陆地生态系统土壤呼吸的影响因素研究综述

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环中的一个重要过程,也是陆地生态系统最大的二氧化碳释放源,对全球气候和环境变化产生重要影响。对国内外关于陆地生态系统土壤呼吸影响因素的研究进行综述,分析了温度、水分、土壤性质等非生物因素,植被、土壤微生物、土壤动物等生物因素以及人类活动等对土壤呼吸产生的影响。最后分析了目前有关土壤呼吸研究中存在的问题,并提出了今后努力的方向:改进和创新土壤呼吸的测量方法,拓宽土壤呼吸的研究范围,加强土壤呼吸组分的区分研究,重视人类活动对土壤呼吸影响的研究。     

土壤中溶解性有机物及其影响因素研究进展

溶解性有机物(DOM)是陆地生态系统中极为活跃的有机组分,是土壤圈层与相关圈层(如生物圈、大气圈、水圈和岩石圈等)发生物质交换的重要形式。它不但是土壤微生物最重要的能量与物质来源,影响微生物的新陈代谢,而且对土壤营养元素(如C,N,P)和污染物的化学活性与生物活性也有直接影响。因此,土壤中溶解性有机物的消长动态已成为当前农业生态学领域的研究焦点问题之一。本文综述了土壤中溶解性有机物的迁移转化规律和主要影响因素,并指出未来的研究重点应在以下几个方面:(1)土壤有机质性质对DOM释放的影响。(2)有机质对DOM数量和质量的影响(3)生物和物理化学因素对土壤中DOM吸附和解吸的影响(4)DOC、DON和DOP迁移转化的差异。     

氮沉降对细根分解影响的研究进展

随着人类干扰的加剧,大气中氮沉降量迅速增加,并显著影响生态系统碳循环过程。细根分解不但是陆地生态系统重要的碳汇和矿质养分库,也是土壤碳及养分的主要来源,对陆地生态系统物质和能量循环具有重要意义。细根分解是植物、土壤动物、微生物及土壤微生态系统间复杂的互作过程,氮沉降对细根分解速率的影响较为复杂,系统深入地研究氮沉降下植物、土壤动物、微生物与土壤微生态系统的相互作用方式与机理,对探索定向调控细根分解过程、预测生态系统对全球变化的响应具有重要的指导意义。对细根分解对大气氮沉降的响应进行了全面总结,系统分析和详细描述了氮沉降对细根分解关键因素的影响,及氮沉降对细根分解影响的机理;总结了目前细根分解研究中存在的问题,并对未来重点研究方向进行了展望,以期为深入研究氮沉降与陆地生态系统碳循环间的交互作用及反馈机制提供参考。     

影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展

土壤微生物在陆地生态系统中具有重要作用,是整个陆地生态系统物质循环、能量流动的推动者,与陆地生态系统地稳定性密切相关。本文就影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展作了综述,主要内容有:土壤理化性状对土壤微生物群落结构的影响;土壤微生物之间的相互作用,土壤动物多样性,植物多样性对土壤微生物群落结构的影响;不同的经营管理措施对土壤微生物群落结构的影响。并对今后的发展趋势作了探讨,提出深入研究土壤微生物群落结构与其在陆地生态系统中的功能关系,合理调控土壤微生物群落结构,维护整个陆地生态系统稳定的研究方向。     

农田土壤理化性质对土壤微生物群落的影响

农田土壤系统是陆地生态系统的重要组成部分,也是受人类影响最多的生态系统。土壤微生物参与调节大部分土壤生物化学过程,在土壤碳循环过程中发挥着不可替代的作用。农业措施的变化会改变土壤理化性质,而土壤理化性质的变化又影响着微生物的群落特征等。因此为深入探究土壤理化性质变化对土壤微生物群落的影响,简述了农田土壤物理性质(密度、孔隙、水分、温度)及化学性质(土壤pH、土壤有机质)对土壤微生物群落的影响,并且指出了目前研究存在的问题及未来的研究方向。     

冀西北栗钙土有机碳、酶活性及土壤呼吸强度特征研究

土壤有机碳(质)水平的高低是评价土壤肥力高低的重要指标之一,如何提高土壤有机碳(质)研究一直是国内外土壤科学工作者关注的课题。近年来,随着全球环境变化对陆地生态系统的影响,土壤有机碳逐渐成为公众和科学界关注的热点[1]。研究陆地碳循环机制及其对全球变化的响应,是预测大气CO2含量及气候变化的重要基础,这已引起科学界的高度重视[2]。目前,有关土壤碳循环研究主要集中在大气CO2浓度升高对土壤酶活性、有机物料分解、土壤微生物、土壤有机质、腐殖质组成、农作物养分利用、植物生长、光合作用、根系生长及其分泌物等生理生态方面的影响[3～12],以及施肥对农田土壤碳循环、微生物及酶活性的影响[13～16],     

