DOM对米槠次生林不同土层土壤微生物呼吸及其熵值的影响

可溶性有机质(Dissolved organic matter,DOM)作为土壤可溶性有机碳的重要来源,进入土壤之后通过改变土壤微生物数量和活性影响土壤矿化。DOM输入对土壤微生物呼吸和熵值的研究多集中在表层土壤,但对深层土壤微生物呼吸和熵值的影响关注较少。通过室内培养实验(120 d)研究米槠(Castanopsis carlesii)鲜叶DOM添加对表层土壤(0—10 cm)和深层土壤(40—60 cm)微生物呼吸及其土壤代谢熵和微生物熵的影响,为揭示DOM输入对亚热带森林土壤碳过程的影响提供理论依据。结果表明,在培养第1天,添加DOM的表层和深层土壤CO_2瞬时排放速率均显著高于对照(P0.001),分别是对照(不添加DOM)的3.58倍和6.93倍,之后显著下降。就累积排放量而言,无论是DOM添加处理还是对照,表层土壤显著大于深层土壤;在米槠鲜叶DOM添加后,表层土壤累积排放量显著大于对照的表层土壤(P0.001),但DOM添加处理深层土壤累积排放量与对照的深层土壤无明显差异。就微生物生物量碳而言,表层土壤微生物生物量碳含量在培养期间显著大于深层土壤。在整个添加DOM培养期间,表层土壤微生物生物量碳含量显著大于表层对照土壤,深层土壤微生物生物量碳含量显著大于深层对照土壤(第3天除外)。培养结束时(120 d),米槠鲜叶DOM添加处理下,表层土壤和深层土壤有机碳含量与第3天相比分别减少26%和19%。米槠鲜叶DOM添加处理后的深层土壤代谢熵(qCO_2)显著低于对照的深层土壤和DOM添加处理的表层土壤qCO_2(P0.001),说明外源DOM进入深层土壤后提高了土壤微生物对碳的利用效率。米槠鲜叶DOM添加处理后的深层土壤微生物熵是培养第3天的1.58倍,显著大于培养初期(P0.05),而DOM添加处理的表层土壤、对照的表层土壤与深层土壤的微生物熵分别是培养第3天的68%、79%和21%,说明DOM添加提高了深层土壤质量。     

不同覆土基质微生物结构特征研究及其对双孢蘑菇产量的影响

覆土是影响双孢蘑菇产量、质量和出菇整齐度的重要因子,利用现代分子生态学的方法快速、准确地对不同覆土基质微生物结构特征进行检测,以进一步了解微生物群落与双孢蘑菇相互作用关系。测定了不同覆土的理化特性,应用PCR技术对不同覆土材料提取总DNA,扩增细菌16S rDNA和真菌28S rDNA,运用变性梯度凝胶电泳技术对PCR产物进行分析,研究双孢蘑菇不同覆土基质微生物结构特征。结果表明：不同处理的覆土材料微生物群落的基因具有多样性,其中细菌群落基因多样性存在差异,使用纯泥炭与粉碎稻草处理差异最大,相似性仅为62%;通过真菌28S rDNA变性梯度凝胶电泳结果显示,粉碎稻草处理多样性指数最高,达3.576,但随着泥炭比例的提高,覆土处理中真菌群落的多样性相对减少;栽培试验发现,双孢蘑菇子实体形成量、总产量可能与覆土中的真菌群落多样性呈负相关。     

