黄河三角洲刺槐白蜡混交对土壤细菌群落结构及多样性的影响

为探讨黄河三角洲刺槐白蜡混交对土壤细菌群落结构及多样性的影响,通过高通量测序技术分析比较了刺槐白蜡混交林及刺槐纯林、白蜡纯林土壤细菌群落结构及多样性。结果表明:(1)混交林与两种纯林土壤细菌群落共36门。酸杆菌门、变形菌门、放线菌门(相对丰度大于10%)为刺槐白蜡混交林与两种纯林土壤中共有的优势菌群;硝化螺旋菌门为刺槐纯林土壤中的优势菌群。不同人工林土壤中各门细菌相对丰度差异显著。(2)混交改变了土壤细菌群落结构,提高了细菌多样性。刺槐白蜡混交林土壤细菌物种数、Chao1指数、Shannon指数分别为1934.5、2629.1、9.1,显著高于两种纯林。(3)相关性分析表明,土壤含水量与放线菌门细菌呈显著正相关;pH与芽单胞菌门细菌呈极显著正相关,与酸杆菌门细菌呈显著负相关。细菌多样性与土壤含水量呈显著正相关,与速效钾、有机质含量呈显著负相关。研究表明,刺槐白蜡混交林土壤细菌群落结构与两种纯林之间有一定差异,多样性差异显著,刺槐白蜡混交改变细菌群落结构,提高细菌多样性。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

短期增温对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用的影响

全球变暖引起陆地生态系统和整个生物圈一系列生态问题,未来全球平均气温的持续增加将使这些问题进一步加剧。目前增温、氮沉降和森林更新方式对中亚热带土壤氮磷等养分的影响已有部分研究,但增温对亚热带森林的氮磷耦合作用的影响仍然未知。以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolate)幼苗为研究对象,设置埋设电缆以加热土壤增温实验(增温幅度(5±0.5)℃),研究短期增温对土壤含水量、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)、土壤氮磷养分,以及氮(N)、磷(P)耦合作用的影响。结果表明:短期增温对全氮、全磷无显著影响;增温第1年显著提高了有效氮、铵态氮(NH_4~+)和有效磷的含量,显著降低了MBN含量。增温第2年,土壤中有效磷、NH_4~+和MBP含量显著下降;短期增温虽然对土壤全N/P,有效N/P的影响不显著,但是增温使铵态氮/硝态亚硝态氮(NH_4~+/(NO_3~-+NO_2~-))显著降低;此外,增温显著降低了MBN/MBP,缓解了微生物对磷的限制。相关性分析表明,耦合作用不仅受N和P之间相互作用的影响,也受土壤温度、水分含量等其他因素的影响。研究表明,短期增温并未对中亚热带杉木人工幼林土壤氮磷耦合作用产生显著影响,但增温后降低了有效氮、有效磷的含量。因此,在未来全球变暖背景下,研究结果为中亚热带森林生态系统的的健康发展和科学管理提供重要的理论依据。     

黔西北次生林优势树种叶片-凋落物-土壤连续体有机质碳稳定同位素特征

稳定性碳同位素自然丰度(δ13C)能够揭示生态系统长时间尺度的有机碳动态变化,阐明生态系统功能的变化特征。以黔西北次生林14个优势树种为研究对象,测定叶片、凋落物以及根区土壤有机碳含量和δ13C值,分析不同层次碳含量和δ13C丰度之间的相关性。结果表明:14个优势树种叶片碳含量为404.67—487.14 g/kg,总体为针叶树种较高、常绿灌木较低;δ13C值为-31.2‰—-27.1‰,随生活型的变化规律不明显。凋落物碳含量为414.62—561.31 g/kg,与叶片碳含量的变化规律较为一致;δ13C值为-31.5‰—-27.3‰,随树种生活型的变化特征也不明显。根区土壤碳含量为10.02—91.59 g/kg,δ13C值为-26.8‰—-22.5‰,碳含量以光皮桦、银白杨等落叶乔木较高。叶片、凋落物和根区土壤3个层次的碳含量与δ13C丰度之间均呈不显著相关,不同层次的δ13C丰度之间和碳含量之间均为正相关。研究结果有助于反映森林生态系统碳循环过程的关键信息,为森林植被恢复提供理论依据。     

