土壤微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量对气候变化的响应机制

微生物和土壤酶是陆地生态系统中生物地球化学循环的重要驱动力,深入理解微生物在生态系统中的调节作用以及气候变化过程中微生物量和土壤酶的响应机制是生态学领域关注的重要科学问题.本研究从气候因素角度出发,基于生态化学计量学理论,综述了微生物和土壤酶在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用,以及土壤微生物生物量碳氮磷和土壤酶化学计量对气候变化的响应机制,即: 改变微生物代谢速率和酶活性;调整微生物群落结构;调整微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量特征;改变碳氮磷养分元素利用效率.最后分析当前研究的不足,并提出了该领域亟待解决的科学问题: 综合阐明土壤微生物和土壤酶对气候变化的响应机制;探究土壤微生物和胞外酶养分耦合机理;深入探究土壤微生物量和土壤酶化学计量特征对气候变化的适应对策.     

太湖典型菜地土壤氮磷向水体径流输出与生态草带拦截控制

农业面源氮磷输出是导致太湖流域地表水富营养化主要原因之一,查明该地区农田土壤地表径流氮磷向水体迁移形态与通量,并实施径流控制,对水体富营养化治理具有重要现实意义。蔬菜地是太湖流域重要的农业种植方式。通过设置野外径流小区,观测了春夏季蔬菜地土壤氮磷径流输出,并探讨了生态拦截草带对径流中不同形态氮磷拦截效果。结果表明,2004年10月25日至2005年8月17日,菜地土壤氮磷径流输出总量分别为3 010.9和695.0 g.hm-2;其中颗粒态为主,分别占64%和75%。可溶态氮中,NH4 -N为主,占50%,可溶态磷中H2PO4-为主,占87%。生态拦截草带对径流氮和磷拦截效率分别为42%~91%,30%~92%。生态草带对颗粒态氮磷拦截效率大于可溶态。拦截草带可有效地控制蔬菜地土壤氮、磷通过径流向水体迁移。     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤微生物群落特征的影响

为了探讨氮磷添加对土壤微生物特点的影响,选择安徽省池州仙寓山常绿阔叶老龄林,设定了4个水平的氮磷添加试验,即对照(CK,0 kg N/hm~2)、低氮(LN,50 kg N/hm~2)、高氮(HN,100 kg N/hm~2)、高氮+磷(HN+P,100 kg N/hm~2+50 kg P/hm~2)。利用氯仿熏蒸法和Biolog微平板技术,分析不同水平氮磷添加对不同土层(0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm)土壤微生物生物量C(MBC)、N(MBN)和微生物群落功能多样性的影响。结果表明:MBC、MBN随土层加深而降低,且差异性极显著,MBC与MBC/MBN比在氮磷添加后均表现出显著性差异;土壤微生物群落的代谢活性随土层加深而降低,HN与LN处理的土壤微生物活性最高;Mc Intosh、Shannon和Simpson多样性指数在不同土层和不同N、P添加水平上都存在差异,表层土壤微生物多样性指数差异性较为显著。土壤微生物对羧酸类、氨基酸类和碳水类碳源利用率最高;主成分分析显示不同土层的土壤微生物碳源利用上有明显的变化,表层土壤微生物碳源利用在不同N、P添加水平上有明显的空间变异性,其他土层分布较为集中,空间差异性主要表现在对碳水类与羧酸类碳源的利用上。土层与氮、磷添加剂量对土壤微生物生物量C、N及功能多样性都有显著影响,其中高氮处理对表层土壤微生物影响最大。     

