黄土区地膜覆盖对麦田土壤微生物体碳的影响

研究了1999年(丰水年)和2000年(干旱年)旱地条件下不同时间覆膜(不覆膜、覆膜30 d、覆膜60d和全程覆膜)对春小麦(Triticum aestivum)农田土壤微生物体碳的影响。结果表明,1999年土壤微生物体碳平均为335.3 mg·kg^(-1)干土,2000年平均为259.3 mg·kg^(-1)干土,前者高出后者29.37％。2年中最高微生物体碳均出现在全程覆膜处理。1999年,土壤微生物体碳在覆膜60d时即接近最高值,该处理籽粒产量也最高。2000年,由于春小麦生育后期降水丰富,在整个生育期中,微生物体碳增长表现为“增长-平稳甚至出现下降-再增长”的梯形方式,到生育后期,各处理之间才出现显著差异,全程覆膜处理的微生物体碳后期大幅度增加,与1999年接近。2年中各处理的C/N处于7.732～9.042之间,远低于11.3的临界值,C/P处于300.8～719.6之间,均高于300的临界值,不利于土壤微生物体碳的增加,微生物和作物对土壤有效态氮和磷的吸收处于竞争状态,表明该农田生态系统有机质严重不足,已经构成了限制作物生产力发挥的重要因素,长期地膜覆盖和大量使用化肥将加剧这一问题的严重性。

氮肥配施生物质碳点对潮土微生物残体碳含量的影响

为探明碳氮投入下土壤微生物残体对有机碳积累的相对贡献,采用培养试验方法探究氮肥配施生物质碳点(简称碳点)对潮土微生物残体碳含量的影响。研究设置4个处理:空白(CK)、施碳点(CDs)、施氮(N)、施氮和碳点(N+CDs)。结果表明:与CK处理相比,CDs处理的无机氮(SIN)含量显著下降29.1%;与N处理比较,N+CDs处理的SIN含量显著下降32.8%,土壤脲酶和亚硝酸还原酶活性均显著下降(P<0.05)。CDs处理的土壤溶解性有机碳(DOC)含量略高于CK处理,且CDs处理改变了DOC的官能团结构;N+CDs处理的DOC含量比N处理显著提高28.8%,N+CDs也提高了DOC中胺类和芳香类化合物含量。与N处理比较,N+CDs处理的细菌残体碳(BNC)和真菌残体碳(FNC)含量显著增加29.5%和17.7%(P<0.05),且提高了土壤微生物残体对有机碳积累的相对贡献。回归分析表明,总的细菌和真菌残体碳与土壤理化性质存在相关性。通过结构方程模型进一步验证,发现DOC中的芳香族化合物是调控BNC的主要因素,FNC主要受土壤氮净硝化速率和DOC的平均分子量调控,N+CDs处理主要通过改变潮土溶解性有机碳及官能团结构和氮转化速率影响微生物残体碳积累。

凋落物添加与去除对米槠天然林土壤微生物残体碳的影响

【目的】研究森林凋落物输入变化对土壤微生物残体碳的影响,为全面认识植物、土壤与微生物间的相互作用对森林长期碳固存的影响提供科学依据。【方法】以亚热带米槠天然林为研究对象,采用随机区组试验设计,设置3种凋落物处理(去除凋落物、双倍凋落物和对照),测定土壤理化性质、氨基糖含量及微生物残体碳含量,采用Pearson分析和路径分析(PLS-PM)探讨微生物残体碳含量的影响因素。【结果】去除凋落物后,土壤中总氨基糖、氨基葡萄糖、氨基半乳糖和甘露糖胺含量分别降低了14.7%、33.4%、9.3%和16.1%;凋落物添加处理后,甘露糖胺含量降低了21.7%。去除凋落物后,真菌残体碳和总微生物残体碳含量分别降低了16.2%和16.1%,而细菌残体碳含量无显著变化;凋落物添加后,总微生物残体碳含量显著降低了9.2%,但2种处理下微生物残体碳对土壤有机碳的贡献无差异。路径分析表明,凋落物输入变化下的微生物生物量碳、土壤含水量和微生物生物量是驱动土壤微生物残体碳累积的关键因子。【结论】改变凋落物的输入可显著调控土壤微生物残体的积累,尤其是对真菌残体碳的影响较大,而对细菌残体碳的影响较小。凋落物在微生物残体碳积累中具有重要作用,适度维持地表凋落物贮量有助于保持土壤碳库的稳定。

