克隆整合和石油污染对芦苇湿地土壤理化性质的影响

克隆整合是克隆植物重要的性状之一。它不仅能够提高分株对环境胁迫的耐受能力,而且可能影响分株周围的土壤属性。为检验克隆整合对土壤属性的影响,在黄河三角洲芦苇湿地开展克隆整合和石油污染的两因子的野外实验。每年将0、5或10 mm厚的原油添加到直径为60 cm的圆形芦苇群落样方内来模拟无污染、轻度或重度石油污染,并通过保留或切断样方内外芦苇根状茎的连接来实现克隆整合的有或无。实验开始于2014年,并于2016年10月采集样方内土壤样品,测定土壤团聚体组成、pH值、电导率、总碳、总氮、总磷和有机碳含量。石油污染显著增加了土壤粗大团聚体(粒径:2 mm)、pH值、总氮和有机碳含量,降低了土壤微团聚体(粒径:0.053—0.25 mm)占比以及电导率。克隆整合显著降低了土壤pH值,提高了土壤电导率和氮磷比。克隆整合和石油污染的交互作用仅对电导率有显著效应。因此,石油污染和克隆整合都可以影响湿地土壤的理化性质,而克隆整合对分株周围土壤理化性质的影响可能进一步影响克隆植物的优势度。     

长期模拟升温对崇明东滩湿地土壤微生物生物量的影响

以崇明东滩芦苇湿地为对象,采用开顶室生长箱(Open top chambers OTCs)原位模拟大气升温试验,研究了连续升温8a对崇明东滩湿地0—40cm土层土壤微生物生物量碳氮含量的影响。结果表明:连续升温显著提高了崇明东滩湿地土壤微生物生物量碳氮含量,从土壤表层到深层(0—10,10—20,20—30,30—40cm),微生物生物量碳分别增加了39.32%、70.79%、65.20%、74.09%,微生物生物量氮分别增加了66.46%、178.27%、47.24%、64.11%。但升温对土壤微生物生物量的影响因不同土层和不同季节并未表现出统一的规律,长期模拟升温显著提高4月0—20cm土层和7月0—40cm土层微生物生物量碳氮含量,对10月0—40cm土层微生物生物量碳含量没有影响,但是显著提高了10月0—40cm土层微生物生物量氮含量,同时,微生物生物量碳氮比在7月也显著提高。相关分析表明:无论在升温条件还是在对照条件下,土壤温度、含水量、总氮与土壤微生物生物量碳氮及微生物生物量碳氮比均无相关关系,升温条件下,有机碳与微生物生物量碳氮含量以及微生物生物量碳氮比呈显著正相关,但是在对照条件下有机碳与微生物生物量碳氮含量以及微生物生物量碳氮比呈显著负相关。因此,土壤有机碳是影响土壤微生物生物量碳氮含量对长期模拟升温响应的重要生态因子。     

Effects of transportation direction of photosynthate on soil microbial processes in the rhizosphere of Phyllostachys bissetii

分株间光合产物的整合作用对克隆植物适应生存环境具有重要作用, 但有关光合产物传输方向对克隆植物根际土壤微生物过程的影响尚不清楚。该研究以根状茎克隆植物蓉城竹(Phyllostachys bissetii)为研究对象, 通过剪除分株地上部分控制光合产物传输方向(顶向传输和基向传输), 研究光合产物传输方向对蓉城竹分株根际土壤微生物过程的影响, 其中顶向传输组是将远端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 近端分株自然生长; 基向传输组则是将近端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 远端分株自然生长。两组实验中保持根状茎连接或切断处理。测定了地上部分被剪除分株根际土壤中碳和氮有效性、微生物生物量参数以及氮转化相关土壤胞外酶活性等指标。结果表明: 光合产物顶向传输中, 根状茎保持连接的远端分株根际土壤总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、硝态氮(NO₃ ^--N)含量显著高于切断的远端分株, N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)、多酚氧化酶(POXase)和脲酶(Urease)活性显著升高, 光合产物的顶向传输对远端分株根际碳、氮有效性和根际微生物过程产生了显著性影响; 光合产物的基向传输中, 根状茎保持连接的近端分株根际与切断分株相比具有更高的微生物生物量氮(MBN)含量、Urease、POXase活性, 较低的NAGase活性和NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N含量, 但碳的有效性无显著性差异。蓉城竹分株间光合产物的非对称性传输对根际微生物过程的影响可能是对动物取食或人为砍伐等干扰的有益权衡, 这有助于理解克隆植物对生存环境的种群适应机制。     

