氮添加诱导的磷限制改变了亚热带黄山松林土壤微生物群落结构

土壤微生物在陆地生态系统的生物地球化学循环中起着重要作用。然而目前尚不清楚氮(N)添加量及其持续时间如何影响土壤微生物群落结构,以及微生物群落结构变化与微生物相对养分限制状况是否存在关联。本研究在亚热带黄山松林开展了N添加试验以模拟N沉降,并设置3个处理:对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低N(LN, 40 kg N·hm^-2·a^-1)和高N(HN, 80 kg N·hm^-2·a^-1)。在N添加满1年和3年时测定土壤基本理化性质、磷脂脂肪酸含量和碳(C)、N、磷(P)获取酶活性,并通过生态酶化学计量分析土壤微生物的相对养分限制状况。结果表明: 1年N添加对土壤微生物群落结构无显著影响,3年LN处理显著提高了革兰氏阳性菌(G⁺)、革兰氏阴性菌(G^-)、放线菌(ACT)和总磷脂脂肪酸(TPLFA)含量,而3年HN处理对微生物的影响不显著,表明细菌和ACT对N添加可能更为敏感。N添加加剧了微生物C和P限制,而P限制是土壤微生物群落结构变化的最佳解释因子。这表明,N添加诱导的P限制可能更有利于部分贫营养菌(如G⁺)和参与P循环的微生物(如ACT)的生长,从而改变亚热带黄山松林土壤微生物群落结构。     

中国西南典型森林土壤微生物在不同土壤深度下的变化特征

微生物生物量与群落结构在碳循环过程中起着至关重要的作用。底层土存有大量有机碳，但有关微生物群落的研究多集中在表层土壤，深层土壤的微生物群落变化及影响机制尚不确定。本研究采用磷脂脂肪酸技术分析西南地区西双版纳热带雨林、哀牢山亚热带阔叶林和丽江温带针叶林3种森林生态系统不同土壤深度(0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm)的土壤微生物生物量及群落结构，探讨其在不同森林类型及土壤深度下的变化特征及影响因素。结果表明：随土壤深度的增加，3种森林生态系统的有机碳和全氮逐渐降低，微生物生物量显著下降；真菌∶细菌比(F∶B)逐渐减小，革兰氏阳性菌∶革兰氏阴性菌比(G⁺∶G^-)显著增大，微生物群落结构由G^-为主的富营养型细菌结构逐渐转变为以G⁺为主的寡营养型细菌结构。3种森林生态系统的土壤生物量没有显著差异，但微生物群落结构差异显著。哀牢山亚热带阔叶林与丽江温带针叶林0～20 cm的F∶B显著大于西双版纳热带雨林，而西双版纳热带雨林0～100 cm的G⁺∶G^...     

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。     

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。     

长期氮沉降下杉木人工林凋落物与土壤的C、N、P化学计量特征

为研究长期氮沉降条件下林木凋落物与土壤养分之间的关系,该文以亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,分析了模拟氮沉降处理第12年时杉木林凋落物不同组分(叶、枝、果)与不同土层土壤(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)的C、N、P含量及其化学计量比。氮沉降处理分4个水平,分别为N0(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N1(60 kg N·hm^-2·a^-1)、N2(120 kg N·hm^-2·a^-1)、N3(240 kg N·hm^-2·a^-1),每处理重复3次。结果表明:(1)凋落物各组分的C、N、P含量及其化学计量比均高于土壤;凋落物和土壤化学计量比均表现为C/P>C/N>N/P;凋落物不同组分的C、N含量表现为叶>果>枝,而P含量表现为叶>枝>果。(2) 12 a氮沉降增加了凋落物叶、枝和果的N含量,增幅分别为4.24%、1...     

