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。     

氮添加对黄土丘陵区油松人工林根际土壤微生物群落结构的影响

中国南方及中部为高氮沉降区(～35 kg·hm^-2·a^-1),氮沉降量向西北依次递减(～7.55 kg·hm^-2·a^-1).黄土高原区历经几十年的退耕还林还草而面貌一新,但该区域人工林土壤微生物群落结构对氮素添加响应的研究还鲜有报道.本研究以黄土丘陵区不同林龄油松人工林为研究对象,应用Illumina HiSeq测序技术对细菌16S rDNA和真菌ITS进行序列测定与分析,探讨根际土壤细菌和真菌群落结构组成对土壤氮添加(施用量为200 kg N·hm^-2·a^-1纯氮)的响应,旨在探究我国西北黄土丘陵区油松人工林根际土壤微生物多样性及群落结构对定量氮添加的响应.结果表明: 氮添加显著增加了25年龄林地细菌和真菌Shannon多样性,显著增加了40年龄林地细菌丰度指数.氮添加显著增加了40年龄林地拟杆菌门的相对丰度和25年龄林地酸杆菌门及接合菌门的相对丰度,但显著降低了40年龄林地奇古菌门的相对丰度.非度量多维尺度分析结果显示,氮添加对土壤细菌群落结构组成的影响程度大于真菌,对25年龄林地微生物群落结构组成的影响程度大于40年龄林地.表明不同林龄油松人工林根际土壤微生物的多样性及群落结构对土壤氮添加响应具有差异性.相对于真菌群落结构组成,细菌群落结构组成对氮添加更敏感;相对于40年龄林地,25年龄林地根际土壤微生物的群落结构组成对氮添加更敏感.因此,黄土高原区人工林地生态系统演替到一定阶段(40年左右),比幼龄林地生态系统更能承受外界较大的氮添加扰动.     

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.     

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。     

氮添加对杉木苗期磷转化和分解类真菌的影响

持续增加的氮沉降加剧了森林土壤氮磷养分失衡, 并且已成为当前生态学领域关注的热点。真菌作为土壤中主要的微生物, 在维持养分平衡, 促进植物生长过程中发挥着不可忽视的作用。该研究以杉木(Cunninghamia lanceolata)土壤为研究对象, 通过施加硝酸铵模拟大气氮沉降, 设置对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(HN, 80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个处理, 利用高通量测序并结合FUNGuild真菌功能预测, 研究亚热带地区杉木土壤真菌群落结构和功能对氮沉降的响应。结果表明: 氮添加降低了杉木幼苗的生物量和叶片磷含量。在杉木土壤中, 子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)是真菌群落在门水平上的优势类群, 三者的相对丰度约占整个真菌群落的76.71%-86.72%。短期氮添加对真菌门水平物种组成的影响不显著, 但LN处理较对照处理显著提高了球囊菌门(Glomeromycota)的相对丰度。在目水平上, 与对照相比, LN处理也显著提高被孢霉目(Mortierellales)的相对丰度, HN处理显著增加银耳目(Tremellales)的相对丰度, 但显著降低粪壳菌纲(Sordariales)的相对丰度。并且LN处理显著提高了土壤有效磷含量, 且与被孢霉目和球囊菌门的相对丰度呈显著正相关关系, 表明氮添加可能通过改变与磷转化相关的真菌类群来维持杉木生长的磷有效性。此外, LN处理显著降低了腐生营养型真菌的相对丰度, 但是显著增加了丛枝菌根真菌的相对丰度。总之, 土壤真菌功能类群可以通过改变不同功能类群相对丰度来参与土壤养分循环。     

氮肥减施与配施有机肥对冬小麦土壤线虫群落结构的影响

土壤线虫是指示土壤健康的典型生物之一,为了揭示氮肥减施对土壤健康的影响,以冬小麦土壤为对象,研究了氮肥减施和配施有机肥对拔节期冬小麦土壤线虫群落结构的影响。共设置了6个施肥处理:CF(315 kg N·hm^-2,常规施肥量)、N₂₄₀(240 kg N·hm^-2)、N₂₁₀(210 kg N·hm^-2)、N₁₈₀(180 kg N·hm^-2)、F₁₅₀(180 kg N·hm^-2+150 kg·hm^-2黄腐酸)、F₂₂₅(180 kg N·hm^-2+225 kg·hm^-2黄腐酸)。结果表明: 1)氮肥减施会降低土壤线虫数量,降幅为15.3%～68.5%;2)各处理均以原杆属为优势属(19.6%～50.4%)。氮肥减施提高了食真菌类、植食类和捕食/杂食类线虫的丰度,食细菌类线虫的丰度先降低后升高。配施有机肥后,食细菌类和食真菌类线虫的丰度降低,植食类和捕食/杂食类线虫丰度升高;3)N₂₄₀和F₂₂₅处理分别使线虫多样性指数H提高了48.1%和58.5%。N₂₄₀处理线虫成熟度指数MI最高(1.95)。N₁₈₀处理线虫结构指数SI最低(43.33),配施有机肥的F₂₂₅线虫结构指数SI达到62.72,但线虫富集指数EI最低(80.82)。说明减施氮肥并配施有机肥可以提高土壤线虫的多样性,使食物网向复杂稳定方向发展,对农田土壤生态系统有积极意义。     

