青藏高原草地土壤微生物研究进展

青藏高原高寒草地是高寒生态系统物种及遗传基因最丰富和最集中的地区之一,也是全球生物多样性的热点和敏感区域。青藏高原的重要性也越来越被重视,针对其研究也在逐年增长,而土壤微生物作为影响生态系统功能十分重要的因素在青藏高原的重要性不言而喻。本文介绍了青藏高原草地土壤微生物的组成和类型,评价了土壤中微生物的功能类群、影响因子以及这些微生物对气候变暖、降水格局改变和氮沉降增加的响应,以期加深对青藏高原草地土壤微生物的认识。     

土壤呼吸对降雨变化和氮沉降交互作用响应的研究进展

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的关键过程,对大气CO₂浓度变化有直接影响。研究其如何响应降雨变化、氮沉降增加等全球变化因子,成为近年全球变化领域的热点与难点。与土壤呼吸响应降雨变化或氮沉降增加单个因子相比,研究土壤呼吸对这两个因子交互作用的响应更接近真实的自然环境,可更准确地预估未来土壤碳排放的变化趋势。目前,相关研究涉及全球不同的陆地生态系统,从土壤、微生物和植物层面对其响应机理进行揭示。本文从土壤呼吸及其组分、相关的土壤性质、微生物及植物因素方面,较全面地梳理了不同陆地生态系统土壤呼吸响应降雨变化和氮沉降增加交互作用的研究进展,指出了现有研究中的不足及今后需加强的研究方向,以期为进一步揭示土壤呼吸对降雨变化和氮沉降增加交互作用的响应规律及机制提供参考。     

氮沉降对草地凋落物分解的影响研究进展

随着人类干扰和全球变化的加剧,大气氮沉降量迅速地增加,对草地生态系统碳循环过程产生了显著影响。凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,也是土壤碳库的主要来源和维持土壤肥力的基础。凋落物分解深受非生物、生物因子及其交互作用的影响。氮沉降通过影响土壤氮有效性、凋落物产量和质量、土壤生物因子及凋落物分解环境来影响分解。该文综述了氮沉降对草地凋落物分解过程的影响及其机理,包括对土壤氮有效性,凋落物产量、质量,土壤微生物和酶活性以及凋落物分解环境的影响,在系统分析国内外研究现状的基础上,探讨整合了目前氮沉降影响草地凋落物分解的主要研究内容、方向、方法以及存在的主要问题,并对未来的重点研究方向进行了展望,以期为深入研究草地生态系统碳循环过程与氮沉降之间的相互作用与反馈机制提供参考。     

模拟氮沉降对土壤酶活性和微生物组成的影响

氮沉降改变了草地生态系统的氮(N)素循环过程,由此带来的生态学效应已成为当前研究的热点。以乌鲁木齐周边短期围封草地为研究对象,通过模拟氮沉降实验,分析了自由放牧地和围封草地土壤酶活性和微生物组成,结合土壤养分及化学计量特征,探讨了氮沉降对短期围封草地土壤微生物组成及酶活性的影响,为该地区放牧草地的保护、恢复及管理提供理论依据。结果表明:(1)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量随围封年限的增加总体呈升高趋势,表明围封有利于提高土壤养分含量。与中国草地平均值相比,该草地土壤碳氮比(C/N)相对较高,碳磷比(C/P)、氮磷比(N/P)相对较低,表明该草地土壤有机质分解良好,有利于土壤碳(C)、磷(P)的释放,而土壤N素较为缺乏。(2)就不同围封年限而言,围封3年草地5-20cm层土壤真菌数量高于其它样地;围封3年草地表层土壤蔗糖酶与过氧化氢酶活性最高;围封7年草地放线菌数量最多,说明围封能够促进土壤微生物生长及酶活性的提高。(3)氮素添加对土壤真菌具有抑制作用,N5(4.6gN m^-2 a^-1)、N10(9.8gN m^-2 a^-1)处理显著增加了各样地土壤细菌数量,氮素添加对围封7年草地0-10cm层土壤放线菌无显著影响,而氮沉降显著增加了其它样地5-20cm层土壤放线菌数量,其中N5、N10处理下促进作用最明显;氮素添加对该草地土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶均具有促进作用,N5、N10处理促进作用最明显。综合分析表明,氮沉降可直接或间接影响土壤微生物及酶活性,短期围封作为一种草地管理手段,对退化草地生态系统的修复具有一定作用,并可通过改善土壤理化性质、调节养分含量及其化学计量比来加速退化草地的恢复。     

