土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率,也称为微生物的生长效率。土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数,影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。在全球环境变化背景下,认识土壤微生物CUE的变异及其影响机制,对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。概述了CUE的定义及其测定方法,重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。基于现有研究的分析得出,土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值,分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。土壤微生物CUE在0.2-0.8的范围内变化,这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析,生物和环境要素交互影响的调控机理解析,以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。     

河岸带农田不同恢复年限对土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响——以温榆河为例

弃耕地撂荒是土壤与植被向自然方向进行的次生演替,研究河岸带土壤撂荒后碳氮磷生态化学计量特征,是恢复和重建由农田干扰导致的退化河岸带生态系统的重要科学基础之一。以河岸带农地为对照,不同撂荒年限(撂荒2年、撂荒8年、撂荒10年)的土壤为研究对象,探索不同撂荒年限对土壤碳、氮、磷含量及相互关系的影响。结果表明:(1)土壤有机碳、氮的含量均呈现撂荒10年撂荒8年农田撂荒2年;土壤中磷含量呈现撂荒10年撂荒8年撂荒2年农田;农田和各撂荒年限的土壤碳、氮、磷含量,均随着土层深度的增加而呈降低的规律,但土壤碳和氮差异的显著性比磷明显。(2)河岸带土壤中C/N、C/P的均值均呈现:撂荒10年农田撂荒8年撂荒2年趋势。N/P的均值呈现:撂荒10年(0.78)农田(0.77)撂荒8年(0.77)撂荒2年(0.67),表明N是本研究区河岸带植被恢复的限制性营养元素。(3)河岸带农田和不同撂荒年限土壤碳、氮含量均存在极显著的耦合线性关系,而碳与磷、氮与磷之间的线性拟合程度相对较低。(4)在农田撂荒演替的初期阶段(2年),土壤的容重没有显著的变化,而随着撂荒时间的增加(8年和10年),土壤容重均有显著的降低,土壤结构得到改善。     

黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量参数对降雨量的响应特征

以黄土高原10个典型样点的20年刺槐人工林为研究对象,测定了样地中刺槐叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）含量,以及0-10 cm和10-20 cm土层土壤的主要理化指标,探讨了黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量特征参数随水分梯度的变化规律。研究结果发现：①随着降水量增加,刺槐叶C、N含量呈增加趋势,叶片P含量无一致性规律。② 0-10 cm土层中土壤SOC、TN、TP、铵态氮含量以及C ∶ P和N ∶ P均随降雨量增加呈逐渐增加趋势,而C ∶ N比变化不明显。③刺槐叶片C、N、P及其化学计量比与土壤化学计量比相关性较弱,但叶片N、P与土壤铵态氮、速效磷等速效养分含量呈显著正相关（P<0.05）。本研究叶片N ∶ P>16,说明黄土高原刺槐生长主要受P元素限制,且随着降水的增加,土壤P养分的限制加强。     

青藏高原多年冻土区不同水分条件的高寒草甸根系功能性状对增温的响应

在青藏高原多年冻土广泛分布的风火山地区,选择小嵩草（Kobresia pygmea）草甸和藏嵩草（Kobresia tibetica）沼泽化草甸为研究对象,采用开顶增温室（Open top chambers, OTCs）模拟气候变暖,探讨模拟增温对土壤水分差异的两种草甸地下生物量及根系功能性状的影响。结果显示,（1）增温显著增加小嵩草草甸0—20 cm根系生物量,主要是由于表层（0—10 cm）根系生物量显著增加,而对藏嵩草沼泽化草甸根系生物量无影响。（2）增温显著增加了小嵩草草甸根组织密度,同时提高了藏嵩草沼泽化草甸10—20 cm的比根长和比根面积（3）增温降低了小嵩草草甸的根系碳含量及10—20 cm根系氮含量,增加了藏嵩草沼泽化草甸的碳含量及10—20 cm根系氮含量,显著提高了小嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸深层（10—20 cm）根系碳氮比。这些结果预示着增温使得土壤水分较低的小嵩草草甸朝着资源保守的慢速生长型发展,以适应暖干化的环境;土壤水分较高的藏嵩草沼泽化草甸朝着资源获取的快速生长型发展,加速利用土壤中的养分满足植物生长需要。可见,土壤水分可以调节高寒草甸对气候变暖的演变趋势,强调了水分的重要性。     

