鼎湖山季风常绿阔叶林土壤微生物量碳和有机碳对模拟酸雨的响应

在鼎湖山季风常绿阔叶林设置人工模拟酸雨实验,研究土壤总有机碳含量、微生物量碳含量、土壤p H值和土壤呼吸速率几个指标对不同酸处理梯度(CK:p H值4.5的天然湖水;T1:p H值4.0;T2:p H值3.5;T3:p H值3.0)的响应。结果表明,在模拟酸雨的持续作用下,样地土壤酸化有加剧趋势。2011年的6月(CK:(603.76±46.18)mg/kg,T1:(565.41±44.48)mg/kg,T2:(521.58±30.92)mg/kg,T3:(509.49±19.40)mg/kg)、12月(CK:(488.92±22.71)mg/kg,T1:(379.65±49.46)mg/kg,T2:(346.08±33.81)mg/kg,T3:(318.00±52.35)mg/kg)和2012年6月(CK:(540.48±39.11)mg/kg,T1:(492.30±43.15)mg/kg,T2:(489.65±51.39)mg/kg,T3:(428.53±49.66)mg/kg)3次测定的土壤微生物量碳含量有随模拟酸雨强度增加而显著降低的趋势,高强度的酸处理T3显著低于CK值(P0.05);土壤呼吸速率在各处理中的响应与土壤微生物量碳含量变化一致。由于旱季和湿季的土壤温湿度相差较大,以上各指标在旱湿两季的差异明显,表现为湿季大于旱季。由于土壤总有机碳含量变化缓慢,其在各酸梯度处理下无显著差异(P0.05)。以上结果显示,长期酸雨作用使土壤酸化不断加剧,并降低了土壤微生物量碳的含量,抑制了土壤的呼吸速率,有利于土壤碳的累积,但对土壤总有机碳的影响仍需长期实验研究。     

生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响

以小麦-玉米轮作交替种植下的田间试验为平台,探讨施用生物炭及3种炭基硝酸铵氮肥对土壤主要化学肥力因子、土壤微生物量碳、氮和酶活性的影响。田间试验共设6个处理,依次为:对照(施磷、钾肥,CK);生物炭(BC);硝酸铵氮肥(AN);掺混型生物炭基氮肥(CH);固-液吸附型生物炭基氮肥(XF);化学反应型生物炭基氮肥(FY)。结果表明,生物炭及3种生物炭基氮肥均显著提高土壤有机碳含量,并有效降低了有效磷和速效钾的含量。与CK处理相比较,CH、BC处理的土壤微生物量碳含量分别增加了22.10%、17.45%,而AN、XF、FY 3个处理则分别减少了9.09%、10.86%、1.46%;不同施肥处理土壤微生物量氮较CK均有增加,且BC、XF处理差异达显著水平,BC处理的增幅最大,达66.53%,XF处理的增幅次之,达到了62.78%,AN处理的增幅最小,为24.86%。与CK处理比较而言,FY、XF、CH均增加土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性,且增加效应均依次减弱,FY、XF处理均增加碱性磷酸酶活性,而CH处理降低了碱性磷酸酶活性。FY、XF、CH较CK处理均可显著增加小麦产量,增产率分别为36.61%、22.58%、20.72%,且增产效果依次减弱。     

土壤溶解性有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用

土壤溶解性有机碳(DOC)是有机碳库的活跃组分,在陆地生态系统碳循环中发挥重要作用.本文从碳循环重要性着手,综述了土壤DOC在土壤碳固持与温室气体排放中的作用;结合我国的现实情况(如土壤酸化、气候变暖等),探讨了土壤DOC的相关影响因素如土壤性质、环境因素、人为活动对土壤DOC的影响及作用机制,对进一步理解土壤DOC在陆地生态系统碳循环与温室气体减排中的作用具有重要意义.     