典型农田土壤中丛枝菌根真菌-根际细菌互作及与氮磷利用的关系

在农业生态系统中,土壤微生物是土壤-作物系统养分循环的重要驱动力,其中丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)能够促进作物对养分的吸收,适应逆境胁迫。【目的】进一步揭示AMF和根际细菌群落的跨界网络互作,挖掘与作物氮磷利用显著相关的关键微生物类群,揭示关键类群的生态网络特征。【方法】利用Illumina测序技术对3种典型农田旱地土壤(黑土、潮土和红壤)中AMF和根际细菌群落结构进行分析;构建互作网络并利用偏冗余分析、相关性分析探究了与氮磷利用相关的潜在关键类群。【结果】3种土壤中AMF与根际细菌均以正相互作用为主。不同土壤中AMF与根际细菌互作关系差异明显,在红壤中跨界互作最为密切,其中球囊霉属真菌(Glomus)与根际细菌中的放线菌(Actinobacteria)和变形菌(Proteobacteria)之间的交互作用最多。而在黑土中主要体现为根际细菌的界内互作。与氮磷利用率显著相关的关键微生物类群主要属于球囊霉属真菌、放线菌和α变形菌。【结论】典型旱地土壤中AMF与根际细菌的正相互关系对作物氮磷利用有潜在促进作用,关键类群在有机质和养分贫乏的红壤中可能起到更重要的作用。     

林下植被去除对樟子松人工林土壤酶活性的影响

林下植物是森林生态系统的重要组分,在调节森林养分循环中起重要作用。本研究以科尔沁沙地樟子松人工林为对象,研究了林下植被去除对土壤微生物量、参与碳氮磷矿化的6种水解酶活性以及有效氮磷含量的影响。结果表明,林下植被去除显著降低了夏季(8月份)所有酶活性以及土壤微生物量碳、微生物量磷和有效磷含量,而在春季(5月份)仅显著降低了土壤β-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,对其他酶活性、微生物量以及有效氮磷含量无显著影响。结果表明,保留林下植被能有效促进樟子松人工林土壤微生物活性和土壤碳氮磷转化,维持植物生长期养分供应。     

高寒湿地和草甸退化及恢复对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

为研究高寒湿地、草甸的退化及恢复与土壤微生物碳代谢功能多样性的关系,以及影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因素,利用BIOLOG Eco微平板法,分析了甘肃玛曲地区5类(湿地、沼泽化草甸、高寒草甸、退化草甸、人工恢复草甸) 14个退化与恢复样地的土壤微生物对单一碳源的利用情况。结果表明,从湿地到沙化草地的逐渐退化过程中,草甸的土壤微生物群落代谢活性差异显著;主要是由于在湿地干化过程中,微生物活性逐渐升高,沼泽草甸土壤微生物活性最高;随着草甸不断退化,微生物活性逐渐降低,沙化草地最低;而人工补播恢复使土壤微生物活性有所增加,表明退化对微生物碳代谢功能多样性造成显著影响,人工恢复措施在一定程度上提高了土壤微生物活性。聚合物类(吐温40、吐温80、环状糊精、肝糖)、氨基酸类及碳水化合物类是土壤微生物主要利用的碳源。冗余分析结果显示,土壤的碳氮比、含水量、有机碳、全氮、容重、氮磷比、p H及植被覆盖度是影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因子。因此,可用土壤碳代谢功能多样性变化评价高寒湿地及草甸的退化和恢复及其变化程度。     

吉林省中西部平原区土壤螨类群落结构特征

对吉林省中西部平原区进行土壤螨类群落调查,了解该区土壤螨类群落组成、分布及土地利用差异对土壤螨类群落结构的影响。共捕获土壤螨类96属16443只。研究结果显示:土壤螨类群落组成各类群空间分布的广狭与个体数量的多寡在吉林省中西部平原区未呈现出明显的一致性;中部平原区与西部平原区土壤螨类群落组成存在明显差异,气候和土壤差异是主导因素;不同土地利用类型生境螨类群落特征存在一定的差异,农业生产活动减少了土壤螨类类群数和个体密度,使螨类在土壤剖面不同土层间分布更加均匀;同时农业活动也减少了螨类的群落多样性。MGP分析能够反映人类干扰对甲螨群落结构的影响,其中MGPⅠ分析对不同土地利用条件下甲螨群落结构的季节变动更敏感。MI指数显示,农田和居民点的农业生产活动增加了中气门螨类r-选择类群的数量[动物学报51(3):401-412,2005]。     