茂兰喀斯特区68种典型植物叶片化学计量特征

研究茂兰喀斯特区不同功能(类)群植物叶片的养分含量及化学计量特征,揭示其在时间和空间尺度上的变化规律,阐明碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)等养分含量与C∶N∶P间的相互关系,探讨N∶P对该区域植物生长的指示作用,以期能够更深入的了解其养分利用状况及适生性,为喀斯特森林的稳定性及维持机制提供理论依据。以茂兰喀斯特区68种典型植物为研究对象,分别测定不同生长阶段植物叶片的C、N、P和K含量,并计算其化学计量比。结果表明:研究区68种植物分属40科62属;其叶片C、N、P和K含量的几何平均值分别为445.87 g/kg、17.32 g/kg、1.35 g/kg和9.86 g/kg,C∶N的算术平均值为26.93,C∶P、C∶K、N∶P、N∶K和P∶K的几何平均值分别为330.93、45.22、12.85、1.76和0.137;C与N呈极显著负相关,N与P、K以及P与K均呈极显著正相关,N与C∶P和C∶K、P与C∶N、C∶K和N∶K以及K与C∶N、C∶P和N∶P均呈极显著负相关,且它们之间均具有二次函数、指数函数或幂函数的非线性耦合关系;从变异程度来看,C含量为弱变异,N、P、K含量及各元素的化学计量比则均属中等变异或强变异。从植物不同生活型来比较,各生长阶段的C含量均表现为灌木乔木草本,N、P和K含量均为草本灌木乔木,各元素的化学计量比则均为乔木灌木草本。从植物不同系统发育来分析,各生长阶段蕨类植物的N、P、K含量均要高于种子植物,而各元素的化学计量比则正好相反。从不同生长阶段来看,各功能(类)群植物生长期(或生长盛期)的养分含量均要高于落叶期(或生长末期);乔木、灌木和草本等不同生活型植物落叶期的C∶P、C∶K、N∶P和N∶K均要高于生长期;蕨类植物各元素的化学计量比不同生长阶段间差异都不显著;而种子植物的C∶P、C∶K、N∶P和N∶K则均表现为落叶期生长期。对比我国其他地区及全国和全球尺度上的研究结果,该区域植物的生长发育易受N和P素的双重限制,但又因功能(类)群及生长阶段的不同其受限的养分元素也存在一定差异,体现了对高度异质的喀斯特生境不同的适应策略;而植物体内较高的K含量则可能是提高其自身抗性、适应恶劣环境的重要因素。减少人为干扰、加之适当的保护,在植物生长期配以适量的N素添加,有利于其更好的生长发育,有助于提高喀斯特森林生态系统的稳定性和抗干扰性。研究结果揭示了喀斯特森林植物的适生机制,对喀斯特森林的保护具有重要的指导意义。     

