塔克拉玛干沙漠腹地胡杨林土壤细菌多样性分析

【目的】对塔克拉玛干沙漠腹地胡杨林土壤细菌多样性进行初步探索,为下一步从中筛选可用于生物饲料或生物肥料的微生物奠定基础。【方法】采用可培养方法,进行细菌的分离纯化。对各菌株进行革兰氏染色及淀粉酶、酯酶、纤维素酶和NaCl耐受浓度的测定,并提取各菌株基因组DNA,进行16SrRNA基因扩增、测序及系统进化树的绘制,分析其多样性。【结果】共分离得到27株菌,其中放线菌门(Actinobacteria)16株,变形菌门(Proteobacteria)4株,厚壁菌门(Firmicutes)6株,拟杆菌门(Bacteroidetes)1株。革兰氏染色结果表明,5株菌为革兰氏阴性,其余为革兰氏阳性;酶活测定结果表明,15株菌具有淀粉酶活性,9株菌具有酯酶活性,9株菌具有纤维素酶活性;NaCl耐受浓度测定结果显示,NaCl浓度为2%时所有菌株均能生长,5%时能生长的有22株,15%时能生长的有1株。【结论】塔克拉玛干沙漠腹地胡杨林土壤中存在较丰富的细菌类群,且具有一定的酶学活性和NaCl耐受性,具有进一步研究开发的价值。     

武夷山国家公园不同林地土壤呼吸动态变化及其影响因素

探明亚热带山岳型国家公园不同林地利用方式下土壤呼吸（R_s）的动态变化规律以及影响因素,对准确评价和预测该区域以国家公园为主体的自然保护地体系的碳收支具有重要的现实意义。以武夷山国家公园为研究对象,利用Li-8100开路式土壤碳通量测定系统对茶园、锥栗（Castanea henryi（Skam） Rehd.et Wils.）林、马尾松（Pinus massoniana Lamb.）林和裸地的土壤呼吸及近地面气温、土壤温度、土壤湿度、土壤养分和土壤微生物碳（MBC）、氮（MBN）进行测定。结果显示：（1）与近地面气温、土壤温度和土壤湿度相同,不同林地的R_s均呈现夏 > 春 > 秋 > 冬的季节动态,R_s的季节均值按大小排序为茶园（3.10 μmol m^-2 s^-1） > 马尾松（2.96 μmol m^-2 s^-1） > 锥栗（2.32 μmol m^-2 s^-1） > 裸地（1.43 μmol m^-2 s^-1）,锥栗和裸地之间、锥栗与马尾松之间均差异显著（P<0.01）。除马尾松林外,其他林地水热因子（近地面气温、土壤温度和土壤湿度）的单因子二次多项式模型对R_s的拟合度最高。水热因子共同建立的复合模型中,土壤温度、湿度的幂-指数模型对茶园R_s的拟合度较高,土壤温度和土壤湿度能够解释R_s变化的80%,马尾松林的R_s较适用于土壤温度、湿度建立的对数函数模型,而三因子线性模型（进入回归法）对锥栗林和裸地的R_s的拟合度最优,R²分别为0.565和0.281。（2）茶园和锥栗林的碳、氮、磷含量均高于马尾松林和裸地,MBN含量茶园 > 马尾松 > 锥栗 > 裸地。茶园的R_s与全磷（TP）、有效磷（AP）、全钾（TK）、速效钾（AK）含量呈极显著（P<0.01）正相关,马尾松林的R_s受TP、TK、AK含量的影响极显著（P<0.01）,锥栗林的R_s与TK、AK、MBN含量呈现显著（P<0.05）正相关,裸地的R_s受MBN含量影响较为显著（P<0.05）,4种林地土壤呼吸与养分的多元逐步回归方程R²均接近1。综上,茶园和马尾松林土壤呼吸速率较高,且所有林地的土壤呼吸均呈现夏 > 春 > 秋 > 冬的季节动态。温度和湿度与土壤呼吸的相关性强,是水热条件丰富的亚热带山岳地区土壤呼吸季节变化的主导因素,其中武夷山茶园土壤呼吸对水热因子的响应在4种林地中最为敏感。除温度和湿度外,各林地土壤呼吸受P、K元素的影响较大,其中茶园主要受P元素影响,马尾松林地受K元素影响较多。     

黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子

于中国科学院长武生态试验站(始于1984年),采用动态密闭气室法(Li-8100,USA)于2008年3月至2009年3月监测了裸地土壤呼吸日变化、季节变化以及0-60cm土层的温度和含水量,研究了裸地土壤呼吸的日变化、季节变化特征及其与土壤温度和含水量之间的关系。结果表明:裸地土壤呼吸四季的日变化和季节变化均呈单峰型曲线,与气温变化趋势一致;日变化峰值出现在14:00左右或16:00左右,最低值出现在0:00左右或者6:00左右;季节变化表现为夏季最高,冬季最低,春秋季无明显差异,年平均呼吸速率为0.94μmolCO₂·m^-2·s^-1。土壤呼吸与温度具有极显著(P<0.01)的正相关关系,且可以用R_s=ae^bx形式的指数函数很好地拟合,其中与5cm深度的土壤温度相关性最好。水分对土壤呼吸的影响复杂。裸地土壤呼吸的双变量模型关系显著(P<0.01),比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

水热因子对沙漠地区土壤呼吸的影响

利用Li-6400-09土壤呼吸室和Li-6400便携式光合测定仪,在植物生长季对腾格里沙漠东南缘植被区和流沙区的土壤呼吸进行了连续测定,并分析了温度和水分对土壤呼吸的影响.结果表明:(1)植被区和流沙区土壤呼吸速率的日变化特征相似,即夜间土壤呼吸速率保持在较低的水平,而白天则呈现单峰变化趋势;而季节变化趋势明显不同,即植被区内的土壤呼吸有明显的季节变化,流沙则没有明显的季节变化;(2) 植被区和流沙区0～5cm土壤含水量与土壤呼吸速率均呈显著的线性关系,但植被区的相关性好于流沙区.当0～5cm土壤含水量大于测定期间的平均值 (植被区为6.78%、流沙区6.94%)时,植被区和流沙区的土壤呼吸速率都明显高于土壤含水量小于平均值时的土壤呼吸速率,其土壤呼吸速率平均值之比分别为:2.6、1.5;(3) 土壤呼吸速率与地表5cm处土壤温度呈显著的指数关系,当土壤含水量小于测定期间的平均值时,植被区与流沙区的Q10值分别为1.23和1.43;当土壤含水量大于测定期间的平均值时,植被区与流沙区的Q10值分别为2.23和1.72.由此可见,土壤水分不仅影响了土壤呼吸速率的大小,而且还影响了土壤呼吸速率的温度敏感性.     

不同耕作措施下旱地农田土壤呼吸及其影响因素

为探讨耕作措施对旱地农田土壤呼吸的影响,采用动态气室法在山西寿阳地区对秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕、常规耕作4种耕作措施下玉米生长季土壤呼吸及影响因子进行了测定和分析。结果表明,4种耕作措施下土壤呼吸速率的日和季节变化规律明显,均呈单峰型,呼吸速率的日峰值出现在11:30 13:30,呼吸速率的季节峰值出现在7月上旬至中旬。浅旋耕、秸秆还田、常规耕作、免耕覆盖措施整个生长季平均土壤呼吸速率分别为2.82、2.77、2.64μmolCO.2m-.2s-1和2.49μmolCO.2m-.2s-1,处理间无显著差异。研究结果还显示土壤温度和湿度是影响旱地农田土壤呼吸的主要因子,二者分别解释了土壤呼吸季节变化的55%78%,20%43%。4种措施下土壤呼吸的温度敏感系数Q10值在2.19 3.07之间,大小依次为免耕覆盖浅旋耕秸秆还田常规耕作。对水分的敏感性依次为免耕覆盖秸秆还田浅旋耕常规耕作。     