菌渣化肥配施对稻田土壤微生物量碳氮和可溶性碳氮的影响

菌渣作为一种养分丰富的有机物料还田,可减少化肥施用,同时保持土壤肥力;而土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮是土壤活性碳氮库的重要组成部分,其含量和比例变化对土壤肥力均具有重要作用。因此,探讨不同比例菌渣化肥配施对土壤微生物量碳、氮及可溶性碳、氮的影响,评价菌渣在优化土壤肥力方面的生态作用具有重要意义。本研究在水稻田间定位试验条件下,设置3个化肥水平(C) 0%、50%、100%,菌渣相对用量(F) 0%、50%、100%,共9个处理,分析了各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可溶性碳(DOC)、氮(DON)的变化特征,及其占土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的比例与相关关系。结果表明:菌渣化肥配施后,微生物量碳和可溶性碳、氮均在C100F50最高,微生物量氮在C50F100最高,与不施肥处理相比,分别显著增加了49.40%、43.65%、83.52%、207.19%;MBC/SOC和DOC/SOC均随着菌渣化肥配施量的增加而减少,MBN/TN和DON/TN均在C100F50最高。相关分析表明,MBC、DOC与SOC,MBN与TN均呈极显著正相关,DON和TN呈显著正相关。总体来讲,菌渣化肥配施能够显著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮含量,但不是随着用量的增加一直呈增加趋势,高量菌渣或者化肥下会有降低趋势;菌渣化肥配施降低了土壤微生物量和可溶性碳氮比,因此适宜的菌渣化肥配施是提高土壤有机碳周转速度、微生物活性及其氮素供应能力和有效性的最佳选择。     

暖温带森林土壤微生物量、群落结构和活性对植物地下碳源的响应

该研究以典型的亚热带—温带过渡区森林为对象,采用野外过程监测和控制试验相结合的方法,利用磷脂脂肪酸和土壤胞外酶活性分别表征土壤微生物群落结构和活性,并结合微环境因子,重点探究土壤微生物生物量、群落结构和活性对植物地下碳输入的响应特征。结果表明：在观测周期内,处理均能显著降低三组年龄段林分的土壤微生物量碳,其变化幅度在－8.72％~－5.72％之间,其中在80年的林分中降幅最大,而在160年的林分中降幅最小;微生物量氮的变化规律与相应的微生物量碳的变化规律相似,但与对照相比其差异性均未达到显著性水平;另外,经壕沟处理2~4个月后,所有林分的土壤微生物量碳和氮与对照相比出现增加的现象。处理均能对三组年龄段林分的土壤微生物群落结构产生不同程度的影响,其中40年林分的土壤微生物群落对处理的响应程度要高于另外两个年龄段的林分;与对照相比,壕沟处理样方的腐生真菌的相对丰富度均下降明显,其中在40年和80年林分中的下降幅度达到显著水平,而细菌、放线菌和丛枝菌根真菌均无明显变化;壕沟处理样方的水解酶(β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-葡萄糖苷酶)活性均显著下降,而氧化酶(酚氧化酶和过氧化物酶)活性的变化相对较小,除80年的林分外,其余林分均不显著。此外,处理均不能显著影响土壤的含水量和温度。该研究结果为初步阐明全球气候变化背景下森林土壤微生物结构及其功能的变化特征以及更加精确预测未来森林土壤碳的变化趋势提供了科学依据。     

不同树叶凋落物对人参土壤理化性质及微生物群落结构的影响

树种选择是林下山参护育成败的关键,研究树叶凋落物对人参土壤养分、微生物群落结构组成的影响,旨在为林下山参护育选择适宜林地及农田栽参土壤改良提供科学依据和理论指导。通过盆栽试验,研究添加5.0 g色木槭Acer mono.Maxim.var.mono(A)、赤松Pinus densiflora Sieb.et Zucc.(B)、胡桃楸Juglans mandshurica Maxim.(C)、紫椴Tilia amurensis Rupr.(D)、蒙古栎Quercus mongolica Fisch.ex Ledeb.(E)树叶凋落物到土壤中,种植人参(Panax ginseng C.A.meyer)后研究土壤理化性质以及微生物群落结构的变化。结果表明:添加不同树叶处理后人参土壤性质发生改变,土壤p H值显著高于对照土壤5.91(P0.05),土壤全氮、速效氮磷、微生物碳氮在所有树叶处理中显著增加(P0.05),而土壤容重、速效钾和C/N在添加树叶处理中降低。18个土壤样品基因组,经16S和ITS1测序分别得到6064和1900个OUTs。其中细菌涵盖了42门、117纲、170目、213科、225属,真菌涵盖了24门、98纲、196目、330科、435属。不同树叶处理人参土壤细菌和真菌地位发生改变,细菌Proteobacteria是树叶分解的关键微生物,添加树叶后其多样性显著高于对照(P0.05)。而细菌Bacteroidetes和真菌Basidiomycota可能是区别阔叶林和针叶林树种的关键微生物,针叶林中含量显著低于阔叶林(P0.05),而真菌Ascomycota是针叶林分解的关键微生物。进一步从不同分类水平上得到特定树叶凋落物的特异细菌和真菌。典型相关分析(CDA)表明细菌Bacteroidetes、Chloroflexi、Actinobacteria及真菌Basidiomycota、Zygomycota、Chytridiomycota及Ascomycota的位置及多样性的改变均与土壤因子SMBN、TN、AP、SOC、AK、C/N、p H有关。综上所述,添加不同树叶后不仅提高土壤微生物量碳氮、改善土壤理化性质,同时改变微生物群落结构组成,不同树叶处理土壤理化性质不同导致人参土壤微生物组成的差异,本结果对于林下参选地和农田栽参土壤微生物改良具有理论指导作用。     