黄土高原不同人工林型微生物残体碳对土壤有机碳组分的积累贡献及影响因素

为探究不同人工林型微生物残体碳(Microbial necromass carbon,MNC)对土壤有机碳组分的积累贡献及影响因素,在黄土高原选取刺槐林、山杏林、油松林为研究对象,分析了三种人工林0—60 cm土层真菌残体碳(Fungal necromass carbon,FNC)、细菌残体碳(Bacterial necromass carbon,BNC)、MNC对颗粒态有机碳(Particulate organic carbon,POC)和矿物结合态有机碳(Mineral—associated organic carbon,MAOC)的积累贡献及其影响因素。结果表明:(1)三种人工林POC、MAOC中FNC、BNC、MNC含量均随土层深度的增加而降低;(2)刺槐林和山杏林MNC对MAOC的积累贡献(60.9%,52.0%)高于POC(33.5%,49.5%),其中FNC对MAOC的积累贡献分别是BNC的4.4和2.5倍,油松林在0—10 cm土层MNC对POC的积累贡献(73.8%)高于MAOC(48.2%),其中FNC对POC的积累贡献是BNC的3.5倍,而在10—60 cm土层MNC对MAOC的积累贡献(30.9%)高于POC(24.4%),其中FNC对MAOC的积累贡献是BNC的3.4倍;(3)总有机碳和全氮含量与MNC/POC、MNC/MAOC呈显著正相关关系(P<0.05),黏粒含量与MNC/MAOC呈显著正相关关系(P<0.05),pH值、砂粒含量与MNC/MAOC呈显著负相关关系(P<0.05)。说明黄土高原三种人工林0—60 cm土层MNC主要贡献MAOC的积累,油松林0—10cm土层除外,且与细菌残体碳相比,真菌残体碳在土壤有机碳组分积累中的贡献更大,土壤总有机碳、全氮、黏粒、砂粒含量、pH值是影响该区不同人工林型微生物残体碳贡献土壤有机碳组分积累的主要因素。

毛竹扩张对常绿阔叶林土壤微生物残体碳累积的影响

【目的】揭示亚热带毛竹Phyllostachysedulis扩张过程中,通过影响土壤微生物残体碳累积,调控常绿阔叶林土壤有机碳动态变化的规律。【方法】以微生物残体标志物——氨基糖为研究对象,探究浙江省安吉县灵峰寺国有林场常绿阔叶林、毛竹-阔叶混交林和毛竹纯林的表层土壤(0~10 cm)微生物残体碳的累积效应,以及与有机碳的关联特征。【结果】毛竹扩张过程中,土壤真菌残体碳、细菌残体碳和总微生物残体碳质量分数均显著下降(P<0.05),分别下降了36.76%、35.13%和40.32%,且毛竹扩张过程中凋落物年产量能够通过间接影响土壤有机碳以及土壤真菌生物量、细菌生物量和总微生物生物量,进而分别影响土壤真菌残体碳、细菌残体碳和总微生物残体碳的累积效应。在毛竹扩张前期(常绿阔叶林到毛竹-阔叶混交林)土壤真菌残体碳、细菌残体碳和总微生物残体碳占有机碳的比值变化并不显著,但是在毛竹扩张后期(毛竹-阔叶混交林到毛竹纯林),土壤真菌残体碳、细菌残体碳和总微生物残体碳占有机碳的比值显著提高(P<0.05)。【结论】毛竹向常绿阔叶林扩张过程中微生物源碳对土壤有机碳形成的作用逐渐增加。图4表1参26.

