长白山苔原生态系统土壤酶活性及微生物生物量对增温的响应

采用开顶箱(open-top chamber,OTC)增温方法 (+1.1~1.9℃),研究了长白山苔原生态系统土壤酶活性、土壤微生物生物量、土壤微生物群落结构及土壤微生物呼吸对温度升高的响应。结果表明,连续三个生长季(6-9月)增温,没有明显地改变土壤蔗糖酶(58.1和45.9 mg g-124 h-1)和纤维素酶(0.34和0.26 mg g-172 h-1)的活性,但土壤脲酶活性升高80.1%(0.82和0.46 mg g-124 h-1),过氧化氢酶活性也升高10.1%(1.18和1.07 ml KMnO4g-1h-1)。增温与对照条件下土壤微生物生物量碳含量(0.85和0.75 mg g-1)、氮(0.07和0.06 mg g-1)、磷(0.013和0.011 mg g-1)和土壤微生物呼吸(6.1和6.3μmol m-2s-1)无明显差异。相关分析表明,土壤微生物生物量月际间明显的变化与土壤含水量及土壤有机质的相对变化有关。增温改变了土壤微生物的群落结构。增温并未引起与碳循环相关的酶活性、土壤微生物生物量和土壤微生物呼吸发生明显变化,可能是短期增温及增温幅度不足以使土壤微生物活性产生明显的改变。     

模拟增温增雨对克氏针茅草原土壤呼吸的影响

利用开顶式生长室（OTC）于2011年7-9月和2012年5-9月两个植物生长季在以克氏针茅（Stipa krylovii）为主要建群种的典型草原进行模拟增温和增雨的控制试验,以探讨增温和增雨及其交互作用对内蒙古克氏针茅（S.krylovii）草原土壤呼吸的影响。结果表明：（1）土壤呼吸速率日内变化和逐日变化均呈单峰曲线趋势,全天15：00达到最高值（2.26μmol·m-2·s-1）,生长季8月初达到最高值（5.51μmol·m-2·s-1）。9：00-11：00土壤呼吸速率能较好代表全天24h均值。（2）与对照相比,增温1.91℃使土壤呼吸速率降低19.0%,且白天降幅大于夜间。增雨20%使土壤呼吸速率较对照增加18.6%。而增温增雨（气温增加1.64℃,降雨量增加20%）处理下,土壤呼吸速率较对照增加13.0%。（3）土壤呼吸速率与土壤含水量、土壤温度均具有显著相关关系。约79%的土壤呼吸速率是由土壤温度和土壤含水量共同决定的,其中以土壤含水量为主（R2=0.797,P〈0.001）。气温升高使土壤含水量降低,间接导致土壤呼吸速率下降。研究结果可为典型草原科学应对气候变化和草地畜牧业可持续发展提供依据。     

氮沉降对亚热带常绿阔叶天然林不同季节土壤微生物群落结构的影响

以亚热带地区细柄阿丁枫(Altingia gracilipes)天然林为研究对象,开展2年(2010—2011年)的原位模拟大气氮沉降试验,设置3个氮水平(以氮(N)含量计算):对照(CK, 0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(LN, 50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、高氮(HN,100 kg·hm~(-2)·a~(-1))。采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术探讨常绿阔叶天然林土壤微生物群落结构对氮沉降的响应。结果表明,天然林土壤微生物以细菌为优势类群,占微生物总PLFA含量的78.3%。夏季土壤微生物群落结构与其他季节发生显著差异;LN仅显著改变夏季土壤微生物群落结构;HN导致春季和冬季土壤微生物群落结构发生显著分异,且在不同季节对土壤微生物变化类群的影响不同。此外,氮沉降未使真菌与细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比(G+∶G-)发生显著改变,而使不同结构的环丙烷脂肪酸或异构脂肪酸等特殊脂肪酸比值发生改变,这表明短期氮沉降虽然改变了土壤微生物的群落结构,但并未影响微生物对环境变化的响应力,微生物可能通过改变特殊脂肪酸含量应对短期氮沉降,不同季节的应对策略有一定差异。因此,在探讨氮沉降对亚热带地区森林生态系统土壤微生物群落结构的影响时有必要考虑季节因素。     

乙草胺对土壤微生物数量及土壤呼吸的影响

通过室内瓶培养试验,研究了不同浓度(0.3、3、30μgkg-1干土)乙草胺对土壤呼吸、土壤细菌、放线菌和真菌数量的影响,结果表明乙草胺在培养初期促进土壤呼吸强度,之后土壤呼吸强度恢复到对照水平,甚至有降低的趋势;对细菌数量有先增长后抑制的趋势;对放线菌数量具有促进-抑制-恢复的趋势;对土壤真菌数量具有先抑制-恢复-促进的趋势。其研究结果为合理施用乙草胺提供理论依据。     