秦岭典型林分土壤活性有机碳及碳储量垂直分布特征

采用野外调查结合室内分析的方法,2013年8月分析了秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区,Ⅰ)、油松(Ⅱ)、华山松(Ⅲ)、松栎混交林(Ⅳ)、云杉(Ⅴ)、锐齿栎(辛家山林区,Ⅵ)土壤剖面上活性有机碳及碳储量的分布规律.结果表明: 研究区各林分土壤的有机碳、微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳含量均随着土层深度的增加而不断减小;在整个土壤剖面(0～60 cm)上,云杉和松栎混交林的土壤有机碳和水溶性碳含量明显高于其余林分,不同林分的土壤有机碳和水溶性碳含量的平均值大小均为Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ;各林分不同土层的微生物生物量碳在71.25～710.05 mg·kg^-1,不同林分的土壤微生物生物量碳大小依次为Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅵ;整个土壤剖面上,松栎混交林的土壤易氧化态碳含量降幅最大,不同林分土壤易氧化态碳含量的平均值大小为Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅵ.3种活性有机碳占有机碳的比例在不同林分类型中没有表现出一致的规律性.各林分0～60 cm土层的有机碳储量大小为Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅵ＞Ⅱ.各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳两两之间均表现为极显著相关,各林分的土壤微生物生物量碳、水溶性碳、易氧化态碳与土壤有机碳、全氮之间的相关性均表现为显著或极显著水平,与碳氮比、pH、土壤水分、土壤容重的相关关系不显著.     

熏蒸法测定土壤微生物量碳的改进

自从Ｊｅｎｋｉｎｓｏｎ和Ｐｏｗｌｓｏｎ［１］创造熏蒸培养方法测定土壤微生物量碳，发展到用多种方法来测定土壤微生物量，如土壤ＡＴＰ含量分析方法［２］，基质诱导呼吸法［３］，精氨酸氨化法［４］，熏蒸浸提法［５］，脂肪酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ等微生物细胞成分分析...     

淹水培养条件下土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有机碳、氦的动态

以洞庭湖区2个典型水稻土（红黄泥和紫潮泥）为对象,研究了25℃、淹水培养条件下稻草-硫铵配施和单施硫铵处理土壤微生物生物量碳、氮（SMBC、SMBN）和可溶性有机碳、氦（SDOC、SDON）的动态变化．结果表明,SMBC、SMBN和SDOC、SDON在培养前期达到峰值,之后降低,并趋于稳定．添加底物后,2种土壤不同处理土壤微生物生物量碳与有机碳（SMBC／TC）和土壤微生物生物量氮与全氮（SMBN／TN）的平均值都在2％-3％之间变化;可溶性碳与全碳（SDOC／TC）的平均值为1％左右,可溶性氮与全氮（SDON／TN）平均值为5％-6％．2种土壤中SMBC峰值单施硫铵处理最大,但与稻草-硫铵配施处理差异均不显著;SMBN、SDOC和SDON峰值稻草-硫铵配施最大．稻草．硫铵配施与单施硫铵处理中,低肥力红黄泥的SMBN、SDOC和SDON峰值差异显著;而高肥力紫潮泥SMBN和SDOC峰值差异不显著．前7d,SMBC／SMBN〈10;14d后,同一时刻单施硫铵处理SMBC／SMBN〉稻草．硫铵配施．不同处理的SDOC!SDON3d时最大．28d时最小．     

南昌城乡梯度绿地土壤水溶性有机碳变异及其对温度的响应特征

以南昌城区-郊区-乡村梯度森林、灌丛和草地3种绿地为对象,选取典型样地,采集表层土壤,测定初始状态和5、15、25、35、45 ℃恒温培养30 d后土壤水溶性有机碳（WSOC）含量.结果表明： 3种绿地的WSOC均值表现为城区高于乡村,WSOC占土壤总有机碳（TOC）的百分比（WSOC/TOC）表现为乡村高于城区（P<0.05）,但WSOC及WSOC/TOC在3种绿地间无显著差异.城乡梯度WSOC对培养温度的响应格局总体表现为5 ℃培养条件下乡村高于城区,45 ℃为城区高于乡村,郊区介于中间.WSOC的温度响应变异系数为森林和灌丛低于草地,且3种绿地均表现为沿城乡梯度呈增加趋势.WSOC与TOC、全氮和有效磷呈显著正相关,WSOC的温度响应变异系数与有效磷呈显著负相关.外源物输入可导致城区绿地WSOC含量增加,但城市环境有利于WSOC的稳定,估计与城区有效磷含量较高有关.     

