中国亚热带典型天然次生林土壤微生物碳源代谢功能影响因素

天然次生林地比人工林地不仅土壤肥力较高,且土壤碳代谢功能更强。然而维持天然次生林高碳代谢功能的原因尚不十分清楚。分析天然次生林中土壤微生物碳源代谢功能的影响因素对于调控土壤微生物的功能乃至天然次生林的保护具有重要意义。本文选择中国亚热带地区典型天然次生林,研究了土壤微生物碳源代谢功能与土壤化学和物理因素及植物因素的关系。结果表明,3类因素能显著解释土壤微生物碳源代谢功能54.4% 的变异。乔木层植物多样性、土壤碳氮比、pH值和含水量是导致天然次生林碳代谢功能差异的主要因素,分别显著解释了土壤微生物碳源代谢16.7%、12.4%、10.5%和10.5%的变异。天然次生林较低的土壤碳氮比、较高的土壤含水量和土壤pH值（酸性范围内）,有利于土壤微生物碳源代谢功能的提高,同时天然次生林较高的阔叶树种的比例也能增加土壤微生物碳源代谢功能。     

改变凋落物输入对川西亚高山天然次生林土壤呼吸的影响

2019年5月-10月,采用LI-8100A土壤碳通量自动测量分析仪对川西米亚罗林区20世纪60年代采伐后经自然更新恢复形成的岷江冷杉（Abies faxoniana）次生针叶林（针叶林）、红桦（Betula albo-sinensis）+青榨槭（Acer davidii）+岷江冷杉次生针阔混交林（针阔混交林）和青榨槭+红桦+陕甘花楸（Sorbus koehneana Schneid）次生阔叶林（阔叶林）的土壤呼吸及土壤温湿度因子（对照、去除凋落物和加倍凋落物）进行观测。结果显示：去除和加倍凋落物对土壤温湿度的影响不显著,且3种林型之间的土壤呼吸速率差异不显著。与对照相比,去除凋落物使针叶林、针阔混交林、阔叶林的土壤呼吸速率分别降低了17.65%、21.01%和19.83%（P<0.05）;加倍凋落物则分别增加6.76%、7.28%、8.16%（P>0.05）。3种林分土壤呼吸速率均与土壤温度极显著指数相关,与土壤湿度不相关。对照Q₁₀值变幅为2.01-3.29,去除凋落物降低了3种林型的Q₁₀值;加倍凋落物分别提高了针叶林和降低了针阔混交林和阔叶林的Q₁₀值。土壤呼吸速率仅表现在天然次生林对照处理中受到土壤pH、有机质、可溶性有机氮和草本Pielou均匀度指数的显著影响。研究结果表明,天然次生阔叶林和针阔混交林凋落物对土壤呼吸的贡献及Q₁₀值高于天然次生针叶林,说明在未来CO₂浓度及温度升高背景下,地表凋落物增加并未引起天然次生林土壤呼吸速率成倍增加,更有利于该区域天然次生林尤其是针叶林的土壤碳吸存。     

改变碳输入对亚热带人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响

通过在亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)和米老排(Mytilaria laosensis)人工林中设置互换凋落物、去除凋落物、去除凋落物+去除根系和对照处理来分析改变地上、地下碳输入对人工林土壤微生物生物量和群落组成的影响。结果显示,改变地上、地下碳输入对土壤微生物生物量碳、氮的影响因树种而异。在米老排林中,土壤微生物生物量不受碳源的限制。而在杉木林中,加入米老排凋落物、去除凋落物和去除凋落物+去除根系3种处理中土壤微生物生物量碳、氮具有明显增加的趋势。磷脂脂肪酸分析结果显示,杉木林中,添加高质量的米老排凋落物后,革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了24%、24%、53%、25%、28%,革兰氏阴性细菌和丛枝菌根真菌的相对丰度均有显著增加。与对照相比,杉木林中去除凋落物后革兰氏阳性细菌、阴性细菌、丛枝菌根真菌、放线菌和真菌群落生物量分别显著增加了22%、29%、44%、25%、52%,真菌与细菌比值显著增加了21%。但是,去除凋落物+去除根系处理对两个树种人工林土壤微生物群落组成均无显著影响。米老排和杉木林土壤微生物生物量碳、氮的季节变化格局不同,土壤养分有效性可能是驱动土壤微生物生物量季节变化的主要因子。未来研究需要关注凋落物和根系在不同树种人工林中对土壤微生物群落的相对贡献。     