腾格里沙漠植被重建对土壤呼吸的影响

植被重建是防止和控制沙漠化的有效措施之一。为探讨腾格里沙漠植被重建对土壤呼吸的影响,利用Li-6400-09土壤呼吸室于2007年观测了1989年建立的植被重建区和流沙区土壤呼吸差异,并采用根系隔离法区分了植被重建区的土壤基础呼吸和根际呼吸。结果表明,植被重建18a显著影响了该区土壤CO2的释放过程,总土壤呼吸速率由流沙区的CO20.107±0.008μmolm-2s-1显著增加到植被区CO20.483±0.033μmolm-2s-1,而且出现了较为明显的季节波动。植被重建不但导致根际呼吸速率增加,而且影响了土壤基础呼吸速率。此外,植被重建区灌木的缀块状分布格局和养分的空间异质性导致了土壤呼吸的空间差异。     

模拟酸雨对亚热带阔叶树苗土壤呼吸的影响

通过利用pH2.5、4.0和5.6的模拟酸雨喷淋乐东拟单性木兰(Paramecia latungensis)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)和秃瓣杜英(Elaeocarpus glabripetalus)3种浙江典型地带性阔叶植物幼苗-土壤系统(编号分别为PL、CG和EG),研究了模拟酸雨短期胁迫对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)不同生长季,重度酸雨(pH2.5)对PL和CG植物下土壤呼吸E值影响显著,PL均低于对照(pH5.6),CG冬季低于对照而春夏较对照高,EG仅冬季变化显著。中度酸雨(pH4.0)对PL的E值作用显著,除2007年8月较对照高25.3%外,均低于对照。CG的E值于2006年12月和2007年8月分别受中度酸雨的显著影响,12月低于对照,而8月升高至1.96μmol m-2s-1。中度酸雨仅在2007年11月使EG的E值显著降低了18.0%。(2)在生长周期内,PL和EG的土壤呼吸对模拟酸雨无显著响应,CG虽分别升高了87.8%(重度酸雨组)和11.1%(中度酸雨组),但是仅重度酸雨作用显著。(3)影响PL及CG土壤呼吸的主要因素是土壤温度和模拟酸雨,EG以土壤温度为主因子。模拟酸雨对CG土壤呼吸的作用强于PL,CG土壤呼吸E值与酸雨pH负相关。     

不同施肥处理对黑土土壤呼吸的影响

基于中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验,采用静态箱式法研究了玉米生长期间不同施肥处理对黑土土壤呼吸的影响。结果表明,在玉米生长期间,土壤呼吸速率表现出明显的季节性变化,分别在出苗后23、37、50、63、87、110 d出现峰值,其中最大峰值出现在出苗后第87天,其后土壤呼吸速率呈下降趋势,直到玉米收获,而根际呼吸速率的季节性变化规律与土壤呼吸相似,土体呼吸速率则主要受气温变化影响;玉米生长显著影响土壤呼吸,土壤呼吸速率的变化基本与玉米生长规律相一致,随生长而增加,随衰老而减小;施肥对土壤呼吸速率、根际呼吸速率有明显的影响,但对土体呼吸速率影响较小,从整个玉米生长期来看,NPKOM处理的土壤呼吸速率和根际呼吸速率最高,其中NPKOM处理土壤呼吸速率为C 27.5~474 mg m-2h-1,NPK处理和NP处理变化范围相近,分别为C 25.9~339 mg m-2h-1和C 29.5~358 mg m-2h-1,NK处理与CK处理变化范围分别为C 28.4~208 mg m-2h-1和C 22.1~184 mg m-2h-1;施肥对土壤呼吸量和根际呼吸量有显著的影响,表现为NPKOM>NPK>NP>CK>NK;在整个玉米生育期中,土壤呼吸累积量在拔节孕穗期和乳熟期出现两个峰值,表现为双峰曲线的变化规律,而土体呼吸累积量只在拔节孕穗期出现峰值,呈抛物线型,根际呼吸量在苗期最低,乳熟期最高,乳熟期后,根际呼吸量下降。     

