干湿交替条件下土壤氨基糖含量的动态变化

通过室内模拟培养试验,研究了恒湿和干湿交替条件下土壤中3种微生物来源氨基糖含量的动态变化,并且利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值分析了干湿交替条件下土壤真菌和细菌对土壤有机质转化的相对贡献.结果表明:恒湿条件下,细菌来源的胞壁酸在土壤中的分解速率大于真菌来源的氨基葡萄糖,氨基半乳糖在土壤中的分解速率较慢;干湿交替改变了土壤中3种氨基糖的分解特征,与恒湿处理相比,干湿交替培养前期以胞壁酸为代表的细菌残余物的分解速率高于以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物,随着干湿交替频率的增大,以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物分解速率高于以胞壁酸为代表的细菌残余物.可见,干湿交替条件改变了以氨基糖为代表的土壤氮素的微生物转化过程.     

干湿交替下草地生态系统土壤呼吸变化的微生物响应机制研究进展

草地是陆地生态系统中最重要、分布最广的生态系统类型之一,对全球碳循环和气候调节有着重要的作用和效应.我国拥有极为丰富的草地资源,是巨大的陆地碳储存库,也是全球碳循环重要组成部分.干湿交替是土壤中普遍发生的自然现象,这种现象的发生可能会加速土壤的碳矿化过程、激增土壤呼吸以及影响微生物的活性和群落结构等.在全球变化日趋显著的背景下,降雨量、降雨强度以及降雨频率的变化将会加速土壤干湿交替进程,进而带来微生物活性、群落结构以及土壤呼吸的变化,并对全球碳循环过程产生重要影响.本文综述了近十年来国内外的相关文献,对干湿交替条件下,土壤释放CO₂消耗碳源、土壤呼吸随时间的动态变化趋势以及土壤呼吸与微生物量、微生物活性和微生物群落结构之间的关系进行了分析和总结,以期为更好地理解干湿交替过程中草地生态系统土壤呼吸的微生物学响应机制,更准确地预测和评估未来的全球陆地生态系统的碳收支与气候变化提供一定的理论基础.     

干湿交替条件下三峡水库消落带土壤汞形态变化

对三峡水库消落带干湿交替条件下土壤汞赋存形态变化、影响因素和生物可利用性进行了模拟研究.结果表明: 干湿交替条件下土壤汞会发生形态转化和释放,总汞含量逐渐降低,两次“淹水-落干”后总汞含量降低了28.9%.土壤中不同汞形态所占比例分别为:水溶态汞(Hg-w)6.1%～16.8%;交换态汞(Hg-e)5.8%～12.9%;碳酸盐结合态汞(Hg-c)4.5%～17.7%;腐植酸结合态汞(Hg-h)12.5%～29.9%;有机质结合态汞(Hg-o)5.3%～12.8%,残渣态汞(Hg-r)34.5%～51.6%.土壤中汞形态以残渣态(Hg-r)为主,干湿交替条件下其所占比例有降低的趋势,腐植酸结合态汞(Hg-h)则逐渐增加,生物可利用态汞(Hg-w、Hg-e、Hg-c和Hg-h之和)总体呈增加趋势,易被水生生物利用并进入食物链,可能会增加水库生态系统的汞生态风险.     

土壤干湿交替下作物补偿生长的生理基础及其在农业中的应用

干湿交替或多变低水的田间环境下 ,作物在延伸生长上大都表现出一定的补偿效应 ,这一现象对旱地农业和节水农业都有重要的理论指导意义。文章从植物感受土壤缺水的原初反应、膨压、根源逆境信号ABA、根系水力学导度、细胞壁的伸展性以及渗透调节能力等方面探讨了补偿效应的可能生理学机制     

