氮沉降对土壤微生物影响的研究进展

土壤中氮沉降增加作为全球环境变化的重要现象之一,给人类带来了巨大挑战。笔者综述了近年来氮沉降对土壤微生物的影响研究,从土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性、功能基因与底物利用等方面进行总结分析。综合来看,氮沉降对土壤微生物的影响主要表现为:1土壤微生物生物量、真菌生物量以及真菌与细菌生物量比值下降;2外生菌根真菌子实体生产力和外生菌根丰度下降,外生菌根真菌群落结构组成改变;3丛枝菌根真菌群落结构组成改变,但氮沉降对丛枝菌根真菌的多样性和对腐生真菌的影响结果存在较大争议;4细菌群落结构组成改变,贫营养细菌丰度下降,富营养细菌丰度上升;5土壤微生物活性下降,某些功能基因丰度下降,对复杂有机碳、氮的代谢能力下降。同时,相关研究报道表明:氮沉降可以直接或通过降低土壤p H,增加微生物的碳限制,改变底物的数量和质量等途径间接对微生物生物量和群落结构产生影响。     

土壤微生物对大气氮沉降的响应研究进展

稳定的生态系统对维持生态平衡具有重要意义,而土壤微生物是影响生态系统稳定的重要因素.剧烈的人类活动引起的大气氮沉降对土壤微生物产生了巨大影响.氮沉降增加了陆地生态系统有效氮累积,通过改变生物地球化学循环、土壤微环境以及土壤微生物间的关系,驱动土壤微生物群落结构、多样性和功能的改变.基于此,通过整理国内外关于模拟大气氮沉降导致微生物变化的研究,从氮沉降对土壤微生物生物量、群落结构和多样性、功能群以及响应机理等方面探讨其对微生物产生的影响.探究氮沉降将如何改变微生物功能,进而影响生态系统结构、功能和动态.     

大气氮沉降对森林生态系统影响的研究进展

近几十年来,由于化石燃料和农牧业含氮化肥饲料的广泛使用,全球大气氮沉降量明显增加,一些地区已经达到饱和甚至超过了生态系统所能承受的临界负荷.过量氮沉降会对森林生态系统产生负效应.本文概述了全球氮沉降的现状,介绍了氮沉降增加对森林土壤和植物的影响机制,从而说明了我国开展氮沉降研究的必要性和紧迫性.     

模拟氮沉降对高寒湿地生境土壤微生物的影响

为了明确氮沉降的变化对高寒湿地生境下土壤微生物的影响,本文使用人工控制施肥试验来模拟氮沉降的变化,采用稀释平板菌落数计数法,以小泊湖与依克乌兰两块高寒湿地作为试验研究对象,研究了土壤微生物对不同氮沉降水平响应。结果表明,施氮肥对小泊湖湿地土壤中的微生物数量产生了促进作用,但对依克乌兰湿地土壤微生物却有抑制作用,同时,也促进了固氮菌和纤维素分解菌的更多生成.     

氮沉降对植物共生微生物的影响研究进展

植物和微生物的相互作用可能在植物适应和减缓气候变化中发挥重要功能.初始陆地植物是一种半水生的原始藻类和水生真菌的共生产物,氮沉降会使植物共生微生物群落的组成、多样性和功能发生改变,减少植物和功能微生物之间的潜在联系,引起可预测的功能特征变化,进而对生态系统产生影响.植物共生微生物直接影响植物的生长和生理生态功能,微生物多样性和群落结构与生态系统功能之间的交互作用一直是生态学的关键科学问题之一.系统研究氮沉降对于植物微生物群落功能团的影响以及植物与其共生微生物之间的协同进化关系,对于揭示未来全球变化背景下植物共生微生物对生态系统功能的影响机制及其调控手段具有重要意义.     

模拟大气氮沉降及短期氮沉降恢复对森林土壤酸化及养分的影响

通过野外模拟试验,研究氮沉降增加以及短期氮沉降恢复对杉木人工林土壤物理性质、pH值、NH4+-N、NO3--N、交换性钙、镁的影响。试验设计为5种处理,分别为N0(0kg·hm-2·a-1)、N1(60kg·hm-2·a-1)、N2(120kg·hm-2·a-1)、N3(240kg·hm-2·a-1)、Nr(氮沉降恢复),每个处理重复3次。以尿素[CO(NH2)2]作为氮源,每月以溶液方式对林地进行喷施。通过3年的处理后发现,氮沉降使土壤容重降低;0-20cm土层pH值出现短期的突增,而20-60cm则随氮沉降量的增大其酸化程度也越大;0-40cm土层中土壤NH4+-N含量从高到低的顺序比较为:N3>N2>N0>N1;40-60cm土层为:N3>N2>N1>N0,;土层中NO3--N含量从高到低的顺序为:N3>N2>N0>N1。氮沉降促进了土壤交换性钙和镁的增加。短期的氮沉降恢复过程中,土壤NH4+-N和NO3—N出现了显著的恢复特征;而土壤容重、pH值、交换性钙、镁也出现了一些恢复现象,但其特征并不显著。     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤微生物群落特征的影响

