城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异

土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。     

多氯联苯污染土壤的微生物生态效应研究

以多氯联苯（Polychlorinated biphenyls,PCBs）自然污染的农田土壤为材料,分析土壤中微生物区系组成、生物量C、N、土壤基础呼吸以及微生物群落功能多样性的变化。研究结果表明,在以4-氯、5-氯同系物为主的PCBs污染土壤中,污染程度对土壤细菌、放线菌的数量影响不明显,而真菌的数量除与土壤污染程度有关,可能还受到土壤pH等性状的影响;土壤微生物C、N与土壤基础呼吸随污染程度的加剧呈下降趋势,但微生物C／N基本没有变化;Biolog分析显示,土壤微生物代谢剖面（AWCD）及Simpson指数在污染程度相差较大的两组土壤样品中差异均达到了显著性水平,表明PCBs污染引起了土壤微生物群落功能多样性下降,降低了微生物对不同单一碳源底物的利用能力。     

天然林改为经济林后土壤微生物量的变化

为了解天然林改为经济林后土壤生物学性质发生的变化,采集了从天然马尾松林改 变而来并经营了7年的青梅林、板栗林、早竹林和梨园土壤样品.分析结果表明:天然马尾 松林改成经济林后,土壤微生物量发生了不同的变化.早竹土壤的微生物量碳、氮明显增高 ,0～0.2 m土层分别比马尾松林增加了28.96%和26.03%;青梅林土壤下降幅度最大,微生物 量碳、氮分别比马尾松林下降了36.21%和22.19%(0～0.2 m土层).虽不同经济林土壤微生物量有 较大变化,但不同经济林土壤微生物碳氮比变化不大,它们变动均在6.15～8.15.土壤微生 物碳与微生物氮之间及其与土壤总碳量、全氮、水解氮、有效磷之间相关性均达极显著水平.     

小叶锦鸡儿固沙群落土壤微生物生物活性的季节动态

为探讨科尔沁沙地小叶锦鸡儿固沙群落土壤微生物生物量和酶活性的季节动态规律,选取6,11,24年生人工群落和天然群落为对象,研究了不同土层深度微生物生物量(C、N、P)和脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸单酯酶、脱氢酶和多酚氧化酶的活性随季节的变化特征。土壤按5层取样:0-10cm,10-20cm,20-30cm,30-40cm,40-50cm。结果表明,6～24年生小叶锦鸡人工固沙群落及天然群落土壤微生物生物量表现出明显的季节性变化,微生物生物量C和N为夏季>秋季>春季;微生物生物量P为夏季>秋季;6种土壤酶的活性也随季节发生显著变化,夏季显著高于春季和秋季。土壤微生物生物量和6种酶的活性随群落发育年限的增长而升高,但人工群落土壤的生物活性始终低于天然群落。6种土壤酶活性和微生物生物量最高值均出现在土壤表层(0-10cm),随着土层的加深生物活性逐渐降低。     

黄土丘陵区不同植被恢复措施对土壤养分和微生物量C、N、P的影响

以黄土丘陵典型地区-宁夏固原不同植被恢复措施:撂荒地、人工草地、天然草地和灌木林地(柠条)为研究对象,分析了不同植被类型下土壤微生物量碳、氮、磷的变化.研究结果表明:不同植被类型条件下,土壤微生物量有显著差异,微生物量碳和微生物量磷含量均表现为撂荒地<人工草地<天然草地<灌木林地,微生物量氮以人工草地略低,撂荒地和柠条林地较大.土壤微生物量碳、氮、磷与土地利用方式关系密切.柠条林对土壤微生物生物量有明显的促进作用.     

