蚯蚓对土壤微生物残留物的影响研究评述与展望

蚯蚓如何影响土壤有机碳的固持是土壤生态学的关键科学问题之一。蚯蚓能同时促进土壤有机碳分解和稳定，这种两面作用带来的不确定性被研究者称为"蚯蚓困境"。研究证据和新兴的"土壤微生物碳泵"概念模型表明土壤微生物残留物是土壤有机质的主要贡献者。为系统了解蚯蚓对土壤微生物残留物的影响与可能的机制，研究分析和总结了已有的国内外蚯蚓与微生物残留物（氨基糖）的相关研究成果，表明：（1）过往的研究忽略了蚯蚓对微生物残留物的影响，导致这一方向的研究严重滞后；（2）蚯蚓对土壤微生物残留物影响的方向和大小仍有很大的不确定性，可供量化分析其驱动机制的研究还很缺乏。研究尝试将蚯蚓整合到"土壤微生物碳泵"概念框架中，分析蚯蚓影响土壤微生物残留物3个方面的可能机制，即：（1）改变土壤微生物量、群落结构，（2）改变微生物生理特性，（3）改变土壤团聚体结构等，影响土壤有机碳的积累。同时，本文提出了未来相关研究的6个重点方向，包括：（1）蚯蚓对微生物的选择性取食，（2）肠道介导的微生物"涨落"现象，（3）蚯蚓对矿质结合有机物的"破坏"与"重组"，（4）蚯蚓引起的"激发"和"续埋"效应，（5）多生态型相互作用，（6）全球变化背景下的蚯蚓生态学等，以期为进一步揭示蚯蚓-微生物相互作用影响土壤有机碳累积与稳定性的机制提供参考。     

秸秆预处理对土壤微生物量及呼吸活性的影响

冬小麦秸秆经8．0g·L^-1H2O2(pH11．0)溶液、12．5g·L^-1 NaOH溶液或H2SO4溶液浸泡8h并80℃烘干后,与无机N一起加入土壤,进行室内25℃恒温培养试验,在不同时间测定土壤微生物量C、N和CO2释放速率。结果表明,培养前期,秸秆预处理使土壤微生物量C数量增加了1．0～1．4倍,但降低了土壤微生物的呼吸活性;培养后期,NaOH和H2SO4处理使土壤微生物量C分别下降了28％和42％,但增加了土壤微生物的呼吸活性;H2O2处理则使土壤微生物量N增加90％;土壤微生物区系中的真菌比例在不同时刻有所增加,表明将秸秆预处理后施入土壤,将对土壤中微生物数量和呼吸活性产生一定影响。     

不同施肥制度土壤微生物量碳氮变化及细菌群落16S rDNA V3 片段PCR产物的DGGE分析

应用化学分析和变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术分离PCR扩增的16S rDNA的方法,研究了不同施肥制度对土壤微生物量碳、氮变化及微生物多样性的影响。结果表明,连续15a长期试验下,土壤微生物量碳（SMB-C）和微生物量氮（SMB-N）的含量大小均为长期撂荒（CK0）土壤高于农田土壤,而在农田土壤中,长期施肥的处理（NPK、NPKM、NPKSt和NPKF）高于长期不施肥处理（CK）,不同的种植制度中,长期复种轮作（NPKF）高于长期复种连作（NPK）;各处理的SMB-C/SOC（土壤有机碳）和SMB-N/TN（全氮）的比值的变化趋势与SMB-C和SMB-N变化一致;从PCR-DGGE分析,长期氮磷钾化肥配施有机肥（NPKM）处理的微生物量碳、氮的含量最高,微生物丰度最高,细菌物种最多,其次为长期撂荒（CK0）,CK处理细菌物种最少。UPGMC聚类分析表明NPK和NPKF处理细菌的群落结构相似,CK和CK0处理细菌的群落结构相似,而NPKM和NPKSt处理细菌的群落结构相似。     