基于高通量测序分析桃蚜体内微生物群落结构及多样性

为探明桃蚜Myzus persicae体内微生物群落结构及其种类多样性,采用Illumina HiSeq二代测序技术检测桃蚜体内细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因序列的方法,分析取食白菜Brassica pekinensis和甘蓝Brassica oleracea的无翅孤雌桃蚜成虫体内微生物群落结构及多样性。研究结果获得桃蚜体内细菌16S rDNA和真菌ITS1优质序列分别为473 750条和472 980条,并根据序列相似性对其进行聚类分析,分别获得959个和1 424个OTUs。基于OTUs分类结果,共注释鉴定细菌类群26个门、55个纲、128个目、227个科、419属、451种,真菌类群10个门、31个纲、77个目、172个科、343属、441种。其中,在门级水平上,取食白菜和甘蓝的桃蚜体内细菌类群均以变形菌门Proteobacteria内的细菌(占73.11%,80.10%)为优势菌;真菌类群均以子囊菌门Ascomycota真菌(占51.91%,50.98%)为优势菌。在属级水平上,取食白菜和甘蓝的桃蚜体内细菌均以布赫纳氏菌属Buchnera(占60.82%,56.11%...     

萘对川西亚高山森林土壤呼吸、可溶性有机质和微生物生物量的影响

通过原位控制试验,研究了萘对川西亚高山森林土壤动物抑制效率、土壤呼吸、可溶性有机质和微生物生物量的影响.结果表明:萘施用显著抑制了大型和中小型土壤节肢动物的个体密度和类群数量,个体密度分别下降76.3%~78.5%和83.3%~84.8%,类群数量分别降低48.3%~56.1%和45.8%~58.3%.萘处理与对照的土壤呼吸速率季节动态呈单峰曲线,分别以2月和8月为最低值和最高值,而且未受萘施用的显著影响.与对照相比,萘处理显著降低了8月和10月土壤可溶性碳和可溶性氮含量,以及4月和8月微生物生物量碳,增加了4月的微生物生物量碳氮比.萘处理和采样时间的交互作用显著影响了微生物生物量碳和微生物生物量氮,但对土壤动物个体密度和类群数量以及可溶性碳含量影响不显著.总体上,萘作为抑制剂,在川西亚高山森林土壤能够有效地抑制土壤动物节肢动物,且并未显著影响土壤呼吸,但对土壤碳氮组分造成了不同程度的影响.     