富营养化河水灌溉对稻田土壤氮磷养分贡献的影响——以太湖地区黄泥土为例

以太湖地区主要稻田土壤类型黄泥土为对象,利用当地富营养化河水对回填土柱和植稻原状土渗漏池进行模拟稻田灌溉试验,系统研究了灌溉水对稻田土壤氮磷营养的贡献.在回填土柱灌溉试验中,在试验初期,不同形态的氮素均有较高的淋失量,以后逐渐降低,表明初期淋失的氮素主要来自土壤,而不是灌溉河水.在整个水稻生长季,均观测到有可溶性有机氮淋失,表明富营养化河水灌溉条件下可溶性有机氮是稻田土壤主要的氮素淋失形态.在本试验中,磷素的淋失动态与氮素的淋失动态截然相反,淹水后很长一段时间内均没有土壤磷素淋失,但在淹水灌溉后期有大量的土壤磷素淋失损失,这可能是淹水后期土壤对磷的吸持已达到饱和状态,不能继续固持土壤中多余的磷所致.与回填土柱模拟灌溉淋洗试验相比,在当前供肥条件下,原状土渗漏池试验氮磷淋失量远低于回填土柱试验,而灌溉水对土壤氮磷养分的贡献远高于回填土柱.通过富营养化河水灌溉带入当季稻田的N量达到每公顷56.3 kg,其中有55.8 kg N可被土壤吸持和作物吸收,表明太湖地区稻田土壤对氮磷养分来说是一个环境友好的生态系统.在利用当地富营养化河水进行稻田土壤灌溉时可适量减少肥料施用量、优化氮磷肥料管理.     

菜地土壤氮磷面源污染现状、机制及控制技术

为了提高蔬菜产量,菜农大量施用化肥,菜地氮磷肥用量在一些地区已超过蔬菜实际需求量的数倍;而大多数蔬菜是浅根系和没有庞大根系的作物,菜地土壤已出现明显的氮磷累积现象,从而导致蔬菜作物营养失调,硝酸盐含量严重超标、品质下降,并引起菜地土壤理化性状恶化、地下水硝酸盐污染及地表水富营养化等一系列环境问题.本文综述了菜地土壤氮磷面源污染现状(氮磷累积特征、对水环境及蔬菜污染现状)、污染机制(氮磷来源、转化特征及损失途径)及包括施肥控制技术、应用化学添加剂技术、填闲作物技术、种植制度优化技术、汇源景观组合和生态草带拦截技术等污染控制技术,旨在为菜地土壤氮磷面源污染的深入研究提供借鉴.     

中国东部海岛森林和灌丛土壤碳氮磷养分库的纬度变化

虽然海岛结构相对简单,但在生物多样性和生态功能维持方面起重要作用.以中国东部暖温带、北亚热带、中亚热带和南亚热带的14个海岛为对象,研究森林土壤碳和氮磷养分库的纬度变化特征,并分析其与气候因子和植物多样性的关系.结果表明:土壤碳和氮磷养分库在温度带间差异显著,土壤碳库与氮库在暖温带最低,分别为49.35和1.08 t·hm^-2,在北亚热带最高,为137.25和4.63 t·hm^-2;磷库在南亚热带海岛最低,为1.3 t·hm^-2,在北亚热带最高,为5.19 t·hm^-2.各植被类型土壤碳氮磷库在不同温度带间存在显著差异,落叶林土壤碳氮磷库在亚热带高于暖温带;常绿阔叶林土壤碳和氮库不受温度带影响,磷库在北亚热带和中亚热带显著高于南亚热带.年均温、年降水量、土壤含水量和植物物种多样性间的交互作用对土壤碳氮磷库有显著正向影响;植物物种多样性对土壤氮库变化有正向影响,但对磷库具有负向影响.海岛森林土壤碳库的纬度变化趋势与大陆相反,土壤氮磷养分库变化格局与大陆相似;其中,水热和植物物种多样性是驱动中国东部海岛森林土壤碳氮磷库变化的主要非生物和生物因素.     