外源有机物料性质对黑土农田土壤微生物碳组分的影响

【目的】探索在不同性质和用量的有机物料输入后黑土农田微生物碳组分的变化规律及其对土壤有机碳的贡献,明确东北黑土农田固碳的微生物过程,为黑土培肥和可持续发展提供理论支持。【方法】采用室内培养方法,供试黑土采自黑龙江省克山试验站的典型黑土农田,供试有机物料包括玉米秸秆(S)、生物炭(B)、水溶性有机肥(D),各有机物料均设3个施用量水平(低量、中量和高量),并以施化肥(F)和不施肥(CK)为对照,共计11个处理。在培养开始后的第5、15、30、60、105天分别采样,测定土壤有机碳(SOC)含量、微生物生物量碳(MBC)含量、细菌生物量(Ba)、真菌生物量(Fu)和微生物残体碳(MRC)含量。细菌与真菌生物量以其特征磷脂脂肪酸含量表征,微生物残体碳由不同土壤氨基糖含量表征的细菌与真菌残体量转换计算。【结果】与CK和F处理相比,3类有机物料输入均增加了土壤SOC、MBC和MRC含量,提升了MRC对SOC的贡献(MRC/SOC)。土壤MBC和MRC含量随秸秆和生物炭施用量的增加而提升,随水溶性有机肥施用量的增加而下降。在105天培养期内,所有处理MBC、MRC峰值均出现在培养第30、60天,3个有机物料分别以S3、B3和D1的提升效果最大。与CK相比,培养105天时S3、B3和D1处理的MBC分别提高了39.1%、8.2%和28.9%,真菌残体碳(FRC)含量分别提高了47.9%、43.5%和58.1%,S3和D1处理的细菌残体碳(BRC)含量分别提高了18.5%和16.5%。9个有机物料C/N和全氮(TN)含量与微生物碳组分的回归分析发现,有机物料C/N低于29.89、28.57时,分别与培养105天的MBC和BRC呈正相关关系,高于该阈值时呈负相关关系(P<0.05);有机物料TN含量低于0.18、0.11 g/kg时,分别与MBC和FRC呈正相关关系(P<0.05),超过该阈值时呈负相关关系(P<0.05),而BRC始终与有机物料TN含量呈正相关关系(P<0.05)。在9个有机物料处理中,MBC占SOC的比例为3.8%~9.4%,MRC占SOC的比例则高达24.1%~35.3%。与CK和F处理相比,生物炭输入显著增加了SOC含量,但未显著提升MBC的占比;秸秆和水溶性有机肥输入显著提升了MBC和MRC占SOC的比例。【结论】含氮量较高、碳氮比值较低的秸秆增加了土壤微生物生物量碳和残体碳含量及其对有机碳的贡献,且高施用量时效果更显著;氮含量和碳氮比值低的生物炭增加了土壤有机碳含量,促进了真菌生物量和残体碳增加,但未提升微生物生物量碳对有机碳的贡献;含氮量高的水溶性有机肥低施用量时有利于提升微生物生物量碳和残体碳含量及其对土壤有机碳的贡献,但高施用量作用相反。因此,增加秸秆和生物炭投入量,控制水溶性有机肥投入量有利于微生物碳组分的积累,促进土壤有机碳的固定。

毛竹扩张对杉木林土壤微生物残体碳积累的影响

亚热带毛竹扩张对杉木林土壤微生物残体碳积累的影响及机制尚不清楚。以毛竹向杉木林扩张带(包括杉木林、杉木-毛竹混交林和毛竹林)的凋落物(O层)和不同发生层土壤(A层、B层和BC层)为研究对象,通过分析凋落物和土壤样品中的氨基糖含量来表征微生物残体碳累积效应,并进一步评价微生物在土壤有机碳(SOC)形成过程中的作用。结果表明:毛竹扩张使杉木林凋落物数量和碳含量显著降低,但是凋落物中真菌残体碳(MRC-f)、细菌残体碳(MRC-b)和微生物残体碳(MRC)含量均显著增加;毛竹扩张显著提高了杉木林SOC、MRC-f、MRC-b和MRC含量,而且在毛竹扩张初期(杉木林演替为杉木-毛竹混交林)MRC-f、MRC-b和MRC在SOC中的比例也显著增加,说明毛竹扩张增强杉木林土壤MRC累积效应的同时,也提高了微生物对有机碳的贡献。而毛竹扩张后期MRC-f、MRC-b和MRC占SOC比例并没有显著变化,意味着毛竹扩张后期MRC和植物源残体碳对SOC含量的提升均有贡献,且两者贡献的相对比例保持不变。土壤MRC含量随着剖面深度的加深逐渐下降,而MRC占SOC比值却随着土壤深度的增加而逐渐升高,说明深层土壤中微生物对有机碳贡献高于表层土壤。研究结果对于理解微生物在亚热带森林SOC形成过程中的作用,科学评估毛竹扩张对亚热带森林生态系统及气候变化的影响,并采取合理的营林措施提升亚热带森林土壤碳汇功能具有重要理论意义。

