浓度升高对森林土壤微生物呼吸与根（际）呼吸的影响

根呼吸与微生物呼吸的作用底物不同,二者对高浓度CO₂的响应机理及敏感程度亦不同。在大气CO₂浓度升高的背景下,精确区分根呼吸与微生物呼吸是构建森林生态系统碳循环模型和预测森林生态系统碳源/汇关系所必需的。根（际）呼吸与微生物呼吸对高浓度CO₂的响应呈增加、降低或无明显变化等不同趋势,根（际）呼吸变化主要与根生物量明显相关,细根的作用大于粗根;土壤微生物呼吸变化存在较大的不确定性,微生物量和微生物活性与土壤微生物呼吸相关或不相关。根系统对高浓度CO₂的响应会潜在地影响微生物的代谢底物,进而影响微生物呼吸强度。凡影响土壤总呼吸的生物与非生物因子都会直接或间接地影响根呼吸与土壤微生物呼吸。     

大气二氧化碳浓度升高对植物根际微生物及菌根共生体的影响

综述了大气CO2浓度升高条件下,植物根际土壤环境、根际土壤微生物和植物菌根形成的变化趋势等方面的研究进展,CO2浓度升高,运转到根系的碳水化合物增加,根际环境、根际微生物活性、微生物群落结构以及菌根共生体的形成发生变化．提出在CO2浓度升高条件下,根际微生物和菌根真菌群落的变化对植物群落和陆地生态系统碳动态的调节是今后的研究趋向。     

大气CO2浓度升高对农田土壤微生物及其相关因素的影响

综述了大气CO2浓度升高条件下,农田土壤微生物区系、土壤呼吸、土壤微生物生物量;植物-微生物共生体--内生菌根、根瘤及其与农田土壤微生物活动相关因素发生的变化。该方面的研究虽然受实验条件限制,在国内外开展研究的持续时间较短,但现有的研究表明,大气CO2浓度升高主要通过影响植物生长而间接影响农田土壤微生物活性。     

CO2浓度升高对森林土壤微生物呼吸与根（际）呼吸的影响

 根呼吸与微生物呼吸的作用底物不同,二者对高浓度CO₂的响应机理及敏感程度亦不同。在大气CO₂浓度升高的背景下,精确区分根呼吸与微生物呼吸是构建森林生态系统碳循环模型和预测森林生态系统碳源/汇关系所必需的。根（际）呼吸与微生物呼吸对高浓度CO₂的响应呈增加、降低或无明显变化等不同趋势,根（际）呼吸变化主要与根生物量明显相关,细根的作用大于粗根;土壤微生物呼吸变化存在较大的不确定性,微生物量和微生物活性与土壤微生物呼吸相关或不相关。根系统对高浓度CO₂的响应会潜在地影响微生物的代谢底物,进而影响微生物呼吸强度。凡影响土壤总呼吸的生物与非生物因子都会直接或间接地影响根呼吸与土壤微生物呼吸。     

大气CO_2浓度升高与森林群落结构的可能性变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动 ,概述了大气 CO2浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气 CO2 浓度升高出现了额外多的 C,供应 ,讨论了以这些额外多的 C经大气 -植物 -土壤途径的流动走向 ,来研究大气 CO2 浓度的升高 ,与森林结构的相互作用 ,探讨了大气 CO2 浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率、营养循环的潜在效应以及气温上升对森林植物产生的可能性影响 ,这些受影响的生物要素和生态过程 ,会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构的改变。     

全球变化背景下大气CO_2浓度升高与森林群落结构和功能的变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动。概述了全球变化背景下大气 CO2 浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气 CO2 浓度升高出现了额外多的 C供应 ,讨论了以这些额外多的 C经大气—植物—土壤途径的流动走向来研究大气 CO2 浓度的升高与森林结构和功能的相互作用 ,探讨了大气 CO2 浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率以及营养循环的潜在效应 ,这些受影响的生物要素和生态过程会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构和功能的改变。还提出了一个假设性的概念性框架 ,描述大气 CO2 升高引起的森林结构和功能变化的内在机理。     