樟子松林根际与非根际土壤碳氮磷化学计量特征

为揭示呼伦贝尔沙地樟子松根际与非根际土壤碳氮磷化学计量特征,以不同林龄(28、37、46年生)樟子松人工林为研究对象,以樟子松天然林为对照,研究根际与非根际土壤有机碳、全氮和全磷含量及其化学计量比,分析土壤性质与土壤化学计量特征间的相关性。结果表明：在樟子松人工林中,根际效应显著影响土壤N∶P,林龄显著影响土壤有机碳含量;各林龄人工林的土壤有机碳含量均显著低于天然林。人工林的根际与非根际土壤有机碳、全氮含量均随林龄增加先降低再升高;全磷含量在根际土壤中先升高再降低,在非根际土壤中先降低再升高。C∶N与C∶P在根际土壤中呈显著正相关,但在非根际土壤中不存在显著相关关系,说明根际土壤氮磷限制具有更高的协同性。根际与非根际土壤N∶P均值分别为4.98与8.40,表明樟子松人工林的生长受土壤N限制,且根际土壤受N限制程度更高。根际与非根际土壤碳氮磷化学计量特征受土壤性质的显著影响,其中,速效磷是最主要的驱动因子。呼伦贝尔沙地樟子松生长受N限制,其植物根系对土壤养分的富集与维持有明显作用,建议在樟子松生长阶段适当补充土壤氮素,并根据根际土壤氮磷限制的协同性适当补充磷素。     

中国自然科学学术期刊显示度排名表

位次农林科学类期刊医药卫生类期刊环境科学类期刊1中国农业科学中国药理学报生态学报2作物学报药学学报环境科学进展3林业科学中华医杂志应用生态学报4土壤学报病毒学报环境科学5植物病理学报中华微生物学和免疫学杂志生态学杂志6园艺学报中华检验医学杂志中国环境科学7中国水稻科学中华心血管病杂志环境科学学报8水产学报中华结核和呼吸杂志环境化学9北京林业大学学报中华肿瘤杂志自然灾害学报10植物保护学报中草药农业环境保护　　湛江师范学院图书馆期刊部制作 ,如如有问题请与管理员联系地址 :湛江市寸金路 2 9号　邮编 :5 2 40 48　电…     

氮磷复合肥添加对高寒草甸金露梅灌丛中豆科植物的影响

以高寒草甸金露梅灌丛为研究对象,通过添加不同量的氮磷复合肥NH₄H₂PO₄(0、40、80、120g·m^-2),测定了花苜蓿(Medicago ruthenica Linn.)、异叶米口袋(Gueldenstae dtiadiversifolia Maxim)、甘肃棘豆(Oxytropis kansuensis Bunge.)的地上生物量、叶片氮磷含量和土壤氮磷含量,探讨了添加氮磷之后豆科植物的叶片氮磷含量、N:P比值在处理间和种间的差异以及它们与土壤养分之间的关系。结果表明,添加氮磷使花苜蓿和异叶米口袋叶片中的磷含量和N:P比值发生显著变化,而对叶片氮含量的影响不显著。氮磷的添加对甘肃棘豆的氮磷含量无显著影响。就总的豆科植物而言,不论种内还是种间,平均可变性都是磷变化最大,氮变化最小,N:P比值居中。植物叶片的氮磷含量以及N:P比值与土壤速效氮磷没有显著相关性。比较不同处理下的数据可知,添加氮磷复合肥主要增加了豆科植物对磷素的养分吸收。三个物种对氮磷的吸收能力不同,叶片的氮磷含量比N:P比值更能反映植物对氮磷的吸收利用情况。一次性施用氮磷复合肥不能提高第二年的氮供应能力,但是会提高土壤的有效磷供应。为保护豆科牧草的产量,对于金露梅灌丛草地施用磷酸二氢铵的量不应超过80g·m^-2。     

