陆地生态系统碳循环对气候变暖的响应受到土壤有机碳动态的调控.以往的研究开发了多样化的增温方法(如室内培养实验、野外增温实验和温度梯度采样等)来探究土壤有机碳动态对气候变暖的响应及其机制.然而,由于不同增温方法都存在一定的局限性,目前有关增温对土壤有机碳动态影响的研究无法形成一致结论.从过程上看,土壤有机碳动态主要包括碳输入与碳分解两个过程,并受到碳稳定性的调控,这三者的变化共同决定了土壤有机碳动态对增温的响应.先前的研究表明,碳输入和碳分解对增温存在积极响应,这与植物和土壤微生物活性的增强有关.但也有研究指出,由增温导致的土壤理化性质改变(如土壤水分含量降低)以及生物过程变化(如土壤微生物热适应),可能会影响碳输入和碳分解对增温的响应.需要注意的是,表层(0-30 cm)与深层(＞30 cm)土壤有机碳动态对增温的响应机制可能存在差异,这是因为深层土壤有机碳的输入和分解过程受环境因子的限制,且稳定性与表层土壤存在较大差异.未来的研究应致力于开发新的增温方法,增加对深层土壤有机碳动态和气候敏感的生态系统的研究,引入新技术研究土壤有机质的来源、结构、保护机制等,关注植物-土壤动物-土壤微生物体系对增温的响应及其对土壤有机碳动态的调控作用,以改善碳循环模型中的不确定性,更准确地预测全球碳循环对气候变暖的反馈.

东北作为我国重要农产品基地,其黑土有机质含量可达普通土壤的十倍.近年来由于过度的开发与利用,导致黑土质量下降,因此研究农田防护林对土壤质量的改善具有战略意义.为探讨农田防护林对黑土质量的改善效果,以不同林龄(Y1:林龄是1 a的小黑杨;Y5:林龄是5 a的小黑杨;Y6:林龄是6 a的小黑杨;Y8:林龄是8 a的小黑杨)小黑杨林下土壤为研究对象,通过测定小黑杨防护林样地的土壤理化性质,分析不同林龄小黑杨林下土壤理化性质的差异,并通过最小数据集方法对林下土壤质量进行评价.结果显示:(1)不同林龄土壤质地为:Y1:砂质土壤;Y5:壤土;Y6:粉砂质土壤;Y8:粉砂质土壤.(2)土壤透气保水性随林龄增长向良性方向演化,表层土壤容重由1.33 g/cm3减小到1.17 g/cm3,不同土层间差异不显著,且土壤物理指标与树木生长量及其他土壤因子具有较强的相关性.(3)土壤pH随林龄减小,随土层呈波动性变化,范围在6.19-6.58之间.土壤养分随林龄呈波动性变化,垂直变化差异显著,除速效钾外均富集在表层,各土壤养分元素之间相关性较弱.(4)土壤微量元素有效态含量在不同林龄及土层均差异显著,且各元素之间相关性较强.(5)基于最小数据集的构建发现,影响不同林龄小黑杨土壤质量的最小数据集指标包括全氮、全钾、饱和持水量、速效磷、钙、锰,经总数据集验证所构建的最小数据集可体现小黑杨林下土壤质量有效信息.(6)小黑杨不同林龄土壤质量指数介于0.358-0.667,土壤质量综合得分排名为Y8＞Y6＞Y5＞Y1.基于以上发现,小黑杨作为农田防护林对黑土区土壤质量改善效果明显,土壤保水透气性显著提升,土壤化学养分及微量元素含量部分提高,且不同林龄小黑杨对养分的循环利用效果差异显著.为实现黑土资源的合理利用,本研究建议随防护林林龄增加,更改林下套种作物以提高土壤质量及作物产量,为幼龄防护林对黑土区耕地的可持续利用提供科学依据.

