氮添加土壤微生物群落结构影响微生物碳利用效率

尽管近年来中国氮(N)沉降水平逐渐趋于稳定,但中国东南地区N沉降相比于其他地区仍处于较高水平。N沉降对陆地生态系统碳循环过程的影响不容忽视。微生物碳利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳转化为生物量碳的效率,高微生物CUE意味着高土壤有机碳存储潜力。因此,探究N沉降背景下微生物CUE的变化将有助于进一步认识陆地生态系统土壤碳存储的变化。然而,目前关于N沉降下微生物群落结构的变化如何影响微生物CUE鲜有报道。在福建省泉州市戴云山国家级自然保护区的罗浮栲林通过N添加模拟N沉降。实验共包括三个N添加处理：对照(CT,+0 kg hm^-2 a^-1)、低氮(LN,+40 kg hm^-2 a^-1)和高氮(HN,+80 kg hm^-2 a^-1)。测定不同处理土壤基本理化性质、微生物生物量、酶活性和CUE,并使用高通量测序对微生物群落结构和多样性进行测定。结果表明,N添加显著影响微生物CUE,随着N添加水平的增加,CUE逐渐增加;相反,土壤pH、可提取有机碳(EOC)和微...     

碳氮添加对草地土壤有机碳氮磷含量及相关酶活性的影响

草地土壤有机碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分含量和酶活性对草地生态系统能量和养分的保持和供应具有重要作用.氮沉降对草地生态系统土壤有机养分及酶活性产生影响的结果不一致性,碳的同步添加是否会缓解氮沉降造成的负面影响仍不清楚,需要深入探讨.本研究以在内蒙古呼伦贝尔草原开展的碳(葡萄糖)、氮(尿素)添加试验样地为依托(始于2014年5月),探讨碳、氮添加对草地土壤C、N、P含量及相关酶活性的影响及其机制.试验分别设N₀(对照)、N₂₅(施氮25 kg·hm^-2·a^-1)、N₅₀(50 kg·hm^-2·a^-1)、N₁₀₀(100 kg·hm^-2·a^-1)、N₂₀₀(200 kg·hm^-2·a^-1)共5个N添加主处理,C₀(对照)、C₂₅₀(施碳250 kg·hm^-2·a^-1)、C₅₀₀(500 kg·hm^-2·a^-1)3个碳添加副处理,试验样品采于2016年8月.结果表明:高氮添加显著抑制脱氢酶(DHA)和β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)活性,与对照相比,其活性分别降低22.3%和12.5%;而氮添加对土壤有机N含量无显著影响,使有机C和有机P含量分别减少6.6%和14.5%.高碳添加缓解了土壤微生物的碳限制,使得脱氢酶(DHA)、β-葡糖苷酶(BG)活性及土壤有机N、有机P含量分别增加15.1%、12.2%、1.9%、2.6%.研究表明,长期过量氮输入抑制土壤微生物活性,造成土壤有机C、有机P的减少,而碳添加提高了微生物及酶活性,使土壤有机N、P含量增加.碳氮耦合添加对草地土壤有机C、N、P的持续供应具有重要意义.     

亚热带杉木林土壤有机碳及其活性组分对氮磷添加的响应

通过野外氮、磷添加,分析N₀(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N₁(50 kg N·hm^-2·a^-1)、N₂(100 kg N·hm^-2·a^-1)、P(50 kg P·hm^-2·a^-1)、N₁P和N₂P等6种处理3年后对亚热带杉木人工林土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)和水溶性有机碳(WSOC)的影响.结果表明:氮、磷添加对0～20 cm土层SOC含量无显著影响.磷添加显著降低0～5 cm土层POC含量,与无磷处理相比,加磷处理POC含量降低26.1%.WSOC含量对氮、磷添加的响应主要表现在0～5 cm土层,低水平氮添加和磷添加显著提高WSOC含量.在0～5 cm土层,氮添加对POC/SOC值无显著影响,而与无磷添加相比,POC/SOC值在磷添加处理下显著降低15.9%.在5～10和10～20 cm土层,氮、磷添加处理对POC/SOC值无显著影响.在亚热带地区,森林土壤碳稳定性主要受磷含量的调控,短期磷添加易导致表层土壤活性有机碳分解,增加土壤碳稳定性.     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

