模拟干旱对亚热带森林土壤微生物生物量及群落结构的影响

土壤微生物作为生态系统的重要组成部分,在生态系统的物质转化和能量流动等生物地球化学循环过程中起着重要作用.本文以亚热带典型森林为研究对象,通过设置隔离穿透水的干旱处理、样地建设影响的干扰处理,以及自然状态下的空白对照处理,利用磷脂脂肪酸(Phospholipid Fatty Acid,PLFA)分析法,研究了干旱环境对森林生态系统土壤微生物生物量及群落结构的影响.结果表明:不同处理方式对土壤温度影响差异不显著,但干旱显著降低了土壤湿度.与对照组相比,干扰处理下土壤微生物生物量与群落结构没有显著变化,干旱处理轻微显著降低了3个土层土壤微生物总PLFAs、细菌和真菌PLFAs含量(P0.1).干旱对i15:0和16:0两种表征细菌的脂肪酸含量没有显著影响,但对a15:0,i16:0,16:12OH和18:1ω7c等4种表征细菌的脂肪酸含量影响明显.土壤微生物总PLFAs含量与土壤含水量在干旱处理下显著正相关,而在干扰和对照处理下呈现负相关关系.这些结果表明,干旱影响了森林生态系统土壤微生物生物量及群落结构,并且土壤水分是引起干旱条件下微生物生物量变化的关键因素.     

氮添加对亚热带常绿阔叶林土壤有机碳及土壤呼吸的影响

以福建省武夷山亚热带常绿阔叶米槠林为研究对象, 开展氮添加实验。采用4个氮添加梯度(CK, N50, N100和N150, 分别表示氮添加0, 50, 100和150 kg/(hm²·a))模拟自然氮沉降变化, 探究氮添加对土壤有机碳及土壤呼吸的影响。结果表明, 氮添加对表层土壤(0~20 cm)总有机碳的影响不显著, 对颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)两种不同碳组分含量的影响不同。其中, N100和N150处理分别使土壤POC含量显著上升110.7%和147.9% (p₁ = 0.024, p₂ < 0.001); 土壤MAOC含量则随氮添加量升高呈下降趋势, 但差异不显著。土壤呼吸速率的年际波动呈单峰式, 且在不同观测时间内, 各样地土壤呼吸速率对氮添加的响应不同。通过土壤呼吸速率与土壤温度的拟合方程计算, 得到2018—2020年CK, N50, N100和N150样地土壤呼吸年均碳排放量分别为1205.31, 1191.56, 1287.56和1128.61 g C/m²。其中, N50样地与CK样地无显著差异, N100样地显著上升6.82% (p<0.001), N150显著下降 6.8% (p<0.001), 即N100可以促进土壤呼吸年碳排放, 而N150对土壤呼吸年碳排放有抑制作用。     

短期氮添加对杨树人工林表层土壤 可溶性有机碳的影响

在江苏省北部杨树人工林集中分布区开展短期氮添加实验,以研究表层土壤(0～10 cm)可溶性有机碳的响应规律。结果显示:杨树人工林表层土壤可溶性有机碳随着氮添加浓度上升呈现增加趋势,林龄间差异逐渐减小; 对表层土壤可溶性有机碳影响因子分析发现,短期氮添加过程中土壤微生物生物量碳与土壤可溶性有机碳动态的相关性最大,与相对于凋落物量和细根生物量没有明显相关关系,说明短期外源氮素输入会导致土壤微生物生物量的增加,从而引起作为微生物代谢产物的土壤可溶性有机碳浓度的上升。     

哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物多样性对碳输入变化和增温的响应

为掌握哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物多样性对碳输入变化和增温的响应,本研究基于云南哀牢山亚热带常绿阔叶林模拟增温实验平台,以去除地表凋落物、切根、切根并增温和对照4个处理6 a后表层矿质土壤(0～10 cm)为研究对象,测定土壤理化性质和微生物群落组成,探讨土壤微生物多样性对碳输入和增温处理的响应和驱动因子。研究结果表明,碳输入和增温处理未改变哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物的优势菌群,各处理的细菌优势菌门为变形菌门和酸杆菌门,真菌优势菌门为子囊菌门和担子菌门。与对照处理相比碳输入和增温处理改变了土壤微生物群落的α多样性指数,切根处理显著降低细菌Shannon指数和Chao1指数,而切根并增温处理的Shannon指数和Chao1指数显著升高。与切根处理相比,切根并增温使土壤细菌群落结构发生显著改变。冗余分析显示,处理间细菌群落结构差异的主要调控因子为土壤温度、土壤含水量、土壤全磷和土壤全钾,其中土壤温度和土壤含水量的影响最大;土壤细菌群落对碳输入变化和增温的响应比真菌群落更为敏感。     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林凋落物产量及其养分含量的影响

【目的】凋落物是森林净生产量的重要组分,探讨森林凋落物生产及其养分归还量对氮磷添加的响应,为亚热带常绿阔叶林可持续经营提供科学依据。【方法】选择安徽池州亚热带常绿阔叶林,包括甜槠(Castanopsis eyrei)老龄林和苦槠(C. sclerophylla)中龄林,开展氮磷添加试验,设置3个处理,即氮[N 100 kg /(hm²·a)]、氮+磷[N 100 kg /(hm²·a) +P 50 kg /(hm²·a)]和对照(CK,无氮磷添加)。采用凋落物收集框法,对林分凋落物生产量及其养分归还量进行了为期1年的监测(2017年5月至2018年4月)。【结果】N+P处理下,苦槠林和甜槠林总凋落物量最高值分别为9.502、7.120 t/(hm²·a);其次是N处理,分别为8.393、7.041 t/(hm²·a);CK林分分别为7.724和6.697 t/(hm²·a),氮磷添加提高了总凋落物量,但不同处理间没有显著差异。在N处理和对照条件下,两林分凋落物各组分所占比例由大到小顺序均为:落叶、落枝、碎屑、落花落果。但在N+P处理的苦槠林中由大到小依次为:落叶、落枝、落花落果、碎屑。N处理下,苦槠林和甜槠林凋落物年均氮含量分别为14.199和13.648 g/kg,N+P处理分别为13.863和13.650 g/kg,CK林分分别为13.384和13.094 g/kg。各处理下苦槠林和甜槠林凋落物年均磷含量由大到小顺序为N+P、CK、N处理。两林分凋落物的氮磷含量和年归还量不同处理间差异均不显著;不同处理间的苦槠林和甜槠林凋落物的氮磷比均无明显差异。【结论】氮沉降提高了苦槠和甜槠林凋落物产量,磷添加具有一定的增效作用,表明磷添加缓解了氮沉降引起的磷限制作用。     

根系输入对森林土壤碳库及碳循环的影响研究进展

植物根系输入是森林土壤碳库的重要来源。全球气候变化可能引起森林地下部分碳通量改变,进而影响森林土壤碳库及碳循环。笔者综述了根系输入对土壤碳累积、土壤活性碳库(包括土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳)和土壤碳库稳定性的影响,综合分析了森林土壤呼吸、土壤微生物和土壤酶活性对根系输入变化的响应。分析发现:①根系输入减少可能减弱根际的激发效应,使土壤有机碳(SOC)短期增加,但从长期来看根系输入的缺失会导致SOC的减少;②根系分泌的一些物质促进土壤初始团聚体的形成,但其对矿物-有机质结合物稳定性的影响还不完全清楚;③根系输入减少会降低土壤呼吸作用;④微生物群落结构对根系输入变化的响应主要取决于微生物对底物质量和数量的适应,而这些响应在不同森林生态系统间可能也有差异;另外,酶合成主要取决于与微生物生长相关的资源分配到酶生产中的成本效率。目前,关于根系输入对碳循环,特别是土壤呼吸的研究比较多,但根系输入物组成复杂,微生物与酶对不同根系输入物的响应机制尚不清楚,这些响应在不同森林生态系统中也有差异;此外,根系输入对土壤碳库稳定性的作用常被忽视,根系与微生物的相互作用对碳循环和土壤碳库稳定性的影响还有很大不确定性。建议加强植物根系、土壤和微生物的相互关系研究,以深入理解气候变化背景下森林生态系统碳循环。     

