林火强度对兴安落叶松林土壤氮循环功能基因的影响

为了探究林火强度对土壤氮素循环的影响,本研究以内蒙古大兴安岭兴安落叶松林火烧迹地为研究对象,通过DNA提取及定量PCR分析测定了不同火烧强度样地内土壤氮循环功能基因丰度以及土壤基本的理化性质。结果表明:固氮nifH功能基因丰度随着火烧强度的增加而减少,而硝化amoA-AOA和amoA-AOB功能基因丰度呈相反变化趋势;反硝化nirS,nirK和nosZ功能基因丰度在重度火烧后显著降低,在轻度火烧后显著升高。火烧同样也会对土壤基本理化性质产生显著影响,RDA分析和Pearson相关性分析表明土壤氮循环功能基因与土壤理化因子之间存在密切的联系,有机碳、速效磷、全氮含量和pH值是影响火后土壤氮循环功能基因差异变化的主要因子。本研究为火干扰对土壤氮素循环的影响机制和火后植被快速更新提供数据支撑。

微塑料参与下的土壤碳循环过程评述

土壤有机碳固定是驱动土壤肥力演变和陆地生态系统碳平衡的关键过程。鉴于微塑料在土壤生态系统中的持久性和生态环境风险,其对土壤性质和过程的影响日益受到关注,但基于土壤碳循环视角关注微塑料介导作用的研究仍相对匮乏。赋存于土壤中的微塑料能够通过间接影响土壤理化性质和直接参与碳循环的方式影响土壤有机碳固存、矿化与消长,这进一步加剧了土壤有机碳循环过程的不确定性,也突出了相关研究的迫切性。以此为背景,本文概述了土壤有机碳固定途径的理论发展,总结了土壤中微塑料的来源特征,阐述了微塑料对不同土壤碳库的影响,并深入探讨了微塑料调控土壤碳循环的可能机制,最后对微塑料参与下的土壤有机碳循环相关研究进行了展望。结果表明微塑料能够通过影响土壤物理结构、微生物群落结构多样性、酶活性与功能基因、生物膜的形成、动物的繁殖与生长、植物的生长和根系沉积等对土壤碳的平衡起到介导作用,同时通过自身参与到土壤全链条生物地球化学循环中而直接影响土壤有机碳循环。但相关研究仍处于起步阶段,如何选取科学方法将微塑料周转与有机碳循环过程进行区分与耦合是未来研究的难点。因此,在现有研究基础上,通过先进土壤学研究手段的嵌套与改良,以及研究思路的革新与交叉,可进一步精准区分微塑料源碳在不同有机碳库中的贡献潜力,探明微塑料直接和间接影响土壤有机碳循环的耦合作用机制,并推进多因素影响下微塑料参与土壤碳循环过程的研究。

土壤碳循环微生物作用研究进展

土壤碳是全球碳循环的重要组成部分,其碳循环过程在气候调节中发挥着重要作用,而微生物是土壤碳循环的关键驱动力。土壤微生物能与植物共生间接促进植物光合作用与土壤碳的输入,可直接参与土壤碳的固定与转化。微生物残体及其分泌物在矿物质结合态有机质和土壤团聚体的形成中发挥关键作用,有利于土壤有机碳的长期稳定。微生物介导的激发效应对土壤有机质分解具有调控作用,可影响土壤CO_(2)和CH_(4)等温室气体的排放。通过微生物作用提升土壤的固碳潜力或碳汇功能,可助力我国实现“碳达峰、碳中和”的重大战略目标。本文综述了微生物在土壤有机碳输入、有机质形成与稳定、有机质分解矿化等过程中的作用与机制,以及土壤性质、气候条件、植物因素与人类活动对微生物介导的土壤碳循环的影响,尤其是相关研究的最新进展与理论更新。未来可加强微生物介导的土壤有机碳稳定化与碳储过程的作用机制研究,关注土壤微生物群落结构功能与碳循环之间的复杂关系及其对全球变化的响应。

