植被与土壤特征对青藏高原不同程度退化草地的响应

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用meta分析解析了草地退化对土壤理化性质、植被生产力和物种多样性的影响,并对重度退化草地的土壤理化性质和植物生物量进行线性回归分析。结果表明：随着草地退化的加剧,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾、土壤含水量、地上生物量、地下生物量和植被高度显著下降;土壤容重显著上升;土壤pH、全钾在各个退化阶段没有明显差异;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数整体呈下降趋势。土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾和土壤含水量与地上生物量、地下生物量存在显著的正相关;土壤容重与地上生物量、地下生物量呈显著的负相关;土壤pH与地上生物量、地下生物量呈负相关。因此,青藏高原高寒草地退化通过改变土壤理化性质而改变地上群落多样性和生物量,为阐明植被与土壤特征对草地退化的响应机制以及高寒退化草地的恢复提供了科学依据。     

亚热带5个生态系统土壤微生物学性质比较

为了解亚热带生态系统土壤微生物学特性,对疏草荒地(Barren grassland)、纯杉木林(Cunninghamia lanceolata forest)、纯樟树林(Cinnamomum camphora forest)、杉木樟树混交林(Cunninghamia lanceolata-Cinnamomum camphora mixed forest)和自然恢复地(Nature recovery)等5种生态系统土壤微生物学性质进行了分析。结果表明,在0~20、20~40和40~60 cm土层,纯樟树林、杉木樟树混交林和自然恢复地的土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸显著高于疏草荒地和纯杉木林(P0.05),而他们的代谢熵低于疏草荒地和纯杉木林(P0.05);随着土层深度的增加,不同生态系统的土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸显著减小(P0.05),代谢熵显著增大(P0.05)。土壤容重与土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸呈显著负相关(P0.05),与代谢熵呈显著正相关(P0.05);土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸均与土壤总孔隙度、土壤水稳性大团聚体、土壤有机碳、全氮、有效氮、有效磷呈极显著正相关(P0.01),代谢熵与土壤总孔隙度、土壤水稳性大团聚体、土壤有机碳、全氮、有效氮和有效磷呈显著负相关(P0.05)。因此,自然恢复地、纯樟树林和杉木樟树混交林对土壤质量的改善有明显促进作用,而疏草荒地和纯杉木林对土壤改良效果不明显。     

喀斯特地区不同土地利用方式对土壤有机碳、全氮以及微生物生物量碳和氮的影响

以广西环江大才为代表,选择亚热带典型喀斯特峰林谷地样区,通过对样区土壤进行密集采样和测定分析,研究了土地利用方式对土壤有机碳（O_C）和全氮（TN）含量及土壤微生物生物量碳（B_C）和氮（B_N）含量的影响.结果表明,3种土地利用方式下,土壤有机碳含量在稻田和林地中基本相同,而旱地显著低于稻田和林地.土壤全氮含量为稻田显著高于林地,而林地显著高于旱地.土壤微生物生物量碳含量为稻田显著高于林地,林地显著高于旱地.土壤微生物生物量氮含量在稻田和林地中基本相同,而旱地显著低于稻田和林地.旱地土壤pH值显著低于稻田和林地土壤.3种土地利用方式下,土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤微生物生物量氮与全氮含量之间均呈显著的正相关关系.土壤微生物生物量碳和氮含量可以作为评价喀斯特地区土壤质量和肥力的指标之一,对土地利用方式响应较为敏感.     