干湿交替格局下黄土高原小麦田土壤呼吸的温湿度模型

全球气候变化的直接后果是气温升高,同时还可能引起强降雨增多和干旱频发,形成干湿交替的格局.土壤呼吸在全球变化过程中发挥着重要作用.以黄土高原沟壑区小麦田土壤为研究对象,采用3个全自动多通量箱以及相应的气象监测系统,对土壤呼吸和环境因子全天候连续测定,利用已有的单因子模型、双因子模型对测定的土壤呼吸与气温和湿度的关系进行了拟合,通过优化,根据实际情况提出E-Q(exponential-quadratic)模型.结果表明:(1)干湿交替格局下,基于气温的单因子模型(指数模型,幂函数模型和线性模型)不适合模拟土壤呼吸;(2)基于土壤湿度的单因子模型中,二次曲线模型最适合模拟干湿交替格局下土壤呼吸的响应情况;(3)基于气温和土壤湿度的双因子模型中,E-Q模型SR=aebT(c+dW+fW2)g,既能反映土壤呼吸随气温的正向指数变化,又能表现土壤湿度对土壤呼吸的双向调节作用,解释了土壤呼吸73.05%的变化情况,比其他双因子模型和单因子模型更能有效描述干湿交替情况下土壤呼吸对气温和土壤湿度协同变化的响应特征.     

土壤干湿交替对小麦花前碳同化物分配的影响

采用盆栽小麦试验,在开花前7d利用^14CO2光合标记,花后设置对照(A)、干湿交替5d循环(B)和10d循环(C)共3种水分处理。研究结果表明：约有19．0％～22．0％花前^14C同化物被转运到籽粒。在B、C两种干湿交替处理中,籽粒对花前^14C同化物动员量分别高出对照4．38％和3．02％,并且叶、鞘、茎等花前临时库中同化物输出比例相对高于正常供水的A处理。旗叶中可溶性糖和脯氨酸(Pro)含量对干湿反应敏感。灌浆后期,干湿交替处理的小麦旗叶中叶绿素(Chl)含量和光合速率与对照相比,相对减小,蒸腾速率和气孔导度也大大降低,并且二者变化趋势相一致。于湿交替供水,可部分补偿灌浆后期下旱导致光合不足、同化物减少的籽粒干物质的损失。     

干湿交替和冻融作用对土壤肥力和生态环境的影响

干湿交替和冻融作用对土壤肥力和生态环境的影响朴河春,刘广深,洪业汤（中国科学院地球化学研究所,贵阳５５０００２）ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅＤｒｙｉｎｇ－ＲｅｗｅｔｔｉｎｇａｎｄＦｒｅｅｚｉｎｇ－ＴｈａｗｉｎｇｏｎｓｏｉｌＦｅｒｔｉｌｉｔ...     

干湿交替对生物滞留系统中氮素功能微生物群落的影响

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种植层、淹没层)的硝化和反硝化细菌的多样性和群落结构进行研究,并对微生物群落与环境因子的相互关系进行相关性分析。【结果】微生物种群的功能基因存在显著的空间差异,相比淹没层,种植层的功能细菌更丰富。种植层的OTUs高于淹没层,而进水再湿润促使两种功能基因在种植层和淹没层的OTUs占比差异性增大。群落组成分析表明,amoA型硝化细菌和nirS型反硝化细菌的优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。虽然植物根系对氮素功能微生物的多样性指数影响不显著,但在属水平上,植物系统种植层的反硝化菌群种类高于淹没层,而无植物系统则刚好相反。CCA/RDA分析表明,土壤空间位置是影响硝化和反硝化菌群结构的最重要环境因子。【结论】本研究证实干湿交替运行下生物滞留系统中的氮素功能微生物群落受土壤空间位置、水分含量和植物根系的共同调控,其机制有待进一步研究。     

格氏栲天然林和人工林土壤呼吸对干湿交替的响应

通过室外定位观测前期连续干旱情况下天然降雨及室内模拟不同温度 (10℃、19℃和 2 8℃ )下测定格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤增湿后呼吸动态 ,探讨不同林型土壤呼吸对土壤干湿交替的响应。结果发现室外定位观测和室内模拟试验均出现了增湿后土壤呼吸骤升至最大值及随后逐渐衰减的现象 ,且这种变化可由时间过程模型 (R=ate- bt c)较好地进行拟合。温度升高提升了土壤呼吸对干湿交替的响应值 RV。格氏栲天然林土壤呼吸对干湿交替的响应对温度最为敏感 ,随温度升高其响应指数 RE增加 ;杉木林土壤呼吸对干湿交替的响应指数 RE最高 ,且对土壤水分变化最敏感 ,但随温度升高超过一定限度后其响应指数 RE反而降低     

