冀北辽河源油松天然林土壤微生物碳代谢特征研究

本文以冀北辽河源地区不同林龄油松天然林为研究对象,研究其土壤微生物生物量碳、微生物呼吸及微生物代谢熵随油松林龄的变化趋势。结果表明:随着油松天然林林龄的增加,土壤微生物生物量碳逐渐增加;而土壤微生物呼吸则呈现出先减小后增加的趋势;微生物代谢熵表现为随油松林林龄的增加而降低。相关性分析表明,土壤微生物生物量碳、微生物呼吸分别与微生物代谢熵之间呈现高度的极显著线性负相关。微生物生物量碳与微生物呼吸呈极显著正相关,但线性相关程度较弱。土壤微生物生物量碳和微生物呼吸与土壤温度和含水量均呈极显著正相关,而土壤微生物代谢熵则与土壤温度、土壤含水量呈极显著负相关。上述结果表明,在冀北辽河源地区,土壤微生物生物量碳、微生物呼吸、微生物代谢熵与油松天然林林龄密切相关。随着油松天然林林龄的增加,其土壤微生物活性增强,碳代谢效率增加,土壤质量及可持续利用潜力更高,土壤生态体系更加成熟。

常绿阔叶次生林不同经营方式对土壤微生物呼吸及其熵值的影响

次生林在森林碳汇中发挥着重要作用,其合理经营对于提高森林生产力和土壤碳汇功能具有重要的意义。以福建三明地区两种经营方式的常绿阔叶次生林(天然更新、人工促进天然更新)为对象,研究次生林不同经营方式对土壤微生物呼吸及其熵值的影响。结果表明:(1)次生林不同经营方式下的土壤微生物呼吸速率均随土层深度的增加而下降,人工促进天然更新(简称人促更新)林土壤微生物呼吸速率比天然更新林约高15%;(2)不同经营方式次生林表层土层土壤微生物生物量(MBC)含量显著高于深层,天然更新林除40~60 cm土层MBC含量低于人促更新林外,其余各土层MBC含量均高于人促更新林;(3)天然更新林深层土壤微生物熵(qMB)显著高于人促更新林,但表层低于人促更新林;(4)人促更新林各土层微生物代谢熵(qCO2)均高于天然更新林。研究结果表明,常绿阔叶林自然更新与人促更新的表层土壤有机碳活性与利用效率没有显著差异,但是自然更新模式下深层土壤微生物的活性程度高于人促更新方式,且微生物对碳源的利用效率也较高,有利于土壤有机碳固持,提升土壤质量。因此,深层土壤有机碳对不同经营方式的响应研究对于提升土壤有机碳吸存具有重要意义。

长期平衡施肥对潮土微生物活性和玉米养分吸收的影响

利用中国科学院封丘农业生态实验站农田生态系统养分平衡长期定位试验地,研究氮磷钾平衡施肥(NPK)与缺素施肥(NK、PK、NP)对土壤微生物生物量、酶活性、呼吸强度以及玉米养分吸收的影响。结果发现,与不施肥对照(CK)相比,NPK处理玉米根系与茎叶生物量、籽粒产量以及植株氮磷钾吸收量均大幅提高,NP处理次之,PK与NK处理则无显著影响;同一处理玉米茎叶与根系养分含量接近,而籽粒的全氮和全磷含量较高、全钾含量偏低;与NPK处理相比,缺施氮、磷或钾肥均直接导致玉米植株相应养分的明显亏缺或其他养分的过量富集,但在根系、茎叶和籽粒部位的累积情况存在一定差异。与CK相比,所有施加磷肥的处理(NPK、NP、PK)土壤微生物生物量(碳、氮、磷)、脱氢酶、转化酶、脲酶与碱性磷酸酶活性以及土壤微生物代谢活性和土壤基础呼吸强度均显著升高(p<0.05),土壤微生物代谢熵则显著下降(p<0.05),而缺施磷肥的NK处理除显著提高脲酶活性外(p<0.05),对其他指标均无显著影响。结果表明,氮磷钾平衡施肥在促进土壤微生物繁育和保育微生物代谢活性以及促进作物生长和保证养分吸收等方面显得非常重要,而缺素施肥中以缺施磷肥的不利影响最为突出。

