贵州高原喀斯特环境退化过程土壤质量的生物学特性研究

通过研究比较不同植被类型下土壤中微生物区系、土壤酶活性和土壤生化作用强度,分析了贵州高原喀斯特环境退化演变过程中土壤质量的生物学特性变化过程。结果表明:随喀斯特环境退化程度加剧,土壤微生物总数下降,各主要生理类群数量呈下降趋势,土壤酶活性减弱,土壤生化作用强度降低,对环境反应敏感,可作为反映土壤质量的生物学指标。土壤微生物和酶活性是表征喀斯特环境退化演替过程中土壤质量的重要特征之一。     

祁连山不同森林植被类型对土壤微生物影响的研究

通过研究不同植被类型下土壤微生物区系、土壤酶活性和土壤生化作用强度,分析了祁连山不同森林植被类型土壤微生物的数量变化、垂直分布、土壤呼吸强度和纤维素分解能力等的变化规律和特征。     

退化喀斯特植被恢复过程中土壤生化作用强度变化

采集贵州花江喀斯特高原生态综合治理示范区内不同恢复阶段的土壤样品,采用微生物培养法及生化活性试验法分析了退化喀斯特植被恢复过程中不同层次、不同生境及根际和非根际土壤生化作用强度的变化。结果表明:退化喀斯特植被恢复过程中土壤生化作用强度存在较大差异。随着退化喀斯特植被的恢复,土壤氨化作用、硝化作用、纤维素分解作用及固氮作用强度明显增强,表现为乔木群落阶段>灌木群落阶段>草本群落阶段>裸地阶段;土壤剖面上土壤生化作用强度均呈明显的垂直分布特征,即随土层深度增加呈递减趋势,具体表现为A层>B层;从生境变化上来看,除裸地恢复阶段外,其他三个阶段的土壤生化作用强度的变化特征总体上表现为石沟比石槽和土面两个小生境偏大的特点,这是因为石沟生境的特点有利于微生物类群及土壤动植物群体的繁殖;根际和根外变化明显,表现为根际>非根际。     

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。     

水旱轮作下水稻土汞污染的微生物和酶活性比较研究

选择长江三角洲地区代表性人为耕作土壤小粉土和黄红壤为研究对象,通过网室盆栽试验研究了水旱轮作下小粉土和黄红壤汞污染的微生物和酶活性的变化。结果表明:收获水稻后和收获青菜后土壤微生物和酶活性变化的共同点是,随Hg处理浓度增加,土壤微生物量碳、呼吸强度、代谢商、土壤酶活性(脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶)均表现为先上升后下降,其峰值浓度因土壤类型、土壤酶类型和栽培作物种类不同而不同。收获水稻后和收获青菜后土壤微生物和酶活性变化的不同点是:土壤类型相同,除代谢商外,水稻收获后的土壤微生物量碳、土壤呼吸强度、土壤酶活性均高于青菜收获后的;栽培作物相同,除呼吸强度和代谢商外,黄红壤的土壤微生物量碳和土壤酶活性均高于小粉土的;与栽培作物类型无关,小粉土酶活性的变异系数明显大于黄红壤。     