喀斯特森林自然恢复中土壤微生物生物量碳与水溶性有机碳特征

2011年9月,采用空间代替时间方法,研究了贵州茂兰国家级自然保护区退化喀斯特森林自然恢复中土壤微生物生物量碳和水溶性有机碳特征.结果表明:研究期间,土壤微生物生物量碳含量、基础呼吸随土壤深度增加而减少,随自然恢复的进程而增加;微生物熵随土壤深度增加和恢复的进程增加;水溶性有机碳含量随土壤深度增加而减少,随自然恢复的进程表层土增加,下层先增加后减少;水溶性有机碳与有机碳的比值随土壤深度增加而增加,随自然恢复的进程而减少;土壤质量、有机碳的质与量随自然恢复的进程而提高,其中微生物量碳变化最大,而水溶性有机碳变化不显著.     

黄土高原不同乔木林土壤微生物量碳氮和溶解性碳氮的特征

选取黄土丘陵区子午岭4种不同乔木林下的0—5 cm和5—20 cm的土壤为研究对象,通过氯仿熏蒸浸提方法测定了微生物量碳氮、溶解性碳氮以及土壤的理化性质。研究结果表明,不同乔木林下0—5 cm土层土壤微生物量氮(MBN)土壤微生物量碳(MBC)均表现为:辽东栎侧柏油松刺槐,5—20 cm土层为:侧柏辽东栎油松刺槐,说明不同乔木林对土壤表层和下层的微生物量有明显的影响。上层土壤溶解性碳(DOC)、溶解性氮(DON)大于下层土壤。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)在4—8之间,MBC/MBN、MBN、MBC均表现为随着土层的深度逐渐降低的趋势。MBC与MBN具有显著的正相关性,MBN、MBC与有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、MBC/MBN、溶解性碳与微生物量碳之和(DOC+MBC)、溶解性氮与微生物量氮之和(DON+MBN)呈现出极显著的正相关性(P0.01)。DOC+MBC、DON+MBN比DOC、DON、MBC、MBN更能反映土壤微生物量与活性碳氮库。总体来说,人工刺槐林对土壤碳氮库的增加有一定的作用,但是相对于辽东栎和侧柏等天然次生林有一定的差距。     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

小叶章湿地土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳的分布特征

利用野外原位观测方法,研究了三江平原不同水分条件下2类小叶章湿地土壤微生物量碳和可溶性有机碳的分布特征,并探讨了其影响因素。结果表明,5—9月小叶章湿草甸湿地表层土壤（0～20 cm）微生物生物量碳和可溶性有机碳平均值分别为769.2和312.3 mg·kg^-1,小叶章沼泽化草甸湿地土壤的相应值为2447.3和404.4 mg·kg^-1,其分别占总有机碳的2.50%和1.03%以及3.53%和0.59%。2类有机碳活性组分均具有明显的季节变化特征,且剖面含量随深度的增加呈递减趋势。有机质的输入、腐殖质含量和水分条件是影响小叶章湿地土壤微生物量碳和可溶性有机碳分布的主要因素。     

淹水培养条件下土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮的动态

以洞庭湖区2个典型水稻土(红黄泥和紫潮泥)为对象,研究了25 ℃、淹水培养条件下稻草硫铵配施和单施硫铵处理土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)和可溶性有机碳、氮(SDOC、SDON)的动态变化.结果表明,SMBC、SMBN和SDOC、SDON在培养前期达到峰值,之后降低,并趋于稳定.添加底物后,2种土壤不同处理土壤微生物生物量碳与有机碳(SMBC/TC)和土壤微生物生物量氮与全氮(SMBN/TN)的平均值都在2%～3%之间变化;可溶性碳与全碳(SDOC/TC)的平均值为1%左右,可溶性氮与全氮（SDON/TN)平均值为5%～6%.2种土壤中SMBC峰值单施硫铵处理最大,但与稻草 硫铵配施处理差异均不显著;SMBN、SDOC和SDON峰值稻草 硫铵配施最大. 稻草-硫铵配施与单施硫铵处理中,低肥力红黄泥的SMBN、SDOC和SDON峰值差异显著;而高肥力紫潮泥SMBN和SDOC峰值差异不显著.前7 d,SMBC/ SMBN＜10;14 d后,同一时刻单施硫铵处理SMBC/SMBN＞稻草-硫铵配施.不同处理的SDOC/SDON 3 d时最大,28 d时最小.     