不同类型作物对干湿交替环境的反应

通过对干湿交替环境下春小麦、马铃薯、大豆和玉米等作物的产量,水分利用效率及光合作用、蒸腾作用、气孔导度等生理变化的研究表明：（１）春小麦和马铃薯在干湿交替环境下可获得与充分供水相当的产量而它们的水分利用效率却显著提高,大豆减产幅度较大,玉米减产严重,其水分利用效率显著低于全湿处理;（２）浇水后各作物的光合速率、蒸腾速率和气孔导度都有所增加,但不同作物增加的幅度不同,就是同一作物各指标的增幅也不同;     

不同种植模式对土壤氮素转化及酶活性的影响

采用两年大田试验,研究了小麦-大豆（A₁）、小麦-甘薯（A₂）、玉米（A₃）、小麦/玉米/大豆（A₄）和小麦/玉米/甘薯（A₅）5种种植模式下,小麦/玉米/大豆套作体系的土壤酶活性变化特征及其对土壤氮素转化的影响.结果表明：与A₁、A₂、A₃和A₅相比,A₄提高了各作物在开花期（或吐丝期）和成熟期的土壤总氮含量及脲酶和蛋白酶活性,处理间表现为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、边行＞中行;降低了小麦、玉米土壤的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及小麦土壤的硝酸还原酶活性.玉米土壤的硝酸还原酶活性在玉米、大豆共生前的拔节期为单作＞套作,在玉米、大豆共生后的吐丝期和成熟期为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口;大豆土壤的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量及硝酸还原酶活性在分枝期为单作＞套作,在开花期和成熟期为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、中行＞边行.     

土壤氮素循环模型及其模拟研究进展

N既是植物必需的营养元素,又是造成环境污染的重要元素.正确模拟土壤中N循环已经成为科学家共同关注的热点问题.简述了土壤N循环的基本过程,重点介绍了13种土壤N循环模型和6个土壤N循环过程的模拟,并讨论了模拟中存在的参数化问题.     

潮汐作用下干湿交替对黄河三角洲盐沼湿地净生态系统CO2交换的影响

潮汐作用作为盐沼湿地独特的水文特征能在短时间内强烈影响盐沼湿地的碳平衡.利用涡度相关和微气象监测技术,对黄河三角洲盐沼湿地净生态系统CO₂交换(NEE)和环境因子进行监测,并同步监测潮汐变化,探究潮汐过程及潮汐作用下干湿交替对NEE的影响.结果表明: 潮汐过程促进了白天生态系统CO₂的吸收但未对夜晚CO₂的释放产生显著影响,潮汐淹水成为影响白天NEE的主要因子.干旱阶段和湿润阶段NEE的日平均动态均呈“U”型曲线,但干旱阶段NEE的变幅较小.干湿交替增强了白天生态系统CO₂的吸收,干旱阶段最大光合速率(A_max)、表观量子产量(α)和生态系统呼吸(R_eco)的均值均高于湿润阶段.此外,干湿交替减少了盐沼湿地夜晚NEE释放的同时增强了其温度敏感性.     

添加玉米残体对土壤-植物系统中氮素转化的影响

采用盆栽试验和^15N示踪技术对黑土添加玉米残体(秸秆和根茬)土壤-植物系统中氮素转化进行了研究,结果表明,玉米残体还田能够增加土壤氮素含量,减轻因其作为燃烧材料而造成的氮素损失和对大气的污染,玉米残体施入土壤,增加了土壤微生物氮含量,提高土壤氮活性,有利于土壤氮素养分的协调供应,玉米残体配施氮肥与氮肥单施相比,玉米植株氮素累积量相近,但氮素在玉米植株不同器官中的分配比例不同;添加玉米残体能够促进氮素从营养器官向籽粒中转移,提高氮素养分的利用效率,同时,添加玉米残体还可以降低土壤NO^-3-N的累积,减少肥料氮的损失4．7％～5．6％。     