【目的】探究氮沉降增加对阔叶红松(Pinus koraiensis)混交林土壤微生物群落特征的影响。【方法】对阔叶红松林进行模拟氮沉降实验,设置对照(N0,0 kg/(hm²·a))、低氮(N1, 30 kg/(hm²·a))、中氮(N2, 60 kg/(hm²·a))和高氮(N3, 120 kg/(hm²·a))共4组处理,在实验样地内采集0～10 cm、≥10～20 cm土层中的土壤,测定土壤微生物生物量碳(SMBC)及土壤微生物生物量氮(SMBN)含量及变化。【结果】① 模拟氮沉降未改变SMBC、SMBN及SMBC/SMBN的垂直分布; SMBC、SMBN在生长季月动态曲线均为以8月中旬为峰值的单峰型曲线,SMBC/SMBN的曲线波动较大,0～10 cm土层以N0处理的结果波动范围最小(2.83～6.97)。② 模拟氮沉降仅对0～10 cm土层6、8月中旬的SMBC以及5、6、8月中旬的SMBC/SMBN有显著影响(P<0.05),而对SMBC、SMBN及SMBC/SMBN的生长季平均值无显著影响。【结论】模拟氮沉降对阔叶红松林土壤微生物生物量的影响仅在个别月份中表现明显,而对于整个生长季而言,更长时间的模拟氮沉降实验才可能对土壤微生物生物量产生明显的影响。     

模拟大气氮沉降对萍乡土壤酸化的初探

通过野外模拟试验,研究氮沉降增加对萍乡土壤酸化的影响。以尿素[CO(NH2)2]作为外加氮源,设置4种处理,分别为N0(对照,0g·m-2·a-1,以N计,下同)、N1(6g·m-2·a-1)、N2(12g·m-2·a-1)和N3(24g·m-2·a-1),每处理重复两次。结果显示,氮沉降引起土壤pH值下降;表层土壤比下层土壤更敏感;pH值的下降程度与氮沉降量及沉降时间呈正相关。     

大气氮沉降现状及其对生态系统的影响

大气氮沉降是酸雨的主要成因之一,由于人为活动使得全球范围内的大气氮沉降日益增加。当大气氮沉降量超过森林生态系统的需求时,氮沉降会淋洗出植物体内的养分,导致叶片过早脱落,还会降低植物的抗性;氮沉降能引起土壤酸化,同时造成土壤盐基离子淋失。     

模拟氮沉降对杨树人工林土壤微生物群落碳源利用类型的影响

【目的】探究氮沉降对杨树人工林土壤微生物群落特征的影响。【方法】以江苏省东台地区沿海杨树人工林为对象,采用Biolog ECO微平板技术,设置4种氮添加水平:N0(0 kg/(hm²·a))、N1(50 kg/(hm²·a))、N2(100 kg/(hm²·a))、N3(150 kg/(hm²·a))模拟不同浓度氮沉降,经过2 a生长季(5—10月)处理,测定杨树林土壤微生物群落碳源利用变化情况。【结果】N2处理可以增强杨树人工林土壤微生物对碳源的代谢能力,氮添加浓度过高则会产生抑制作用; 土壤中微生物对胺类和酚类利用程度表现出较大差异,其中,酚类在高浓度氮处理(N3)时利用程度最高,胺类在低浓度氮(N1)条件下利用程度最高; 硝态氮和平均颜色变化率(AWCD)、Shannon多样性均具有显著正相关性(P<0.05),微生物代谢水平及其结构变化受到硝态氮影响较大。主成分分析表明,PC1和PC2可以表示施氮对微生物群落代谢多样性产生的差异,其中,PC1的方差贡献率最大,碳水化合物、酚类呈负相关(碳源相关系数分别为-0.869、-0.780),氨基酸、羧酸呈正相关(碳源相关系数分别为0.702、0.821),是起主要分异作用的碳源; PC2涵盖了聚合物和胺类两种碳源大类,其中聚合物呈负相关(相关系数为-0.688),胺类呈正相关(相关系数为0.802)。【结论】氮添加会导致杨树人工林土壤微生物群落对碳源利用类型改变,土壤中硝态氮含量与微生物生长代谢及功能多样性呈显著正相关; 六大类碳源中碳水化合物、羧酸是影响土壤微生物群落功能多样性的主要碳源。 关键词:氮沉降; 土壤微生物; 碳源代谢; 群落功能多样性; 杨树人工林     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响