三峡库区消落带4种典型草本植物的生态化学计量特征

为研究三峡水库消落带优势植物的养分利用特征及其对生境的适应策略,选择消落带分布最多的4种草本植物为研究对象,分析了植物根、茎、叶的碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量和化学计量比特征。结果表明:(1)相比陆地系统和自然湿地系统,消落带植物具有较低的C含量和较高的N、P、K含量,C/N、C/P、C/K均较低,表明植物具有低固碳和高养分积累、低养分利用效率和高生长速率的特征;(2)4种植物的养分含量和计量比存在一定差异,其中狗牙根具有较低的N、P、K含量和较高的C/N、C/P、C/K,且变异系数均低于其他3种植物,其低养分需求、高养分利用效率以及较强的内稳性可能是其在库区分布最广的重要机制;(3)4种植物在不同器官的养分分配策略相似,均表现为叶片C含量低于根和茎,而N、P、K含量则显著高于根、茎;同时,与根、茎相比,叶片C/N、C/P、C/K较低,N/P、N/K较高,且在不同生境条件下变异系数较小,表现出相对较高的稳定性;(4)落消带植物的养分含量及计量比从全库区上游至下游的空间变异性较强,其中N、C/N、N/P变异性较大,而C、P、K变异性较小,表明植物N含量受生境变化的影响较大,加之消落带不同植物生长均受到严格的N限制,因此N供给可能是影响消落带生态系统结构的重要因子。三峡库区消落带植物生态化学计量特征具有明显的变异性和特殊性,是植物群落演替及生态系统功能变化的重要驱动因素。     

滇中退化山地不同植被恢复下土壤碳氮磷储量与生态化学计量特征

植被恢复对土壤营养元素的存赋及其生态化学计量特征的影响广受关注,为了深入了解不同植被恢复类型下土壤碳、氮、磷储量与生态化学计量特征,选择滇中地区退化山地飒马场流域具有代表性的4种不同修复阶段的典型植被(荒坡灌草丛、云南松林、针阔混交林和次生常绿阔叶林)为研究对象,分析了不同植被类型下不同深度土壤中有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)储量和化学计量变化特征。结果表明,退化山地的植被恢复显著改变土壤碳氮磷储存能力和化学计量比,这种改变作用整体上随土壤深度增加而降低。其中,在0—60 cm土层上,SOC储量在次生常绿阔叶林最高,达123.41 t/hm~2,其次是针阔混交林(115.69 t/hm~2)和云南松林(93.08 t/hm~2),荒坡灌草丛(89.56 t/hm~2)最低;TN储量针阔混交林(4.91 t/hm~2)次生常绿阔叶林(4.58 t/hm~2)云南松林(4.43 t/hm~2)荒坡灌草丛(3.98 t/hm~2),4种植被类型间差异显著;TP储量云南松林最高(2.57 t/hm~2),次生常绿阔叶林(2.2 t/hm~2)最低;4种植被类型下土壤C/N介于15.77—30.18,C/P介于29.24—65.33,N/P介于1.28—2.68之间,在0—60 cm土层上均以次生常绿阔叶林最高。植被类型和土壤深度及其交互作用显著影响研究区的SOC、TN和TP储量和化学计量比。分析认为,退化山地不同植被类型对土壤碳氮磷储量和化学计量的影响过程复杂,修复演替进入到次生常绿阔叶林阶段土壤理化性质显著提升,该地区植被修复主要受到氮的限制。研究表征了滇中退化环境植被恢复过程中土壤主要元素变化特征,为揭示植被恢复与土壤生态功能演变关系提供数据支持。     

凋落物添加和移除对杉木人工林土壤水解酶活性及其化学计量比的影响

土壤生态酶化学计量比可用于评估微生物碳(C)、氮(N)和磷(P)养分的需求状况。以往从凋落物输入量变化对生态酶化学计量比的角度来探讨杉木人工林土壤养分状况的研究较少。以亚热带杉木人工林为研究对象,采用随机区组实验设计,对12块杉木人工林样地进行3种凋落物处理(凋落物添加(LA);凋落物移除(LR);对照(CK)),通过测定土壤C、N和P水解酶(β-葡糖苷酶(BG)、半纤维素酶(CB)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP))的活性及土壤理化性质,探讨凋落物添加和移除对杉木人工林土壤养分状况的影响。结果表明:LR显著抑制了AP、BG、CB、NAG和LAP活性,同时降低了土壤含水量(SMC)、有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和有效氮含量;而LA对以上指标均存在显著的正效应,表明凋落物输入量变化主要是通过改变土壤水分和养分状况来影响水解酶的活性。LR和CK处理下土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)和ln(NAG+LAP):ln(AP)均低于全球尺度上土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)(0.62)和ln(NAG+LAP):ln(AP)(0.44),表明亚热带地区杉木人工林土壤微生物生长受磷限制;LA处理的土壤的ln(BG+CB):ln(AP)和ln(NAG+LAP):ln(AP)均高于全球尺度,表明LA在一定程度上缓解了土壤磷限制,生态酶化学计量比响应的差异表明磷可能是驱动亚热带杉木人工林土壤生态酶化学计量比内在联系的关键因子。相关分析表明SMC、SOC和有效氮含量与土壤酶活性及其化学计量比呈极显著正相关关系,因此,生态酶化学计量比可作为表征土壤当前养分有效性状况的重要指标,该研究可为亚热带杉木人工林土壤养分管理和可持续性经营提供科学的基础理论。     