凋落物输入改变对亚热带两种米槠次生林土壤酶活性的影响

酶在土壤有机质分解中起重要作用。为深入了解全球变化背景下森林凋落物产量的改变对森林生态系统过程的影响, 以亚热带米槠(Castanopsis carlesii)人促更新次生林(米槠人促林)和米槠次生林为研究对象, 设置凋落物加倍(DL)、凋落物去除(NL)和对照(CT) 3种处理, 探讨土壤6种胞外酶活性的变化。研究结果表明: 米槠次生林中土壤纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(PhOx)和过氧化酶(PerOx)活性高于米槠人促林, 而酸性磷酸酶(AP)和β-葡萄糖苷酶(βG)活性没有差异; NL和DL处理均降低了两种不同更新方式森林土壤的AP、βG和NAG活性, CBH和PerOx活性均无显著变化, 而PhOx活性仅在DL处理后降低; 除NAG活性外, 米槠人促林的AP、βG、PhOx活性在凋落物处理后下降的幅度均高于次生林; Pearson相关分析和冗余分析表明, 土壤酶活性与土壤含水量、碳(C)、氮(N)含量和微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量显著相关。因此, 凋落物输入的改变(无论增加和减少), 引起了土壤含水量、C、N以及MBC和MBN含量的下降, 进而可能会导致亚热带米槠次生林和米槠人促林土壤某些胞外酶(如AP、βG和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 米槠次生林比米槠人促林更有利于亚热带森林生态系统C、N养分循环。     

凋落物对土壤有机碳与微生物功能多样性的影响

森林凋落物是影响土壤微生物群落和有机碳含量的重要因素,但其作用的程度和机制尚不清楚,研究该问题对于分析森林生态系统碳循环和资源管理具有重要意义。研究凋落物去除与添加处理下土壤有机碳含量与土壤微生物对碳源利用的差异,明确凋落物去除与添加对土壤微生物群落代谢功能及其多样性的影响,探究不同处理下SOC含量变化的土壤微生物群落代谢机理。选取承德市雾灵山1405-1435 m海拔范围内核桃楸-蒙古栎混交林的表层土壤,采用室内培养结合Biolog-ECO方法,测定了培养第21天的土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）含量及微生物群落的AWCD值、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、McIntosh均匀度指数、Pielou丰富度指数,分析培养期内凋落物的不同处理下SOC含量与微生物功能多样性的变化特征。结果表明：1）不同凋落物处理对SOC含量与土壤微生物群落多样性具有显著影响（P<0.05）,DL > HL > NL > CK;2）不同凋落物处理下土壤微生物群落代谢活性和土壤微生物对碳源的利用程度具有显著差异（P<0.05）,碳水化合物类和氨基酸类是土壤微生物的主要碳源;3）不同处理的SOC含量与土壤微生物多样性具有正相关关系。双倍凋落物添加在短期内对土壤微生物多样性影响难以达到显著水平且在一定程度上对土壤微生物的代谢活性具有抑制作用,土壤微生物群落功能多样性对SOC含量具有重要影响。     

环丙沙星对土壤微生物量碳和土壤微生物 群落碳代谢多样性的影响

采用氯仿熏蒸浸提法和Biolog法,分析环丙沙星作用下的土壤微生物量碳和微生物群落碳代谢多样性,以揭示环丙沙星在环境中残留对土壤微生物学性状的影响.结果表明,环丙沙星(wCIP≥0.1 μg/g)对土壤微生物量碳含量影响显著(P＜0.05),土壤中环丙沙星浓度愈高,微生物量碳含量愈低,100μg/g的环丙沙星处理使土壤微生物量碳含量下降58.69％.环丙沙星对土壤微生物群落碳代谢功能影响显著,环丙沙星降低了土壤微生物对碳水化合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类的碳源利用率;环丙沙星(wCIP≥0.1 μg/g)显著影响了土壤微生物群落碳源代谢强度和代谢多样性,但不同浓度的环丙沙星对土壤微生物群落碳代谢功能的影响不同,0.1、1、10 μg/g的环丙沙星处理对土壤微生物群落碳代谢功能的影响主要表现在处理前期(用药第7天、21天),这种影响在处理后期(用药第35天)表现不明显,100μg/g的环丙沙星在用药的前期和后期均显著影响土壤微生物群落碳代谢功能,土壤中环丙沙星积累到该浓度可能对土壤微生物群落碳代谢功能产生难以逆转的长期影响.     

