氮磷添加下典型温带、亚热带森林土壤氮循环功能基因丰度和微生物群落属性数据集

氮和磷是维持土壤微生物生长和活性的必需养分。中国温带和亚热带森林之间,以及森林土壤垂直剖面上的氮、磷含量差异巨大,土壤微生物群落特征也显著不同。在严重氮沉降影响下,中国东部土壤养分失衡和磷元素限制日益加剧。但是,目前并没有系统的数据集展示氮沉降和磷添加如何影响中国东部森林土壤氮循环微生物和土壤理化性质,从而更好阐释氮沉降和磷添加对森林土壤氮循环的影响。本研究基于全球变化联网实验平台,测定和整理了3个具有典型代表性的森林氮磷添加样地土壤氮循环功能基因丰度、微生物群落多样性和酶活性,形成一套较为系统的氮循环功能微生物属性数据集。本数据集包括中国东部温带(长白山)和亚热带(千烟洲和鼎湖山)森林氮磷添加野外控制实验样地的0–10cm的表层土壤和无养分添加的0–80cm土壤垂直剖面数据。数据包括:氮循环功能基因(氨氧化古菌amoA、氨氧化细菌amoA、nirK、nirS、nosZ、qnorB、narG、nir、nifH和chiA)丰度、群落多样性和组成、微生物潜在活性(硝化活性、反硝化活性、固氮活性、有机氮分解酶活性)和土壤理化性质(pH、土壤含水量、N2O排放、净硝化速率和有机碳、NH4+、NO3-、有效磷、总氮、总碳、总磷、溶解性有机碳含量)。本数据集的创建和共享将为全球变化氮沉降和磷添加背景下森林土壤氮循环的微生物驱动机制及模拟提供数据和理论支持,为森林生态系统温室气体N2O的排放、氮素淋失和养分管理提供数据和依据。

高效液相色谱分析土壤氨基糖的质量控制方法

利用邻苯二甲醛(OPA)柱前在线衍生–高效液相色谱法测定了土壤中4种氨基糖,即胞壁酸(MurN)、甘露糖(ManN)、氨基半乳糖(GalN)和氨基葡萄糖(GluN)的含量,并从样品出峰、理论塔板数、信噪比、检出限、定量限、样品的重复性、标准样品的线性和加标回收率方面评估了检测过程中仪器和方法的灵敏度、精密度和准确度。结果表明:检测过程中,4种氨基糖的出峰先后顺序为胞壁酸、甘露糖、氨基半乳糖和氨基葡萄糖;4种氨基糖的色谱峰峰形好,相邻两峰的分离度>1.5,相邻两峰能够完全分离;理论塔板数>2000,色谱柱的柱效高;胞壁酸、甘露糖、氨基半乳糖和氨基葡萄糖的仪器检出限分别为0.030、0.300、0.150和0.150μmol/L,仪器定量限分别为0.100、1.000、0.500和0.500μmol/L,方法检出限分别为0.010、1.500、0.100和0.100μmol/L,方法定量限分别为0.030、5.000、0.300和0.300μmol/L;除0~10 cm以下土层中的甘露糖外,其他土壤样品中氨基糖的信噪比均>10,仪器和方法的灵敏度高;氨基糖样品含量的重复性(标准样品平行样、土壤样品平行样和土壤样品重复样的相对标准偏差均<5%)较好,仪器和方法的精密度较高;标准样品的线性(R^(2)>0.9970)良好,空白加标回收率和土壤基质加标回收率为80%~94%,仪器和方法的准确度较高。总之,利用OPA柱前在线衍生–高效液相色谱法测定土壤氨基糖含量的分析方法操作简单、灵敏度高,能够精确地测定土壤中的氨基糖含量。

