杉木与阔叶树叶凋落物混合分解对土壤活性有机质的影响

通过室内培养,研究了杉木叶凋落物及与桤木、刺楸和火力楠混合叶凋落物对土壤活性有机质的影响．结果表明：添加叶凋落物显著地增加了土壤微生物碳、氮及土壤呼吸强度和可溶性有机碳含量．其中,添加杉-阔混合叶凋落物对土壤活性有机质的增加效应大于纯杉木叶凋落物．在培养后期（第135天）,添加纯杉木叶凋落物和杉-阔混合叶凋落物处理土壤微生物碳含量分别比对照土壤高49％和63％,微生物氮高35％和75％,土壤呼吸强度高65％和100％,可溶性有机碳含量高66％和108％．添加叶凋落物对土壤微生物熵和微生物C／N的影响不显著（P〉0．05）．     

米槠和杉木人工林土壤酶活性和酶化学计量特征对凋落物输入的短期响应

凋落物输入刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物中碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分释放,但不同基质质量凋落物输入如何调控土壤胞外酶活性和酶化学计量特征仍不清晰。本研究以亚热带10年生米槠和杉木人工林为研究对象,采用凋落物输入原位微宇宙试验,分析了2021年4—8月、10月和12月不同凋落物输入对β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶(AP)5种土壤胞外酶活性及其化学计量特征的影响。结果表明：1)与无凋落物输入相比,米槠人工林凋落物输入对土壤酶活性、酶化学计量和矢量特征均无显著影响;而杉木人工林凋落物输入使5月土壤AP活性显著提高1.7%,使8月酶化学计量碳氮比、10月酶化学计量碳磷比和氮磷比分别降低3.8%、11.7%和10.3%,使10月土壤酶向量角增加到53.8°,表明土壤微生物存在显著磷限制。2)偏最小二乘回归分析表明,土壤可溶性有机质和微生物生物量C、N分别是米槠和杉木人工林土壤胞外酶活性响应凋落物输入的主要影响因子。总体上,低质量(高C/N)的杉木凋落物输入在短期内更能刺激土壤胞外酶的分泌,加快凋落物分解,研究区域土壤微生物受到磷限...     

杉木根系和凋落物对土壤微生物学性质的影响

通过模拟试验,研究了杉木根系和凋落物及其交互作用对土壤微生物学性质的影响.结果表明：杉木根系和凋落物在土壤生态过程中发挥的作用有所不同.与对照相比,杉木根系处理的土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤基础呼吸、土壤有机碳（TOC）和微生物熵显著增加,土壤呼吸熵（qCO₂）显著降低（P<0.05）;凋落物处理中,仅土壤基础呼吸和qCO₂显著降低（P<0.05）,而MBC、TOC和微生物熵没有显著变化（P>0.05）.杉木根系和凋落物对土壤基础呼吸和qCO₂的影响具有显著的交互作用.qCO₂与土壤可溶性碳（R²=0.325）及TOC（R²=0.209）含量呈显著正相关,说明微生物对碳的利用效率随土壤有机碳数量的增加而降低.与凋落物相比,杉木根系在土壤生态过程中发挥着更重要的作用.     

氮添加和凋落物处理对油松-辽东栎混交林土壤氮的影响

本研究采用随机区组设计,通过改变森林地表凋落物及添加不同水平的外源氮,探讨凋落物与氮添加及其交互作用对油松-辽东栎(Pinus tabuliformis-Quercus wutaishanica)混交林土壤氮的影响。凋落物处理包括:剔除凋落物(Littnil)、枝果凋落物加倍(Littwoody)、叶凋落物加倍(Littleaf)和混合凋落物加倍(Littmix);氮添加量分别为0(N_0)、5(N_5)和10g N·m~(-2)·a~(-1)(N_(10))。在处理5年后的生长季8月,采集地表0~5 cm土壤样品,测定与氮循环相关的土壤性状和微生物性状指标,包括土壤含水量、土壤p H、土壤有机碳、土壤全氮、铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮、N-乙酰-β葡萄糖苷酶、蛋白酶和脲酶。结果表明:土壤铵态氮是土壤氮素的主要存在形式,占土壤无机氮的64.53%~87.02%;氮添加和凋落物处理对土壤pH无影响,而土壤含水量、土壤全氮、土壤有机碳、土壤铵态氮、土壤无机氮、微生物生物量氮、N-乙酰-β葡萄糖苷酶均表现为在叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理中高于枝果凋落物加倍和剔除凋落物处理;蛋白酶和脲酶不受凋落物处理的影响;另一方面,土壤碳氮比、土壤硝态氮和脲酶受氮添加的影响显著,土壤碳氮比随着施氮水平的增加而降低,硝态氮在剔除凋落物和枝果凋落物加倍的处理中随着施氮水平的增加先增加后降低,而在叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理中则随着施氮水平的增加而增加;脲酶活性随施氮水平的增加先上升后下降;氮添加和凋落物处理对所测定的指标未表现出交互作用。本研究也表明,有叶凋落物输入的处理显著改善了土壤质量。     

