秦岭太白山不同林带土壤微生物呼吸速率及其影响因素

为探究森林土壤微生物呼吸对温度的敏感性及其影响因素,在太白山选取典型的4个不同海拔的林带(锐齿栎林、辽东栎林、红桦林、牛皮桦林)的0—10 cm表层土壤为对象,分别在15、25、35℃下进行控温培养实验并测量其土壤呼吸速率、微生物量和胞外酶活性等指标。结果表明:1)在1—20 d与20—72 d时的微生物呼吸速率分别呈现波动下降趋势与缓慢下降趋势,相比于其初始速率平均下降了68%与90%;表明高温在短期内促进土壤呼吸;2)太白山地区土壤温度敏感系数(Q10)随温度的升高而降低;3)在培养过程中,出现15℃和25℃下微生物量先增多后减少,35℃下微生物量一直减少的现象,并且胞外酶是影响土壤微生物呼吸的重要因素,其中BG(β-葡萄糖苷酶)是胞外酶中最重要的影响因子;4)培养72 d以后,BG已无法为微生物生长繁殖提供充足的碳,在25℃和35℃下,由BX(β-木糖苷酶)提供的碳已成为微生物生长繁殖的重要碳源之一。在15℃和25℃下,N是培养前期限制土壤呼吸的因素,C是后期限制因素;在35℃下,N一直是限制土壤呼吸的因素。在15℃和35℃下,土壤呼吸不存在P限制;在25℃的培养前期,P是限制土壤呼吸的因子,而在培养后期不存在P限制。本研究结果阐明抑制土壤碳排放的关键在于抑制土壤微生物呼吸,揭示了在胞外酶驱动下的土壤碳循环特征,为准确预测全球未来气候变化的趋势提供理论基础。

秦岭太白山不同植被带土壤团聚体碳库变化及温度敏感性

森林土壤碳库对全球变暖的响应是气候变暖下预测CO;不确定性的潜在主要来源。然而,不同植被带上各粒径团聚体的SOC矿化的温度敏感性(Q10)及机理尚不明确。收集了中国太白山4个不同海拔的植被带的土壤,将土壤按粒径大小筛分为大、中、小3类团聚体,并进行了100天的土壤培养实验,以监测在3个恒定温度(5℃、15℃和25℃)下土壤呼吸速率、微生物量碳和胞外酶活性等指标。研究表明(1)团聚体占全土比例随粒径增大而增大,而有机碳含量随粒径的增大而减小。(2)随着海拔的升高,大团聚体、中团聚体、小团聚体的惰性碳库比例分别从45.11%、36.37%、64.72%升高到45.71%、38.11%、67.12%,缓效碳库比例分别从28.81%、37.20%、14.54%下降到28.41%、36.16%、13.78%,活性碳库比例从26.06%、26.42%、20.73%下降到25.35%、25.72%、19.09%。(3)各团聚体温度敏感性(Q10)表现出随海拔升高而增加,随温度升高而降低(T1Q10>T2Q10),并且具有惰性碳库Q10>缓效碳库Q10>活性碳库Q10的规律。(4)团聚体的微生物量碳(MBC)随着培养时间,各海拔、各温度下均呈现先升高后下降的趋势。(5)影响碳库和Q10的环境因素包括植被类型、土壤特性、土壤环境、土壤底物,其中植被表现较其他更强。