潮汐作用下干湿交替对黄河三角洲盐沼湿地净生态系统CO2交换的影响

潮汐作用作为盐沼湿地独特的水文特征能在短时间内强烈影响盐沼湿地的碳平衡.利用涡度相关和微气象监测技术,对黄河三角洲盐沼湿地净生态系统CO₂交换(NEE)和环境因子进行监测,并同步监测潮汐变化,探究潮汐过程及潮汐作用下干湿交替对NEE的影响.结果表明: 潮汐过程促进了白天生态系统CO₂的吸收但未对夜晚CO₂的释放产生显著影响,潮汐淹水成为影响白天NEE的主要因子.干旱阶段和湿润阶段NEE的日平均动态均呈“U”型曲线,但干旱阶段NEE的变幅较小.干湿交替增强了白天生态系统CO₂的吸收,干旱阶段最大光合速率(A_max)、表观量子产量(α)和生态系统呼吸(R_eco)的均值均高于湿润阶段.此外,干湿交替减少了盐沼湿地夜晚NEE释放的同时增强了其温度敏感性.     

冻融对土壤氮素损失及有效性的影响

土壤冻融交替是寒冷生态系统土壤氮素循环的重要驱动力。已有研究表明冻融交替作用能够促进氮素周转,从而缓解因土壤有效氮素缺乏而引起的植物生长限制。即便如此,冻融环境下土壤有效氮素供应量远高于其利用量,过剩的氮素会通过气态(N2O-N)排放、淋溶和径流等途径损失。论述了季节冻融环境和模拟冻融条件下土壤氮素损失状况;同时分析了影响冻融土壤N2O生产的相关因素、产生途径及冻融期N2O大量排放的机制;针对冻融交替过程中土壤氮素有效性问题,探讨了氮矿化、可溶性有机氮(DON)和微生物量氮(MBN)与氮素损失的关系。评述了土壤冻融研究中存在的不足,认为模型研究、土壤微生物功能、氮素转化中间产物、土壤-植物界面过程是未来值得关注和深入探讨的研究方向。     

全球降水格局变化下土壤氮循环研究进展

自然和人为因素导致全球降水格局发生改变,降水变化势必影响土壤氮循环,从而影响陆地生态系统生产力和多样性,然而不同降水变化类型对土壤氮循环的影响仍然缺乏足够的认识。因此,本文综合分析了全球和我国降水格局变化特征,简要介绍了6种降水格局变化下土壤氮循环的研究方法（长期降水固定观测、野外降水控制实验、自然降水梯度、室内培养、模型和遥感）,系统综述了3种降水变化类型（降水波动、干旱、干湿交替）,以及降水与温度、氮沉降等交互作用对土壤氮循环影响的研究进展与存在的问题,并展望了未来研究方向,为评估和预测未来降水变化对陆地生态系统功能的影响提供理论依据。     

四年O3熏气对小麦根际土壤氮素微生物转化的影响

采用开顶箱（open top chambers,OTC） 法设置3个臭氧浓度梯度,连续4a对小麦生长季土壤进行臭氧增加试验。测定小麦拔节、孕穗、抽穗、灌浆和成熟期的根际土壤微生物量氮、氨氧化细菌、反硝化细菌数量以及硝化和反硝化强度。结果显示微生物量氮、氨氧化细菌数量和硝化强度随小麦生育进程的推进,呈先升高后降低的趋势,4a变化趋势相同。O₃胁迫下,小麦根际微生物量氮、氨氧化细菌数量、硝化强度亦降低,与对照比较,均达显著水平（P < 0.05）;随O₃作用年限增加,抑制效应越强,第4年 O₃对其的抑制率显著高于第1年的抑制率。反硝化细菌数量在前期没有显著变化,成熟期则增加两个数量级,O₃显著促进成熟期反硝化细菌数量增加。4a试验有相同的变化趋势。在较短时间里O₃对土壤反硝化强度没有显著影响,而作用3个生长季后,反硝化强度显著升高。结果说明,O₃浓度升高降低了麦田土壤微生物量氮、氨氧化细菌数量和硝化强度,并有一定的积累效应。O₃剂量和作用时间的累积量达到一定阈值,显著增加土壤反硝化细菌数量和反硝化强度,增加麦田土壤N₂O排放的风险。土壤氮素微生物转化受小麦生长发育状况和O₃剂量、作用时间的共同影响,不同形态的氮素对O₃的敏感阈值不同,响应的时间和变化的范围有差异。