氨基酸添加对亚热带森林红壤氮素转化的影响

为探究氨基酸氮形态对亚热带土壤氮素含量及转化的影响,选择建瓯市万木林保护区的山地红壤为对象,采用室内培养实验法,通过设计60%和90%WHC两种土壤含水量并添加不同性质氨基酸,测定了土壤中铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮的含量和氧化亚氮的释放量,分析了可溶性有机碳、土壤p H值的大小变化及其与氮素的相互关系。结果表明:与对照处理相比,氨基酸添加显著增加了土壤NH_4~+-N含量并使土壤p H值升高,且在一定程度上解除了高含水量(90%WHC)对NH_4~+-N产生的抑制,其中甲硫氨基酸的效果最为明显。酸性、碱性、中性氨基酸对土壤NO_3~--N含量和N_2O释放影响不显著,但甲硫氨基酸可显著抑制土壤硝化从而导致NH_4~+-N的积累,并在培养前期抑制土壤N_2O产生而在培养后期促进N_2O释放,总体上促进N_2O释放。60%WHC的氨基酸添加处理较90%WHC条件下降低土壤可溶性有机氮的幅度更大。氨基酸对土壤氮素转化的影响与带电性关系较小,而可能与其分解产物密切相关。可见,不同性质氨基酸处理对森林土壤氮素含量及转化存在不同程度的影响,且甲硫氨基酸对土壤氮素转化的影响机理值得深入研究。     

森林土壤氮素可利用性的影响因素研究综述

近几十年来 ,人类对木材、纤维和其他森林资源需求的急剧增加 ,对森林的集约化经营管理成为必然趋势。由于大部分森林生态系统缺乏Ｎ素 ,因此施肥成为经济有效的途径。但是 ,由于森林中的Ｎ肥利用效率低于农业系统 ,且Ｎ肥生产成本较高 ,易造成环境中多余Ｎ素的污染 ,所以需要更有效的经营管理方法。要改进这类方法 ,则必须很好地理解全球各种森林生态系统的Ｎ素循环和Ｎ素可利用性[3 1] 。可利用性养分 (ａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔ)是指土壤中易被植物吸收同化的养分元素或化合物的数量[4 0 ] ,可以理解为植物利用土壤中易吸收和…     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤氮素矿化的影响

设计了2种处理(即氮添加,100 kg N·hm-2·a-1;氮磷添加,100 kgN·hm-2·a-1+50kgP·hm-2·a-1),研究了氮磷添加对亚热带北部常绿阔叶林土壤无机氮和氮素矿化的影响.结果表明,不同处理0 ～ 10 cm和10 ～ 20 cm土层无机氮(铵态氮+硝态氮)含量年平均值分别为:对照7.27和6.80 mg·kg-1、氮添加13.94和8.92 mg·kg-1、氮磷添加11.20和7.13 mg·kg-1,其中铵态氮分别占90.66％和91.15％、65.78％和72.85％、84.64％和85.08％.不同处理0～10 cm和10 ～20 cm土层的净氨化、净硝化和净氮矿化速率具有相似的季节性变化规律,即夏季氮素净转化速率最高,冬季氮素净转化速率最低,春季和秋季氮素净转化速率有一定差异,但不显著.研究表明,养分添加使土壤年平均净氮矿化速率下降,氮添加使土壤硝化速率下降,氨化速率上升;而氮磷添加使硝化速率上升,氨化速率下降.养分添加对森林生态系统的氮动态影响效应尚需长期定位观测.     

外源无机氮素形态对土壤氨基糖动态的影响

微生物生长对底物的可利用性存在不同的响应,外源氮素的形态可以显著影响微生物代谢过程,而土壤氨基糖作为微生物细胞壁残留物,其形成、分解和周转特征与外源碳氮供给密切相关,对土壤氨基糖的研究与同位素标记技术相结合,可以进一步反映微生物对底物的利用特征.本文以葡萄糖及15N标记的NH4+和NO3-为底物,利用气相色谱-质谱联机技术,通过测定氨基糖中同位素富集比例,跟踪新形成(标记)和原有(非标记)的土壤氨基糖的动态变化.结果表明:在培养过程中,15N标记的氨基糖含量显著增加,NH4+向氨基糖的转化显著高于NO3-,反映出微生物对NH4+的选择性利用.土壤中原有的氨基糖也发生了不同变化.其中,非标记氨基葡萄糖在N H4+为底物时,其含量有所增加,但在NO3-为底物时含量逐渐下降;非标记胞壁酸含量在2个处理中均不断下降,尤其以NO3-为底物时更为显著;非标记氨基半乳糖含量的增减幅度均小于20％.这种特异性变化表明,不同来源的微生物细胞壁残留物对土壤氮素周转和稳定的作用不同,真菌细胞壁残留物易于在土壤中积累,有利于土壤有机质的稳定,而细菌细胞壁残留物容易分解,在土壤有机质周转过程中起重要作用.     