林农复合对沙地樟子松人工林土壤团聚体、有机碳及微生物生物量碳分配的影响

为探究林农复合对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物生物量碳的影响,在辽西地区选取樟子松-花生、樟子松-谷子、樟子松纯林(对照)为研究对象,对其土壤团聚体、团聚体有机碳、土壤微生物生物量碳以及土壤有机碳含量及其分布特征进行研究。结果表明:(1)研究区土壤团聚体以0.053~0.25 mm粒级为主,占团聚体总量的37%~45%,其中樟子松-谷子的大团聚体(0.25 mm粒级)含量最高。(2)两种林农复合各粒级团聚体有机碳含量变化显著不同(P0.05),樟子松-花生团聚体有机碳随粒径增大呈现"倒N"型分布,而樟子松-谷子土壤团聚体有机碳随粒径增大呈现"N"型分布。(3)0~20 cm表层土壤微生物生物量碳和有机碳含量大小顺序为:樟子松-谷子樟子松纯林樟子松-花生。(4)试验区土壤有机碳的积累主要受0.053~0.25 mm和2 mm粒级团聚体含量的影响;另外,0~50 cm土壤剖面微生物生物量碳和有机碳相关分析表明,樟子松-谷子土壤微生物生物量碳与有机碳具显著相关性,而在樟子松-花生复合林地内无显著相关性;这说明不同营林措施对土壤有机碳和微生物的影响存在差异。综上,辽西地区樟子松-谷子复合措施有利于改善土壤结构,促进大团聚体的形成,对提高土壤保水、供肥能力,实现对土壤的保护和可持续利用具有较为明显的作用。     

祁连山典型流域谷地植被斑块演变与土壤性状

植物群落演变与土壤性状变化之间的相互作用和过程研究对于认识生态系统结构和功能演变有着重要的意义.对祁连山谷地灌丛草甸退化演变过程中植物群落物种组成、土壤物理和化学性状特征、及土壤与植被的相互作用进行了研究,结果表明,在祁连山谷地阴坡林线以下较小的空间范围,植被斑块由金露梅群落向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,植被盖度降低,但物种多样性增加.不同植被斑块之间土壤水分有显著的梯度变化,土壤水分的变化导致植被的退化演替.植被斑块的演变导致土壤性状的明显分异,从金露梅灌丛斑块向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,土壤容重显著增加,土壤团聚体组成由大粒级的大团聚体(》1mm)破碎为小粒级的大团聚体(1-0.25mm)和微团聚体(《0.25mm),团聚体稳定性降低,表明土壤结构的退化;土壤有机碳含量下降了31.2%和55.9%,干筛各粒级土壤团聚体中有机碳含量金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块显著低于金露梅斑块,土壤团聚体平均重量粒径与有机碳含量存在显著相关,植被退化演变中土壤有机碳的损失部分地由于团聚体的破碎引起;土壤全氮和有效氮不同斑块之间也有显著的差异,植被斑块退化演变使氮的有效性降低;但磷、钾养分对植被变化的响应不敏感.植被的退化演变使土壤团聚体破碎、土壤结构退化,有机碳和全氮含量下降,使其抗侵蚀能力和水源涵养功能显著降低,又进一步加速植被的退化演替.在气候变暖的趋势下,马蔺斑块将进一步向林线逼近,灌丛草甸植被将会进一步退化和萎缩.     

植被恢复十年喀斯特坡地细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响

土壤碳氮存留与可利用性对恢复生态系统的稳定性和可持续性产生重要影响,研究其细根控制过程对深入理解植被恢复的作用及其针对性应用具有重要意义。依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站10年植被恢复平台,通过分析8种植被恢复模式植物（细根生物量、δ¹³C、δ¹⁵N）、土壤（有机碳、总氮、δ¹³C、δ¹⁵N、团聚体、砂粒、交换性钙、可溶性有机碳和氮、铵态氮、无机氮、微生物生物量碳和氮）理化性质的变化和关系,阐明细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响。研究结果表明：细根对土壤碳氮存留的影响可能主要基于对土壤团聚体结构的改善,加强了对土壤原有机碳、氮的保护和存留,而细根有机质输入的影响是较弱的;细根可能通过影响微生物调控土壤可利用性碳和氮;因高的细根生物量和固氮植物,封育林和刈割草地模式具有较高的土壤碳氮存留效应。综上所述,喀斯特植被恢复过程中细根对土壤碳氮存留与可利用性产生积极的影响。因此,石漠化生态工程治理可以考虑根系发达与固氮植物共同引种。     

喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式土壤肥力特征

基于网格法(5 m×5 m)采样,研究了喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草)下表层(0～20 cm)土壤肥力特征,利用主成分分析影响土壤肥力的主要因子,典范相关分析探讨土壤养分和土壤微生物的耦合关系.结果表明: 研究区6种土地利用方式土壤呈微碱性,pH 7.83～7.98,不同土地利用方式土壤养分含量不同,分别为有机碳76.78～116.05 g·kg^-1、全氮4.29～6.23 g·kg^-1、全磷1.15～1.47 g·kg^-1、全钾3.59～6.05 g·kg^-1、碱解氮331.49～505.49 mg·kg^-1、有效磷3.92～10.91 mg·kg^-1、有效钾136.28～198.10 mg·kg^-1,除pH呈弱变异外,其他指标均呈中等至强度变异.不同土地利用方式对土壤肥力的影响不同,有机碳、全氮、全磷、碱解氮等主要养分受影响最大,沿封育、火烧、刈割、刈割除根、种植牧草、种植玉米的人为干扰增加梯度而减少;其次是土壤微生物,尤其是放线菌;典范相关分析表明,火烧迹地的全磷与土壤微生物生物量磷,全钾与土壤微生物生物量碳,全氮与放线菌的相互影响最大,刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草土壤全氮与土壤微生物生物量碳,速效磷与土壤微生物生物量氮,pH与土壤微生物生物量碳、真菌,全氮、全钾与土壤微生物生物量磷,pH与真菌、放线菌相互之间的影响最大.土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤肥力特征.在喀斯特地区进行生态恢复与重建时,应采取合理的土地利用方式,提高喀斯特退化生态系统的土壤质量.     

土壤微生物生物量在团聚体中的分布以及耕作影响

了解土壤微生物在土壤结构体内部的分布对于预测相关的土壤生物化学过程具有重要意义。由于气候、土壤以及耕作的影响,该领域的研究结果存在很大的空间和时间变异,因此有待进行更多的在不同气候和土壤类型下的研究。首次报道亚热带紫色水稻土中微生物生物量在长期不同耕作方式的土壤中不同水稳性团聚体中的分布特征。结果表明微生物生物量在紫色水稻土水稳定性团聚体中的分布模式决定于土壤结构本身,而耕作方式的影响不显著;微生物生物量碳在不同粒级土壤团聚体中无显著性差异,微生物生物量氮与可溶性有机碳在0．25～0．053mm微团聚体中含量最高;垄作免耕显著提高土壤团聚体中的微生物生物量及可溶性有机碳含量,而对微生物生物量及可溶性有机碳在土壤团聚体中的分布模式无显著影响。     

洞庭湖区不同利用方式对土壤微生物生物量碳氮磷的影响

以湖南省沅江市典型湖垸为代表,通过密集取样分析,研究了洞庭湖区不同利用方式条件下农田土壤微生物生物量碳、氮、磷的变化及其和土壤碳、氮、磷的关系,发现水田土壤碳、氮和微生物生物量碳、氮明显高于旱地,水田土壤中双季稻高于一季稻;土壤磷的含量旱地稍高于水田,但土壤微生物生物量磷水田稍高于旱地.尽管在水田土壤中微生物生物量碳、氮有明显的不同,但水田土壤微生物生物量磷维持在相对稳定的水平.典型样区土壤微生物生物量碳占有机碳的比例为0.65%～7.24%,平均3.00%;土壤微生物生物量氮占全氮的比例为0.98%～7.41%,平均3.81%;土壤微生物生物量磷占全磷的比例为0.16%～7.54%,平均2.80%.土壤C/N为3.87～17.31,平均9.15;BC/BN为4.06～9.29,平均7.26.土壤微生物生物量碳、氮与土壤碳、氮之间存在极其显著的线性相关关系,但土壤微生物生物量磷占全磷之间相关关系不显著.土壤微生物生物量碳、氮、磷之间的相关关系达到了极显著水平.不同的利用方式和耕作制度导致了土壤碳、氮和微生物生物量碳、氮的差异,土壤微生物生物量碳、氮能够很好地反映洞庭湖区农田土壤碳、氮水平.     