贵州普定土壤酶活性和氮循环功能基因数据集

中国西南喀斯特地区是我国生态环境最脆弱的地区,该地区在二十世纪九十年代末启动“退耕还林”恢复工程项目以实现退化生态系统的植被恢复与重建。土壤微生物的丰度、群落组成及功能活性变化关系到土壤养分供应和周转情况,是影响植被恢复的关键因子。本数据集依托中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站,以陈旗流域的农田、弃耕地、次生林和灌丛以及天龙山的近顶级植被的常绿落叶阔叶混交林土壤为监测对象,采集5种植被类型下的剖面土壤和天龙山典型树种根际土壤,从调查采样过程、样品分析与数据精度三个方面进行数据质量控制和评估,形成了由8个数据表单组成的1个Excel文件,涵盖2016年5种植被类型下表层至基岩层剖面土壤的参与碳、氮、磷转化的微生物酶活性、氮循环微生物功能基因丰度和氮转化速率、不同类群微生物的活体生物量和残体碳含量及土壤理化性质数据;2018年近顶级植被的常绿落叶阔叶混交林优势树种根际土壤酶活性和理化性质的数据。该数据集对于喀斯特地区土壤养分循环的微生物调控机制认识具有重要参考价值,对于“退耕还林”背景下生态脆弱区土壤养分管理具有重要现实意义。

不同农业土地利用类型对北方传统农耕区土壤养分含量及垂直分布的影响

为了探讨果树和蔬菜种植对传统农耕区土壤质量的影响,对北京市延怀盆地果园、蔬菜地土壤与传统种植作物玉米、豆科作物土壤的化学性质及养分垂直分布进行了比较研究,结果表明:(1)在100cm土层中,不同农业利用类型土壤中总有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效磷(AP)含量均呈现自上层向下层逐渐降低的趋势,养分含量的差异主要发生在0～10cm和10～25cm土层中。(2)在0～10cm土层中,种植果树土壤中SOC含量最高,种植蔬菜土壤中的TN、TP、AP最高;在10～25cm土层中,种植蔬菜的土壤中SOC、TN、TP、AP含量最高;在25～40cm土层中,种植蔬菜的土壤中AP含量显著高于种植其他作物土壤中AP含量;在40～70cm土层中,种植果树的土壤中TP含量显著高于种植其他作物土壤中TP含量;在40～100cm土层中,4种农业土地利用类型土壤中SOC和TN含量差异不显著。(3)种植果树有利于土壤质量和碳库含量的提高;蔬菜地养分含量较高,但存在较大水体富营养化的潜在风险。

农田生态系统不同土地利用方式与管理措施对土壤质量的影响

于2005年在北京市延怀盆地选择农田生态系统中的玉米地、大豆地两种传统土地利用方式,以及近10～20年由传统农业用地转化而来的蔬菜和果园用地,研究农田生态系统不同土地利用方式与管理措施对土壤质量的影响.结果表明,菜地、果园和高投入玉米地土壤总有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量明显高于中、低投入玉米地和大豆地土壤.在各种土地利用类型中,SOC、TN和TP的变化范围分别为7.67～10.00g.kg-1、0.75～1.12g.kg-1和0.63～1.00g.kg-1;菜地土壤有效磷(AP)含量和电导率(EC)显著高于其他土壤,不同农田生态系统土壤物理性状差异不明显.果园和菜地土壤质量指数分别为0.525和0.503,高于传统农田玉米和大豆土壤(0.417～0.494).菜地土壤的养分有效性最高,水分有效性和根系适宜性低于果园土壤,应注意菜地非点源污染的潜在风险.在传统农业用地中应采取培肥地力等方式提高土壤质量.