氮沉降对亚热带常绿阔叶天然林不同季节土壤微生物群落结构的影响

以亚热带地区细柄阿丁枫(Altingia gracilipes)天然林为研究对象,开展2年(2010—2011年)的原位模拟大气氮沉降试验,设置3个氮水平(以氮(N)含量计算):对照(CK,0 kg·hm-2·a-1)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、高氮(HN,100 kg·hm-2·a-1)。采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术探讨常绿阔叶天然林土壤微生物群落结构对氮沉降的响应。结果表明,天然林土壤微生物以细菌为优势类群,占微生物总PLFA含量的78.3%。夏季土壤微生物群落结构与其他季节发生显著差异;LN仅显著改变夏季土壤微生物群落结构;HN导致春季和冬季土壤微生物群落结构发生显著分异,且在不同季节对土壤微生物变化类群的影响不同。此外,氮沉降未使真菌与细菌比(F:B)和革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比(G+:G-)发生显著改变,而使不同结构的环丙烷脂肪酸或异构脂肪酸等特殊脂肪酸比值发生改变,这表明短期氮沉降虽然改变了土壤微生物的群落结构,但并未影响微生物对环境变化的响应力,微生物可能通过改变特殊脂肪酸含量应对短期氮沉降,不同季节的应对策略有一定差异。因此,在探讨氮沉降对亚热带地区森林生态系统土壤微生物群落结构的影响时有必要考虑季节因素。     

森林生态系统土壤呼吸研究进展

森林土壤碳是全球碳库的重要组成部分,在全球碳循环方面发挥着重要作用。土壤呼吸是当前碳循环研究领域中的一个热点问题,而且目前土壤呼吸已经成为陆地生态系统中向大气释放CO2最大的源。把土壤呼吸量与植物群落生长之间的关系进行分析比较,是理解森林生态系统碳素平衡的核心。在综合介绍国内外有关土壤呼吸的各种测定方法的基础上,对国内外有关森林土壤呼吸的已有研究成果进行了述评,指出了森林土壤呼吸研究工作今后的努力方向。     

夜间增温对冬小麦土壤微生物量碳氮及其活性的影响

全球气候变暖存在明显的昼夜不对称性,夜间气温升高幅度显著高于白天,但目前关于夜间增温对土壤微生物影响的田间研究尚较少。为此,本研究采用夜间被动式增温系统(passive nighttime warming,PNW),在我国冬小麦主产区(石家庄、徐州、许昌和镇江)进行全生育期田间增温试验,于2008—2010年监测了土壤微生物对夜间增温的响应。结果显示,与不增温对照相比,夜间增温可显著降低土壤微生物量碳、氮含量和微生物活性。冬小麦整个生育期中,夜间增温分别使石家庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤微生物量碳平均降低11.4%、7.8%、10.9%和8.5%,微生物量氮平均降低15.2%、16.7%、13.8%和8.4%,微生物呼吸速率平均下降6.6%、9.6%、7.0%和11.1%。在整个增温过程中,石家庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤水分含量分别下降8.8%、3.7%、3.8%和2.9%,与对照相比差异不显著。同时,该夜间增温系统使相应试验点0~5 cm土层的温度分别提高1.2℃、0.7℃、0.7℃和0.7℃。本试验表明,夜间增温将可能通过改变土壤微生物特性而影响土壤碳/氮循环,从而影响到土壤养分供应和冬小麦生长;且表现出了一定的纬度差异性。     

森林演替和气候变暖对暖温带天然次生林植物根系呼吸的交互效应

为了揭示森林演替和气候变暖及交互过程对森林土壤自养呼吸和森林不同层次植物根系呼吸的影响,以关帝山不同演替阶段4种天然次生林(杨桦阔叶落叶林、油松针阔混交林、华北落叶松林和云杉林)为研究对象,于2016—2019年利用Li—6400便携式分析仪观测每种林型不同层次植物根系呼吸和土壤自养呼吸生长季的变化规律;同时采用温室加热法,模拟增温对土壤自养呼吸及各组分的影响。结果表明:(1)根系呼吸速率和土壤自养呼吸速率随演替的进行而降低。乔木层根系呼吸对土壤自养呼吸的贡献率随演替进行则显著上升,而灌木层和草本层的贡献率则显著下降。(2)增温显著提高了不同演替阶段自养呼吸速率,提高幅度为8.48%~8.76%,并随演替进行而升高。森林不同层次植物根系呼吸速率对增温的响应程度不同,其中增温显著提高了草本层和灌木层植物根系呼吸速率,提高幅度分别为10.88%~14.00%和8.37%~15.26%,而[JP]对乔木层植物根系呼吸速率作用则不显著。增温降低了土壤自养呼吸和乔木层根系呼吸的贡献率,则提高了草本层根系呼吸对土壤自养呼吸的贡献率。(3)增温和演替没有改变土壤自养呼吸及各组分在生长季变化规律,但演替和增温对土壤自养呼吸、草本层和灌木层植物根系呼吸有显著的耦合效应。综上所述,森林土壤自养呼吸和根系呼吸速率随演替进行具有降低的趋势,土壤自养呼吸速率、灌木层和草本层植物根系呼吸速率对增温响应程度显著,并且对演替和增温的交互过程有显著的耦合效应,为气候变暖背景下森林更新过程对森林土壤碳排放影响的研究提供数据支持和理论依据。     