高州水库氮磷营养盐变化特征及水质管理对策

通过2012-2013 年对广东省高州水库氮磷营养盐的趋势变化进行分析, 探讨了水库中氮磷浓度的变化特征,并从水库管理与水动力学两方面对水库水质管理对策进行了讨论。研究结果表明: 高州水库总氮、总磷浓度均表现为丰水期高, 说明受强降雨的影响, 农业面源污染携带大量的氮磷随地表径流进入库区, 致使库区氮磷营养盐含量升高。其次, 入库河流是库区氮磷营养盐的主要来源。氮磷比分析结果表明, 高州水库流域内部分水体在时空上处于氮限制与磷限制交替出现的状态, 且氮磷比与总磷呈现显著地正相关, 进一步反应了高州水库水体主要处于磷素限制状态。水库上游集雨区人口分布集中, 大量的生活排污与农业面源污染的输入是库区营养盐的主要来源; 合理处理上游居民生活垃圾并严格控制工业污染, 是降低库区营养盐的主要途径。此外, 人为改变高州水库的出流方式, 可以抑制浮游植物及藻类的生长, 从而减少水库富营养化的可能。     

生物炭对土壤理化和微生物性质影响研究进展

生物炭是生物质原料限氧热解制备的高度芳香化和富含碳元素的黑色固体物质。生物炭所具有的独特的性质使生物炭在土壤改良方面具有很大的潜力, 已成为当前农业科学领域的研究热点。但是, 生物炭的性质受原料和热解温度的影响。生物炭性质和土壤环境条件的差异可在较大程度上影响生物炭改良土壤的效果。因此, 必须根据土壤的主要障碍因子, 选择合适的生物炭施加方案, 以期得到较好的土壤改良效果。综述了近年来国内外有关生物炭对土壤理化和微生物性质影响的研究进展, 探讨了生物炭改变土壤性质的机制和影响因素, 阐述了生物炭研究和应用中存在的一些问题, 从而为生物炭在农业领域的应用提供一定的思路。     

长期生草对柑橘园土壤化学及生物学性质的影响

以柑橘园清耕、自然生草和人工生草3种管理模式为研究对象,对其土壤化学及生物学性质进行测定,探明了长期生草对柑橘园不同土层土壤碳氮磷、微生物生物量碳氮磷、酶活性的影响及其相互关系。结果表明：生草类型和土层显著影响土壤碳氮磷养分含量、微生物生物量碳氮磷含量和相应的酶活性,但两者互作仅对β-葡萄糖苷酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨基酸氨基肽酶有显著影响(P<0.05)。总体上,土壤生物化学性质在生草类型间表现为人工生草>自然生草>清耕;在土层间表现为0—10 cm>10—20 cm>20—40 cm。冗余分析表明,前两轴土壤化学及生物学指标解释了80.2%土壤酶活性的变化,且主要表现为正效应。土壤化学及生物学指标对土壤酶活性的影响也因生草类型和土层而异,人工生草在各土层中对β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、多酚氧化酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨基酸氨基肽酶和酸性磷酸酶6种土壤碳氮磷酶活性的影响均为正效应,而自然生草仅在0—20 cm土层中对β-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶活性产生正效应,两种生草类型土壤酶活性均在0—10 cm土层受土壤碳氮磷等因子影响最为突出。因...     

食物源CNP的城市代谢特征——以厦门市为例

基于元素流分析原理,将食物源碳氮磷3种元素在城市系统中的代谢特征进行耦合分析,追踪以"食物消费"、"废物处置"、"人体代谢"为主要环节的食物碳氮磷代谢过程,发掘其中共同的代谢环节,明晰3种元素代谢路径、代谢通量及其影响因素的差异,并对厦门市1991—2010年食物源碳氮磷城市代谢进行案例分析。结果表明,食物源碳氮磷城市代谢中通量最大的代谢路径是"食物—食物摄入—人体粪尿—未还田粪尿—污水处理—污泥—污泥填埋—土壤";食物源碳氮磷城市代谢主要引起土壤和水体的环境负荷加重;厨余垃圾中碳氮磷占食物源的比例分别为13.7%、32.2%、70.3%,在整个代谢过程中具有最大的减量管理潜力。提出优化代谢过程、减少碳氮磷环境负荷的若干对策建议,包括增大食物的有效食用比例、资源化利用污泥和厨余垃圾等。     