淹水培养条件下土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮的动态

以洞庭湖区2个典型水稻土(红黄泥和紫潮泥)为对象,研究了25 ℃、淹水培养条件下稻草-硫铵配施和单施硫铵处理土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)和可溶性有机碳、氮(SDOC、SDON)的动态变化.结果表明,SMBC、SMBN和SDOC、SDON在培养前期达到峰值,之后降低,并趋于稳定.添加底物后,2种土壤不同处理土壤微生物生物量碳与有机碳(SMBC/TC)和土壤微生物生物量氮与全氮(SMBN/TN)的平均值都在2%～3%之间变化;可溶性碳与全碳(SDOC/TC)的平均值为1%左右,可溶性氮与全氮(SDON/TN)平均值为5%～6%.2种土壤中SMBC峰值单施硫铵处理最大,但与稻草-硫铵配施处理差异均不显著;SMBN、SDOC和SDON峰值稻草-硫铵配施最大.稻草-硫铵配施与单施硫铵处理中,低肥力红黄泥的SMBN、SDOC和SDON峰值差异显著;而高肥力紫潮泥SMBN和SDOC峰值差异不显著.前7 d,SMBC/SMBN＜10;14 d后,同一时刻单施硫铵处理SMBC/SMBN＞稻草-硫铵配施.不同处理的SDOC/SDON 3 d时最大,28 d时最小.     

Influence of elevated CO2 and nitrogen nutrition on rice plant growth,soil microbial biomass,dissolved organic carbon and dissolved CH4

Rice (Oryza sativa) was grown in six sunlit, semi-closed growth chambers for two seasons at 350 L L^–1 (ambient) and 650 L L^–1 (elevated) CO₂ and different levels of nitrogen (N) supplement. The objective of this research was to study the influence of CO₂ enrichment and N nutrition on rice plant growth, soil microbial biomass, dissolved organic carbon (DOC) and dissolved CH₄. Elevated CO₂ concentration ([CO₂]) demonstrated a wide range of enhancement to both above- and below-ground plant biomass, in particular to stems and roots (for roots when N was not limiting) in the mid-season (80 days after transplanting) and stems/ears at the final harvest, depending on season and the level of N supplement. Elevated [CO₂] significantly increased microbial biomass carbon in the surface 5 cm soil when N (90 kg ha^–1) was in sufficient supply. Low N supplement (30 kg ha^–1) limited the enhancement of root growth by elevated [CO₂], leading consequently to diminished response of soil microbial biomass carbon to CO₂ enrichment. The concentration of dissolved CH₄ (as well as soil DOC, but to a lesser degree) was observed to be positively related to elevated [CO₂], especially at high rate of N application (120 kg ha^–1) or at 10 cm depth (versus 5 cm depth) in the later half of the growing season (at 80 kg N ha^–1). Root senescence in the late season complicated the assessment of the effect of elevated [CO₂] on root growth and soil organic carbon turnover and thus caution should be taken when interpreting respective high CO₂ results.     

Effects of coral reef benthic primary producers on dissolved organic carbon and microbial activity

Benthic primary producers in marine ecosystems may significantly alter biogeochemical cycling and microbial processes in their surrounding environment. To examine these interactions, we studied dissolved organic matter release by dominant benthic taxa and subsequent microbial remineralization in the lagoonal reefs of Moorea, French Polynesia. Rates of photosynthesis, respiration, and dissolved organic carbon (DOC) release were assessed for several common benthic reef organisms from the backreef habitat. We assessed microbial community response to dissolved exudates of each benthic producer by measuring bacterioplankton growth, respiration, and DOC drawdown in two-day dark dilution culture incubations. Experiments were conducted for six benthic producers: three species of macroalgae (each representing a different algal phylum: Turbinaria ornata – Ochrophyta; Amansia rhodantha – Rhodophyta; Halimeda opuntia – Chlorophyta), a mixed assemblage of turf algae, a species of crustose coralline algae (Hydrolithon reinboldii) and a dominant hermatypic coral (Porites lobata). Our results show that all five types of algae, but not the coral, exuded significant amounts of labile DOC into their surrounding environment. In general, primary producers with the highest rates of photosynthesis released the most DOC and yielded the greatest bacterioplankton growth; turf algae produced nearly twice as much DOC per unit surface area than the other benthic producers (14.0±2.8 µmol h⁻¹ dm⁻²), stimulating rapid bacterioplankton growth (0.044±0.002 log10 cells h⁻¹) and concomitant oxygen drawdown (0.16±0.05 µmol L⁻¹ h⁻¹ dm⁻²). Our results demonstrate that benthic reef algae can release a significant fraction of their photosynthetically-fixed carbon as DOC, these release rates vary by species, and this DOC is available to and consumed by reef associated microbes. These data provide compelling evidence that benthic primary producers differentially influence reef microbial dynamics and biogeochemical parameters (i.e., DOC and oxygen availability, bacterial abundance and metabolism) in coral reef communities.     