光合产物传输方向对蓉城竹根际微生物过程的影响

分株间光合产物的整合作用对克隆植物适应生存环境具有重要作用, 但有关光合产物传输方向对克隆植物根际土壤微生物过程的影响尚不清楚。该研究以根状茎克隆植物蓉城竹(Phyllostachys bissetii)为研究对象, 通过剪除分株地上部分控制光合产物传输方向(顶向传输和基向传输), 研究光合产物传输方向对蓉城竹分株根际土壤微生物过程的影响, 其中顶向传输组是将远端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 近端分株自然生长; 基向传输组则是将近端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 远端分株自然生长。两组实验中保持根状茎连接或切断处理。测定了地上部分被剪除分株根际土壤中碳和氮有效性、微生物生物量参数以及氮转化相关土壤胞外酶活性等指标。结果表明: 光合产物顶向传输中, 根状茎保持连接的远端分株根际土壤总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、硝态氮(NO₃ ^--N)含量显著高于切断的远端分株, N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)、多酚氧化酶(POXase)和脲酶(Urease)活性显著升高, 光合产物的顶向传输对远端分株根际碳、氮有效性和根际微生物过程产生了显著性影响; 光合产物的基向传输中, 根状茎保持连接的近端分株根际与切断分株相比具有更高的微生物生物量氮(MBN)含量、Urease、POXase活性, 较低的NAGase活性和NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N含量, 但碳的有效性无显著性差异。蓉城竹分株间光合产物的非对称性传输对根际微生物过程的影响可能是对动物取食或人为砍伐等干扰的有益权衡, 这有助于理解克隆植物对生存环境的种群适应机制。     

土壤微生物群落对枯落物输入的响应

枯落物分解在陆地生态系统物质循环能量流动中起着关键性作用,明确枯落物输入对土壤微生物群落的影响有助于理解土壤微生物生物多样性和陆地生态系统功能的相互关系。本文采用整合分析方法,以中国为研究区域,以不添加枯落物为对照组,探究土壤微生物(真菌、细菌、放线菌)及微生物生物量碳、生物量氮对枯落物输入的响应。结果表明:与不添加枯落物相比,添加枯落物后土壤微生物生物量碳、生物量氮分别显著增加3.9%和4.4%;土壤真菌PLFA、细菌PLFA及总微生物PLFA分别增加4.0%、3.1%和2.4%。枯落物输入对土壤微生物的影响受到气候条件、年降水量、植被类型及土壤酸碱度等因素的显著影响;不同气候类型下,土壤微生物对枯落物输入的响应呈现出亚热带季风气候区>温带季风气候区>温带大陆气候区的趋势,以及随着年降水量的增加呈现出先升高后降低的趋势;不同植被类型下,土壤微生物对枯落物输入的响应呈现出阔叶林>草地≈混交林>针叶林的趋势。     

油田外排水对干旱戈壁区人工湿地土壤微生物生物量的影响

为研究油田外排水对干旱戈壁区人工湿地土壤微生物生物量的影响,选择干旱戈壁区某油田外排水形成的湿地内坝内、内外坝间、外坝边缘土壤,及不受排水影响的对照土壤,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法,分析外排水对土壤细菌、真菌、放线菌生物量的影响。结果表明:湿地内坝内、内外坝间、外坝边缘土壤与对照土壤的pH和容重均无显著差异,内外坝间的土壤含水量、电导率、溶解性全盐和全碳含量最高,显著高于内坝内土壤;除含水量外,对照土壤的主要物理性质和养分特征与湿地内坝内、内外坝间、外坝边缘的土壤无显著差异。土壤总微生物量、细菌和真菌生物量从湿地内坝内至外坝边缘逐渐增加。土壤总微生物量、细菌、真菌、放线菌与全氮含量均呈显著正相关,丛枝菌根真菌与全碳呈显著正相关,真菌、丛枝菌根真菌与总石油烃呈显著正相关。研究结果表明,油田外排水增加了湿地外坝边缘的土壤微生物量。     

