碳氮添加对草地土壤有机碳氮磷含量及相关酶活性的影响

草地土壤有机碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分含量和酶活性对草地生态系统能量和养分的保持和供应具有重要作用.氮沉降对草地生态系统土壤有机养分及酶活性产生影响的结果不一致性,碳的同步添加是否会缓解氮沉降造成的负面影响仍不清楚,需要深入探讨.本研究以在内蒙古呼伦贝尔草原开展的碳(葡萄糖)、氮(尿素)添加试验样地为依托(始于2014年5月),探讨碳、氮添加对草地土壤C、N、P含量及相关酶活性的影响及其机制.试验分别设N₀(对照)、N₂₅(施氮25 kg·hm^-2·a^-1)、N₅₀(50 kg·hm^-2·a^-1)、N₁₀₀(100 kg·hm^-2·a^-1)、N₂₀₀(200 kg·hm^-2·a^-1)共5个N添加主处理,C₀(对照)、C₂₅₀(施碳250 kg·hm^-2·a^-1)、C₅₀₀(500 kg·hm^-2·a^-1)3个碳添加副处理,试验样品采于2016年8月.结果表明:高氮添加显著抑制脱氢酶(DHA)和β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)活性,与对照相比,其活性分别降低22.3%和12.5%;而氮添加对土壤有机N含量无显著影响,使有机C和有机P含量分别减少6.6%和14.5%.高碳添加缓解了土壤微生物的碳限制,使得脱氢酶(DHA)、β-葡糖苷酶(BG)活性及土壤有机N、有机P含量分别增加15.1%、12.2%、1.9%、2.6%.研究表明,长期过量氮输入抑制土壤微生物活性,造成土壤有机C、有机P的减少,而碳添加提高了微生物及酶活性,使土壤有机N、P含量增加.碳氮耦合添加对草地土壤有机C、N、P的持续供应具有重要意义.     

有机肥和套种对干热区火龙果土壤微生物特性和产量、品质的影响

为探明施用有机肥和套种对红心火龙果(Hylocereus costaricensis)种植的优势机理,以干热区红心火龙果园为研究对象,探索有机肥施用量(F₀:0 t·hm^-2和F₂₀:20 t·hm^-2)和套种方式(MP:单种火龙果,IP:火龙果套种花生(Arachis hypogaea)和IS:火龙果套种大豆(Glycine max))对土壤微生物数量、微生物生物量、酶活性以及红心火龙果产量、品质的影响,并分析产量、品质与土壤微生物特性之间的关系。结果表明：与F₀处理相比,F₂₀处理显著增加土壤细菌、真菌、放线菌数量和微生物生物量碳、氮、磷,增加土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性,提高红心火龙果产量和品质。在F₀和F₂₀条件下,相比于MP处理,IP和IS处理明显增加土壤微生物数量、微生物生物量氮以及蔗糖酶和脲酶活性;而IP和IS处理仅在F₂₀条件下显著提高土壤微生物生物量碳、磷和...     

The response of soil respiration to different N compounds addition in a saline–alkaline grassland of northern China

不同形态氮化合物添加对中国北方盐渍化草地土壤呼吸的影响 持续增加的氮沉降在提高陆地生态系统生产力的同时也会对土壤微生物产生显著影响;土壤呼吸由植物根系呼吸和土壤微生物呼吸组成,因此影响植物生产力和微生物的因子都会影响到土壤呼吸。以往氮富集对土壤呼吸的研究主要在土壤中性的草地生态系统开展,而对于盐渍化草地土壤呼吸是如何响应氮沉降的研究尚不多见,这限制了全球变化陆地生态系统土壤呼吸模型预测的准确性和完整性。本研究以中国北方农牧交错带盐渍化草地为研究对象,通过3年(2017–2019年)野外监测土壤呼吸及相关生物和非生物因子的变化,探讨了不同形态氮化合物添加(NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄HCO₃)对盐渍化草地土壤呼吸的影响及其调控机制。结果表明：(i)土壤呼吸受大气温度、土壤温度及降水的调控,呈现双峰的季节动态变化趋势和显著的年际差异。(ii)与对照相比,经过3年的处理,土壤呼吸在NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄HCO₃添加处理下分别提高了19.9%、13.0%和16.6%。(iii)NH₄NO₃添加对土壤呼吸较高的促进作用与较高的地上生物量、地下生物量以及土壤NO₃⁻含量有关。(iv)在NH₄HCO₃ 添加处理下,土壤碳排放(土壤呼吸)显著增加而碳输入(净生产力)无显著改变,表明NH₄HCO₃添加会降低土壤碳的固持。(v)净地下生产力(BNPP)是盐渍化草地土壤呼吸的最主要调控因子,并且土壤阳离子浓度和pH值通过影响土壤微生物间接影响土壤呼吸。上述研究结果表明,草地添加NH₄NO₃的研究高估了氮沉降对土壤呼吸的影响,并且在碳循环预测模型中应充分考虑盐渍化草地土壤碳动态。     