阔叶红松(Pinus koraiensis)林是我国东北东部山区的地带性顶极植被,全球氮沉降增加可能影响其碳循环的各个过程。在2010年和2011年的5—10月,对典型阔叶红松林进行了模拟氮沉降实验。实验设置了对照(N₀, 0 kg/(hm²·a))、低氮(N₁, 30 kg/(hm²·a))、中氮(N₂, 60 kg/(hm²·a))和高氮(N₃, 120 kg/(hm²·a))4种模拟氮沉降处理,每隔半个月采用Li-6400-09便携式CO₂/H₂O气体分析仪对土壤呼吸速率进行测定,研究了氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响。结果表明:① 各处理土壤呼吸速率的季节变化与5 cm深度的土壤温度相似,均呈现出明显的季节变化趋势,最大值出现在6月中旬(3.84～4.55 μmol/(m²·s)),最小值出现在5月初(1.37～1.84 μmol/(m²·s)),土壤温度的变化可解释土壤呼吸速率季节变化的49.9%～69.2%。② 各处理的土壤呼吸速率与土壤温度呈指数相关(R²=0.499～0.692),土壤呼吸速率与土壤温度、湿度及其相互作用的回归模型可以解释各处理土壤呼吸速率52.2%～73.5%的季节变异; ③ N₀、N₁、N₂和N₃样地土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值分别为2.10、1.93、1.97和2.01; ④ 各处理样地土壤呼吸速率的平均值分别为3.09、2.78、3.06和2.90 μmol/(m²·s),与对照样地N₀相比,土壤呼吸速率和凋落物量无明显相关(P> 0.05)。     

林火对森林生态系统碳氮磷生态化学计量特征影响研究进展

林火可以改变森林生态系统元素的生态化学计量特征,反映火后森林生态系统环境中生物地球化学循环变化模式,阐明林火干扰下森林生态系统碳(C)氮(N)磷(P)生态化学计量特征,对于理解森林生态系统对林火干扰的响应机理至关重要.笔者通过查阅大量相关文献,总结与分析了林火干扰对森林生态系统C-N-P生态化学计量特征影响模式,以及林...     

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。     

不同林龄杨树人工林土壤有效氮对 模拟氮沉降的初期响应

为了解森林生态系统对持续氮增长和快速氮循环的响应模式及反馈机制,选择3种林龄杨树人工林作为试验样地,设置N₀(0 g/(m²·a))、N₁(5 g/(m²·a))、N₂(10 g/(m²·a))、N₃(15 g/(m²·a))、N₄(30 g/(m²·a))共5个不同浓度进行模拟氮沉降实验,探讨3种林龄杨树人工林土壤有效氮含量及对模拟氮沉降的响应。结果表明:①幼龄林、中龄林和过熟林的铵态氮占总有效氮含量的比例分别为18.50%～28.81%、23.14%～34.52%和32.60%～49.92%; ②随着外源氮浓度的不断增加,3种林龄土壤硝态氮含量都呈显著的增加趋势,且高氮处理对有效氮的影响高于低氮处理,而铵态氮只在幼龄林和中龄林中高氮处理(N₃和N₄)之间差异显著; ③幼龄林土壤硝态氮含量对不同浓度的氮沉降响应比中龄林和过熟林更为敏感,而铵态氮在3种林龄之间无显著规律; ④3种林龄土壤表层(0～10 cm)的铵态氮、硝态氮含量对氮沉降响应更加敏感。     