氮添加会引起土壤理化性质和养分有效性的改变.受此影响,森林植物的地上碳同化能力和地下碳分配格局也会相应地发生变化,总体表现为促进植物生长固碳,增加凋落物和植物根系沉积碳输入土壤,并改变上述植物源有机质的数量和化学成分.与此同时,土壤微生物的群落结构和生态功能也会受到氮添加的影响,由于土壤中的有机碳分解、转化和稳定等过程均受到微生物的驱动,因此,氮添加所引起的底物供应差异和微生物响应会影响森林土壤有机碳的矿化,并最终影响森林土壤有机碳库固存、稳定和CO2排放.但目前关于氮添加对森林土壤有机碳库固存能力和CO2排放特征的影响机制仍不清楚,为此,以森林土壤的碳循环过程为线索,综述了氮添加对底物供应、土壤有机碳激发效应、微生物碳代谢等过程的影响,并尝试梳理在氮添加影响下森林土壤有机碳分解、转化和稳定的微生物驱动机制.这有助于预测氮添加对森林土壤"氮促碳汇"的实际效果,以便研究人员在未来氮沉降日益严重背景下更好地预测森林土壤的碳循环特征,寻找提高森林土壤有机碳库固存能力和降低CO2排放相关途径提供参考.同时,还分析了目前相关研究中存在的问题,并对该领域未来的研究热点进行了展望.

建立健全国家公园体制对于保护自然生态系统的完整性与生物多样性具有重要意义.作为首批试点单位之一,钱江源国家公园体制试点区(以下简称"钱江源")率先开展了集体林地地役权改革,并取得了良好效果.然而地役权改革是否以及如何影响钱江源土壤及其微生物,目前还缺乏系统评估.本研究对钱江源4个片区中不同改革模式下的水稻田表层土壤进行取样,每个片区内均采集4种模式的水稻田:公园内改革、公园内弃耕地、公园内未改革以及公园外未改革.利用高通量测序研究土壤微生物群落的组成与结构,并利用多元统计分析等剖析塑造微生物群落空间格局的驱动因素.结果发现,与其他3类土壤相比,弃耕地具有更低的氮磷等营养元素含量和重金属元素含量;其他3类土壤的理化性质则较为相似.在微生物方面,细菌群落以变形菌门(48.57％)和酸杆菌门(31.62％)为主;真菌群落以子囊菌门(78.31％)和担子菌门(16.38％)为主.不同模式下的细菌群落差异较大,尤其是弃耕地与其他3类均具有显著性差异,其他3类则较为相似.真菌群落的变异相对较小,仅公园外未改革和弃耕地间具有显著差异.细菌群落组成的空间变异与土壤环境因子显著相关,其中具有主要影响的前5个环境因子分别是pH、铬、全氮、有效磷和有机质.真菌群落组成的空间变异与土壤环境因子间未发现显著相关性.中性群落模型分析发现,中性过程对细菌和真菌群落组成差异的形成均有重要影响.综上,初步认为,存在水稻种植的情况下,地役权改革尚未对水稻田土壤及其微生物起到显著影响;放弃种植的弃耕地则可能已经处在再野化的初期阶段.因此,地役权改革是否以及如何影响长期耕作土壤的恢复,还需要结合长期的综合监测,才能作出更为科学合理的判断.

采集陕西子长市高柏山示范基地山丹丹根际土壤,利用高通量测序技术,分析其细菌群落的多样性及其影响因素.结果表明:共获得细菌有效序列 575510 条,包含 30 门 90 纲 147 目 242 科 391 属.优势菌门为放线菌门(Actinobacteria,38.56%—46.12%)、变形菌门(Proteobacteria,16.67%—26.55%)、绿弯菌门(Chloroflexi,9.45%—18.57%)、酸杆菌门(Acidobacteria,2.96%—5.26%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,2.04%—5.76%).优势菌纲为放线菌纲(Actinobacteria,32.44%—38.52%)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,15.47%—25.89%)、酸杆菌纲(Acidimicrobiia,2.39%—7.59%)、热微菌纲(Thermomicrobia,3.43%—5.55%)和氯酸杆菌纲(Chloracidobacteria,2.14%—4.29%).冗余分析显示在属水平上,环境因子可以解释 61.86%的细菌群落差异.有机质、速效钾和有效磷是影响山丹丹根际土壤细菌群落组成产生差异的主要环境因素.研究表明,山丹丹根际土壤细菌群落多样性丰富,栽培模式会影响山丹丹根际土壤细菌群落组成产生差异.该研究可为山丹丹菌种资源的进一步开发提供参考.