施氮通过改变微生物生物量磷驱动杉木人工林土壤磷组分转化

磷(P)素是限制植物生产力的重要养分,对维持森林生态系统平衡起着重要作用。中国南方已成为继欧美之后的第三大氮(N)沉降区,了解N沉降加剧对南方土壤中不同P组分转化的影响对维持植物生长具有重要意义。杉木是中国南方重要的人工林,本研究以杉木为对象,设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低N(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高N(80kg N·hm^-2·a^-1) 3个处理,测定不同处理土壤基本理化性质、P组分的含量、微生物生物量以及磷酸酶活性。结果表明,施N促进了有机P和无机P之间的转化,增加了NaHCO₃-Pi含量和土壤有效P含量,进而满足植物生长需要。施N还显著提高了微生物生物量磷和酸性磷酸酶活性。冗余分析显示,微生物生物量磷与土壤无机P呈显著正相关,说明土壤无机P主要受微生物生物量磷调控。本研究为未来N沉降加剧背景下,受P素限制的亚热带地区土壤P转化的生物地球化学模型参数提供了参考依据。     

栽培模式对沙棘人工林土壤微生物群落结构和参与氮循环功能基因的影响

以沙棘×油松混交林、沙棘×侧柏混交林、沙棘×刺槐混交林、沙棘纯林的土壤为研究对象,对其土壤微生物种群结构、参与氮循环功能基因丰度进行了检测.结果表明: 沙棘与油松或侧柏混交能显著增加林地土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)、细菌脂肪酸(BPLFA)和革兰氏阳性菌脂肪酸(G⁺PLFA)含量,而真菌脂肪酸 (FPLFA)含量无明显变化.两种混交林地土壤的nifH、amoA、nirK和narG基因丰度明显高于沙棘纯林土壤.土壤总PLFA、G⁺PLFA、革兰氏阴性菌生物量(G^-PLFA)和4种功能基因的丰度均与土壤pH、土壤有机碳、总氮、NH₄⁺-N、速效钾呈显著正相关.不同栽培模式人工林土壤微生物群落和基因丰度的差异主要与土壤理化特性有关.沙棘与油松或侧柏混交为当地2种较好的栽培模式,能有效地改善土壤质量.     

南亚热带3种人工林土壤微生物生物量和微生物群落结构特征

以我国南亚热带格木、红椎和马尾松人工林为对象,采用氯仿熏蒸浸提法和磷脂脂肪酸法(PLFA)分析了林地土壤微生物生物量和微生物群落结构组成.结果表明: 林分和季节因素均显著影响土壤微生物生物量、总PLFAs量、细菌PLFAs量和真菌PLFAs量,且干季林分下的土壤微生物生物量、总PLFAs量、单个PLFA量均大于雨季.红椎人工林土壤微生物生物量碳(MBC)和总PLFAs量最高,而格木人工林土壤微生物生物量氮(MBN)最高.土壤pH值对土壤丛枝菌根真菌(16:1ω5c)的影响达到极显著正相关水平.土壤总PLFAs量、革兰氏阳性菌(G⁺)以及腐生真菌(18:2ω6,9c)、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G⁺/G^-)与土壤有机碳、全氮和全磷显著相关,表明土壤有机碳、全氮、全磷含量是影响该地区土壤微生物数量和种类的重要因素.外生菌根真菌(18:1ω9c)和丛枝菌根真菌与土壤碳氮比值呈极显著相关.     

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.     

氮添加土壤微生物群落结构影响微生物碳利用效率

尽管近年来中国氮(N)沉降水平逐渐趋于稳定,但中国东南地区N沉降相比于其他地区仍处于较高水平。N沉降对陆地生态系统碳循环过程的影响不容忽视。微生物碳利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳转化为生物量碳的效率,高微生物CUE意味着高土壤有机碳存储潜力。因此,探究N沉降背景下微生物CUE的变化将有助于进一步认识陆地生态系统土壤碳存储的变化。然而,目前关于N沉降下微生物群落结构的变化如何影响微生物CUE鲜有报道。在福建省泉州市戴云山国家级自然保护区的罗浮栲林通过N添加模拟N沉降。实验共包括三个N添加处理：对照(CT,+0 kg hm^-2 a^-1)、低氮(LN,+40 kg hm^-2 a^-1)和高氮(HN,+80 kg hm^-2 a^-1)。测定不同处理土壤基本理化性质、微生物生物量、酶活性和CUE,并使用高通量测序对微生物群落结构和多样性进行测定。结果表明,N添加显著影响微生物CUE,随着N添加水平的增加,CUE逐渐增加;相反,土壤pH、可提取有机碳(EOC)和微...     