中亚热带几种针、阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物群落碳代谢多样性的影响

土壤微生物群落功能如何响应凋落物物种组成的改变,对于指导我国的人工林种植具有重要意义。通过小盆模拟试验,用BIOLOG微平板培养的方法研究了南方红壤丘陵区典型物种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎和青冈的凋落物混合,与单一针叶凋落物分解时相比,针阔混合凋落物分解过程中土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明：(1)针叶和阔叶混合分解提高了土壤微生物群落碳代谢的强度、丰富度以及多样性,针阔混合凋落物分解时土壤微生物群落的碳源代谢方式与单一针叶分解时差异显著;(2)凋落物分解前期土壤微生物群落碳代谢强度、丰富度和多样性与凋落物初始C/N呈显著负相关,分解后期土壤微生物群落碳代谢强度与凋落物初始木质素/N比呈显著负相关,碳代谢多样性与初始P含量呈显著正相关;(3)通过改变凋落物物种组成,进而改变凋落物元素组成(C/N、木质素/N和P),能显著影响土壤微生物群落的碳代谢强度和代谢多样性。在南方红壤丘陵区,针-阔叶混合的凋落物比单一针叶凋落物更有利于提高土壤微生物群落的功能。     

杉木和米槠凋落叶DOM对土壤碳矿化的影响

DOM(Dissolved organic matter)是土壤微生物呼吸的重要底物,凋落物淋溶的DOM对土壤碳矿化具有重要影响。选择中亚热带地区具有代表性的杉木(Cunninghamia lanceolata)和米槠(Castanopsis carlesii)凋落叶作为研究对象,通过两个月的短期室内培养,把不同凋落叶浸提出的DOM添加到培养瓶中,定期测定土壤碳矿化速率,计算土壤碳累积矿化量,探讨两种等浓度等量DOM添加对土壤碳矿化的影响,并分析DOM化学性质在土壤碳矿化过程中的重要性。结果表明:米槠凋落叶浸提得到的DOC(Dissolved organic carbon)和DON(Dissolved organic nitrogen)浓度均显著高于杉木凋落叶的(P0.05),而杉木凋落叶浸提得到的DOM的UV吸收值(SUVA_(254))和HIX(Humification index)均显著低于米槠凋落叶的(P0.01)。添加等浓度等量杉木和米槠凋落叶DOM到土壤中均显著增加了土壤碳矿化速率,在第1天内分别比对照高198%和168%,3d后下降到61.8%和44.1%,14d后基本处于平稳状态,表明外源有机物添加对土壤碳矿化的前期影响较大。培养过程中,添加杉木和米槠凋落叶DOM的土壤碳矿化累积量均能采用双因素指数模型进行拟合(r~2=0.99),但添加两者凋落叶DOM后土壤碳矿化累积量没有显著差异。     

土壤微生物学特性对土壤健康的指示作用

土壤健康是陆地生态系统可持续发展的基础。作者通过概述土壤微生物学特性(土壤微生物群落结构、土壤微生物生物量、土壤酶活性)与土壤质量的关系, 阐明了土壤微生物对土壤健康的生物指示功能。研究表明: 土壤中细菌、真菌和放线菌的组成及其所占比率在一定程度上反映了土壤的肥力水平: 在土壤性质和肥水条件较好的土壤中, 细菌所占比率较高。土壤微生物生物量与土壤有机质含量密切相关, 而且土壤微生物生物量碳与土壤有机碳的比值(C_mic : C_org)和土壤微生物代谢熵(qCO2)的变化在一定程度上反映了土壤有机碳的利用效率。一般情况下, 土壤酶活性高的土壤中, 土壤微生物生物量碳、氮含量也高。因此, 土壤微生物学特性可以反映土壤质量的变化, 并可用作评价土壤健康的生物指标。     

油松-辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括:剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N0)、5 g· m-2·a-1(N1)和10 g·m-2·a-1(N2).结果表明:剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为:262.42 ～ 873.16 mg·kg-1、73.55 ～ 173.85 mg·kg-1和2.38～3.68mg·kg-1·d-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.     