土壤微生物对气候变暖和大气N沉降的响应

气候变暖和大气N沉降是近一、二十年来人们非常关注的全球变化现象,它们所带来的一系列生态问题已成为全球变化研究的重要议题。它们不仅影响地上植被生长和群落组成,还直接或间接地影响土壤微生物过程,而土壤微生物对此做出的响应正是生态系统反馈过程中非常重要的环节。该文分别从气候变化对土壤微生物的影响(土壤微生物量、微生物活动和微生物群落结构)和土壤微生物对气候变化的响应(凋落物分解、养分利用与循环以及养分的固持与流失)两个角度,综述近期土壤微生物对气候变暖和大气N沉降响应与适应的研究进展。气候变暖和大气N沉降对土壤微生物的影响更多地反映在微生物群落的结构和功能上,而土壤微生物量、微生物活动和群落结构的变化又会通过改变凋落物分解、养分利用和C、N循环等重要的土壤生态系统功能和过程做出响应,形成正向或负向反馈,加强或削弱气候变化给整个陆地生态系统带来的影响。然而,到目前为止土壤微生物的响应对陆地生态系统产生的最终结果仍是未决的关键性问题。     

臭氧对生态系统地下过程的影响

对流层中高浓度的臭氧是一种严重危害植物的大气污染物,臭氧浓度的升高会对作物、林木等产生一系列的损害。本文综述了大气臭氧浓度升高对生态系统地下过程的影响,包括植物根系、根系分泌物、菌根、土壤-根呼吸、土壤酶以及土壤微生物的影响研究进展;阐述了目前研究中存在的争论以及今后需要研究的领域和方向。     

复合群落土壤微生物和酶活性对大气CO2浓度和温度升高的响应

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究川西亚高山林线复合群落根际、非根际土壤微生物数量以及根际、非根际土壤酶活性对大气CO2浓度升高(环境CO2浓度+350(±25)μmol.mol-1,EC)和温度升高(环境温度+2.0(±0.5)℃,ET)及其两者同时升高(ECT)的响应。结果表明:(1)与对照(CK)相比,EC、ET和ECT处理能够增加土壤根际微生物数量,但不同微生物种类对EC、ET和ECT的反应有所差异。(2)不同种类的根际土壤酶对EC、ET和ECT的响应不同。(3)与CK相比,EC、ET和ECT的非根际土壤微生物数量以及非根际土壤酶活性均无显著提高。(4)EC、ET和ECT处理对复合群落土壤微生物总数的根际效应明显;除ET处理的转化酶为负根际效应,其余处理的过氧化氢酶,脲酶及转化酶均表现为正根际效应。     

长白山土壤微生物群落结构及酶活性随海拔的分布特征与影响因子

长白山是由火山喷发形成的山地生态系统,是研究生态系统重建和演替过程的天然实验室。以长白山西坡垂直带中的亚高山针叶林带、亚高山岳桦林带、高山草甸带、高山苔原带土壤为研究对象,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)和微孔板法分别测定土壤微生物群落结构及酶活性,探讨(1)长白山西坡微生物群落结构及酶活性沿海拔的分布特征;(2)垂直带植被因子、土壤因子对微生物群落结构及酶活性的影响。结果表明:土壤有机碳、全氮、全磷含量均随海拔升高先增加再减少,有机碳和全氮最高值出现在岳桦林带;随海拔升高,土壤微生物总PLFA和各类群微生物PLFA呈现出先增加后减少的变化特征,表现为亚高山岳桦林带亚高山针叶林带高山草甸带高山苔原带;在对土壤微生物总PLFA的贡献率上,表现为细菌真菌放线菌,G~-G~+;微生物PLFA相关性方面,细菌、放线菌、G~+、G~-之间的关联性较大,真菌与这四者之间的关联性较小;土壤全氮含量与各微生物类群均表现为显著正相关,而C/N则与各微生物类群均表现为负相关,二者是调控土壤微生物沿海拔变化的主要因子;土壤水解酶βG和AP活性随海拔升高而逐渐增加,其中AP活性对高山苔原带生态系统表现出很好的响应;土壤含水量、C/N和土壤温度是调控土壤酶活性垂直变化的主要因子;高山苔原带草甸化过程对土壤含水量、全磷含量、水解酶AP活性产生重要影响,而对土壤微生物PLFA含量和其他酶活性影响不大。长白山垂直带土壤微生物群落结构和酶活性除了受到土壤环境因子和水热条件的影响,还与植被群落组成及凋落物性质具有紧密联系。     

Effect of Elevated CO2 and Drought on Soil Microbial Communities Associated with Andropogon gerardii