氮添加对紫花苜蓿根区土壤养分及土壤微生物量的影响

采用人工氮添加研究了紫花苜蓿根区土壤养分及微生物量对不同氮添加水平[CK;低氮LN,10 g/（m²·a）;中氮MN,20 g/（m²·a）;高氮HN,30 g/（m²·a）]的响应。结果表明:氮添加对紫花苜蓿根区土壤养分及微生物量的影响表现为正的增加效应,对根区土壤全氮含量无明显影响（P > 0.05）;土壤养分及微生物量随氮素的添加呈先增加后降低趋势,均表现为MN > HN > LN > CK,以中水平的氮添加对紫花苜蓿根区土壤微生物量增加效应最为明显;除了土壤全氮以外,不同水平的氮添加处理下土壤养分和微生物量均与CK达到差异显著水平（P < 0.05）;紫花苜蓿根区土壤微生物量对氮添加的敏感性高于土壤养分,其中土壤活性有机碳是不同水平氮添加处理后紫花苜蓿根区土壤养分变化的敏感指标。Pearson相关性分析表明,土壤微生物量和土壤养分与土壤含水量之间具有较强的正相关,二者与土壤pH有较强的负相关,表明了氮添加处理下紫花苜蓿根区土壤理化因子、养分和微生物量等地下生态系统各指标之间的统一性及相互作用和影响。     

城市与郊区森林土壤微生物群落特征差异研究

森林是具有重要服务功能的生态系统之一,在城区和郊区都普遍存在,但对于森林土壤微生物群落特征的城郊差异研究却很少。本研究在北京城市与郊区选择三种相同树种(油松Pinus tabulaeformis、侧柏Platycladus orientalis和毛白杨Populus tomentosa)的森林,主要研究比较了土壤微生物量碳、微生物群落结构和功能多样性的城郊差异。结果表明,郊区森林的土壤微生物量碳含量显著高于城区(郊区微生物量碳为367.29 mg kg-1,城区为294.23 mg kg-1)。同一树种下郊区微生物活性高于城区,差异未达到显著。微生物多样性和均匀度城郊差异不明显;但树种间存在一定的差异,城区毛白杨林下土壤微生物群落的均匀度显著低于柏树与油松,多样性指数显著低于柏树。结果表明城市化过程对城市土壤微生物量以及微生物群落的结构和功能有一定影响,且不同树种对于这种影响存在差异。随着城市化加快,城乡梯度上土壤微生物量碳的城乡差异明显,而土壤微生物群落结构、功能的差异有减小的趋势。     

辽东湾湿地微生物量与土壤酶的研究

研究考察了种植碱蓬(Suaeda Heteroptera K itag)对湿地的微生物量、部分土壤酶和土壤细菌总数的影响。实验发现:随着碱蓬的生长,种植碱蓬区的微生物量碳、氮均呈上升趋势,明显高于对照,微生物量碳变化范围为295~383mg kg-1,微生物量氮变化范围为29.74~41.81mg kg-1。土壤酶与微生物量的变化趋势相近,各种酶活性增幅大小不同,可能与植株分泌的养分对酶活性激活的程度不同。在种植碱蓬区,土壤微生物量碳、氮与土壤酶活性的相关性达极显著水平或显著水平。在恒定的条件下,裸土区细菌总数基本恒定,而种植碱蓬区随着土样中植株的生长,细菌总数增长很快,在实验的20~40d,细菌总数分别增加1.48~6.9倍。     

老山林区不同立地杉木人工林土壤微生物及生化活性研究

对广西田林县老山林区不同立地杉木人工林土壤微生物及生化活性研究结果表明:不同立地杉木人工林土壤微生物数量变化及生化活性强度与海拔高度不相关。而不同地形和不同土类表现明显差异,山洼和黑砂土土壤微生物的数量和生化活性强度高于山坡、山脊及红土和黄土,表明山洼和黑砂土土壤微生物很活跃,显示山洼和黑砂土土壤具有较高肥力和森林生产力。     

