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。

氮沉降对喀斯特森林土壤氮循环及酶活性的影响

为阐明氮沉降对喀斯特森林土壤氮循环影响的短期效应,以典型喀斯特森林采集的土壤为研究对象,用硝酸钾(KNO_(3))和硫酸铵[(NH_(4))_(2)SO_(4)]分别模拟氧化态和还原态氮沉降,设置对照(CK)、低量氧化态氮沉降(Oxi⁃L,氮添加量40 mg·kg^(-1))、低量还原态氮沉降(Red⁃L,氮添加量40 mg·kg^(-1))、高量氧化态氮沉降(Oxi⁃H,氮添加量80 mg·kg^(-1))和高量还原态氮沉降(Red⁃H,氮添加量80 mg·kg^(-1))5个处理,在氮添加后的0、1、3、7、14、30、60 d测定土壤的氮相关指标,计算土壤净氮转化速率。结果表明:氮沉降量对喀斯特森林土壤净硝化速率没有显著影响,但对土壤净氨化速率和净氮矿化速率的影响与沉降形态和沉降时间有关;氧化态氮沉降在氮添加后的前7 d显著降低了喀斯特森林土壤净硝化速率和净氮矿化速率(P<0.05),但对土壤净氨化速率没有显著影响;还原态氮沉降显著降低了喀斯特森林土壤净氨化速率和净氮矿化速率(尤其是在氮添加后的前7 d,P<0.05),显著提高了土壤净硝化速率(P<0.05);还原态氮沉降显著提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量(P<0.05),而氧化态氮沉降对土壤MBC含量没有显著影响;高量氧化态氮沉降显著降低了土壤微生物生物量氮(MBN)含量(P<0.05),高量还原态氮沉降显著提高了土壤MBN含量(P<0.05);氮沉降对喀斯特森林土壤脲酶活性没有显著影响,氮沉降量和沉降形态对喀斯特森林土壤硝酸还原酶活性的影响受沉降时间的调控,氮沉降量对喀斯特森林土壤亚硝酸还原酶活性没有显著影响,但氮沉降形态对土壤亚硝酸还原酶活性有一定影响;喀斯特森林土壤净氮转化速率主要受土壤总氮、可溶性有机碳、可溶性有机氮、MBC以及铵态氮和硝态氮的调控,受土壤脲酶、硝酸还原酶以及亚硝酸还原酶活性的影响较小。

基于知识图谱分析的土壤氮循环功能基因研究进展

土壤氮循环功能基因广泛地参与包括固氮、氨化以及硝化和反硝化作用等一系列生态过程,是氮素生物地球化学循环的关键组成部分,在很大程度上影响土壤生产力、全球环境变化以及碳中和可持续发展。近几十年来,分子生物学和微生态学技术的快速发展极大地促进了与土壤氮循环密切相关的功能基因以及其功能微生物群落特征等方面的研究。本研究利用检索自Web of Science数据库中2001-2020年期间土壤氮循环功能基因相关文献,结合R语言科学知识图谱分析方法,从发文量、高被引论文、高频关键词及历史直接引文等方面对土壤氮循环功能基因研究现状进行了系统分析,并总结了土壤氮循环功能基因领域的研究动态、热点和发展趋势。结果表明:(1)应用分子生物学技术挖掘土壤氮循环相关微生物功能基因及群落结构探索土壤氮循环的微生物学机制,是当前土壤氮循环研究领域的热点及切入点。(2)土壤氮循环功能基因研究主要集中于3个方面:①利用宏基因组学等技术对土壤氮循环相关的功能基因进行筛选、识别和注释,从而发现新的微生物功能基因序列、更新引物数据库等;②环境因子及管理措施对土壤氮循环相关微生物指标的影响;③利用功能基因丰度表征土壤氮循环过程相关功能微生物的数量变化,以及功能基因与土壤性质、微生物群落结构间关系分析,以期揭示土壤氮循环过程的分子机制。(3)土壤氮循环功能基因研究领域的历史发展脉络:从氮循环功能基因筛选、鉴定、识别、相应引物设计及分析方法确定等,到土壤氮循环功能基因的影响因素(或环境条件),以及当前结合土壤氮循环相关功能基因活性、丰度与功能微生物种群、群落结构甚至土壤性质数据,综合探讨土壤氮循环微生物机制。

农田土壤中硒资源利用的研究与探索

本文首先综述了国内外有关农田土壤中硒资源的研究现状,评价了我国农田土壤中的硒资源,总结了当前我国农田土壤中硒资源现状及存在问题。其次,从理论角度探讨了土壤中硒元素的来源与分布规律,结合实际案例进行了土壤中硒含量的讨论。最后,根据不同地区土壤硒含量变化的趋势,提出了相应的治理措施,以期为今后的相关研究提供参考依据,也为提高我国农业生产水平提供建议。