露天煤矿区复垦土壤碳库研究进展

土壤是地球陆地生态系统中碳的重要贮藏库。露天煤矿区既是"碳源",也是"碳汇",研究其土壤碳的变化对区域碳平衡具有重要意义。本文梳理了当前世界范围内对露天煤矿区土壤碳库的构成、土壤有机碳库的区分测定方法、积累、转化和时空分布的研究。已有研究成果表明:(1)复垦与未复垦排土场中土壤无机碳含量无显著差异。(2)土壤有机碳的含量受复垦植被、年限、地形及土壤理化性质的影响。(3)不同因素通过影响土壤中的矿质态氮和微生物活性而影响有机碳的分解矿化率。(4)不同类型有机碳在土壤剖面中的分布呈不同规律,生物成因有机碳主要积累在土壤表层和亚表层,而地球成因有机碳积累在土壤底层。在此基础上提出深入研究方向:土壤无机碳和有机碳的相互转化关系、土壤碳循环与氮、磷、水循环的耦合关系及与生态系统生物多样性之间的内在联系。     

陆地生态系统碳循环对土地利用变化的响应

陆地生态系统碳循环在全球碳循环中占有重要地位,而土地利用变化是估测陆地生态系统碳储存与释放的最大不确定性因素。植被和土壤是陆地生态系统的两大碳库,是碳循环中的两个重要纽带,土地利用变化影响陆地生态系统土壤和植被碳的固定、积累与释放,从而影响整个碳循环过程。本文主要从土壤和植被碳库的角度出发,综述了近年来土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响及其机理,以及研究方法进展,着重分析了模型在此方面的应用;并提出了未来研究方向的展望。     

土壤呼吸影响因素概述及展望

土壤呼吸是全球碳循环中重要的流通途径之一,是陆地生态系统最大的二氧化碳释放源,也是碳循环的研究领域中一个普遍关注的热点问题。土壤呼吸是土壤中生物与周围环境之间一个相互作用的过程,可以被看作为一个生态系统,明白影响该土壤生态系统里面生物和环境要素、相互作用过程以及其对该系统所排放出二氧化碳的影响有着非常重要的意义。通过分析影响土壤呼吸的主要因素,土壤温度、土壤湿度、土壤有机质和氮含量、生物因子以及人类活动与土壤呼吸的相互作用方式,概括了影响土壤呼吸因素之间的关系,并对土壤呼吸研究今后的发展趋势进行了展望。     

土壤微生物对大气对流层臭氧浓度升高的响应

土壤微生物对大气对流层臭氧浓度升高的响应是全面评价臭氧浓度变化对陆地生态系统影响的关键。本文简要回顾了大气臭氧浓度升高对生态系统的影响概况,介绍了土壤微生物对人工控制微域环境臭氧浓度增高的响应研究进展,并提出了农田生态系统土壤微生物生物量与活性(包括硝化反硝化作用)、群落结构与功能(包括秸秆降解过程)、有益微生物(如菌根真菌)及其调控技术是今后大气臭氧污染研究领域的重要方向。     

新疆艾比湖地区不同土地利用方式土壤养分、酶活性及微生物特性研究

新疆艾比湖地区在我国内陆荒漠自然生态系统中具有典型性和较高研究价值,通过对不同土地利用方式土壤进行采样和分析,系统地研究和比较了不同土地利用方式土壤酶活性及微生物特性(土壤微生物量和微生物数量)。结果表明:新疆艾比湖不同土地利用方式土壤机械组成不尽一致,黏粒含量占主导地位,粗砂粒含量相对较低,土壤总孔隙度与土壤容重变化趋势相反。不同土地利用方式对土壤养分具有较大影响,不同土地利用方式下土壤养分(有机碳、全氮、全磷)和有效养分(有效磷、有效氮、有效钾、有效锌、有效铁含量)均呈现出一致性规律,大致表现为林地草地耕地未利用地,土壤全磷在不同土地利用方式下差异均不显著(p0.05);与耕地相比,土壤微生物量碳和氮、土壤微生物数量(细菌、真菌和放线菌),土壤酶活性(土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性)均有明显的增加,大致表现为:林地草地耕地未利用地;相关性分析表明,土壤微生物量碳和氮、细菌、放线菌和真菌数量、蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和磷酸酶活性均呈显著或者极显著的负相关(p0.05,p0.01);土壤有机质和全氮与蔗糖酶、脱氢酶、磷酸酶和细菌数量呈极显著正相关(p0.01),土壤有效养分与土壤微生物量碳、细菌数量和蔗糖酶活性呈显著或极显著正相关(p0.05,p0.01),说明土壤微生物量碳仍是有效养分的主要来源,其中土壤容重对土壤微生物量、微生物数量和酶活性贡献为负,土壤养分对土壤微生物量、微生物数量和酶活性贡献为正,这是造成不同土地利用方式土壤微生物量、微生物数量和酶活性差异的重要原因,其中有机质和全氮是土壤微生物量、微生物数量和酶活性的主要养分来源。     

