土壤剖面微生物数据可作为温带草原退化的特征指标

正我国温带草原分布广泛,是欧亚大陆温带草原植被类型的重要组成部分,具有重要的生态和经济价值[1],而其退化已成为我国草原牧业和生态可持续发展的主要瓶颈[2]。土壤微生物在土壤形成和演化过程中起着不可替代的作用,是土壤中物质转化和养分循环的驱动力。土壤微生物生物量和土壤微生物胞外酶活性则是土壤生态系统结构和功能演替的特征指示物[3]。目前,对草地退化的研究大部分集中于退化现状及其驱动力,植物群落结构及其稳定性,生物量变化及其土壤肥力水平,而相关的土壤微生物特     

植被退化对温带典型草原根系-土壤系统碳氮分配的影响

以3种不同退化程度的温带典型草原(大针茅轻度退化、中度退化和重度退化)为研究对象,研究植被退化对温带典型草原土壤及根系碳氮含量及储量的影响。结果显示:(1)植被退化对地下根系碳含量影响不显著(P0.05),而对地下根系氮含量的影响显著(P0.05),中度退化样地根系氮含量显著高于轻度退化和重度退化样地(P0.05)。(2)植被退化对根系碳氮储量影响显著(P0.05),根系碳氮储量随着土层深度增加而减少,总根系碳氮储量随退化程度加剧而降低。(3)土壤有机碳、总碳和总氮含量及储量均受退化程度和采样深度的影响显著(P0.05),其含量随着土壤深度的增加而显著减少,随退化程度加剧而显著降低(P0.05)。(4)土壤是根系-土壤系统碳氮储存的最主要场所,储量占比90%以上。虽然土壤碳氮储量均存在表层聚集现象,但表层储量所占比例在各样地间差异显著(P0.05)。     

草原群落退化演替过程中微斑块土壤碳氮的空间异质动态

微斑块变化是草原退化过程中的活跃成分。分析了呼伦贝尔克氏针茅草原逆行演替过程中微斑块土壤全碳、全氮和碱解氮含量的空间异质性,提出了"养分聚集效应"的概念。研究结果表明:随着群落退化演替的加剧,土壤全碳、全氮和碱解氮的含量均表现为演替前期演替后期演替中期(P0.05)。从土壤全碳、全氮和碱解氮的变异系数和变异函数综合分析来看,10 cm×10 cm微尺度上,草原退化演替过程中土壤全碳、全氮和碱解氮的空间异质性具有明显的不一致性;全碳的空间异质性表现为演替中期演替前期演替后期,全氮表现为演替后期演替前期演替中期,碱解氮表现为演替中期演替后期演替前期。草原退化过程中土壤养分在微斑块上的富积和迁移表现出尺度依赖性和变异性。     

退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征

采用Biolog等方法,分析不同退化程度(未退化ND、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化SD和黑土滩ED)高寒草甸0～10和10～20 cm土层土壤微生物量碳氮、碳代谢指纹和酶活性.结果表明: 所有草甸土壤微生物量、多样性指数和蔗糖酶活性在0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层,0～10 cm土层脲酶活性则显著低于10～20 cm土层.土壤微生物量C/N随草地退化程度加重显著降低.0～10 cm土层,ND和LD微生物量碳、氮均显著高于其他草地,MD、SD和ED微生物量碳无显著差异,MD微生物量氮显著低于其他草地;平均颜色变化率(AWCD)和McIntosh指数(U)随草地退化程度加重曲线下降,ND与MD间差异显著,其他草地间无显著差异;Shannon指数(H)和Simpson指数(D)在不同草地间均无显著差异;MD和SD脲酶活性最高,ED磷酸酶和蔗糖酶活性最低,与其他草地相比均差异显著.10～20 cm土层,ND和LD微生物量碳显著高于其他草地,MD、SD和ED间无显著差异,LD和ED微生物量氮显著高于其他草地,ND和SD间差异不显著;MD碳代谢指数最低,与LD和SD相比差异显著,ND和LD的AWCD和U指数均显著高于ED,H指数和D指数在ND、LD、SD和ED间差异不显著;ND和MD脲酶活性显著高于其他草地,LD、SD和ED间无显著差异;MD磷酸酶活性最高,与LD、SD和ED相比差异显著;MD蔗糖酶活性显著低于其他草地,ND、LD、SD和ED间差异不显著.不同退化程度高寒草地的地下生物量均与微生物量、碳代谢指数和磷酸酶呈显著正相关;脲酶与微生物量氮、H指数和D指数呈显著负相关.     