长期冬种绿肥改变红壤稻田土壤微生物生物量特性

以进行了31年的双季稻-冬绿肥长期定位试验的红壤性水稻土为对象,研究了长期冬种绿肥条件下土壤微生物生物量特性的季节变化,为阐释冬绿肥措施在稻田生态系统土壤碳氮转化中的作用机制提供理论基础。试验包括双季稻-紫云英(RRV)、双季稻-冬油菜(RRP)、双季稻-黑麦草(RRG)及双季稻-冬闲(RRF)4个处理,在典型时期(绿肥盛花期、绿肥翻压后、早稻成熟期、晚稻收获后)采集土壤样品,分析土壤微生物生物量碳氮及微生物商等方面的变化。结果表明,3种冬绿肥均提高了土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)和微生物商,在土壤性质相对稳定的晚稻收获后均显著高于对照处理,全年平均值也多显著高于对照处理。豆科绿肥紫云英对SMBC和SMBN的提高作用最显著,晚稻收获后相对冬闲分别提高了21.12%和98.45%,全年平均值分别提高了15.92%和36.49%。取样时期对SMBC、SMBN和微生物商有较大的影响,但变化趋势基本一致,即绿肥翻压前后无明显变化,早稻成熟期降至最低,至晚稻收获后再次上升。SMBC/SMBN比值在不同绿肥处理间差异不大,但有明显的季节变化,早稻成熟期较高而晚稻收获后降低。因此,南方稻田冬种绿肥后土壤微生物特性明显改善,冬种绿肥是提升稻田土壤肥力的高效措施。     

天台山不同林型土壤微生物DNA总量的分布特性

研究了天台山8种植被类型土壤微生物DNA总量分布的特性及其与土壤微生物数量、土壤生化活性和土壤其它环境因素之间的关系。土壤的发育程度等对土壤微生物DNA总量分布影响较大。此外,土壤微生物数量、微生物生物量C和土壤呼吸速率对土壤微生物DNA总量分布的直接作用和它门之间的相互作用产生的间接影响较显著。在所测的8种土壤理化因素中,土壤微生物DNA总量分布对土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾影响较大。     

二滩库区(盐边)土地利用景观格局及水土流失动态研究

利用1988,1999和2003年3个时段的TM,ETM＋遥感数据,在GIS和FRAGSTAT景观分析软件的支持下,对二滩库区（盐边）的土地利用景观格局和水土流失动态特征进行了定量分析。结果表明,（1）耕地面积减少,所占百分比呈下降趋势,而有林地、灌木林地、草地所占百分比呈上升趋势。（2）耕地的斑块数目增加,平均斑块面积在减少,斑块密度上升;有林地的斑块数目减少,平均斑块面积增加,斑块密度下降;草地的斑块数目不断增加,平均斑块面积增加,斑块密度下降。说明耕地向不断破碎化发展而有林地、草地呈现持续扩张的空间集中化特征。（3）耕地、有林地、灌木林地、疏林地面积加权的平均斑块形状指数略有下降,斑块形状趋于简单化,而草地的该指数上升,斑块形状趋于复杂化。（4）从景观水平上看,景观格局变化总体特征是斑块数增加,拼块平均面积减少,斑块密度增加,最大斑块指数减少,说明景观破碎度增加。蔓延度降低,散布与并列指数增加,说明景观类型的相互关系变得复杂,镶嵌度增加。（5）景观多样性指数和土地利用相对合理指数增加,坡度较大的地区,耕地面积明显减少,相应地林地、草地面积明显增加,整体上土地利用结构趋于合理。（6）研究区强度以上水土流失面积15a来减少了23．02km2,减少率为15．13％,水土流失强度向低层次转变。说明随着水库的修建蓄水,加上天然林保护工程、退耕还林工程的实施,二滩库区的水土流失明显好转,生态环境逐渐得到改善。     

