模拟氮沉降对杨树人工林土壤微生物群落结构的影响

在杨树人工林中,采用随机区组设计、野外定位模拟氮沉降试验,研究氮沉降对土壤微生物群落结构的影响。设计5个氮沉降水平,分别为:空白对照N0(0 kg·hm-2·a-1)、低氮N1(50 kg·hm-2·a-1)、中氮N2(100 kg·hm-2·a-1)、高氮N3(150 kg·hm-2·a-1)、超高氮N4(300 kg·hm-2·a-1)。从2012年5月开始在生长季(5—10月)每月进行施氮处理。施氮2年后,运用磷脂脂肪酸(PLFA)方法对0~10 cm土层中的微生物群落结构进行了测定。结果表明,施氮处理未改变微生物PLFAs总量水平,但使细菌和革兰氏阳性细菌PLFAs含量上升;中氮处理使真菌PLFAs含量显著下降,其他水平的氮处理对其影响则不显著;中氮、高氮和超高氮处理使丛枝菌根真菌和原生动物的PLFAs含量减少。除低氮处理外,其他施氮处理样地中的土壤微生物结构都发生了改变。这些结果表明,短期氮沉降会影响杨树人工林土壤微生物群落结构,并最终可能对生态系统功能产生影响。     

长期氮添加对亚热带森林土壤微生物碳源代谢多样性的影响

土壤微生物功能多样性对维持生态系统功能和稳定性具有非常重要的意义。人类活动造成全球氮沉降量激增,会引起土壤微生物群落结构和功能的改变,但是目前有关亚热带森林生态系统土壤微生物碳源利用多样性对模拟N沉降的响应还不是很清楚。依托位于鼎湖山的长达15年的长期野外模拟氮沉降试验样地平台,借助Biolog-Eco微平板技术,分析探讨了不同N添加量对季风常绿阔叶林中土壤微生物群落碳代谢功能多样性的影响差异及机制。研究结果表明:(1)与对照相比,长期低N、中N和高N量添加使土壤微生物碳源代谢活性(AWCD)分别显著降低了15.3%、32.9%和38.0%;并且显著降低了微生物碳源利用Shannon多样性指数和丰富度指数;(2)微生物对糖类、羧酸、氨基酸、胺类和酚酸类的利用随着施N水平的提高而显著降低;其中胺类最为敏感,长期高N添加下其利用强度与对照相比显著降低了80.2%;(3)主成分分析表明,不同N添加水平显著影响了土壤微生物碳源利用(P=0.001);(4)分类变异分析表明,土壤和植物因素可解释不同N水平下碳源利用差异的90.7%;(5)典型对应分析发现,土壤pH(P=0.009)是解释不同N水平添加处理间土壤微生物碳源代谢多样性差异的主要环境因子;而植被丰富度和凋落物量没有显著影响。综上所述,长期不同N添加显著影响了亚热带森林土壤微生物碳源代谢多样性,并且结果表明土壤pH是影响碳源利用多样性的主要影响因素。研究结果对于揭示全球变化影响下热带森林生态系统地下生物多样性维持机制提供了重要理论依据。     

森林土壤微生物对干旱和氮沉降的响应

干旱和氮沉降深刻影响着人类世森林生态系统的生命活动与物质循环,进而影响全球碳平衡、并反馈作用于气候变化。土壤微生物驱动元素的生物地球化学循环和关键土壤生态过程,在气候变化生物学研究方面具有核心地位和全球重要性。本文综述了干旱和氮沉降对森林土壤细菌和菌根真菌的影响。提出未来应加强全球变化多因子交互作用对土壤微生物多样性、活性与生态功能的研究;建立野外长期定位站,强化亚热带森林生态系统与全球变化研究;注重土壤生物之间互作及网络研究;利用微生物大数据建立相关的机理模型等。从认识微生物多样性和群落组成对全球变化的响应与适应,逐步发展为调控利用微生物群落服务于森林的优化管理、生态资源的合理保护与可持续利用,为充分发挥微生物减缓全球气候变化的作用提供理论基础。     