间伐对杉木人工林土壤微生物残体碳的影响

【目的】分析不同间伐强度下杉木人工林土壤理化性质、酶活性、微生物残体碳及其对土壤有机碳(SOC)贡献的差异,揭示土壤理化性质和酶活性对微生物残体碳积累的调控机制,为杉木人工林可持续经营、缓解全球气候变化和实现我国碳中和目标提供科学依据。【方法】以福建省沙县官庄国有林场杉木人工林为研究对象,采集不同间伐强度(31%、45%、63%)样地0~10、10~20 cm土层样品,以氨基糖为微生物残体的组分标志物,探讨间伐强度和土层深度对土壤微生物残体积累特征的影响。【结果】1)土壤细菌残体碳(MRC_(B))、真菌残体碳(MRC_(F))、微生物总残体碳(MRC)含量均随间伐强度增加显著升高(P<0.05),真菌与细菌残体碳比(MRCF/MRCB)随间伐强度增加而降低;土壤MRC_(B)、MRC_(F)、MRC、MRC_(F)/MRC_(B)均随土层深度增加而降低;2)土壤MRCB、MRCF、MRC对SOC的贡献率在不同间伐强度下分别为13.20%~18.99%、28.42%~39.72%、41.62%~58.70%,且随土层深度增加呈升高趋势;3)在0~10、10~20 cm土层,SOC、全磷(TP)、有效磷(AP)、微生物生物量碳(MBC)、可溶性碳(DOC)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量均为强度间伐>中度间伐>弱度间伐,pH、密度随间伐强度增加而降低;4)间伐强度和土层深度对土壤酶活性具有显著或极显著影响(P<0.05),随间伐强度增加,土壤酸性磷酸酶(SACP)、过氧化物酶(SPOD)和β-葡萄糖苷酶(β)含量均呈上升趋势,多酚氧化酶(SPPO)含量先降后升;且随土层深度增加,4种酶活性均呈下降趋势;5)结构方程模型(SEM)分析表明,土壤化学性质和酶活性分别是对0~10、10~20 cm土层土壤微生物残体碳含量影响较大的潜变量,对潜变量土壤微生物残体碳含量影响较大的土壤单因子在0~10 cm土层为可溶性碳(P=0.002)和铵态氮(P=0.066)含量,在10~20 cm土层为过氧化物酶(P=0.002)和硝态氮(P=0.034)含量。【结论】随间伐强度增加,杉木人工林土壤理化性质和酶活性变化明显,土壤各形态碳和微生物残体碳含量不断提高;结构方程模型拟合程度良好,土壤微生物残体碳含量主要受土壤化学性质(可溶性碳、铵态氮和硝态氮)和酶活性(过氧化物酶)潜变量调控,在杉木人工林经营中,可通过适度管理密度提高土壤养分含量和酶活性,并提升微生物残体碳含量及对SOC库的贡献。

长期增温和围栏封育对高寒草原土壤微生物残体碳积累的影响不显著

在气候变暖背景下,围栏封育是常见的草地生态系统管理手段,明确变暖和围封对土壤有机碳的积累过程,对于认识草地生态系统碳源汇效应十分重要。本文以氨基糖为有机碳组分的标识物表征死亡的微生物量,选择连续15年增温和围栏封育处理下的样地,分析增温和围栏封育对高寒草原区微生物残体碳积累的影响。结果表明:相比对照,增温+围封和围封处理细菌、真菌来源碳无显著差异,但细菌残体碳比真菌残体碳对土壤有机碳相对贡献大;增温+围封和围封处理与对照相比,氨基糖总量影响不显著,但是显著降低了土壤中微生物碳长期周转,短期周转不显著;总氨基糖、真菌来源碳、细菌来源碳与电导率、含水率、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)显著正相关。综上所述,细菌残体碳比真菌残体碳对土壤有机碳相对贡献大,增温和围栏封育对微生物残体碳影响不显著。

连年秸秆覆盖对玉米产量及土壤微生物残体碳积累的影响

为明确连年秸秆覆盖对玉米产量及土壤微生物残体碳的影响,从而揭示秸秆覆盖条件下土壤有机碳积累的微生物学机制,该研究基于田间8 a长期定位小区试验,比较了不覆盖秸秆(CK)和覆盖秸秆(SM)两处理中玉米产量,同时利用一阶动力学模型对土壤(0~10 cm和>10~20 cm)中有机碳、微生物残体碳及两者比例的年际变化进行了拟合。结果表明:1)秸秆覆盖在前5 a内没有显著提高玉米产量,第6年开始产量显著增加;在前2~3 a没有显著提高土壤有机碳和微生物残体碳含量;2)利用一阶动力学模型参数得到,SM处理显著提高了表层土壤有机碳、微生物残体碳以及两者比例的最大值,较CK处理分别高12%、39%、6%;3)SM处理显著延长了表层土壤有机碳、微生物残体碳以及两者比例达到最大值的时间,较CK处理分别多13、12和2.5 a,然而SM处理并没有显著影响下层土壤有机碳、微生物残体碳及两者比例的变化。因此,秸秆覆盖能够通过显著提高表层微生物残体碳及其对土壤有机碳的贡献,进而有利于对整个耕层土壤有机碳的固持。