镁碱化盐土微生物生物量和土壤基础呼吸

通过测定甘肃河西走廊疏勒河中游昌马冲积扇缘不同镁碱度条件下10个采样点30个土样的化学性质和生物化学性质指标,研究了电导率和镁碱度对土壤微生物生物量及其基础呼吸的影响。结果表明:微生物生物量碳(氮)和土壤基础呼吸与电导率、镁碱度和Mg2+/Ca2+之间显著负相关,表明盐度和镁碱度对土壤微生物群落有显著的抑制作用,而且盐度的抑制作用比镁碱度更大;微生物代谢熵(qCO2)和电导率、镁碱度、Mg2+/Ca2+之间为正相关关系,也说明镁碱化盐土对土壤微生物而言是一种严重的胁迫环境。

温度和水分对干热河谷耕地和草地土壤微生物的影响

为了探究温度和水分对干热河谷区不同土地利用类型土壤微生物特征的影响,本研究以元谋干热河谷耕地和草地土壤的微生物为对象,设置3种温度(15、25和35℃)和3种水分[80%、60%和40%最大田间持水量(WHC),即80%WHC、60%WHC和40%WHC]处理的室内土壤培养试验,分别测定了培养7、14和28 d的土壤微生物呼吸速率、累积呼吸量和微生物代谢熵(qCO_(2))和培养28 d后细菌群落结构特征。结果表明:在各个培养时期,草地土壤微生物呼吸速率、累积呼吸量和细菌群落多样性(Shannon指数)均显著高于耕地土壤(P<0.05),而草地土壤qCO_(2)显著低于耕地土壤(P<0.05)。随着培养温度升高,微生物呼吸速率和累积呼吸量均显著增加,培养14 d后的Q_(10)值明显高于7 d和28 d(P<0.05);但水分处理对不同土壤类型微生物呼吸影响方式不同,60%WHC水分条件下两种土壤微生物累积呼吸量均有增加的趋势。ANOSIM相似性检验结果显示,土壤类型显著影响土壤细菌群落结构组成(r=0.715,P<0.01);相对于耕地土壤,温度和水分处理对草地土壤细菌群落结构组成的影响更大,且两种土壤中优势类群相对丰度随温度和水分变化方式具有明显差异。

短期降水减少对海南橡胶林土壤有机碳矿化及有机碳组分的影响

为了探究短期降水减少对不同土层有机碳矿化速率及其碳组分变化的影响,以海南典型人工林类型橡胶林土壤为研究对象,通过搭建野外隔离穿透雨控制平台,并结合室内恒温培养实验,测定了不同降水条件下土壤有机碳矿化速率及有机碳组分等参数。结果表明:短期降水减少导致0~10 cm土层中SOC累积矿化量、矿化率及微生物代谢熵(qCO_(2))显著降低;土壤易氧化有机碳(EOC)、微生物生物量碳(MBC)及惰性有机碳(NEOC)的含量均随土壤含水量的降低而降低,但仅对0~10 cm土层的EOC影响显著;相关分析表明,土壤SOC累积矿化量及SOC矿化率均与土壤碳氮含量(SOC、TN)、各碳组分含量(EOC、MBC、NEOC)、qCO_(2)呈显著正相关。总之,短期降水减少会抑制橡胶林土壤SOC的矿化,这一变化可能与不同水分条件下土壤基质供应的有效性及微生物代谢的变化有密切关系。