森林土壤氮素的转化与循环

森林土壤氮素转化与循环在森林生态系统功能中占有极其重要的意义。本文综述了森林土壤氮素转化与循环的研究历程和现状 ;介绍了凋落物的归还、施肥、大气沉降、自生固氮、氨化、硝化、反硝化、植物吸收、NH3 的挥发、NO3 -淋溶等土壤氮素输入、转化和输出的途径和过程 ;最后从研究目标、研究方法、研究对象和研究内容 4个方面归纳了森林土壤氮素转化与循环的发展趋势。     

东北黑土氨基糖的矿化动态及其对外源物质添加的响应

采用间歇淋洗好气培养法研究了东北黑土中3种不同微生物来源氨基糖(氨基葡萄糖、胞壁酸和氨基半乳糖)的矿化动态以及对葡萄糖添加和葡萄糖与氮肥配施的响应.结果表明:土壤中不同种类的氨基糖具有不同的矿化特征.培养期间胞壁酸含量减少25.4%而氨基葡萄糖含量降低7.1%,表明细菌来源的胞壁酸在土壤中的矿化速率快于真菌来源的氨基葡萄糖,但氨基葡萄糖的矿化数量(68.4 mg·kg^-1)显著高于胞壁酸(15.4 mg·kg^-1).葡萄糖添加以及葡萄糖与氮肥配施均显著提高了土壤中氨基葡萄糖和胞壁酸的含量,但两种处理的影响有所不同.相比之下,氨基半乳糖在土壤中矿化较慢,并且受外源物质的影响较小,表现出较高的稳定性.     

干湿交替条件下土壤氨基糖含量的动态变化

通过室内模拟培养试验,研究了恒湿和干湿交替条件下土壤中3种微生物来源氨基糖含量的动态变化,并且利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值分析了干湿交替条件下土壤真菌和细菌对土壤有机质转化的相对贡献.结果表明:恒湿条件下,细菌来源的胞壁酸在土壤中的分解速率大于真菌来源的氨基葡萄糖,氨基半乳糖在土壤中的分解速率较慢;干湿交替改变了土壤中3种氨基糖的分解特征,与恒湿处理相比,干湿交替培养前期以胞壁酸为代表的细菌残余物的分解速率高于以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物,随着干湿交替频率的增大,以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物分解速率高于以胞壁酸为代表的细菌残余物.可见,干湿交替条件改变了以氨基糖为代表的土壤氮素的微生物转化过程.     

氮素添加对内蒙古羊草草原净氮矿化的影响

为了更好地了解天然草原氮素矿化对全球氮沉降背景和草原施肥管理模式的响应, 从2000年起对内蒙古典型草原羊草 (Leymu schinensis) 群落开展了长期的氮素添加实验, 分别设置对照 (N0), 添加5gNH4NO3·m-2 (N1.75) 、30gNH4NO3·m-2 (N10.5) 和80gNH4NO3·m-2 (N28) 4个氮素添加梯度。2002年, 从相邻的同时进行施肥的两个生态系统类型, 即1979年围封的样地A和1999年围封的样地B进行土壤取样, 在最佳温度 (25℃) 和最适土壤湿度 (即60%田间持水量) 下进行5周的室内培养, 并用阶段性淋溶方法研究了氮素添加对土壤氮矿化动态的影响。在A和B两个样地内, 氮素添加都显著改变了土壤的累积氮矿化量。最高氮素处理N28对应于最低的累积氮矿化量, 而低氮素处理N1.75使得累积氮矿化量达到最高。在N0和N1.75处理中, 硝态氮的含量高于铵态氮;在N28处理中, 却表现出相反的趋势。氮素添加显著降低了土壤的pH值, 但累积氮矿化量与土壤pH值、有机碳和全氮均没有显著的相关性。大多数氮素添加处理水平在样地A具有比样地B更高的土壤累积氮矿化量。     

