氮添加土壤微生物群落结构影响微生物碳利用效率

尽管近年来中国氮(N)沉降水平逐渐趋于稳定,但中国东南地区N沉降相比于其他地区仍处于较高水平。N沉降对陆地生态系统碳循环过程的影响不容忽视。微生物碳利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳转化为生物量碳的效率,高微生物CUE意味着高土壤有机碳存储潜力。因此,探究N沉降背景下微生物CUE的变化将有助于进一步认识陆地生态系统土壤碳存储的变化。然而,目前关于N沉降下微生物群落结构的变化如何影响微生物CUE鲜有报道。在福建省泉州市戴云山国家级自然保护区的罗浮栲林通过N添加模拟N沉降。实验共包括三个N添加处理：对照(CT,+0 kg hm^-2 a^-1)、低氮(LN,+40 kg hm^-2 a^-1)和高氮(HN,+80 kg hm^-2 a^-1)。测定不同处理土壤基本理化性质、微生物生物量、酶活性和CUE,并使用高通量测序对微生物群落结构和多样性进行测定。结果表明,N添加显著影响微生物CUE,随着N添加水平的增加,CUE逐渐增加;相反,土壤pH、可提取有机碳(EOC)和微...     

林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响

为了明晰林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响,以徐州市50年生侧柏人工林为研究对象,探讨了开设林窗2a后3种林窗尺度(半径分别为4m,S林窗;8m,M林窗;12m,L林窗)和位置(林窗内、林缘和林窗外部)对土壤微生物生物量碳氮(MBC,Microbial Biomass Carbon;MBN,Microbial Biomass Nitrogen)的影响。结果表明:(1)与对照样地相比,L林窗显著提高了春季(207.1mg/kg)和夏季(169.5mg/kg)林窗外部的土壤MBN含量;M林窗显著提高了春季林窗内部(2959.3mg/kg)和林缘(3008.8mg/kg)位置土壤MBC含量和林缘位置(207.7mg/kg)土壤MBN含量,且显著提高了夏季林窗内部(144.4mg/kg)土壤MBN含量;S林窗显著降低了春季林窗外部和林缘位置土壤MBC(分别为2159.2mg/kg和1955.1mg/kg)和MBN(分别为153.1mg/kg和131.3mg/kg)含量。(2)土壤MBC含量与土壤全碳和土壤可溶性有机碳(DOC)含量呈极显著(P0.01)正相关,与土壤温度呈极显著负相关(在3—27℃之间);土壤MBN含量与土壤含水量和DOC含量呈极显著正相关,与土壤全碳呈显著正相关;土壤MBC和MBN含量与凋落物量没有显著相关关系。本研究中,相对于S和L林窗,M林窗对土壤微生物生物量的提高作用较为明显,可促进侧柏人工林土壤碳氮循环过程,在徐州侧柏人工林中开设M林窗有利于提高土壤肥力和林木生长。     

高寒湿地土壤微生物区系组成对氮添加的响应

土壤微生物是土壤养分循环的关键驱动者,对土壤环境变化感应明显,氮是陆地生态系统的限制元素之一,其改变可能会给生态系统物种多样性造成一定影响.为了解高寒湿地土壤微生物组成对氮添加的响应,以青海湖流域高寒湿地为研究对象,通过(0 g·m-2、0.5 g·m-2、1 g·m-2、1.5 g·m-2、2 g·m-2、2.5 g...     

冬季作物对稻田土壤微生物量碳、氮和微生物熵的短期影响

研究不同的冬季作物马铃薯、黑麦草、紫云英、油菜在"冬季作物-双季稻"轮作种植制度下短期内对稻田土壤微生物碳、氮和微生物熵的影响,在湖南省土壤肥料研究所的实验网室内设置了小区试验.试验结果表明:几种冬季作物均提高了稻田土壤微生物碳、氮含量,黑麦草明显提高了土壤微生物量碳和微生物熵,紫云英明显提高了土壤微生物量氮.冬季作物对土壤微生物量碳和土壤微生物量氮的季节性影响变化趋势基本一致,紫云英、马铃薯处理的土壤微生物量C、N含量均在水稻生育期间8月中旬达到最大值.     