鲁中山区采取不同生态修复措施时的土壤粒径分形与孔隙结构特征

 为探索水土保持生态修复工程对土壤物理性质的改良效应,运用分形学理论与方法,研究鲁中山区4种生态修复措施对土壤颗粒组成和孔隙结构的影响。结果表明:1)各种修复措施对土壤水文物理性状都有明显改善作用。具体表现在,土壤中细粒物质含量提高,砂粒含量降低,而土壤分形维数增加,孔隙数量(尤其是毛管孔隙数量明显)增多,土壤密度减小。2)4种修复措施对土壤物理性状的改善程度不同,改良作用最大的是荒坡造林,其次是疏林补植和梯田封育,最小的是荒坡封禁。3)土壤分形维数与细粒物质含量、孔隙数量、土壤密度之间都存在一定的相关性,在作为综合指标定量描述土壤水文物理性状方面具有较大研究价值。     

宁夏环香山地区压砂地土壤微生物结构及功能多样性研究

对压砂地不同利用年限下的土壤微生物群落结构及功能多样性进行了分析。研究结果表明,压砂地不同利用年限的土壤微生物群落总菌数整体上明显低于农田对照,且随着压砂利用年限的增加土壤微生物总菌数呈逐年下降的趋势。压砂利用1~3a,5~10a,10~15a之间均存在显著差异<0.05)。压砂第1a对土壤微生物的功能影响很大,能明显提高微生物对C源的利用能力。压砂1a后,随着压砂利用年限的增加土壤微生物的功能明显下降,且不同压砂年限间的微生物功能差异不显著,说明农田压砂初期由于土地利用方式的改变,提高了土壤蓄水保墒及增温效果,使得土壤微生物物功能和利用强度增加,随着压砂地利用年限的增加作物对土壤养分消耗增大,而土壤中养分得不到补充,使得压砂地土壤微生物环境逐步恶化。     

水位波动下沙介质中饱和度-毛细压力关系滞后研究

通过对气-水两相沙介质中干燥和湿润交替过程中的饱和度-毛细压力(S-p)关系的测定,研究了干燥和湿润交替过程中沙介质内非湿润相流体(空气)运移滞后问题。研究结果表明干燥和湿润过程之间的滞后程度受沙介质干燥-湿润循环次数影响不明显;滞后程度随着循环过程中湿润过程初始水饱和度的增加而逐渐减少。通过利用Van Genuchten(VG)模型对S-p关系进行的拟合和分析发现,水位波动引起的所有干燥过程中,反映侵入压大小的α值均很接近,从实测数据及拟合参数两方面均表明了沙介质的侵入压大致是一常数,不受干燥过程的路径和初始水饱和度的影响;湿润过程中参数α随着本过程初始水饱和度的升高而不断降低,这也表明了参数α值与干燥过程与湿润过程之间滞后性存在正相关。VG模型不但可以描述一般的S-p关系曲线,同时也可用于水位波动复杂条件下干燥和湿润过程中S-p关系的描述。     

磷素营养对大豆磷素吸收及产量的影响

本试验以绥农14大豆为试验材料,利用砂培法,研究了不同供磷水平和不同生育时期断磷对大豆磷素吸收及产量的影响。结果表明:1）较高的供磷水平对大豆中前期植株磷浓度和磷素吸收促进作用明显,初花期（R1）,大豆植株磷素吸收量随供磷水平的提高而持续增加;鼓粒初期（R5）,当供磷水平达到51 mg/L时,再增加磷素营养已无明显促进作用;叶片和茎部磷浓度在磷素水平达到21～31 mg/L时,不再显著上升;到成熟期（R8）,供磷水平达到31 mg/L,对大豆磷素吸收促进作用不明显,达到41 mg/L时,根部磷浓度不再明显增加。2）大豆产量和单株大豆粒数随供磷水平的增加呈单峰曲线变化,供磷水平为31 mg/L处理产量最高,供磷水平为21 mg/L处理的粒数最多;供磷极低水平（1 mg/L）处理大豆植株处理粒数最少,节数也最少,百粒重反而最高。3）大豆鼓粒初期（R5）之前,磷素营养水平是产量形成的关键因素,之后是对磷素营养的非敏感期。V3～R1和R1～R5期间断磷,大豆节数和粒数减少,产量和磷素吸收明显下降,但对植株营养器官磷浓度无明显影响;R5～R7断磷处理影响大豆植株营养体、荚皮和子粒的磷浓度和磷素吸收量,而对产量无明显影响。     