喀斯特山地草地土壤酶活性及土壤微生物碳代谢活性研究

为了明确喀斯特山地草地土壤微生物碳代谢功能,研究采用经典统计分析与排序分析,连续3年研究了桂西北喀斯特山地草地不同海拔土壤酶活性和土壤微生物碳代谢活性,并探讨了二者的相关关系。结果表明:(1)不同海拔喀斯特山地草地土壤养分含量(全氮、全碳、全钾、速效磷、碱解氮)呈一致的变化趋势,表现为中海拔高海拔低海拔,并且在不同海拔差异均显著(p0.05);而土壤pH值表现为中海拔高海拔低海拔。(2)不同海拔喀斯特山地草地土壤微生物碳源利用差异较大,其中羧酸类和碳水化合物是主要的碳源类物质,其次为氨基酸类、酚酸类和聚合物类,胺类碳源的利用率最小。(3)不同海拔喀斯特山地草地土壤微生物群落多样性指数随年份的增加而增加(2015—2017年),平均碳源利用丰富度指数(S)、均匀度指数(E)和物种丰富度指数(H)均表现为低海拔中海拔高海拔。(4)不同海拔喀斯特山地草地土壤酶活性(几丁质酶、糖苷酶、碱性磷酸酶、亮氨酸氨基肽酶、过氧化物酶δ和酚氧化酶δ)随年份的增加而增加,平均酶活性均表现为低海拔中海拔高海拔。(5)土壤微生物量碳、微生物呼吸和土壤微生物代谢熵从2015—2017年均呈增加趋势,3年内土壤微生物呼吸平均值基本表现为中海拔高海拔低海拔。(6) RDA排序分析表明:土壤微生物群落多样性与土壤酶活性呈显著或极显著的相关关系,其中土壤微生物代谢熵和微生物呼吸是土壤微生物多样性分布的主要影响因子,而土壤全碳和全氮与土壤微生物群落功能多样性呈显著的正相关,由此表明土壤全碳和全氮是造成不同海拔喀斯特山地草地土壤微生物群落多样性差异的重要原因。     

樟子松林下土壤养分、微生物及酶活性的研究

为探讨樟子松林土壤生化特性及其与土壤肥力的关系,本文对我国最重要樟子松原产地—红花尔基地区的不同林龄樟子松林下土壤养分、微生物及酶活性进行了测定和分析,结果表明:不同林地的土壤养分、微生物和酶活性均表现出差异。土壤养分、微生物和土壤酶活性总体变化趋势是先随着树龄增加而增加,到60~70年树龄时达到最大,后随着树龄增大各项指标呈现下降的趋势。土壤微生物数量、酶活性与土壤养分含量之间呈显著相关关系,可作为评价土壤肥力的指标。     

粤北铅锌矿区土壤生态系统微生物特征及其重金属含量

粤北大宝山金属矿产资源的开发给生态环境带来了严重危害。对该铅锌矿区土壤的微生物特征进行研究。结果表明:五节芒植物中的元素含量表现为Zn>Pb>Cu>Cd,Zn与土壤元素的相关性最为显著,其次为Pb。与对照土壤相比,矿区土壤的微生物基础呼吸作用增强,但微生物生物量却显著降低,微生物生理生态参数Cmic/Corg、qCO2值明显升高。随着矿区土壤的重金属含量增加,矿区(1#、2#)土壤的生化作用强度明显下降,生化作用表现为与土壤重金属含量呈显著负相关。与非矿区(6#)土壤相比,其中土壤氨化作用、硝化作用、固N作用和纤维素分解作用强度分别下降43.19%～70.01%,70.71%～92.02%,58.54%～87.76%和55.00%～79.60%。生化作用表现为与土壤中重金属含量呈显著负相关。土壤微生物活性下降是矿区土壤生态系统遭受破坏的重要标志之一,也是矿区土壤微生物生态演变的重要因素之一。土壤微生物活性降低削弱了矿区土壤中C、N营养元素的循环速率和能量流动。     

不同处理采伐剩余物对营造杉木幼林土壤胞外酶活性的影响

土壤酶对森林生态系统生物化学过程有重要作用,能快速反映土壤环境(如养分含量和有效性)的变化。采伐剩余物是林地土壤养分的重要来源,其处理方式会对森林土壤的养分含量和有效性产生影响。为探讨采伐剩余物不同处理方式对杉木幼林土壤酶活性的影响,在福建省三明市格氏栲自然保护区40年生的杉木成熟林采伐迹地上对采伐剩余物进行不同处理(保留RR、火烧RB、去除R)并种植杉木幼林,通过采集0-10,10-20 cm土层土壤,对6种胞外酶活性进行研究。结果表明:(1)采伐剩余物处理4年后,相比保留处理,火烧和清除处理的土壤可溶性有机碳、可溶性有机氮、无机氮、硝态氮含量均显著下降。其中火烧处理下硝态氮下降幅度显著高于清除处理,2个土层下降幅度平均分别为88%和51%;(2)相比保留处理,火烧和清除处理土壤微生物生物量碳和微生物生物量磷含量以及6种土壤酶活性,即酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、过氧化酶、酚氧化酶均明显更低,而且火烧处理两土层微生物生物量碳和微生物生物量磷含量显著低于清除处理;(3)冗余分析表明,0-10 cm土层土壤酶活性与微生物生物量磷、微生物生物量碳含量显著相关,而可溶性有机氮、硝态氮、微生物生物量碳是影响10-20 cm土层土壤酶活性变化的关键因子。保留采伐剩余物有利于提高土壤养分和酶活性,是土壤肥力维持和森林生产力提高的有效经营管理措施。     