克隆整合对异质性光照环境下紫竹根际土壤氮素有效性的影响

以根状茎克隆植物紫竹为对象,研究克隆整合对遭受异质性光照胁迫分株根际土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、氨氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)以及微生物群落组成的影响。所取紫竹克隆片段由一个母本分株和一个子代分株组成,母本分株置于全光照下,而子代分株置于80%遮阴环境中,同时母本分株与子代分株间的根茎保持连接或割断处理。结果表明:与切断处理相比,紫竹遮荫子代分株根际土壤的SOC、TN、DOC、NH_4~+-N在保持根状茎连接时显著更高,这表明异质性光照环境下克隆整合可能改善紫竹连接遮荫子代分株根际土壤的氮素有效性。克隆整合提高了连接遮阴状态下紫竹子代分株根际土壤中的放线菌、真菌和革阴细菌的PLFAs浓度。通过对遮阴子代分株根际土壤微生物群落PLFAs主成分分析得出克隆整合导致遮阴子代分株根际土壤微生物群落结构发生显著变化。该研究结果暗示了紫竹可能通过克隆整合作用降低土壤中某些对氮利用有效性影响较低的细菌数量,而增加对土壤氮利用起重要作用的放线菌和真菌的数量,进而改善紫竹对土壤中氮利用的有效性,这有利于增强克隆植物对时空异质性生境的适应能力。     

扎龙湿地不同生境土壤微生物生物量碳氮的季节变化

为从土壤微生物生物量角度分析扎龙湿地不同生境的土壤肥力状况,对扎龙芦苇生境和草甸生境不同土层(0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm)微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)季节变化进行监测,并分析了土壤微生物生物量碳氮与土壤环境因子的关系。结果表明:两种生境土壤MBC、MBN含量均表现出明显的垂直分布特征,即0—10 cm10—20 cm20—30 cm,且草甸生境显著大于芦苇生境。在整个生长季节内,两种生境土壤微生物量碳、氮均大致呈现出"W"型变化格局,其变化幅度均随着土层的加深而减小,且草甸生境的变化幅度显著大于芦苇生境。相关分析表明:芦苇生境土壤MBC与土壤含水率呈极显著正相关(P0.01),与土壤pH呈极显著负相关(P0.01),MBN与土壤含水率、有机碳、水解性氮呈极显著正相关(P0.01),与土壤pH呈极显著负相关(P0.01);草甸生境土壤MBC则均与土壤含水率、有机碳、有效磷、水解性氮呈极显著正相关(P0.01),与土壤pH值呈显著正相关(P0.05),MBN则均与土壤含水率、有效磷呈极显著正相关(P0.01),与有机碳呈显著正相关(P0.05)。     

施磷对干旱胁迫下箭竹根际土壤养分及微生物群落的影响

以箭竹及其根际土壤作为研究对象,采用两因素随机区组实验,设置2种水分处理（正常浇水和干旱胁迫）和2种施磷量处理（施磷和不施磷）,探究施磷对干旱胁迫下箭竹根际土壤养分及微生物群落结构和多样性的影响。结果表明：（1）干旱胁迫显著降低了箭竹根际土壤中微生物量碳、可溶性有机氮和有效磷的含量,虽对箭竹根际土壤微生物群落的多样性无显著影响,但显著降低了箭竹根际土壤中总PLFA（phospholipid fatty acid contents）的含量和真菌、细菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的PLFA含量以及革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌的PLFA比值,显著改变了箭竹根际土壤微生物群落结构,结果显著降低了箭竹的生物量。（2）施磷显著增加了受旱箭竹根际土壤中微生物量碳和有效磷的含量,虽大体上对受旱箭竹根际土壤微生物群落的多样性无显著影响,但显著增加了受旱箭竹根际土壤中总PLFA和真菌PLFA的含量,并在一定程度上增加了细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和放线菌的PLFA含量以及革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌和真菌/细菌的PLFA比值,也在一定程度上改善了受旱箭竹根际土壤微生物群落结构,从而改善受旱箭竹的生长。（3）主成分分析表明,干旱对箭竹根际土壤微生物群落结构的影响显著,而施磷的影响不明显。（4）相关分析发现,箭竹根际土壤微生物群落结构与箭竹根际土壤微生物量碳、可溶性有机氮及箭竹生物量呈显著正相关。综上,干旱降低了箭竹根际土壤养分含量和微生物生物量,改变了箭竹根际土壤微生物群落结构,抑制了箭竹的生长;施磷能增加受旱箭竹根际土壤养分含量和微生物生物量,改善受旱箭竹根际土壤微生物群落结构,进而改善受旱箭竹的生长。     

海拔对辽东栎林地土壤微生物群落的影响

以北京东灵山辽东栎林地土壤为对象,运用氯仿熏蒸-浸提法及磷脂脂肪酸分析(PLFA)法,研究林木生长季节土壤微生物群落随海拔梯度的变化特征.结果表明:随着海拔升高,辽东栎林土壤微生物生物量碳、氮,以及微生物各类群含量均有差异但不显著;土壤细菌/真菌升高,而革兰氏阳性菌(G+)/革兰氏阴性菌(G-)降低.土壤微生物生物量碳、氮以及细菌、真菌、G+细菌、G-细菌的含量与土壤含水量、有机碳、全氮呈显著正相关,土壤真菌含量与土壤碳氮比值呈正相关.土壤微生物群落组成结构(细菌/真菌和G+细菌/G-细菌)的变化主要受土壤温度和土壤含水量的显著影响,说明土壤微生物群落结构对环境条件的变化敏感.随着全球变暖的加剧,暖温带辽东栎林地土壤真菌和G+细菌的比例有升高的趋势.     

黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征

针对污染胁迫下土壤微生物群落变化和代谢变异等问题,基于平板稀释法和Biolog微平板分析方法,研究了陕北黄土高原石油污染土壤微生物群落结构、代谢特征及其功能多样性。结果表明,不同类群的土壤微生物对石油污染胁迫的响应不同,污染土壤细菌和真菌数量高出清洁土壤1个数量级,而污染土壤的放线菌数量极显著减少(P0.01);污染土壤和清洁土壤微生物对糖类和多聚物类碳源较易利用,污染土壤微生物总体上代谢碳源的种类和活性均低于清洁土壤。微生物群落主成分分析(PCA)表明,石油污染土壤和清洁土壤的微生物群落存在显著差异(P0.01),起分异作用的碳源主要为糖类,其次是羧酸类和氨基酸类;随着土壤石油含量增加,典型变量值变异(离散)增大,土壤微生物群落结构稳定性降低。微生物群落多样性分析表明,Shannon丰富度指数(H)、McIntosh均一度指数(U)和Simpson优势度指数(1/D)均达到极显著差异(P0.01),污染土壤微生物群落H和U低于清洁土壤,但是一定浓度的石油污染可以刺激土壤微生物群落中优势种群的生长,1/D增高。研究结果为陕北黄土高原石油污染区土壤微生物修复提供理论基础。     

Clonal integration ameliorates the carbon accumulation capacity of a stoloniferous herb,Glechoma longituba,growing in heterogenous light conditions by facilitating nitrogen assimilation in the rhizosphere

Background and Aims Enhanced availability of photosynthates increases nitrogen (N) mineralization and nitrification in the rhizosphere via rhizodeposition from plant roots. Under heterogeneous light conditions, photosynthates supplied by exposed ramets may promote N assimilation in the rhizosphere of shaded, connected ramets. This study was conducted to test this hypothesis.Methods Clonal fragments of the stoloniferous herb Glechoma longituba with two successive ramets were selected. Mother ramets were subjected to full sunlight and offspring ramets were subjected to 80 % shading, and the stolon between the two successive ramets was either severed or left intact. Measurements were taken of photosynthetic and growth parameters. The turnover of available soil N was determined together with the compostion of the rhizosphere microbial community.Key Results The microbial community composition in the rhizosphere of shaded offspring ramets was significantly altered by clonal integration. Positive effects of clonal integration were observed on NAGase activity, net soil N mineralization rate and net soil N nitrification rate. Increased leaf N and chlorophyll content as well as leaf N allocation to the photosynthetic machinery improved the photosynthetic capability of shaded offspring ramets when the stolon was left intact. Clonal integration improved the growth performance of shaded, connected offspring ramets and whole clonal fragments without any cost to the exposed mother ramets.Conclusions Considerable differences in microbial community composition caused by clonal integration may facilitate N assimilation in the rhizosphere of shaded offspring ramets. Increased N content in the photosynthetic machinery may allow pre-acclimation to high light conditions for shaded offspring ramets, thus promoting opportunistic light capture. In accordance with the theory of the division of labour, it is suggested that clonal integration may ameliorate the carbon assimilation capacity of clonal plants, thus improving their fitness in temporally and spatially heterogeneous habitats.     