不同生长期盆栽大豆的土壤呼吸昼夜变化及其影响因子

通过盆栽试验 ,用静态箱法采样 ,气相色谱测定样品 CO2 浓度 ,分别在大豆开花期、结荚期和鼓粒期测定土壤呼吸速率 ,研究大豆不同生长期土壤呼吸的昼夜变化规律及其主要影响因素。在结荚期灌水后测定土壤呼吸速率 ,以研究水分对土壤呼吸昼夜变化的影响。结果表明在大豆不同生长期中 ,土壤呼吸均具有明显的昼夜变化规律 ,且均呈单峰曲线型 ,峰值出现在 12 :0 0到 16 :0 0之间。6 :0 0～ 18:0 0的 CO2 排放占总排放的 6 1%～ 6 9% ,昼夜平均土壤呼吸速率最接近于 18:0 0～ 2 1:0 0之间的速率。如果忽略大豆生长对土壤有机质分解的激发效应 ,大豆根际呼吸占总土壤呼吸的 85 %～ 96 %。裸土土壤呼吸与温度呈极显著的指数和线性相关 ,种大豆的土壤呼吸与温度的关系因生长期而异 ,鼓粒期的相关性最好 ,结荚期最差。这些都说明大豆生长和生长阶段影响土壤呼吸及其与温度的关系。灌水后使大豆土壤呼吸昼夜变化增强 ,平均土壤呼吸速率增大。由此可见植物生长时期、温度和水分是影响土壤呼吸昼夜变化的主要因素     

塔克拉玛干沙漠腹地人工植被及土壤CNP的化学计量特征

生态化学计量学是研究生态过程和生态作用中化学元素平衡的科学。极端环境中进行植物叶片与土壤中营养元素含量及变化研究,对于揭示植物对营养元素的需要和当地土壤的养分供给能力,以及植物对环境的适应与反馈能力具有十分重要的意义。以塔克拉玛干沙漠腹地塔中植物园生长良好的25种人工植被及其生境为研究对象,运用方差分析、相关分析综合研究植物叶片及土壤的化学计量特征及其相互关系。结果显示:塔克拉玛干沙漠腹地25种人工植被叶片C、N、P的平均含量分别为(386.7±46.6)、(24.7±8.1)和(1.8±0.78) mg/g;叶片C:N、C:P及 N:P分别为(17.5±6.7)、(249.2±102.8)、(15.0±5.6)。其中豆科植物N含量极显著高于非豆科植物(P<0.001)。不同生活型植物的C、N、P含量均存在显著差异,C、N、P含量在3种生活型的大小顺序为草本>灌木>乔木。C:N和N:P在不同生活型植物间不存在显著差异(P>0.05),而乔木和灌木的C:P显著高于草本植物(P< 0.05)。相关分析表明植物的叶片C:N、C:P都与相应的N、P含量呈现极显著负相关性(P<0.001),而叶片N含量与P含量的变化并不相关(P> 0.05)。土壤C、N、P养分元素含量远低于全国的平均水平,尤其是N含量(<0.2 mg/g);土壤C与N存在着极显著的正相关关系(P<0.01),而C与P、N与P间的相关性并不显著(P>0.05)。以上研究结果表明,受极端环境的限制,塔克拉玛干沙漠人工植被植物对养分元素的利用效率显著低于全国陆地植物的平均水平,不同科和不同生活型功能群植物对环境的适应能力显著不同,表现出显著的养分适应策略差异性。     

施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸及其温度敏感性的影响

油茶是中国南方重要的木本食用油料树种,研究施肥对油茶园土壤呼吸及其温度敏感性的影响,对于估算中国南方典型种植园林温室气体排放及其对气候变化的响应具有重要意义。设置对照(CK)、施肥(OF)、断根(CK-T)和断根施肥(OF-T)4个处理,采用静态箱-气相色谱法,通过多年观测,分析探讨施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸及其温度敏感性的影响。结果表明:(1)施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸无显著影响。研究期间,各处理(OF、CK、OF-T、CK-T)土壤CO_2通量依次为(77.91±2.59)、(73.71±0.97)、(66.82±1.02)mg C m~(-2)h~(-1)和(66.84±3.94)mg C m~(-2)h~(-1);(2)各处理土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))表现为OF-T(1.96±0.01)CK-T(1.79±0.03)OF(1.77±0.01)CK(1.75±0.03),其中,OF-T处理下Q_(10)显著高于其他3个处理,即施肥显著增加了断根处理土壤呼吸Q_(10);(3)施肥显著增加了土壤表层NH_4~+-N和NO_3~--N含量,Q_(10)与土壤表层NH_4~+-N和NO_3~--N含量表现出显著的正相关关系。     

两种农田土壤不同组分呼吸及其温度敏感性

为探讨农田土壤不同组分呼吸及其对温度变化的响应,选取山东平邑旱耕土和湖南桃江水稻土为供试土壤,设置4个温度水平(5、15、25、35 ℃),对两种土壤的轻组、重组及全土进行63 d的培养试验.结果表明: 两种土壤全土的呼吸均高于轻组和重组.旱耕土重组的呼吸高于轻组,水稻土重组和轻组的呼吸在5～25 ℃温度水平下无显著差异,但35 ℃下重组高于轻组.在不同温度水平下,旱耕土轻组、重组和全土累积呼吸量分别占其初始碳的0.3%～2.8%、0.4%～3.7%和0.6%～7.0%,水稻土分别占其初始碳的0.4%～3.0%、0.3%～3.8%和0.7%～5.3%.两种土壤全土及轻、重组呼吸的温度敏感性(Q₁₀)均随温度升高和培养时间延长而降低;水稻土重组的Q₁₀高于轻组,旱耕土重组和轻组Q₁₀的差异无明显规律.在5～25 ℃温度水平下,旱耕土全土Q₁₀显著高于水稻土,但在25～35 ℃下低于水稻土.说明平邑旱耕土有机碳矿化强度高于桃江水稻土,且对温度变化的响应总体比水稻土更敏感.     

土壤呼吸及其测定法

.36.在土壤新陈代谢功能过程中,由于产生大量的二氧化碳,并向大气释放二氧化碳的过程称之土壤呼吸。它包括微生物呼吸、根呼吸和动物呼吸三个生物过程,以及一个非生物过程:即在高温条件下的化学氧化过程。土壤呼吸是表征土壤质量和肥力的重要生物学指标,它反映了土壤生物活性和土壤物质代谢的强度。在生态演替过程中,植被的变化通过吸收养分和归还有机物等,以影响土壤的物理、化学和生物学性状,土壤呼吸亦随之变化,指示着生态系统演替的过程与方向。此外,从小气候学角度看,土壤释放的CO2改变了近地面的微气象条件,为植物下部冠层提供了更丰…     

枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)人工林土壤呼吸及其影响因子的比较

2007年1月至12月,采用LI-COR-6400-09气室连接到LI-COR-6400便携式CO2/H2O分析系统测定枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)人工林的土壤呼吸,并分析了土壤水热因子及其根生物量对土壤呼吸的影响.研究结果表明:枫香和樟树人工林中土壤呼吸的季节动态存在明显的季节性变化,都呈现不规则的曲线格局.全年土壤呼吸速率平均值分别为1.501 ìmol 和2.800 ìmol s-1.枫香和樟树林土壤呼吸的季节变化与土壤温度呈显著的指数相关,土壤温度可以分别解释土壤呼吸变化的92.7%和77.4%,与土壤含水量呈二次方程关系,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的10.6%和18%.在P＝0.05水平上多元回归分析,分别得出枫香和樟树土壤呼吸与土壤温度和含水量方程:y=0.4728e0.122tw0.002;y=0.061e0.235tw0.086,土壤温度和含水量共同可以解释土壤呼吸变化的94.5%和88.5%.枫香和樟树林中全年土壤呼吸的Q10值分别为2.62和3.26,Q10值在随着季节温度升高,而逐渐减小.两种人工林群落土壤呼吸季节变化表现出受非生物因子温度和水分变化的调控,同时也受森林植被的根生物量、凋落物量的影响.     