秸秆还田对长期不同施肥黑土微生物残体碳的影响

【目的】研究长期施肥以及秸秆还田对黑土中微生物标识物氨基糖含量的影响,以期为调节黑土碳循环提供理论支撑。【方法】吉林省农业科学院黑土长期定位试验始于1990年,2018年选取其中不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和有机肥配施化肥(MNPK)三个处理进行秸秆微区田间试验。这三个处理的土壤中分别再设加入1 cm长玉米秸秆6000 kg/hm^(2)的处理(CKS、NPKS、MNPKS)和不加入玉米秸秆的处理(CK、NPK、MNPK),共6个处理。秸秆与土壤混匀后置于PVC框(长0.9 m、宽0.6 m、高0.6 m)内,PVC框上端高于地面20 cm。在PVC框埋入土壤60天(夏季)、150天(秋季)后,取土样测定理化性状及氨基葡萄糖(GluN)、氨基半乳糖(GalN)和胞壁酸(MurN)含量。微生物真菌残体碳和细菌残体碳含量依据各氨基糖含量计算。【结果】与CK相比,NPK和MNPK处理能够促进氨基糖在土壤中的积累,其中第60天氨基葡萄糖分别显著增加18.81%和105.36%;胞壁酸分别显著增加19.62%和129.30%。两种施肥措施均能提升土壤中微生物残体碳的含量,而且MNPK处理微生物残体碳积累量较CK处理高出近1倍。各处理中真菌残体碳含量要远高于细菌残体碳含量,两种施肥措施均会降低真菌残体碳占微生物残体碳的比重,说明施肥会增加细菌在这一过程中对黑土有机碳积累的贡献。NPKS处理氨基葡萄糖占总氨基糖含量百分比明显增加,MNPKS处理真菌来源的氨基葡萄糖所占百分比也在第60天、第150天这两个时期内逐渐上升,表明真菌细胞死亡残体积累量在增加。【结论】添加秸秆后的MNPK处理促进了黑土中微生物残体碳的积累,NPK处理与秸秆添加相结合可以提高真菌残体碳在微生物残体碳中所占比重。因此,施肥和秸秆添加会使黑土中微生物群落组成发生变化,从而影响微生物残体的积累特征。

强冻融作用下土壤微生物残体碳的累积特征及其对玉米秸秆输入的响应

【目的】微生物残体碳是土壤稳定碳库的主要组成部分。探究不同冻融强度下东北黑土区土壤真菌和细菌残体碳的变化和积累特征,以及玉米秸秆对这一过程的影响,以加深对东北黑土土壤有机碳循环过程和微生物调控机理的认知,为东北黑土区土壤肥力提升提供理论支撑。【方法】研究采用室内模拟培养试验,供试材料为玉米秸秆和黑土。设置3个冻融强度处理:弱冻融(融冻温度/冻结温度为5℃/-4℃)、强冻融(融冻温度/冻结温度为5℃/-9℃)和5℃常温对照,每个冻融处理分别设置添加和不添加玉米秸秆处理。一个冻融循环为土壤样品在5℃培养24 h,逐渐降低温度至冻结温度,保持48 h,然后升温至5℃,直到总时间96 h(4天),然后进入下一个循环。冻融试验共进行了16次循环,总培养周期为65天。在第0、3、8、12和16次冻融后采集土壤样品,测定土壤氨基葡萄糖(真菌残体标识物)和胞壁酸(细菌残体标识物)含量,分析微生物残体碳的累积特征及其对土壤有机碳的贡献。【结果】不添加玉米秸秆条件下,强冻融处理在前期较恒温对照显著增加了真菌和细菌残体碳含量及其对土壤有机碳的贡献,降低了土壤真菌细菌残体碳比值(F/B),而弱冻融处理相关指标较恒温处理则变化不明显;在第16次循环,强冻融显著降低了微生物残体碳含量及其对土壤有机碳的贡献,增加了F/B值。在恒温和弱冻融处理中,添加秸秆在前期促进了真菌和细菌残体碳的累积,但在第16次循环,降低了真菌和细菌残体碳含量;而在强冻融处理中,添加秸秆则在试验结束时显著增加了细菌残体碳含量,降低了F/B值。试验结束时,添加秸秆后不同冻融强度对微生物残体碳贡献率影响不大。【结论】反复多次强冻融会降低土壤中微生物残体碳的累积,尤以细菌残体碳损失比例更大。添加玉米秸秆对真菌残体碳积累无显著影响,但能够显著增加细菌残体碳的积累,增加细菌残体碳的比例和其对土壤有机碳的贡献,在一定程度上抵消强冻融对微生物残体碳累积的不利影响。因此,添加秸秆可提高反复强冻融土壤中微生物源碳的稳定性。