氮添加对昆仑山高山草地土壤、微生物和植物生态化学计量特征的影响

全球范围内的氮沉降增加改变了生态系统氮(N)素循环过程,由此带来的生态学效应已成为当前研究的热点。以昆仑山高山草地生态系统2种优势植物黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)和针茅(Stipa capillata)为研究对象,开展人工氮肥添加试验,研究土壤-微生物-植物系统各组分生态化学计量特征对氮添加的响应特征。结果表明:①氮添加显著提高了土壤NH4^+-N和土壤NO3^--N含量(P<0.05),土壤全N、全磷(P)、速效P含量没有明显变化。②氮添加条件下针茅叶片N含量增加,P含量降低,而黄花棘豆N和P含量无明显变化。③土壤微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)随着施氮量的增加呈现出先增加后降低的趋势,当施氮量为6N·m^-2·y^-1时呈现出最高值。土壤NH4+-N含量与土壤微生物量N含量有显著的正相关关系(P<0.01)。综合分析表明,短期氮添加有利于土壤养分和微生物量的积累,促进植物和微生物养分吸收利用。2种优势植物的生态化学计量特征对氮沉降的响应不同,过量的氮输入将会造成植物生长受到P限制,氮沉降会改变昆仑山高山草地生态系统的生物地球化学循环过程。     

氮沉降对草地土壤及团聚体元素有效性的影响

深入理解土壤及团聚体元素有效性对氮沉降的响应机制,是研究全球变化背景下土壤养分供应及生态系统结构和功能的关键.本研究综合评述了草地生态系统土壤表土及团聚体内元素分布及其对氮沉降的响应机制.总体而言,草地表土内碳、氮、磷、硫有效性研究较多,且研究结果因氮添加形态、添加时间及生态系统类型而异.氮沉降通过改变碳、氮、磷、硫等生源要素的转化过程及其在土壤团聚体内的再分配,而影响这些元素的生物有效性.然而,氮沉降影响草地土壤交换性盐基及有效态微量元素的研究较少.氮沉降促进土壤酸化,导致各团聚体内钙、镁差异性流失,其中大粒径团聚体内盐基元素更易流失;酸化还有助于提高团聚体内铁、锰、铜、锌有效性.土壤小粒径团聚体内的养分对外界环境变化响应不敏感.当前研究的不足之处在于,较少关注氮沉降对土壤团聚作用及团聚体元素有效性的影响.今后应加强团聚体元素有效性与土壤酶活性耦合变化关系的研究,并分析氮沉降背景下土壤物理结构和化学组成的变化对植物群落的反馈作用.     

氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制

氮沉降持续增加背景下土壤C∶N∶P化学计量比和pH环境等的改变及其可能的土壤微生物学机制已经成为陆地生态系统与全球变化研究的新生长点和科学研究前沿.以生态化学计量学和土壤微生物生态学为理论基础,综述了氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进全球变化背景下陆地生态系统地下生态学的研究.氮沉降持续增加会导致森林生态系统磷循环加速,导致磷限制.氮沉降不但改变森林土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比和降低土壤pH值,而且改变土壤微生物生物量碳氮磷、细菌、真菌和放线菌的组成以及影响碳氮磷分解的关键酶活性.氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响表现为促进、抑制和无影响,其影响的差异可能来源于微生物效应的不同.叶片在凋落前有显著的氮磷养分回收,但是根无明显的养分回收,造成土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比存在明显差异.基于DNA/RNA等分子生物学方法为土壤微生物生态学研究提供了强有力的手段,将促进氮沉降对森林土壤有机质和凋落物化学计量比改变的微生物学机制研究.     