氮磷肥料的添加对盐碱旱田有机碳矿化和激发效应的影响

为研究氮、磷添加后,盐碱旱田土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）矿化和激发效应的变化规律,选择吉林西部3块盐碱旱田样地（H1,H2,H3）,采用实验室模拟培养,将无机营养素（(NH4)2SO4、KNO3和KH2PO4）以6种形式添加到0~15 cm表层土壤样本中,在25℃恒温箱内连续监测32天的CO2释放量。结果表明,（1）随着培养时间延长,SOC矿化量逐渐增加,添加氮、磷使得SOC矿化累积显著增加了211.0%~876.5%。（2）随着培养时间延长,各样地SOC矿化速率呈现逐渐降低的趋势。培养结束后,CK组矿化速率降至42.8、26.7、38.4 mg·(kg·d)-1,添加氮、磷使得矿化速率增加了211.0%~770.5%。（3）在培养期间,各添加组均产生了正激发效应,但其变化无明显规律。（4）SOC矿化作用、激发效应与碱化程度表现出显著负相关（p<0.05）,盐碱程度越大,SOC矿化作用越小,正激发效应越小。     

长期氮添加对落叶松和水曲柳人工林土壤碳、氮、磷含量和胞外酶活性的影响

【目的】氮(N)沉降速率的持续增加影响着森林生态系统的物质循环。本研究旨在探讨长期N添加对两种人工林土壤微生物生物量和胞外酶活性的影响。【方法】基于黑龙江帽儿山森林生态系统国家野外科学观测研究站落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林的长期(16年)N添加[N添加速率为10 g/(m²·a)]试验,测定对照和N添加处理样地土壤的碳(C)、N、磷(P)各组分含量、微生物生物量以及C、N、P循环相关的胞外酶活性。【结果】长期N添加显著增加了两种人工林无机N含量,但降低了两种人工林微生物生物量C、N含量。N添加抑制了水曲柳人工林β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶和酚氧化酶活性,但对落叶松人工林的这些C分解酶活性的抑制作用不显著。回归分析进一步发现微生物生物量、β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶和酚氧化酶均随着土壤pH的降低而显著降低。几丁质酶活性在落叶松人工林中对N添加呈现负响应,却在水曲柳人工林中对N添加呈现正响应。然而,N添加均未显著改变两种人工林的磷酸酶活性、总有机C,以及酸水解法划分的C组分、全N、全P和有效P含量。【结论】长期N添加主要通过土壤酸化途径改变落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量和酶活性,而N添加对胞外酶活性的影响因树种而异,这可能与两个树种的不同凋落物质量和菌根类型有关。N添加对土壤微生物和C分解酶活性的抑制作用并没有显著增加土壤C含量和改变C组分,其内在机制需要未来从土壤有机C的形成和稳定性方面进行揭示。     

