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.

耕作方式对土壤中微生物残体的影响研究进展

微生物残体的续埋效应在农田生态系统中对土壤有机碳(SOC)的贡献超过了50%。合理的耕作方式能通过影响土壤微生物群落与团聚体,促进微生物残体在土壤中的积累。因此,研究微生物残体的作用机制,对分析长期高效的农田耕作措施对SOC的固持作用至关重要。本文综述微生物残体对SOC的贡献途径与大小、耕作方式对SOC和微生物残体的影响、耕作方式影响微生物残体的原因,分析耕作方式影响微生物残体调控SOC含量的作用机制,为农田固碳提供依据。

稻田土壤微生物残体积累对外源秸秆输入的响应研究进展

稻田土壤碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分。促进稻田生态系统碳的固定及稳定对减缓全球气候变化起着不容忽视的作用。微生物主导的有机碳转化过程是土壤碳循环研究的核心,微生物同化代谢介导的细胞残体迭代积累在土壤有机碳长期截获和稳定过程中发挥重要作用。与旱地土壤相比,关于稻田土壤中微生物残体积累动态对外源有机物质如作物秸秆输入的响应及主要影响因子的认识还相对有限,对微生物通过同化作用参与土壤固碳的过程和机制尚缺乏系统认识。基于此,本文介绍了微生物残体对土壤有机碳库形成和积累的重要性及评价指标,重点探讨了秸秆还田对稻田土壤微生物残体积累动态以及外源秸秆碳形成细胞残体转化过程的影响,分析了影响微生物残体积累转化的主要气候因素和土壤因素,最后提出了未来应借助先进的光谱和高分辨率成像技术并结合同位素示踪对微生物残体的稳定性与机理开展更为深入的研究。

基于Meta分析的增温对土壤微生物残体积累影响

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35组,胞壁酸39组,氨基半乳糖25组,利用Meta分析方法,探讨了增温对土壤微生物残体积累的影响及主控因素。结果表明:整体上,增温背景下微生物残体积累有所增加,但响应规律具有生态系统特异性,其中,农田生态系统中微生物残体对增温的响应更为敏感。增温对不同来源氨基糖的影响程度不同,表现为增温显著增加了土壤中氨基半乳糖和胞壁酸的含量,增幅分别为10.3%和5.0%。相应地,增温显著降低了氨基葡萄糖与胞壁酸的比值,说明增温有利于细菌残体的积累。增温背景下,细菌残体占土壤有机碳(SOC)比例显著增加,微生物残体和真菌残体对SOC的贡献比例无显著改变,暗示增温后真菌残体对有机碳库的贡献有所削弱。Meta分析发现,增温幅度是影响微生物残体积累的主要因子,增温幅度小于或等于2℃时,微生物残体的积累数量会增加,增加比例为2.7%~14.6%,而增温幅度大于2℃则会降低微生物残体在土壤中的积累,降低比例为8.0%~14.3%。此外,增温的时间尺度不同(短期、中期、长期)也会对微生物残体产生不同的影响效应。综上,增温会显著影响微生物残体在土壤中的积累动态及其对有机碳库的贡献比例,影响强度和方向又与生态系统类型和土壤深度有关,而增温幅度、增温时间和年均降水量是影响微生物残体积累的重要因素。