生物炭及秸秆对水稻土各密度组分有机碳及微生物的影响

生物炭被认为是土壤碳封存的有效手段,但是关于生物炭对土壤不同密度组分有机碳影响的研究报道很少。以南方稻麦轮作区水稻土为研究对象,通过田间小区试验研究了不施有机物(CK)、玉米秸秆还田(CS)、施用300℃热解生物炭(300BC)、施用400℃热解生物炭(400BC)和施用500℃热解生物炭(500BC)处理对土壤轻重组分质量比例,土壤轻重组分有机碳和土壤微生物的影响。结果表明:1)施用生物炭显著提高了土壤轻组的质量比例和土壤轻组有机碳含量,轻组有机碳含量为500BC400BC300BCCSCK,对重组有机碳影响不显著,但重组有机碳在土壤中占重要比例;2)施加生物炭后土壤微生物量相比对照也有提高,但是与施加秸秆处理相比,微生物量提高幅度较小。研究表明,生物炭能提高土壤有机碳含量,尤其提高了土壤轻组有机碳的累积,但由于生物炭特殊的芳烃结构,其轻组组分化学性质稳定,这与传统的土壤有机碳轻组理论不同。与秸秆处理相比,生物炭处理具有较低的土壤微生物量与微生物商,有利于土壤碳的固定。     

Bacterial diversity in the bulk soil and rhizosphere fractions of Lolium perenne and Trifolium repens as revealed by PCR restriction analysis of 16S rDNA

The rhizosphere of Trifolium repens and Lolium perenne was divided into three fractions: the bulk soil, the soil adhering to the roots and the washed roots (rhizoplane and endorhizosphere). After isolation and purification of DNA from these fractions, 16S rDNA was amplified by PCR and cloned to obtain a collection of 16S rRNA genes representative of the bacterial communities of these three fractions. The genes were then characterized by PCR restriction analysis. Each different profile was used to define an operational taxonomic unit (OTU). The numbers of OTUs and the numbers of clones among these OTUs allowed to calculate a diversity index. The number of OTUs decreased as root proximity increased and a few OTUs became dominant, resulting in a lower diversity index. In the root fraction of T. repens, the restriction profile of the dominant OTU matched the theoretical profile of the 16S rRNA gene of Rhizobium leguminosarum. This study showed that plant roots create a selective environment for microbial populations.     

亚热带森林不同植物及器官来源的可溶性有机质输入对土壤激发效应的影响及其作用机理

外源有机物的输入可以通过正负激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化。然而, 当前的研究较少考虑不同植物及器官来源可溶性有机质(DOM)输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。该研究以武夷山森林土壤为研究对象, 以室内培养的方式向土壤中添加¹³C标记青冈(Cyclobalanopsis glauca)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、木莲(Manglietia fordiana)和相思(Acacia confusa)这4种植物的根和叶来源DOM, 研究不同植物及器官来源DOM输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。主要结果: 不同植物及器官来源DOM添加初期加快了SOC的矿化, 呈现正激发效应, 随后转为负激发效应。从整个培养期(90天)的累积激发效应来看, DOM的输入均抑制了SOC的矿化, 使其矿化量减少22%-49%, 其中青冈根DOM输入使SOC的矿化量减少最多, 而由木莲叶DOM输入减少的SOC矿化量最少。DOM输入引起的土壤激发效应强度受不同植物器官影响明显, 具体表现在植物根来源DOM输入所引起的土壤激发效应强度显著高于植物叶来源DOM输入所引起的激发效应强度(相思除外)。DOM的输入总体上提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量、土壤β-葡萄糖苷酶活性、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量, 而对微生物群落组成无明显影响。从结构方程模型来看, DOM输入所引起的土壤激发效应主要受土壤微生物对外源碳的利用(¹³C-MBC)、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量的影响, 这些因子的变化可解释植物叶来源DOM和根来源DOM添加处理下土壤激发效应变化的68%和86%。该研究结果表明在土壤氮充足的条件下, DOM的输入可以通过提高微生物生物量、土壤酶活性来加快分解所添加的外源有机物, 从而减少了对SOC的分解。因此, 在该研究中“底物优先利用”是土壤激发效应的主要作用机理。     

How interactions between microbial resource demands,soil organic matter stoichiometry,and substrate reactivity determine the direction and magnitude of soil respiratory responses to warming

