高寒草甸退化对祁连山土壤微生物生物量和氮矿化速率的影响

为深入了解高寒草甸退化对草原生态系统中土壤微生物碳氮量、土壤氮矿化及土壤微生物相关酶的变化特征,以祁连山东缘4个不同退化程度(未退化、轻度退化、中度退化和极度退化)的高寒草甸为研究对象,采集了深度为0—10 cm的土壤样品,并对不同退化程度高寒草甸中植物因子、土壤理化性质、土壤氨化速率、土壤硝化速率、土壤净氮矿化速率以及转化氮素的相关酶和微生物进行了相关研究。结果表明:(1)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中氨化速率和净氮矿化速率逐渐降低,硝化速率逐渐升高;(2)高寒草甸的退化降低了有关氮素转化相关酶,如土壤蛋白酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶的活性,而β-乙酰葡糖胺糖苷酶的活性呈先下降后上升趋势,且在极度退化草地活性最高;(3)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中微生物生物量碳和氮的含量逐渐降低,同时土壤基础呼吸、土壤微生物熵和代谢熵的指数也呈下降趋势。RDA分析表明,高寒草甸中氨化速率和净氮矿化速率与微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤基础呼吸、植物高度、植被盖度、地上生物量、蛋白酶、脲酶以及亮氨酸氨基肽酶呈显著正相关,而硝化速率则表现为负相关性。因此,高寒草甸退化对土壤微生物特性以及氮素转化和循环具有重要影响。     

藏北高寒草地土壤有机质化学组成对土壤蛋白酶和脲酶活性的影响

土壤酶作为生态系统的生物催化剂, 是土壤有机体的代谢驱动力, 在土壤物质循环和能量转化过程中起着重要作用。该研究以藏北5种不同类型高寒草地(高寒草甸、高寒草原、高寒草甸草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠)为研究对象, 利用热裂解气质联用技术(Py-GC/MS)分析不同类型草地土壤有机质化学组成, 并建立其与土壤蛋白酶和脲酶活性之间的相互关系。结果表明, 5种高寒草地土壤(0-15 cm)的酶活性表现出一定差异性, 高寒荒漠草原土壤的脲酶活性显著高于蛋白酶活性, 而其余类型高寒草地的脲酶和蛋白酶活性之间的差异未达到显著水平; 蛋白酶活性在5种高寒草地土壤之间的差异显著, 而脲酶活性在5种草地土壤之间的差异未达到显著水平。相关分析发现, 土壤蛋白酶活性与土壤有机质烷烃、烯烃和芳香烃的相对丰度和糠醛:吡咯的值密切相关, 土壤脲酶活性与土壤有机质化学组成之间相关性未达到显著水平。综上所述, 高寒草地类型和土壤有机质化学组成是影响高寒草地土壤蛋白酶活性的重要因素, 而对土壤脲酶活性的影响均未达到显著水平, 其影响因素有待进一步深入的研究。     

基于功能基因芯片技术的高寒草甸土壤微生物功能基因研究

土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环和维持生态系统功能等方面发挥着极其重要的作用。研究青藏高原高寒草甸的土壤微生物功能基因及其主要影响因子,对了解青藏高原微生物的功能代谢潜力和预测青藏高原受全球变化的影响具有重要意义。本研究选择三江源地区高寒沼泽化草甸和高寒草甸这两种草甸类型土壤微生物为对象,利用微生物功能基因芯片(GeoChip4.0)技术开展微生物功能基因多样性研究。结果表明:两种草甸样地共检测到各类型功能基因45818个,涉及到16类微生物介导的关键生物过程;除趋势对应分析和不相似性检验结果均表明,不同草甸类型的微生物功能基因结构有明显差异;检测到土壤微生物参与的所有碳代谢过程和关键的氮循环过程,高寒沼泽化草甸比高寒草甸具有较高的碳降解相关功能基因和氮素基因丰度和代谢潜力,但两种草甸类型的土壤有机碳和全氮含量相对稳定;典范对应分析结果表明,土壤p H值和土壤含水量是影响微生物功能基因结构的主要因素。综上,本研究结果有助于了解环境变化对高寒草地生态系统结构和功能的影响,可为高寒草地生态系统的保护和管理提供科学依据。     