早稻秸秆还田对次年早稻土微生物及酶的影响

为了探明翻耕条件下秸秆还田量对土壤生物学特性的影响,制定合理的秸秆还田量,减少环境的污染和保障农业的可持续性发展,通过定位试验进行了0%、33%、67%、100%早稻秸秆覆盖翻耕对次年早稻土壤微生物数量、微生物活度、稻草腐解酶活性、氨化作用强度及硝化作用强度的影响研究.结果表明:在次年早稻生长期内,土壤好气性和嫌气性细菌数量呈现前期迅速提高,中后期快速下降的趋势,真菌和放线菌数量呈现前期迅速下降,中后期缓慢上升的趋势.土壤微生物活度则呈前期上升,中期达到最高点后开始下降,后期又有所回升的趋势.土壤木聚糖酶和纤维素酶活性以分蘖盛期为界点,表现出前期增加、后期下降的特点;土壤脲酶呈现先缓慢下降,再迅速下降,最后再缓慢上升的趋势;而土壤蛋白酶和过氧化氢酶的活性在早稻各个生育期的变化不大.土壤氨化作用强度的变化特点是先下降后上升,在齐穗期达到高峰后又迅速下降;而土壤硝化作用强度则呈现前期快速下降、中期缓慢增加、后期再急剧下降的趋势.土壤微生物数量及活性分析评价发现,在双季稻栽培时,配合水稻专用复混肥一次性施用,以早稻秸秆2 500～5 000 kg·hm-2翻耕还田较为适宜.     

Responses of extracellular enzymes to simple and complex nutrient inputs

Soil microbes produce extracellular enzymes that mineralize organic matter and release carbon and nutrients in forms that can be assimilated. Economic theories of microbial metabolism predict that enzyme production should increase when simple nutrients are scarce and complex nutrients are abundant; however, resource limitation could also constrain enzyme production. We tested these hypotheses by monitoring enzyme activities and nutrient pools in soil incubations with added simple and complex nutrient compounds. Over 28 days of incubation, we found that an enzyme's activity increased when its target nutrient was present in complex but not simple form, and carbon and nitrogen were available. β-Glucosidase and acid phosphatase activities also increased in treatments where only carbon and nitrogen were added. Glycine aminopeptidase and acid phosphatase activities declined in response to ammonium and phosphate additions, respectively. In some cases, mineralization responses paralleled changes in enzyme activity—for example, β-glucosidase activity increased and respiration was 5-fold greater in soil incubations with added cellulose, ammonium, and phosphate. However, a doubling of acid phosphatase activity in response to collagen addition was not associated with any changes in phosphorus mineralization. Our results indicate that microbes produce enzymes according to ‘economic rules’, but a substantial pool of mineral stabilized or constitutive enzymes mediates this response. Enzyme allocation patterns reflect microbial nutrient demands and may allow microbes to acquire limiting nutrients from complex substrates available in the soil.     