植被类型变化对土壤微生物碳利用效率的影响研究进展

植被类型变化强烈影响着土壤碳循环。土壤微生物碳利用效率（CUE）是微生物将从环境中获取的碳分配给自身生长的比例,是土壤碳循环的综合指标。研究植被类型变化对CUE的影响有助于从微生物视角理解该过程中的土壤碳动态,可以为评估植被类型变化对土壤质量及生态系统碳循环的影响提供基础,具有重要的理论及实际价值。通过系统查阅相关文献,综述了植被类型变化导致的CUE变化情况,以及该过程中影响CUE的因子与机制。目前,相关研究主要涉及以林地、草地和农业用地为起点或终点的植被变化类型。天然林（原生林、次生林）变化为人工林、林地变化为草地后CUE普遍下降,随终点植被的发展CUE可能恢复至起点水平。植被成熟度越高,发生转变时CUE变化越剧烈。植被类型变化以农业用地为起点或终点时,CUE变化方向的不确定性及幅度的变异性均增加。植被类型变化导致的CUE变化主要受到植被、土壤、微生物因子及其交互作用的驱动,指示CUE的指标、采样季节和土层也会一定程度上影响CUE的变化。今后相关研究应采用直接的CUE测定方法,拓宽研究气候区及植被变化类型,关注植被变化过程中CUE变化的土层差异及动态监测,深入对植被类型变化导致的生态环境因子变化与CUE的关系及作用机制的研究。     

川西亚高山森林土壤呼吸和微生物生物量碳氮对施氮的响应

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统。土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者。由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性。而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定?基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m~(-2) a~(-1)、N1:2 g m~(-2)a~(-1)、N2:5 g m~(-2) a~(-1)、N3:10 g m~(-2)a~(-1)),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况。结果表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11%—15%,土壤微生物量碳提高了5%—9%,土壤微生物量氮提高了23%—34%。在中氮水平下(5 g m~(-2) a~(-1))对土壤呼吸的促进最显著。相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关。通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q_(10)值(7.10)明显高于对照(4.26)。     

广东省不同土地利用方式对土壤微生物量碳氮的影响

通过野外调查与室内分析,研究了广东省韶关红壤、广州赤红壤、雷州砖红壤3个地区4种不同土地利用方式(林地、果园、草地和农田)表层土壤(0～20cm)微生物量C、N特征.研究结果表明:不同土壤类型和不同土地利用方式对土壤微生物量C、N均有一定影响,其中土地利用方式影响更为明显.不同土地利用方式下土壤微生物量C、N差异显著,均表现为果园和林地高于农田和草地.土壤有机C、全N同样以果园较高.而对微生物商分析结果表明,不同的土地利用方式对土壤有机C总量和微生物生物量C的影响程度并不一致.相关分析表明,土壤微生物量C、N与全N、有机C、速效N显著正相关;土壤微生物量C、N之间显著相关,证实土壤微生物量C、N是可以表征土壤肥力的敏感因子.     

有机肥氮投入比例对双季稻田根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响

为探明不同有机肥氮素占总氮投入的百分比对双季稻区早、晚稻各生育时期稻田根际土壤微生物的影响,本研究以大田定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法和化学分析法系统分析了施用化肥N(M₁)、30%有机肥N(M₂)、50%有机肥N(M₃)、100%有机肥N(M₄)和无N对照(M₀)5个不同施肥处理双季稻田根际土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物熵的差异.结果表明: 在早稻和晚稻各主要生育时期,施肥措施均能提高稻田根际土壤MBC、MBN和微生物熵,各施肥处理根际土壤MBC、MBN和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期为最低值;其中,各处理双季稻田根际土壤MBC、MBN、MBC/MBN值和微生物熵一般均表现为M₄＞M₃＞M₂＞M₁＞M₀,M₂、M₃和M₄处理间均无显著差异,但均显著高于M₀处理.可见,单独施用化肥措施对提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵效果有限,施用有机肥或有机无机肥配施提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的效果较好.     

氮添加对秋茄植物-土壤-微生物碳氮化学计量学及其稳态特征的影响

传统的红树林森林经营过程中片面追求红树植物的净化效益,忽视外源污染对土壤-微生物界面的伴生影响。本研究依托潮汐模拟实验室,设计有、无秋茄植物栽植2套模拟系统,探讨5个氮浓度输入对秋茄植物-土壤-微生物碳氮化学计量及其稳态特征的影响。结果表明：中低浓度氮添加有利于提高土壤微生物生物量C、N,而高浓度抑制。外源氮的添加对秋茄植物的C、N化学计量学特征影响不显著(P>0.05),但对土壤C、微生物生物量C、N及微生物生物量C∶N影响极显著(P<0.01);红树植物的存在促进了土壤微生物活性,尤其微生物生物量N提高11%～45%;土壤养分与秋茄根及土壤微生物具有较强耦合关系;氮添加下,植物地上部分C、N化学计量学内稳性呈绝对稳态,有植物组土壤微生物生物量C、N及根C∶N对土壤养分变化较为敏感;且随氮浓度升高,土壤C∶N比值下降,外源氮浓度增加加剧土壤有机质分解,导致土壤碳排放增加。     