中亚热带米槠人工林土壤微生物残体碳对凋落物和根系碳输入的响应

微生物残体碳(MNC)是稳定土壤碳库的重要来源,探讨亚热带森林土壤微生物残体碳对地上(凋落物)、地下(根系)碳输入的响应对评估全球生态系统土壤碳贮量具有重要意义。本研究以福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站的米槠人工林为对象,设置去除根系(NR)、去除地上凋落物(NL)、无凋落物输入(即去除地上凋落物和地下根系输入,NI)、添加双倍地上凋落物(DL)4个处理,以无处理为对照(CK),7年后采集0~10 cm土层土壤样品,探究凋落物和根系输入变化下MNC含量及MNC对土壤有机碳贡献的变化特征。结果表明:1)与CK相比,NR处理下MNC、细菌残体碳(BNC)和真菌残体碳(FNC)分别降低了15.9%、20.2%和14.5%,其他处理无显著变化。2)与CK相比,NR、NL、NI和DL处理未对BNC、FNC和MNC的土壤有机碳贡献率产生显著影响。3)相关性分析和路径分析结果显示,植物碳输入变化通过改变土壤中的底物有效性和微生物群落结构直接或间接改变了土壤中微生物残体碳的含量。表明在维持中亚热带人工林土壤MNC方面,根系输入碳比地上植物来源碳更重要。

林龄对马尾松人工林微生物残体碳积累的影响机制

明晰人工林林分发育过程中土壤微生物残体碳的积累模式及其对土壤有机碳(SOC)的贡献有助于理解土壤碳循环和固碳机制。本研究以亚热带马尾松人工林为对象,分析了幼龄林(6 a)、中龄林(13 a)、近熟林(29 a)、成熟林(38 a)和过熟林(57 a)表层(0~10 cm)土壤氨基糖含量、理化性质和微生物组成等的差异,量化微生物残体碳含量及其对SOC的贡献,并探讨其影响机制。结果表明:中龄林SOC、全氮、非晶形铁氧化物含量和亮氨酸氨基肽酶活性显著低于成熟林,幼龄林土壤pH和真菌/细菌显著高于其他龄组。在林分发育过程中,微生物、真菌和细菌残体碳的变化范围分别为7.52~14.63、4.03~8.00和3.48~6.63 g·kg^(-1),且成熟林显著高于中龄林,受土壤全氮含量的正影响。微生物、真菌和细菌残体碳对SOC的贡献分别为59.7%~72.3%、33.4%~45.6%和24.3%~30.8%。真菌残体碳对SOC的贡献在幼龄林显著高于其他龄组,细菌残体碳对SOC的贡献在中龄林显著高于幼龄林和近熟林,两者受土壤无机氮的影响。真菌残体碳是细菌残体碳的1.2~1.7倍,主导了微生物残体碳的积累。偏最小二乘模型分析表明,真菌残体碳对SOC的贡献受林龄、土壤环境因子(如亮氨酸氨基肽酶、非晶形铁氧化物、pH和全氮)、细菌残体碳、真菌残体碳和细菌残体碳对SOC贡献影响的总效应分别为-0.37、-1.16、0.90、1.09和0.83。综上,林龄促进微生物残体碳的积累,但并未增加其对SOC的贡献。