青藏高原高寒草甸不同海拔梯度下土壤微生物群落碳代谢多样性

土壤微生物群落功能多样性对维持生态系统功能和稳定性具有非常重要的意义。为探究青藏高原高寒草甸不同海拔梯度下土壤微生物碳源利用差异以及影响机制,运用Biolog微平板技术,研究了西藏当雄县草原站4300—5100 m的6个不同海拔梯度下土壤微生物群落碳源代谢多样性。研究结果表明:(1)不同海拔下高寒草甸土壤微生物碳源的利用程度均随培养时间的延长而升高;微生物代谢活性和群落多样性指数均随海拔升高呈现先上升后下降的单峰变化趋势,整体表现4800 m4950 m4400 m4650 m5100 m4300 m;(2)主成分分析表明不同海拔显著影响了土壤微生物群落碳源代谢多样性,其中碳水化合物类、氨基酸类和胺类碳源是各海拔土壤微生物的偏好碳源;碳水化合物类、羧酸类、氨基酸类和胺类碳源的利用强度受海拔影响较大;(3)分类变异分析表明,土壤、植物和气候因素是影响不同海拔碳源利用变异的主要影响因子,可解释不同海拔的碳源利用差异的79.0%;排除环境因子之间的多重及交互作用,偏曼特尔检验表明土壤含水量、植被丰富度和年均降水量是影响不同海拔微生物碳源利用多样性的最重要的环境因子。综上,研究表明青藏高寒草甸不同海拔土壤微生物碳源代谢多样性呈现显著的海拔差异趋势,其海拔差异主要受到土壤含水量、植被丰富度和年均降水量的影响。     

祁连山中部4种典型植被类型土壤细菌群落结构差异

土壤微生物参与土壤生态过程,在土壤生态系统的结构和功能中发挥着重要作用。2013年7月采集了祁连山中段4种典型植被群落(垫状植被、高寒草甸、沼泽草甸和高寒灌丛)的表层土壤,分析了表层土壤微生物生物量碳氮和采用Illumina高通量测序技术研究了土壤细菌群落结构及多样性,并结合土壤因子对土壤细菌群落结构和多样性进行了相关性分析。结果表明:(1)土壤微生物生物量碳氮的大小排序为:沼泽草甸高寒草甸高寒灌丛垫状植被;(2)土壤细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是放线菌门、酸杆菌门、α-变形菌、厚壁菌门和芽单胞菌门5大门类;(3)沼泽草甸土壤细菌α多样性(物种丰富度和系统发育多样性)显著高于其它3种植被类型(P0.05),而垫状植被土壤细菌α多样性最低;(4)冗余分析和Pearson相关性分析表明,土壤pH、土壤含水量、土壤有机碳和总氮是土壤细菌群落结构和α多样性的主要影响因子。研究结果可为祁连山高寒生态系统稳定和保护提供理论依据。     

高山草甸土壤过氧化氢酶活性的研究

土壤过氧化氢酶活性与土壤呼吸作用强度和土壤微生物的生命活动相关,它在一定程度上反映了土壤微生物学过程的强度。本文系作者于1986年8月在青海省海北高寒草甸生态系统定位站,对4种植被类型土壤的过氧化氢酶活性进行研究的初步结果。研究方法1.土壤样品的采集样品采自海北高寒草甸生态系统定位站,植被类型分别为:矮嵩草(Kobresis humilis)草甸,金露梅(Dasiphora fruticosa)灌丛,垂     

青藏高原高寒草甸不同季节土壤理化性质及酶活性对施肥处理的响应

分析了青藏高原东缘高寒草甸不同施肥处理对土壤全量养分、速效养分、pH、含水量、有机碳和土壤脲酶活性的影响,以揭示高寒草甸土壤养分和酶活性对施肥的响应。结果表明:(1)随施肥量的增加,土壤pH明显趋于降低,施肥引起高寒草甸土壤酸化;全磷、速效磷均显著增大;(2)土壤全氮、有机碳和脲酶活性随施肥量增加呈单峰曲线变化,在施肥量为30或60g·m-2时最高,施肥量增加到90g·m-2时土壤资源逐渐降低;(3)季节变化对土壤养分也有一定的影响,全氮和全磷含量均于9月份较高,而速效氮含量一般于9月份较低,而速效磷含量5月份较低;(4)施肥对土壤养分的影响并不是简单的线性正相关关系,30~60g·m-2施肥量可作为高寒草甸最佳施肥水平。施肥处理下土壤有机碳和脲酶活性可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标。高施肥量(≥90g·m-2)可作为影响高寒草甸土壤养分及土壤酶活性的阈值。     