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。

添加玉米秸秆和根茬对不同肥力黑土微生物残体碳氮的影响

【目的】作物秸秆和根茬是农田土壤有机质的重要来源之一,经微生物作用以微生物残体形式累积在土壤中,是稳定土壤有机质的重要组成部分。明确不同肥力土壤作物秸秆和根茬还田后微生物残体在土壤中的累积及其对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的贡献,以期为增加土壤碳氮的库容和稳定性提供依据。【方法】基于黑土长期定位试验站不同肥力水平土壤,利用13C15N双标记方法和氨基糖生物标识物技术,土壤中分别添加玉米秸秆和根茬后进行室内培养,在培养第30天和第180天采样,分析土壤中外源碳(秸秆碳和根茬碳)的残留率、外源氮(秸秆氮和根茬氮)的残留率、微生物残体碳氮的含量及其对土壤有机碳(SOC)和土壤全氮(TN)的贡献率。【结果】培养第180天,秸秆碳和根茬碳在土壤中的平均残留率分别为36.3%和31.7%,秸秆氮和根茬氮的残留率平均分别为95.8%和79.3%。添加秸秆和根茬处理SOC中外源碳含量与TN中外源氮含量的比值(13C-SOC/15N-TN)在培养第180天平均分别为17.6和28.5,与培养第30天相比平均分别下降了47.9%和28.2%。培养期间,高肥土壤真菌残体碳氮含量是低肥土壤的1.17倍左右,细菌残体碳氮含量是低肥土壤的1.31倍。第180天,添加秸秆处理土壤微生物残体(真菌和细菌)碳和氮含量平均比添加根茬处理增加了8.5%左右。培养结束后(第180天),真菌残体碳对高肥和低肥土壤SOC的贡献率平均分别为37.0%和33.8%,细菌残体碳的贡献率平均分别为11.2%和9.2%;添加秸秆和根茬的处理真菌残体碳对SOC的贡献率平均分别为36.0%和34.7%,细菌残体碳的贡献率平均分别为10.8%和9.6%。第30天,真菌残体氮和细菌残体氮对TN的贡献率平均分别为55.2%和16.3%;培养第180天,真菌残体氮对低肥和高肥土壤TN的贡献率平均分别为63.5%和60.5%,细菌残体氮的贡献率平均分别为16.4%和17.5%。培养180天与初始土壤相比,细菌残体碳和氮对高肥土壤SOC和TN的贡献率平均分别增加了4.8%和7.4%,对低肥土壤平均分别增加了20.3%和32.5%。【结论】真菌残体对土壤有机碳库的稳定和氮库的扩容起着重要的作用。添加玉米秸秆较根茬更有利于微生物残体碳氮在土壤中的累积。低肥土壤添加秸秆和根茬有利于细菌残体碳和氮向土壤有机碳库和氮库的转化。

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。

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。

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。

土壤微生物群落对玉米根茬和茎叶残体碳的利用特征

以沈阳农业大学连续29a棕壤长期定位施肥试验为基础,以13C标记的玉米植株为试验试材,采用田间原位培养方法和磷脂脂肪酸-稳定同位素示踪联用(PLFA-SIP)技术,研究土壤不同粒级团聚体中微生物群落对残体碳的同化状况,及土壤有机碳的固定这一关键生物地球化学过程.结果表明:植物残体添加显著增加了全土及各粒级团聚体中各微生物群落PLFAs含量,其中以真菌PLFAs含量增幅最高,细菌中以革兰氏阴性菌含量增幅最高;但不同残体类型并未对全土中各群落PLFAs含量产生显著影响.茎叶碳与根茬碳的矿化率无显著差异;根茬碳对总PLFAs碳库的贡献是茎叶碳的3.9倍,说明根茬碳更有利于通过微生物合成的方式贡献于土壤有机碳库.残体碳占不同微生物群落PLFAs碳库的比例以真菌最高,表明真菌对植物残体碳具有最强的同化能力;而残体碳对PLFAs的贡献在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间却差异不大.残体碳含量、PLFAs含量和残体碳占微生物PLFAs碳库的比例均在较小粒级的团聚体中(0.25~1mm和<0.25mm)更高,而细菌/真菌比在较大粒级团聚体(>2mm和1~2mm)中更高,说明较小粒级团聚体已经成为微生物对残体进行同化固定的主要位点.植物残体在土壤中的腐解过程与残体类型、土壤团聚体组成和微生物群落密切相关.