整合分析氮磷添加对土壤酶活性的影响

本文通过整合分析(Meta-analysis)的方法分析了氮、磷添加对土壤碳、氮和磷素循环水解酶以及土壤氧化酶活性的影响.结果表明: 氮添加显著增加了碳、氮和磷循环水解酶的活性,增幅分别为6.9%、5.6%和10.7%;与氮添加相比,在氮磷同时添加下,3类土壤酶的活性增加更为显著,增幅分别达13.4%、37.4%和13.3%.然而,对于土壤氧化酶,氮以及氮磷的添加都使其活性降低,分别降低了6.1%和0.4%.不同生态系统类型、氮肥类型、施肥速率和施肥试验时间都对土壤酶活性具有影响.在全球大气氮沉降与磷添加逐渐增加的背景下,土壤微生物活性和酶的变化将会对土壤生物地球化学循环过程和土壤生态系统功能产生重要影响.     

用PCR-DGGE研究长期施用无机肥对种稻红壤微生物群落多样性的影响

以中国科学院红壤生态试验站的发育于第四纪红粘土的种稻红壤为研究对象,采用PCR-DGGE方法研究了长期施用无机肥对土壤微生物群落多样性的影响。在种植双季稻、连续13a施用不同无机肥后,土壤中细菌、古菌、放线菌和真菌的群落结构发生了较大的变化。未种植水稻的土壤与种稻土壤间四类微生物SSUrDNADGGE带谱相似性只有33%~66%。施磷肥的处理NP、PK、NPK之间微生物群落结构相似性较高,4类微生物的SSUrDNADGGE带谱相似性高达75%~81%。施氮钾肥(NK)、不施肥(CK)处理与施磷肥处理间土壤微生物群落结构的差异较大,其四类微生物的SSUrDNADGGE带谱相似性分别为69%~77%、55%~77%。研究的目的是深入地了解土壤中微生物群落的多样性,为科学施肥、合理利用土壤、保护微生物多样性和实现农业生态系统的可持续发展提供科学依据。     

长期不同施肥对番茄根际土壤微生物功能多样性的影响

研究长期定位施肥对番茄根际土壤微生物群落功能多样性的影响,旨在为番茄根际生态过程中的调控提供科学依据和理论指导。以沈阳农业大学长期定位施肥基地的番茄根际土壤为研究对象,采用Biolog-ECO微平板法,分析了11个处理:N(单施氮肥)、K(单施钾肥)、P(单施磷肥)、NP(氮磷肥配施)、NPK(氮磷钾肥配施)、MN(有机肥配施氮肥)、MK(有机肥配施钾肥)、MP(有机肥配施磷肥)、MNP(有机肥配施氮磷肥)、MNPK(有机肥配施氮磷钾肥)、对照CK(不施肥)的土壤微生物群落功能多样性。结果表明:(1)配施有机肥能够显著提高土壤有机质、速效磷、速效钾和碱解氮的含量,氮肥的施入会降低根际土壤的pH,各处理间土壤理化性质的差异显著;(2)配施有机肥可以增强番茄根际土壤微生物对碳源的利用能力,提高微生物群落功能多样性,其中,MNP处理微生物对碳源利用能力最强,微生物活性最高。具体表现为:(1)长期施肥改变了土壤微生物对碳源的利用能力。配施有机肥处理的土壤微生物对6类碳源的总利用能力高于单施化肥处理,以MNP优势最明显;(2)在6类碳源中,氨基酸类碳源利用能力最强,酚酸类碳源利用能力最弱;(3)主成分分析表明,31种碳源对PC1贡献较大的有12种,对PC2贡献较大的有8种;(4)施加肥料的处理的Shannon指数、丰富度指数和优势度指数均高于不施肥的处理,但其均匀度下降。有机肥配施氮磷肥处理的Shannon指数、丰富度指数均显著高于其他处理。综合所有结果,以MNP的施肥较果最佳,能够呈现较高的根际土壤微生物功能多样性。