冀北辽河源自然保护区土壤微生物碳代谢对阔叶林叶凋落物组成的响应

利用凋落物袋法研究了冀北辽河源地区阔叶混交林内山杨、白桦、蒙古栎叶凋落物单一分解及混合分解对0-5、5-10和10-20 cm表层土壤微生物生物量碳、微生物呼吸和微生物代谢熵的影响.结果表明：0-20 cm土层对照、白桦、山杨和蒙古栎处理的土壤微生物生物量碳平均含量分别为124.84、325.29、349.79和319.02 mg·kg^-1;微生物呼吸平均速率分别为0.66、1.12、1.16和1.10μg·g^-1·h-1.0-20 cm土层单一凋落物处理、两种叶凋落物混合处理、3种叶凋落物混合处理的土壤微生物生物量碳平均含量分别为331.37、418.52和529.34mg·kg^-1;微生物呼吸平均速率分别为1.13、1.30和1.46μg·g^-1·h-1.土壤微生物代谢熵则呈现出与微生物生物量碳、微生物呼吸相反的变化趋势.说明凋落物质量不同,其土壤微生物碳代谢特征不同,表现为高质量凋落物土壤微生物生物量碳、微生物呼吸速率以及微生物对土壤中有机质的利用效率较高,低质量凋落物则与之相反.植物叶凋落物混合能够增强土壤微生物活性,增加土壤微生物对土壤碳的利用效率,促进土壤微生物代谢途径的多样化,有利于林地土壤质量的维护和提高.

冀北辽河源自然保护区土壤微生物碳代谢特征对凋落物分解主场效应的响应

通过凋落物袋法研究了冀北辽河源地区表层0~5、5~10和10~20 cm土壤微生物生物量碳、微生物呼吸速率和微生物代谢熵对白桦及蒙古栎叶凋落物分解主场效应的响应过程.结果表明：主场白桦及蒙古栎凋落物处理土壤微生物生物量碳显著高于客场;而土壤微生物呼吸则差异不显著.土壤微生物生物量碳、微生物呼吸对不同植物凋落物分解主场效应的响应程度也不一致.客场蒙古栎叶凋落物处理各土层土壤微生物生物量碳相比主场降低了39.6%、34.9%、33.5%;白桦凋落物则降低了31.6%、27.1%、17.0%.客场蒙古栎凋落物微生物呼吸分别为主场的96.3%、92.4%、83.7%,白桦凋落物为99.4%、97.3%、101.3%.微生物代谢熵则呈现出与微生物生物量碳相反的变化趋势.植物凋落物在主场分解速率较快,可供微生物利用的养分较多,促进了土壤微生物的活动,且土壤中丰富的有机质削弱了植物摄取与微生物需求之间的矛盾,进而导致土壤微生物生物量碳及微生物代谢熵对叶凋落物分解主场效应产生了明显的响应.而土壤微生物呼吸由于受到林地内土壤温度、含水率以及二者共同作用的影响,对主场效应表现出了微弱的响应.此外,由于低质量凋落物会表现出更强的主场效应,从而使土壤微生物生物量碳、微生物呼吸及微生物代谢熵对白桦叶凋落物分解主场效应的响应程度低于蒙古栎凋落物.

耕作方式对潮土碳氮磷转化相关微生物学性状的影响

为了从土壤微生物学角度评价华北潮土在不同耕作方式下的肥力与质量,利用中国科学院封丘农业生态实验站玉米-小麦轮作免耕定位试验平台,研究了不同耕作方式(翻耕、免耕、玉米季免耕-小麦季翻耕)对土壤碳、氮、磷含量及相关微生物学性状的影响.结果显示,与翻耕相比,3年持续免耕或仅玉米季免耕对土壤pH、全氮、全磷、矿质氮和速效磷以及微生物生物量(碳、氮、磷)、基础呼吸强度和微生物代谢熵等均没有产生显著影响,但持续免耕处理土壤有机碳含量、关键酶活性(脱氢酶、转化酶、脲酶与碱性磷酸酶)以及微生物代谢活性等均显著升高(P<0.05),而玉米单季免耕处理除脲酶活性没有变化外,其余5个指标也均趋于升高.结果表明,免耕种植模式在保育土壤微生物代谢活性和促进土壤养分转化等方面起着重要作用,而玉米单季免耕处理次之.