氮添加对内蒙古温带草原土壤活性有机碳的影响

日益加剧的氮沉降不断影响着草地生态系统碳循环过程及碳汇功能,活性有机碳能够指示土壤碳库变化,探究氮添加对草地中土壤活性有机碳组分的影响对正确认识碳循环过程并制定合理有效的生态系统管理措施具有重要意义。该研究以内蒙古温带典型草原为研究对象,设置5个不同氮添加处理,探讨不同氮添加水平下温带典型草原土壤活性有机碳组分含量的变化特征及影响因子。结果表明:氮添加减少了可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和易氧化有机碳(EOC)含量,且DOC、MBC、EOC含量均随着土壤深度的增加而减少。5 g·m^–2·a^–1氮添加处理显著促进了活性有机碳组分的分解。氮添加对土壤活性有机碳组分的影响受生物因子(微生物生物量、胞外酶活性等)和非生物因子(土壤理化性质、团聚体稳定性等)共同调控。氮添加降低了土壤密度,提高了大团聚体平均质量直径和占比,增大了有机质与底物的接触面积,促进了活性有机碳分解,减少了DOC和EOC含量。氮添加抑制多酚氧化酶和过氧化物酶活性,减少了难分解有机质的分解,降低了EOC和MBC含量。此外,氮添加提高了β-葡萄糖苷酶和纤维素水解酶活...     

罗浮栲林土壤微生物碳利用效率对短期氮添加的响应

作为调节土壤碳矿化过程的重要参数,微生物碳利用效率(CUE)对理解陆地生态系统中的碳循环至关重要。本研究在戴云山罗浮栲林设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个氮添加水平以模拟氮沉降,测定了表层(0～10 cm)土壤基本理化性质、有机碳组分、微生物生物量和酶活性;并利用¹⁸O标记水方法测定土壤微生物CUE,以更好地理解氮沉降加剧对微生物CUE的影响及其影响因素。结果表明: 短期氮添加显著降低了土壤微生物的呼吸速率、碳和氮获取酶活性,但显著增加了土壤微生物CUE。β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶(NAG)/微生物生物量碳(MBC)、微生物呼吸速率、β-葡萄糖苷酶(BG)/MBC、纤维素水解酶(CBH)/MBC和土壤有机碳含量是影响CUE的主要因素,且CUE与NAG/MBC、微生物呼吸速率、BG/MBC和CBH/MBC呈显著负相关,与土壤有机碳呈显著正相关。综上,短期氮添加导致土壤微生物获取碳和氮的成本降低,减少微生物呼吸,从而提高了土壤微生物CUE,这将有助于提高罗浮栲林土壤碳固存潜力。     

内蒙古草甸草原土壤理化性质和微生物学特性对刈割与氮添加的响应

频繁的刈割和氮输入增加是导致草地生态系统退化的重要原因.土壤微生物学特性作为评估土壤质量的重要生物学指标,对草地刈割和氮输入增加的响应规律仍不十分明确.本研究依托内蒙古呼伦贝尔草原刈割复合氮添加野外实验平台,分析了土壤理化性质、土壤微生物生物量、土壤呼吸和土壤酶对刈割、氮添加的响应及其生长季动态变化.结果表明: 刈割显著降低了土壤微生物生物量碳、氮、磷和土壤呼吸(基础呼吸和底物诱导呼吸),与刈割后导致的水分限制及碳限制有关.刈割显著降低了氮磷获取酶(N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶和酸性磷酸单酯酶)的活性,符合“资源分配假说”.氮添加显著降低土壤pH值,但土壤微生物生物量对氮添加和pH降低均无显著响应,表明氮输入增加引起的土壤酸化不是影响微生物生物量的主要因素.氮添加对土壤呼吸和酶活性也无显著影响,与以往在典型草原的大多数研究结果不一致.刈割和氮添加复合处理显著降低了土壤微生物生物量磷,但提高了土壤中有效磷含量,降低了酸性磷酸酶活性.微生物生物量碳、氮、磷和土壤呼吸等的相关参数均在7月最高,这与夏季高温多雨有关.土壤酶活性在春夏季较高,生长季末期较低.这表明在该草甸草原,刈割将导致土壤碳氮磷养分失衡,从而加剧草原退化;而氮添加在短期内并未对土壤微生物生物量和活性产生显著影响.     