降雨季节亚热带常绿阔叶林透冠雨对土壤可溶性有机质的迁移作用

[目的] 作为森林土壤中活性最高的组分,可溶性有机质(DOM)不仅可以直接被微生物利用,还是生态系统中C、N、P等元素迁移的主要载体,其迁移过程受到透冠雨驱动的水力作用和溶解过程的影响。[方法] 通过野外原位控制透冠雨输入试验,以亚热带常绿阔叶林的砂质红壤为对象,对照林窗降雨,分析降雨季节森林透冠雨对不同土层土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)和可溶性有机磷(DOP)动态变化的影响。[结果] (1)相对于林窗降雨,整个降雨季节以透冠雨为载体输入到土壤的DOM显著增加(p<0.01),DOC、DON和DOP浓度分别增加37.00%,93.47%,85.12%,DOC、DON和DOP通量分别增加20.76%,49.93%,61.55%,但通过40 cm深土壤后,其输出通量差异并不显著,表明土壤对透冠雨中DOM具有较强的吸收能力。(2)相较于林窗降雨,透冠雨显著降低土壤表层输入C/N的29.19%,C/P的26.00%,而无明显改变N/P,而经过40 cm深土壤后,透冠雨显著降低土壤40 cm深度输入C/N的19.35%,C/P的13.35%和N/P的7.45%。表明透冠雨DOM增加主要是因为吸收冠层中的DON与DOP,而在土壤中DOM减少部分主要集中在DOC与DOP。(3)土壤DOC与DOP表现为截留减少,而DON表现为富集增加。相较于林窗降雨,透冠雨显著增加0—40 cm土壤对DOC截留量的39.93%和DOP截留量的72.42%,显著减少对DON释放量的32.37%。[结论] 研究结果充分证明亚热带常绿阔叶林透冠雨能促进DOM的输入,有利于土壤各层次对DOM的吸收,对于生态系统可持续经营和管理具有一定的科学意义。     

Experimental Warming Effects on Soil Respiration,Nitrification, and Denitrification in a Winter Wheat-Soybean Rotation Cropland

A field experiment was conducted to examine responses of soil respiration, nitrification, and denitrification to warming in a winter wheat (Triticum aestivum L.)–soybean (Glycine max (L.) Merr) rotation cropland. The results showed that seasonal variations in soil respiration were positively related to seasonal fluctuations in soil temperature. Seasonal mean soil respiration rates for the experimental warming (EW) and control (CK) plots were 3.98 ± 0.43 and 2.54 ± 0.45 μmol m^?2 s^?1, respectively, in the winter wheat growing season, and they were 4.59 ± 0.16 and 4.36 ± 0.08 μmol m^?2 s^?1, respectively, in the soybean growing season. There was a marginally significant level (p = 0.097) for mean nitrification rates between EW and CK plots. Soil temperature and moisture accounted for 58.2% and 58.1% of the seasonal variations observed in the winter wheat and soybean plots, respectively.     

川西南常绿阔叶林土壤呼吸及其对氮沉降的响应

通过原位进行低氮(LN,50 kg N/hm2.a)、中氮(MN,100 kg N/hm2.a)和高氮(HN,150 kg N/hm2.a)处理,研究了川西南天然常绿阔叶林土壤呼吸及其对模拟N沉降的响应。结果表明:(1)该森林土壤呼吸速率最大值612.21±77.82 mg CO2/m2.h出现在7月份,最小值108.95±17.01 mg CO2/m2.h出现在2月,年均土壤呼吸速率为348.00±157.83 mg CO2/m2.h,年均土壤呼吸通量为8.31±3.77 t C/hm2.a。采用双因素关系模型(Rs=aebTWc),土壤温度和土壤湿度共同解释了该常绿阔叶林2005年10月~2006年7月土壤呼吸速率季节变化的68.6%~73.9%,其拟合结果优于以土壤湿度或温度为参数的单因素关系模型。影响土壤呼吸速率的主导因子是温度,其地表温度变化响应的敏感程度Q10值为2.12,以土壤5 cm深处的温度为参数时,Q10值为2.51。(2)N沉降处理3个月后,该森林中HN和MN处理的土壤呼吸速率(309.43±17.24 mg CO2/m2.h,303.82±11.50 mgCO2/m2.h)均显著高于CK(269.28±13.78 mg CO2/m2.h)(P<0.05);处理4个月后,HN的土壤呼吸速率(272.42±13.25 mg CO2/m2.h)均显著高于MN(239.65±10.33 mg CO2/m2.h)、LN(229.10±9.90 mg CO2/m2.h)和CK(234.51±12.77 mg CO2/m2.h)(P<0.05);但处理7~10个月时,各处理之间无显著差异。研究表明,N沉降初期明显促进了常绿阔叶林土壤呼吸,后期无明显影响。     