暖温带森林土壤微生物量、群落结构和活性对植物地下碳源的响应

该研究以典型的亚热带—温带过渡区森林为对象,采用野外过程监测和控制试验相结合的方法,利用磷脂脂肪酸和土壤胞外酶活性分别表征土壤微生物群落结构和活性,并结合微环境因子,重点探究土壤微生物生物量、群落结构和活性对植物地下碳输入的响应特征。结果表明：在观测周期内,处理均能显著降低三组年龄段林分的土壤微生物量碳,其变化幅度在－8.72％~－5.72％之间,其中在80年的林分中降幅最大,而在160年的林分中降幅最小;微生物量氮的变化规律与相应的微生物量碳的变化规律相似,但与对照相比其差异性均未达到显著性水平;另外,经壕沟处理2~4个月后,所有林分的土壤微生物量碳和氮与对照相比出现增加的现象。处理均能对三组年龄段林分的土壤微生物群落结构产生不同程度的影响,其中40年林分的土壤微生物群落对处理的响应程度要高于另外两个年龄段的林分;与对照相比,壕沟处理样方的腐生真菌的相对丰富度均下降明显,其中在40年和80年林分中的下降幅度达到显著水平,而细菌、放线菌和丛枝菌根真菌均无明显变化;壕沟处理样方的水解酶(β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-葡萄糖苷酶)活性均显著下降,而氧化酶(酚氧化酶和过氧化物酶)活性的变化相对较小,除80年的林分外,其余林分均不显著。此外,处理均不能显著影响土壤的含水量和温度。该研究结果为初步阐明全球气候变化背景下森林土壤微生物结构及其功能的变化特征以及更加精确预测未来森林土壤碳的变化趋势提供了科学依据。     

玉米生长期间土壤微生物量与土壤酶变化及其相关性研究

研究了玉米生长期间土壤微生物量碳、氮与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性变化及其相关性．结果表明，玉米生长前期和中期，土壤微生物量碳、氮及酶活性迅速上升，并逐渐达到最大值；玉米生长后期，土壤微生物量碳、氮、酶活性下降至某一值后并逐渐趋于平稳．几种处理相比较，以秸秆＋尿素处理的土壤微生物量碳、氮及酶活性为最大．除玉米生长后期，土壤微生物量碳、氮与碱解氮、活性腐殖质、土壤ｐＨ不相关外，土壤微生物量碳、氮与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性及速效养分在玉米生长期间均相关或极相关     

长期不同施肥制度对潮棕壤肥力及微生物活性的影响

利用长期定位试验研究了不同施肥制度对潮棕壤肥力及微生物活性的影响。结果表明:长期施用有机肥、无机肥显著降低土壤pH;长期施用化肥并不能增加土壤全碳、氮含量,而有机肥的长期施用却能显著提高土壤有机质含量;土壤长期无P、K肥料施入则会出现P、K的亏损。有机肥处理(M,N+M和NPK+M)的微生物量均显著高于不施肥处理(CK),且这些处理间无显著差异;NPK处理与CK处理间无显著差异,而长期施用N肥显著降低土壤微生物量;均衡施肥处理(M,N+M,NPK和NPK+M)均能显著增强土壤微生物呼吸(P0.05),而单施N处理对土壤微生物呼吸无显著影响;与CK相比,施肥处理均能显著提高土壤氨化作用(P0.05),其中以NPK+M处理最高;除N处理外,其他施肥处理均显著提高土壤硝化作用(P0.05)。相关性分析显示,土壤微生物量碳、氮,微生物呼吸,氨化和硝化作用均与土壤全碳、全氮极显著相关(P0.01),均能够较好地反映土壤肥力变化情况;而土壤微生物活性与其他理化因子相关性不一致,表明它们对土壤理化因子变化的响应程度不同。     

长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响

以中国农业科学院红壤实验站1982年布置的长期定位试验为研究对象,分析了长期双季稻绿肥轮作体系下水稻产量变化趋势、稻田土壤有机质变化特征及土壤活性有机质组成。结果表明,绿肥作物与双季稻轮作种植后,水稻产量显著高于冬闲对照,绿肥作物紫云英、油菜和黑麦草处理年平均水稻产量（1982-2008）分别为10.8 t?hm-2?a-1,10.2 t?hm-2?a-1和10.0 t?hm-2?a-1,较冬闲对照分别提高27.2%,20.5%和18.1%。试验前期（1982-1993）种植绿肥作物各处理之间水稻产量无显著差异,试验开展11年后（1994-2008）种植紫云英处理水稻产量显著高于油菜和黑麦草处理。长期双季稻绿肥轮作土壤有机质随年份显著增加,双季稻紫云英轮作土壤有机质积累速度最快,年增加0.31 g?kg-1,双季稻黑麦草次之,土壤有机质年增加0.28g?kg-1,双季稻油菜轮作土壤有机质年增加0.26g?kg-1。种植绿肥作物紫云英稻田土壤活性有机质显著高于其它处理。种植绿肥作物各处理土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳和土壤微生物量氮含量均显著高于冬闲对照。其中黑麦草和紫云英处理土壤微生物量碳含量及微生物熵显著高于油菜和冬闲对照处理。在湘南红壤丘陵双季稻区,种植绿肥作物对提高水稻产量、增加土壤有机质、提高土壤有机质活性具有重要意义,绿肥选择上以紫云英对水稻产量和稻田土壤培肥综合效果最好。     