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。

不同覆盖模式下苹果园土壤微生物残体碳积累特征及影响因素

地面覆盖是果园可持续绿色发展的重要措施,了解不同覆盖模式下土壤有机碳积累的微生物机制有助于对覆盖模式的选择。通过3年的胶东苹果园定位试验,分析了园艺地布覆盖、自然生草和人工种草与清耕模式下土壤和植物因子的变化,比较了4种模式下真菌残体碳(FRC)、细菌残体碳(BRC)和微生物残体碳(MRC)含量及其占土壤有机碳(SOC)比率的变化和影响因素的差异。结果表明:(1)与清耕相比,人工种草和自然生草处理均显著降低了土壤容重、C/N,显著提高了土壤pH值、有机碳含量、全氮含量、地上和地下生物量,其中人工种草对土壤pH值和地上生物量的改变幅度更大,园艺地布覆盖仅提高了土壤pH值、全氮含量并降低了土壤黏粒含量;(2)与清耕模式相比,人工种草和自然生草处理均显著提高了FRC、BRC和MRC的积累,其中人工种草对三者的提高幅度分别为19.5%、23.2%、29.3%,自然生草的提高幅度分别为36.0%、22.3%、39.5%,而园艺地布覆盖并没有显著改变三者的积累特征;(3)与清耕相比,人工种草和自然生草处理均显著降低了FRC/SOC、MRC/SOC,但没有改变BRC/SOC,其中人工种草处理中FRC/SOC、MRC/SOC分别降低了7.5、8.8个百分点,自然生草处理中两者分别降低了3.7、4.7个百分点,而园艺地布覆盖没有显著变化;(4)土壤容重、pH值、有机碳含量、全氮含量和地上生物量与MRC和MRC/SOC显著相关,然而这些因素与两者的相关关系恰好相反,说明在这一地区果园管理措施能够权衡土壤有机碳的稳定性和活性的关系。综上,自然生草和人工种草模式不仅能够改善土壤中稳定性有机碳组分的数量,也能增加土壤有机碳的活性,是适宜该地区苹果园可持续发展的覆盖模式。

土壤质地和有机碳分子组成对土壤有机碳的矿化和微生物碳积累效率的影响

土壤有机碳(SOC)的矿化和积累是土壤碳循环中的关键环节,两者的相对变化会对土壤碳平衡造成直接影响。明确SOC矿化和积累的主要影响因素,可为土壤碳循环研究提供理论基础。本研究以土壤质地不同的森林和草地表层土壤为研究对象进行室内培养试验,借助对土壤理化性质、微生物生物量碳、微生物胞外酶活性、木质素酚类、氨基糖及氨基糖的δ^(13)C值等分析,探讨影响SOC矿化潜力和微生物碳积累效率(CAE)的主要因素。研究表明:微生物来源碳的相对比例越高,SOC矿化潜力越低;土壤粘粒含量较高会通过直接抑制微生物活性和形成稳定的有机-矿物态结合物降低SOC的矿化潜力;此外,较高的粘粒含量还会降低微生物周转,抑制微生物残体的连续累积,进而降低CAE。本研究结果证明了土壤质地和SOC组成对SOC矿化和CAE的重要影响,为厘清土壤碳动态的影响机制提供了新的思路,对理解土壤碳库收支具有重要价值。

森林次生演替过程中有机质层和矿质层土壤微生物残体的变化

微生物对土壤有机质(SOM)转化和形成具有重要作用,然而微生物残体对SOM贡献的评估仍是目前的热点。以长白山5个森林次生演替序列(20 a、80 a、120 a、200 a和≥300 a)和2个土壤深度(0~5 cm有机质层和5~15 cm矿质层)为对象,利用氨基糖和中红外光谱技术,探究森林次生演替过程中微生物残体变化及其对土壤有机碳(SOC)的贡献。森林次生演替序列80~200 a显著增加了有机质层和矿质层微生物残体含量及其对SOC的贡献,而在演替300 a均显著降低。森林演替80~200 a有机质层和矿质层土壤芳香族碳组分/多糖较低,有利于微生物生物量碳(MBC)产生和微生物碳利用(高的MBC/SOC),促进微生物残体积累及其对SOC的贡献;而演替300 a芳香族碳组分/多糖较高,抑制MBC产生和微生物碳利用,导致微生物残体及其对SOC贡献的下降。SOC含量差异导致不同土壤深度微生物残体含量的变化,有机质层高的SOC产生高的MBC,进而刺激微生物残体积累;此外,有机质层难利用SOM组分高于矿质层,导致真菌残体对SOC的贡献比例下降,而细菌残体的贡献增加。