高寒草地不同退化程度下土壤微生物及土壤酶活性变化特征

为探讨不同退化程度对高寒草地土壤微生物及土壤酶活性的影响,以青藏高原东北缘祁连山3种不同退化程度(轻度退化、中度退化、重度退化)高寒草地为研究对象,测定和分析土壤3大类微生物(细菌、真菌、放线菌)和氮素生理群(氨化细菌、好气性固氮菌、嫌气固氮菌、硝化细菌、反硝化细菌)数量、微生物量(碳、氮)及土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶)变化特征。结果表明:(1)相同土层不同退化程度,土壤3大类微生物数量、氮素生理群、微生物量以及土壤酶活性随退化程度的加重总体呈减小的趋势,重度退化程度下各指标含量最小,中等退化程度可增加10—20cm土壤放线菌、氨化细菌及反硝化细菌数量和20—30cm土壤细菌、真菌、放线菌、好气性固氮菌、反硝化细菌数量;(2)不同土层相同退化程度,土壤3大类微生物数量、氮素生理群、微生物量以及土壤酶活性随土层深度的加深均逐渐减小。研究结果对评价草地退化程度提供了新思路,同时为高寒草地的恢复和重建提供了重要的理论依据。     

Soil enzyme activity in an old-growth northern hardwood forest: Interactions between soil environment,ectomycorrhizal fungi and plant distribution

Plants and soil microbes produce extracellular enzymes (EE) that catalyze the hydrolysis of nitrogen (N) and phosphorus (P) containing compounds in soil and other enzymes involved in degradation of lignin and cellulose. We explored whether soil enzyme activity involved in carbon (C), N and P cycling were correlated with plant distribution, soil chemical conditions and the identity of fungi colonizing tree roots in an old growth forest remnant. Terminal restriction fragment length polymorphism (TRFLP) was used to determine the presence of root fungi and standard fluorometric analysis was used to determine soil enzyme activities. Soil enzymes were consistently positively correlated with soil C and N, but not CN ratio. Soil P was also correlated with enzyme activity during both June and September sampling. We saw no significant relationships between herbaceous plant cover and enzyme activity in June, but there were significant positive correlations between α-glucosidase and herbaceous plant coverage in September. We also found that some enzymes were significantly correlated with the identity of fungi colonizing tree roots separated from the soil cores. Chitinase and β-glucosidase were positively correlated with the genera Russula and Piloderma while chitinase was negatively correlated with Amanita and Entoloma. In addition, phosphatase was positively correlated with Russula, Meliniomyces and Solenopezia. Our results suggest that enzyme activity in old growth forest soils are affected by a variety of environmental factors, and that herbaceous plants and some root fungi may be associated with sites of elevated or decreased decomposition potential and nutrient cycling.     

湿地松林土壤生化特性和酶活性对模拟硫沉降的响应

以亚热带湿地松人工林为研究对象,通过3种水平(对照CK:pH 6.5;低硫LS:pH 4.5;高硫HS:pH 2.5)的模拟硫沉降控制试验,分析土壤生化特性及酶活性对硫添加的响应。结果表明:(1)硫输入促进了土壤酸化,0—5 cm土层土壤pH在HS处理下显著降低,5—10 cm土层土壤pH在LS和HS处理下显著降低(P0.05);(2)硫输入对土壤有机碳库存在一定影响,土壤总有机碳(TOC)对硫输入无显著响应,但土层间的差异性显著增加(P0.05),土壤可溶性有机碳(DOC)受影响有限,5—10 cm土层微生物量碳(MBC)LS显著降低(P0.05);(3)硫输入对土壤有效氮库影响存在差异,土壤可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH_4~+—N)尚未表现出显著变化,土壤硝态氮(NO_3~-—N)、土壤微生物量氮(MBN)均在HS处理下显著降低,且硫输入加剧土层间的差异性(P0.05);(4)硫输入抑制了酶活性,土壤脲酶活性在HS处理下显著降低(P0.05),土壤蔗糖酶活性无显著变化,但硫输入均弱化了土层间酶活性的差异性。综合分析所有处理下的土壤生化性质和酶活性等指标发现,对硫添加响应敏感的是土壤pH和酶,土层是另外一个主要影响因子,硫添加和土层的交互作用则影响有限。采用Pearson分析得出,硫输入改变了土壤生化特性、酶活性等指标间的相关性程度。可见,酸雨对土壤酸化的影响是一个逐渐累积的过程,外源性硫添加对土壤碳氮及酶活性的影响存在一定差异,这可为硫沉降环境胁迫下森林管理提供科学依据。     