中亚热带森林转换对土壤磷积累的影响

磷是植物生长的必需元素之一,是维持亚热带森林生态系统生产力的关键因子。研究森林转换后土壤因素对磷素的影响,对生态系统的稳定和森林经营具有重要意义。选取由亚热带常绿阔叶林转换而成的米槠次生林(SF)、米槠人促林(AR)和杉木人工林(CF)为研究对象,测定了土壤理化性质、铁铝氧化物、各形态磷含量以及酸性磷酸酶活性,旨在探究土壤磷对森林转换的响应和驱动土壤磷变化的影响因子。结果显示:米槠人促林土壤的全磷、有机磷和微生物生物量磷显著高于米槠次生林和杉木人工林;冗余分析(RDA)发现,土壤含水量、总氮和无定型铁是影响淋溶层土壤磷的主要因子,而在淀积层,则是酸性磷酸酶、游离型铁和总氮起主要作用;土壤生物化学属性和微生物特性都会影响着不同形态土壤P的积累,其中土壤中的水分和酸性磷酸酶活性是调控土壤磷的关键因子。研究表明,中亚热带地区天然林转换为人促更新林更有利于森林土壤磷的储存和供应,有助于维持本区域森林生态系统的稳定。     

强度石漠化区不同植被修复模式下土壤螨类群落差异

石漠化治理区不同植被修复模式下的土壤螨类群落差异反映了生态系统的恢复状况,可籍以反映石漠化治理的生态效果。2014年1月、4月、8月和10月,对贵州花江喀斯特峡谷区顶坛小流域强度石漠化区域的"花椒"、"金银花"、"花椒+金银花"3种植被修复生境的土壤螨类进行了调查,共捕获土壤螨类1372头,隶属3目55科89属。采用类群(属)数、个体数量、个体密度、多样性指数(H')、丰富度指数(SR)、均匀性指数(J)、相似性指数(CN)、捕食性螨类成熟度指数(MI)和甲螨MGP类群等参数对土壤螨类群落差异进行了表征。结果显示,花椒林拥有较丰富的螨类属,金银花林拥有较高的的个体数量和个体密度。不同模式下的科、属类群组成呈现差异;属数、个体数量存在一定的季节差异,花椒林的螨类属数、金银花林的螨类个体数量和个体密度呈现一定的表聚性;群落多样性大多存在季节差异;捕食性革螨以r选择型为主,甲螨主要为O型和M型。研究表明,强度石漠化在不同植被修复模式下,土壤螨类生物生态类群存在差异,土壤生态系统仍处于修复之中,其中螨类优势属、具有典型生物学与生态学特性差异的螨类类群对石漠化治理的生态效果具有重要的指示作用。     

1980-2010年北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应

分析北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应,对快速城市化和工业化区域及全国农用地低碳利用调控具有重要意义。利用1980年第二次土壤普查数据与2010年测土配方施肥项目成果土壤数据核算北京市农用地表层土壤碳储量,利用生物量遥感信息（NDVI）模型反演林地、草地植被碳储量,对北京市土地利用变化造成的农用地碳储量变化进行研究,结果表明：1）1980-2010年,北京市农用地碳储量由75.29 Tg-C增至81.13Tg-C,增加5.83 Tg-C,其中,土壤碳储量减少7.51 Tg-C,植被碳储量增加13.34 Tg-C;2）30年间,北京市农用地面积减少14.11×10⁴ hm²,其中,耕地流失最为显著,主要去向为建设用地和林地,林地面积略有增加;3）北京市用地类型保持不变的农用地土壤碳储量减少297.63×10⁴ t,植被碳储量增加1095.21×10⁴ t,共计增加797.58×10⁴ t,其中,用地类型保持不变的耕地、林地碳储量增加,草地碳储量减少;4）30年间,土地利用类型转化使北京市农用地土壤碳储量减少75.71×10⁴ t,植被碳储量增加212.49×10⁴ t,共计增加136.78×10⁴ t,其他用地类型转为林地使碳储量增加,有利于碳汇的形成,林地转出为其他用地类型均会造成一定碳排放;5）平原造林、退耕还林等工程有利于增加北京市农用地固碳量。未来北京市可通过控制农用地面积减少量,优化农用地内部结构,降低用地类型间的转换频率以提高农用地碳储量。研究可为其他区域及全国在快速城市化工业化过程中提升农用地碳储量提供一定参考。     