Our understanding of the effects of elevated atmospheric CO2, singly and In combination with other environmental changes,on plant-soil interactions is incomplete. Elevated CO2 effects on C4 plants, though smaller than on C3 species, are mediated mostly via decreased stomatal conductance and thus water loss. Therefore, we characterized the interactive effect of elevated CO2 and drought on soil microbial communities associated with a dominant C4 prairie grass, Andropogon gerardii Vitman. Elevated CO2 and drought both affected resources available to the soil microbial community. For example, elevated CO2 increased the soil C:N ratio and water content during drought, whereas drought alone decreased both. Drought significantly decreased soil microbial biomass. In contrast, elevated COz increased biomass while ameliorating biomass decreases that were induced under drought. Total and active direct bacterial counts and carbon substrate use (overall use and number of used sources) increased significantly under elevated CO2. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis revealed that drought and elevated CO2, singly and combined, did not affect the soil bacteria community structure.We conclude that elevated CO2 alone increased bacterial abundance and microbial activity and carbon use, probably in response to increased root exudation. Elevated CO2 also limited drought-related impacts on microbial activity and biomass,which likely resulted from decreased plant water use under elevated CO2. These are among the first results showing that elevated CO2 and drought work in opposition to modulate plant-associated soil-bacteria responses,which should then Influence soil resources and plant and ecosystem function.     

The response of soil microorganisms and roots to elevated CO2 and temperature in a terrestrial model ecosystem

We investigate the response of soil microorganisms to atmospheric CO2 and temperature change within model terrestrial ecosystems in the Ecotron. The model communities consisted of four plant species (Cardamine hirsuta, Poa annua, Senecio vulgaris, Spergula arvensis), four herbivorous insect species (two aphids, a leaf-miner, and a whitefly) and their parasitoids, snails, earthworms, woodlice, soil-dwelling Collembola (springtails), nematodes and soil microorganisms (bacteria, fungi, mycorrhizae and Protista). In two successive experiments, the effects of elevated temperature (ambient plus 2 °C) at both ambient and elevated CO2 conditions (ambient plus 200 ppm) were investigated. A 40:60 sand:Surrey loam mixture with relatively low nutrient levels was used. Each experiment ran for 9 months and soil microbial biomass (Cmic and Nmic), soil microbial community (fungal and bacterial phospholipid fatty acids), basal respiration, and enzymes involved in the carbon cycling (xylanase, trehalase) were measured at depths of 0–2, 0–10 and 10–20 cm. In addition, root biomass and tissue C:N ratio were determined to provide information on the amount and quality of substrates for microbial growth.Elevated temperature under both ambient and elevated CO2 did not show consistent treatment effects. Elevation of air temperature at ambient CO2 induced an increase in Cmic of the 0–10 cm layer, while at elevated CO2 total phospholipid fatty acids (PLFA) increased after the third generation. The metabolic quotient qCO2 decreased at elevated temperature in the ambient CO2 run. Xylanase and trehalase showed no changes in both runs. Root biomass and C:N ratio were not influenced by elevated temperature in ambient CO2. In elevated CO2, however, elevated temperature reduced root biomass in the 0–10 cm and 30–40 cm layers and increased N content of roots in the deeper layers. The different response of root biomass and C:N ratio to elevated temperature may be caused by differences in the dynamics of root decomposition and/or in allocation patterns to coarse or fine roots (i.e. storage vs. resource capture functions). Overall, our data suggests that in soils of low nutrient availability, the effects of climate change on the soil microbial community and processes are likely to be minimal and largely unpredicatable.     

大气CO2与吡虫啉对甘蓝土壤细菌与微生物生物量C的影响

采用田间开顶式CO2控制气室(OTC),研究了375μL/L、750μL/L两个CO2浓度和CK、LC50、LC903种吡虫啉浓度处理条件下,甘蓝根际土壤细菌与非根际土壤微生物生物量C的变化。750μL/L CO2处理对甘蓝根际细菌数量显著增加(P0.01),而在同一CO2水平下各农药处理间并无显著差异;根区土壤微生物生物量C只有在750μL/L CO2且无吡虫啉处理的条件下显著(P0.05)下降,在LC50、LC90处理的影响下并不显著。同一CO2水平下,根区土壤微生物生物量C受农药处理的影响不明显。     

红豆草与土壤氮含量对大气二氧化碳浓度升高的响应

在封闭的植物培养箱中,通过盆栽实验,研究了红豆草和土壤氮含量对CO₂浓度增加的响应.结果表明,与正常CO₂浓度(355～370 μmol·mol^-1)相比,CO₂浓度升高(700 μmol·mol^-1),植物生物量增加25.1%(P＜0.01),但植物体氮浓度降低25.3%(P＜0.001),植物全氮没有显著的变化.经3个月盆栽实验后,与原始土壤相比,两种CO₂浓度处理土壤全N、NO₃^--N和NH₄⁺-N都有所降低,而土壤微生物氮则显著增加,这可能与植物生长有关.不同CO₂浓度处理土壤NH₄⁺-N浓度基本一致,但在高CO₂浓度下,土壤NO₃^--N浓度显著降低,而微生物生物氮显著增加.对整个土壤-植物系统而言,盆栽实验后,整个系统全氮有少量增加,但变化不显著,特别是在高CO₂浓度条件下,土壤-植物系统全氮最大,这可能与培养材料红豆草为豆科植物,而且在高CO₂浓度下生物量增加,导致氮的固定量增加有关.     