Soil microbial activity in relation to dissolved organic matter properties under different tree species

Background and aims

The total concentration of dissolved organic carbon (DOC) has often been observed to correlate positively with soil microbial respiration. The aim was to explain the correlation with the properties of dissolved organic matter (DOM).

Methods

A dataset from previously published papers was gathered together and subjected to multivariate analyses. Samples were collected from five tree species experiments in Finland. The degradability of DOM was assessed by measuring bacterial and fungal growth in DOM. The chemical properties of DOM were assessed by XAD resin fractionation and molecular weight. Soil microbial activity was assessed as C and N mineralization and microbial biomass.

Results

Both low and high molecular weight compounds, as well as hydrophilic neutral compounds, seemed to be relatively easily degradable. In contrast to our presupposition, easily degradable DOM seemed to be less abundant in soil where variables describing microbial activity were higher. Birch soil with higher microbial biomass N seemed to contain less easily degradable DOM than spruce soil.

Conclusion

We suggest that DOM collected and characterized at a certain point reflects more the accumulation of refractory compounds following high microbial activity than the easily degradable compounds that microbes would be using when measured.

     

亚热带区4种林地土壤微生物生物量碳氮磷及酶活性特征

在位于亚热带丘陵区的长沙县大山冲林场选取地域毗邻、环境条件(立地、土壤、气候)基本一致的杉木人工林(CL)和3种次生林:马尾松-柯(又名石栎)针阔混交林(PM-LG)、南酸枣落叶阔叶林(CA)、柯-青冈常绿阔叶林(LG-CG),每种林地随机设置5个20 m×20 m的样地,分别采集表层(0—15 cm)和亚表层(15—30 cm)土壤样品,测定土壤微生物生物量碳(B_C)、氮(B_N)、磷(B_P)和蔗糖酶(INV)、脲酶(URE)、酸性磷酸酶(ACP)、过氧化氢酶(CAT)活性,分析4种林地土壤微生物生物量和酶活性及其与土壤化学性质的关系。结果表明:表层和亚表层土壤B_C、B_N、B_P和ACP活性依次为:CA LG-CG PM-LG CL,INV和URE活性依次为:LG-CG CA PM-LG CL,CAT活性依次为:CA PM-LG LG-CG CL,说明森林植被恢复对土壤微生物生物量和酶活性有明显的促进作用。通径分析表明,土壤B_C、B_N、B_P的直接影响因素和主要影响因素分别为SOC和TN/TP,TN和TN/TP,TP和SOC/TP,而TN/TP与B_C之间,TN与B_N之间具有较强的负相关;INV、ACP活性的直接影响因素主要是TN、TN/TP,其中TN/TP与INV、ACP活性具有较强的负相关;URE、CAT活性分别为B_P/TP和B_P,B_C/SOC和SOC,其中B_P与URE活性具有较强的负相关,B_C/SOC、SOC两者与CAT活性具有较强的正相关。此外,土壤B_C、B_N、B_P以及INV、URE、ACP、CAT活性的剩余余项通径系数较低,说明土壤化学性质对土壤微生物生物量,以及土壤化学性质和微生物生物量对土壤酶活性具有较大的影响。土壤B_C、B_N、B_P之间及其与土壤酶活性呈显著正相关。