宁南山区植被恢复对土壤团聚体养分特征及微生物特性的影响

测定了宁夏黄土丘陵区植被恢复近30年的天然草地和农地不同粒径团聚体的土壤养分含量、微生物生物量、呼吸特性和生态化学计量比等指标,探索黄土丘陵区植被恢复对不同粒径土壤团聚体的养分特性和微生物学性质的影响.结果表明: 微团聚体(粒径<0.25 mm)质量百分比、各粒径土壤团聚体养分(有机碳、全氮、速效钾)含量、C/N均表现为天然草地大于农地,其中1～2 mm粒径团聚体有机碳、全氮含量在天然草地和农地中均最高,C/N也较高,说明植被恢复能有效促进土壤团粒的形成,适宜养分积累和有机碳的汇集,且在1～2 mm粒径团聚体上表现最为突出;天然草地各粒径土壤团聚体微生物生物量(碳、氮)、基础呼吸强度均高于农地,而呼吸熵低于农地,可见植被恢复措施可有效提高各粒径土壤微生物生物量与活性,并使土壤生境趋于稳定;但由于养分特性的差异,不同粒径团聚体微生物特性对植被修复的响应存在差异,其中天然草地土壤1～2 mm粒径团聚体微生物生物量碳,<0.25、0.25～1、1～2 mm粒径团聚体微生物生物量氮,以及1～2、>5 mm粒径团聚体基础呼吸强度显著高于其他粒径,即上述粒径团聚体的微生物生物量和微生物活性在植被恢复过程中逐渐被改善.表明宁南山区植被恢复有效改善了土壤团聚体的肥力状况与结构特征,且1～2 mm粒径团聚体的改良效果最为突出.     

Changes of the relationships between soil and microbes in carbon,nitrogen and phosphorus stoichiometry during ecosystem succession

AimsThe carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry (C:N:P) of soil profoundly influences the growth, community structure, biomass C:N:P stoichiometry, and metabolism in microbes. However, the relationships between soil and microbes in the C:N:P stoichiometry and their temporal dynamics during ecosystem succession are poorly understood. The aim of this study was to determine the temporal patterns of soil and microbial C:N:P stoichiometry and their relationships during ecosystem succession.MethodsAn extensive literature search was conducted and data were compiled for 19 age sequences of successional ecosystems, including 13 forest ecosystems and 6 grassland ecosystems, from 18 studies published up to May 2016. Meta-analyses were performed to examine the sequential changes in 18 variables that were associated with soil and microbial C, N and P contents and the stoichiometry. Important findings (1) There was no consistent temporal pattern in soil C:N along the successional stages, whereas the soil C:P and N:P increased with succession; the slopes of the linear relationships between soil C:N:P stoichiometry and successional age were negatively correlated with the initial content of the soil organic C within given chronosequence. (2) There was no consistent temporal pattern in microbial C:N:P stoichiometry along the successional stages. (3) The fraction of microbial biomass C in soil organic C (qMBC), the fraction of microbial biomass N in soil total N, and the fraction of microbial biomass P in soil total P all increased significantly with succession, in consistency with the theory of succession that ecosystem biomass per unit resource increases with succession. (4) The qMBC decreased with increases in the values of soil C:N, C:P, or N:P, as well as the stoichiometric imbalances in C:N, C:P, and N:P between soil and microbes (i.e., ratios of soil C:N, C:P, and N:P to microbial biomass C:N, C:P, and N:P, respectively). The C:N, C:P, and N:P stoichiometric imbalances explained 37%-57% variations in the qMBC, about 7-17 times more than that explainable by the successional age, illustrating the importance of soil-microbial C:N:P stoichiometry in shaping the successional dynamics in qMBC. In summary, our study highlights the importance of the theories of ecosystem succession and stoichiometry in soil microbial studies, and suggests that appropriately applying macro-ecological theories in microbial studies may improve our understanding on microbial ecological processes.     

