Changes in soil-microbe-exoenzyme C:N:P stoichiometry along an altitudinal gradient in Mt. Datudingzi,Northeast China

海拔变化导致温度、水分、植被等条件的改变会显著影响土壤碳(C_soil)、氮(N_soil)、磷(P_soil)含量及其化学计量特征, 土壤微生物如何通过调整自身生物量和胞外酶化学计量特征进行适应仍不明确。为了研究海拔梯度变化对土壤微生物生物量和胞外酶活性的影响, 探索土壤-微生物-胞外酶C:N:P化学计量特征间的协变性, 该文以黑龙江省雪乡大秃顶子山800、1 100、1 600和1 700 m分布的典型生态系统(针阔混交林、针叶林、岳桦林和草地)为研究对象, 测定其C_soil、N_soil、P_soil含量, 微生物生物量C (C_mic)、N (N_mic)、P (P_mic)含量, 以及微生物获取C (β-1, 4-葡萄糖苷酶, BG), N (几丁质酶, NAG), P (酸性磷酸酶, AP)资源的相关胞外酶活性。结果表明: (1)海拔梯度变化对C_soil和C_mic含量没有显著影响; 不同海拔间土壤和微生物生物量N、P含量存在显著差异。(2) BG和NAG活性随着海拔的升高呈现显著降低趋势, 表明海拔升高导致的温度降低抑制了微生物的活性。(3)海拔对土壤C:N、微生物C:N:P以及胞外酶C:N:P均具有显著影响。胞外酶C:N:P随着微生物与土壤间C:N:P化学计量不平衡性(土壤C:N:P与微生物C:N:P的比值)的增加而逐渐降低。微生物可以通过调整自身生物量以及胞外酶C:N:P适应土壤化学计量特征的变异, 该结果支持了微生物的资源分配理论。     

模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林土壤有机碳和养分的影响

从2007年11月至2009年10月, 对华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)人工林进行了模拟氮(N)沉降试验, N沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低N (5 g N·m^-2·a^-1)、中N (15 g N·m^-2·a^-1)和高N (30 g N·m^-2·a^-1)。在N沉降进行1年后, 每月采集各样方0-20 cm的土壤样品, 连续采集12个月, 测定其土壤总有机C、微生物生物量C、浸提性溶解有机C、活性C、全N、微生物生物量N、NH₄⁺-N、NO₃^--N、有效P和速效K。结果表明: N沉降显著增加了土壤总有机C、微生物生物量C、全N、微生物生物量N、NH₄⁺-N和有效P含量, 对其余几个指标无显著影响。土壤微生物生物量C和微生物生物量N的季节变化明显, 并与气温极显著正相关。土壤有效P、速效K与微生物生物量C、微生物生物量N呈极显著负相关关系。N沉降提高了土壤中C、N、P元素的活性, 并通过微生物的转化固定作用使得C、N、P元素在土壤中的含量增加。苦竹林生态系统处于N限制状态, 土壤有机C和养分对N沉降呈正响应, N沉降的增加可能会提高土壤肥力并促进植被的生长, 进而促进生态系统对C的固定。     

外源氮添加对温带荒漠地表凋落物分解及养分释放的影响

采用分解网袋法,在古尔班通古特沙漠南缘设置对照N₀(0 g N·m^-2·a^-1)、N₅(5 g N·m^-2·a^-1)、N₁₀(10 g N·m^-2·a^-1)和N₂₀(20 g N·m^-2·a^-1)4个施N处理,研究外源N添加对多枝柽柳、盐角草及两者混合凋落物分解过程及养分释放的影响,分析氮沉降对荒漠生态系统凋落物分解的影响。结果表明: 各物种凋落物的分解速率存在显著差异,经过345 d的分解,多枝柽柳、盐角草及混合物在不同N处理间的分解速率分别为0.64～0.70、0.84～0.99和0.71～0.81 kg·kg^-1·a^-1。凋落物分解过程中,N、P均表现为养分的直接释放,试验结束时,N₀、N₅、N₁₀和N₂₀处理单种凋落物及其混合物N分别释放60.6%～67.4%、56.7%～62.6%、57.4%～62.3%、46.8%～63.0%,P分别释放51.9%～77.9%、59.9%～74.7%、53.0%～79.9%、52.3%～76.4%。N处理对单种凋落物及其混合物的分解影响不显著,但各种凋落物的养分动态对N添加的响应不同,N处理抑制了盐角草N、P释放及混合凋落物P释放,而对多枝柽柳无影响。在温带荒漠,适量的N输入对凋落物分解速率影响不大,但可能会延缓个别物种养分向土壤系统的归还。     