微生物对昆虫行为的影响研究进展

在漫长的进化过程中,微生物与昆虫形成了多种形式的互作关系。微生物的广泛分布为与昆虫接触并影响昆虫的行为提供了背景条件。为了深入探究微生物影响昆虫行为的现象和机制,本文综述了微生物影响昆虫行为方面的研究进展。微生物通过产生可被昆虫识别的化学信号物质、参与昆虫或寄主植物信息化合物的合成等方式可影响昆虫对其寄主的定位和选择。在对昆虫种内和种间关系的研究中也发现微生物起着非常重要的作用。通过改变昆虫性信息素等方式,微生物还能影响到昆虫的繁殖行为;除此之外,微生物合成或参与合成的信息化合物还可以影响昆虫的社会性和聚集等行为。根据当前对微生物影响昆虫行为方面的研究现状,我们建议可进一步研究：(1)微生物影响昆虫行为的过程中,影响昆虫行为的信息化合物是如何产生的？(2)微生物在影响昆虫行为的过程中是否涉及更多的物种间互作？(3)对于一些在特定时期可影响昆虫行为的共生微生物来说,宿主昆虫是如何获得并维持这些微生物的？     

防除狼毒对狼毒斑块植物-土壤C、N、P化学计量特征的影响

使用化学除草剂防除狼毒能有效遏制狼毒种群的扩张,对于防除狼毒后狼毒斑块的植被和土壤生态化学计量特征的研究鲜有报道。基于此,本研究运用生态化学计量学的原理、方法,以分枝数相同的单株狼毒（Stellera chamaejasme）斑块为研究对象,通过化学药剂防除狼毒后,分析狼毒斑块内外植物-土壤C、N、P含量及其比值的变化,探讨植物和土壤化学计量特征的内在联系以及狼毒斑块的养分循环规律,为狼毒型退化草地的生态恢复及利用提供参考。结果表明：防除狼毒后禾本科生物量有所增加,豆科和杂类草地上生物量显著低于狼毒斑块内（P<0.05）。不同狼毒斑块的豆科植物N含量和杂类草P含量最高,防除狼毒后植物C、N含量高于其他斑块;禾本科P含量为狼毒斑块外显著高于狼毒斑块内（P<0.05）;狼毒斑块内外莎草科C∶N显著高于防除狼毒（P<0.05）;莎草科和豆科C∶P和N∶P为防除狼毒显著高于狼毒斑块内和狼毒斑块外（P<0.05）,杂类草C∶P和N∶P为防除狼毒显著高于狼毒斑块外（P<0.05）,禾本科C∶P为狼毒斑块内显著高于防除狼毒和狼毒斑块外（P<0.05）。不同狼毒斑块土壤C、P含量以及C∶P表现为狼毒斑块内>狼毒斑块外>防除狼毒,N含量和N∶P为防除狼毒>狼毒斑块内>狼毒斑块外,C∶N表现为狼毒斑块内和狼毒斑块外显著高于防除狼毒（P<0.05）。冗余分析（RDA）结果显示植物与土壤的C,C∶N,C∶P,N∶P两两显著正相关,N,P两两显著负相关,且防除狼毒后对植物和土壤的N含量,N∶P以及植物P含量影响较大。