呼伦贝尔草原土壤养分及生物学特性对氮沉降的响应

针对在我国开展的草地生态系统氮沉降的研究主要集中在内蒙古温带草原,以及氮沉降模拟与真实的氮沉降输入存在较大差异这些问题,本研究于2014年在内蒙古呼伦贝尔草原设置双因素模拟氮沉降试验平台,包括普通尿素与缓释尿素两种氮沉降模拟方式和8个氮沉降水平(0、25、50、75、100、150、200与300 kg N·hm^-2·a^-1),试验开展3年后,于地上植被生长旺盛时期(2016年8月)采集土壤样品,考察土壤养分及生物学特性对不同氮沉降模拟方式及氮沉降水平的响应.结果表明: 氮沉降对呼伦贝尔草原土壤化学性质、生物学性质和酶活性均产生了显著影响.随着氮沉降水平的增加,土壤pH最高下降约0.2个单位,可溶性全氮(TDN)最高增长5～7倍,可溶性有机碳(DOC)增加了12%～36%,土壤全磷含量出现了降低的趋势;微生物量和代谢活性先增加后降低;与土壤碳氮磷转化相关的酶活性在中等氮沉降水平下显著增加.相对于普通尿素,缓释尿素模拟氮沉降减缓了土壤pH下降与可溶性养分增加的程度;使微生物量和代谢活性,以及与氮转化相关的酶活性的变化趋势相对平缓.该区域研究结果印证了氮持续输入造成土壤pH下降、生物有效性养分增加,从而对微生物量与活性、酶活性产生影响的结果.     

模拟降雨变化对古尔班通古特沙漠土壤养分及酶活性的影响

土壤酶参与土壤系统的养分循环过程,是联系植物和土壤养分的关键纽带。土壤酶活性对降水格局变化响应敏感,这种响应对于缺水且养分贫瘠的荒漠生态系统显得尤为重要。然而,早春积雪完全融化后首次降雨时间及降雨量如何影响土壤养分及土壤酶活性还鲜见相关报道。以新疆古尔班通古特沙漠为研究区,在早春积雪完全融化后,设置3个首次降雨时间(积雪完全融化后第10天、20天和30天)和3个降雨梯度(5 mm、10 mm和15 mm),于植物生长旺季采集土壤样品,研究土壤养分含量和土壤酶活性的响应特征。结果表明：积雪完全融化后不同首次降雨时间下5mm降雨处理以及积雪完全融化后第30天下各降雨量处理对土壤养分和酶活性影响不显著。积雪完全融化后第10天,随降雨量增加,土壤全碳呈显著先下降后增加趋势,全钾呈显著增加趋势,而土壤微生物量碳呈显著降低趋势;积雪完全融化后第20天,随降雨量增加,速效氮、土壤蔗糖酶活性、土壤微生物量碳氮呈先下降后增加趋势,土壤全碳和多酚氧化酶活性显著下降,土壤全钾和碱性磷酸酶活性显著增加。模拟10 mm降雨,随首次降雨时间推迟,土壤全氮、速效氮、速效磷、土壤蔗糖酶活性和土壤微生物量碳呈增加趋势;...     

土壤微生物群落对全球气候变化响应的研究进展

全球气候变化对陆地生态系统过程和功能产生重要影响,土壤微生物群落在陆地生态系统几乎所有的生物地球化学循环过程起到关键作用。本文针对气候变化对土壤微生物的影响研究结果,主要从土壤微生物活性(土壤呼吸与酶活性)和微生物群落结构对大气CO₂升高、增温、降水变化、氮沉降等全球变化单因子和多因子的直接或间接响应进行综述,并进一步阐述参与土壤碳氮循环过程的功能微生物对气候变化的响应机制与适应规律。全球变化因子改变了土壤微生物的群落组成,呈现降低、增加和无影响3种效应,且不同功能微生物也呈现不同的敏感性。多个全球变化因子对土壤微生物群落结构的交互效应可能存在加性、协同、拮抗作用,产生加和的、相互促进或抵消的整体效果。然而,目前对多种全球变化因子如三因子或四因子的组合作用,以及多因子的高阶交互作用研究较少;已有的研究地理分布不均匀,且时间和空间大尺度的研究不足;缺乏综合生态系统模型对全球变化的影响进行模拟和预测。最后指出今后的研究发展方向：进行多种全球变化因子、长时间、多生态系统点位、大空间尺度的土壤微生物群落动态研究;探究多种全球变化因子的高阶交互作用;建立综合响应的生态系统模...     