氮沉降下纳帕海草甸植被与土壤变化对微生物生物量碳氮的影响

为探明高原草甸土壤微生物对短期氮沉降的响应,以纳帕海典型高寒草甸云雾薹草群落为对象,野外原位布设低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(10 g N·m^-2·a^-1)和高氮(15 g N·m^-2·a^-1)3种施氮处理,研究氮沉降引起高寒草甸植物多样性及土壤性质变化对微生物生物量碳氮的影响。结果表明：氮添加显著增加土壤微生物生物量碳氮及其熵值,中氮处理下微生物生物量碳增量最高,达139.3%;微生物生物量碳氮的垂直变化表现为沿土层显著降低,降幅为24.1%～75.1%。氮添加显著提高群落地上生物量,降低Shannon和Simpson多样性,变幅达6.6%～65.4%;氮添加显著降低土壤pH,增加土壤有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量,且在中氮处理下变幅(7.0%～511.1%)最大;土壤pH随土层加深而增大,而其他理化指标则沿土层加深而显著减少,变幅达19.5%～91.2%。结构方程模型表明,土壤铵态氮、硝态氮和有机质对微生物生物量起促进作用,而土壤pH和植...     

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。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

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2.38～3.68mg·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.     

华西雨屏区亮叶桦凋落叶分解对模拟氮沉降的响应

从2008年1月至2009年2月, 对华西雨屏区亮叶桦(Betula luminifera)人工林进行了模拟氮(N)沉降试验, N沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低N (5 g N·m^-2·a^-1)、中N (15 g N·m^-2·a^-1)和高N (30 g N·m^-2·a^-1)。利用凋落袋法对亮叶桦凋落叶进行原位分解试验, 并在每月下旬定量地对各处理施N (NH₄NO₃)。结果表明, 虽然华西雨屏区大气N沉降量较高, 但模拟N沉降试验表明: 在N沉降继续增加的情况下, 凋落叶分解这一碳(C)循环和养分循环过程仍会受到显著影响。在1年的分解试验中, 模拟N沉降显著抑制了亮叶桦凋落叶的分解, N沉降处理使得凋落叶质量损失95%的时间在2.65年的基础上增加了1.14-1.96年。N沉降抑制凋落叶分解的原因在于无机N的富集对木质素和纤维素的分解造成阻碍。N沉降处理也导致C、N、磷、钾和镁元素在凋落物中的残留量增加, 但N沉降加速了钙元素的释放。凋落物基质化学特性在很大程度上决定了凋落物分解对N沉降的响应方向, 以及凋落物分解过程中各元素的动态变化。     

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。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物木质素和纤维素降解的影响

从2013年11月至2014年11月,采用尼龙网袋法对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物进行原位分解试验,模拟N(NH₄NO₃)沉降水平分别为对照(0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(30 g N·m^-2·a^-1),研究了N沉降对常绿阔叶林凋落物分解及其木质素和纤维素降解的影响.结果表明:华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物在夏季分解较快,明显快于其他季节.N沉降显著抑制了阔叶林凋落物的分解,抑制作用随N沉降量的增加而加强.N沉降使凋落物质量损失95%的时间与对照(4.81年)相比增加了0.53～1.88年.经过1 年的分解,中氮沉降和高氮沉降处理木质素和纤维素残留率显著高于对照,表明N沉降显著抑制了凋落物木质素和纤维素的降解.凋落物质量残留率与木质素和纤维素残留率呈显著正相关.N沉降抑制凋落物分解的原因可能是无机N的添加对木质素和纤维素的降解造成了阻碍.     

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...     

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。     

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。     

亚热带红壤侵蚀区马尾松不同套种模式生态系统碳平衡

以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松低效林套种杨梅、无患子、油茶及黄栀子的改造模式林分为研究对象,对林分各组分生物量年净生长量、含碳率及土壤异养呼吸进行定位观测,分析套种模式对低效马尾松林分生态系统碳储量格局及碳平衡的影响。结果表明: 杨梅、无患子、油茶、黄栀子和马尾松不同器官含碳率的变化范围分别为41.1%～50.1%、42.2%～50.6%、45.1%～48.9%、44.7%～49.6%和46.1%～51.9%。不同树种同一器官之间的含碳率存在显著差异。马尾松套种杨梅及马尾松套种无患子模式植被层碳储量及年净增碳储量最高,分别为67.62～68.42 t·hm^-2和9.21～9.45 t·hm^-2·a^-1,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式较小,分别为31.96～36.24 t·hm^-2和4.09～4.16 t·hm^-2·a^-1,马尾松纯林对照最小,分别为17.01 t·hm^-2和2.00 t·hm^-2·a^-1。土壤异养呼吸年通量从高到低依次为马尾松套种杨梅模式(7.41 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种油茶模式(5.89 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种无患子模式(5.86 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种黄栀子模式(4.95 t·hm^-2·a^-1)>马尾松纯林对照(2.45 t·hm^-2·a^-1)。马尾松套种杨梅和马尾松套种无患子模式的年净生态系统碳平衡分别为2.04和3.27 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳汇”,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式及马尾松纯林对照的年净生态系统碳平衡分别为-1.80、-0.80和-0.45 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳源”。总体上,短期内马尾松低效林套种杨梅或无患子能够提升林分的固碳增汇效益。     

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.