冻融季帽儿山森林改变有机碳输入方式对土壤活性氮含量的影响

根系与凋落物有机碳输入变化对土壤碳氮循环的影响已成为当前学界关注的热点,但冻融季不同有机碳输入方式将对土壤活性氮含量产生何种影响尚不明确。为此在春季具有明显冻融作用的温带森林设立凋落物去除、根系去除处理以代表仅根系有机碳输入方式、仅凋落物有机碳输入方式,并设置自然条件有机碳输入方式即保留根系及凋落物作为对照,多角度探究土壤微生物量氮、矿质氮动态变化。结果表明：(1)有机碳输入方式对土壤活性氮含量有重要影响：与自然条件下有机碳输入方式相比,仅根系输入处理使土壤微生物氮、总矿质氮含量升高10.5%、12.3%。(2)输入时长改变了有机碳输入方式对土壤活性氮含量的作用效果：长期单一有机碳输入使土壤微生物量氮含量下降,反应率值为0.451、0.422。(3)季节差异是影响有机碳输入方式对土壤活性氮含量作用效果的关键因素：仅根系有机碳输入在冻融季使总矿质氮含量上升,反应率值为0.404,生长季相反,呈下降趋势,其值为0.121。以上结果表明,有机碳输入方式对土壤活性氮含量有重要调控作用,且作用效果会受季节、输入时长等因素影响。     

引进种桉树人工林取代天然次生林对土壤微生物群落结构和功能的影响

由于桉树对原生生态系统具有潜在的破坏性影响,随着桉树人工林面积的不断扩大,桉树种植对森林生态系统的影响越来越受到社会的关注。围绕引进种桉树造林对土壤微生物群落的影响,应用成对试验设计,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG微平板培养等技术手段探讨土壤微生物群落结构和功能如何响应桉树人工林取代天然次生林这一变化,主要结果为:桉树人工林取代天然次生林导致:(1)土壤微生物生物量减少,包括:生物量碳、氮和磷脂脂肪酸丰度显著下降;(2)反映土壤微生物群落生理胁迫状况的指标:饱和直链脂肪酸/单不饱和脂肪酸、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌、支链异构/反异构脂肪酸以及cy19:0/18:1ω7c的比值显著增加;(3)土壤微生物群落碳代谢强度和多样性显著降低;(4)桉树人工林取代天然次生林导致土壤微生物群落结构变化和功能退化的主要环境因素包括:植物物种丰富度和覆盖度的降低以及土壤资源(碳、氮和水分)可获得性的降低。综上所述,引进种桉树人工林取代天然次生林降低了植物物种丰富度和覆盖度以及土壤资源的可获得性,进而显著增强了土壤微生物群落生理胁迫、显著降低了土壤微生物群落功能。     

碳输入方式对森林土壤碳库和碳循环的影响研究进展

凋落物和植物根系是森林土壤有机碳的主要来源.综述了不同碳输入方式对土壤全碳、微生物生物量碳和可溶性有机碳等碳库组分及土壤呼吸影响的研究进展.不同地区、不同森林土壤有机碳对碳输入的响应程度不同,且采用添加和去除凋落物,以及去除根系方法(DIRT)对土壤碳的影响具有树种差异和区域差异.目前主要侧重于土壤呼吸和碳库组分的研究,亟需开展对土壤碳的结构类型和稳定性,以及土壤生物尤其是土壤动物的响应机制的相关研究.     

中亚热带几种针、阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物群落碳代谢多样性的影响

土壤微生物群落功能如何响应凋落物物种组成的改变,对于指导我国的人工林种植具有重要意义。通过小盆模拟试验,用BIOLOG微平板培养的方法研究了南方红壤丘陵区典型物种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎和青冈的凋落物混合,与单一针叶凋落物分解时相比,针阔混合凋落物分解过程中土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明：(1)针叶和阔叶混合分解提高了土壤微生物群落碳代谢的强度、丰富度以及多样性,针阔混合凋落物分解时土壤微生物群落的碳源代谢方式与单一针叶分解时差异显著;(2)凋落物分解前期土壤微生物群落碳代谢强度、丰富度和多样性与凋落物初始C/N呈显著负相关,分解后期土壤微生物群落碳代谢强度与凋落物初始木质素/N比呈显著负相关,碳代谢多样性与初始P含量呈显著正相关;(3)通过改变凋落物物种组成,进而改变凋落物元素组成(C/N、木质素/N和P),能显著影响土壤微生物群落的碳代谢强度和代谢多样性。在南方红壤丘陵区,针-阔叶混合的凋落物比单一针叶凋落物更有利于提高土壤微生物群落的功能。     