蚯蚓和秸秆对铜污染土壤微生物类群和活性的影响

试验设置4个Cu浓度水平：0、100、200和400 mg·kg^-1 Cu²⁺,每个Cu浓度水平设置4个处理：对照(CK)、表施秸秆(M)、接种蚯蚓(E)、同时加入蚯蚓和秸秆(ME),研究了在Cu污染土壤中加入蚯蚓和秸秆对土壤微生物数量及活性的影响.结果表明：Cu污染、秸秆和蚯蚓均明显影响土壤微生物类群; Cu污染对细菌、放线菌具有抑制作用,而对真菌没有影响;秸秆显著提高了真菌数量;蚯蚓使土壤细菌、放线菌数量显著增加,而对真菌数量影响不大.Cu污染浓度＞200 mg·kg^-1处理对微生物量碳具有抑制作用;加入秸秆或蚯蚓,可显著提高土壤微生物量碳,而且同时加蚯蚓和秸秆处理土壤微生物量碳增加最显著.加入蚯蚓和秸秆后,土壤呼吸值显著增高.Cu<200 mg·kg^-1时,蚯蚓处理土壤呼吸值最大,平均比对照高3.06～5.58倍;Cu≥200mg·kg^-1时,蚯蚓、秸秆同时加入处理土壤呼吸值最高.4个处理土壤代谢商大小顺序为：ME>E>M>CK.蚯蚓和秸秆处理对土壤NH₄⁺-N没有影响,而对土壤NO₃^--N影响各异.接种蚯蚓,可显著提高土壤NO₃^--N含量;加入秸秆,可显著降低土壤NO₃^--N含量;同时加入蚯蚓和秸秆处理NO₃^--N含量最低.相关分析表明,土壤有效态Cu(DTPA-Cu)与土壤放线菌、细菌呈显著负相关,而与土壤呼吸、土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量呈显著正相关.引入秸秆和蚯蚓,可在一定程度上减缓Cu污染对微生物数量和活性的影响.     

武夷山不同海拔植被土壤微生物量的季节动态及主要影响因子

土壤微生物量的季节变化在陆地生态系统碳循环方面具有重要作用。为阐明中亚热带武夷山不同海拔梯度带土壤微生物量的季节变化规律及其主要影响因子,选择4种不同海拔梯度的植物群落：常绿阔叶林（EBF,500 m）、针叶林（CF,1200 m）、亚高山矮林（DF,1800 m）和高山草甸（AM,2100 m）于2005年6月—2006年6月期间进行了实验研究。结果表明：不同海拔梯度带土壤微生物量均具有明显的季节变化且变化趋势一致,均表现为早春最大,夏季最小;不同海拔梯度带土壤微生物量的季节变化与对应月份的土壤湿度、土壤有效碳均呈显著正相关,而与土壤温度、土壤有机碳、土壤全氮、凋落物输入量等因子相关不显著。土壤有效碳含量、土壤湿度是调控武夷山森林土壤微生物量季节变异的重要生态因子。     