红壤水稻土累积酶活性及养分对长期不同施肥处理的响应

本研究基于鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站24年的长期定位试验,揭示对照(不施肥,CK)、有机肥(C)、化学氮磷钾肥(NPK)、化学氮磷钾肥+有机肥(NPKC)等不同施肥处理对红壤水稻土酶活性及土壤养分的影响。于晚稻收获后采集各小区耕层土壤,测定红壤水稻土中转化酶、脲酶活性(测定时并设加0.5 ml甲苯与不加甲苯处理)及转化酶动力学特征,同时测定土壤养分含量及微生物生物量碳,分析酶活性与养分含量及微生物生物量碳间的关系,明确土壤中累积酶活性及土壤养分对长期不同施肥处理的响应。结果发现,与对照相比,施肥处理下土壤转化酶活性显著提高了31.3%~131.7%,微生物生物量碳显著提高了84.9%~125.1%;在没有甲苯抑制微生物活性下,施肥处理的转化酶底物蔗糖转化速率增加量提高了89.5%~153.7%,脲酶底物尿素转化增加量提高了59.2%~98.9%,表明微生物显著影响两种累积酶表观酶活性;转化酶活性、脲酶活性与微生物生物量碳呈显著正相关。与对照处理相比,施肥处理显著增加了土壤有机碳(30.1%~36.3%)、全磷(28.6%~102.9%)、速效磷(62.2%~445.0%)、碱解氮(35.9%~56.4%)含量;统计分析显示,转化酶活性、脲酶活性均与碱解氮、有机碳含量显著正相关。与对照相比,各施肥处理土壤的转化酶米氏常数(Km)差异并不显著,而转化酶表观活性(Vmax)及转化系数(Vmax/Km)均显著增加。长期施肥处理增加了土壤养分含量和微生物生物量碳,提高了土壤中累积酶的活性。     

干湿交替对土壤性质影响的研究

开展干湿交替对土壤理化性质影响的研究,对于认识土壤侵蚀机理、缓解土壤侵蚀的发生具有重要意义。通过干湿交替的研究进展、干湿交替对土壤物理性质、土壤化学性质和土壤微生物特性的影响四个方面分析了干湿交替发展历程及其对土壤性质影响的过程和机理,相关研究表明:干湿交替的相关研究在各个时段有所侧重,干湿交替对土壤物理性质的影响与土壤容重、抗冲性、崩解速率和膨胀收缩率有关,对土壤化学性质的影响与土壤有机质分解、氮素矿化磷素吸附与释放等因素关系密切;干湿交替通过影响土壤呼吸和微生物生物量,使得土壤微生物特性发生改变。根据现有研究中存在的干湿处理量化指标不相一致、干湿处理方式局限于室内模拟及忽略干湿处理过程土壤相关性质动态变化过程等问题,提出定量化干湿处理指标、开展原位小区干湿处理试验、关注干湿交替过程中土壤形态发育情况和化学元素迁移差异及其微生物活性动态变化等研究展望,拟对土壤侵蚀和水土保持研究提供一定理论指导。     

Soil carbon dynamics in saline and sodic soils: a review

Soil salinity (high levels of water-soluble salt) and sodicity (high levels of exchangeable sodium), called collectively salt-affected soils, affect approximately 932 million ha of land globally. Saline and sodic landscapes are subjected to modified hydrologic processes which can impact upon soil chemistry, carbon and nutrient cycling, and organic matter decomposition. The soil organic carbon (SOC) pool is the largest terrestrial carbon pool, with the level of SOC an important measure of a soil's health. Because the SOC pool is dependent on inputs from vegetation, the effects of salinity and sodicity on plant health adversely impacts upon SOC stocks in salt-affected areas, generally leading to less SOC. Saline and sodic soils are subjected to a number of opposing processes which affect the soil microbial biomass and microbial activity, changing CO₂ fluxes and the nature and delivery of nutrients to vegetation. Sodic soils compound SOC loss by increasing dispersion of aggregates, which increases SOC mineralisation, and increasing bulk density which restricts access to substrate for mineralisation. Saline conditions can increase the decomposability of soil organic matter but also restrict access to substrates due to flocculation of aggregates as a result of high concentrations of soluble salts. Saline and sodic soils usually contain carbonates, which complicates the carbon (C) dynamics. This paper reviews soil processes that commonly occur in saline and sodic soils, and their effect on C stocks and fluxes to identify the key issues involved in the decomposition of soil organic matter and soil aggregation processes which need to be addressed to fully understand C dynamics in salt-affected soils.     