以鸡羽毛为钓饵,对采自中国南方 13 个地区的 39 所医院土壤中的嗜角蛋白真菌富集培养.通过稀释平板法对土壤中可培养真菌进行分离,探究不同地区嗜角蛋白真菌群落组成及多样性特征,并揭示土壤理化因子与嗜角蛋白真菌之间的相关性.结果表明,从不同地区医院土壤中共分离到嗜角蛋白真菌 11 916株,隶属于 4门,10纲,23目,42科,76属,各地区优势属不同,其中奈尼兹皮菌属Nannizzia、青霉属Penicillium和被孢霉属Mortierella为 13 个地区的共有属.在属水平上,重庆地区嗜角蛋白真菌多样性和均匀度最高,福建地区多样性及均匀度最低.Chao 1 和ACE 丰富度指数表明,广东和江苏两地区的丰富度均较高.相关性分析表明,土壤中有机碳(OC)、pH、速效氮(AN)、全磷(TP)、有机质(SOM)、碳氮比(C/N)显著影响嗜角蛋白真菌的群落组成和多样性,其中AN与嗜角蛋白真菌多样性指数相关性最强,是影响可培养嗜角蛋白真菌群落组成和多样性的主要因子.本研究结果揭示了 13 个地区的嗜角蛋白真菌群落组成、相对多度及优势类群皆存在差异且受到土壤理化因子的影响.该研究为了解嗜角蛋白真菌的种类和分布提供科学基础资料,同时扩大了微生物角蛋白酶的菌种资源.

凋落物作为森林土壤有机质的重要来源,对森林生态系统土壤微生物群落具有重要影响.本研究以清除凋落物层马尾松林(L)和未清除凋落物层马尾松林(NL)作为调查对象,探究凋落物清除对马尾松林外生菌根真菌(EMF)群落的影响.马尾松EMF群落共鉴定出 56 个OTUs,隶属于 2 门6 纲 14 目 16 科 24 属,且担子菌门丰富度明显高于子囊菌门;其中棉革菌属 Tomentella、红菇属Russula、乳菇属Lactarius、土生空团菌属Cenococcum为优势属,特有OTUs高于共有OTUs.NL与L样地间马尾松EMF群落组成和结构差异明显,门水平上,凋落物清除增加了马尾松EMF群落子囊菌门的丰富度;属水平上,凋落物清除马尾松EMF群落土生空团菌属Cenococcum、假小垫革菌属Pseudotomentella和古根菌属Archaeorhizomyces相对丰度占比增加,而乳菇属Lactarius、红菇属Russula和绵革菌属Tomentella相对丰度占比则减少.冗余分析(RDA)表明全磷、pH和有效磷是马尾松EMF群落重要的影响因子.马尾松林凋落物清除对马尾松EMF群落组成结构产生重要影响.