亚热带红壤区森林土壤剖面微生物残体碳分布及影响因素

土壤剖面中20cm以下土壤有机碳(SOC)储量占土壤剖面总SOC储量50%左右,由于土壤微生物残体碳(MRC)是稳定土壤碳库的重要来源,因此研究土壤剖面中MRC对SOC的贡献对于评估土壤碳储量具有重要意义。然而,目前关于MRC含量及其对SOC贡献的研究多数集中在土壤表层,在土壤剖面和母质中尚不清楚。选取江西省千烟洲亚热带典型森林红壤剖面,通过氨基糖与磷脂脂肪酸(PLFA)微生物标志物分析方法,分析红壤剖面和母质中MRC的影响机制及其对SOC贡献的分布特征。研究结果表明：(1)MRC含量随着土壤剖面深度增加而显著降低(P<0.05),在整个土壤剖面中,细菌MRC对SOC贡献为6%—12%,真菌MRC对SOC贡献为12%—36%,MRC对SOC贡献为18%—46%。从土壤表层至母质,真菌MRC对SOC贡献高于细菌MRC。(2)结构方程模型结果表明,在土壤剖面中,MRC含量主要受到微生物-PLFA含量、容重和溶解态有机碳含量的影响。研究量化了红壤剖面中MRC对SOC的贡献,表明在20cm以下土壤及母质中,微生物残体碳对红壤地区生态系统碳库具有重要贡献。     

模拟氮沉降对温带森林土壤酶活性的影响

森林土壤酶作为土壤中最活跃组分,能影响生态系统的物质循环过程,其活性能快速反映氮沉降对土壤环境的变化。以北京地带性植被辽东栎林为研究对象,利用模拟氮沉降方法,原位设计低氮(50 kg N hm~(-2)a~(-1),N50)、高氮(150 kg N hm~(-2)a~(-1),N150)两个施氮水平,每个施氮水平设置Na NO_3、(NH_4)_2SO_4、NH4NO_33个不同的施氮类型,另设置空白对照(0 kg N hm~(-2)a~(-1),N0)。从时间格局上研究不同氮素化学形态和剂量对温带森林土壤6种酶(脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶)活性的影响。结果表明:在氮形态和水平的交互作用下,NH4NO3-N处理的脲酶活性显著高出NO~-_3-N处理的24.20%(N50),NH~+_4-N处理对酸性磷酸酶活性的影响显著高出NO~-_3-N处理的13.82%(N150);在NH~+_4-N和NH_4NO_3-N处理中,N50水平下的脲酶活性分别高出N0处理的38.90%和24.20%,差异显著。对无氮形态和水平交互作用的酶活性分析得出,不同的施氮水平,对碱性磷酸酶和多酚氧化酶的酶活性有显著促进作用,碱性磷酸酶活性在N50和N150处理下分别比N0高20.2%和11.5%,N50和N150处理对多酚氧化酶活性的促进作用分别比N0处理高64.3%和41.8%,差异显著(P0.05);NH~+_4-N处理对β-葡萄糖苷酶活性具有显著促进作用(P0.05),不同的施氮形态,对碱性磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶的酶活性无显著影响。6种酶活性均呈现了显著的时间变化,氮添加对森林土壤酶活性的时间分异规律没有显著影响。此外,土壤微生物量碳、硝态氮和铵态氮含量与酶活性具有显著相关性(P0.05)。以上结果表明,氮添加通过改变森林土壤的环境因子,影响了土壤中的水解酶和氧化酶活性,进而改变了土壤有机碳库和养分循环。     

放牧对内蒙古典型草原大针茅凋落物中土壤动物组成及其分解功能的影响

放牧是影响草地生态系统中土壤动物组成和凋落物分解的重要因素.2010—2012年,选择内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内的禁牧草地、放牧草地和沙地为研究样地,以凋落物袋法研究了大针茅凋落物分解过程中主要理化特性以及其中土壤动物群落的变化特征.共采集到土壤动物67056头52类,隶属于5门8纲,其中螨类23科,昆虫19科.大针茅凋落物的初始有机质含量为92.5%,分解780 d后分别降至40.0%(禁牧草地)和41.3%(放牧草地),差异不显著;凋落物残留率分别降低至50.0%(禁牧草地)和23.0%(放牧草地),差异显著.放牧影响下,大针茅残留凋落物中土壤动物多度显著降低.将大针茅凋落物置入沙地环境,有机质分解速率无显著变化,但凋落物残留率显著降低,螨类群落组成发生显著变化.在内蒙古典型草原环境下,放牧显著改变了植物凋落物中的土壤动物群落组成和多度,但凋落物中有机质分解速率未发生显著变化;半干旱地区土壤动物的凋落物分解功能较为微弱.     