土壤有机碳对外源氮添加的响应及其机制

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的重要组成, 在全球碳循环中发挥着重要的作用。受元素化学计量平衡调控作用, 氮输入的增加将会对土壤有机碳库产生重要影响。然而, 目前关于陆地生态系统碳库对氮添加的响应主要集中在植被碳库, 对土壤碳库研究较少, 且研究结论争议较大, 尤其对其响应机制缺少系统梳理。该文作者通过对已有文献进行梳理, 认为生态系统类型、土壤碳变化的检测方法、土壤深度, 以及土壤稳定性碳和易变碳含量的差异可能是造成当前研究土壤碳汇增量(每克氮输入所增加的碳)差异的重要原因。氮添加条件下土壤有机碳的积累机制可能包括3个方面: 1)氮添加增加了凋落物输入, 促进了碳积累; 2)氮添加减少土壤碳输出, 尤其是抑制了稳定性碳的分解; 3)促进土壤腐殖质及稳定性碳的形成。此外, 该文结合当前研究中存在的不足, 提出今后需加强对深层土壤碳、土壤可溶性有机碳的淋溶及吸附, 以及不同土壤碳组分对氮添加的响应研究, 并通过改进检测方法减少氮添加条件下碳储量的测量误差。     

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率,也称为微生物的生长效率。土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数,影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。在全球环境变化背景下,认识土壤微生物CUE的变异及其影响机制,对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。概述了CUE的定义及其测定方法,重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。基于现有研究的分析得出,土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值,分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。土壤微生物CUE在0.2—0.8的范围内变化,这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析,生物和环境要素交互影响的调控机理解析,以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。     

基于GA-BP人工神经网络的樟树林土壤呼吸对施氮响应的研究

目前开展的施氮对土壤呼吸影响研究大多基于实验观测结果,受实验地自然条件的限制,不能研究在一定条件范围内土壤呼吸对施氮响应的连续变化。通过喷洒NH_4NO_3水溶液,设置对照(C,no N added),低氮(L,5 gNm~(-2)a~(-1)),中氮(M,15gNm~(-2)a~(-1)),高氮(H,30 gNm~(-2)a~1)4种处理水平,使用GA-BP人工神经网络建立樟树林土壤呼吸对施氮响应的模型,并将模拟结果使用响应曲面法展示,研究土壤呼吸对施氮响应的变化。研究结果表明,施氮对樟树林土壤呼吸既有抑制作用又有促进作用,其程度是由土壤温湿度条件决定的,总体上使得施氮对土壤呼吸在低土壤湿度的条件下主要表现为促进作用,在高土壤湿度条件下主要表现为抑制作用,在一部分土壤温湿度组合下表现为无明显作用。GA-BP人工神经网络模型以其特性,可以模拟土壤呼吸对施氮响应的连续变化,并在一定程度上解释了施氮量、土壤呼吸、土壤温度和土壤湿度之间复杂的数学关系。     

不同环境条件下土壤微生物对模拟大气氮沉降的响应

研究了林内及林缘两个生境中,在有苔藓覆盖和无苔藓覆盖条件下,人工加氮对土壤理化性质及土壤微生物群落的影响。结果显示加氮使土壤pH下降,有效态氮和有效态磷的含量上升,但不同生境及有无苔藓植物覆盖在一定程度上影响土壤理化性质及其对加氮的反应。苔藓植物覆盖可以缓解加氮引起的土壤酸化及有效氮含量上升压力,促进有效态磷含量上升。不同生境中,土壤微生物对氮沉降的响应亦不同。低氮使林缘生境土壤微生物的胁迫程度减小,中高氮使其胁迫程度上升,而任何加氮均增加林内生境中土壤微生物的胁迫程度。两个生境中,苔藓植物覆盖均可以缓解过量氮沉降对土壤微生物造成的压力,降低过量氮沉降对土壤微生物的伤害,提高土壤微生物的代谢活性。     

Microbial activity and soil respiration under nitrogen addition in Alaskan boreal forest