川西亚高山不同林龄云杉人工林土壤微生物群落结构

以川西亚高山云杉人工林林地土壤为对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法研究了4种不同林龄(50、38、27和20年)的人工林土壤微生物多样性和群落结构特征.结果表明: 随着林龄的增加,土壤有机碳和全氮含量逐步增加;土壤微生物Shannon多样性和Pielou均匀度指数则呈现先增后减的趋势.土壤微生物总PLFAs量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、放线菌PLFAs量以及丛枝菌根真菌PLFAs量均表现为随林龄的增加而增加.主成分分析(PCA)表明,不同林龄人工林的土壤微生物群落结构之间存在显著差异,其中,第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)共同解释了土壤微生物群落结构总变异的66.8%.冗余分析(RDA)表明,对土壤微生物群落结构产生显著影响的环境因子分别为土壤有机碳、全氮、全钾以及细根生物量.随着人工造林时间的延长,土壤肥力和微生物生物量增加,森林生态系统的恢复进程稳定.     

Long‐term effects of vegetational restoration on soil microbial communities on the Loess Plateau of China

Soil microbial communities are important indicators for evaluating the effectiveness of vegetational restoration. The ability of soil microbial communities to recover under six types of restoration was examined using Biolog, phospholipid fatty acid (PLFA), and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). Soil samples were collected from eroded loessial soils that had been restored for 30 years on the Loess Plateau with natural grass, black locust, korshinsk peashrub, Chinese pine, and mixed forest of Chinese pine‐indigo and black locust‐indigo. Part of sloped farmland that had not been restored represented pre‐restoration conditions. An 80‐year‐old forest of Chinese arborvitae represented the end point of restoration. Soils that were originally farmed but have been under restoration treatments for the past 30 years had significantly higher average well‐color development, total PLFAs, bacterial PLFAs, fungal PLFAs, and Shannon indices of catabolic diversity, structural diversity, and bacterial phylogenetic diversity. These indicators, though, were lower than those for the native forest. Principal component analysis significantly separated the sloped farmland, Chinese arborvitae, and the six types of restoration. Redundancy analysis indicated that pH, total organic carbon, total nitrogen, available nitrogen, and available phosphorus were the most important environment factors in affecting soil functional diversity, and C/N ratio and available nutrients were the main properties in determining microbial community structure. Vegetational restoration substantially increased microbial biomass and microbial physiological activity, and shifted microbial community structure, but the community structures and compositions did not recover to the status of the natural forest during the early stage (<30 years) of vegetational restoration.     

中亚热带地区两种森林植被类型土壤微生物群落结构

利用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法分析了中亚热带地区罗浮栲天然林和相邻的杉木人工林土壤微生物群落结构特点.结果表明: 两种植被类型的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌特征脂肪酸含量均为0～10 cm高于10～20 cm土层,罗浮栲天然林高于杉木人工林.在两种植被类型的两个土层中,细菌PLFAs含量均显著高于真菌PLFAs含量.两种植被类型中,细菌PLFAs含量约占PLFAs总量的44%～52%,而真菌仅占6%～8%,表明细菌在该地区两种植被类型土壤中处于优势地位.主成分分析表明,土壤微生物群落结构差异主要由植被类型差异引起,土层深度的影响相对较小.相关分析显示,革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌以及细菌的PLFAs含量与pH呈显著负相关,与含水量呈显著正相关;土壤微生物主要类群PLFAs含量与总氮、有机碳、C/N和铵态氮均呈显著正相关.     

杉木人工林土壤微生物群落结构特征

采用氯仿熏蒸法、稀释平板法和磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)方法,分析了常绿阔叶林转变成杉木人工林后土壤微生物种群数量和群落结构的变化特征.结果表明:常绿阔叶林转变为杉木人工林后,林地土壤的微生物生物量碳、可培养细菌和放线菌数降低.杉木人工林地总PLFAs、细菌PLFAs、真菌PLFAs比常绿阔叶林分别降低了49.4％、52.4％和46.6％,革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs远低于常绿阔叶林.杉木人工林根际土壤微生物生物量碳、可培养细菌和放线菌数显著高于杉木人工林林地土壤,根际土壤中总PLFAs、细菌PLFAs、革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs的含量也高于林地土壤,但真菌PLFAs和细菌PLFAs之比却低于林地土壤.对土壤微生物群落结构进行主成分分析发现,第1主成分和第2主成分共解释了土壤微生物群落结构变异的78.2％.表明常绿阔叶林与杉木人工林土壤的微生物群落结构间存在差异.     