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...     

子午岭人工林土壤微生物生物量及酶活性

数十年来,黄土高原的生态恢复取得了显著的效益,不仅遏制了当地的土壤流失,改善了土壤质量,同时也减少了向黄河的输沙量.但是,区域森林物种和群落演替还远未得到充分发展.子午岭林区及其高度发达的森林群落,作为先进的生态区,可以将实践经验和知识借鉴到中国黄土高原的其他地区,有助于确定最有效的人工林树种,以便今后更好地进行生态恢复.为了系统地了解典型的当地树种对土壤性质的潜在影响,本研究以黄土高原子午岭天然次生林区生长状况较好的人工林(刺槐、油松和侧柏)为研究对象,并以子午岭林区顶极群落辽东栎天然林为对照,这4种林型具有较一致的树龄(25年)、立地条件等.采用传统方法测定4种乔木林0～20 cm土壤理化性质、土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶)和土壤微生物生物量碳、氮.结果表明: 1)土壤蔗糖酶活性为16.94～64.49 mg·g^-1·24 h^-1,脲酶活性为0.15～0.26 mg·g^-1·24 h^-1,碱性磷酸酶为0.65～1.23 mg·g^-1·24 h^-1,且侧柏土壤的3种酶活性均显著高于刺槐和油松土壤.从3种酶活性几何平均值来看,侧柏土壤酶活性甚至高于辽东栎;2)土壤微生物生物量碳、氮变化范围分别为247.37～529.84 mg·kg^-1、41.48～77.91 mg·kg^-1,均为侧柏>油松>刺槐,且侧柏显著高于油松和刺槐.辽东栎土壤微生物生物量碳高于侧柏,而微生物生物量氮低于侧柏,但差异均不显著;3)油松土壤溶解性碳、氮含量较高,甚至高于土壤微生物生物量碳、氮,说明油松土壤中溶解性有机物是较微生物生物量更主要的活性养分;4)土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关性,刺槐和油松土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性分别与土壤有机碳、全氮和全磷含量呈显著正相关;5)主成分分析结果表明,植被类型对土壤微生物生物量碳和氮、有机碳、全氮、碳磷比、氮磷比、脲酶影响较大,土壤微生物生物量碳、氮、碳磷比、氮磷比和氮与磷呈负相关,土壤溶解性碳、氮与碳氮比呈负相关.表明侧柏是较油松和刺槐更适用于南部森林带的造林树种.     

短期施肥对羊草草甸割草场土壤微生物的影响

以呼伦贝尔羊草草甸天然割草场为研究对象,从土壤微生物数量、微生物生物量和酶活性等指标,探讨土壤微生物对短期施肥的响应及指标间的关系。结果表明,施肥显著地增加了土壤真菌数量,随着施肥水平增加,真菌和放线菌数量均有增大的趋势,而细菌数量逐渐减小。施肥显著增加了土壤微生物生物量碳和微生物熵,而对微生物生物量氮、土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶无显著性影响。施肥后土壤真菌数量与微生物生物量碳呈极显著正相关,细菌与放线菌呈显著正相关。低水平处理(N 3.5 g·m~(-2)+P 1.7 g·m~(-2))比较适合土壤微生物的繁殖。施肥后草地土壤微生物之间关系密切。微生物数量对短期施肥的响应最为敏感,其次为酶活性和微生物生物量;其中,真菌的响应程度最高。     

环青海湖地区天然草地和退耕恢复草地植物群落生物量对氮、磷添加的响应

植物群落生物量反映了植被的初级生产能力, 是陆地生态系统碳(C)输入的最主要来源, 往往受到自然界中氮(N)、磷(P)元素供应的限制。该试验以青藏高原环青海湖地区的高寒草原为研究对象, 探讨了天然草地和退耕恢复草地植被群落生物量对N (10 g·m^-2)、P (5 g·m^-2)养分添加的响应。N、P添加显著增加了天然草地禾草的生物量, 进而促使地上总生物量显著提高。退耕恢复草地禾草和杂类草的生物量对N添加均有一致的正响应, 从而促使地上总生物量显著增加174%, 群落地上和地下总生物量显著增加34%; 而P添加对恢复草地生物量各项参数均无显著影响。回归分析显示: 天然草地植物群落地上生物量随土壤中NO₃^--N含量的增加而增加(p < 0.05), 退耕恢复草地植被地上、地下和总生物量均与土壤NO₃^--N含量显著正相关(p < 0.01), 说明环湖地区高寒草原植物生长主要受N供应的限制, P的限制作用随土地利用方式的转变和群落演替阶段的不同而变化; 相比天然草地, 恢复草地在现阶段植被初级生产力受N的限制作用更强烈, 土壤中可利用N含量是限制其植被自然恢复和重建的关键因子。     