生态系统演替过程中土壤与微生物碳氮磷化学计量关系的变化

土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征会显著影响微生物的生长、群落结构、生物量C:N:P化学计量及其代谢活动。然而生态系统演替过程中土壤-微生物C:N:P化学计量的时间格局及其协调关系还不明确。为此, 该研究收集了2016年5月以前发表的文献中19个生态系统演替序列(包括13个森林、6个草地生态系统)的土壤-微生物生物量C:N:P研究结果, 整合分析了其中土壤-微生物生态化学计量的时间动态, 结果表明: (1)生态系统演替过程中土壤C:N没有一致的时间格局, 而土壤C:P和N:P均随演替进程显著增加, 其中土壤C:N:P与演替时间之间线性关系的斜率与相应演替序列的初始土壤有机C含量呈负相关关系。(2)演替进程中土壤-微生物生物量C:N:P没有一致的时间格局。(3)微生物生物量C占土壤有机C百分比(qMBC)、微生物生物量N占土壤全N百分比、微生物生物量P占土壤全P百分比均随着演替进程而显著增加, 即单位资源所能支持的微生物生物量随着演替进程而增加, 这与宏观生态系统演替理论相符。(4) qMBC随着土壤C:N、C:P和N:P以及C:N、C:P和N:P化学计量不平衡性(即土壤C:N、C:P和N:P分别除以微生物生物量C:N、C:P和N:P)的增加而减小; 其中, C:N、C:P和N:P化学计量不平衡性解释了qMBC变异性的37%-57%, 是演替时间解释率的7-17倍, 表明土壤-微生物生态化学计量关系对qMBC演替动态有重要影响。该研究强调了生态化学计量学理论和生态系统演替理论在土壤微生物时间动态研究中的重要作用, 表明适当地融合生态学宏观理论于土壤微生物研究可以加深对土壤-微生物生态过程的认识。     

洞庭湖湿地土壤环境及其对退田还湖方式的响应

土壤物理、化学和生物学特性是构成土壤环境的主要组分,综合影响湿地生态系统的调蓄功能和演替恢复。本文以农田（水田和旱地）和自然湿地系统（苔草地和芦苇地）为对照,以3种退田还湖生态系统（种植杨树、芦苇和自然恢复）为研究对象,采用主成分和聚类分析,探索湿地土壤总体环境与生态系统演替过程的相关性。研究结果表明,土壤总体环境与生态系统恢复有很好的一致性。退田还湖为自然水域后,土壤环境的恢复接近于自然湿地系统,在3种退田还湖方式中恢复最好;杨树林地对土壤环境的恢复效果优于人工芦苇地,在一定程度上对湿地土壤环境有所改善,特别是对土壤有机质积累、土壤粘粒形成等过程的改善,但是其土壤环境与苔草等自然湿地发育的土壤仍然有较大差异;因子重要性分析表明水文情势是控制湿地土壤环境恢复的决定性因素,其次是人类干扰强度和方式。     

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。     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