氮磷添加对内蒙古温带典型草原地下生物量的影响

氮添加促进地上生物量具有饱和效应以及氮饱和后的磷限制是当前生态学研究的热点问题,但地下生物量是否具有类似现象,以及氮磷同时添加是否能够缓解饱和状态时地下生物量的养分限制研究相对缺乏.本研究基于内蒙古温带典型草原4年控制试验分析了氮(10和40 g N·m-2·a-1)、磷(5和10 g P·m-2·a-1)添加对地下生...     

荒漠草原3种典型群落类型的土壤微生物量碳氮研究

采用氯仿熏蒸-浸提法,以宁夏盐池荒漠草原3种典型群落(柠条、沙蒿、短花针茅)类型为研究对象,分析了不同生境(冠下、丛间)和不同土层间(0~5、5~10、10~15cm)土壤理化性质及微生物量——微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)的变化特征。结果表明:(1)3种群落土壤微生物量变化差异较大,柠条、沙蒿和短花针茅群落土壤MBC含量分别为77.00~393.18、17.27~221.71和81.05~173.37mg/kg,MBN含量分别为7.59~64.81、1.43~13.95和4.25~22.13mg/kg,MBC和MBN含量均表现为:冠下丛间,且随土层深度的增加而降低,有明显的"沃岛效应"。(2)群落类型对土壤微生物量碳氮含量的变化有显著影响,3种典型群落类型下土壤微生物量熵(qMB)、碳氮比(C/N)、微生物量碳氮比(MBC/MBN)分别在0.76~4.10、15.02~52.50、5.34~23.07范围内变化,其比值在不同生境和不同土层深度的分布特征有明显差异。(3)3种典型群落类型的土壤MBC与SOC、MBN、qMB具有显著相关关系,土壤C/N与MBC/MBN呈显著正相关关系,表明土壤MBC、MBN具有一定的生物学指示特性,可以作为评价土壤质量的生物学指标。     

长期施肥对双季稻田土壤微生物学特性的影响

为探明不同施肥处理对早稻和晚稻各个生育时期稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响,以湖南宁乡长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K_2SO_4提取法和化学分析法系统分析了定位长达29年5种施肥处理之间(化肥、秸秆还田+化肥、30%有机肥+70%化肥、60%有机肥+40%化肥和无肥)双季稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的差异。结果表明,早稻和晚稻各主要生育时期,长期施肥均能提高土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量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,成熟期达到最低值;其中,以60%有机肥和30%有机肥处理双季稻田土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均为最高,均显著高于其他处理,其大小顺序表现为60%有机肥30%有机肥秸秆还田化肥无肥。长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力效果最好。土壤微生物生物量碳、氮及微生物熵可以反映土壤质量的变化,可作为评价土壤肥力的生物学指标。     

内蒙古温带草原大针茅叶片光合生理特性对氮添加的响应

大气氮沉降增加生态系统氮有效性,优势种植物对不同水平氮输入的响应影响草原生态系统结构和功能。研究设置4个氮添加水平,分析内蒙古温带草原优势种大针茅（Stipa grandis）光合生理特性对不同梯度氮添加的响应。结果表明：低氮（0-2 g m^-2 a^-1）处理时,大针茅叶片氮含量较低,叶绿素含量和1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶的活性不高,光能利用效率低,导致光系统II出现过剩激发能,光合器官受到抑制,净光合速率相对较低。适量氮添加（5-10 g m^-2 a^-1）提高了大针茅叶片羧化系统和电子传递系统的氮分配,进而提高了1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶的活性以及电子传递速率,净光合速率增大。高氮（25 g m^-2 a^-1）处理时,叶片氮含量较高,但光合氮分配比例下降,降低了光合氮利用效率。大针茅光抑制程度增大,叶绿素含量、1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶的活性下降,不利于生物量积累。研究结果有助于进一步了解全球变化背景下草原生态系统优势种的生理响应机制,并为草原的可持续发展提供一定的理论依据。     