Recent empirical and theoretical advances inform us about multiple drivers of soil organic matter (SOM) decomposition and microbial responses to warming. Absent from our conceptual framework of how soil respiration will respond to warming are adequate links between microbial resource demands, kinetic theory, and substrate stoichiometry. Here, we describe two important concepts either insufficiently explored in current investigations of SOM responses to temperature, or not yet addressed. First, we describe the complete range of responses for how warming may change microbial resource demands, physiology, community structure, and total biomass. Second, we describe how any relationship between SOM activation energy of decay and carbon (C) and nitrogen (N) stoichiometry can alter the relative availability of C and N as temperature changes. Changing availabilities of C and N liberated from their organic precursors can feedback to microbial resource demands, which in turn influence the aggregated respiratory response to temperature we observe. An unsuspecting biogeochemist focused primarily on temperature sensitivity of substrate decay thus cannot make accurate projections of heterotrophic CO₂ losses from diverse organic matter reservoirs in a warming world. We establish the linkages between enzyme kinetics, SOM characteristics, and potential for microbial adaptation critical for making such projections. By examining how changing microbial needs interact with inherent SOM structure and composition, and thus reactivity, we demonstrate the means by which increasing temperature could result in increasing, unchanging, or even decreasing respiration rates observed in soils. We use this exercise to highlight ideas for future research that will develop our abilities to predict SOM feedbacks to climate.     

黄土高原不同植被带土壤团聚体有机碳和酶活性的粒径分布特征

为探究土壤中各粒级团聚体不同形态有机碳和酶活性的分布特征,以黄土高原延河流域森林带、森林草原带、草原带土壤为对象,研究了不同粒级团聚体总有机碳、易氧化碳和腐殖质碳含量,以及纤维素酶、β-D葡糖苷酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性,分析了土壤团聚体有机碳及其组分与酶活性之间的相关关系.结果表明： 3种植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量表现为森林带＞草原带＞森林草原带,3种形态有机碳含量在0.25～2 mm粒径均最高;不同植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量和酶活性在0～10 cm土层大于10～20 cm土层;3种植被带纤维素酶、β-D葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶活性表现为森林带＞草原带＞森林草原带,过氧化物酶活性表现为森林带＞森林草原带＞草原带;3种植被带土壤中各种酶活性随着粒径的减小呈递增趋势.土壤纤维素酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性与团聚体各种形态碳含量均呈显著正相关.
     

还田秸秆碳在土壤中的转化分配及对土壤有机碳库影响的研究进展

农田土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分.随着秸秆还田技术的广泛应用,作物秸秆成为土壤外源碳的主要来源.秸秆碳在土壤中的转化与分配直接影响土壤有机碳组成与含量,进而改变土壤养分循环.基于近年来的相关研究,本文探讨了还田秸秆碳转化与分配过程的影响因子,详细介绍了参与秸秆碳同化过程的土壤微生物组成,归纳与阐述了秸秆碳对土壤有机碳组成、含量及其周转的影响.同时,就非生物因子对秸秆碳的生物转化效应的影响、秸秆碳转化过程中的生物和非生物因子的互作、秸秆碳氮和土壤碳氮循环的耦合作用、秸秆碳向土壤活性有机碳库或稳定性有机碳库转化的有效调控技术等主要研究方向进行了展望,以期为准确揭示秸秆还田条件下各类土壤有机碳的变化特征,进而为实现秸秆还田的高效培肥与固碳效应提供理论依据和技术支撑.     

A paired study of prairie carbon stocks, fluxes, and phenology: comparing the world's oldest prairie restoration with an adjacent remnant

We measured carbon (C) stocks and fluxes and vegetation phenology in the world's oldest prairie restoration (∼65 years) and an adjacent prairie remnant in southern Wisconsin from 2001–2004 to quantify structural and functional differences. While the species distributions and frequency differed, the number of species measured per 1 m² quadrat were not significantly different (15.8±4.4 and 14.1±2.1 for remnant and planted [order for all reported values in abstract]; P=0.29), and the annual average aboveground net primary productivity (271±51 and 330±55 g C m⁻²) and peak leaf area index (2.9–4.9 m² m⁻²) were comparable under similar fire management. Total root biomass was not significantly different in 2002 (1736±1062 and 1690±459 g dry matter m⁻²) or 2003 (3029±2081 and 2146±898 g m⁻²), but annual average soil respiration (1229±77 and 1428±24 g C m⁻² yr⁻¹) was significantly higher in the restoration (P<0.0001). However, the prairie remnant contained 37% greater soil C (P<0.0001) in the top 25 cm. Soil respiration response to 10 cm soil temperature (Q₁₀) varied with respect to prairie and soil moisture conditions as annual Q₁₀ values ranged from 2.5 to 3.6. We calculated a range of net ecosystem production (NEP) values using estimated heterotrophic respiration and three root turnover values. Average NEP varied from −1.4 to 1.9 and −2.3 to 1.3 Mg C ha⁻¹ yr⁻¹ for the remnant and planted prairies, respectively. While these two prairies share similar structural components and functional attributes, the large uncertainty in NEP casts doubt as to whether we can verify these prairies as C sources or sinks without direct measures of heterotrophic respiration and root turnover. We argue that quantitative studies of C exchange in prairies, which differ in restoration methodology, management intensity, and fire frequency, are needed to solidify the relationship between prairie structure and potentially desired functions such as C sequestration.     