Climate warming could increase rates of soil organic matter turnover and nutrient mineralization, particularly in northern high‐latitude ecosystems. However, the effects of increasing nutrient availability on microbial processes in these ecosystems are poorly understood. To determine how soil microbes respond to nutrient enrichment, we measured microbial biomass, extracellular enzyme activities, soil respiration, and the community composition of active fungi in nitrogen (N) fertilized soils of a boreal forest in central Alaska. We predicted that N addition would suppress fungal activity relative to bacteria, but stimulate carbon (C)‐degrading enzyme activities and soil respiration. Instead, we found no evidence for a suppression of fungal activity, although fungal sporocarp production declined significantly, and the relative abundance of two fungal taxa changed dramatically with N fertilization. Microbial biomass as measured by chloroform fumigation did not respond to fertilization, nor did the ratio of fungi : bacteria as measured by quantitative polymerase chain reaction. However, microbial biomass C : N ratios narrowed significantly from 16.0 ± 1.4 to 5.2 ± 0.3 with fertilization. N fertilization significantly increased the activity of a cellulose‐degrading enzyme and suppressed the activities of protein‐ and chitin‐degrading enzymes but had no effect on soil respiration rates or ¹⁴C signatures. These results indicate that N fertilization alters microbial community composition and allocation to extracellular enzyme production without affecting soil respiration. Thus, our results do not provide evidence for strong microbial feedbacks to the boreal C cycle under climate warming or N addition. However, organic N cycling may decline due to a reduction in the activity of enzymes that target nitrogenous compounds.     

暖温带森林土壤微生物量、群落结构和活性对植物地下碳源的响应

该研究以典型的亚热带—温带过渡区森林为对象,采用野外过程监测和控制试验相结合的方法,利用磷脂脂肪酸和土壤胞外酶活性分别表征土壤微生物群落结构和活性,并结合微环境因子,重点探究土壤微生物生物量、群落结构和活性对植物地下碳输入的响应特征。结果表明：在观测周期内,处理均能显著降低三组年龄段林分的土壤微生物量碳,其变化幅度在－8.72％~－5.72％之间,其中在80年的林分中降幅最大,而在160年的林分中降幅最小;微生物量氮的变化规律与相应的微生物量碳的变化规律相似,但与对照相比其差异性均未达到显著性水平;另外,经壕沟处理2~4个月后,所有林分的土壤微生物量碳和氮与对照相比出现增加的现象。处理均能对三组年龄段林分的土壤微生物群落结构产生不同程度的影响,其中40年林分的土壤微生物群落对处理的响应程度要高于另外两个年龄段的林分;与对照相比,壕沟处理样方的腐生真菌的相对丰富度均下降明显,其中在40年和80年林分中的下降幅度达到显著水平,而细菌、放线菌和丛枝菌根真菌均无明显变化;壕沟处理样方的水解酶(β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-葡萄糖苷酶)活性均显著下降,而氧化酶(酚氧化酶和过氧化物酶)活性的变化相对较小,除80年的林分外,其余林分均不显著。此外,处理均不能显著影响土壤的含水量和温度。该研究结果为初步阐明全球气候变化背景下森林土壤微生物结构及其功能的变化特征以及更加精确预测未来森林土壤碳的变化趋势提供了科学依据。     

氮添加对多伦草原土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响

人类活动导致氮和磷输入到草原生态系统,对土壤有机碳循环产生影响,但是土壤微生物呼吸(Soil microbial respiration,Rs)及其温度敏感性(Q₁₀)对于氮沉降和磷有效性增加的响应还存在争议。因此,依托多伦草原氮添加样地(0、50 kg N hm^-2 a^-1和100 kg N hm^-2 a^-1),并添加磷进行室内恒温培养(10℃和15℃),研究氮添加和磷有效性增加对Rs及其Q₁₀的影响。结果发现:氮添加显著降低胞壁酸含量和显著增加真菌丰富度(Fungal richness, F-richness)。与N0处理相比,N50和N100处理使累积呼吸量显著降低了61.2%和67.1%,但Q₁₀显著升高了32.7%和50.8%;磷有效性增加没有对累积呼吸量及其Q₁₀产生显著影响。逐步回归结果表明,F-richness和pH值分别是累积呼吸量及其Q₁₀最重要的影响因子。研究表明氮添加...     

黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异

以采自于黄土高原差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,对黄土高原主要类型土壤中微生物量碳(Bc)、微生物量氮(BN)和氮素矿化势(NO)的差异性进行了比较研究.结果表明,Bc、BN和NO在不同类型土壤间存在显著差异,由关中平原至陕北风沙区,BC、Bn和NO总体呈现下降趋势,其中以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润砂质新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土等各土类平均BC分别为305.2μg·g-1,108.4μg·g-1,161.7μg·g-1和125.4μg·g-1,BN分别为43.8μg·g-1,20.3μg·g-1,26.0μg·g-1和30.6μg·g-1,NO分别为223μ·g-1,75μg·g-1,163μg·g-1和193μg·g-1.土壤氮素矿化速率(k)则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的k分别为0.039w-1,0.044w-1,0.031w-1和0.019w-1.不同类型土壤BC、BN与NO的差异,主要与土壤形成过程、输入土壤的植物同化产物和土壤有机质的差异等有关,从较大尺度进一步证明了在黄土高原,土壤有机质是影响BC、BN的主要因子.研究结果对分析黄土高原土壤生产力形成过程具有一定参考价值.