秸秆覆盖休耕对土壤C、N、P循环功能基因的影响

为了探索一种适于坡耕地的基于种养结合的耕作方式,采用田间试验结合基因芯片研究方法,探究了秸秆覆盖休耕技术[包括隔年秸秆覆盖休耕+旋耕(RF)、2年旋耕+1年秸秆覆盖休耕(RRF)]与常规耕作(CRT,秸秆移除后旋耕)对土壤C、N、P循环的影响。结果表明:外源C的投入激发了土壤微生物对有机物料的降解潜力,无论是RF处理,还是RRF处理,参与土壤C循环的降解功能基因(acsE、xylA和rbcL)丰度均有一定程度的增加,xylA基因平均相对丰度较CRT处理增加43.12%,而秸秆不还田的CRT处理中参与C同化基因(acsA)的丰度显著增加,平均增加33.03%;CRT处理参与N循环基因的丰度降低,而秸秆覆盖还田促进了土壤中N从NH4+-N向NO3--N的转化,gdh基因丰度增加;秸秆覆盖还田后土壤活性P的积累增强,碱性磷酸酶基因(phoD)丰度较CRT处理平均增加59.57%,phoD与速效P和phnk基因丰度呈显著正相关。研究表明,秸秆覆盖还田促进了土壤微生物C、N、P周转,进而促进外源有机C的转化和土壤有机C的积累,短期内秸秆当季覆盖休耕与上季覆盖休耕处理间差异不大。研究结果为东北黑土区坡耕地实施保护性耕作和防控土壤侵蚀提供了科学依据。

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。

湖南会同毛竹林土壤碳循环特征

测定和分析湖南会同毛竹林土壤的碳贮量和各组分呼吸量。结果表明:毛竹林土壤有机碳贮量为115.558t.hm-2,矿质土壤层、凋落物层和根系分别占96.01%,0.64%和3.34%;毛竹林地土壤年呼吸排放碳总量为9.257t.hm-2a-1,异养呼吸、自养呼吸和凋落物年呼吸量分别占59.49%,28.27%和12.24%;毛竹林细根年生长量为6.895t.hm-2a-1,年分解量为0.312t.hm-2a-1,细根年周转率为0.93次.a-1;毛竹林年凋落物进入土壤的碳总量为2.245t.hm-2a-1,地上和地下凋落物分别占78.5%和21.5%。

生物炭对土壤氮循环的影响研究进展

在定性资料调研的基础上,基于ISI Web of Science数据库,采用文献计量学方法,针对"生物炭对土壤氮循环的影响"及其分支技术进行文献检索、数据整理、分类以及主题分析,从国际整体研究态势和分支技术主题两个角度探讨了目前国内外生物炭影响土壤氮循环方面的研究进展,并从生物炭对土壤N_2O排放、肥料利用率、硝化速率、NH_4^+/NH_3吸附、NO_3^-吸附以及土壤微生物氮素固持等6个方面的影响进行了详细论述。近年来,生物炭对土壤氮循环的影响研究急剧增温,发文量逐年增加,截止2014年6月,SCI数据库中共检索到2468篇论文。其中,期刊论文2188篇、综述性论文93篇,其它类论文177篇。美国、加拿大、英国等欧美国家在该领域的研究中占有明显优势,而自2010年以来,中国已成为该领域全球第一的年发文大国。发文热点主要集中在生物炭对土壤N_2O排放和对氮肥利用率的影响2个方面,占总发文量的73.7%。从6个方面的分支技术主题来看,生物炭的影响作用争议性较大。大部分研究认为,生物炭能够抑制土壤N_2O排放、提高氮肥利用率、促进土壤硝化速率、提高土壤对NH_4^+/NH_3和NO_3^-的固持作用以及土壤微生物氮素固持作用等,但也有研究表明生物炭会促进土壤N_2O排放、抑制土壤硝化速率,且不具备NO_3^-固持能力。这主要与生物炭的类型、老化过程,以及土壤类型及其含水孔隙率等密切相关。总之,探讨了生物炭对土壤氮循环影响的研究动态、热点及主要结论,为深入了解生物炭对土壤理化特性影响的作用机制提供了一定研究思路,为生物炭的农业应用提供了一定借鉴和参考。

秦岭火地塘林区油松林土壤碳循环研究

采用土壤碳循环分室模型,对秦岭火地塘林区油松林土壤碳各分室的碳贮量和通量进行了研究.结果表明,研究区油松林土壤有机碳贮量为146·071t·hm-2,其中矿质土壤层130·366t·hm-2、凋落物层12·626t·hm-2,土壤有机碳储存量低于我国森林土壤碳贮量平均值,高于处在我国最低水平的暖性针叶林和热带林,与本区锐齿栎林相比也明显偏低.林地植物年凋落进入土壤的碳量为5·939t·hm-2,其中地上枯枝落叶占56·9%、地下死细根占43·1%;凋落物层分解后每年以腐殖酸形式输入矿质土壤中的碳量为2·034t·hm-2.油松林土壤(含植物根系)年呼吸释放碳量14·012t·hm-2,其中凋落物层、矿质土壤层、死根系和活根系分别占林地总呼吸量的15·7%、14·5%、11·7%和58·1%.