不同农业土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响——以北京市延庆盆地为例

自20世纪80年代以来,我国农业土地利用方式和农田管理发生了巨大变化,由此引起的土壤有机碳（SOC）含量、密度及其垂直分布发生了相应的变化,研究不同土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响对于探讨农田生态系统的固碳作用具有重要的意义.以北京市延怀盆地为典型研究地区,选择6种农业土地利用和管理模式,共计42块样地,在1m深土体内分层采集197个土壤样品.研究结果表明：（1） 不同农业土地利用和管理方式对SOC含量的影响主要发生在0～25 cm土层中,剖面中SOC含量自上向下明显降低.（2） 通过对6种土地利用和管理方式下土壤SOC含量进行比较,结果发现果园和高投入的玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量均较高,变化范围分别为4.16～10.00 g kg^-1和4.73～9.31 g kg^-1; 菜地土壤在0～40 cm土层中SOC含量较高,变化范围为6.42～9.67 g kg^-1;大豆地、中、低投入玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量较低,变化范围分别为3.27～7.73 g kg^-1、3.14～8.33 g kg^-1和1.83～7.67 g kg^-1. （3） 不同农业土地利用方式对SOC密度影响的趋势与对SOC含量影响的趋势基本一致,在0～100 cm土壤中,SOC密度的顺序为果园＞菜地＞高投入玉米地＞中投入玉米地＞大豆地＞低投入玉米地,变化范围为4.15～8.22 kg m^-2.

猪粪与磷石膏配合施用对菱镁矿粉尘污染土壤化学性状的影响

辽宁省菱镁矿煅烧产生的粉尘对土壤污染越来越严重,但目前关于菱镁矿粉尘污染土壤的改良机理并不清楚,为此采用大石桥市菱镁矿粉尘重度污染土壤进行盆栽试验,研究了猪粪与磷石膏配合施用对菱镁矿粉尘污染土壤化学性状的影响。结果表明,施用磷石膏、猪粪与磷石膏配合施用可降低土壤pH幅度为0.3～0.6,增加水溶性钙镁比值(Ca2+/Mg2+)幅度为1.57～3.02。单施猪粪、猪粪与磷石膏配合施用增加了土壤中速效氮、磷、钾的含量。单施猪粪对土壤pH和Ca2+/Mg2+影响不显著,单施磷石膏增加了土壤中速效磷含量,施用猪粪与磷石膏可以有效地改善菱镁矿粉尘污染废弃地的土壤化学性状,且以两者配合施用的效果最好。

土壤质量评价指标体系与评价方法研究进展与展望

在过去的10年里,土壤质量评价成为国际研究的热点。综述了土壤质量评价指标体系和土壤质量评价方法。在总结、分析国内外土壤质量评价指标体系与评价方法的最新进展和研究不足的基础上,提出未来我国土壤质量研究工作的建议。

英国Culm河河漫滩沉积物中磷素时空变化研究

河漫滩上沉积物的沉积伴随着与沉积物相结合的营养和污染物质的沉积。已有研究表明,河漫滩是与沉积物相结合的磷的沉积地。采用137Cs技术,并结合河漫滩沉积物中全磷(TP)含量的剖面信息,可以调查近年河漫滩沉积物中的TP含量,计算TP储量。本文根据英国Devon郡Culm河8个河漫滩采样环沉积物中的数据,重建了在过去40～50年内TP储量和含量的变化。结果表明,在Culm河河漫滩沉积物中,在1963～2000年间TP平均含量为0.60～1.96gkg-1,该值自河流上游向下游和自过去到现在有逐渐增加的趋势;在相同的河漫滩沉积物中,在相同的时期内TP储量为18.62～435.48gm-2,即0.49～11.46gm-2a-1,最大值出现在河流的中游。

应用^(137)Cs技术调查河漫滩沉积物的研究进展

人工同位素137Cs可以作为环境示踪因子研究河漫滩沉积物。综述了应用137Cs技术调查河漫滩沉积物的沉积率、确定沉积物来源和研究与沉积物相结合的污染物质的研究进展。