古尔班通古特沙漠土壤酶活性和微生物量氮对模拟氮沉降的响应

本文以新疆古尔班通古特沙漠为研究区,原位设定0 (N0)、0.5 (N0.5)、1.0 (N1)、3.0 (N3)、6.0 (N6)和24.0 (N24) g N m?2 a-1 6个模拟施氮浓度,研究氮沉降对土壤酶活性和微生物量N的影响。结果表明：不同浓度的氮增加未改变土壤酶活性和微生物量N原有的垂直分布格局,0 ~ 5 cm土层土壤多酚氧化酶和过氧化物酶活性分别比5 ~ 10 cm土层低11.5 ~ 29.1%和1.4 ~ 14.2%,而该土层的蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性和微生物量N则分别比5 ~ 10 cm土层高4.3 ~ 98.1%、45.3 ~ 119.0%、76.1 ~ 138.1%和77.5 ~ 162.3%。氮增加后,0 ~ 5 cm土层的土壤酶活性和微生物量N比5 ~ 10 cm土层受影响更大。低氮和中氮(N0.5～N3)增加对0 ~ 5 cm土层氧化酶活性影响较小,各处理间差异不显著;高氮(N6,N24)对该层氧化酶活性有明显抑制作用。与对照相比,N24处理下土壤多酚氧化物活性和过氧化物酶活性分别降低了22.4%和12.1%;5 ~ 10 cm土层氧化酶活性对氮增加响应不敏感,各施氮量之间差异不显著;两层土壤的蔗糖酶和碱性磷酸酶活性随氮的增加具有先增加再减少的趋势,而两层土壤的脲酶活性和土壤微生物量N随着施氮量增加分别降低和增加;随着土壤酶活性变化,土壤有效氮和微生物量N增加,有效磷先增加后减少。这些响应表明,氮增加可以改变该荒漠土壤系统的土壤酶活性和微生物量并影响土壤相关营养元素循环。     

土壤微生物数量对模拟氮沉降增加的早期响应

通过以南亚热带森林三种主要树种即荷木、锥栗和黄果厚壳桂为主的苗圃试验地的苗圃控制实验,初步探讨土壤微生物数量对模拟氮沉降增加的响应。结果表明,施氮增加对土壤微生物数量的影响根据类群和氮处理水平不同而异。总的来说,施氮增加对土壤微生物数量具有促进作用,这种促进作用对放线菌数量仅在一定(中氮)处理水平以下,超过此水平施氮增加则表现为抑制作用,而施氮对真菌数量则始终表现为抑制作用,尤其以中N处理水平的抑制作用最强。但目前细菌仍占微生物总量的绝对优势,放线菌次之,真菌则占微生物总量的比例最小。分析结果还表明,有效氮与放线菌、有效氮与细菌数量变化呈显著相关关系。     

模拟氮沉降和灌草去除对杉木人工林地土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是陆地生态系统重要的分解者和地上-地下相互作用的纽带。本文以亚热带杉木(Cunninghamia lanceolateata)人工林为对象, 通过模拟林冠层氮沉降和林下灌草去除, 设置4种处理, 包括: 对照(CK)、灌草去除(UR)、氮沉降(N)和氮沉降加灌草去除(N × UR)的野外控制实验, 研究土壤微生物群落结构的响应。本实验分别于2016年4月(春季)和10月(秋季)采集0-10 cm层土壤样品, 运用磷脂脂肪酸法(PLFAs)分析土壤微生物群落结构。结果表明: (1) 10月份土壤微生物总PLFAs量及其他类群土壤微生物PLFAs量显著高于4月份(P < 0.05), 真菌/细菌比值没有显著差异。土壤微生物PLFAs中细菌占优势, 其次为真菌, 放线菌的占比最小; (2)相比CK处理, UR处理下土壤微生物总PLFAs量、细菌PLFAs量、革兰氏阴性菌PLFAs量和放线菌PLFAs量有增加趋势, 但未达到显著差异水平(P > 0.05); (3)相对CK, UR、N和N × UR处理降低了4月份土壤微生物多样性(H°)和均匀度指数(J), 但提高了10月份土壤微生物多样性指数; (4)冗余分析表明, 土壤硝态氮和总磷含量与土壤微生物群落之间呈现显著相关。本研究表明土壤微生物PLFAs在各处理下都表现出明显的季节动态; 短期内林下灌草去除对土壤微生物PLFAs影响表现出一定的促进作用, 氮沉降对土壤微生物群落影响还不甚明显, 需要长期的监测研究来评估两者及其交互作用对土壤微生物群落及其功能的影响。     

石油污染地土壤微生物群落的碳源利用特性

应用Biolog微平板技术,研究了大庆油田开采36年的石油污染土壤不同土层（0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm）土壤微生物群落对碳源的利用特性.结果表明: 石油污染明显提高了土壤微生物群落的代谢活性,3个土层的微生物代谢强度均高于无污染土壤（CK）,不同土层之间的微生物代谢强度存在显著差异,其中20～30 cm土层的碳源代谢能力最强,其次为10～20 cm土层,0～10 cm土层最弱.石油污染使10～20 cm和20～30 cm土层土壤微生物群落对底物碳源利用种类增多,代谢功能的多样性增强,而0～10 cm土层则无明显变化.10～20 cm土层土壤微生物对底物碳源的利用由对照土壤的羧酸类居多转为石油污染土壤的碳水化合物最多,而20～30 cm土层土壤微生物对底物碳源的利用以羧酸类居多.说明石油污染土壤的微生物群落具有独特的群落结构和特点.     

太岳山油松人工林土壤呼吸对模拟氮沉降的短期响应

通过对山西太岳山油松人工林进行模拟氮沉降实验,探究土壤呼吸对模拟氮沉降刺激的短期响应动态。2015年7—8月,分3次分别对同一样地进行模拟氮沉降处理,水平皆为100 kg hm~(-2)a~(-1),同时采用LI-COR8150土壤碳通量自动观测系统全天候连续监测土壤呼吸动态,探究土壤施氮前后呼吸速率的动态变化以及呼吸速率与土壤温度和湿度的关联。结果表明:3次氮沉降处理均呈现出相同规律,土壤呼吸值在施氮后1 d内达到最大值,随即下降,在施氮后第3天土壤呼吸趋于稳定;第一、二次氮沉降处理3 d后土壤呼吸恢复到处理前的状态,并未表现出显著差异(P0.05)。第三次氮沉降处理后土壤呼吸并未恢复到施氮前的状态,土壤呼吸均值由1.99μmol m~(-2)s~(-1)显著上升到3.39μmol m~(-2)s~(-1)(P0.05)。这表明,氮处理对土壤呼吸产生了持续效应。施氮后土壤呼吸与土壤温度呈极显著(P0.001)指数相关(R_s=ae~(bT)),随着时间的推移,施氮处理解释土壤呼吸的相对贡献值由60%—69%下降到14%—59%。施氮提高了土壤温度敏感系数Q_(10)值;土壤温度和湿度(R_s=ae~(bT)W~c)能更好的解释土壤呼吸变化,解释率达到49%—91%。在全球变化的背景下,研究模拟氮沉降对土壤呼吸、Q_(10)的影响,可以对进一步模拟、预测全球暖温带地区森林碳循环和碳储量提供理论基础。     

杉木人工林凋落物分解对氮沉降的响应

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,是全球碳（C）收支的一个重要主要组成部分,正受到全球大气氮（N）沉降的深刻影响。探讨大气氮沉降条件下森林凋落物的分解,有利于揭示森林生态系统C平衡和养分循环对全球变化的响应。选择福建沙县官庄林场1992年栽种的杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林为研究对象,自2004年开始野外模拟氮沉降试验,至今12年。氮沉降处理分4个水平,N0、N1、N2和N3分别为0、60、120、240 kg N hm^-2 a^-1。2015年12月开展分解袋试验,对经过氮沉降处理12年的凋落物（叶、枝、果）进行模拟原位分解,每3个月收回一次分解袋样品,为期2年,同时测定凋落物干物质残留量及其C、N和磷（P）含量。结果表明,经2年分解后,氮沉降条件下凋落物叶、枝和果的干物质残留率平均值分别为27.68%、47.02%和43.18%,说明分解速率大小依次为叶 > 果 > 枝。凋落物叶、枝和果的分解系数平均为0.588、0.389和0.455,周转期（分解95%年限）分别为4-5年、6-8年和5-7年。低-中氮处理（N1和N2）均促进凋落物叶、枝和果的分解,以N1的效果更明显,而N3起到抑制作用。N1处理的凋落物叶、枝和果的周转期分别为：4.50年、6.09年和5.85年,N2处理的分别为4.95年、8.16年和6.19年。模拟氮沉降在一定程度上增加了凋落物叶、枝和果分解过程中的N和P含量,但降低了C含量。凋落物叶、枝和果分解过程中C元素呈现释放-富集-释放模式,N和P元素呈现释放与富集交替,除枝的N元素外,其他均表现为释放量大于富集量。     