喀斯特原生乔木林和次生林土壤氮矿化特征

【目的】探究喀斯特森林土壤氮矿化特征及供氮能力。【方法】以贵州喀斯特原生乔木林和次生林为研究对象,采用树脂芯法,原位连续培养测定土壤氮矿化/硝化动态特征。【结果】①喀斯特原生乔木林和次生林土壤无机氮含量随培养时间延长存在明显的变化,NH⁺₄-N含量呈先增加后减少再增加趋势,NO^-₃-N含量表现为总体增加趋势。NH⁺₄-N是土壤有效氮的主要存在形式,其含量占土壤无机氮的84.57%～94.31%。②两演替群落土壤氮矿化速率呈“V”形变化,范围分别为-0.43～0.97 mg/(kg·d)和-0.91～1.43 mg/(kg·d); 硝化速率呈波动上升趋势,范围分别为0.21～0.49 mg/(kg·d)和0.03～0.31 mg/(kg·d)。③原生乔木林土壤无机氮含量、矿化速率、氨化速率和硝化速率均高于次生林。④原生乔木林土壤氮全年净矿化总量170.82 kg/(hm²·a),是次生林的2.48倍,两种林分土壤净硝化氮分别占净矿化氮的95%和100%。【结论】喀斯特森林土壤供氮能力较强,但土壤氮矿化过程中氮硝化占主导,表明土壤中植物可利用的氮素易于淋溶或挥发损失。     

松嫩典型黑土带土壤碳氮磷储量空间分布特征

松嫩典型黑土带分布着高有机质和高肥力的黑土资源,长期超负荷耕作致使土壤有机质含量大幅下降,开展土壤营养元素储量研究对黑土资源保护和国家粮食安全具有重要意义。本文以松嫩典型黑土带为研究区,基于野外土壤样本化验分析数据,利用地统计分析等方法,对0~20 cm耕层内土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)空间分布特征及影响因素进行研究。结果表明:松嫩典型黑土带土壤TC、TN、TP储量均高于全国水平,含量分别达19.25 g/kg、1.88 g/kg、1.28 g/kg;TC、TN、TP高密度热值区和高聚集区主要分布在松嫩典型黑土带北部,TC、TN、TP自北向南呈现降低趋势;C/N、C/P和N/P在该区北部空间聚集性较高;土壤粉粒含量在30%以上,TC、TN和TP含量较高,分别介于6.86~74.74 g/kg、0.94~5.93 g/kg、0.66~3.76 g/kg之间;TC、TN和TP储量受土壤pH、年均温度、年均降水量和地形等因素影响较大。研究为黑土资源保护和农业可持续发展提供科学依据。     

东北地区三种典型次生林土壤有机碳、总氮及微生物特征的比较研究

研究了东北东部山区暗棕壤和白浆土两种土壤类型上生长的三种典型次生林(白桦林、柞树林和杂木林)的林地土壤有机碳、总氮含量及土壤微生物特征,详细比较分析了相同土壤类型上的不同林分,以及不同土壤类型上分布的相同林分对不同层次土壤有机碳、总氮含量及微生物特征的影响差异.结果表明:A层土壤中土壤有机碳、总氮含量及土壤微生物占绝对优势,且因土壤类型和林分的不同而有着显著差异.暗棕壤上各林分上土壤有机碳、总氮含量的顺序为:杂木林＞白桦林＞柞树林,且相互之间差异显著.杂木林的土壤微生物数量和生物量显著高于白桦林和柞树林,但是白桦林和柞树林之间的差异不显著;白浆土上土壤有机碳、总氮含量的顺序为:白桦林＞杂木林＞柞树林,土壤微生物数量和生物量的顺序为:白桦林＞柞树林＞杂木林,且相互之间差异显著.白桦林在白浆土上的有机碳、总氮及微生物数量和生物量显著高于暗棕壤,而杂木林在暗棕壤上的各检测指标均高于白浆土,柞树林在白浆土中的有机碳、总氮显著高于暗棕壤,但其微生物数量和生物量在两种土壤类型中的差异呈相反趋势.以上被检测的土壤有机碳、总氮及其土壤微生物数量和生物量等各指标间存在显著的相关性.     