凋落物化学组成对土壤微生物学性状及土壤酶活性的影响

通过模拟试验的方法研究了单一施加杉木(Cunn inghan ia lancceola ta(L am b)Hook.)叶凋落物,杉木(C.lancceola ta)和桤木(A lnus crem astogyne Burk ill)混合凋落物,杉木(C.lancceola ta)和枫香(L iqu id am ba f orm osana H ance)混合凋落物,杉木(C.lancceola ta)、桤木(A.crem astogyne)、枫香(L.f orm osana)混合凋落物对土壤化学性状和土壤微生物量碳、代谢熵(qCO2)、土壤酶活性的影响。研究结果表明,土壤微生物学性状比土壤化学性状对不同凋落物处理的效应反应更敏感;与单一杉木叶凋落物比较,混合凋落物处理的土壤微生物量碳明显增加,土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶活性升高;土壤代谢熵(qCO2)和土壤多酚氧化酶活性有下降趋势;另外,研究结果也表明,不同树种的叶凋落物混合对土壤质量的影响存在差异,有桤木叶的混合凋落物对土壤质量的改善效果似乎更明显。     

氮磷添加对内蒙古温带典型草原净氮矿化的影响

氮素矿化是决定土壤供氮能力的重要生态过程, 也是目前国内外土壤氮循环研究的重点。养分添加在调节土壤的氮转化方面起着重要的作用。该文以内蒙古锡林河流域温带典型草原为研究对象, 通过不同水平的氮(N)和磷(P)养分添加实验, 利用树脂芯原位培养法分析研究不同水平施氮、施磷对生长季草地土壤氮矿化的影响。结果表明: 高氮处理对草地土壤硝态氮(NO₃^- -N)、铵态氮(NH₄⁺ -N)及无机氮都有明显的影响, 其中25 g N·m^?2·a^?1和10 g N·m^?2·a^?1高氮处理显著提高了无机氮含量, 25 g N·m^?2·a^?1高氮处理显著增加土壤的NO₃^- -N及NH₄⁺ -N含量。与施氮相比, 施磷处理对土壤NO₃^--N、NH₄⁺ -N及无机氮的影响较为有限, 只有12.5 g P₂O₅·m^-2·a^-1的磷处理显著促进了NO₃^- -N及无机氮含量。高氮处理对草地土壤氮素转化有明显影响, 其中25 g N·m^?2·a^?1高氮处理对净硝化速率、氨化速率及矿化速率都有显著的促进作用, 说明高梯度的施氮处理有利于提高土壤的供氮能力。氮是内蒙古锡林河流域草原生态系统有机氮矿化的限制因子。与施氮相比, 施磷处理对草地土壤氮转化的作用较为有限, 仅有12.5 g P₂O₅·m^-2·a^-1 + 2 g N·m^?2·a^?1处理显著促进生长季中期的净氨化速率。说明施磷对土壤氮转化的影响弱于施氮的影响。养分添加显著提高了草地的地上生物量。 养分添加情景下, 土壤湿度与净矿化速率极显著相关, 表明湿度是影响该区域温带草原土壤氮矿化的主效因素。环境因子(如有机碳含量、土壤全氮及土壤C/N)与不同氮处理下的净矿化速率之间显著相关, 而土壤微生物碳、氮含量与土壤氮矿化均没有显著相关性。     

The role of environmental, root, and microbial biomass characteristics in soil respiration in temperate secondary forests of Northeast China