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。     

氮磷添加对长白山温带森林土壤微生物群落组成和氨基糖的影响

在长白山阔叶红松林中设置氮添加(N,50 kg N·hm^-2·a^-1)、磷添加(P,25 kg P·hm^-2·a^-1)和氮磷添加(NP,50 kg N·hm^-2·a^-1+25 kg P·hm^-2·a^-1)试验,分析氮磷添加对有机层和矿质层土壤微生物群落组成和氨基糖的影响。结果表明: 在有机层土壤中,N、P添加使总微生物生物量显著降低19.5%和24.6%,P添加还使细菌和真菌生物量分别显著降低23.8%和19.3%;在矿质层土壤中,N、P和NP添加使总微生物生物量显著增加94.8%、230.9%和115.0%,细菌和真菌生物量在施肥处理下显著增加。N添加下有机层土壤真菌与细菌生物量比值(F/B)显著增大,而NP添加使矿质层土壤F/B显著减小。革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比对N、P和NP添加有显著正响应。土壤氨基糖对不同处理的响应不同。在有机层土壤中,N、P和NP添加使氨基葡萄糖含量分别减少41.3%、48.8%和36.4%,而N和NP添加分别使胞壁酸含量显著增加43.0%和71.1%;在矿质层土壤中,氨基葡萄糖和胞壁酸含量在N添加下无显著变化,而在P和NP添加下显著增加。在施肥处理下,有机层土壤中氨基葡萄糖与胞壁酸比值显著减小,表明N、P添加增加了细菌对土壤有机碳积累的相对贡献。N、P添加后土壤氨基糖含量的变化与微生物群落组成的变化密切相关,且二者均受到土壤化学性质变化的影响。     

九连山次生阔叶林幼苗生长对氮磷添加的响应

以亚热带森林的幼苗群落为对象,设置对照(CK)、氮添加(100 kg N·hm^-2·a^-1)、磷添加(50 kg P·hm^-2·a^-1)和氮+磷添加(100 kg N·hm^-2·a^-1+50 kg P·hm^-2·a^-1)4种处理的施肥样地,测定幼苗的株高、地径、冠幅、比叶面积、死亡率等指标,研究氮磷添加下幼苗的生长与群落结构的变化及其驱动力。结果表明: 与未施肥相比,磷添加下幼苗的株高增长率、地径增长率分别显著下降45.1%和30.3%;主要建群树种死亡率受到施肥的影响,氮添加显著增加米槠幼苗死亡率至25.1%,氮磷施肥显著提高丝栗栲死亡率至25.1%~31.3%,而氮添加、磷添加显著降低了木荷和润楠的死亡率;施肥显著降低了幼苗群落中木荷和丝栗栲的重要值,氮添加、磷添加显著增加了润楠幼苗的重要值。氮+磷添加显著降低了幼苗群落的Shannon指数、Simpson指数;幼苗生长主要受到土壤铵态氮、有效磷、全氮、林冠开度及比叶面积的影响,而幼苗死亡率主要受到土壤铵态氮、有效磷和林冠开度的影响。综合来看,氮磷添加主要通过调控土壤氮磷速效养分,进而改变叶片功能性状来影响幼苗的生长;加速外生菌根树种(米槠和丝栗栲)的死亡,改变幼苗群落建群种的重要值,降低物种多样性, 最终可能改变亚热带次生阔叶林成年树的群落结构。     

氮添加对湿地松林土壤水解酶和氧化酶活性的影响

通过3个水平野外氮添加控制试验(0、40、120 kg N·hm^-2·a^-1),研究氮添加对亚热带湿地松林土壤水解酶和氧化酶活性的影响.结果表明: 氮添加显著抑制了土壤有机质中碳、氮、磷水解酶和氧化酶的活性,导致β-1,4-葡糖苷酶(BG)、纤维素二糖水解酶(CBH)、β-1,4-乙酰基-葡糖胺糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(PER)活性下降16.5%～51.1%,并且高水平氮添加对酶活性抑制效果更明显;氮添加导致α-1,4-葡糖苷酶(aG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(PPO)活性降低14.5%～38.6%,不同水平氮添加处理间差异不显著.土壤酶活性存在明显的季节性差异,BG、NAG、BX、CBH、AP、PPO活性表现为3月>6月>10月,aG、PER活性表现为10月>3月>6月.多数土壤水解酶和氧化酶与pH呈显著正相关,与NO₃^--N含量呈显著负相关,表明氮添加导致pH降低和土壤中硝化作用增强,抑制了土壤水解酶和氧化酶活性.氮添加不利于亚热带土壤有机质的矿化和周转,并且随着氮添加量的增加,效果更明显.     

氮沉降下纳帕海草甸植被与土壤变化对微生物生物量碳氮的影响

为探明高原草甸土壤微生物对短期氮沉降的响应,以纳帕海典型高寒草甸云雾薹草群落为对象,野外原位布设低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(10 g N·m^-2·a^-1)和高氮(15 g N·m^-2·a^-1)3种施氮处理,研究氮沉降引起高寒草甸植物多样性及土壤性质变化对微生物生物量碳氮的影响。结果表明：氮添加显著增加土壤微生物生物量碳氮及其熵值,中氮处理下微生物生物量碳增量最高,达139.3%;微生物生物量碳氮的垂直变化表现为沿土层显著降低,降幅为24.1%～75.1%。氮添加显著提高群落地上生物量,降低Shannon和Simpson多样性,变幅达6.6%～65.4%;氮添加显著降低土壤pH,增加土壤有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量,且在中氮处理下变幅(7.0%～511.1%)最大;土壤pH随土层加深而增大,而其他理化指标则沿土层加深而显著减少,变幅达19.5%～91.2%。结构方程模型表明,土壤铵态氮、硝态氮和有机质对微生物生物量起促进作用,而土壤pH和植...     

