碳氮比与地上植被盖度具有极显著正相关性,森林群落植被区,土壤磷钾比与优势乔木种平均高度具有极显著负相关性,而与平均胸径呈显著负相关性;土壤物理结构的分异是造成土壤化学计量特征发生变化的主要内在原因,土壤碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比随着含水率和砂粒的增加呈指数型上升而随着粘粒的增加呈指数型下降的趋势。     

贺兰山东坡不同海拔梯度土壤酶化学计量特征

土壤胞外酶是生物地球化学循环的主要参与者，与微生物的代谢需求和养分供应密切相关。然而，对干旱区山地生态系统沿海拔梯度土壤微生物养分限制状况及其驱动因素尚不清楚。基于此，以贺兰山海拔1300-2700m范围内7个海拔梯度的土壤为研究对象，揭示贺兰山土壤理化性质、胞外酶活性及微生物养分限制的海拔分布格局，分析影响微生物养分限制的驱动因素。结果表明：随着海拔梯度的升高，土壤含水率（SWC）和有机碳（SOC）含量逐渐增加，容重（BD）和pH整体呈现逐渐降低的趋势。海拔显著影响土壤胞外酶活性，五种参与土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）循环的酶活性随着海拔的升高整体呈现逐渐上升的变化趋势，总体表现出中低海拔酶活性较低，高海拔酶活性较高。胞外酶矢量分析显示，矢量长度在中低海拔处较高，而矢量角度则在高海拔处较高，表明贺兰山土壤微生物在中低海拔和高海拔分别具有相对较强的C和P限制。土壤含水率、容重、C、N、P含量与土壤胞外酶活性及其化学计量比显著相关，是调控土壤胞外酶活性随海拔变化的主要因子，说明胞外酶在旱区山地生态系统土壤物质循环过程中具有重要的作用。该研究结果对揭示土壤微生物和胞外酶之间养分元素循环的耦合机理，为深入探讨贺兰山森林生态系统物质循环和不同海拔梯度植被有效管理提供科学依据。     

Effects of desertification on the C:N:P stoichiometry of soil,microbes, and extracellular enzymes in a desert grassland

为探讨荒漠草地沙漠化对“土壤-微生物-胞外酶”系统生态化学计量的影响机理, 该研究采用空间序列代替时间演替的方法, 研究了宁夏盐池荒漠草地沙漠化过程中土壤、土壤微生物及土壤胞外酶碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变异特征。结果表明: (1)随着荒漠草地沙漠化的不断加剧, 土壤C、N、P含量和土壤C:P、N:P均呈降低趋势, 而土壤C:N逐渐增加。(2)荒漠草地沙漠化过程中, 土壤微生物生物量C (MBC):微生物生物量P (MBP)、微生物生物量N (MBN):MBP和土壤β-葡萄糖苷酶(BG):N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)逐渐降低, 而土壤BG:磷酸酶(AP)和NAG:AP基本表现为增加趋势。(3)随着荒漠草地沙漠化程度的加剧, 土壤微生物C利用效率CUE_C:N和CUE_C:P与土壤微生物N利用效率NUE_N:C和土壤微生物P利用效率PUE_P:C的变化趋势相反。(4)荒漠草地土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶C:N化学计量(C:N, MBC:MBN, BG:NAG)与土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶N:P化学计量(N:P, MBN:MBP, NAG:AP)显著负相关, 而土壤和胞外酶C:N化学计量(C:N, BG:NAG)与土壤和胞外酶C:P化学计量(C:P, BG:AP)显著正相关。土壤N:P与土壤MBN:MBP显著正相关, 而与土壤NAG:AP显著负相关。分析表明, 荒漠草地沙漠化过程中土壤微生物生物量及胞外酶活性随着土壤养分的变化而发生变化; 微生物-胞外酶C:N:P生态化学计量与土壤养分存在协变关系, 为理解荒漠草地土壤-微生物系统C、N、P循环机制提供理论依据。