长期施肥对红壤微生物生物量碳氮和微生物碳源利用的影响

采集湖南省祁阳县红壤长期定位施肥19年的土壤样品,分析长期不同施肥红壤的微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率,以揭示长期施肥对红壤微生物学性状的影响.结果表明：施肥19年后,有机肥单施或与化肥配合施用均显著提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率.单施有机肥的土壤微生物生物量碳、氮含量分别为231和81 mg·kg^-1,化肥有机肥配施分别为148和73 mg·kg^-1,均显著高于化肥配施秸秆、不施肥和单施化肥;施用有机肥和化肥配施秸秆的土壤微生物生物量氮占全氮的比例平均为6.0%,显著高于单施化肥和不施肥.Biolog-ECO分析中,平均吸光值(AWCD)的大小为：化肥有机肥配施、单施有机肥>对照>单施化肥、化肥配施秸秆.单施有机肥或与化肥有机肥配施增加了红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;化肥配施有机肥的红壤微生物对聚合物类碳源利用率最高,化肥配施秸秆的红壤微生物对碳水化合物类碳源的利用率最高.表明施用有机肥能显著提高红壤的微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率,提高红壤肥力,保持作物高产.     

氮沉降下杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林凋落叶分解过程中C、N元素动态变化

在12年生的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中开展模拟氮沉降试验,分N0(对照)、N1、N2、N3等4种处理,N沉降量依次为0、60、120、240 kg N hm-2 a-1,每处理重复3次.通过2 a的监测和分析发现,经N0、N1、N2、N3处理后,凋落物分解过程中C平均含量分别为46.47%、46.35%、46.79%、46.6%,各处理之间无显著差异,但均随着分解时间的增加呈下降趋势.氮沉降明显增加了凋落物中的N含量,且随着沉降水平的增加而增加.各处理凋落物C的分解系数依次为0.739、0.744、0.936、0.708,周转期为4.26 a、4.26 a、3.46 a、4.41 a;而N的分解系数分别为0.458、0.543、0.776、0.565,周转期为6.26 a、5.44 a、3.91 a、5.20 a.N1处理表现出促进N释放的作用,但对C释放影响不明显;N2处理促进了凋落物C、N元素的释放,而N3处理则表现出一定的抑制作用.氮沉降处理也明显降低了凋落物的C/N比,N1、N2、N3处理使C/N比分别比N0下降8.59%、14.20%和17.54%.     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林土壤活性有机碳库和根生物量的影响

从2008年1月起,对华西雨屏区慈竹(Neosinocalamus affinis)人工林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK,0 g.m-.2a-1)、低氮(5 g.m-.2a-1)、中氮(15 g.m-.2a-1)和高氮(30 g.m-.2a-1)。在模拟氮沉降1.5 a后,按土层深度取土样和根样,测定不同深度土壤活性有机碳含量和根生物量。结果表明,华西雨屏区慈竹林土壤有机碳、微生物量碳、浸提性溶解有机碳和活性碳含量均随土层深度的增加而减少。氮沉降显著减少了土壤微生物量碳和活性碳含量,显著增加了浸提性溶解有机碳含量,并使得土壤碳库管理指数减小。同时,慈竹林根密度在氮沉降条件下减少了12%-14%。说明氮沉降的增加减少了土壤有机碳中的活性部分,增加了土壤有机碳的淋溶流失,降低了慈竹林土壤碳库质量。同时,根系生物量的减少,间接影响了土壤微生物活动和土壤碳周转过程。在未来氮沉降持续增加的背景下,慈竹林土壤对碳的保持能力可能会下降。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

Asynchronous responses of soil microbial community and understory plant community to simulated nitrogen deposition in a subtropical forest