氮沉降对黄河三角洲芦苇湿地土壤呼吸的影响

2012年6月至2012年10月, 对黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(HN, 100 kg N·hm^-2·a^-1)。利用LI-8100土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率。结果表明, 氮沉降促进了芦苇湿地土壤呼吸作用, LN和HN处理使芦苇生长季(6-10月)平均土壤呼吸速率比CK分别提高19%和58%。积水改变了芦苇湿地土壤呼吸日动态。地面无积水时, 各处理土壤呼吸日动态均呈单峰型曲线; 地面有积水时, 土壤呼吸日动态峰值推后或无单峰型波动规律。积水影响土壤呼吸作用对温度的响应。地面无积水时, 各处理土壤呼吸速率均与气温呈极显著的正指数相关关系, 气温分别解释了CK、LN和HN处理下土壤呼吸季节变化的69.9%、64.5%和59.9%; 地面有积水时, 各处理土壤呼吸与气温相关性不显著。CK、LN和HN处理下土壤呼吸温度敏感性系数Q₁₀值分别为1.68、1.75和1.68, 表明LN处理增强了土壤呼吸温度敏感性, HN处理对其影响不显著。     

氮添加对三峡库区马尾松-栓皮栎混交林土壤微生物生物量和酶活性的影响

选择三峡库区的马尾松-栓皮栎混交林,分析不同浓度氮添加(0、30、60、90 kg N·hm-2·a-1)对土壤微生物生物量、酶活性和养分含量的影响,为在大气氮沉降持续增加的背景下预测该地区森林土壤碳动态提供科学依据.结果 表明:各氮添加处理下土壤有机碳、全氮和微生物生物量碳、氮、磷均显著提高,土壤pH值下降,全磷含量...     

氮添加和采脂对湿地松林土壤酶活性及酶化学计量比的影响

大气氮沉降和采脂会引起树木生长和代谢的变化,从而影响土壤养分循环和酶活性.土壤酶和酶化学计量可以揭示土壤碳、氮循环和微生物生长代谢过程的养分限制,但目前亚热带湿地松人工林土壤酶和酶化学计量对氮添加和采脂的响应还不清楚.以亚热带北缘的湿地松人工林为研究对象,设置采脂(resin tapping,RT)和未采脂(no re...     

黄山松土壤可溶性有机质对氮添加的响应及其与细菌群落的关联

为探究黄山松土壤可溶性有机质(DOM)数量和质量对短期氮(N)添加的响应及其与细菌群落的关联,在福建戴云山自然保护区设置不同N添加水平(0、40和80 kg N·hm^-2·a^-1)试验,采用三维荧光与平行因子联用法,并结合高通量测序手段分别对土壤DOM和细菌群落进行分析。结果表明: 与对照相比,N添加整体降低了0～10和10～20 cm土层可溶性有机碳(DOC)含量和DOM腐殖化指数(HIX),其中,高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)添加下均显著降低。平行因子分析法进一步表明N添加下DOM中类腐殖质组分(C1、C2)的相对含量降低。此外,N添加减少了富营养细菌(变形菌门、酸微菌纲)的相对丰度,而增加了贫营养细菌(斯巴达杆菌纲)的相对丰度。富营养细菌的相对丰度与HIX、C1、C2呈显著正相关,与相对易分解的类富里酸组分(C3)呈显著负相关;而贫营养细菌的情况则相反。说明N添加下不同生活策略的细菌类群对DOM中难分解和易分解组分存在明显的偏好性。我们推测N沉降加剧背景下土壤微生物生活策略的转变可能有助于DOM组分的塑造。     

不同秸秆还田量和氮肥配施对玉米田土壤CO2排放的影响

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO₂排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑。本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S₁)、6000(S₂)和9000 kg·hm^-2(S₃,秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N₁)、210(N₂,常规施氮量)和420 kg N·hm^-2(N₃),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理。采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO₂排放的影响及CO₂排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明: 秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO₂排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO₂排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO₂排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO₂排放,且主要受两者培养前期含量的影响。从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO₂排放的角度考虑,210 kg N·hm^-2常规施氮量与6000 kg·hm^-2秸秆还田配合施用(N₂S₂)是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式。     

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。