老龄杉木林土壤活性有机碳的动态变化

通过在福建南平西芹教学林场对老龄杉木林不同坡位土壤微生物生物量碳（MBC）和土壤可溶性有机碳（DOC）动态变化研究,结果表明：土壤MBC和土壤DOC具有明显的季节性波动,均在植物生长旺季维持在较低水平,在植物休眠季节维持在较高水平;在0—20cm的土层内,老龄杉木林不同坡位土壤MBC和土壤DOC的变幅分别在210.44—1418.90mg·kg^-1和8.24—38.54mg·kg^-1,两种易变有机碳的含量基本表现为中坡位〉下坡位〉上坡位;相关分析表明,土壤MBC与DOC之间的相关性达到显著水平,土壤MBC和DOC与土壤温度显著负相关,与土壤含水量、凋落物生物量和降雨量的相关性未达到显著水平,说明土壤MBC和土壤DOC的变化与土壤中的微生物活性、林木的生长以及根系分泌物等因素有关。     

暖温带-亚热带过渡区鸡公山落叶栎林生态系统碳储量分布特征

在鸡公山天然落叶栎林中设置样地,调查分析了落叶栎林生态系统土壤碳密度和碳储量,测定了林下植被层和凋落物层碳储量,并用生物量方程法估测了乔木层各组分的生物量及碳储量.结果表明:落叶栎林生态系统总碳储量为156.60 t·hm-2,空间分布特征表现为乔木层(81.65 t·hm-2)>土壤层(66.13 t·hm-2)>凋落物层(7.50 t·hm-2)>灌木层(1.09 t·hm-2)>草本层(0.23 t·hm-2).在不同采样层次上碳含量存在明显差异.土壤层碳储量随着海拔升高而显著增加(p<0.05),随着土层深度增加而显著降低(p<0.05).     

深圳市不同建成区密度和植被类型下绿地土壤碳、氮、磷含量和细根生物量

在深圳市按建成区密度(体现人类活动干扰程度)递增梯度选取3个公园为采样地点, 每个采样地点选取草坪、乔木林和荔枝林3种植被类型采集土壤样品, 同时以远郊的梧桐山人工林为对照, 研究不同深度土壤碳、氮、磷含量和细根生物量。结果表明城区各植被类型土壤容重和pH值都显著高于远郊人工林, 并高出适合植物生长的范围。城区各植被类型土壤碳、氮含量及细根生物量都低于远郊人工林。城区土壤磷含量高于远郊人工林, 呈现明显的富磷化特征, 特别是荔枝林土壤的富磷化现象最严重。土壤碳、氮浓度与细根生物量三者之间显著正相关, 表明城市植物的生长受到土壤氮含量的限制。与此同时, 城市植物的细根周转和输入能够有效维持土壤有机质含量。研究表明, 城市绿地土壤碳、氮、磷含量和细根生物量受现有植被类型和建成区密度(人为干扰)的共同影响。在城市绿地建设中, 种植草坪可以较快地积累土壤表层碳和氮, 而荔枝林更有利于土壤深层碳和氮的积累, 同时, 对于城区乔木林应该减少枯枝落叶的清理以利于土壤碳、氮的积累。     

氮添加与凋落物管理对华北落叶松人工林土壤真菌群落的短期影响

以阴山山地华北落叶松人工林为研究对象,开展氮添加和凋落物管理试验,利用高通量测序技术,研究不同措施对表层土壤(0～10 cm)真菌群落组成、多样性和功能的短期影响,并对二者交互作用进行探讨。结果表明:氮添加和凋落物管理显著增加子囊菌门相对丰度,降低担子菌门相对丰度。氮添加显著增加糙缘腺革菌属相对丰度,高氮最大,为10.15%;凋落物管理显著增加猪块菌属、马鞍菌属和被孢霉菌属相对丰度,均堆积最大,分别为11.03%、13.57%和6.36%。两种处理方式均显著提高土壤真菌Shannon指数和Simpson指数,分别高氮、搅拌最大,结果为6.41、5.77和0.96、0.94。氮添加和凋落物管理显著降低共生营养型真菌相对丰度。土壤pH和硝态氮含量是影响土壤真菌群落的主要因子。高氮搅拌土壤有效磷、速效钾、硝态氮含量以及真菌OTU(operational taxonomic units)数目、Alpha多样性指数、腐生营养型真菌相对丰度均最大,对促进凋落物分解,维持地力平衡具有重要作用。