不同放牧强度草原休牧后土壤养分和植物群落变化特征

在内蒙古典型草原,对不同放牧率草地休牧3a后的土壤养分空间异质性和植物群落的数量变化特征进行了研究,结果表明：不同放牧率草地休牧3a后,由于维持土壤养分或植被空间格局的匀质化条件消失,土壤养分的空间异质性呈不同程度的增大趋势,随机性因素所占比例增加,其中土壤有机碳、全氮、无机氮、有效磷和有效硫的空间异质性均以0．00羊/hm^2区最大,4．00羊／hm^2区（中牧区）最小,其它样地不同土壤养分指标表现不同的变化特征;群落生物量和群落盖度均表现增加趋势,但群落盖度增加不显著（P〉0．05）,与1998年相比,群落生物量除对照区外均达到了显著性差异（P〈0．05）,与1．33羊／hm^2、4．00羊／hm^2和6．67羊／hm^2相比,O．00羊／hm^2优势植物出现多样化特征;群落的灌丛化与牧压和恢复演替的时间序列高度相关,牧压越小,恢复演替的时间序列越大,群落灌丛化的趋势越明显;1年生植物、羊草、克氏针茅、木地肤、冷蒿（除6．67羊／hm^2）和扁蓿豆（除O．00羊／hm^2）均表现增加趋势,星毛委陵菜则均表现降低趋势;植物群落的生物量、群落高度、群落盖度和群落物种多样性与土壤养分分布均表现一致的正相关关系,但只有植物群落生物量和群落高度与土壤有机碳、全氮、无机氮、土壤有效磷和有效硫相关显著（P〈0．05）。     

凋落物中水溶性有机物和残渣对亚热带森林土壤氮素转化的影响

设置60%和90%WHC两种土壤水分条件,并添加凋落物过滤液、剩余残渣和丙氨酸,进行为期36 d的室内培养(25 ℃),研究了凋落物中水溶性有机物和残渣对土壤氮素转化的影响.结果表明: 在60%和90%WHC条件下,丙氨酸在土壤中迅速矿化,该处理的土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量分别比对照显著提高5.4%～44.7%和16.1%～41.3%,净氮矿化和氨化速率在培养前期也高于对照,而凋落物过滤液和残渣添加处理则降低了土壤NH₄⁺-N含量,且残渣的降幅大于过滤液.试验期间,土壤硝态氮(NO₃^--N)含量呈直线增长趋势,培养结束时60%WHC条件下NO₃^--N含量显著高于90%WHC.土壤水分含量增多不利于土壤有机质的矿化;90%WHC条件下可溶性有机碳(SOC)含量明显低于60%WHC,而土壤氧化亚氮(N₂O)排放量比60%WHC提高1.5～63.0倍,且在60%WHC条件下凋落物残渣添加处理显著促进了土壤N₂O的排放.凋落物在分解过程中的可溶性物质和剩余物对土壤氮的影响存在差异,且这种差异随分解而发生动态变化.     

内蒙古典型草原不同地形单元放牧对土壤微生物量磷及磷酸酶活性的影响

土壤微生物量磷和磷酸酶在土壤磷的有效化过程中起着极为重要的作用。过度放牧干扰微生物主导的草原土壤磷的有效化过程,地形也会驱动土壤磷的形态转化和积累。然而,地形与放牧强度的交互作用对土壤微生物参与磷活化过程的影响尚不明确,它们对不同地形单元放牧强度的响应可能存在差异。基于十年定位不同地形单元(坡地和平地)放牧试验,研究不同地形单元放牧对土壤磷酸酶活性和微生物量磷(SMBP)的影响。结果表明,地形而不是放牧显著影响土壤全磷(TP)、有机磷(P_O)、有效磷(Olsen-P)含量。坡地SMBP含量显著低于平地,平地重牧(G7.5-G9.0)显著提高了SMBP含量,而坡地放牧则对其没有显著影响。土壤碱性磷酸酶(ALP)和磷酸二酯酶(PD)活性的变化只受放牧影响,而酸性磷酸酶活性(ACP)受地形驱动。平地土壤PD、ALP活性与土壤理化性质间存在复杂的联系,且与放牧强度呈负相关关系,而坡地则只保留了土壤PD活性与磷、全氮(TN)的联系。平地和坡地的土壤ACP活性与土壤化学性质无关。土壤含水量(WC)驱动了平地和坡地SMBP和磷酸酶活性的差异,其中WC、P_O...     