青藏高原高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系

以广布于青藏高原的高寒草甸为研究对象,进行模拟增温实验,探讨高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系,并试图论证高寒草甸植被是否符合生物多样性代谢理论.结果表明:①高寒草甸植被物种多样性的对数与绝对温度的倒数呈显著线性递减关系,空气-地表-浅层土壤(0-20 cm)温度(R2 ＞0.6,P＜0.01)较深层土壤(40-100 cm)温度(R2＜0.5,P＜0.05)对物种多样性影响大;其植被新陈代谢平均活化能为0.998-1.85 eV,高于生物多样性代谢理论预测值0.6-0.7 eV,这是高寒草甸植被对长期低温环境适应进化的结果.②除趋势对应分析和冗余分析显示,温度对植被地上部分影响较大,而土壤水分对全株影响均较大,适当的增温与降水均可极显著促进高寒草甸植被生长.③逐步回归和通径分析显示,40 cm、60 cm深度土壤水分对植被地上部分产生直接影响,20 cm高度空气相对湿度和40 cm深度土壤温度对其产生间接影响;40 cm深度土壤温度和60 cm深度土壤水分对植被地下部分产生直接影响,红外地表温度对其产生间接影响.深层土壤温度和水分对高寒草甸植被具有影响作用,这可能与增温后冻土的融化有关,但其机理尚待进一步研究.     

高原鼢鼠扰动及恢复年限对高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性的影响

为了研究高原鼢鼠扰动后退化高寒草甸恢复演替的动态过程,利用常规实验室分析方法和Biolog-ECO生态板法对青藏高原东缘高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性进行分析.结果表明: 高原鼢鼠扰动显著降低了土壤有机质、全氮、速效氮和速效磷含量,对土壤全磷和全钾含量无显著影响;在一定植被恢复年限内,土壤微生物的碳源利用率、Shannon、Pielou和McIntosh指数随着植被恢复年限的增加而升高;主成分分析表明,碳水化合物和氨基酸是土壤微生物利用的主要碳源类型;冗余分析表明,土壤pH、有机质、全氮、速效氮和全钾是影响土壤微生物代谢活性和功能多样性的主要因子.不同植被恢复年限土壤微生物功能多样性的变化可能是对地上植被、土壤微生物群落组成和土壤养分变化的响应.     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7%,是我国草地生态系统重要的组成部分。近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势。在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变。本研究从高寒草甸物种多样性、植物群落结构、植被生物量、土壤物理性质、土壤微生物、土壤酶和土壤养分等方面,分析了高寒草甸生态系统退化过程中植被和土壤的变化特征,提出当前研究中存在的一些不确定性和有待深入研究的问题,为全面了解高寒草甸的退化机制和规律、有效干预高寒草甸生态系统和恢复生态功能提供科学依据。     

汞对土壤酶活性的影响

利用室内模拟方法,研究了重金属Hg对不同土样脲酶、转化酶和中性磷酸酶活性的影响.结果表明,Hg可显著地抑制土壤脲酶和转化酶的活性,但不同土样Hg对两种酶活性的抑制程度有很大差别.HgCl₂浓度与两种酶活性之间的关系均可用对数方程很好地描述(P<0.05).4个土样的脲酶ED₅₀(生态剂量)分别为87.99、5.47、24.05和19.88 mg·kg^-1;转化酶的ED₅₀分别为76.68、727.49、236.52和316.59 mg·kg^-1.脲酶对Hg污染比转化酶敏感;有机质对土壤酶活性有一定的保护作用.除连续2年施用大量有机肥的草甸棕壤土样中Hg对中性磷酸酶有显著的激活作用外(P<0.05),其它土样无显著变化,表明中性磷酸酶活性对Hg污染反应不敏感.     