氮添加和采脂对湿地松林土壤酶活性及酶化学计量比的影响

大气氮沉降和采脂会引起树木生长和代谢的变化,从而影响土壤养分循环和酶活性.土壤酶和酶化学计量可以揭示土壤碳、氮循环和微生物生长代谢过程的养分限制,但目前亚热带湿地松人工林土壤酶和酶化学计量对氮添加和采脂的响应还不清楚.以亚热带北缘的湿地松人工林为研究对象,设置采脂(resin tapping,RT)和未采脂(no re...     

玉米间作和施氮对土壤微生物代谢功能多样性的影响

微生物功能多样性是土壤健康的重要指标,在多种生物地球化学过程中发挥关键作用.本研究基于多年田间小区定位试验,设置间作和单作2种种植模式和4个施氮水平(N0,0 kg·hm-2;N125,125 kg·hm-2;N250,250 kg·hm-2;N375,375 kg·hm-2),采用 Biolog-Eco微平板法,分析...     

施用生物炭6年后对稻田土壤酶活性及肥力的影响

利用田间定位试验,研究0(BC₀)、7.5(BC₁)、15(BC₂)和22.5(BC₃)t·hm^-2水稻秸秆生物炭及3.75 t·hm^-2水稻秸秆(STR)一次性施加6年后对稻田土壤肥力及酶活性的影响.结果表明: 施用生物炭6年后土壤有机碳、有效磷和速效钾含量显著增加,增幅分别为34.6%、12.4%和26.2%,土壤pH值和容重显著降低,但对土壤全氮含量无显著影响.土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性显著增加,土壤荧光素二乙酸酯酶(FDA水解酶)和芳基硫酸酯酶的活性受到不同程度的抑制,其中,BC₂处理的土壤脲酶活性增加量最大,增幅为36.5%.土壤酸性磷酸酶活性随着生物炭施加量的增加而增加,与土壤速效磷含量呈显著正相关关系;土壤FDA水解酶和脲酶主要与土壤速效钾含量有关;酸性磷酸酶和芳基硫酸酯酶与土壤容重呈显著正相关.施用生物炭6年后土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性明显升高,增幅分别为48.8%和27.5%,而过氧化氢酶活性逐渐下降,且显著低于对照BC₀.STR处理显著增加了土壤脲酶、FDA水解酶、脱氢酶、酸性磷酸酶和芳基硫酸酯酶的活性,降低了过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性,降幅分别为23.4%和15.9%.     

宁南山区典型草本植物茎叶分解对土壤酶活性及微生物多样性的影响

采用凋落物分解袋法,以宁南山区典型草本植物长芒草、铁杆蒿、百里香为研究对象,分析了3种植物茎叶分解过程中土壤酶活性变化特征和分解后期微生物多样性特征,以及土壤酶活性与初始土壤化学性质的关系.结果表明: 植物茎叶分解480 d后,各处理土壤酶活性均有不同程度的增加,且长芒草处理土壤蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性最高,分别为32.40和1.99 mg·g^-1·24 h^-1,百里香处理土壤脲酶活性最高(2.66 mg·g^-1·24 h^-1),铁杆蒿处理土壤纤维素酶活性最高(1.42 mg·g^-1·72 h^-1).分解末期土壤纤维素酶活性与土壤初始微生物生物量碳呈显著正相关;分解末期土壤纤维素酶活性与土壤初始硝态氮含量呈显著负相关.添加植物茎叶处理土壤细菌和真菌的Ace指数、Chao指数和Shannon指数均显著大于对照,Simpson指数显著小于对照.植物茎叶的分解显著提高了土壤细菌和真菌的丰度及多样性,进而提高了植物茎叶的分解速率,促进了生态系统营养物质的循环与转化.     