氮和水分添加对内蒙古荒漠草原放牧生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分, 同时也是评价生态系统健康状况的重要指标, 对于评估退化草地恢复过程中生态系统功能具有重要意义。该研究在内蒙古四子王旗短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原长期放牧实验平台上进行, 该平台设置对照(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度(HG) 4个放牧强度。通过在4个放牧处理区设置氮、水添加实验处理, 探讨不同放牧强度背景下, 氮、水补充对荒漠草原土壤呼吸过程的影响。结果表明: (1)历史放牧强度除2015年对土壤呼吸无显著影响, 2016和2017年都有显著影响, 放牧区3年平均土壤呼吸速率基本都高于对照区。此外, 氮和水分添加显著增加了MG区土壤呼吸速率, HG区氮、水同时添加对土壤呼吸速率有显著增加作用; (2)无论是历史放牧强度, 还是氮、水添加处理, 都没有改变荒漠草原生长季土壤呼吸速率的季节动态变化趋势, 土壤呼吸速率基本表现为单峰曲线模式, 峰值出现在水热同期的7月份; (3)不同年份生长季土壤呼吸速率对氮、水处理的响应并不相同, 氮添加至第3年产生显著影响。水分添加在平水年份(2015和2017年)对土壤呼吸产生显著影响, 但在丰水年份(2016年)无显著影响。氮、水共同添加分别在CK、LG和HG区3年平均土壤呼吸速率显著高于单独加水处理, 说明氮添加的有效性依赖于水分条件, 两者表现为协同作用; (4)不同处理下荒漠草原土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)值介于1.13-2.41之间, 平均值为1.71。在无氮、水添加时, 放牧区的Q₁₀值都小于CK区, 总体表现为CK 大于 MG 大于 LG 大于 HG; 加水和氮水共同添加处理后, Q₁₀值都有明显增加, 其中NW处理下Q₁₀值都增加到2.0以上。上述结果说明在过去受不同放牧强度影响的荒漠草原在停止放牧后的恢复过程中, 土壤水分仍是影响土壤呼吸的主导环境因子, 外源氮添加只有在满足一定水分供给的基础上才起作用, 尤其是过去的重度放牧区土壤呼吸速率对氮、水补充的响应最为强烈。该研究结果可以为评估荒漠草原恢复过程中土壤呼吸速率受养分和水分影响提供基础资料和依据。     

内蒙古典型草原马粪分解特征

2008年6月-2009年9月,采用人工堆置于地表和埋入地下2种处理方法,研究了内蒙古典型草原马粪的分解特征.结果表明:在一块面积约47 hm2草场中,自由放牧100匹纯血马的情况下,马粪月输入量约为48.8 kg·hm-2,年输入量为277.1 kg·hm-2;人为控制的野外分解实验表明,马粪分解中质量损失主要发生在0～60d,损失率为45.0％,之后损失率变化较小;鲜马粪中有机物总量为77.0％,分解60d和330 d减少到48.7％和28.3％;鲜马粪中氮素以有机态为主,矿化和释放速度较慢;而磷素以无机态为主,释放速度较快.马粪埋入地下处理,可以消除风蚀和放牧牲畜践踏对粪块的破碎作用,同时改变了水蚀作用对粪中养分浓度的影响,但对有机质矿化无明显作用.     

施氮对荒漠化草原土壤理化性质及酶活性的影响

以腾格里沙漠东南缘的荒漠化草原为对象,设置添加0、1.75、3.5、7和14 g N·m^-2·a^-1 5个氮素水平,研究了施氮对该地区土壤理化性质和土壤酶活性的影响.结果表明: 施氮导致表层(0～10 cm)和下层(10～20 cm)土壤中总氮、NO₃^--N、NH₄⁺-N和有效氮的累积,土壤pH下降,对土壤有一定的酸化作用.施氮明显抑制了土壤酶活性,且不同酶活性在氮素投加水平、土层深度和年际间有所差异.土壤酶活性与土壤氮素水平、土壤pH及土壤水分之间存在显著相关关系.     

森林土壤氮转化的微生物功能研究

本文研究了不同林型下土壤(A+6层和A_1层)微生物、土壤酶活性在森林土壤氮转化中的作用。结果表明不同林型下土壤具有不同的固氮作用、反硝化作用、氨化作用和硝化作用速率,即阔叶林>针阔混交林>针叶林。已经证明,固氮作用主要存在于森林土壤的A_1层,反硝化作用主要存在于A_0层。森林土壤存在2种硝化作用过程,即由自养微生物所引起的自养硝化作用过程和异养微生物所引起的异养硝化作用过程。它的存在与林型有关,某些森林土壤中这2种硝化作用过程都存在,如针阔混交林下的A_0层和A_1层。有些林型下土壤,则以异养硝化作用过程为主,如针叶林的A_0层。