转Bt基因“克螟稻”秸秆还田对稻田厌氧微生物种群和酶活性的影响

采用改良亨盖特技术,通过最大或然数法(mostprobablenumber,MPN法)及固体滚管法,系统研究了转Bt基因克螟稻秸秆对淹水条件下稻田土壤厌氧微生物种群的影响;同时采用比色法,研究其对土壤酶活性的影响。结果表明,克螟稻秸秆对水田土壤反硝化细菌和产甲烷细菌种群有显著的抑制作用(p0.05);对厌氧发酵细菌种群有显著的刺激作用(P0.05);而对厌氧固氮细菌种群有刺激作用但差异未达到显著水平(p0.05)。克螟稻秸秆还田在短期内可显著提高土壤纤维素酶、磷酸酶活性(p0.05),但对脱氢酶活性有明显抑制作用(p0.05)。     

浑善达克沙地飞播区植物多样性的变化——以内蒙古正蓝旗为例

[目的]对内蒙古境内浑善达克沙地植被恢复过程中植物群落的物种组成以及多样性的变化规律进行分析,为该地区的植被恢复提供理论依据和科学指导。[方法]采用样带法对植物群落进行调查。[结果](1)沙地植被恢复5年后群落内共有33种植物,分属于10科27属;(2)随着恢复年限的延长,物种丰富度指数、物种多样性指数、物种均匀度指数和群落盖度均逐渐增大,而生态优势度指数则逐渐减小。植物群落物种由6种(未治理)增加到21种(治理5a),物种多样性指数由1.20增加至2.77,物种均匀度指数由0.67升高至0.91,群落盖度从2.06%增加到75.58%,生态优势度指数由0.57减少至0.32。[结论]浑善达克沙地飞播区植被得到明显恢复,沙地恢复到一定阶段后群落趋于稳定,风沙化得到一定程度的遏制。     

几种植物在模拟污水处理湿地中根际微生物功能群特征的研究

以美人蕉、香蒲、垂穗莎草、玉带草为材料,研究了在模拟人工湿地条件下水生植物根际与非根际土壤中的微生物数量、种群、土壤酶活性特征。结果表明,不同水生植物根际、非根际间的细菌数量无明显差异,而真菌与放线菌的根际与非根际间差异较显著。根际硝化细菌数和反硝化细菌数最多的水生植物都是香蒲,分别为2．17×10^2 个·g-1干土和6．17×10^2个·g-1干土,有机磷细菌数最多的是美人蕉为5．68×10^4 个·g-1干土,无机磷细菌数最多的是玉带草为3．72×10^3 个·g-1干土。4种不同水生植物的根际土壤脲酶、磷酸酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性都较非根际土壤高,湿地植物的根际效应显著。     

土壤菌对植被生长及喷播基质物理结构的影响

通过盆栽试验研究土壤菌对喷播基质物理性质及抗冲抗剪性能的影响。结果表明:土壤菌与黑麦草出苗率及盖度、容重、抗冲性、抗剪性4种基质效应指标之间存在着显著的相互作用关系。土壤菌的应用,明显增加土壤微生物量,基质结构基得到明显改善(基质容重降低了0.10 g/cm3),喷播植物的出苗率和盖度分别增加了55%和0.21,喷播基质抗冲抗剪能力得到改善,这既有微生物菌种对基质物理结构的改善作用,也有促进植物生长和覆盖对地表的保护作用。