Decomposition rates and nutrient dynamics of Picea abies needles,twigs and fine roots after stem-only harvesting in eastern and western Norway

Objectives

Afforestation changes soil chemical properties over several decades. In contrast, microbial community structure can be shifted within the first decade and so, the direct effects of tree species can be revealed. The aim of this study was to determine the alteration of soil microbial community composition 10 years after afforestation by trees with contrasting functional traits.

Methods

The study was conducted at the BangorDIVERSE temperate forest experiment. Soil samples were collected under single, two and three species mixtures of alder and birch, beech and oak - early and secondary successional species, respectively, and contiguous agricultural field. Soil was analysed for total carbon (C) and nitrogen (N) contents, and microbial community structure (phospholipid fatty acids (PLFAs) analysis).

Results and conclusions

The total PLFAs content (370–640 nmol g^?1 soil) in forest plots increased for 30 to 110 % compared to the agricultural soil (290 nmol g^?1 soil). In contrast, soil C, N and C/N ratios were altered over 10 years much less - increased only up to 20 % or even decreased (for beech forest).

Afforestation increased bacterial PLFAs by 20–120 %, whereas it had stronger impact on the development of fungal communities (increased by 50–200 %). These effects were proved for all forests, but were more pronounced under the monocultures compared to mixtures. This indicates that species identity has a stronger effect than species diversity. Principal component analysis of PLFAs revealed that under mono and three species mixtures similar microbial communities were formed. In contrast, gram-positive PLFAs and actinomycete PLFAs contributed mainly to differentiation of two species mixtures from other forests. Thus, at the early afforestation stage: i) soil biological properties are altered more than chemical, and ii) tree species identity affects more than species amount on both processes.

     

沙棘人工林土壤微生物群落结构及酶活性的季节变化

采用时空互代法,研究了林龄和季节对沙棘人工林地土壤微生物群落结构和酶活性的影响.结果表明: 沙棘人工林磷脂脂肪酸总量、细菌脂肪酸总量、真菌脂肪酸总量均随着林龄的增长而增加,且在成熟林时达到最大值.土壤β-葡糖苷酶、纤维素酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性均随着林龄的增长逐渐增加,并于成熟林时达到最大值.雨季的土壤酶活性均显著高于旱季.土壤微生物群落结构及酶活性均与土壤pH、全氮、速效磷含量呈显著正相关.表明林龄和季节对沙棘人工林地土壤微生物群落结构和酶活性有显著影响.在黄土高原,营造沙棘人工林能有效提高土壤肥力.     

中亚热带地区米槠天然林土壤微生物群落结构的多样性

为了解土壤微生物群落的结构,采用磷脂脂肪酸方法对武夷山和建瓯的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤微生物群落的结构多样性进行了研究。结果表明,两地米槠天然林的土壤微生物群落组成十分丰富,多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为2.92~3.01、25.84~28.23 和0.88~0.90。0~10 cm土层的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和阴性菌特征脂肪酸含量均高于10~20 cm土层的,且建瓯万木林自然保护区的高于武夷山国家级自然保护区。10~20 cm土层的革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌高于0~10 cm土层的;细菌特征脂肪酸含量显著高于真菌,表明细菌在土壤微生物群落结构中处于优势地位。主成分分析表明,土壤微生物群落结构的差异主要是由采样地点的不同引起。     

松嫩草原典型群落植硅体碳汇

植硅体碳汇是草原碳汇的重要部分。本研究选取松嫩草原中禾本科群落、莎草科群落、菊科群落为对象,通过湿式灰化法提取植硅体,并通过碱溶分光光度法对植硅体碳量进行测定。根据植硅体含碳量估算了松嫩草原的植硅体碳封存速率,探讨了禾本科群落、莎草科群落、菊科群落植硅体碳封存能力的差异。结果表明:松嫩草原的植硅体碳封存速率为1.67 kg CO₂·hm^-2·a^-1。群落植硅体含碳量与植硅体含量之间有显著的负相关关系(P<0.05,R²=0.94)。不同群落植硅体碳封存能力存在显著的差异,群落植硅体碳封存速率分别为:莎草科群落(2.151 kg CO₂·hm^-2·a^-1)、禾本科群落(1.716 kg CO₂·hm^-2·a^-1)、菊科群落(1.218 kg CO₂·hm^-2·a^-1)。群落植硅体碳封存能力受到群落组成...     

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.