For secondary forests, the major forest resources in China (accounting for more than 50% of the national total), soil respiration (R _S) and the relationship between R _S and various biotic/abiotic factors are poorly understood. The objectives of the present study were to examine seasonal variations in soil respiration during the growing season, and to explore the factors affecting the variation in soil respiration rates for three forest types (Mongolian oak, Manchurian walnut and mixed forests) of temperate secondary forest in Northeast China. The results showed that (1) the maximum total R _S rate occurred in July, following a bell-shaped curve with season, (2) for all forest types, the total R _S was significantly influenced by soil temperature (P < 0.01), and did not significantly correlate with soil moisture, (3) compared with fine root biomass, coarse root biomass was more closely related with the root respiration in mixed forest (R ² = 0.711, P = 0.017) and in Manchurian walnut forest (R ² = 0.768, P = 0.010), and (4) microbial biomass carbon (MBC) and nitrogen were significantly correlated with heterotrophic R _S in Mongolian oak forest (R ² = 0.664, P = 0.026; R ² = 0.784, P = 0.008, respectively) and in mixed forest (R ² = 0.918, P = 0.001; R ² = 0.967, P = 0.001, respectively). We can conclude that in temperate secondary forests: (1) the R _S rate and the relationships between R _S and abiotic/biotic factors change greatly with forest types, and (2) R _S is strongly influenced by soil temperature, MBC, microbial biomass nitrogen and coarse root biomass in temperate secondary forests.     

连续氮添加14年对温带典型草原土壤碳氮组分及物理结构的影响

全球氮沉降对生态系统造成了深远的影响,研究长时间氮沉降对草地生态系统土壤理化特征的影响有助于加强生态系统对氮沉降响应的长效机制的理解。通过连续14年长期施加N0（0 g N m^-2 a^-1）、N2（2 g N m^-2 a^-1）、N4（4 g N m^-2 a^-1）、N8（8 g N m^-2 a^-1）、N16（16 g N m^-2 a^-1）、N32（32 g N m^-2 a^-1）六种浓度尿素模拟氮沉降,并将土壤分成0-10、10-20和20-40 cm三个深度土层,研究温带草原生态系统土壤碳氮组分及物理结构对氮添加的响应及其相互关系,结果表明：（1）氮添加显著降低0-10 cm土壤酸碱度及土壤微生物量碳含量,N32相比N0分别下降了27.63%和58.40%（P<0.05）;各土层总有机碳和全氮含量对氮添加处理无显著响应,0-10 cm土层显著高于20-40 cm土层。（2）同一土层深度不同梯度氮添加处理显著增加土壤无机氮离子含量（P<0.05）,0-10 cm土层铵态氮含量N32相比N0增加了88.72%,20-40 cm土层硝态氮含量N32相比N0增加了19.55倍,土壤深度与氮添加对无机氮离子含量影响具有显著的交互效应。（3）同一土壤深度不同梯度氮添加处理土壤粒度分形维数及土壤团聚体差异不显著,相关分析表明土壤碳氮元素含量与土壤结构显著相关。土壤碳氮组分在适宜浓度氮添加的增加趋势说明氮添加在一定程度上可能促进土壤理化性质的改良,氮添加对土壤物理结构的影响还需要进一步的深入研究。     

内蒙古温带草原土壤微生物生物量碳的空间分布及驱动因素

【目的】探索内蒙古温带草原土壤微生物生物量碳的空间分布特征以及驱动因素。【方法】在内蒙古自治区境内沿着年均温、年降水梯度选择17个草原样点,在土壤剖面上分0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-100 cm五层,分别采集土壤样品,测定土壤微生物生物量碳以及主要的环境和生物影响因子,分析不同草地类型以及不同土壤深度土壤微生物生物量碳的差异,探索非生物因子和生物因子对土壤微生物量碳的影响。【结果】草甸草原土壤微生物量碳最高,典型草原次之,荒漠草原最低。在0-10 cm土壤中,草地类型间的微生物量碳变异系数高于草甸草原和典型草原,低于荒漠草原;在0-100 cm土壤中,草甸草原样点间的微生物量碳的变异系数低于典型草原和荒漠草原。土壤微生物量碳与年降水、土壤含水量、粘粒含量、土壤养分元素、地上生物量、地下生物量呈显著正相关,与年均温和土壤p H值呈显著负相关关系。随着土壤深度的增加,土壤微生物量碳显著减少,非生物因子与微生物量碳的相关性减弱,草地类型间以及同一草地类型不同样点间的变异系数增加。0-10 cm土壤微生物量碳与10-40 cm土壤微生物量碳的相关指数高于0.5,与40-100 cm的土壤微生物量碳的相关指数小于0.3。【结论】内蒙古温带草原土壤微生物量碳的垂直分布呈现一定的规律性,且非生物因子对微生物量碳的影响也呈现垂直减弱的规律。     