春季冻融期兴安落叶松林土壤微生物的时间动态及其影响因子

春季冻融期土壤微生物动态会影响生长季的碳和养分循环.在春季冻融期,每隔3~7d取样一次,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)研究了兴安落叶松林4种土壤基质的微生物群落时间动态.结果表明:1)土壤微生物PLFAs总量、各类群的PLFAs量和相对丰度、革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌(G^+/G^-)、饱和脂肪酸/不饱和脂肪酸(S/NS)和细菌/总真菌(真菌+丛枝菌根真菌)(B/F)均存在显著的取样时间差异;2)在冻融前期土壤总有机碳(TOC)和土壤全氮(TN)是影响土壤微生物的主要因子,在冻融中期土壤湿度和土壤TOC、TN含量是主要影响因子,在冻融后期土壤微生物受到土壤温湿度、土壤TOC、TN含量及土壤碳氮比(C/N)的共同影响;3)土壤微生物PLFAs总量、各类群的PLFAs量和相对丰度(细菌丰度除外)、B/F、G^+/G^-、S/NS在土壤基质间均存在显著差异,土壤TOC、TN和C/N的不同是引起差异的主要环境因素.春季冻融期土壤温湿度和资源有效性是影响土壤微生物群落的主要因子,但影响程度因冻融阶段和微生物类群的不同而存在差异.     

Plant‐facilitated effects of exotic earthworm Pontoscolex corethrurus on the soil carbon and nitrogen dynamics and soil microbial community in a subtropical field ecosystem

Earthworms and plants greatly affect belowground properties; however, their combined effects are more attractive based on the ecosystem scale in the field condition. To address this point, we manipulated earthworms (exotic endogeic species Pontoscolex corethrurus) and plants (living plants [native tree species Evodia lepta] and artificial plants) to investigate their combined effects on soil microorganisms, soil nutrients, and soil respiration in a subtropical forest. The manipulation of artificial plants aimed to simulate the physical effects of plants (e.g., shading and interception of water) such that the biological effects of plants could be evaluated separately. We found that relative to the controls, living plants but not artificial plants significantly increased the ratio of fungal to bacterial phospholipid fatty acids (PLFAs) and fungal PLFAs. Furthermore, earthworms plus living plants significantly increased the soil respiration and decreased the soil NH₄⁺‐N, which indicates that the earthworm effects on the associated carbon, and nitrogen processes were greatly affected by living plants. The permutational multivariate analysis of variance results also indicated that living plants but not earthworms or artificial plants significantly changed the soil microbial community. Our results suggest that the effects of plants on soil microbes and associated soil properties in this study were largely explained by their biological rather than their physical effects.     

耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构的影响

为探究不同耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构和多样性的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了土壤团聚体中微生物群落。试验设置4个耕作处理,分别为旋耕+秸秆还田(RT)、深耕+秸秆还田(DP)、深松+秸秆还田(SS)和免耕+秸秆还田(NT)。结果表明:与RT相比,DP处理显著提高了原状土壤和>5 mm粒级土壤团聚体中真菌PLFAs量和真菌/细菌,为真菌的繁殖提供了有利条件,有助于土壤有机质的贮存,提高了土壤生态系统的缓冲能力;提高了5～2 mm粒级土壤团聚体中细菌PLFAs量,降低了土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,改善了土壤营养状况;提高了<0.25 mm粒级土壤团聚体中微生物丰富度指数。总的来说,深耕+秸秆还田(DP)对土壤团聚体细菌和真菌生物量有一定的提高作用,并且在一定程度上改善了土壤团聚体微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和保持土壤微生物多样性。冗余分析结果表明,土壤团聚体总PLFAs量、细菌、革兰氏阴性菌和放线菌PLFAs量与土壤有机碳相关性较强,革兰氏阳性菌PLFAs量与总氮相关性较强。各处理较大粒级土壤团聚体微生物群落主要受碳氮比、含水量、pH值和团聚体质量分数的影响,较小粒级土壤团聚体微生物群落则主要受土壤有机碳和总氮的影响。     

南亚热带红椎和格木人工幼龄林土壤微生物群落结构特征

采用氯仿熏蒸浸提法和磷脂脂肪酸法(Phospholipids fatty acid,PLFA)研究了我国南亚热带地区非固氮树种红椎(Castanopsis hystrix)和固氮树种格木(Erythrophleum fordii)人工幼龄林土壤微生物生物量与微生物群落结构特征。结果表明,在旱季和雨季,红椎幼龄林土壤微生物总PLFAs量,细菌PLFAs量、放线菌PLFAs量及丛枝菌根真菌PLFAs量均大于格木幼龄林。红椎幼龄林土壤PLFA Shannon多样性指数(H_(PLFA))在旱季和雨季均大于格木幼龄林。主成分分析表明,土壤微生物群落结构组成受到林分类型和季节的双重影响。冗余分析表明,土壤硝态氮(NO_3~--N)含量、土壤含水量、p H及土壤微生物生物量氮(MBN)与特征磷脂脂肪酸之间呈显著相关关系。以上结果表明固氮树种格木与非固氮树种红椎人工幼龄林对土壤微生物生物量和群落结构的影响存在显著差异。