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。

氮磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物群落结构的影响

选取内蒙古温带典型草原,进行连续6a氮磷添加试验,采用土壤特征微生物PLFA生物标记技术,研究6个氮添加水平N0(0 kg N hm-2a-1)、N1(56 kg N hm-2a-1)、N2(112 kg N hm-2a-1)、N3(224 kg N hm-2a-1)、N4(392 kg N hm-2a-1)、N5(560 kg N hm-2a-1)和6个磷添加水平P0(0 kg P hm-2a-1)、P1(15.5 kg P hm-2a-1)、P2(31 kg P hm-2a-1)、P3(62 kg P hm-2a-1)、P4(93 kg P hm-2a-1)、P5(124 kg P hm-2a-1)对土壤特征微生物PLFA生物标记数量和土壤微生物群落结构的影响。结果表明:(1)随氮添加量增加,土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)含量和土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量呈上升趋势,土壤G+/G-呈增加趋势;各氮添加水平对土壤真菌PLFA生物标记数量无显著差异,随氮添加量增加,土壤真菌/细菌比降低。(2)随磷添加量增加,土壤总磷脂脂肪酸(PLFA)含量、土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量、真菌PLFA生物标记数量及真菌/细菌比值呈先上升后下降趋势,均以P3水平(62 kg P hm-2a-1)处理最高,说明适宜的磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物繁殖和菌落结构有显著影响。

岷江上游干旱河谷优势灌丛群落土壤生态酶化学计量特征

与碳(C)、氮(N)和磷(P)分解矿化相关的土壤生态酶的相对活性可以揭示微生物生长和代谢过程的能量限制。尽管干旱生态系统愈来愈受到生态学家的关注,但在土壤水分有效性限制和斑块状分布的植被背景下,探讨土壤酶活性化学计量特征,及其与土壤物理、化学因子和土壤微生物群落结构的关系的相关研究仍十分缺乏。通过调查岷江干旱河谷不同水分梯度4个研究样地(两河口、飞虹、撮箕和牟托)灌丛及其丛间空地的土壤物理化学性质、微生物群落组成和土壤生态酶活性,探讨不同水分梯度样地间及灌丛和空地间土壤酶活性计量的分布特征。结果显示,岷江干旱河谷土壤C∶N∶P酶活性化学计量表现出了与全球尺度上酶活性化学计量的相对特异性(C∶N∶P=3∶2∶2 vs.1∶1∶1)。整体上,岷江干旱河谷区域土壤微生物生长代谢存在一定程度的N限制。虽然酶活性化学计量特征在所有空地和灌丛土壤之间总体未表现出显著差异,但对各研究地的进一步分析表明,两个相对干旱的两河口和飞虹样地表现出更为明显的N限制,而两个相对湿润的撮箕和牟托样地则存在一定的P限制。这种样地间的差异性主要受土壤水分有效性的驱动。逐步回归分析表明,土壤含水量是不同样地间土壤C∶N酶活性比(ln(BG)∶ln(NAG+LAP))和N∶P酶活性比(ln(NAG+LAP)∶ln(AP))的决定性影响因子。而土壤含水量与C∶N酶活性比具有显著正相关关系,与N∶P酶活性比表现为显著负相关关系。此外,土壤真菌、菌根真菌和真菌∶细菌比对土壤酶活性化学计量的影响,说明了真菌和菌根真菌类群对干旱河谷养分循环的重要作用。

施肥对红壤水稻土团聚体分布及其碳氮含量的影响

依托中国科学院千烟洲生态试验站,利用1998年建立的红壤水稻田长期定位施肥试验,研究秸秆还田(ST)、化肥(NPK)、有机肥(OM)等施肥方式对红壤水稻土各粒级团聚体分布及其碳氮含量影响。结果表明:在所有施肥处理条件下红壤水稻土团聚体分布以<63μm的粉砂和粘粒为主,占41%—54%,长期施肥特别是施用OM有利于促进红壤水稻土大粒级团聚体形成;分别施用ST、NPK和OM均能提高红壤水稻土全土及各粒级团聚体中的有机碳和全氮含量,施用OM提高幅度最大。因此,在我国南方红壤稻作区的农业生产过程中应施用有机肥,从而改善土壤结构、碳贮量和养分状况。