秦岭锐齿栎林土壤酶活性与化学计量比变化特征及其影响因素

研究微尺度海拔梯度土壤酶活性与化学计量学比值的动态变化及驱动因素对于探讨生态系统养分循环过程具有重要意义。该研究以秦岭太白山6个海拔(分别为1308、1403、1503、1603、1694和1803m)的锐齿栎(Quercus aliena var.acuteserrata)林作为研究对象,测定锐齿栎叶片、凋落物、细根和土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量以及碱性磷酸酶(AKP)、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、木糖苷酶(βX)与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)的活性,探究不同海拔植物、土壤、酶含量如何变化及驱动土壤酶活性变化的主要因子。结果表明:5种土壤酶活性在海拔梯度上表现出不同的变化趋势,CBH和βG活性随海拔升高整体呈先增后减趋势,βX与之相反;NAG与AKP活性在1408–1694 m呈下降趋势,在1803 m处有所升高;土壤总体酶活性随海拔上升整体表现为降低趋势。相关性分析表明,土壤酶活性及其化学计量比不同程度上受到植物和土壤C、N、P资源及土壤水热条件等的调控,其中与土壤有机碳含量的相关性较高,土壤有机碳含量可被认为是锐齿栎林中影响土壤酶活性变化的主要因子。总之,土壤酶活性及化学计量比在微尺度海拔梯度上具有差异性,且受到植物和土壤C、N、P资源的综合影响。

秦岭不同海拔森林土壤-植物-凋落物化学计量特征对土壤氮组分的影响

为探究不同海拔森林土壤氮组分对土壤-植物-凋落物化学计量特征的响应规律,选取太白山1300~2600 m海拔范围内4种典型森林--锐齿栎林(Quercus aliena var.acuteserrata)、辽东栎林(Quercus liaotungensis)、红桦林(Betula albo-sinensis)、牛皮桦林(Betula albo-sinensis var.septen-trionalis)为研究对象,测定土壤、叶片、凋落物、根的碳(C)、氮(N)、磷(P)及土壤铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮,分析不同森林土壤、植物、凋落物的化学计量比值的变化特征及其对氮组分的影响。结果表明:1)4种森林土壤C、N、P含量的变化范围分别为36.77~59.80、2.91~4.76、0.13~0.80 g·kg^-1。C、N含量在不同森林间变化趋势基本一致,均表现为牛皮桦林>红桦林>辽东栎林>锐齿栎林;P含量的变化趋势表现为辽东栎林>牛皮桦林>红桦林>锐齿栎林;2)锐齿栎林叶片N∶P<14,表明锐齿栎林生长较大程度受N限制;辽东栎林、红桦林、牛皮桦林叶片N∶P>16,表明辽东栎林、红桦林、牛皮桦林生长较大程度受P限制;3)不同森林间微生物量氮差异显著(P<0.05),铵态氮含量无显著差异,硝态氮含量表现为锐齿栎林(0.33 mg·kg^-1)>牛皮桦林(0.28 mg·kg^-1)>辽东栎林(0.27 mg·kg^-1)>红桦林(0.17 mg·kg^-1);4)冗余分析结果表明,土壤-植物-凋落物N∶P值是影响土壤微生物量氮的重要因子,土壤C∶N是影响铵态氮、硝态氮含量的重要因子。本研究结果为太白山森林生态系统的保护和氮循环研究奠定基础。

秦岭不同海拔土壤团聚体稳定性及其与土壤酶活性的耦合关系

为探究土壤团聚体稳定性在海拔上的变化规律及其影响因子,在太白山选取3个不同海拔的0~10 cm表层土壤为对象,测定并分析其土壤团聚体分布、土壤理化性质、微生物量和胞外酶等相关因子的变化特征.结果表明:(1)土壤团聚体平均重量直径(MWD)在锐齿栎林、辽东栎林和红桦林这3个海拔梯度上的值分别为2.17 mm、1.83 mm和1.82 mm;几何平均直径(GMD)分别为1.66 mm、1.39 mm和1.32 mm,表明土壤团聚体稳定性随海拔的上升而减弱;(2)土壤团聚体稳定性在海拔上的变化主要受到了土壤胞外酶活性的影响,其中,中团聚体的乙酰氨基葡萄糖酶(NAG)和微团聚体的β-葡萄糖苷酶(BG)是主要影响因子;(3)微生物通过调节胞外酶的相对产量和改变元素利用效率使高海拔的N限制状况得以改善,也会影响土壤团聚体稳定性在海拔上的变化.本研究结果对于太白山森林生态系统的土壤质量评价和生态环境的保护具有重要意义.