青藏高原多年冻土微生物残体碳的分布特征及其驱动因素

微生物残体碳是土壤稳定碳库的重要组成部分,对土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的贡献可达50%以上.然而,由于缺乏大尺度观测证据,目前学术界对多年冻土微生物残体碳分布特征及其驱动因素的认识十分有限.本研究基于野外样带调查和室内分析相结合的方法,揭示了青藏高原多年冻土微生物残体碳的空间分布特征,对比了冻土层与活动层微生物残体碳对SOC的贡献差异.在此基础上,结合气候、土壤变量和微生物属性测定,探究了多年冻土微生物残体碳含量空间变异的驱动因素.结果显示,多年冻土总微生物残体碳、真菌和细菌残体碳含量均呈现自研究区西部向东部递增的趋势.平均而言,冻土层总微生物残体碳含量为2741.0±815.3 mg/kg(平均值±标准误差),占SOC的比例为13.2%±1.1%;真菌残体碳的含量及其对总微生物残体碳的贡献均显著高于细菌.冻土层总微生物残体碳和真菌残体碳的含量与贡献均显著低于活动层;冻土层细菌残体碳含量显著低于活动层,但其对SOC的贡献与活动层无显著差异.结构方程模型分析的结果显示,多年冻土含水率和微生物的生物量是影响多年冻土微生物残体碳含量空间变异的直接因素,气候因素则起着间接作用.总体来讲,上述结果意味着微生物残体碳是多年冻土碳的重要来源,其变化可能会影响多年冻土碳循环与气候变暖之间的正反馈关系.

黄土丘陵区降水变化下草地土壤微生物残体碳对土壤有机碳组分的贡献及其影响因素

为探究降水变化下草地土壤中微生物残体碳(MNC)对土壤有机碳组分的贡献及其影响因素,在黄土丘陵区白羊草植被恢复地,设置7个降水水平,以自然降水(CK)量作为对照,增加和降低20%、40%、60%的自然降水量(I_(20)、I_(40)、I_(60)、D_(20)、D_(40)、D_(60))开展试验,分析了土壤有机碳组分中真菌残体碳(FNC)、细菌残体碳(BNC)和MNC的含量及变化特征。结果表明:1)土壤矿物结合态有机碳(MAOC)中的MNC含量(1.62~2.17 g·kg^(-1))要高于颗粒态有机碳(POC)中的MNC含量(0.69~1.31 g·kg^(-1)),前者是后者的1.4~2.8倍。2)在MAOC和POC中,FNC和MNC变化规律相似。MAOC中的BNC是FNC的1~3.1倍;POC中的FNC要高于BNC,只在I_(40)和I_(60)时BNC大于FNC。3)整体上,降水增加和减少均提高了MNC/MAOC和BNC/MAOC,降低了MNC/POC和FNC/POC。I_(60)和D_(60)时的MNC/MAOC比CK高33.2%和18.1%;D_(60)、I_(40)和I_(60)时的BNC/MAOC比CK高28.0%、23.0%和19.1%。除D_(60)外,其他降水条件下FNC/POC、MNC/POC显著低于CK;在POC中,D_(40)、D_(20)、I_(20)、I_(40)和I_(60)的MNC/POC比CK低28.4%、23.3%、28.8%、23.3%和32.2%,D_(40)、D_(20)、I_(20)、I_(40)和I_(60)的FNC/POC比CK低23.3%、16.1%、21.0%、27.0%和31.0%。4)NH_(4)^(+)-N和pH是降水变化下影响不同碳组分中MNC含量的主要因素。综上,降水变化(增加或降低)提高了以BNC为主的MNC对MAOC的贡献,降低了以FNC为主的MNC对POC的贡献,本研究对了解降水变化下微生物残体在不同有机碳组分中的分配规律具有重要意义。

马尾松纯林混交改造对土壤微生物残体碳和有机碳组分的影响

混交乡土阔叶树种是马尾松纯林改造的重要措施之一,土壤微生物残体碳和有机碳组分是评价土壤有机碳(SOC)稳定性以及混交效应的重要参数。本研究以马尾松纯林(PP)和混交林龄分别为16年(MP16)、38年(MP38)的马尾松和红锥混交林为研究对象,测定不同土层深度的土壤理化性质、微生物残体碳以及有机碳组分等指标,旨在阐明马尾松纯林混交改造对土壤微生物残体碳和有机碳组分的影响。结果表明:1)混交改造显著降低了0~20和20~40 cm土层真菌残体碳含量和真菌残体碳/细菌残体碳,但是对微生物残体碳和细菌残体碳含量及其对SOC的贡献没有显著影响;所有林分类型中真菌残体碳对SOC的贡献均大于细菌残体碳。2)所有林分类型中土壤矿物结合态有机碳对SOC的贡献高于团聚体结合态有机碳和轻质颗粒有机碳;混交改造显著提高了0~20和20~40 cm土层中矿物结合态有机碳含量以及矿物结合态有机碳、团聚体结合态有机碳和轻质颗粒有机碳对SOC的贡献;MP38的矿物结合态有机碳在各土层均显著高于PP,在20~40、40~60和60~100 cm土层显著高于MP16,表明混交改造增强了SOC的稳定性,且MP38较MP16的SOC稳定性更高。3)土壤SOC和总氮是驱动土壤微生物残体碳变化的主要环境因子;而土壤总氮和络合态铁铝氧化物是驱动有机碳组分变化的主要环境因子。因此,在马尾松人工林经营过程中引入红锥可以增强土壤有机碳的稳定性。