秦岭天然林凋落物去除对土壤团聚体稳定性及细根分布的影响

研究凋落物去除对秦岭天然林土壤团聚体稳定性及细根分布特征的影响机制,为森林生态治理提供理论依据。结果表明:(1)凋落物去除导致云杉林10-40 cm土层土壤中粒径大于0.25 mm水稳性团聚体含量(WR_0.25)较对照显著降低(P<0.05);混交林10-40 cm土层的大于0.25 mm机械稳定性团聚体含量(DR_0.25)显著降低(P<0.05);红桦林表层0-10 cm土壤团聚体的平均质量直径(MWD)显著降低(P<0.05);(2)凋落物去除导致三种天然林0-20 cm土层的细根生物量密度(FRBD)较对照显著降低44.18%-57.24%,细根体积(FRV)显著降低24.64%-60.41%;三种天然林中红桦林0-40 cm各土层的FRV最高;(3)凋落物去除导致云杉林0-40 cm土层的土壤容重较对照显著增加5.24%-13.04%,三种天然林0-40 cm土层的土壤有机碳含量显著降低7.92%-25.21%,全氮含量显著降低10.17%-18.10%;(4)相关分析表明,云杉林土壤的团聚体破坏率(PAD)和土壤不稳定团粒指数(E_LT)与FRBD、细根根长密度(FRLD)和FRV均呈极显著负相关,混交林土壤的PAD与FRBD呈极显著负相关关系(r=-0.814),红桦林土壤团聚体MWD与FRBD、FRLD和细根比根长(FSRL)均呈显著负相关关系(r=-0.777、-0.771和-0.786)。综上,凋落物去除在总体上降低了天然林土壤团聚体的稳定性及有机碳和全氮含量,并且不利于林木细根的生长。     

子午岭典型植被凋落叶-土壤养分与酶活性特征

对黄土高原子午岭任家台林区内刺槐、油松、侧柏等3种人工林以及桦树、辽东栎等两种天然次生林的凋落叶C、N、P含量、林下土壤基本理化性质和碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶3种酶的活性进行分析,并研究凋落叶C、N、P含量与土壤C、N、P含量之间的相关关系,以及土壤基本理化性质与酶活性之间的相关关系,为该区植被恢复效果评价提供科学依据与参考。结果发现:刺槐、辽东栎凋落叶碳氮比值显著低于其他植被,凋落叶分解速率相对较快;辽东栎土壤有机碳、全氮含量最高,分别为19.18、1.60g/kg,刺槐土壤全磷含量最高(0.61g/kg);土壤酶活性主要受土壤有机碳、全氮、容重及p H影响,与土壤全磷相关性不显著;人工林中,侧柏土壤中3种酶活性均高于其他植被,且侧柏凋落叶碳氮比值相对较低,分解速率较快,相比于刺槐作为造林树种更占优势。     

磨盘山天然次生林凋落物数量及动态

以磨盘山5.76hm2天然次生林群落固定监测样地为平台,均匀布设144个凋落物收集器,于2006年每月末(4—11月)连续收集其凋落物,用以分析群落尺度上的凋落物产量、组成及时空变化。结果表明,天然次生林年凋落量为3039.6 kg/hm2,以凋落叶(2499.2 kg/hm2)所占的比例最大,占年凋落量的82.22%,而凋落枝仅占年凋落量的9.92%,花果皮等所占比例更小,占总量的5%以下。1a内,凋落物收集器内共收集到42种树木的凋落叶,占样地内树种总数(46种)的91.30%,其中花曲柳(Fraxinus rhynchophylla)、核桃楸(Juglans mandshurica)和蒙古栎(Quercus mongolica)3个树种的凋落叶占落叶总量的82.97%,为叶凋落量的主要来源。不同收集器之间凋落量存在较大差异,99个收集器的年凋落量在200—400 g,2个收集器超过600 g;单个收集器全年最多可收集到19种树种的凋落叶,收集到凋落叶种数12种的收集器最多(29个)。凋落量月动态呈单峰型,69.78%的凋落量产生于9—10月份,叶凋落量月动态与凋落总量变化相同。落叶以秋季为主,但树种间叶凋落节律存在差异,其中核桃楸叶的凋落高峰集中在8—9月,花曲柳和春榆(Ulmus japonica)集中在9—10月,色木槭(Acer mono)为10月,蒙古栎叶为10—11月。     