垄沟覆膜栽培冬小麦田的土壤呼吸

通过大田试验研究了垄沟覆膜栽培条件下冬小麦生长过程中土壤呼吸规律。结果表明,垄沟覆膜栽培条件下垄脊土壤呼吸速率高于平作栽培,而垄沟部土壤呼吸速率小于平作。冬小麦生育期内垄脊平均呼吸速率为(2.06±0.44)μmol CO2·m-2·s-1,垄沟为(0.75±0.11)μmol CO2·m-2·s-1,而平作栽培为(1.14±0.20)μmol CO2·m-2·s-1。土壤呼吸季节变化显著,越冬期低,夏季高。不同生育期土壤呼吸日变化规律不同,越冬前和返青期土壤呼吸与土壤温度成正相关,随着土壤温度的升高而增加,呈单峰曲线;拔节期后垄脊部的土壤呼吸日变化明显,呈现双峰曲线;而平作和垄沟的土壤呼吸速率平稳,没有明显峰值。5 cm土壤温度与土壤呼吸之间的相关性最好。在一定范围内(<24—31℃),土壤呼吸随着温度的增加而增加,温度过高反而会抑制土壤呼吸速率。土壤呼吸f(R)与5 cm土壤温度之间的关系可以用二次函数表示;5 cm土壤温度T和土壤含水量W的交互效应可用函数:f(R)=a(bT2+cT)(1+dln(2W)/T)+e表示。垄沟覆膜栽培显著改变了冬小麦田的土壤呼吸作用。     

黄土高原四种人工植物群落土壤呼吸季节变化及其影响因子

以黄土高原侧柏、柠条、沙棘和油松人工植物群落为对象,土壤呼吸日动态和季节变化及其与环境因子之间的关系,结果表明:4种植物群落土壤呼吸速率具有典型的日变化和季节变化模式, 4种群落中,以侧柏6月土壤呼吸日变幅最大,沙棘6月土壤呼吸日变幅最小,大部分群落不同月份最大土壤呼吸与最小土壤呼吸倍数在1.1～1.6之间.4种群落中,以柠条土壤呼吸季节变幅最大,侧柏最小,最大土壤呼吸与最小土壤呼吸的倍数为1.5～2.2倍之间.同一植物类型土壤呼吸具有明显的季节变化特征,其具体变化趋势因植物类型而异.4种植物群落土壤呼吸速率与土壤和大气温度以及土壤含水量的关系在不同季节表现为不同的关系,其中侧柏和柠条土壤呼吸与土壤温度均呈乘幂关系,与大气温度为指数关系.沙棘土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为乘幂关系,油松土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为线性关系.这表明土壤呼吸与土壤和大气温度之间的关系及其紧密程度因植被类型而异.综合分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的季节变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的季节变异模式.     

干旱区荒漠生态系统的土壤呼吸

采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定了准噶尔盆地高(B)、低(A)两个盖度级3个典型荒漠植物群落梭梭、盐穗木、假木贼的土壤呼吸速率,比较分析了各样地土壤呼吸的变化特征及水热因子对荒漠土壤呼吸特征的可能影响.结果表明:生长季,土壤呼吸速率存在明显的日变化和季节变化规律,不同盖度和群落类型的荒漠土壤呼吸速率变化形式基本相同.日变化格局最高值出现在12:00～14:00,最低值在8:00或20:00;夏季各月(6、7、8月份)土壤呼吸速率高于秋季月份(9、10月份),春季(5月份)最低.高盖度梭梭群落样地日平均土壤呼吸速率与其他样地存在显著差异.各样地土壤呼吸速率与地表温度呈不同程度的正相关,而与土壤温度的相关性较弱;高盖度盐穗木样地(土壤湿度最高)、梭梭样地(土壤湿度最低)土壤呼吸速率与土壤湿度呈显著负相关.地表温度-土壤湿度的多变量模型能在更大空间尺度解释荒漠土壤呼吸速率时间变化的61.9%.样地间土壤呼吸速率的差异可能主要受土壤湿度影响.高、低盖度的梭梭、盐穗木和假木贼群落的Q10值分别为1.34、1.3、1.65、1.58、1.17和1.31,平均值1.39.     