凋落物和林下植被对杉木林土壤碳氮水解酶活性的影响机制

凋落物和林下植被在森林生态系统土壤碳、氮循环过程中发挥重要作用,目前关于亚热带杉木人工林凋落物和林下植被对土壤碳氮水解酶活性影响机制还不清楚。在亚热带杉木人工林设立去除凋落物+去除林下植被(LR+UR)、去除凋落物+保留林下植被(LR+U)、凋落物加倍+保留林下植被(LD+U)、凋落物加倍+割倒林下植被归还(LD+UC)处理。通过研究各处理对土壤环境因子(土壤温度(ST)、土壤含水量(SWC)、土壤酸度(p H)、硝态氮(NO_3^--N)、氨态氮(NH_4^+-N)、溶解性有机碳(DOC))和土壤碳氮水解酶(β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG))活性的影响,揭示凋落物和林下植被对杉木林土壤碳氮水解酶活性影响机制。结果表明:(1)通过比较LR+U和LD+U处理发现,短期内添加凋落物有增加土壤p H、NH+4-N含量和提高βG、NAG活性的趋势,但未达到显著水平(P>0.05);(2)LR+UR与LR+U处理间的比较发现,去除林下植被有降低SWC、p H、NH+4-N含量、NAG活性的趋势,并显著降低了土壤DOC含量和βG活性(P<0.05);(3)将LR+UR分别与LD+U、LD+UC处理进行比较表明,添加凋落物同时保留林下植被显著增加了SWC、p H、DOC和NH+4-N含量,并增强了βG和NAG活性(P<0.05),而且林下植被割倒归还比林下植被正常生长更有利于土壤βG、NAG活性的提高和SWC、DOC含量的增加,但是对ST和NO-3-N含量没有显著影响(P>0.05);(4)土壤水解酶活性与SWC、DOC表现为极显著正相关关系(P<0.01)。总之,凋落物和林下植被影响碳氮水解酶活性的机制,主要是通过调节SWC、增加DOC含量,影响βG、NAG活性;βG、NAG活性增强也会加快土壤有机质(SOM)分解,增加土壤DOC含量。

流域尺度农业磷流失危险性评价与关键源区识别方法

农业非点源磷污染是我国农村水环境面临的严重问题之一,由于非点源污染治理难度大,所以识别流域内磷流失的关键源区成为非点源磷污染评价的主要目的.本文在分析流域尺度磷流失危险与分级方案的基础上,根据Gburek等提出的方法,建立了适合我国北方农业区流域尺度磷流失危险评价、分级与关键源区识别的方法.修正的流域尺度磷分级方案重点选取了8个评价因子,分别赋予不同的权重;每个因子的危险性等级根据我国的行业标准和实际情况进行了调整.评价得到的"高"危险性区域就是流域内磷流失的关键源区.这一分级评价方案考虑了数据的可获得性和评价的定量性,在确定各因子时注重与GIS技术、地统计学等方法的结合,具有较强的可操作性和实用性.

妫水河流域农耕区非点源磷污染危险性评价与关键源区识别

农业非点源磷污染是我国农村水环境面临的严重污染问题,由于非点源污染治理难度大,所以识别流域内磷流失的关键源区成为非点源污染控制的重点.本文在Hughes等的流域尺度磷分级方案的基础上,提出了修正的流域尺度磷分级方案,并运用到官厅水库上游妫水河农耕区的磷元素危险性评价.提出的新方案中包括8个评价因子,每个因子都有3个磷流失危险性等级,各评价因子均确定了定量分析方法.结果表明,从作物的人为管理角度来看,蔬菜地的磷肥管理方式最不合理,发生磷流失的可能性最高.研究区内大部分区域的土壤有效磷含量较高,但土壤侵蚀程度较小.评价结果图显示,研究区内磷流失危险性低的区域所占面积较小.根据评价结果,确定了研究区内磷流失的关键源区,分析了其空间分布特点,并提出了相应的控制管理对策.研究表明修正的流域尺度磷分级方案具有较高的可操作性和实用性.