凋落物的树种多样性与杉木人工林土壤生态功能

通过模拟试验和野外调查对凋落物的树种多样性与杉木人工林土壤生态功能之间关系进行了研究。林分取样调查的结果表明 ,有两个树种凋落物覆盖的几个杉阔混交林土壤脲酶和蔗糖酶活性均明显高于只有杉木凋落物覆盖的杉木纯林土壤 ,酸性磷酸酶活性也呈现相同的变化趋势 ,这 3种土壤酶活性均以具有凋落物种类最多的次生常绿阔叶林土壤最高。除了土壤酶活性升高之外 ,杉阔混交林的土壤有机质和全氮含量也明显高于仅有一种杉木凋落物覆盖的杉木纯林土壤。采用杉木叶凋落物与不同阔叶树种凋落物处理土壤的模拟试验结果表明 ,在凋落物投放量和 (1 5NH4 ) 2 SO4 施用量相同的控制条件下 ,随着投放的凋落物树种组成的增加 ,土壤中 1 5N的残留量也随之增加 ,而其损失量却随之减少 ;土壤中杉木幼树对于 1 5N的吸收量以及杉木幼树的单株鲜重也随着处理凋落物组成树种的增加而增加 ,具有不同树种数量的凋落物处理之间差异显著 (p<0 .0 5 )。可见随着凋落物树种多样性的增加 ,不仅土壤有机质和全氮含量这两个基本的质量指标得到明显改善 ,而且土壤酶活性、土壤养分保蓄功能以及保证幼树良好生长等的生态功能明显改善     

桉-桤不同混合比例凋落物分解过程中 土壤动物群落动态

采用凋落物分解袋法研究了10:0(TⅠ)、7:3(TⅡ)5:5(TⅢ)、3:7(TⅣ)和0:10(TV)巨桉(Eucalyptus grandis)和台湾桤木(Alnus formosana)混合凋落物分解过程中的土壤动物群落特征.从5种类型、3种规格的810只凋落袋中共收集土壤动物75651只,隶属2门10纲20目,其中弹尾目(Collembola)和蜱螨目(Acarina)为优势类群.土壤动物个体数最高是7-8月,大型土壤动物个体数最高是7月,中小型土壤动物个体数最高是7-8月.大型、中小型土壤动物类群数各月间均波动较小.与30目和6目相比,260目网袋中弹尾目和蜱螨目等中小型土壤动物数量更高.相对台湾桤木(TV)而言,巨桉(TⅠ)凋落物中弹尾目数量更多.啮虫目(Psocoptera)在台湾桤木(TV)凋落物中的数量远远高于其它凋落物,后孔寡毛目(Opisthopora)在混合凋落物中数量较高.不同比例的凋落物混合可改变凋落物中土壤动物的数量和组成.桤木、混合凋落物中大型土壤动物的个体数高于巨桉凋落物,而且上述凋落物的分解速率亦明显快于巨桉凋落物,这意味着大型土壤动物的活动可加速凋落物的分解.因此,在巨桉人工纯林中混栽台湾桤木,可显著提高大型土壤动物的数量,促进凋落物的分解.     

菜园土壤微生物生态特征与土壤理化性质的关系

对广州白云区64个菜园土壤样本的研究表明,微生物碳与土壤全氮、碱解氮、有效钾、阳离子交换量和有机质,微生物氮与土壤全氮、全磷、阳离子交换量及有机质,土壤基础呼吸与土壤全氮、碱解氮、全钾、阳离子交换量及有机质,AWCD值与全氮及有机质含量,以及Shannon多样性指数与全氮和阳离子交换量均呈显著正相关关系.较低的碱解氮含量使土壤微生物碳、土壤基础呼吸和呼吸商的值升高,过高的碱解氮则使呼吸商下降;过高的土壤有效磷降低微生物碳、微生物氮和微生物呼吸商.有效磷/碱解氮比值过高降低了土壤微生物碳、微生物氮、微生物碳氮比及土壤基础呼吸.土壤微生物生态特征与土壤理化性质关系密切,有效养分过高及养分比例不适当对土壤微生物均存在不利影响.     