辽东山区天然次生林和落叶松人工林的土壤呼吸

在2008-2009年生长季,利用Licor-8100对辽东山区天然次生林和落叶松人工林的土壤呼吸速率及其主要影响因子进行了测定。结果表明:辽东山区2种森林类型的土壤呼吸速率日变化均呈单峰型曲线;土壤呼吸速率与林地10cm的土壤温度相关性最好,相关关系分别为y=0.3614e0.1219x(R2=0.702 0,P<0.05)和y=0.9303e0.0812x(R2=0.816 4,P<0.05);与林地土壤湿度的相关性不显著;2种森林类型林地土壤年释放碳量分别为433.08,538.46gC/(m2.a),天然次生林土壤碳的年释放碳量比人工林低近20%。研究结果说明辽东山区天然次生林在森林的固碳增汇过程中具有更重要的作用。     

不同土地利用方式下降雨对土壤微生物量和呼吸的影响

全球气候变化会导致陆地生态系统干旱频繁,强降雨增多,深入研究降雨对土壤微生物量和呼吸的影响,有利于理解陆地生态系统中土壤碳、氮的循环.研究以北京市延庆县上辛庄水土保持科技示范园内的标准径流小区为对象,探讨不同土地利用方式下降雨对土壤微生物量和呼吸的影响及差异.结果表明,不同土地利用方式下土壤干旱时,降雨使土壤微生物量和土壤呼吸产生激增效应.2010年8月3日降雨后经果林、裸地、农用地的土壤微生物量碳与干旱期的相比分别增加了0.40,1.51,1.95倍;土壤微生物量氯与干旱期的相比分别增加了1.77,1.83,3.7倍;土壤呼吸与干旱期的相比分别提离了12.4%,12.5%,20.5%.激增幅度依次为农用地>裸地>经果林.农用地的土壤微生物量和土壤呼吸值均低于经果林、裸地的,但是降雨使其产生的激增幅度明显大于经果林和裸地的.     

4种典型抗生素对土壤微生物呼吸的影响

本研究通过室内直接吸收法测定了四环素、金霉素、诺氟沙星和恩诺沙星4种典型抗生素对土壤微生物呼吸作用的影响。结果表明,4种抗生素对土壤微生物呼吸的影响存在一定差异。四环素在整个处理过程中对土壤呼吸的影响以抑制作用为主;金霉素在处理第1d和7d均有激活作用,而且激活率最高可达到51.23%,但是在其他处理时间以抑制作用为主;诺氟沙星在整个处理过程中,浓度为0.2mg·kg-1和1mg·kg-1对土壤微生物呼吸都有一定的抑制作用,浓度为5、25、50mg·kg-1处理均为激活作用,激活作用随着处理浓度的增加而升高。恩诺沙星在整个处理过程中,所有处理对呼吸的影响变化趋势为先激活后抑制。总体来说,到处理第15d,所有抗生素处理的微生物呼吸作用基本恢复到对照水平,说明在本试验浓度处理下,微生物对这4种抗生素能够产生一定的适应性。     

南方几种水稻土重金属污染下的土壤呼吸及微生物学效应

采集南方几种重金属污染下的水稻土,通过室内培养的方法研究土壤CO2排放的动态变化以及微生物学指标的差异。结果表明,在60d的培养期内,前7d土壤呼吸速率较高,占了整个排放量的30．89％～64．37％,并且这一阶段重金属对土壤呼吸速率的影响最大。重金属对土壤微生物生物量的影响表现出增加、抑制与无显著性差异的结果,而重金属对微生物熵及微生物代谢熵（qCO2）的影响却是极显著的,同时表现出增加与降低的不同结果。这说明土壤呼吸以及不同的微生物学指标,在长期的复合重金属污染条件下,其表现并不一致,微生物熵与代谢熵用于基本性质差异较大的土壤时,对重金属的响应更为灵敏。此外,土壤重金属的累积还能提高土壤中有机碳的含量。