为合理开展富硒(Se)土壤资源利用与富硒农产品开发,进行了湖南省耕地土壤硒含量的空间分布特征及其影响因素等研究.结果表明:湖南省耕地土壤硒平均含量为0.56 mg·kg-1,是全国土壤硒元素背景值(0.29 mg·kg-1)的1.93倍;湘西南区土壤硒平均含量最高、湘北洞庭湖区平均含量最低;湘西南区变异系数最大,离散程度高,分布不均匀;湘南区变异系数最小,离散程度低,分布相对均匀;全省富硒耕地面积224.96万hm2,占耕地面积的60.7％;水田富硒面积为185.63万hm2,占全省耕地面积的50.1％;旱地富硒面积为39.33万hm2,占全省耕地面积的10.6％.成土母质发育的土壤硒含量大小顺序为:板页岩风化物＞石灰岩风化物＞第四纪红色黏土＞砂岩风化物＞花岗岩风化物＞河湖冲(沉)积物＞紫色砂页岩风化物;不同类型土壤硒含量大小顺序为:黄棕壤＞黄壤＞红壤＞石灰(岩)土＞水稻土＞潮土＞紫色土;当pH＜5.0时,土壤硒含量与pH呈负相关;当5.0＜pH＜7.8时,土壤硒含量与pH呈正相关;当pH＞7.8时,土壤硒含量与pH呈负相关;有机质是影响土壤硒含量的重要因素之一,土壤硒含量与有机质含量呈正相关;土壤硒与锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)以及阳离子交换量(CEC)呈极显著正相关(P＜0.01).地形因子也是影响土壤硒含量的因素之一,当海拔低于230 m,土壤硒含量随着海拔的升高而升高;当海拔高于230 m,土壤硒含量随着海拔的升高而降低.湖南省耕地富硒土壤面积较大,具有明显的空间差异,需根据区域差异合理保护和开发富硒土壤资源.

[背景]植物可通过改变根际微生物群落结构来减轻胁迫,但盐碱胁迫下小麦生长和根际细菌群落结构变化尚待明晰.[目的]明确盐碱胁迫下小麦幼苗生长及根际细菌群落结构变化.[方法]以添加NaCl和Na2CO3 调节Hoagland营养液Na+浓度和pH来模拟盐碱胁迫,通过MiSeq高通量测序分析细菌群落结构.[结果]与无胁迫对照相比,单纯盐胁迫使小麦幼苗地上和地下部干重、叶绿素和根际土壤速效氮含量分别显著降低了 25.0%、57.1%、21.2%和 42.9%(P＜0.05);小麦幼苗生长指标和根际土壤速效氮、速效磷、有机质含量及酶活性(除过氧化氢酶)随碱度升高而降低;所有处理的小麦幼苗根际优势菌门(丰度 7.1%-71.5%)均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),优势属(丰度 0.5%-5.1%)有肠杆菌属(Enterobacter)、嗜多甲基菌属(Methyloversatilis)、固氮菌属(Azotobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和异根瘤菌属(Allorhizobium).盐碱胁迫未显著影响根际细菌Shannon指数和Chao1 指数,但显著影响群落结构;盐胁迫显著提高了黄杆菌属、假单胞菌属、嗜多甲基菌属、固氮菌属和一些未分类属的丰度,而肠杆菌属和新草螺菌属、拟杆菌门丰度随碱浓度增加而显著提高.[结论]盐碱胁迫显著抑制小麦幼苗生长并改变了根际细菌群落结构,丰度随碱胁迫加重而显著提高的肠杆菌等类群可能是促进盐碱胁迫下小麦生长和提高其盐碱地产能的重要微生物资源.

三源区分土壤呼吸组分是指将土壤呼吸区分为纯根呼吸、根际微生物呼吸和土壤有机质呼吸3个部分.土壤有机质呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸是3种不同的生物学过程,这3种呼吸对环境变化具有不同的响应机制.区分土壤呼吸中由根系引起的自养和异养呼吸组分的研究对定量评价陆地生态系统碳平衡具有重要的意义.论述了三源区分土壤呼吸组分的意义、方法和应用,分析了不同条件下土壤呼吸组分区分的研究结果.实验室纯根和根际微生物呼吸占根源呼吸比重约为45％和55％;野外条件下约为60％和40％.最后对本研究未来的发展方向进行了展望.