不同农业土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响 ——以北京市延庆盆地为例

自20世纪80年代以来,我国农业土地利用方式和农田管理发生了巨大变化,由此引起的土壤有机碳（SOC）含量、密度及其垂直分布发生了相应的变化,研究不同土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响对于探讨农田生态系统的固碳作用具有重要的意义.以北京市延怀盆地为典型研究地区,选择6种农业土地利用和管理模式,共计42块样地,在1m深土体内分层采集197个土壤样品.研究结果表明：（1） 不同农业土地利用和管理方式对SOC含量的影响主要发生在0～25 cm土层中,剖面中SOC含量自上向下明显降低.（2） 通过对6种土地利用和管理方式下土壤SOC含量进行比较,结果发现果园和高投入的玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量均较高,变化范围分别为4.16～10.00 g kg^-1和4.73～9.31 g kg^-1; 菜地土壤在0～40 cm土层中SOC含量较高,变化范围为6.42～9.67 g kg^-1;大豆地、中、低投入玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量较低,变化范围分别为3.27～7.73 g kg^-1、3.14～8.33 g kg^-1和1.83～7.67 g kg^-1. （3） 不同农业土地利用方式对SOC密度影响的趋势与对SOC含量影响的趋势基本一致,在0～100 cm土壤中,SOC密度的顺序为果园＞菜地＞高投入玉米地＞中投入玉米地＞大豆地＞低投入玉米地,变化范围为4.15～8.22 kg m^-2.     

Forest understory plant and soil microbial response to an experimentally induced drought and heat‐pulse event: the importance of maintaining the continuum

Drought duration and intensity are expected to increase with global climate change. How changes in water availability and temperature affect the combined plant–soil–microorganism response remains uncertain. We excavated soil monoliths from a beech (Fagus sylvatica L.) forest, thus keeping the understory plant–microbe communities intact, imposed an extreme climate event, consisting of drought and/or a single heat‐pulse event, and followed microbial community dynamics over a time period of 28 days. During the treatment, we labeled the canopy with ¹³CO₂ with the goal of (i) determining the strength of plant–microbe carbon linkages under control, drought, heat and heat–drought treatments and (ii) characterizing microbial groups that are tightly linked to the plant–soil carbon continuum based on ¹³C‐labeled PLFAs. Additionally, we used 16S rRNA sequencing of bacteria from the Ah horizon to determine the short‐term changes in the active microbial community. The treatments did not sever within‐plant transport over the experiment, and carbon sinks belowground were still active. Based on the relative distribution of labeled carbon to roots and microbial PLFAs, we determined that soil microbes appear to have a stronger carbon sink strength during environmental stress. High‐throughput sequencing of the 16S rRNA revealed multiple trajectories in microbial community shifts within the different treatments. Heat in combination with drought had a clear negative effect on microbial diversity and resulted in a distinct shift in the microbial community structure that also corresponded to the lowest level of label found in the PLFAs. Hence, the strongest changes in microbial abundances occurred in the heat–drought treatment where plants were most severely affected. Our study suggests that many of the shifts in the microbial communities that we might expect from extreme environmental stress will result from the plant–soil–microbial dynamics rather than from direct effects of drought and heat on soil microbes alone.