半干旱区沙质退化草地造林对土壤质量的影响

采用野外调查与室内培养相结合的方法,研究了我国北方半干旱区科尔沁沙地退化草地营造樟子松人工林32年后0～10 cm表层土壤理化性状、土壤碳氮矿化量、土壤微生物量以及土壤酶活性等的变化. 结果表明32年生樟子松人工林土壤有机碳、全氮和全磷等养分含量分别下降了21%、42%和45%;5月和11月樟子松人工林土壤NH4 -N显著高于草地(P=0.001;P=0.019),而5、8和11月草地土壤NO3--N含量显著高于樟子松人工林(P＜0.001;P=0.048;P=0.031);5、8和11月樟子松人工林土壤有机碳日矿化释放的CO2-C量均大于草地,而二者土壤氮矿化率差异不显著(P＞0.05);5和8月樟子松人工林土壤微生物量碳含量与草地相比差异不显著,11月则显著高于草地;土壤养分和水分含量是影响土壤微生物量碳含量的重要因素;与草地相比,樟子松人工林土壤脲酶和蔗糖酶活性降低,而土壤过氧化氢酶活性升高. 上述结果说明半干旱区沙质退化草地营造樟子松人工林32年后土壤质量出现一定程度的下降;由于植被的改变,樟子松人工林土壤理化性状和生物学性状等表现出与草地不同的季节动态特征.造林作为我国北方半干旱区沙地退化生态系统的一种恢复手段具有一定的局限性.     

喀斯特区不同退化程度植被群落植物-凋落物-土壤-微生物生态化学计量特征

为摸清喀斯特植被退化对群落各组分C、N、P生态化学计量特征及内稳态特征的影响，为喀斯特退化生态系统植被恢复与重建提供科学依据，以桂西北喀斯特地区5种退化程度植被群落为研究对象，测定了不同退化程度植被群落植物叶片、凋落物、土壤和微生物生物量的C、N、P含量，分析其化学计量比特征、相互关系及植物内稳性特征。结果表明：(1)随着退化程度加剧，叶片C、N、P含量、N∶P和凋落物N∶P、微生物量C显著下降，而叶片C∶N、C∶P则显著增加，且植物叶片N∶P<14;随退化程度加剧，凋落物N、P含量、土壤C、N、P含量、微生物量N、P呈先略有增后显著降低的趋势，且不同退化程度群落土壤N∶P和微生物量C∶N无显著差异。(2)叶片N、P含量与土壤N、P含量，叶片C∶P与土壤C∶N、C∶P、N∶P,叶片N∶P与凋落物N、N∶P,叶片C、N、P含量与微生物量C呈显著或极显著正相关关系；叶片C∶N与土壤C、N,叶片C∶P与土壤N、P,叶片N∶P与土壤P呈显著或极显著负相关关系。(3)喀斯特地区植物叶片N、P元素的内稳性指数(H)平均值分别为2.74和2.31,属于弱稳态型，叶片N∶P的H值为5.14,为稳...     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.     

C:N:P stoichiometry in soil: is there a “Redfield ratio” for the microbial biomass?

Well-constrained carbon:nitrogen:phosphorus (C:N:P) ratios in planktonic biomass, and their importance in advancing our understanding of biological processes and nutrient cycling in marine ecosystems, has motivated ecologists to search for similar patterns in terrestrial ecosystems. Recent analyses indicate the existence of “Redfield-like” ratios in plants, and such data may provide insight into the nature of nutrient limitation in terrestrial ecosystems. We searched for analogous patterns in the soil and the soil microbial biomass by conducting a review of the literature. Although soil is characterized by high biological diversity, structural complexity and spatial heterogeneity, we found remarkably consistent C:N:P ratios in both total soil pools and the soil microbial biomass. Our analysis indicates that, similar to marine phytoplankton, element concentrations of individual phylogenetic groups within the soil microbial community may vary, but on average, atomic C:N:P ratios in both the soil (186:13:1) and the soil microbial biomass (60:7:1) are well-constrained at the global scale. We did see significant variation in soil and microbial element ratios between vegetation types (i.e., forest versus grassland), but in most cases, the similarities in soil and microbial element ratios among sites and across large scales were more apparent than the differences. Consistent microbial biomass element ratios, combined with data linking specific patterns of microbial element stoichiometry with direct evidence of microbial nutrient limitation, suggest that measuring the proportions of C, N and P in the microbial biomass may represent another useful tool for assessing nutrient limitation of ecosystem processes in terrestrial ecosystems.     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.