Atmospheric nitrogen (N) deposition greatly affects ecosystem processes and properties. However, few studies have simultaneously examined the responses of both the above- and belowground communities to N deposition. Here, we investigated the effects of 8 years of simulated N deposition on soil microbial communities and plant diversity in a subtropical forest. The quantities of experimental N added (g of N m⁻² year⁻¹) and treatment codes were 0 (N0, control), 6 (N1), 12 (N2), and 24 (N3). Phospholipid fatty acids (PLFAs) analysis was used to characterize the soil microbial community while plant diversity and coverage were determined in the permanent field plots. Microbial abundance was reduced by the N3 treatment, and plant species richness and coverage were reduced by both N2 and N3 treatments. Declines in plant species richness were associated with decreased abundance of arbuscular mycorrhizal fungi, increased bacterial stress index, and reduced soil pH. The plasticity of soil microbial community would be more related to the different responses among treatments when compared with plant community. These results indicate that long-term N deposition has greater effects on the understory plant community than on the soil microbial community and different conservation strategies should be considered.     

中亚热带地区氮沉降对杉木幼林土壤细菌群落多样性及组成的影响

大气氮沉降量持续增加已经成为当前关注的热点.土壤细菌群落作为土壤环境中大量存在的微生物,在养分循环过程中发挥着不可忽视的作用.在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点,我们在野外模拟大气氮沉降试验,通过16S rDNA扩增子测序,研究中亚热带地区杉木幼林土壤细菌群落多样性和组成对氮沉降的响应.结果表明:短期施氮对研究区的土壤细菌群落多样性和组成并未产生显著影响,但高氮处理显著改变敏感菌群相对丰度,如富营养型类群丰度增加、贫营养型类群丰度降低.土壤细菌群落的营养策略发生变化,这可能是受到了养分有效性的驱动.因此,了解土壤细菌群落和养分分配格局对氮沉降的响应,有助于提高我们对未来环境的预测能力.     

大理河沉积物微生物碳源利用特征及其影响因素

沉积物是河流生态系统中氮磷等物质循环的重要场所,而微生物是河流生态系统的重要组成部分,探究沉积物中微生物群落碳源利用特征和功能多样性对于河流生态环境保护具有重要意义。利用Biolog Eco微平板法、基于主成分分析、冗余分析阐明了大理河流域沉积物中微生物群落碳源利用强度和功能多样性变化特征及其影响因素。结果表明：（1）从流域上游到流域下游,沉积物中微生物碳源利用强度逐渐降低,与上游相比,支流、中游、下游沉积物中微生物碳源利用强度分别降低了13.4%、30.5%、30.7%。（2）沉积物中微生物群落功能多样性存在差异,沉积物中微生物群落功能多样性（Shannon-Wiener多样性指数）表现为上游 > 支流 > 中游 > 下游,常见物种优势度（Simpson多样性指数）则表现为下游 > 支流 > 中游 > 上游。（3）与微生物代谢活动相关性较高碳源为糖类,其次是氨基酸类,聚合物类、羧酸类、胺类、酚酸类与微生物代谢活动相关性较低。（4）沉积物中全氮、氨氮、硝氮、有机碳含量是影响微生物群落功能多样性和碳源利用特征差异的主要因素。流域沉积物中合适的碳、氮水平对维持河流水生态健康具有重要的意义。     

短期施氮肥降低杉木幼林土壤的根系和微生物呼吸

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程。在人工林生态系统中, 施肥不仅能提高人工林的生产力和固碳能力, 而且还会对土壤呼吸产生影响。为阐明施氮肥对人工林土壤总呼吸、根系和微生物呼吸的影响, 在中亚热带地区的湖南会同, 以5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼林为研究对象, 施氮肥1年后, 利用LI-8100对土壤呼吸进行为期12个月的野外原位定点观测。结果发现: 施氮肥使土壤总呼吸、根系呼吸和微生物呼吸分别降低了22.7%、19.6%和23.5%; 土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为1.81-2.04, 施肥使土壤微生物呼吸的Q₁₀值从对照的2.04降低为1.84, 但土壤总呼吸的Q₁₀值没有发生显著变化; 施肥没有改变土壤呼吸的季节变化, 在双因素模型中, 土壤温度和含水量可以解释土壤呼吸季节变化的69.9%-79.7%。研究表明施氮肥能降低中亚热带地区杉木人工林土壤有机碳分解对温度升高的响应, 在全球变暖背景下有利于增加土壤有机碳储量。