不同浓度石灰氮对黄瓜连作土壤微生物生物量及酶活性的影响

为分析比较不同浓度石灰氮对连作黄瓜田土壤环境的作用效果,通过2年温室定位试验,在黄瓜秸秆还田的基础上以不施石灰氮为对照(CK),研究施用\[高浓度石灰氮1350 kg·hm^-2(CaCN₂ 90)、中浓度石灰氮900 kg·hm^-2(CaCN₂ 60)、低浓度石灰氮450 kg·hm^-2(CaCN₂ 30)\]对连作黄瓜土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)及酶活性的影响.结果表明：与其他处理相比,CaCN₂ 90显著降低苗期0～10 cm 土层SMBC,但增加了初瓜期后0～20 cm土层SMBC.施用石灰氮处理均显著提高了末瓜期0～20 cm土层SMBC及盛瓜期至末瓜期0～10 cm土层SMBN,但第1年（2012年）不同石灰氮用量间无明显规律,第2年(2013年)盛瓜期后SMBN随着石灰氮施用浓度的增加而升高.施用石灰氮有利于秸秆的腐熟,提高土壤有机质含量,且石灰氮浓度越高越有利于秸秆的腐熟.相比对照,施用石灰氮能有效提升土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,其中脲酶活性随石灰氮浓度的增加升高,而多酚氧化酶活性随石灰氮浓度的增加而降低,CaCN₂ 60可有效提高过氧化氢酶活性.相关分析表明：土壤有机质、脲酶及过氧化氢酶活性与SMBC、SMBN呈极显著正相关,多酚氧化酶活性与SMBC、SMBN呈显著负相关.表明黄瓜秸秆还田后施用石灰氮900 kg·hm^-2能够改善温室黄瓜连作田土壤环境,有效减缓温室黄瓜连作障碍.     

东北5种温带人工林表层土壤碳氮含量的分异

造林是固碳(C)的有效方法之一,也深刻地影响土壤氮(N)动态,然而不同造林树种对土壤C和N收支的影响及其机制尚不明确.本研究采用同质园试验方法,测定了东北温带水曲柳、胡桃楸、白桦、落叶松和樟子松5个主要造林树种造林后第3年和第11年表层(0～10 cm)土壤有机C(C_soil)、全N含量(N_soil)的变化,以及植被特性和土壤微生物等相关因子,探究了不同树种造林对土壤C、N的影响及驱动因子.结果表明: 试验期间,5个树种纯林的C_soil、N_soil均显著降低,C_soil与N_soil变化量呈显著正相关,并且C_soil减少速率(2.6%·a^-1～4.8%·a^-1)显著高于N_soil减少速率(0.8%·a^-1～2.8%·a^-1).阔叶树种纯林C_soil、N_soil减少量显著小于针叶树种纯林.树种特征、微生物特性共同解释了C_soil变化率的68.5%、N_soil变化率的90.9%,C_soil、N_soil变化率随凋落叶C/N及微生物生物量C/N的增大而减小,但随着细根生物量、微生物生物量C及微生物获取C酶与获取N酶之比的增加而增大;N_soil变化率还随凋落叶产量及微生物代谢熵的增大而减小.这些温带人工林在造林11年后表层土壤C、N含量显著减少,而树种间的不同变化强度主要是由树种特征和土壤微生物特性的差异引起的.     

Changes in soil microbial biomass and community structure with addition of contrasting types of plant litter in a semiarid grassland ecosystem

Aims Elevated atmospheric CO₂ has the potential to enhance the net primary productivity of terrestrial ecosystems. However, the role of soil microorganisms on soil C cycling following this increased available C remains ambiguous. This study was conducted to determine how quality and quantity of plant litter inputs would affect soil microorganisms and consequently C turnover.Methods Soil microbial biomass and community structure, bacterial community-level physiological profile, and CO₂ emission caused by different substrate C decomposition were investigated using techniques of biological measurements, chemical and stable C isotope analysis, and BIOLOG-ECO microplates in a semiarid grassland ecosystem of northern China in 2006 and 2007 by mixing three contrasting types of plant materials, C₃ shoot litter (SC 3), C₃ root litter (RC 3), and C₄ shoot litter (SC 4), into the 10- to 20-cm soil layer at rates equivalent to 0 (C 0), 60 (C 60), 120 (C 120) and 240 g C m ?2 (C 240).Important findings Litter addition significantly enriched soil microbial biomass C and N and resulted in changes in microbial structure. Principal component analysis of microbial structure clearly differentiated among zero addition, C₃ -plant-derived litter, and C₄ -plant-derived litter and among shoot- and root-derived litter of C₃ plants; soil microorganisms mainly utilized carbohydrates without litter addition, carboxylic acids with C₃ -plant-derived litter addition and amino acids with C₄ -plant-derived litter addition. We also detected stimulated decomposition of older substrate with C₄ -plant-derived litter inputs. Our results show that both quality and quantity of belowground litter are involved in affecting soil microbial community structure in semiarid grassland ecosystem.     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据.采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素.结果 表明:30年生红松和落叶松人工林...