植物、土壤及土壤管理对土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,对土壤微生物群落结构多样性的研究是近年来土壤生态学研究的热点。本文综述了有关植物、土壤类型以及土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响的最新研究结果,指出植物的作用因植物群落结构多样性、植物种类、同种植物不同的基因型,甚至同一植物不同根的区域而异;而土壤的作用与土壤质地和有机质含量等因素有关;植物和土壤类型在对土壤微生物群落结构影响上的作用存在互作关系。不同的土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响较大,长期连作、大量的外援化学物质的应用降低了土壤微生物的多样性;而施用有机肥、免耕可以增加土壤微生物群落结构多样性,有利于维持土壤生态系统的功能。     

Soil microbial response in tallgrass prairie to elevated CO2

Terrestrial responses to increasing atmospheric CO₂ are important to the global carbon budget. Increased plant production under elevated CO₂ is expected to increase soil C which may induce N limitations. The objectives of this study were to determine the effects of increased CO₂ on 1) the amount of carbon and nitrogen stored in soil organic matter and microbial biomass and 2) soil microbial activity. A tallgrass prairie ecosystem was exposed to ambient and twice-ambient CO₂ concentrations in open-top chambers in the field from 1989 to 1992 and compared to unchambered ambient CO₂ during the entire growing season. During 1990 and 1991, N fertilizer was included as a treatment. The soil microbial response to CO₂ was measured during 1991 and 1992. Soil organic C and N were not significantly affected by enriched atmospheric CO₂. The response of microbial biomass to CO₂ enrichment was dependent upon soil water conditions. In 1991, a dry year, CO₂ enrichment significantly increased microbial biomass C and N. In 1992, a wet year, microbial biomass C and N were unaffected by the CO₂ treatments. Added N increased microbial C and N under CO₂ enrichment. Microbial activity was consistently greater under CO₂ enrichment because of better soil water conditions. Added N stimulated microbial activity under CO₂ enrichment. Increased microbial N with CO₂ enrichment may indicate plant production could be limited by N availability. The soil system also could compensate for the limited N by increasing the labile pool to support increased plant production with elevated atmospheric CO₂. Longer-term studies are needed to determine how tallgrass prairie will respond to increased C input.     

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)。     

Roots and fungi accelerate carbon and nitrogen cycling in forests exposed to elevated CO2

A common finding in multiple CO(2) enrichment experiments in forests is the lack of soil carbon (C) accumulation owing to microbial priming of 'old' soil organic matter (SOM). However, soil C losses may also result from the accelerated turnover of 'young' microbial tissues that are rich in nitrogen (N) relative to bulk SOM. We measured root-induced changes in soil C dynamics in a pine forest exposed to elevated CO(2) and N enrichment by combining stable isotope analyses, molecular characterisations of SOM and microbial assays. We find strong evidence that the accelerated turnover of root-derived C under elevated CO(2) is sufficient in magnitude to offset increased belowground inputs. In addition, the C losses were associated with accelerated N cycling, suggesting that trees exposed to elevated CO(2) not only enhance N availability by stimulating microbial decomposition of SOM via priming but also increase the rate at which N cycles through microbial pools.     

土壤微生物学特性对土壤健康的指示作用

土壤健康是陆地生态系统可持续发展的基础。作者通过概述土壤微生物学特性(土壤微生物群落结构、土壤微生物生物量、土壤酶活性)与土壤质量的关系, 阐明了土壤微生物对土壤健康的生物指示功能。研究表明: 土壤中细菌、真菌和放线菌的组成及其所占比率在一定程度上反映了土壤的肥力水平: 在土壤性质和肥水条件较好的土壤中, 细菌所占比率较高。土壤微生物生物量与土壤有机质含量密切相关, 而且土壤微生物生物量碳与土壤有机碳的比值(C_mic : C_org)和土壤微生物代谢熵(qCO2)的变化在一定程度上反映了土壤有机碳的利用效率。一般情况下, 土壤酶活性高的土壤中, 土壤微生物生物量碳、氮含量也高。因此, 土壤微生物学特性可以反映土壤质量的变化, 并可用作评价土壤健康的生物指标。