有机物对红外光谱技术测定植物叶片和茎秆水δ^(18)O和δD的影响

植物叶片、茎秆和土壤水δ18O和δD是研究土壤植被大气系统生态水文循环过程的重要示踪剂。与传统的稳定同位素质谱(IRMS)技术相比,稳定同位素红外光谱(IRIS)技术具有测量速度快、运行成本低等优势,将促进稳定同位素生态学的发展。但是利用低温真空蒸馏抽提技术获得的植物叶片和茎秆水中含有甲醇和乙醇类有机污染物,造成δ18O和δD的IRIS测量值偏离IRMS测量值(2.64±0.43)‰和(3.6±0.8)‰,超过了仪器精度。本研究利用纯水混入不同浓度的色谱纯甲醇或乙醇,结合Los Gatos公司的光谱分析软件确定甲醇(NB)和乙醇(BB)类物质污染程度的光谱度量值,建立了δ18O和δD的光谱污染校正方法。研究表明,同一台分析仪建立的校正曲线无明显的时间漂移;不同分析仪建立的校正曲线存在显著差异;IRIS校正值与IRMS测量值的交叉验证表明,IRIS测定冬小麦和夏玉米叶片和茎秆水的δ18O和δD可以被准确地校正,与IRMS的差值分别为(0.11±0.12)‰和(0.7±0.4)‰。

米糠肽对D-半乳糖致衰小鼠线粒体损伤的影响

利用D-半乳糖(D-gal)致衰小鼠模型,探讨了米糠肽对小鼠心、脑线粒体锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)活性、丙二醛(MDA)含量以及总抗氧化能力(T-AOC)和Ca2+泵、Na+泵活性的影响,并以透射电镜观察了该肽对小鼠肝细胞及线粒体超微结构的影响。结果显示,与衰老组相比,高剂量米糠肽(500 mg/kg)可明显降低小鼠心、脑线粒体MDA含量(P<0.01),显著提高T-AOC(P<0.01)、Mn-SOD活性(P<0.01)以及Ca2+泵、Na+泵活性,优于中、低剂量(200、100 mg/kg);透射电镜下可见衰老组肝线粒体肿胀明显,膜模糊不清,有空泡形成,而米糠肽各组线粒体损伤程度有所减轻。说明米糠肽对D-gal致衰小鼠线粒体损伤起到良好的保护作用,可能具有延缓衰老的效果。

米糠抗氧化肽对D-半乳糖致衰小鼠肝线粒体的保护

目的:观察米糠抗氧化肽对D-半乳糖(D-gal)致衰小鼠肝线粒体的保护作用,并初步探讨其机制。方法:昆明小鼠60只随机分成对照组、衰老模型组、米糠抗氧化肽低、中、高剂量治疗组。衰老模型组每日颈背部皮下注射D-gal100mg/kg·bw;米糠抗氧化肽各组除注射D-gal外,分别灌胃抗氧化肽100、200、500mg/kg·bw;对照组每日皮下注射等量生理盐水,连续6w。利用试剂盒分别检测各组小鼠肝线粒体锰-超氧化物歧化酶(Mn-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)活性、总抗氧化能力(T-AOC)及丙二醛(MDA)含量。结果:与衰老模型组相比,米糠抗氧化肽可明显增强小鼠肝线粒体Mn-SOD、GSH-Px、CAT及T-AOC活性,显著抑制MDA含量的上升(P<0.05或P<0.01),并呈量-效关系。结论:米糠抗氧化肽能够显著提高致衰小鼠的抗氧化能力,减轻肝线粒体损伤,其机制可能与该肽直接清除体内自由基、提高机体抗氧化酶活性以及对抗脂质过氧化反应有关。