Litter and soil biodiversity jointly drive ecosystem functions

The decomposition of litter and the supply of nutrients into and from the soil are two fundamental processes through which the above- and belowground world interact. Microbial biodiversity, and especially that of decomposers, plays a key role in these processes by helping litter decomposition. Yet the relative contribution of litter diversity and soil biodiversity in supporting multiple ecosystem services remains virtually unknown. Here we conducted a mesocosm experiment where leaf litter and soil biodiversity were manipulated to investigate their influence on plant productivity, litter decomposition, soil respiration, and enzymatic activity in the littersphere. We showed that both leaf litter diversity and soil microbial diversity (richness and community composition) independently contributed to explain multiple ecosystem functions. Fungal saprobes community composition was especially important for supporting ecosystem multifunctionality (EMF), plant production, litter decomposition, and activity of soil phosphatase when compared with bacteria or other fungal functional groups and litter species richness. Moreover, leaf litter diversity and soil microbial diversity exerted previously undescribed and significantly interactive effects on EMF and multiple individual ecosystem functions, such as litter decomposition and plant production. Together, our work provides experimental evidence supporting the independent and interactive roles of litter and belowground soil biodiversity to maintain ecosystem functions and multiple services.     

Effects of Single Chinese Fir and Mixed Leaf Litters on Soil Chemical, Microbial Properties and Soil Enzyme Activities

The quality of leaf litter can control decomposition processes and affect the nutrient availability for plant uptake. In this study, we investigated the effect of single leaf litter (Chinese fir – Cunninghamia lamcealata (Lamb.) Hook) and mixed leaf litters (C. lamcealata, Liquidamba formosana Hance and Alnus cremastogyne Burk) on soil chemical properties, soil microbial properties and soil enzyme activities during 2 years decomposition. The results showed that soil microbial biomass C, the ratio of soil microbial biomass C to total soil organic C (soil microbial quotient, Cmic/Corg) and soil enzymes (urease, invertase, dehydrogenase) activities increased significantly in mixed leaf litters treatments whereas soil chemical properties remained unchanged. However, soil microbial metabolic quotient (qCO₂) values and soil polyphenol oxidase activity were higher in the single Chinese fir leaf litter treatment that had a higher C:N (carbon:nitrogen) ratio (79.53) compared with the mixed leaf litter (C:N ratios of 76.32, 56.90, 61.20, respectively). Our results demonstrated that the mixed leaf litter can improve forest soil quality, and that soil microbial properties and soil enzyme activities are more sensitive in response to litter quality change than soil chemical properties.     

不同光环境对桤木幼苗生长和光合特性的影响

通过设置3个光照强度(100%、56.2% 和12.5%),模拟森林幼苗生长的旷地(采伐迹地)、林窗和林下光环境,研究不同光照强度对外来种台湾桤木和乡土种四川桤木幼苗的生长、光合特性以及生物量积累与分配的影响.结果表明： 低光环境限制了两种桤木幼苗形态指标的增长,适当遮荫的林窗环境比旷地更有利于幼苗的生长.台湾桤木幼苗具有较高的比叶面积和相对生长速率,较大的单叶面积、叶长、叶宽、株高和基径,较少的叶片数和较低的叶面积比、叶柄长.低光环境下,台湾桤木幼苗的最大净光合速率、光饱和点和表观光量子效率较高,光补偿点和暗呼吸速率较低.随着光照强度的降低,台湾桤木幼苗具有更高的根生物量比和更低的叶生物量比;四川桤木幼苗则相反,加剧了动物取食和机械损伤的风险.     