亚热带米槠天然林土壤氨氧化微生物对模拟氮沉降的响应

我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福建省三明市辛口镇格氏栲自然保护区长期模拟氮沉降处理土壤为研究对象,利用实时定量PCR方法,研究氨氧化微生物(包括氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA和完全氨氧化菌comammox Nitrospira),尤其是完全氨氧化菌的amoA基因丰度。模拟氮沉降处理包括:不添加N(CK)、低氮(添加40 kg N·hm^-2·a^-1,LN)和高氮(添加80 kg N·hm^-2·a^-1,HN)。结果表明: 8年的氮添加降低了土壤pH值和有机碳含量,提高了土壤硝态氮含量。供试土壤的AOB丰度低于检测限,无法获得目的片段。高氮处理显著提高了AOA丰度,但对完全氨氧化菌clade A和clade B丰度无显著影响。两种氮添加处理均降低了完全氨氧化菌/AOA值,表明氮添加降低了完全氨氧化菌在亚热带森林土壤氨氧化微生物类群中的相对竞争力。针对完全氨氧化菌clade A和clade B的扩增都存在非特异性产物,表明针对森林土壤的高特异性和覆盖度设计引物的必要性。Clade A和clade B丰度与总氮和铵态氮含量呈显著正相关,clade B丰度还与有机碳含量呈显著正相关。总之,模拟氮沉降提高了AOA在亚热带米槠天然林土壤硝化过程中的相对重要性,这些发现可为该地区应对全球变化和氮沉降的风险评估提供理论依据。     

罗浮栲林土壤微生物碳利用效率对短期氮添加的响应

作为调节土壤碳矿化过程的重要参数,微生物碳利用效率(CUE)对理解陆地生态系统中的碳循环至关重要。本研究在戴云山罗浮栲林设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个氮添加水平以模拟氮沉降,测定了表层(0～10 cm)土壤基本理化性质、有机碳组分、微生物生物量和酶活性;并利用¹⁸O标记水方法测定土壤微生物CUE,以更好地理解氮沉降加剧对微生物CUE的影响及其影响因素。结果表明: 短期氮添加显著降低了土壤微生物的呼吸速率、碳和氮获取酶活性,但显著增加了土壤微生物CUE。β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶(NAG)/微生物生物量碳(MBC)、微生物呼吸速率、β-葡萄糖苷酶(BG)/MBC、纤维素水解酶(CBH)/MBC和土壤有机碳含量是影响CUE的主要因素,且CUE与NAG/MBC、微生物呼吸速率、BG/MBC和CBH/MBC呈显著负相关,与土壤有机碳呈显著正相关。综上,短期氮添加导致土壤微生物获取碳和氮的成本降低,减少微生物呼吸,从而提高了土壤微生物CUE,这将有助于提高罗浮栲林土壤碳固存潜力。     

氮添加对内蒙古温带典型草原土壤的酸化效应及水分的影响

氮(N)沉降增加带来的土壤酸化问题已经得到广泛的关注,然而土壤酸化是否受到未来降水格局改变的影响研究相对匮乏.本研究基于内蒙古温带典型草原5年(2013—2017年)的N添加(10和40 g N·m^-2·a^-1)和增雨(增雨量80 mm,分2 mm×40次、5 mm×16次、10 mm×8次、20 mm×4次、40 mm×2次5种处理)控制试验分析了水分对N添加后土壤酸化的影响.结果表明: 40 g N·m^-2·a^-1 N添加在土壤酸化出现的时间、酸化程度以及酸化随时间的变化速率上均大于10 g N·m^-2·a^-1 N添加.40 g N·m^-2·a^-1 N添加一年后即在各层土壤中观测到了显著的土壤pH降低,而10 g N·m^-2·a^-1 N添加只有土壤表层(0～5 cm)在N添加一年后出现显著的土壤pH降低,5～10和10～20 cm土层显著的土壤pH降低分别出现在氮添加4年和5年后.氮添加后土壤pH的降低幅度随氮添加年限的延长而增加,40 g N·m^-2·a^-1 N添加土壤pH随时间的降低速率大于10 g N·m^-2·a^-1 N添加.增雨不改变氮添加后土壤pH降低的结果,但中小强度增雨方式(2～20 mm)在干旱年份有缓解10 g N·m^-2·a^-1 N添加处理土壤酸化的趋势,而所有增雨方式在湿润年份均有加剧氮添加(10和40 g N·m^-2·a^-1)后土壤酸化的趋势,尤其是表层土壤,但缓解和加剧的程度均不显著.高强度增雨方式后(10～40 mm)土壤无机氮的淋溶可能是增雨加剧氮添加后土壤酸化的一个重要原因.本研究将为预测草原生态系统对未来氮沉降和降水格局改变的响应提供科学依据.     

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。     

N添加对西南亚高山红桦林根系分泌物及其介导的养分转化过程的影响

目前缺乏对根系分泌物通量以及相关生态后果对不同氮（N）沉降水平响应方向和幅度的深入理解,该研究以西南亚高山典型的红桦（Betula albosinensis）林为研究对象,通过野外原位N添加试验模拟不同氮沉降水平（对照组,0 kg?hm^-2?a^-1;低氮处理,25 kg?hm^-2?a^-1;高氮处理,50 kg?hm^-2?a^-1）,分析了红桦林根系分泌物C输入通量及其介导的根际土壤养分循环过程对不同N添加水平的差异化响应,试图揭示不同N添加处理对红桦根系分泌物C输入通量及其介导的土壤养分转化过程的影响。结果表明：（1）N添加显著抑制了红桦林根系分泌物C输入速率（其中低氮（N25）条件下单位根生物量根系分泌速率均值降低约14.87%）和年C输入通量（低氮条件下降低了约45.01%）（P<0.05）,其高氮处理的抑制效应更强。（2）N添加显著抑制了红桦林N矿化速率及其相关的微生物胞外酶活性（P<0.05）,并显著降低了其根际效应;N沉降显著抑制了根系分泌物C输入通量及其介导的土壤养分转化过程,并且这种抑制效应随N沉降水平的升高而增强。该研究结果可丰富全球气候变化下森林地下碳养分循环过程的认识和理解。     

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...