黄土高原子午岭林区两种天然次生林植物叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征

了解我国黄土高原子午岭林区两种天然林下植物叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征,有助于人们更深入地认识黄土高原子午岭天然次生林生态系统养分循环规律和系统稳定机制。结果表明:(1)辽东栎和白桦两种植物叶片碳、氮、磷平均含量为468.6、17.1、2.1 g/kg;凋落叶碳、氮、磷平均含量为457.3、12.5、1.6 g/kg;土壤碳、氮、磷平均含量分别为17.6、1.4、0.5 g/kg。(2)白桦叶片N、P含量之间II类线性回归斜率大于1(P=0.07),表明白桦叶片建成过程中存在N、P元素按比例投入的依赖。白桦凋落叶N、P含量之间的II类线性回归斜率显著小于1(P0.05),两种天然次生林凋落叶整体N、P含量之间的II类线性回归斜率也显著小于1(P0.05),反映了凋落叶中单位P含量与单位N含量间不存在等速损耗关系。(3)黄土高原子午岭两种天然次生林凋落叶氮含量与土壤氮含量具有显著相关性(P0.01),表明凋落叶分解对土壤氮库有增加作用。相比于凋落叶,植物叶片磷含量与土壤磷含量具有较紧密的关系,表现为高的土壤P含量则植物叶片也具有较高的P含量。黄土高原子午岭林区两种天然次生林下土壤有机质具有较快的矿化作用。(4)辽东栎作为植被演替到顶极群落的优势物种,其凋落叶C∶N值为26.7远低于白桦凋落叶C∶N值44.9(P0.05),有利于微生物对凋落叶的分解。两种天然次生林的植物叶片N∶P均值为7.9714,低于全国和全球尺度的其他研究结果,表明这两种天然次生林主要受N限制。     

杉木根系和凋落物对土壤微生物学性质的影响

通过模拟试验,研究了杉木根系和凋落物及其交互作用对土壤微生物学性质的影响.结果表明：杉木根系和凋落物在土壤生态过程中发挥的作用有所不同.与对照相比,杉木根系处理的土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤基础呼吸、土壤有机碳（TOC）和微生物熵显著增加,土壤呼吸熵（qCO₂）显著降低（P<0.05）;凋落物处理中,仅土壤基础呼吸和qCO₂显著降低（P<0.05）,而MBC、TOC和微生物熵没有显著变化（P>0.05）.杉木根系和凋落物对土壤基础呼吸和qCO₂的影响具有显著的交互作用.qCO₂与土壤可溶性碳（R²=0.325）及TOC（R²=0.209）含量呈显著正相关,说明微生物对碳的利用效率随土壤有机碳数量的增加而降低.与凋落物相比,杉木根系在土壤生态过程中发挥着更重要的作用.     

鹰咀界天然次生林自然保护区林地土壤特性研究

鹰咀界自然保护区位于沅水上游 ,是湘西南保存较好的一片天然次生林。它的存在对研究该区域天然林的培育、生物多样性保护具有重要意义。同时 ,也为森林类型涵水功能的研究提供了场地。为了摸清该保护区次生林的自然特性 ,为保护和研究积累技术资料 ,我们利用保护区自然科学资助基金对其林地土壤特性进行了调查与研究 ,将其结果报道如下。1　保护区自然概况鹰咀界自然保护区位于湖南省会同县东南部雪峰山山脉的西支南段。地理位置为北纬 2 6°46′～ 2 6°5 9′ ,东经 1 0 9°5 1′～ 1 0 9°5 8′。海拔最高 938ｍ ,最低 2 4 6ｍ ,一般在 3…     

西双版纳次生林土壤微生物生态分布及其生化特性的研究

西双版纳次生林土壤微生物生态分布及其生化特性的研究张萍（中国科学院昆明生态研究所,６５０２２３）ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｏｉｌＭｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎＳｅｃｏｎｄａｒｙ...