不同土地利用方式对农田土壤有机碳组分及土壤微生物量碳的影响

研究不同土地利用方式下农田土壤有机碳组分及微生物量碳的含量特征对指导伊犁河谷土壤资源的合理利用与管理具有重要意义。通过野外实地调查、样品采集、室内分析与地统计相结合的方法,研究伊犁河谷旱地、水浇地、水田、果园、撂荒地5种土地利用方式土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)、易氧化有机碳(EOC)和微生物量碳(MBC)的含量特征,比较分析土地利用变化对伊犁河谷农田土壤有机碳组分及微生物量碳的影响。结果表明:土壤TN、AN、AP和AK含量均表现为:水田>水浇地>旱地>果园>撂荒地;水田土壤养分含量显著高于其他4种土地利用方式;土壤SOC含量具有明显的差异特征,主要体现为:水田(25.62 g·kg^(-1))>旱地(13.80 g·kg^(-1))>水浇地(12.19 g·kg^(-1))>果园(11.58 g·kg^(-1))>撂荒地(8.81 g·kg^(-1)),且均达到显著性差异水平(P<0.05)。土壤SOC、DOC、POC、LFOC、MBC含量均呈现出:水田>旱地>水浇地>果园>撂荒地的特征,其差异达到极显著水平,而EOC含量则表现为:水田>水浇地>旱地>果园>撂荒地的特征,其差异达到极显著水平。水田土壤SOC、DOC、POC、LFOC、MBC、EOC含量均显著高于其他4种利用方式。5种土地利用方式土壤SOC与POC、LFOC、DOC之间存在极显著的正相关,其相关系数分别为0.622,0.36,0.489(P<0.01),说明土壤SOC含量是影响土壤POC、LFOC和DOC含量的重要因素。

基于整合分析土壤微生物量碳、氮含量对有机肥施用的响应特征

土壤微生物量碳、氮含量是评价土壤肥力的重要指标。探究施用有机肥对土壤微生物量碳、氮含量的影响,旨在为生产中有机肥的科学施用提供指导。通过数据库共检索得高质量文献84篇,提取有效田间试验数据625组,以不施肥和单施无机肥为对照,采用Meta分析有机肥施用下土壤微生物量碳、氮含量和作物产量变化及其影响因素。研究结果表明:施用有机肥对土壤微生物量碳、氮含量以及作物产量具有显著的促进作用(P<0.05),分别增加41.14%[95%置信区间(CI):38.32%~44.04%]、46.46%(95%CI:43.02%~50.01%)和48.85%(95%CI:43.86%~45.03%)。与不施肥相比,施用有机肥可提高微生物量碳含量46.80%(95%CI:43.22%~50.46%),提高微生物量氮含量56.0%(95%CI:47.18%~65.37%),提高作物产量47.48%(95%CI:39.98%~55.36%);与单施化肥相比,有机肥施用下土壤微生物量碳含量可提高36.06%(95%CI:21.22%~52.71%),微生物量氮含量可提高40.80%(95%CI:30.42%~52.01%),作物产量可提高4.04%(95%CI:2.26%~5.46%);Meta分析结果表明,土壤微生物量碳、氮含量以及作物产量还受作物类型、氮肥施用量、有机肥施用方式、土壤初始pH、土壤类型以及气候条件的影响。进一步相关性分析结果表明,微生物量碳含量与土壤初始pH和年均温度呈显著正相关(P<0.05);土壤微生物量氮含量与土壤初始pH和氮肥施用量呈显著正相关(P<0.05);土壤微生物量碳氮比与年均温度呈显著正相关(P<0.05);作物产量与土壤微生物量碳、氮含量和土壤初始pH呈显著正相关(P<0.05)。有机肥对土壤微生物量碳、氮含量及作物产量具有显著的促进作用,建议结合作物类型、土壤条件和气候类型等因素,构建单施或配施有机肥的施肥技术,实现构建土壤健康微生态,最终实现肥料资源有效利用和提高土壤生产力的目的。

黄土高原人工刺槐林土壤碳氮和微生物生物量碳氮特征

为研究人工刺槐林土壤碳氮和微生物生物量碳氮特征,以黄土高原人工刺槐林为研究对象,分析林下0~10 cm和10~20 cm土层土壤的碳(C)、氮(N)和微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量,以及土壤碳、氮和MBC、MBN含量间的关系。结果表明:黄土高原人工刺槐林表层(0~10 cm)土壤碳、氮含量平均值分别为6.14、0.67 g/kg,碳氮比为9.16;土壤微生物生物量碳、氮含量平均值分别为287.59、25.17 mg/kg,碳氮含量比值为11.43;土壤微生物碳墒平均值为4.68%,土壤微生物氮墒平均值为3.81%;土壤微生物生物量碳、氮含量与土壤碳、氮含量之间呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关,土壤含水率与土壤碳、氮含量和土壤微生物生物量碳、氮含量呈显著或极显著正相关。

民勤荒漠区不同植物群落土壤微生物生物量碳氮及生态化学计量特征

以甘肃民勤连古城荒漠区5种典型植物群落为对象,测定了土壤微生物生物量碳(MBC)和土壤微生物生物量氮(MBN)及其影响因素,分析土壤MBC、MBN的空间变化特征。结果表明:(1)不同植物群落间,土壤MBC的最大值出现在红砂群落(282.90 mg/kg),土壤MBN最大值出现在膜果麻黄群落(28.27 mg/kg)。(2)不同植物群落间,白刺群落的微生物量熵(qMB)最大,最小值出现在人工梭梭群落,5种植物群落间土壤qMB差异不显著。土壤微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)的最大值出现在白刺群落,显著高于膜果麻黄群落和人工梭梭群落。(3)土壤MBC、MBN与生态化学计量之间存在相关关系。其中,土壤MBC与土壤全氮(TN)和有效磷(EP)呈显著正相关(P<0.05),与土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和含水率(WC)呈极显著正相关(P<0.01)。土壤MBN与土壤WC显著正相关(P<0.05),与土壤EP和速效钾(AK)呈极显著正相关(P<0.01),与土壤TN、NO_(3)^(-)-N呈正相关,且相关性达到极显著水平(P<0.001)。冗余分析进一步显示,NO_(3)^(-)-N和TN是影响土壤MBC、MBN的主要因子。综上所述,不同植物群落间土壤MBC、MBN不同,以红砂群落和膜果麻黄群落最为显著;土壤TN、EP、土壤NO_(3)^(-)-N和WC是影响土壤MBC的主要因子,土壤WC、土壤EP、AK、土壤TN和NO_(3)^(-)-N是影响土壤MBN的主要因子。

南亚热带常绿阔叶林土壤微生物生物量碳氮年际动态特征及其影响因子

土壤微生物是土壤有机质和养分循环的主要驱动者,研究土壤微生物生物量碳氮变化、稳态特征及其对环境因子内在的长期响应机理具有重要意义。以南亚热带常绿阔叶林土壤为对象,对土壤微生物生物量碳和氮(MBC和MBN)、土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、可溶性碳(ROC)、速效氮(AN)、pH、土壤温度(ST)和土壤含水量(SWC)进行连续10年监测;应用方差分析、相关性和回归分析及稳态分析等探究MBC和MBN的年际变化和稳态特征及主要影响因素。研究结果表明:(1)旱季MBC和MBN含量分别在171.32—358.45和25.90—54.08 mg/kg区间波动,雨季分别在394.01—507.97和68.40—88.05 mg/kg区间波动;旱、雨季的MBC含量年际间变化显著(P<0.05),但MBN含量仅在旱季变化显著(P<0.05)。雨季MBC和MBN含量均显著高于旱季(P<0.01),且雨季的MBC和MBN含量是旱季的2倍以上。(2)旱、雨季的MBC与MBN之间均呈显著正相关(P<0.05)。在旱季,MBC和MBN均与ROC和AN含量显著正相关(P<0.05),此外,MBN含量也与TP(P<0.05)和SOC(P<0.01)显著正相关。在雨季,仅SOC与MBN呈显著正相关(P<0.05)。(3)在旱季,MBC含量变化主要受ROC(P<0.05)和AN(P<0.001)影响,MBN则受AN控制(P<0.05)。在雨季,AN(P<0.05)主导了MBC的变化,TP(P<0.05)和SOC(P<0.05)是MBN变异的主导因子。AN(P<0.001)和SOC(P<0.001)是旱、雨季土壤MBC和MBN变化的主导因子。(4)土壤MBC和MBC/MBN稳态指数在年际间均为绝对稳态型(P>0.05);雨季的MBN(P=0.685)为绝对稳态型,但旱季为非稳态(P<0.01,H>1)。雨季微生物熵显著高于旱季(P<0.01),表明土壤有机质质量及养分利用效率更高。综上,MBC和MBN含量受季节更替显著影响,且主要受土壤SOC和AN的影响;受旱季水分限制,MBN的稳态更差。

不同种类草坪对土壤微生物量和活性有机碳的影响

人工草坪具有防止水土流失、美化环境、配置景观、提供户外休闲活动场所和改善区域生态环境等多种功能。为探究不同种类草坪对土壤微生物量和活性有机碳的影响,本研究以常见的狗牙根等6种草坪草为试验材料,设置保持自然状态和人工去杂2个试验处理,连续管理养护5年后采集0~10 cm表层土,测定其土壤全碳和全氮含量、土壤微生物碳和氮含量、土壤活性有机碳含量及其转化率6组数据。结果表明,保持自然状态试验处理中野牛草、多年生黑麦草和白花三叶草3种草坪中上述6组数据均达到最大值,均值分别为50.00 g/kg、7.00 g/kg、1.90 g/kg、0.40 g/kg、5.70 g/kg和0.65/cycle;狗牙根草坪上述6组数据均最小。说明野牛草、多年生黑麦草和白花三叶草3种草坪对土壤微生物量和活性有机碳的影响较大,匍匐翦股颖和高羊茅次之,狗牙根最小。同一种试验材料,保持自然状态试验处理的上述6组数据均明显高于人工去杂试验处理的。野牛草、多年生黑麦草和白花三叶草3种草坪对上述6组数据的影响大部分达到了统计学上的显著水平。因此,草坪建设者和管理者应根据不同种类草坪草的植物学特性,结合当地气候因子和土壤条件、草坪使用目的来选择合适的草坪草,以保证草坪质量和提高草坪使用效率的同时,促进其地下土壤生态系统的健康发展。

参数优化方法对微生物模型预测土壤有机碳时空演变的影响

准确把握土壤有机碳(SOC)的时空演变规律对于土壤资源的高效持续利用、发挥土壤生态系统服务功能,以及应对气候变化等均具有重要意义。以江苏省南部为研究区,以明确表达微生物分解作用的微生物模型MIMICS为对象,以模型参数敏感性分析为切入点,分析了不同参数优化方法对MIMICS模型预测苏南农田表层(0~20 cm)SOC时空演变动态的影响。结果表明,批处理和点对点两种参数优化方法下,MIMICS模型均能较好地模拟1980-2015年苏南农田表层SOC密度先增加后减少的总体趋势;采用考虑模型参数空间异质性的点对点参数优化方法时,MIMICS模型预测精度最高,其预测误差(RMSE)较采用默认参数值时分别降低22.2%(2000年独立验证)和14.7%(2015年独立验证),但2015年SOC密度预测精度依然偏低(R^(2)=0.13,RMSE=1.22kg·m^(-2))。上述结果表明进一步改进微生物模型的结构、提高模型输入数据的精度及分辨率,将是微生物模型建模区域尺度SOC时空动态所面临的重要挑战。

不同耕作及秸秆还田方式对土壤养分及微生物生物量碳氮的影响

为促进作物稳产增产,采用田间定位试验,研究不同耕作[免耕(NT)、浅耕(ST)、深耕(DT)]及秸秆还田方式[秸秆还田(-T)、秸秆离田]下,黑土区土壤剖面(0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm)养分及微生物量碳、微生物量氮的变化。结果表明,不同耕作方式处理的土壤理化性质存在显著差异,在各耕层中土壤有机质含量最高的处理依次为NT-T、DT、ST-T和DT;全氮含量最高的处理依次为ST-T、DT、NT-T和NT-T;速效氮含量最高的处理依次为DT-T、DT-T、DT和NT;土壤各耕层pH均为ST处理最高;土壤含水率在0~10 cm土层中NT-T处理最高,其他土层中均为ST-T处理显著高于其他处理;土壤微生物生物量碳、氮含量均表现为ST-T处理最高。不同的耕作方式下,土壤有机质、速效氮、含水率在秸秆还田方式下表现最高;而土壤微生物生物量碳氮含量无论在秸秆是否还田下,浅耕和深耕的方式均优于免耕。

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。

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。

基于文献计量分析植物和微生物驱动的土壤有机碳累积的研究进展

全球变化背景下,土壤有机碳的来源和累积途径是碳固持与稳定机制研究的重点内容。植物和微生物的生物分子是土壤有机碳累积的重要来源,为了对植物和微生物驱动的土壤有机碳累积有更全面的认识,本文结合已发表文献深入剖析了土壤中植物源碳和微生物源碳累积的研究进展。结果表明:1)微生物残体是近年来研究的前沿内容;相较于森林生态系统,草地和农田生态系统的微生物残体碳研究是当前的热点。2)土壤有机碳累积的分析方法更加多样化和精细化,但植物源碳和微生物源碳的定量方法还不完善。3)增温或模拟氮沉降对植物源碳和微生物源碳累积的影响是研究的热点内容,但不同研究的结论并不一致,具体机制尚不明确。建议未来进一步加强不同来源有机碳的精确定量,深入分析不同来源有机碳累积的影响机制,同时完善降水变化、二氧化碳浓度升高、土地利用变化等全球变化因子及其交互作用对不同来源土壤有机碳累积的影响研究。

两种母岩发育森林土壤微生物生物量碳代谢的差异性

针对不同母岩发育土壤的微生物生物量碳代谢特征及驱动因子不明确的科学问题,以石灰岩和碎屑岩两种母岩发育的森林土壤为研究对象,利用18O-H2O标记测定微生物生长速率、微生物呼吸速率、微生物生物量碳利用效率(CUE)以及微生物周转时间,并结合土壤理化性质、土壤有机质矿物保护特性和土壤酶活性以及微生物生物量和群落组成,明确岩性对森林土壤微生物生物量碳代谢的影响机制。结果表明:石灰岩发育土壤的pH和0.05mm~0.002 mm粒径含量高于碎屑岩发育土壤,而有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性碳(DOC)、C︰P和N︰P却低于碎屑岩发育土壤(P<0.05);石灰岩发育土壤交换性钙镁(Ca+Mg)和游离态铁铝((Fe+Al)d)含量高于碎屑岩发育土壤,但非晶态铁铝((Fe+Al)o)含量则低于碎屑岩发育土壤;石灰岩发育土壤碳氮磷循环、相关酶活性均显著低于碎屑岩发育土壤(P<0.05);石灰岩发育土壤微生物生物量磷(MBP)高于碎屑岩发育土壤,但微生物生物量碳(MBC)、真菌细菌比(F︰B)和革兰氏阳性菌阴性菌比(G+︰G-)则显著低于碎屑岩发育土壤(P<0.05);石灰岩发育土壤微生物生长速率和周转速率显著高于碎屑岩发育土壤(P<0.05),但微生物呼吸速率和CUE在两种土壤之间差异并不显著。土壤微生物生长速率和微生物周转速率均与土壤pH、(Ca+Mg)︰(Fe+Al)o、(Ca+Mg)︰SOC、(Fe+Al)d︰SOC和革兰氏阴性细菌呈显著正相关(P<0.05),而与DOC、铁铝结合态有机碳、酶活性、MBC︰MBN、F︰B和G+︰G-比呈显著负相关(P<0.05)。此外,土壤CUE与MBC和MBC︰MBN呈显著负相关(P<0.05);微生物呼吸速率仅与酚氧化酶活性呈显著负相关(P<0.05)。两种岩石发育的森林土壤微生物生物量碳代谢受生物和非生物因素的控制,这一研究结果为解释不同母岩发育森林土壤有机碳库的差异提供参考。

华西雨屏区不同林龄柳杉人工林土壤微生物生物量碳氮含量和氮矿化速率特征

【目的】探究华西雨屏区不同林龄柳杉人工林根际与非根际土壤微生物生物量碳氮含量、活性氮含量和氮矿化速率的差异,为该区域柳杉人工林土壤氮素管理提供理论支持。【方法】以华西雨屏区中龄林(13 a)、成熟林(33 a)和过熟林(53 a)的柳杉人工林为研究对象,采集根际土和非根际土壤样品,测定微生物生物量碳、氮含量及氮矿化速率等指标。【结果】(1)柳杉成熟林根际土微生物生物量碳、氮含量整体显著高于中龄林和过熟林阶段,非根际土微生物生物量碳、氮含量随林龄增加呈降低趋势,而根际与非根际土微生物生物量碳氮比值均随林龄增加呈增加的趋势。(2)成熟林根际土与非根际土的铵态氮含量、铵态氮与硝态氮比值整体均显著高于中龄林和过熟林,而土壤硝态氮和无机氮含量随林龄增加均呈降低趋势,并且根际土铵态氮、硝态氮以及无机氮含量整体均高于非根际土。(3)成熟林根际土铵化速率及其根际效应显著高于其他林龄阶段;中龄林和成熟林根际土与非根际土的硝化速率和净氮矿化速率整体显著高于过熟林,并且根际土的硝化速率和净氮矿化速率整体均高于非根际土。(4)柳杉人工林土壤微生物生物量碳、氮含量和氮矿化速率与土壤理化性质密切相关。【结论】相较于中龄林和过熟林,柳杉成熟林根际土壤表现出更快的氮循环速率和更高的氮素有效性。因此,适当加强柳杉中龄林和过熟林氮肥管理可能更有利于提高柳杉人工林质量。

化肥有机肥配施比例对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物的影响

【目的】利用同位素标记方法,研究化肥有机肥施用配比对油菜根际土壤利用光合碳细菌和真菌群落结构和多样性的影响,以了解有机肥改善根际土壤微生态环境的主要途径。【方法】盆栽试验在湖南中国科学院桃源农业生态试验站温室内进行,供试油菜品种为湘杂油6号,土壤为红壤。在等氮磷钾投入量下,设置3个化肥有机肥配施比例处理:3∶1(OF25)、1∶1(OF50)、1∶3(OF75),以及单施有机肥(OF100)、单施化肥(CK)处理,共5个处理。于油菜移栽40天(蕾薹期)进行土壤^(13)CO_(2)标记,连续标记20天后采集根际土壤,用气相色谱-燃烧-同位素比率质谱联用仪测定各类磷脂脂肪酸PLFA种类及其^(13)C值(^(13)C-微生物),用于分析微生物种类及其相对丰度,共获得15种PLFA单体脂肪酸结构,依据^(13)C值计算各类微生物相对丰度和绝对含量,以其总和作为微生物总量。【结果】油菜根际土壤共测得12种利用光合同化碳细菌和3种真菌,细菌包括革兰氏阳性菌(G^(+))a15:0、i17:0,革兰氏阴性菌(G^(-))2OH 14:0、3OH 14:0、cy17:0;14:0、16:0、15:0、18:0、19:0、20:0、17:0;真菌为18:1w9tans、18:2w6c、18:1w9c。OF75和OF100处理^(13)C标记G^(+)细菌、真菌PLFA量与CK无显著差异,G^(-)菌分别比CK提高36.41%和62.03%。^(13)C标记真菌和G^(+)菌是利用光合同化碳的主要群落,随着有机肥比例的增加,细菌相对丰度增加,真菌相对丰度减少;G^(-)菌相对丰度增加,G^(+)菌相对丰度减少。土壤有机碳、全磷、全氮以及氨基酸总量显著影响根际土壤微生物和利用光合沉积碳土壤微生物群落分布,而根际分泌物氨基酸量只与根际^(13)C土壤微生物多样性呈显著正相关。【结论】化肥有机肥配施比例引起土壤有机碳、全氮含量以及根系分泌物中氨基酸含量的变化,进而影响根际土壤中利用光合沉积碳微生物群落组成和多样性。当化肥和有机肥配施比例达到1∶3时,油菜根际土壤微生物特征性PLFA含量和多样性明显优于单施化肥,表明此配比为根际土壤微生物提供了更友好的微生态环境。

地球关键带土壤微生物介导有机碳转化研究进展

地球关键带是大气圈、生物圈、土壤圈、水圈、岩石圈高度交汇和相互作用的地球表层复杂系统,也是联结气候系统-地表过程-地球深部过程物质和能量循环的重要桥梁,微生物在地球关键带碳循环中扮演着重要角色,认识地球关键带结构与功能,阐明关键带土壤微生物介导的碳转化过程是当前关键带研究热点之一。本研究首先介绍地球关键带的结构与范畴,以及土壤微生物结构特征、微生物驱动的土壤碳循环研究进展;然后指出当前工作仍停留在地球关键带的基本结构认识和土壤碳储量特征描述上,建议从关键带整体框架出发,沿垂直方向综合考虑从植物冠层到基岩之间的碳循环过程,联合使用多种技术方法,将短期高频次观测和长期定位观测相结合,重视长时间尺度下土壤有机碳对全球变化和人类活动的响应及反馈机制,特别关注土壤碳在关键带各界面的微生物驱动过程及其迁移转化规律;最后在考虑地球大数据科学工程和全球碳排放路径等时代因素的背景下,开展大气、植被、土壤、微生物、基岩、地下水等多界面、多过程、多时间尺度的同步观测和系统性研究,为地球关键带土壤碳循环模型优化及气候变化预测提供科学依据,也为我国“双碳”目标提供理论支撑。

松阔混交对侵蚀退化地土壤有机碳和微生物群落结构的影响

树种是调控森林土壤有机碳(SOC)积累的重要因子。为明确树种变化对红壤侵蚀退化地表层SOC积累的影响,采用配对实验设计,选择不同恢复年限的马尾松纯林和马尾松+木荷混交林(19和39 a)为研究对象,对比分析表层(0~10 cm)SOC质量分数的差异,并利用相关性分析与结构方程模型探讨其与凋落物特征、土壤氮素水平和微生物群落组成的关系。结果表明:1)恢复19 a的纯林和混交林SOC质量分数无显著差异,而恢复39 a混交林SOC质量分数较恢复19 a纯林、恢复19 a混交林以及恢复39 a纯林分别高39.8%、48.0%和93.6%(P<0.05);2)SOC质量分数与土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮、磷脂脂肪酸总量、矿质氮和细菌呈显著或极显著正相关,与凋落物C/N和真菌细菌之比(F/B)呈显著或极显著负相关;3)结构方程模型分析表明,凋落物C/N是松阔混交后表层SOC质量分数变化的触发因子,矿质氮是微生物群落结构变化的关键因子。凋落物C/N可直接驱动SOC质量分数的变化(-0.35*),或通过矿质氮(-0.70***)诱导F/B、丛枝菌根真菌和细菌的变化起间接调控作用,以上因子共解释SOC质量分数变异的86.8%。综上,松阔混交促进侵蚀退化地SOC的积累,且其有效性随恢复年限增强。这个过程主要通过提升凋落物质量、增加微生物养分来源和土壤氮有效性、改变微生物群落结构完成。在我国实施“双碳”战略的背景下,多树种混交对红壤区退化马尾松林SOC提升具有重要意义。