Plant and soil microbial responses to defoliation in temperate semi-natural grassland

There is much interest in understanding the nature of feedback mechanisms between plants and soil organisms in grazed ecosystems. In this study, we examine the effects of different intensities of defoliation on the growth of three dominant grass species, and observe how these plant responses relate to the biomass and activity of the microbial community in the root zone. Our data show that grassland plants with varying tolerances to grazing have markedly different growth responses to defoliation, and that these responses vary with the intensity of cutting. Defoliation of grasses which are tolerant to grazing, namely Festuca rubra and Cynosurus cristatus, leads to a reduction in root mass and an increase in the allocation of resources to shoots. In contrast, defoliation of a grass with low tolerance to grazing, Anthoxanthum odoratum, had little effect on root mass, but increased the relative allocation of resources below-ground. In all plant species, defoliation led to an increase in soil microbial biomass and C use efficiency in the root zone. This response was greatest in the root zone of A. odoratum and is likely to be related to changes in root exudation pattern following defoliation. The significance of these changes in relation to soil nutrient dynamics and plant nutrient uptake during regrowth require further exploration. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

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.     

松嫩草原中度退化草地不同植被恢复方式下土壤螨类群落特征的差异

应用类群数、个体密度、多样性指数和MI指数等多个群落参数,研究不同植被恢复方式下松嫩草原中度退化草地土壤螨类群落特征的差异。研究结果表明,与过度放牧样地相比,种植苜蓿和围栏封育样地的土壤环境相对优越,它们拥有较高的土壤螨类类群数、个体密度和群落多样性以及中气门螨类MI指数。在土壤螨类群落结构所有参数中,多样性指数(H′)和中气门螨类MI指数,种植苜蓿和围栏封育样地均明显高于过度放牧样地,这些差异反映了种植苜蓿和围栏封育对中度退化草地土壤螨类的群落结构具有明显改善作用。然而研究结果也显示,围栏封育样地土壤螨类群落多样性指数(H′)和中气门螨类MI指数尽管明显高于过度放牧样地,但是依然显著低于种植苜蓿样地,表明选择种植苜蓿较围栏封育可能更利于松嫩草原中度退化草地土壤螨类群落的恢复与重建。     

华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及酶活性对模拟氮沉降的响应

在森林土壤中,无机氮的垂直移动速率较快,因此大气氮沉降极有可能对下层森林土壤造成较大影响,且表层土壤往往与下层土壤的物理化学特性和所处环境差异较大,因此土壤剖面中不同深度的土壤对大气氮沉降的响应可能存在较大差异。以往研究表明,"华西雨屏"区的年均氮湿沉降量高达95 kg N hm^-2 a^-1,处于中国最高水平,该森林生态系统出现一定氮饱和特征。基于以上背景,研究华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及相关酶活性对模拟氮沉降的响应,从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验,分别设置对照（CK,+0 g N hm^-2 a^-1）、低氮（LN,+5 g N hm^-2 a^-1）和高氮（HN,+15 g N hm^-2 a^-1）3个氮添加水平。在氮沉降进行5年后进行土壤采样,测定不同深度土壤（上层0-15 cm、中层15-30 cm、下层30-45 cm）全氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量及氮矿化相关酶活性。结果表明：（1）该常绿阔叶次生林不同深度土壤TN有显著差异;（2）模拟氮沉降对该系统土壤氮矿化总体表现出极显著抑制作用,其中中层土壤抑制作用最为强烈,净氮矿化速率主要受硝化过程的影响;（3）氮矿化相关酶活性均随土壤深度的加深而降低,模拟氮沉降对土壤脲酶活性有极显著促进作用,对土壤硝酸还原酶活性有显著抑制作用。由于无机氮在土壤剖面中的高度可移动性,深层土壤氮循环和特征对氮沉降的响应需要更加密切的关注。     

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.