苏丹草-黑麦草轮作制中施肥制度对土壤生物性质的影响

苏丹草-黑麦草轮作是中国南方地区一种新型、高强度的种植制度,不同的养分管理措施可能影响土壤生物性质,从而影响土壤肥力.在4年大田定位试验基础上研究了苏丹草-黑麦草轮作制中施肥制度对土壤敏感性指标微生物活性、微生物生物量、酶活性、土壤有机质、全氮含量,试验设置CK（不施肥）、NP（氮、磷肥）、NK（氮、钾肥）、PK（磷、钾肥）、NPK（氮、磷、钾肥配施）.结果表明,苏丹草、黑麦草试验期结束后,NP,NK,NPK处理的土壤微生物活性明显低于CK,PK处理.然而,NP,NK,NPK处理的土壤微生物生物量碳氮、有机质、全氮、蔗糖酶、脲酶活性均高于PK,CK处理.苏丹草-黑麦草轮作制中,土壤微生物生物量、土壤酶活性与土壤有机质呈显著正相关.施肥,特别是氮肥降低了土壤微生物群落活性,而合理施肥能够增加土壤微生物生物量、酶活性有机质、总氮含量,从而改善土壤肥力.     

Distribution of biomass in relation to environments in shrublands of temperate China

Aims Shrubland is one of the most widely distributed vegetation types in northern China. Previous studies on pattern and dynamics of plant biomass have been focused on forest and grassland ecosystems, while relevant knowledge on shrubland ecosystems is lacking. It is important to include shrublands in northern China to improve the accuracy in estimating the terrestrial ecosystem biomass in China.
Methods Based on investigations and samplings from 433 shrubland sites, we explored the distribution and allocation patterns of biomass in relation to climatic and soil nutrient factors of shrublands of temperate China.
Important findings The average shrubland biomass density in northern China is 12.5 t·hm^-2. It decreases significantly from temperate deciduous shrubland in northeast to desert shrubland in northwest. The average biomass density of temperate deciduous shrubland, alpine shrubland, and desert shrubland is 14.4, 28.8, and 5.0 t·hm^-2, respectively. Within temperate deciduous shrublands, plant biomass is lower in North China than in Northeast China. The average aboveground and belowground biomass density of shrub layer is 4.5 and 5.4 t·hm^-2, respectively; while that of grass layer is 0.8 and 1.8 t·hm^-2, respectively. Environmental factors affect biomass allocation across different plant organs. The belowground-aboveground biomass ratio of shrub exhibits no significant changes with environmental variables. The leaf-stem ratio increases with annual precipitation, and leaf biomass is low in arid region.     

基于机载激光雷达的小兴安岭温带森林组分生物量反演

使用小兴安岭温带森林机载遥感-地面观测同步试验获取的机载激光雷达(light detection and ranging, Lidar)点云数据和地面实测样地数据, 估测了典型森林类型的树叶、树枝、树干、地上、树根和总生物量等组分的生物量。从激光雷达数据中提取了两组变量(树冠高度变量组和植被密度变量组)作为自变量, 并采用逐步回归方法进行自变量选择。结果表明: 激光雷达数据得到的变量与森林各组分生物量有很强的相关性; 对于针叶林、阔叶林和针阔叶混交林三种不同森林类型生物量的估测结果是: 针叶林优于阔叶林, 阔叶林优于针阔叶混交林; 不区分森林类型的各组分生物量估测与地面实测值显著相关, 模型决定系数在0.6以上; 区分森林类型进行建模可以进一步提高生物量的估测精度。     

Relationships among the Stem, Aboveground and Total Biomass across Chinese Forests

Forest biomass plays a key role in the global carbon cycle. In the present study, a general allometric model was derived to predict the relationships among the stem biomass Ms, aboveground biomass MA and total biomass MT, based on previously developed scaling relationships for leaf, stem and root standing biomass. The model predicted complex scaling exponents for MT and/or MA with respect to Ms. Because annual biomass accumulation in the stem, root and branch far exceeded the annual increase in standing leaf biomass, we can predict that MT ∝MA ∝ Ms as a simple result of the model. Although slight variations existed in different phyletic affiliations （i.e. conifers versus angiosperms）, empirical results using Model Type Ⅱ （reduced major axis） regression supported the model＇s predictions. The predictive formulas among stem, aboveground and total biomass were obtained using Model Type I （ordinary least squares） regression to estimate forest biomass. Given the low mean percentage prediction errors for aboveground （and total biomass） based on the stem biomass, the results provided a reasonable method to estimate the biomass of forests at the individual level, which was insensitive to the variation in local environmental conditions （e.g. precipitation, temperature, etc.）.     