针阔人工混交林及其纯林对土壤微生物碳循环功能基因丰度的影响

探究土壤微生物碳循环功能基因丰度对深刻理解土壤碳循环机制具有重要作用,然而土壤微生物碳循环功能基因丰度对不同人工林类型的响应特征尚不清楚。以南亚热带马尾松(Pinus massoniana)-格木(Erythrophleum fordii)人工混交林及其纯林为研究对象,基于林地不同土层(0-20、20-40、40-60 cm)土壤样品的宏基因组测序数据以及土壤理化性质和有机碳组分,解析不同林分不同土层间土壤微生物碳循环(碳固定、碳降解和甲烷代谢)功能基因丰度的差异特征及其主导的土壤环境因子。结果表明:马尾松林土壤微生物碳固定功能基因(rcbL、MUT和PCCA)丰度显著高于其他2个林分,这与其土壤总磷(TP)含量较高且微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)和惰性有机碳(ROC)含量显著较低的影响有关;土壤微生物碳降解功能基因(MAN2C1和bglB)丰度在马尾松林中显著高于混交林(P<0.05),主要受到马尾松林土壤有机碳(SOC)、MBC、可溶性有机碳(DOC)、EOC和ROC含量低的显著影响;马尾松林甲烷代谢功能基因(pmo A-amo A、pmoB-amo B和pmoC-amo C)丰度显著最高,这与土壤SOC、MBC、DOC、EOC和ROC的显著负作用有关。另外,3个人工林土壤微生物碳循环功能基因丰度基本随土壤深度增加而增加,主要与土壤SOC、C/N、MBC、DOC、EOC和ROC含量随土壤深度加深而降低密切相关。总之,马尾松林土壤微生物具有较高碳循环潜力,但3个林分土壤微生物碳循环潜力均随土壤深度增加而增强,土壤有机碳组分是主导3个人工林土壤微生物碳循环功能基因丰度差异的重要因素。

土壤有机碳微生物利用效率的元素计量学驱动机制研究进展

土壤有机碳的微生物利用效率是描述微生物有机碳同化效率的重要参数,也是衡量土壤固碳潜力的重要指标,与土壤碳库的固定、转化、矿化以及温室气体的排放紧密相关。土壤微生物对有机碳的利用效率取决于微生物的种类、数量以及群落结构,理解和评估土壤有机碳微生物利用效率对于解析土壤碳循环和促进土壤固碳减排具有重要意义。因此,理解土壤有机碳微生物利用过程,及其与氮、磷等元素的计量学耦合关系,为揭示土壤有机碳周转的微生物过程机制提供理论依据。未来的研究应关注在多生态系统中多因子影响下的土壤有机碳微生物利用效率的阈值范围和调控机制,以期为生态系统固碳减排和实现“双碳”目标提供新思路。

生物炭对土壤中氮转化的影响

为了进一步理清生物炭对土壤中氮转化的影响与机制,在知网数据库中以生物炭、氮转化等为关键词搜索相关文献,进行总结归纳。结果表明,多数研究发现,土壤中加入生物炭可促进硝化速率的提升、抑制土壤反硝化速率、提高氮肥利用率及土壤对铵态氮和硝态氮的固持作用等。但也有研究表明,土壤中加入生物炭会使土壤N_(2)O排放速率升高,降低土壤硝化速率,这主要与土壤类型及其含水孔隙率、生物炭类型等密切相关。探讨了生物炭对土壤氮循环影响的研究趋势、重点领域及主要成果,提出了一些新的研究方法,为深入理解生物炭对土壤理化性质变化的影响机理及其在现代农业发展中的应用提供参考。