侵蚀红壤区植被恢复对表层与深层土壤有机碳矿化的影响

试验研究了典型红壤侵蚀区不同植被恢复年限(0,11,31a)的表层(0—10cm)和深层(60—80cm)土壤有机碳矿化特征。结果表明:深层土壤有机碳84d累积矿化量或潜在矿化量显著低于表层土壤,植被恢复则显著增加了表层和深层土壤累积矿化量或潜在矿化量(P<0.05),相关分析显示土壤有机碳累积矿化量或潜在矿化量与WSOC、MBC和SOC显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关,表明碳矿化底物数量是决定土壤碳累积矿化量或潜在矿化量的主导因子;对照表层土壤的矿化速率常数(k)高于深层土壤的,植被恢复降低了表层土壤的k值(P<0.05),对深层土壤的k值却没有显著影响;而深层土壤矿化率显著高于表层土壤,且植被恢复后均显著降低(P<0.05),相关分析显示土壤有机碳矿化率与微生物代谢熵呈极显著的正相关(P<0.01),表明微生物碳利用效率是影响土壤碳矿化率的重要因素,而深层土壤微生物碳利用效率显著低于表层土壤,但植被恢复可以改善侵蚀红壤的环境条件,提高土壤微生物的碳利用效率,从而增强土壤固碳能力。

长白山不同海拔梯度森林土壤中性糖分布特征

2010年7月,采集长白山北坡5个典型植被带(阔叶红松林、明针叶林、暗针叶林、岳桦林和高山苔原)林下土壤,研究了不同海拔梯度下森林土壤的中性单糖分布、数量及其影响因素,并结合中性糖来源差异探讨土壤有机质的生物化学积累机制.结果表明:在长白山不同海拔梯度下,森林土壤的中性糖差异显著,中性糖来源碳在土壤有机碳(SOC)中的相对含量为80.55～170.63 mg.g-1,并且随海拔升高呈递增的趋势.采用多元线性拟合分析发现,生长季平均气温是影响土壤中性糖相对含量的主要因素,低温有助于中性糖的积累.土壤中(半乳糖+甘露糖)/(阿拉伯糖+木糖)为1.62～2.28,且随海拔升高呈增加趋势,说明土壤中微生物来源中性糖的贡献随海拔升高逐渐增加.微生物熵随海拔升高而降低,说明低温条件下微生物活性下降而对外源碳的利用效率提高,植物残体被微生物分解转化后,以微生物同化物的形式固存于土壤中,从而增加了微生物来源中性糖的比例.

东北5种温带人工林表层土壤碳氮含量的分异

造林是固碳(C)的有效方法之一,也深刻地影响土壤氮(N)动态,然而不同造林树种对土壤C和N收支的影响及其机制尚不明确.本研究采用同质园试验方法,测定了东北温带水曲柳、胡桃楸、白桦、落叶松和樟子松5个主要造林树种造林后第3年和第11年表层(0~10 cm)土壤有机C(Csoil)、全N含量(Nsoil)的变化,以及植被特性和土壤微生物等相关因子,探究了不同树种造林对土壤C、N的影响及驱动因子.结果表明:试验期间,5个树种纯林的Csoil、Nsoil均显著降低,Csoil与Nsoil变化量呈显著正相关,并且Csoil减少速率(2.6%·a-1~4.8%·a-1)显著高于Nsoil减少速率(0.8%·a-1~2.8%·a-1).阔叶树种纯林Csoil、Nsoil减少量显著小于针叶树种纯林.树种特征、微生物特性共同解释了Csoil变化率的68.5%、Nsoil变化率的90.9%,Csoil、Nsoil变化率随凋落叶C/N及微生物生物量C/N的增大而减小,但随着细根生物量、微生物生物量C及微生物获取C酶与获取N酶之比的增加而增大;Nsoil变化率还随凋落叶产量及微生物代谢熵的增大而减小.这些温带人工林在造林11年后表层土壤C、N含量显著减少,而树种间的不同变化强度主要是由树种特征和土壤微生物特性的差异引起的.