原始红松林土壤理化及微生物碳代谢特征对生长季动态的响应

【目的】明确原始红松林内土壤微生物群落对碳源的利用、土壤理化性质的季节变化规律及差异机制,探讨原始红松林土壤理化及生物学特征对气象因子季节动态的响应。【方法】以小兴安岭典型的原始阔叶红松林为研究对象,分别于2015年5—10月生长季内采集0～10 cm和≥10～20 cm的表层土壤样品。采用Biolog-ECO微平板检测法和土壤理化性质的常规测定方法测定红松林内土壤微生物功能多样性及土壤理化指标。【结果】①研究样地的多项土壤理化指标在月份间差异显著。②在整个生长季内平均颜色变化率(AWCD)的变化趋势基本一致,均随着培养时间的延长而逐渐升高,培养168 h以后,AWCD增加幅度逐渐减弱; AWCD值和多样性指数在月份间差异显著; 土壤微生物群落的代谢活性表现出明显的季节差异,并呈现一定的规律性,6月显著高于其他月份(P<0.05)。③氨基酸类、多聚物类、碳水化合物类碳源是红松林土壤微生物群落利用的主要优势碳源类型; 通过主成分分析(PCA)、聚类分析可将土壤微生物群落碳源代谢特征大致分为3簇,即5—6月、7月、8—10月; 土壤微生物利用碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类碳源的变化对季节最为敏感。④通过相关性分析发现,AWCD值和多样性指数与速效磷、速效钾、含水量和有效氮之间存在显著或极显著相关性; 分类变异分析发现土壤理化性质变化是引起微生物功能多样性发生季节性变化的主要因子,其中含水量、速效磷的解释度分别为12.76%和30.71%。【结论】原始阔叶红松林土壤理化及微生物功能碳代谢特征具有显著的生长季动态变化,月降水总量变化的影响最为重要。     

氮沉降对微生物分解森林地上凋落物过程的影响

森林生态系统凋落物被微生物分解的过程影响整个土壤碳库的碳来源及稳定性,在氮沉降全球化的趋势下因试验树种、试验方法、试验时间等不同因素导致森林地上凋落物分解产生了促进、抑制和无影响等3种响应。氮沉降对凋落物分解的影响主要通过3种机制实现:①不同浓度的氮沉降对凋落物中纤维素和木质素分解的影响不一致,原因可能是外加低浓度氮时,与之相关的真菌和细菌的生物量、活性会升高,高氮时则反之; 也有部分研究表明氮沉降一般促进含木质素少抑制含木质素较多的凋落物的分解; ②氮沉降对微生物产生的胞外酶活性影响也不一致,所以微生物酶对凋落物分解速率影响不同; ③通过对微生物的生物量、多样性、群落组成以及生态化学计量比等的影响,氮沉降也会影响凋落物分解木质素、纤维素等化学物质的过程。     

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。     

微生物共培养产生新颖活性次生代谢产物的研究进展

微生物源天然产物是药物先导化合物的重要资源之一.近年来,利用微生物共培养产生各类天然产物的研究发展迅速.微生物共培养是一种通过模拟（微生物）栖息地/栖息环境以激活可能的沉默生物合成基因簇并进而诱导微生物产生新次生代谢物的有效方法.与菌株纯培养相比,共培养不仅增加了次级代谢产物的种类多样性,而且其生物活性及产量也得到了提高.文章就近5年来真菌与真菌、真菌与细菌、细菌与细菌等3种类型的微生物共培养研究成果进行了综述,同时简要介绍了用于分析共培养作用机制的多组学技术,并在此基础上探讨了微生物共培养相互作用机制研究的进展及挑战.综述旨在为微生物共培养的深入研究提供借鉴,并为微生物药物的开发提供新思路.     

云南松林在云南的分布研究

采用云南省森林资源连续清查样地数据,对云南松林的水平分布、垂直分布、土壤分布、坡向分布、坡位分布等进行了系统研究.结果表明:在云南省境内,云南松林水平分布范围北至28°23′33″N,南至23°01′20″N,东至97°46′39″E,西至105°54′05″E;垂直分布海拔跨度在710～3320m之间,其中分布面积最多的海拔区间为1500～2500m,占云南松林总面积的66.66%;云南松林下的土壤包括8个土类,其中红壤分布面积最多,占61.58%,其次为紫色土和黄棕壤;就分布的坡向而言,在阳坡的分布多于阴坡,前者占58.29%,后者占41.71%,但分布于阴坡的云南松林质量总体上优于阳坡,前者平均单位面积蓄积量为79.1m3/hm2,后者平均为74.0m3/hm2;坡位分布方面,分布于中坡位的云南松林最多,其次为上坡位,下坡位的居第3,分布于山脊的居第4;从林分质量上看,山脊上的优于上坡位的,上坡位的优于下坡位的,出现了林分质量与立地质量相背离的情况,但下坡位到山脊受到的人为干扰不断减少.这表明在现存云南松林中,人为干扰因素取代立地质量等自然因素,成为影响云南松林质量的主导因素.