红壤丘陵区人工林恢复措施对土壤酶活性和微生物学性质的影响

我国红壤丘陵区水土流失较严重。本文研究人工林对土壤(0～20和20～40 cm)酶活性和微生物学性质的短期(13～14年)影响。土壤转化酶、脲酶、多酚氧化酶活性在次生天然林和湿地松樟树混交林中高于其他林分。次生天然林和湿地松樟树混交林土壤微生物生物量和土壤呼吸值较大、有机碳活性较强、土壤微生物基质利用效率较高。因此,短期影响下,湿地松樟树混交林较之针叶纯林和针叶混交林可改善土壤生化强度和微生物活性。     

麦秸配施纤维素降解细菌对果园土壤有机碳库及生化特性的影响

  目的  研究果园土壤有机碳库及生化性质对小麦秸秆还田配施不同纤维素降解细菌的响应特点。  方法  以豫北碱性果园土壤为研究对象,采用室内培养法,以不添加麦秸及纤维素降解菌为对照（CK）,研究仅添加麦秸（S）及麦秸分别配施尼氏芽孢杆菌（Bacillus nealsonii,S + B）、科恩氏菌（Cohnella,S + C）、灿烂类芽孢杆菌（Paenibacillus lautus,S + P）处理对土壤有机碳含量、酶活性、速效养分含量及盐碱性的影响。  结果  培养100 d内有机碳矿化速率呈现先升高后下降的趋势,且与一级动力学模型高度拟合。麦秸配施纤维素降解菌处理的土壤有机碳矿化速率、累计矿化量及潜在可矿化碳含量均高于S处理。S + B处理的土壤总有机碳、微生物量碳、水溶性有机碳和易氧化有机碳含量分别比S处理提高10.14%、35.53%、26.27%和24.34%。麦秸配施纤维素降解菌提高土壤碳库管理指数和土壤酶活性,其中S + B处理的纤维素酶、碱性磷酸酶及脱氢酶活性均显著高于S处理。与仅添加麦秸相比,麦秸配施纤维素降解菌显著增加土壤速效氮、磷、钾及可交换性镁含量,降低可交换钙含量和pH值。土壤速效氮、磷及微生物量碳是影响有机碳矿化的主要因素。  结论  麦秸配施纤维素降解菌显著提高土壤有机碳库活度及含量,改善土壤生化性质,以尼氏芽孢杆菌的促进作用相对较高。     

广东省典型土壤类型和土地利用方式对土壤酶活性的影响

通过野外调查与室内分析,研究了广东省韶关红壤、广州赤红壤、雷州砖红壤3个典型地带性土壤分布区4种不同土地利用方式(包括林地、果园、草地和农田)对表层(0~20 cm)土壤几种主要酶活性(过氧化氢酶、纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性)的影响。结果表明,不同土壤类型和不同土地利用方式对土壤酶活性均有一定影响,其中土地利用方式影响更为明显。土壤酶活性多表现为果园和林地较高,农田和草地较低;而土壤过氧化氢酶对土地利用方式和土壤类型的响应均较其它几种酶弱。典范相关分析结果表明,全磷、速效磷、速效氮含量是土壤养分因子中影响土壤酶活性的最重要因素,5种酶中纤维素酶和蛋白酶活性与土壤养分因子关系最大,而土壤酶活性之间也存在着一定的共性关系。     