外源氮输入对土壤有机碳矿化和凋落物分解的影响

目前,由人类活动造成的陆地生态系统氮输入量已经远远超过了其自身的生物固氮,外源氮输入的增多已经并将继续对土壤有机碳矿化和凋落物分解产生影响。本文分析了国内外有关氮输入增多对土壤有机碳矿化和凋落物分解的影响及其机理:由于研究点环境状况不同,凋落物性质的差异和分解阶段的不同等原因,氮输入对土壤有机碳矿化的结果主要表现为抑制或促进作用;对凋落物分解的影响表现为促进、无影响和抑制三种效果,有关其作用机理还有待进一步深入研究。着重指出对于作为大气CO2"汇"的沼泽湿地,氮输入的增多能够对其碳"汇"功能产生影响,因此进行氮输入对湿地土壤有机碳矿化和凋落物分解方面的研究,对于探讨湿地碳循环对外源氮输入的响应及其机理非常重要。     

不同土地利用方式下围垦海涂微生物群落和土壤酶特征

利用DGGE技术,从微生物多样性的角度,结合土壤酶活性研究不同农林利用方式对围垦海涂养分特征的影响。结果表明:未利用海涂盐分含量最高,而有机质和碱解氮含量最低;相比于蔬菜地和林地,棉花地和水稻田的有机质、碱解氮、过氧化氢酶和蛋白酶活性更高。四种利用方式土壤的脲酶和磷酸酶活性差异不显著。细菌是土壤中的主要种群,其数量与土壤有机质、碱解氮等养分特征呈显著正相关,表现为水稻田、棉花地>蔬菜地、林地>未利用。DGGE图谱分析结果显示未利用土壤shannon多样性指数最高为2.81,与水稻田、棉花地较为接近,其次为蔬菜地和林地,分别为2.52和2.38。围垦利用引起土壤中的Gaetbulibacter marinus与Gillisia mitskevichiae种属变化。围垦利用后土壤质量优于未利用海涂。相比而言,种植水稻对提高土壤肥力水平,维持土壤质量较为有利。     

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。     

玉米秸秆覆盖还田量对黑土微生物碳代谢活性与多样性的影响

  目的  针对东北黑土区长期集约化耕作导致的土壤退化问题,开展不同秸秆覆盖还田量对土壤微生物碳代谢特征的影响及其驱动因素的研究。  方法  采用MicroRespTM方法结合土壤碳氮含量等理化性质,测定土壤微生物碳代谢能力及其影响因素,使用Past v2.16、Canoco 5.0等软件对微生物群落功能多样性、结构差异以及土壤理化性质和微生物群落碳代谢特征间的关系进行分析。  结果  秸秆连续覆盖还田14年后,土壤微生物对羧酸类与氨基酸类碳源的代谢活性显著降低,但对外源碳底物的代谢多样性显著增强。67%和100%秸秆还田显著改变了土壤微生物群落碳源代谢结构,100%秸秆还田下微生物对芳香酸类碳源的相对代谢活性提高。土壤微生物对碳源的代谢活性主要与土壤碳氮含量显著相关,土壤可溶性碳与碱解氮含量分别是影响土壤微生物碳源代谢多样性和结构的主要理化因子。  结论  长期秸秆还田可以通过降低土壤微生物对易利用碳源的代谢需求、提高对碳源的代谢多样性而改善免耕土壤微生物碳代谢功能。本研究可为优化东北黑土区保护性耕作管理模式、促进该地区农业可持续发展提供微生物学参考。     

Above- and belowground carbon inputs affect seasonal variations of soil microbial biomass in a subtropical monsoon forest of southwest China

Soil microbial activity drives carbon and nutrient cycling in terrestrial ecosystems. Soil microbial biomass is commonly limited by environmental factors and soil carbon availability. We employed plant litter removal, root trenching and stem-girdling treatments to examine the effects of environmental factors, above- and belowground carbon inputs on soil microbial C in a subtropical monsoon forest in southwest China. During the experimental period from July 2006 through April 2007, 2 years after initiation of the treatments, microbial biomass C in the humus layer did not vary with seasonal changes in soil temperature or water content. Mineral soil microbial C decreased throughout the experimental period and varied with soil temperature and water content. Litter removal reduced mineral soil microbial C by 19.0% in the ungirdled plots, but only 4.0% in girdled plots. Root trenching, stem girdling and their interactions influenced microbial C in humus layer. Neither root trenching nor girdling significantly influenced mineral soil microbial C. Mineral soil microbial C correlated with following-month plant litterfall in control plots, but these correlations were not observed in root-trenching plots or girdling plots. Our results suggest that belowground carbon retranslocated from shoots and present in soil organic matter, rather than aboveground fresh plant litter inputs, determines seasonal fluctuation of mineral soil microbial biomass.