香樟凋落叶分解对辣椒及土壤氮营养的限制作用

香樟(Cinnamomum camphora)凋落叶分解能够明显干扰受体植物的生长、生殖、光合生理和活性氧代谢。该研究继续采用盆栽试验,探讨了不同量[0(对照)、25、50和100g]的香樟凋落叶添加到土壤(10kg/盆)中对受体植物辣椒(Capsicum annuum)及其土壤氮营养状况的影响,外源氮(尿素)输入对凋落叶分解的交互作用,以及凋落叶分解效应的产生是否因为其较高的C/N比而导致微生物争氮。结果显示:(1)各剂量(25~100g/盆)凋落叶处理下,辣椒幼苗硝态氮、可溶性蛋白和全氮含量均在至少2个月内大幅显著降低。(2)土壤硝态氮与辣椒硝态氮、全氮间均具有极显著的协同下降趋势;土壤微生物生物量氮则在总体上高于对照,而土壤全氮和铵态氮的响应较小。(3)施氮不仅使辣椒各氮组分和土壤硝态氮含量整体提升,还使凋落叶分解在这些指标上的抑制作用显著减弱。(4)香樟凋落叶的初始C/N为125.61±4.89,其在土壤中分解48~137d后的C/N始终远高于Hodge假说指出的可导致微生物争氮的临界值,但经过分解120d和135d的凋落叶添加到土壤中并不抑制辣椒的生长。研究认为,香樟凋落叶分解初期可能释放了不利于土壤硝化过程的物质,造成土壤硝态氮匮乏,以致受体植物的氮素吸收和积累减少,而凋落叶较高的C/N比及土壤微生物争氮并非主导因素。     

Litter fingerprint on microbial biomass,activity, and community structure in the underlying soil

Aims

Little is known about how plant leaf litter decomposing on the soil surface is affecting microbial communities in the underlying soil. Here we examined the effects of decomposing leaf litter of different initial chemistry on biomass, stoichiometry, community structure and activity of microorganisms in the soil underneath the decaying litter layer.

Methods

Leaf litter from six different neotropical tree species with contrasted quality decomposed on top of a common tropical soil in a laboratory microcosm experiment over 98 days. At the end of the experiment we determined microbial biomass C, N, and P, microbial community structure (PLFA), and community level physiological profiles (CLPP) from the top soil.

Results

Despite growing in a common soil substrate, soil microorganisms were strongly affected by litter species, especially by the soluble litter fraction. While litters with low soluble C content did not affect the soil microbial community, litters with high soluble C content led to an increase of microbial biomass and to a structural shift to relatively more Gram-negative bacteria. Changing community structure resulted in changes of catabolic capacity of microorganisms to metabolize a range of different C substrates. The large differences in leachate N and P among litter species, in contrast, had no effect on soil microbial parameters.

Conclusions

Our data suggest that plant litter decomposing on the soil surface exhibit a strong and predictable leachate C-control over microbial community biomass, structure and function in the underlying soil.

     

不同光强对两种桤木幼苗光合特性和抗氧化系统的影响

通过搭建荫棚设置3种不同的光强, 模拟森林幼苗生长的旷地(砍伐迹地)、林窗和林下光照环境(分别为100%、56.2%和12.5%的全光照), 比较研究了外来种台湾桤木(Alnus formosana)和乡土种桤木(A. cremastogyne)幼苗的叶形态、光合能力、热耗散和抗氧化酶的活性, 探讨了两树种幼苗对光强的适应及光保护策略。结果表明: 在3种光强下, 一定光强范围内随着光强的增加, 两种桤木幼苗的比叶重(LMA)、类胡萝卜素(Cars)、类胡萝卜素/叶绿素(Cars/Chl)和抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX))活性升高, 最大净光合速率(P_max)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和非光化学猝灭系数(NPQ)具有升高的趋势; Chl含量和瞬时光能利用效率(LUE)降低; 净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、气孔限制值(L_s)升高, 胞间CO₂浓度(C_i)降低, 推测P_n降低的主要因素是非气孔限制, 表明两种桤木幼苗均能适应不同的生长光强。生长在相同光强下, 桤木幼苗光抑制现象比台湾桤木幼苗严重, 台湾桤木幼苗对光强适应能力较强。随着光照强度的增加, 台湾桤木幼苗NPQ增加不显著, 热耗散较少, 相同光强下P_max和抗氧化酶活性显著高于桤木幼苗, 而桤木幼苗随着光强的增加热耗散显著, 表明在光抑制时, 台湾桤木幼苗主要是通过提高P_max利用光能和抗氧化酶系统进行保护性调节, 桤木幼苗则通过天线系统非辐射耗散将过剩的光能以热能的形式消耗掉。