马尾松凋落物对土壤氮循环与微生物的影响

为研究马尾松凋落物对土壤氮循环与微生物的影响,本文采用原位分解和室内化验相结合的方法,连续4年研究了年份和季节马尾松凋落物分解过程中土壤氮转化和微生物活性及其二者的交互作用。结果表明:(1)随着季节的变化,不同年份马尾松凋落物的分解系数呈一致的变化规律,均表现为秋季和夏季高于春季和冬季。相同季节马尾松凋落物的分解系数随着年份的增加而增加,而不同年份春季和秋季马尾松凋落物分解系数基本相等,说明年份对马尾松凋落物分解系数的影响主要集中在夏季和秋季;(2)不同年份马尾松凋落物分解过程中土壤氮含量、微生物量氮含量和氮转化率均表现为秋季和夏季高于春季和冬季,相同季节马尾松凋落物分解过程中土壤氮含量、微生物量氮含量和氮转化率随着年份的增加而增加,而不同年份春季和秋季基本相等;(3)不同年份马尾松凋落物分解过程中土壤微生物酶活性(脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、天冬酰胺酶和N-乙酰氨基葡萄糖核苷酶)、土壤微生物呼吸(自养呼吸、异养呼吸和微生物总呼吸)和微生物代谢熵均表现为秋季和夏季高于春季和冬季,不同年份春季和秋季基本相等;(4)交互作用分析显示,年份显著影响了马尾松凋落物分解过程中土壤氮转化和微生物活性(P<0.05),季节极显著影响了马尾松凋落物分解过程中土壤氮转化和微生物活性(P<0.01),而年份和季节共同影响了马尾松凋落物分解过程中土壤氮转化和微生物活性(P<0.05)。季节对马尾松凋落物分解过程中土壤氮转化和微生物活性的影响高于年份的影响,并且年份对马尾松凋落物分解过程中土壤氮转化和微生物活性的影响主要集中在夏季和秋季。

浅析影响根际土壤碳循环的相关因素

植物-微生物间的复杂互作对土壤碳储量和土壤有机质分解起着重要作用。植物间的相互竞争、植物根系分泌物及呼吸等过程不仅会改变土壤的理化性质,而且会使微生物群落结构特征发生改变,使土壤碳循环过程存在差异。结合国内外对土壤碳循环的主要研究进展,总结分析了植物种类及种植方式、植物根系分泌物、根际土壤理化性质及土壤动物对土壤碳循环过程的影响,并提出未来该领域研究中可重点关注的研究方向及内容。

土壤溶解性有机碳对气候变暖的响应研究进展

针对土壤溶解性有机碳(DOC)特性及其在气候变暖背景下的响应机制这一土壤碳循环研究的关键问题进行综述。首先阐述土壤DOC的特性,并总结其采集和测定方法。土壤DOC主要来源于土壤有机碳的溶解、植物根系和微生物分泌物与残体转化等过程,其浓度和组成往往随土层深度和时间发生变化。多种采样方法(如负压法)与分析手段(如傅里叶变换离子共振回旋质谱仪)用于探讨土壤DOC对增温的响应及其机制。进一步梳理有关植物、微生物及土壤性质对土壤DOC特性的影响及其机制的文献,认为增温不仅能直接改变土壤DOC的浓度,还可以通过影响植物、微生物群落以及土壤理化性质等因素,间接地改变土壤DOC的特性。未来的研究中应加强对土壤溶解性有机碳的土层迁移与时间动态的关注,以便完善土壤碳模型,提升未来气候变暖情景下全球碳循环过程变化的预测精度。

土壤碳氮磷硫循环对温度的响应

温度是影响土壤中微生物介导的元素生物地球化学循环的重要因素。以广东省茂名市的稻田土壤为研究对象,利用高通量功能基因芯片对71种土壤元素循环相关的功能基因丰度进行测定并结合温度和培养时间等因子,研究了水稻土中微生物介导的碳、氮、磷、硫循环对温度的响应。结果表明:在检测的71种碳、氮、磷、硫相关基因中,63%的功能基因的丰度在35℃的培养温度中显著升高,并且这种趋势伴随培养时间的增加而显著增加。其中氮循环中的氨氧化过程中的amoA基因对温度的响应最为明显,响应比分别为35℃/15℃的(12.79±1.82)和35℃/25℃的(8.44±1.79)。揭示了土壤碳氮磷硫循环关键功能基因丰度对温度的响应特征,也为温度变化引起土壤微生物元素化学循环变化趋势的理论研究提供了基础。

农作物轮作制度对土壤健康和生产力的长期影响

农作物轮作制度是一种重要的农业管理方法,其长期实施对土壤健康和生产力具有深远影响。本文从土壤养分循环、土壤微生物群落、土壤结构和土壤抗病性等方面探讨了农作物轮作制度对土壤的影响。研究表明,适当的农作物轮作可以增加土壤有机质含量、改善土壤结构,促进土壤中有益微生物的繁殖,减少土壤病虫害的发生,从而提高土壤的健康状况和生产力。然而,不合理的轮作方式可能导致土壤养分失衡、土壤侵蚀等问题,对土壤健康造成负面影响。因此,科学合理的农作物轮作制度对于维护土壤健康和提高农业生产力具有重要意义。综上所述,农作物轮作制度对土壤健康和生产力具有重要且长远的积极影响,值得深入研究与推广应用。

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。