大气氮沉降影响草地植物物种多样性机制研究综述

大气氮沉降对草地生态系统结构和功能的影响已成为全球变化生物学研究重点。大气氮沉降导致草地群落物种多样性降低已成为全球普遍现象,但其生物学机制还不清楚,因此有必要系统梳理大气氮沉降对全球不同草地生态系统的研究结果,以便在氮沉降背景下为我国草地生态系统的研究和管理制定科学决策。系统综述了氮沉降降低草地群落物种多样性的可能机制,主要包括资源竞争排斥、群落更新限制、土壤酸化及其离子毒害、养分失衡、氮素本身的毒害、次生胁迫。氮沉降导致草地物种多样性降低是多种机制综合作用的结果,每种机制在不同时空具有不同的相对贡献。同时,与欧洲酸性土壤草地和美国高草草原相比,我国草地土壤类型和植被属性具有明显差异。因此,应根据我国草地生态系统的特征、不同植物功能利用养分策略,从土壤养分变化、根系养分吸收转运、叶片生理过程等方面的整合研究思路,探讨氮沉降影响我国草地群落物种多样性的生物学机制,为我国草地生态系统的科学管理提供理论依据。     

全球变化对土壤动物多样性的影响

陆地生态系统由地上和地下两部分组成,二者相互作用共同影响生态系统过程和功能.土壤动物在生物地球化学循环方面起着重要作用.随着人们对土壤动物在生态系统过程中重要性的认识,越来越多的研究表明全球变化对土壤动物多样性产生深刻影响.土地利用方式的改变、温度增加和降雨格局的改变能直接影响土壤动物多样性.CO2浓度和氮沉降的增加主要通过影响植物群落结构、组成和化学成分对土壤动物多样性产生间接影响.不同环境因子之间又能相互作用共同影响土壤动物多样性.了解全球变化背景下不同驱动因子及其交互作用对土壤动物多样性的影响,有助于更好地预测未来土壤动物多样性及相关生态学过程的变化.     

全球变化对土壤动物多样性的影

陆地生态系统由地上和地下两部分组成,二者相互作用共同影响生态系统过程和功能.土壤动物在生物地球化学循环方面起着重要作用.随着人们对土壤动物在生态系统过程中重要性的认识,越来越多的研究表明全球变化对土壤动物多样性产生深刻影响.土地利用方式的改变、温度增加和降雨格局的改变能直接影响土壤动物多样性.CO₂浓度和氮沉降的增加主要通过影响植物群落结构、组成和化学成分对土壤动物多样性产生间接影响.不同环境因子之间又能相互作用共同影响土壤动物多样性.了解全球变化背景下不同驱动因子及其交互作用对土壤动物多样性的影响,有助于更好地预测未来土壤动物多样性及相关生态学过程的变化.     

外源碳输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响及其微生物学驱动机制

外源碳输入对土壤碳源可利用性的改变不仅直接影响着微生物参与陆地生态系统的碳循环过程,而且也制约着微生物对其它营养元素的需求。在大气氮沉降持续增加的全球变化背景下,部分地区已出现生态系统氮养分条件的显著变化甚至土壤中活性氮素的过量积累,进而带来微生物对碳源需求的增加。通过人为调控碳源的可利用性,改善微生物的碳限制状况,将对科学的增加陆地生态系统固碳能力具有极为重大的意义。综述了国内外有关外源碳输入对土壤碳排放、凋落物分解以及土壤碳库影响及其主要的微生物作用机制的相关研究结果,以期能够为未来氮沉降持续增加情景下,如何科学有效地提高生态系统的碳汇潜力提供一定的参考。     