余姚滨海不同盐碱度土壤微生物群落组成及土壤酶活性的变化

在2015年10月于余姚滨海采集不同盐碱度的土壤,对盐碱地土壤微生物群落组成、土壤过氧化氢酶、脲酶活性及土壤理化性质的变化规律进行了研究.结果表明:硝化螺菌属在细菌群落中占绝对优势,其与全钾最相关;枝孢属和镰刀菌属在真菌群落中占主要优势,脲酶、全氮与枝孢属的相关性最大,同时脲酶与镰刀菌属也最相关.各盐碱地表层土细菌和真菌群落的物种组成最丰富且均匀程度高.重度、中度及轻度盐碱地土壤过氧化氢酶活性分别为3.52～4.56、3.08～4.61及5.81～6.91 mL·g^-1,过氧化氢酶活性均表现为随土层加深而逐渐增大的特征;土壤全钾和过氧化氢酶直接相关,pH、有机质、全氮和全磷通过全钾与过氧化氢酶间接相关.各盐碱度土壤脲酶活性分别为0.04～0.52、0.08～1.07及0.27～8.21 mg·g^-1,脲酶活性均呈现为随土层加深而逐渐减小的趋势;土壤全氮和脲酶直接相关,pH、有机质和全钾通过全氮与脲酶间接相关.CCA排序表明,全磷对细菌群落的影响程度最大,而脲酶对真菌群落的影响最大.     

碳添加下黑钙土胞内、胞外脲酶活性变化及其机制

土壤脲酶作为能够催化尿素水解的最重要酶类,对草地生态系统氮素供应具有重要作用。目前探讨不同碳添加对草地土壤胞外脲酶影响的研究报道相对较多,但碳添加对土壤胞内脲酶的影响,以及胞内和胞外脲酶对碳添加的响应是否一致等尚需深入研究。本研究依托额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站开展的碳添加野外试验平台(以葡萄糖为碳源),选取无碳添加(C₀)、250(C₂₅₀)和500(C₅₀₀) kg C·hm^-2·a^-1处理为供试对象,探讨碳添加下黑钙土胞内、胞外脲酶活性响应及其与土壤性质的关系。结果表明: 碳添加显著提高了土壤胞内脲酶活性,增加了土壤胞内脲酶活性占总脲酶活性的比例,但对土壤胞外脲酶活性没有显著影响。土壤胞内脲酶活性与微生物生物量具有显著正相关关系,表明胞内脲酶活性增加主要是由微生物生物量增加引起的。结构方程模型(SEM)分析表明,碳添加通过影响土壤微生物生物量间接提高了土壤胞内脲酶活性。     

The measurement and distribution of urease activity in a pasture system

Summary Urease activities of soil, litter and plant components of a pasture sward were measured by two methods. The type, height and age of the pasture sward can influence urease activity of the underlying soil. Urease activity of the above-soil plant and litter components is less per unit area of sward (7% of total sward activity) than that of associated soil to 20 cm (93%), although urease activity of the non-soil component is about 9 fold greater per unit mass than that of an equal mass of soil. The implications of the presence of this highly active and accessible urease on transformation and loss of nitrogen on swards topdressed with urea is discussed.     

不同草原植被碱化草甸土的酶活性

在羊草草原不同植物群落土壤中,脲酶、磷酸酶和纤维素酶活性的变化是羊草群 落＞拂子茅群落＞碱茅群落＞虎尾草群落＞碱蓬群落＞光碱斑．脱氢酶是拂子茅群落＞ 羊草群落＞虎尾草群落＞碱茅群落＞碱蓬群落＞光碱斑．脲酶、磷酸酶和纤维素酶的时间 变化曲线呈抛物线型,最大值均出现在８月,最小值出现在６月或１０月．脱氢酶变化的最 大值出现在６月,然后逐渐减弱,１０月出现最低值．关联分析表明各土壤因子对脲酶作用 大小的关联序为全 Ｎ＞有机质＞土壤容重＞全 Ｐ＞ ＰＨ ;磷酸酶为全 Ｐ＞有机质＞ ｐＨ＞全 Ｎ＞土壤容重;脱氢酶为全Ｎ＞有机质＞全Ｐ＞土壤容重＞ｐＨ;纤维素酶为全Ｎ＞有机质 ＞全 Ｐ＞ｐＨ＞土壤容重．脲酶、磷酸酶和纤维素酶活性与微生物生物量关系随着微生物生 物量的增加酶活性逐渐增强．脱氢酶与微生物生物量的关系不明显．     

Changes in Urease Activity in Apple Trees as Related to Urea Applications

Changes in urease (E.C.3.5.1.5.) were followed during the growth of 1-year-old MM 106 and 9-year-old Golden Delicious apple trees (Malus pumila Rehd.). Urease was found in leaves, roots, and bark with actively growing tissues containing more activity than senescing tissues. The urease activity in the leaves declined steadily during leaf senescence but abscised leaves still contained about half of their initial urease activity. In the bark the urease activity changed only slightly. Urease activities in the leaves and bark of apple trees were always greater in those trees which had received an application of urea. In senescing apple leaves, urea induced a rapid increase in urease activity. The changes in total activity and specific activity of urease were parallel and suggests that urease was synthesized de novo. After urease activity reached a maximum, a rapid decline occurred. Urease was inhibited by low concentrations of ammonia and this decline may be due to product inhibition.     