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。

黄土区旱塬农田生产力提高对土壤水分循环的影响

黄土高原旱塬土层深厚 ,地下水一般不参与土壤水分的垂直交换 ,农田水分循环模式是土壤 -植物 -大气类型。近几十年来 ,由于黄土区旱作农田生产力的不断提高 ,农田土壤水分循环出现新的特点。以农田长期定位试验资料为基础对这一新特点进行了分析 ,结果指出旱作农田生产力提高对土壤水分循环的影响表现在土壤水分利用层加深。

作物-土壤氮循环对大气CO_(2)浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO_(2)浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO_(2)浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO_(2)和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO_(2)浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO_(2)浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO_(2)浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在:高温和高CO_(2)浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO_(2)浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO_(2)浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO_(2)浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO_(2)升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO_(2)浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。

气候变暖背景下森林土壤碳循环研究进展

由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林生态系统的影响已引起人们的普遍关注.森林土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分,是决定未来陆地生物圈表现为碳源/碳汇的关键环节,揭示这一作用对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义.本文主要通过论述影响土壤碳循环过程的5个方面(土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物输入与分解、土壤碳库),综述了近10a来全球气候变暖对土壤碳循环过程的影响.近年来,尽管已开展了大量有关土壤碳循环对气候变暖的响应及反馈机制的研究,并取得了一定的成果,但研究结果仍然存在很大的不确定性.整合各种密切关联的全球变化现象,完善研究方法和实验手段,加强根际微生态系统碳循环过程与机理研究将是下一步研究的方向和重点.

不同利用方式下土壤水分循环规律的比较研究

根据１９９２～１９９４年的定位观测资料，对晋西北黄土丘陵沟壑区砂壤土在３种利用情况（柠条灌丛、农田和天然荒地）下的土壤有效水分变化规律、土壤水分循环的特点、类型及其补偿、消耗规律等进行了研究。

土壤碳循环主要过程对气候变暖响应的研究进展

目前,土壤呼吸等碳循环过程对气候变暖的响应仍是气候变化预测模型中不确定性的主要来源。本文以土壤呼吸为切入点,首先论述了土壤呼吸对气候变暖的响应及适应机制,并从土壤微生物(土壤呼吸的主体)、土壤有机碳分解的温度敏感性(土壤呼吸的反应底物)两个方面探讨了土壤碳循环过程对气候变暖的响应;随后论述了气候变暖与其他气候变化因子之间、地上与地下部分之间的协同作用对土壤碳循环过程的影响。得到以下主要结论:气候变暖可以影响土壤微生物的生理活性,甚至改变其群落结构,从而使土壤呼吸对增温产生适应;土壤有机碳分解对增温的敏感性由有机碳的化学组成结构、环境因子对其的保护作用、土壤微生物的生理特性等因素决定。并在此基础上提出了未来的研究重点:1)将土壤微生物过程耦合到气候变化模型中;2)积极探索新的土壤微生物研究方法;3)设置长期定位实验,研究多个气候变化因子之间的综合作用;4)加强地上、地下生态过程的系统研究。

参与土壤氮素循环的微生物功能基因多样性研究进展

土壤氮素循环是生物地球化学循环的重要组成部分,不但影响着土壤生产力和可持续发展,还影响着全球环境变化。土壤微生物在土壤氮循环中发挥着不可替代的作用,参与了包括固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等重要生态过程。近十年中,分子生物学技术的发展为从功能基因角度研究与土壤氮循环密切相关的微生物功能群结构、组成和丰度的变化提供了新的契机。本文综述了参与土壤氮循环的微生物功能基因多样性研究进展,并展望了未来发展方向。