降水变化和氮沉降影响森林叶根凋落物分解研究进展

全球环境变化通过改变凋落物质量和产量、土壤生物以及非生物因子调控森林凋落物分解，从而对森林生态系统物质和能量循环产生重要的影响。就森林凋落物分解对当前我国面临降水格局变化和大气氮沉降增加的响应进行了回顾和系统的分析，发现降水格局改变如降水减少可能降低凋落物质量从而减缓凋落物分解，而氮沉降增加通常提高凋落物质量从而促进凋落物分解（间接效应）；降水格局改变通过调节土壤含水量和溶解氧含量进而影响微生物参与的分解过程，或通过改变可溶性组分的淋溶量来影响凋落物分解的物理过程，而氮沉降增加主要通过提高外源氮素的有效性从而促进或抑制微生物参与的分解过程（直接效应）。现有研究大多是基于地上凋落物（例如叶凋落物）来理解和量化森林凋落物分解速率与环境因子之间的关系。但目前对降水格局变化及其与大气氮沉降增加的交互作用如何影响森林地上和地下凋落物分解，以及潜在的微生物学机制仍然缺乏统一和清晰的认识。从土壤性质、凋落物质量、微生物群落结构和功能3个方面构建了环境变化对森林地上和地下凋落物分解的概念框架，并进一步阐述未来研究的重点方向：（1）亟需查明地上和地下凋落物分解的驱动机制；（2）探明降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互作用对凋落物分解和养分释放的影响及其生物化学调控机理；（3）阐明微生物群落结构和功能对降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互的响应机制。以期为深入探讨全球环境变化对森林凋落物分解的影响，以及环境胁迫下森林土壤"碳库"维持机制的解释提供科学依据。     

增加降水及施氮对弃耕草地土壤线虫和小型节肢动物的影响

降水格局变化及大气氮沉降对诸多生态过程及功能均有重要影响。然而,目前对于土壤动物对以上两种全球变化趋动因子的响应模式及机制仍缺乏充分认识。本研究利用野外控制试验技术,在中国北方平原弃耕草地生态系统模拟增加降水及大气氮沉降对土壤动物群落的影响。结果表明,增加降水及氮素添加对土壤螨类及跳虫的种群密度均无影响。增加降水使土壤线虫的数量显著增加了14.9%,氮沉降对土壤线虫的数量无影响,但显著增加了群落中食细菌性线虫的数量(45.8%)。本研究表明,土壤线虫对资源有效性及生境微环境变化响应的敏感性强于土壤小节肢动物,且增加降水与氮沉降之间不存在交互作用。     

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。     

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.     

基于BIOLOG技术分析氮沉降和降水对土壤微生物功能多样性的影响

土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要介质,因此在维持土壤的功能多样性和持续性方面发挥着关键作用。气候变化驱动因素会影响土壤微生物的生理活动,引起其群落结构和功能多样性的改变,并对生物地球化学循环和气候―生态系统反馈产生连锁效应,其中氮沉降和降水是全球气候变化的研究热点。土壤氮(N)的有效性有可能通过改变微生物的群落组成以调节微生物对降水变化的响应,但目前关于N沉降和降水及其交互作用对土壤微生物群落功能多样性的影响机制仍不清楚。为了准确预测未来气候条件下生态系统的功能状况,需要更好地了解土壤微生物对环境变化的响应。基于BIOLOG技术综述了氮沉降和降水变化及其交互作用对土壤微生物功能多样性影响的相关研究进展,可以为进一步研究全球气候变化背景下地下生态学的发展提供参考。另外,分析阐述了当前工作中存在的一些主要瓶颈,并对未来的研究热点进行了探讨和展望。     

氮添加和水分改变对亚热带人工林红壤微生物多样性及群落组成的影响

氮沉降加剧与全球降雨格局改变是全球变化的重要特征,外源氮素的输入及土壤水分条件的变化势必会影响土壤微生物的多样性和群落组成,进而影响地球化学过程。运用Illumina Miseq高通量测序技术,研究氮添加、水分改变及二者交互作用对亚热带人工林红壤细菌、真菌多样性、群落组成的影响及其与土壤理化因子间的关系。结果表明:土壤细菌多样性随水分含量的降低而减少,且氮添加增强了这一抑制作用。施氮后中水分处理土壤真菌Shannon指数显著高于低水分处理。氮添加显著降低Acidobacteria的相对丰度,增加Actinobacteria、Bacteroidetes的相对丰度。土壤Acidobacteria、Bacteroidetes的相对丰度随土壤含水量的升高而增加, Actinobacteria、Firmicutes则相反。干旱加剧了氮添加对Acidobacteria相对丰度的抑制作用,氮水交互处理显著影响Cyanobacteria的相对丰度。而氮添加、土壤水分及二者交互作用对土壤真菌群落组成均无显著影响。冗余分析表明土壤细菌群落组成的变化与土壤含水量、pH、NO3–-N含量、TN含量显著相关,分...