模拟降雨对西双版纳热带次生林和橡胶林土壤呼吸的影响

降雨作为一个重要的环境因子,对土壤呼吸具有重要的影响。研究土壤呼吸与降雨的关系,对准确估算大气中的CO2含量具有重要意义。本研究通过人工模拟降雨事件,应用野外原位测定方法,测量了热带次生林和橡胶林土壤呼吸速率、地下5cm土壤温度和土壤含水量的变化,以探究热带两种主要植被类型的土壤呼吸、土壤温度、土壤含水量对旱季单次降雨事件的响应过程与规律。研究发现,在旱季连续一周没有降雨的情况下,人工模拟降雨事件使土壤呼吸在降雨后的2h内被迅速激发,次生林的土壤呼吸最大达到11.15 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近7倍;橡胶林的土壤呼吸最大达到了15.88 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近11倍。随后激发效应迅速降低,尤其是橡胶林,在人工模拟降雨6h后处理与对照间无显著差异。人工模拟降雨前两种林型的土壤含水量与对照相比均无显著性差异,人工模拟降雨后的2d内土壤含水量均显著高于对照;人工模拟降雨前后土壤温度与对照相比均无显著性差异。本研究结果支持了"Birch effect",2种主要热带林型在旱季时期,由于单次降雨事件激发而释放到大气中的CO2是降雨前的数倍。     

塔克拉玛干沙漠不同区域柽柳沙包土壤盐分分布特征及其影响因素

柽柳(Tamarix chinensis)沙包是塔克拉玛干沙漠特殊的生物地貌景观, 对维持区域生态环境的稳定具有极其重要的作用。该研究采用野外调查与室内分析相结合的方法, 选取且末、阿拉尔、策勒、塔中4个典型区域的柽柳沙包为研究对象, 对柽柳沙包0-500 cm土壤垂直剖面进行采样, 测定土壤pH值、枯落物含量、电导率及HCO₃ ^-、Cl ^-、SO₄ ^2-、Ca ²⁺、Mg ²⁺、K ⁺、Na ⁺含量, 分析柽柳沙包中土壤盐分的空间变化规律及其影响因素。结果表明: 1)从且末、阿拉尔、策勒到塔中, 土壤pH值总体呈升高趋势, 土壤电导率及Na ⁺、Ca ²⁺、Mg ²⁺、SO₄ ^2-含量总体呈降低趋势, K ⁺、Cl ^-、HCO₃ ^-含量没有明显的变化规律。2)盐分在4个样区的垂直分布主要表现为: 且末和策勒样区柽柳沙包的土壤盐分呈表层聚集现象; 阿拉尔和塔中样区柽柳沙包的土壤盐分呈深层聚集现象。随着土层深度的增加, 土壤pH值总体呈升高的趋势, 土壤枯落物含量总体呈降低趋势; 土壤电导率在且末和策勒样区总体呈降低趋势, 阿拉尔样区呈先降低后升高再降低的变化趋势, 而塔中样区呈先升高后降低再升高的变化趋势。3)根据相关性分析和主成分分析, 且末样区土壤枯落物含量、SO₄ ^2-、Na ⁺、K ⁺为影响土壤盐分含量的主要因子, 且土壤盐分以硫酸盐为主; 阿拉尔样区影响土壤盐分组成的主要因子为Cl ^-、Na ⁺; 策勒样区为Cl ^-、K ⁺、Na ⁺; 塔中样区为Cl ^-、Na ⁺、Ca ²⁺、SO₄ ^2-, 且土壤盐分均以氯化物为主。综合分析表明, 不同区域柽柳沙包中土壤盐分存在空间变异性, 柽柳沙包土壤盐分的变化与干旱沙漠地区强烈的蒸发作用、地表风蚀强度、地下水埋深、土壤中枯落物及柽柳的生物积盐效应等因素密切相关, 是影响不同区域土壤盐分分布的关键因子。