有机碳对土壤团聚体形成的影响研究进展

土壤有机碳(SOC)作为参与生物地球化学循环的重要物质,在土壤团聚体形成与稳定中起重要作用。回顾了土壤团聚体的定义、特征和形成理论,分析了SOC在团聚体中的周转过程,综述了SOC数量、SOC结构、微生物残体碳及SOC损失在土壤团聚体形成中的作用及影响,从土壤碳汇与团聚体的协同关系角度对健康土壤的培育提出建议,并对土壤团聚体领域未来研究方向作出展望,以期为土壤资源可持续发展提供参考。

不同气候条件下土壤有机碳水热响应驱动机制研究

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统中最大的碳库,其对气候变化的响应直接影响全球碳循环。然而,关于土壤有机碳对长期水热变化的响应及其微生物调控机制尚不清楚。借助跨气候带土壤移置试验平台,开展了一项8年的土壤移置试验,其中将寒温带地区(中国海伦)的黑土剖面移置到温带和中亚热带地区(即封丘和鹰潭)来模拟土壤水热条件增加。水热增加提高了植被生物量,地上部植株C/N与微生物酶活性;降低了土壤有机碳、全氮、微生物残体碳(MNC)和活性矿物的相对含量。并且,微生物残体碳对有机碳的贡献也随着水热条件的增加而降低。通过计算ΔMNC/ΔSOC以表征水热增加后微生物残体碳损失速率。结果发现,ΔMNC/ΔSOC随着水热条件的增加而显著增加,封丘地区为72.50%±9.35%,而在鹰潭达到了82.67%±2.37%。重要的是,土壤活性矿物的变化与ΔMNC/ΔSOC呈强烈的负相关关系,突出了矿物保护在调控ΔMNC/ΔSOC发挥的关键作用。这些结果表明,水热增加降低了土壤矿物对微生物残体碳的保护和/或刺激了土壤中微生物对微生物残体碳的利用,通过减少微生物残体碳促进了有机碳的显著损失。

微生物驱动土壤矿物结合态有机碳的形成

矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)是土壤中重要的稳定态有机碳,其含量和动态决定着土壤碳库组成和容量,显著影响全球气候格局.植物和微生物是MAOC形成的两个主要途径,其来源和贡献一直存在很大的争议,特别是在不同生态系统中,植物和微生物对MAOC形成的相对贡献和控制因素可能存在较大的不确定性,对这些问题认知的不足阻碍了土壤可持续管理战略的实施.本研究选取中国区域尺度的旱地(n=24)、水田(n=19)和林地(n=21)表层土壤(0~20 cm),基于矿物结合态有机质(mineral-associated organic matter,MAOM)中的氨基糖和木质素酚的分析,揭示了MAOC中微生物和植物源的贡献及其驱动因子.结果显示,在旱地、水田和林地土壤MAOC中,植物来源碳分别贡献了44.5%、50.1%和49.3%,微生物残体碳分别贡献了44.2%、40.4%和41.0%,其中真菌氨基葡萄糖/细菌胞壁酸比相似(10.6、10.0和11.5,P>0.05).这些结果表明,微生物残体碳在MAOC中具有相似的稳定性,矿物结合改变了土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的组成,可以在很大程度上抵抗土地利用变化对SOC分解的影响.在所有生态系统中,MAOC的形成主要由微生物活动调控.与旱地生态系统相比,水田的环境胁迫导致微生物分解能力受到限制,林地中较高的植物输入量因微生物分解能力有限使植物残留相对富集,土壤稳定碳库以植物源碳为主.高黏粉粒含量和高年平均温度(mean annual temperature,MAT)有利于MAOC中植物源碳的相对富集,而低土壤p H和低MAT使微生物源碳的贡献增加.研究结果对于调整和完善农业土壤管理策略,增加土壤碳储量及减少碳排放,实现土壤碳中和目标具有重要意义.