放射性碳同位素在土壤碳循环中的应用

文中介绍了放射性碳同位素方法在土壤碳循环中的应用,分析了在土壤有机质、土壤CO2气体研究中的主要方法和模型,并指出土壤有机质的放射性测定可以研究较长时间尺度的碳循环(十几年、几十年至更长时间尺度),而土壤CO2气体的放射性测定可以研究短期(季节变化和年变化)内碳的动态。放射性碳同位素用于土壤中细根周转时间的计算、土地利用变化等方面的研究成果及方法也在文中分别作了介绍和分析。最后提出了国内研究应加强的领域和未来利用放射性碳同位素方法研究土壤碳循环的重点研究方向和发展趋势。

土壤养分循环实地采样调查方法

讨论了一种在区域尺度上研究生态系统中土壤养分循环的样区采样及调查方法.即在满足土壤养分循环研究所要求的代表性、重现性、随机性及时间性等原则的基础上,利用地形图及航空照片等资料,在区域中选定合适面积和数量的样区后,在各样区内按统一标准采集土壤和植物样品.考虑区域土壤养分循环受自然环境条件和社会经济条件等因素的制约,野外采样过程中有必要对采样单元的实地情况进行调查记载,并就样区内所有农户的基本状况、种植业结构及肥料投入等有关土壤养分循环的影响因子进行农户调查.对我国亚热带农业生态系统中土壤养分循环进行了案例研究,探讨了该采样调查方法在土壤养分循环研究中的应用.

稳定同位素比例质谱仪在土壤碳循环研究中的应用

稳定同位素比例质谱仪已发展成为研究土壤碳周转和循环的得力工具。本文简单介绍了稳定同位素比例质谱仪的结构和测量原理,详细介绍了碳稳定同位素技术在土壤有机碳和碳酸盐研究中的应用,包括土壤碳稳定同位素比值在评估土壤有机质的分解和周转速率、重现C_3/C_4植被的变化历史和古气候状况、探讨土壤有机质的来源以及对土壤原生和次生碳酸盐进行区分等研究中的应用。

高产粮区农业生态系统土壤碳氮循环的模拟研究——以河北省曲周县为例

以高产粮区河北省曲周县为例 ,运用生物地球化学循环模型—DNDC模型 ,在实测田间试验数据进行模型验证的基础上 ,对该地区农业生态系统土壤碳氮平衡进行了模拟研究。结果表明 :1998年曲周县 4 782 1hm2 农业耕地土壤的总有机碳储量为C 74 2 .94× 10 6kg ,平均每公顷耕地土壤有机碳 (SOC)储量为C 15 5 36 .0 5kg。 1998年耕地土壤有机碳为正平衡 ,1990年为负平衡 ,2年SOC显著差异的主要原因在于秸秆还田比例的多少。 1998年曲周县农业土壤氮库表现为盈余。土壤有机碳的长期模拟动态表明与当前管理相比 ,增加有机肥和秸秆还田比例、采用免耕均可有效的增加土壤有机碳的积累。

南极菲尔德斯半岛土壤氮循环微生物类群数量与功能活性的初步研究

南极乔治王岛南端的菲尔德斯半岛被认为是研究南极生态与生物资源的理想之地。本研究从该半岛全岛范围采集了3类不同类型的土壤样品,采用传统最大或然法(MPN)对其所含氮循环各类群微生物的总量进行了测定,同时利用常规Griess试剂、纳氏试剂等显色法初步估算了各菌群的功能活性强度,并结合土壤理化性质和采样点生态等进行了初步分析。目的是对该半岛土壤氮循环微生物进行先期初步了解,为进一步深入研究它们的其他特性奠定基础。结果表明:13个土样中所含氮循环微生物总量趋势为氨化菌>反硝化菌>硝化菌和固氮菌(活菌数),除极个别样品外均具有不同程度的硝化、反硝化、氨化活性。其中,所有土壤样品均具有比较高的氨化菌含量及氨化活性强度;丘陵山坡土壤的反硝化菌含量与反硝化活性强度要高于动、植物区土壤(极个别样品除外);动物区和植物区土壤的硝化菌含量较少,但硝化活性强度较高,预示着可能存在高效功能菌株;而丘陵山坡土壤的硝化菌含量及硝化活性强度则表现得高低不一。本结果为进一步深入研究该地区氮循环微生物提供了前期参考。