Enzymatic activity of a soil profile in the Sudan Gezira

Summary In preliminary work in the enzymatic activity of a semi-arid Gezira soil microbes were counted and urease, dehydrogenase, and Catelase activities were measured in five soil horizons from 0 to 72 inches depth. Urease and dehydrogenase activities of unamended soil from all horizons appeared to be better indicators of biological status than catalase activity. Biological activity was marked in the top soil (0–2 inches) — the zone of grass root activity — but decreased gradually to reach a low level in deeper horizons.     

水稻和稗草共生土壤微生物生物量碳及酶活性的变化

以稻田稗草、化感水稻PI312777和普通水稻辽粳9为试材,研究了田间稗草和水稻1∶1共生条件下,土壤微生物生物量碳及脱氢酶、脲酶和转化酶活性的变化.结果表明：在稗草 的干扰下,化感水稻PI312777根区土壤微生物生物量碳含量比单作减少了 50.52％（P<0.01）,而行间土壤微生物生物量碳含量增加;普通水稻辽粳9根区土壤 微生物生物量碳含量比单作减少了38.99％（P<0.01）,但其行间土壤微生物生物量碳含量无明显变化.两个水稻品种根区土壤脱氢酶活性均被显著抑制（P<0.05）,下降率都在20％以上;PI312777根区土壤脲酶和转化酶活性均被显著促进（P<0.01）;而辽粳9根区土壤转化酶活性也被显著抑制（P<0.01）,但脲酶活性无明显变化.化感水稻根区土壤微生物生物量碳含量的显著减少及脲酶、转化酶活性的增加是其化感特性的表现,表明土壤微生物和酶均参与了水稻和稗草的种间作用,化感水稻具有抗稗草干扰的明显优势.     

Effects of temperature and moisture on urease activity in semi-arid tropical soils

Summary Studies of urease activity in an Indian Vertisol and Alfisol using both buffer (THAM pH 9.0) and non-buffer methods for assay of the urease activity showed that activity increased with increase in temperature from 10°C to a maximum at 60°C (Vertisol) and 70°C (Alfisol). Further increase in temperature decreased urease activity which was nearly totally inhibited at 100°C. Urease activity was not detected in soil samples collected in late summer when the soil moisture content was far below — 15 bar pressure. Urease activity increased with increase in moisture content up to field capacity and remained constant with further increase in moisture content. The relevance of these findings to the ICRISAT improved management practices for Vertisols, which involve seeding of crops into dry soil just before the onset of rains is discussed. Approved as Journal Article No. 288 by the International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT).     

西宁南山4种灌木根际和非根际土壤微生物、酶活性和养分特征

西宁南山区植被退化情况严重,人工造林植被恢复被看作是最有效的恢复手段,其中选择合适造林树种尤为关键。选择人工种植的唐古特白刺Nitraria tangutorum、柠条Caragana korshinskii、西北小蘗Berberis vernae和短叶锦鸡儿Caragana brevifolia共4种灌木树种造林试验区为研究对象,通过测定根际和非根际土壤微生物数量、酶活性及养分含量,综合比较种植4种灌木树种根际和非根际土壤肥力差异,科学评价其对土壤的改善效果。研究表明:(1)土壤微生物数量和酶活性总体呈现出根际高于非根际的规律,仅放线菌数量和脲酶活性出现了根际低于非根际现象。(2)土壤养分方面,4种灌木根际土壤和非根际土壤p H值、全N、全P、全K含量差异不显著,有机质、有效P、速效K含量均呈现出根际非根际,而碱解N则是根际非根际。(3)土壤酶活性与土壤微生物数量相关性不显著,土壤有机质含量与土壤细菌、真菌数量呈极显著正相关,有效P含量与土壤细菌、真菌和放线菌数量呈极显著正相关,速效K含量与过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性呈显著正相关,全N、碱解N含量均与脲酶活性呈显著正相关。(4)从土壤肥力综合水平来看,根际非根际,其中根际土壤中西北小蘗柠条短叶锦鸡儿唐古特白刺,研究结果表明西北小蘗和柠条能大幅提高土壤肥力,改良土壤效果较好。