选择性呼吸抑制技术在土壤细菌和真菌生物量测定中的应用

放线菌酮和链霉素可以选择性地抑制土壤真菌和细菌的葡萄糖诱导呼吸作用,但抑制效果仅５０％左右。二者的最适用量每克土分别为８～１２ｍｇ和４～８ｍｇ,培养时间以低于４ｈ为好。在两个土壤上选择性呼吸抑制方法测定的结果与直接显微镜计数法所得的结果相当,但是,加入链霉素时,一个粘性土壤的葡萄糖诱导量不但被抑制,反而随链霉素加入量的增加,诱导呼吸量增加,是否与其高的粘粒含量有关乃需要做进一步研究。另还详细地讨论     

低温等离子体生物质炼制技术

生物质炼制是世界各国的战略性研究方向。目前,主要有汽爆、酸、碱等炼制技术,而低温等离子体因具有独特的化学活性和高能量等优势而倍受青睐。本论文系统阐述了基于低温等离子体技术的生物质预处理、降解制糖、选择性功能改性、液化、气化等炼制技术的研究进展,并探讨了低温等离子体生物质炼制的机理及其今后研究发展方向。     

南亚热带常绿阔叶林优势种群的生物量与生物量增量

粘木种群的生物量为７０．１４ｔ／ｈｍ２,生物量增量为２．３２ｔｈｍ２ａ－１。其总生物量的９０％以上分布在ｄ≥２０ｃｍ的大树,仅有０．０４％～０．０５％分布在ｄ＜１０ｃｍ的小树。在各器官的分配是：树干为６５％,根为２５％,枝为１１％,而叶仅占有２％。粘木的平均径向增长为０．３５ｃｍ／ａ。应用树干解析法和形率法估算树干的生物量,两者的结果差别不大。但形率法则既省力省时,又较方便。粘木的形率为０．７１。     

Effect of sensitivity to abscisic acid on scaling relationships for biomass production rates and body size in Arabidopsis thaliana

The allometric relationships for plant daily biomass production rates, different measures of body size (dry weight and length) and photosynthetic biomass per plant are reported for two mutants of Arabidopsis thaliana (abi1-1, insensitive to ABA; era1-2, hypersensitive to ABA). Scaling relationships, such as daily rate of growth (G) vs body mass (M), plant body length or plant height (L) vs body mass (M), photosynthetic biomass (M _p ) vs non-photosynthetic biomass (M _n ), and daily rate of growth (G) vs. photosynthetic biomass (M _p ) were significantly different in abi1-1 and era1-2. It is implied that the sensitivity to abscisic acid may change the scaling relationships for plant biomass production rate and body size in Arabidopsis thaliana. Because these scaling relationships are closely related to sensitivity to abscisic acid, they are of importance for phytohormonal ecology.     

珠江三角洲地区森林生物量及其动态

利用生物量转换因子连续函数法,通过69组不同龄级的森林样地实测数据,拟合了珠江三角洲主要森林类型的生物量和蓄积量之间的回归方程,并结合3个时段森林清查资料,估算了区域森林生物量及其动态.结果表明：珠江三角洲的中幼林面积占森林总面积的80％以上,其林下植被生物量约占森林总生物量的33％,充分考虑林下植被生物量能提高区域森林生物量估算的精度.在1989—1993年、1994—1998年、1999—2003年3个研究时段,珠江三角洲森林生物量共增加了14.67×10⁶ t.其中,马尾松林、常绿阔叶林和针阔混交林的生物量约占区域总生物量的80％,是区域森林生物量的主体;而中、幼林的生物量所占比例达90％,但呈逐年下降趋势.珠江三角洲快速城市化和经济发展对区域森林生物量的积累并没有产生明显影响,区域森林面积基本保持不变,而区域森林生物量呈逐年增长趋势,年增长率为1.2％.随着珠江三角洲区域中、幼林不断发育成熟,区域森林的生物量将不断增加,其环境效应也将不断增强.     

Agriculturally induced vegetation change, 1950–1975

Changes in worldwide grain production area are analyzed to assess the impact of major agricultural activity onglobal biomass. During the 26-year study period, nearly 1% of the earth's ice-free land surface was converted to grain production. This increase in agricultural area reduced the planetary biomass; however, it had minimal effect on net primary productivity. Geographically, the overall change caused by increased grain production has been to redistribute the planetary biomass poleward.