不同植被群落下喀斯特土壤养分及生物化学性质特征

为了探讨植被群落对喀斯特土壤养分和生物化学性质的影响,对贵州茂兰国家级自然保护区不同植被群落下土壤养分、基础呼吸、微生物量碳及酶活性进行比较研究。结果表明:不同植被群落之间土壤养分含量差异显著,土壤总有机碳、全氮、全磷、碱解氮和有效磷表现为裸露地<草丛<灌丛≤乔林;土壤基础呼吸表现为裸露地<灌丛<乔林<草丛,诱导微生物量碳为裸露地<灌丛<草丛=乔林,而熏蒸微生物量碳为裸露地<草丛<灌丛<乔林;不同植被群落下土壤蔗糖酶活性高于裸露地,但不同植被群落间差异不显著,土壤脲酶活性有着裸露地<草丛=灌丛<乔林的趋势,而土壤碱性磷酸酶活性表现为裸露地<灌丛<乔林<草丛;土壤呼吸商和诱导微生物量与熏蒸微生物量比值均表现为乔林=灌丛<草丛=裸露地。结果分析表明,不同植被群落下喀斯特土壤养分水平及其凋落物差异影响着土壤微生物群落结构及活性,而土壤微生物执行着土壤营养元素生物化学过程,其群落结构和活性又影响着土壤养分水平及养分有效性。     

三江平原湿地不同土地利用方式对土壤养分及酶活性的影响

以中国科学院三江平原湿地生态试验站为对象,研究了不同利用方式（湿地草甸、旱田系统、退耕成草、退耕成林）对土壤酶活性分布特征及相关因子的影响。结果表明:土壤利用方式不同,土壤酶活性（转化酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶）、有机碳含量和土壤养分含量有较大差异。土壤有机碳、全氮、全钾、速效磷、碱解氮、微生物量碳和氮均呈现出一致的变化规律,依次表现为湿地草甸 > 退耕草地 > 退耕林地 > 旱田系统,也即由湿地草甸退化过程中,土壤养分含量逐渐降低,其中不同土地利用方式下土壤全磷含量差异不显著（p>0.05）,在湿地的退化过程中,土壤全磷并没有发生显著的变化。与湿地草甸相比,土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均显著降低,其活性分别降低了32.69%,36.71%,50.00%,44.28%,由旱田系统恢复为湿地草甸系统后,土壤各种酶活性均显著增加,其中土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性分别比旱田系统增加了26.68%,31.51%,48.19%,43.84%;表明由湿地草甸开垦为耕地和由耕地恢复为湿地草甸和林地,发生着两种不同的生物学过程,前者为微生物降解过程,而后者则为微生物累积过程。相关性分析表明SOC,TN和SMBC对土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的贡献为正,对土壤酶活性起到主导作用。主成分分析表明影响土壤酶活性最主要的因子为SOC,TN和SMBC。     

Microbial function in adjacent subtropical forest and agricultural soil

Soil microbial communities and their activities are altered by land use change; however impacts and extent of these alterations are often unclear. We investigated the functional responses of soil microbes in agricultural soil under sugarcane and corresponding native soil under Eucalyptus forest to additions of contrasting plant litter derived from soybean, sugarcane and Eucalyptus in a microcosm system, using a suite of complimentary techniques including enzyme assays and community level physiological profiles (CLPP). Initially agricultural soil had 50% less microbial biomass and lower enzyme activities than forest soil, but significantly higher nitrification rates. In response to litter addition, microbial biomass increased up to 11-fold in agricultural soil, but only 1.8-fold in forest soil, suggesting a prevalence of rapidly proliferating ‘r’ and slower growing ‘K’ strategists in the respective soils. Litter-driven change in microbial biomass and activities were short lived, largely returning to pre-litter addition levels by day 150. Decomposition rates of sugarcane and soybean litter as estimated via CO₂ production were lower in agricultural than in forest soil, but decomposition of more recalcitrant Eucalyptus litter was similar in both soils, contradicting the notion that microbial communities specialise in decomposing litter of the dominant local plant species. Enzyme activities and community level physiological profiles (CLPP) were closely correlated to microbial biomass and overall CO₂ production in the agricultural soil but not the forest soil, suggesting contrasting relationships between microbial population dynamics and activity in the two soils. Activities of enzymes that break down complex biopolymers, such as protease, cellulase and phenol oxidase were similar or higher in the agricultural soil, which suggests that the production of extracellular biopolymer-degrading enzymes was not a factor limiting litter decomposition. Enzyme and CLPP analyses produced contrasting profiles of microbial activity in the two soils; however the combination of both analyses offers additional insights into the changes in microbial function and community dynamics that occur after conversion of forest to agricultural land.