液态有机肥对‘凤丹’牡丹脂肪酸、土壤有机碳含量及微生物碳利用的影响

本试验采用田间滴灌方式,以‘凤丹’为材料,设置施用牡丹专用液体肥(NPK)、牛羊粪提取物液态有机肥(L1)、玉米秸秆提取物液态有机肥(L2)、蚯蚓粪提取物液态有机肥(L3)、海藻提取物液态有机肥(L4)、鱼虾提取物液态有机肥(L5)处理,以不施肥为对照(CK),研究不同液态有机肥对牡丹籽粒脂肪酸组分、土壤有机碳组分及微生物功能多样性的影响。结果表明,‘凤丹’中共检测到15种脂肪酸,包含8种饱和脂肪酸(C10∶0、C12∶0、C14∶0、C16∶0、C18∶0、C20∶0、C22∶0、C24∶0)、4种单不饱和脂肪酸(C14∶1、C16∶1、C18∶1、C20∶1)以及3种多不饱和脂肪酸(C18∶2、C18∶3n3、C20∶5n3),其中L1处理的亚油酸与α-亚麻酸含量最高,较其他处理分别提高0.532~8.040个、0.956~8.431个百分点。液态有机肥处理提高了籽粒脂肪酸、土壤碳含量及土壤微生物碳利用效率与能力;且L1处理下土壤总有机碳(SOC)和活性有机碳组分(MBC、DOC、ROC)含量、平均颜色变化率、6种微生物碳源类型利用强度及香农指数均具有较大值。冗余分析表明,土壤有机碳指标(SOC、MBC、DOC、ROC)与6种微生物碳源类型均呈正相关。综上,施用牛羊粪提取物液态有机肥可有效提高土壤总有机碳和活性有机碳含量及微生物碳利用效率,促进α-亚麻酸与亚油酸为主的脂肪酸合成,是种植油用牡丹的最优液态肥。

森林土壤微生物生物量碳对凋落物输入的响应

微生物生物量碳(MBC)是土壤碳循环中最活跃、最敏感的碳组分之一。凋落物输入为土壤微生物提供了大量新鲜的碳源,是森林生物地球化学循环的重要载体。不同类型森林的地表凋落物种类和数量不同,凋落物化学组成不同,可能直接影响土壤MBC含量。因此,评估不同类型森林中凋落物添加和去除后土壤MBC响应的变化,对于认识森林土壤生物地球化学过程具有重要意义。本研究利用国内外已发表的74篇研究论文中630组配对数据,从凋落物类型、森林类型、实验时间等方面揭示凋落物添加和去除对土壤MBC的影响。结果表明:不同凋落物类型对MBC的影响不同,添加凋落叶使土壤MBC响应增加了14.4%,而去除凋落叶、根及同时去除凋落叶和根使土壤MBC响应分别降低了5.9%、12.1%、13.5%,去除根对土壤MBC的影响是去除凋落叶的2.1倍。不同森林类型显著影响土壤MBC对凋落物输入的响应,添加凋落物使人工林(22.8%)的土壤MBC响应高于天然林(8.9%),阔叶林的土壤MBC响应高于针叶林。凋落物输入后土壤MBC的响应在实验第一年迅速增加(15.8%),但这种响应随时间的延长逐渐降低,而去除凋落物后,土壤MBC响应随实验时间的延长迅速下降。这些结果表明,凋落物输入是土壤MBC的重要来源,其中根凋落物的贡献约是凋落叶的2.1倍,且土壤MBC对高质量的凋落物输入更加敏感,这对深入认识森林生物地球化学过程具有重要意义。

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。