模拟氮沉降和降雨变化对贝加尔针茅草原土壤细菌群落结构的影响

研究氮沉降和降雨变化对土壤细菌群落结构的影响,对未来预测多个气候变化因子对草地生态系统影响的交互作用具有重要意义。以施氮和灌溉分别模拟氮沉降和降雨增加,采用高通量测序技术,研究8个氮添加水平(0、15、30、50、100、150、200、300kg N hm-2a-1)和2个水分添加水平(不灌溉、模拟夏季增雨100 mm灌溉)对土壤细菌群落结构的影响。结果表明,氮素和水分输入增加后,土壤细菌群落组成、丰度均显著变化(P0.05)。在群落中占主导的细菌门类有疣微菌门Verrucomicrobia(30.61%—48.51%)、变形菌门Proteobacteria(21.37%—29.97%)、酸杆菌门Acidobacteria(9.54%—20.67%)和拟杆菌门Bacteroidetes(4.96%—9.74%)。在常规降雨和水分添加两种条件下,随着氮添加水平的增加,占主导的细菌门类(相对丰度1%)表现出不同的变化趋势。疣微菌门相对丰度在常规降雨N100—N300条件下显著降低,但在氮素和水分同时添加条件下随氮添加水平升高而逐渐升高,在N200—N300时显著升高。变形菌门和拟杆菌门相对丰度在常规降雨高氮添加条件下呈升高趋势,但在水分添加时却无明显变化。酸杆菌门相对丰度在常规降雨高氮添加条件下升高,但在水分添加后呈明显下降趋势。放线菌门Actinobacteria相对丰度在常规降雨N100—N300条件下显著升高,但在水分添加后高氮添加时显著降低。厚壁菌门Firmicutes相对丰度在常规降雨条件下无显著变化,但在水分和高氮添加条件下降低。浮霉菌门Planctomycetes相对丰度在两种不同的水分添加条件下均呈先升高后降低的趋势。氮素和水分添加对土壤细菌群落结构的变化存在明显的互作效应(P0.0001)。在不同氮素和水分输入条件下共有19个土壤细菌门类相对丰度有显著差异。土壤细菌群落结构的变化主要来自于疣微菌门和酸杆菌门的相对丰度变化,两者可作为土壤细菌群落结构变化的指示种。综上,氮素和水分添加显著改变了土壤细菌群落结构,氮素和水分对土壤细菌不同门类相对丰度变化存在明显的互作效应。     

土壤纤毛虫群落对不同退还模式生态恢复的响应

为了探究土壤纤毛虫群落对不同退还模式生态恢复的响应及利用其群落特征来评价退还效果,于2014年4月至2015年7月在甘肃省天祝藏族自治县朵什乡退耕还林区选取了3个不同退还林型样点(云杉、沙棘混交林A1,云杉林A2,沙棘林B1)和2个对照耕地样点(小麦地A0,豌豆地B0)为研究样地,采用"非淹没培养皿法"、活体观察法和培养直接计数法对土壤纤毛虫群落特征进行了研究,同时测定了各样点土壤的相关环境因子,并分析了不同恢复模式下土壤纤毛虫群落特征与植被群落参数、土壤环境因子间的相关性。研究共鉴定到125种土壤纤毛虫,隶属于9纲19目29科34属。结果显示:退还样点和对照样点的土壤纤毛虫群落结构特征存在明显差异(P0.05),退还样点间的物种相似性减小,群落组成复杂化;退还样点土壤纤毛虫物种数、密度、物种多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均明显增高(P0.05),且各样点间表现为A1B1A2B0A0;各样点优势类群的演替趋势,由对照样点的肾形目演替为退还样点的散毛目。相关性分析和冗余分析结果表明,退耕还林后,对纤毛虫群落结构稳定影响最主要的是有机质、含水量和全氮的含量,不同林型间土壤纤毛虫群落组成差异较大,表明土壤纤毛虫群落结构可作为对退耕还林生态恢复的评价指标。     

中亚热带不同母质和森林类型土壤生态酶化学计量特征

土壤生态酶化学计量比作为衡量土壤微生物能量和养分资源限制状况的重要指标,是当前生态学领域研究的热点之一,然而关于土壤母质和森林类型在调控土壤生态酶化学计量比中所扮演的角色及作用机制尚不明确。分别以砂岩和花岗岩发育的米槠林和杉木林土壤为研究对象,通过测定土壤物理化学性质、微生物量碳、氮和磷及土壤酶活性,探讨不同母岩发育的米槠林和杉木林土壤生态酶化学计量特征。结果显示,花岗岩发育的土壤酸性磷酸酶活性(AP)显著高于砂岩发育的土壤,βG:AP和NAG:AP的值显著低于砂岩发育的土壤。其中,花岗岩发育的米槠林土壤βG:AP和NAG:AP的值都显著高于杉木林,砂岩发育的土壤βG:AP和NAG:AP的值在两个林分间呈相反的结果。结果表明土壤生态酶化学计量比能够反映不同森林土壤之间磷养分限制强度,花岗岩比砂岩土壤受磷养分限制更严重。相关分析表明,土壤酶活性及生态酶化学计量比与土壤生物因子和非生物因子密切相关,而冗余分析发现土壤pH、总磷(TP)和微生物量碳(MBC)分别解释土壤酶活性和生态酶化学计量比变异的56.9%、27.9%和12.3%。未来森林经营及管理应考虑土壤母质和森林类型差异对区域森林土壤养分循环的影响。