喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应——以贵州茂兰国家自然保护区为例

利用BIOLOG ECO微平板法研究了喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应情况。在研究区选取具有代表性的4个不同群落演替阶段:原生乔木林、次生乔灌混合林、灌丛、草坡,同时选择一个非喀斯特森林样地作为对照,对选取的不同生态系统土壤的微生物功能多样性进行研究。结果发现,随着乔木林逆向演替到灌丛的过程,微生物活性有逐渐降低的趋势,功能多样性对生态演替响应灵敏,土壤微生物在喀斯特地区比非喀斯特地区总体表现出更高的活性和丰富度,但群落均匀度较低,结构不稳定。主成分分析显示,演替使微生物的代谢模式产生了明显的分异,起主要分异作用的碳源是糖类、羧酸类和聚合物类。颜色变化率和主成分分析综合表明,演替进行到草坡阶段,较大的环境变化可能使土壤微生物采取了r-策略(r-strategistis)。根据逆向演替过程中土壤微生物功能多样性的变化,灌丛阶段可以视为岩溶生态系统整个演替阶段的阈值。     

退化喀斯特植被恢复过程中土壤微生物活性研究——以贵州花江地区为例

退化喀斯特植被的恢复机理一直是近年来土壤学和生态学研究的热点。通过分析退化喀斯特植被恢复过程中土壤微生物数量、土壤生化作用强度、土壤微生物生物量,研究了贵州花江喀斯特高原生态综合治理示范区内土壤微生物活性的变化。结果表明:退化喀斯特植被恢复过程中土壤的微生物活性存在较大差异。随着退化喀斯特植被的恢复,土壤细菌、真菌、放线菌三大微生物数量及微生物总数明显上升,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,且细菌较真菌和放线菌相比占绝对优势,其在微生物总数中分别占95．95％,93．49％,92．32％和92．48％;各主要生理类群的数量呈上升趋势,且氨化细菌〉固氮菌〉纤维素分解菌〉硝化细菌,土壤生化作用强度增强;土壤微生物生物量碳明显增加,微生物生物量碳与土壤有机碳（P〈0．01）呈显著正相关关系。土壤微生物是表征退化喀斯特植被恢复过程中土壤质量的重要特征之一,反映出随着退化喀斯特植被的恢复土壤质量也在逐渐恢复。      

喀斯特区天然林不同演替阶段功能性状特征及其影响因素研究 ——以云南大黑山为例

不同演替阶段群落的环境条件有所不同,变化的环境因子驱使群落水平上功能性状和物种适应环境的生态对策改变,然而次生演替过程中群落功能性状和物种生态对策随演替时间的变化规律尚不清楚.本文以云南大黑山喀斯特地区弃耕后处于不同恢复阶段的天然次生林(3年,6年,20年,40年)和老龄林为研究对象,结合不同群落演替阶段的物种特征和群落结构,分析不同演替阶段叶、枝功能性状的变化规律,以及功能性状与环境因子的关系.结果表明:(1)随着演替的进行,土壤养分(除磷外)和水分逐渐增加,土壤容重先下降后趋于稳定,土壤pH变化不明显;比叶面积逐渐下降,叶片干物质含量和潜在最大高度逐渐增大.叶和枝的氮含量呈先下降后上升的趋势,磷含量均下降,N:P总体呈上升趋势.(2)冗余分析表明,演替早期灌木林阶段主要分布在土壤容重高,水分和养分相对匮乏的环境中,植物往往采取高养分含量、高光合速率、短寿命的开放性策略;演替后期乔木林阶段主要分布在土壤水分和养分相对肥沃的环境中,耐阴树种逐渐占据主导地位,植物通常采取低养分含量、低光合速率、长寿命的保守性策略.其中,土壤含水量、全氮含量、容重和有机质是影响喀斯特植物演替过程中功能性状变化的关键环境因子.研究喀斯特植物功能性状与环境因素随演替的变化规律,以及功能性状如何响应环境变化,旨在为今后科学指导人工植物群落构建和防止植被退化提供依据.     

贵阳喀斯特地区植被类型与季节变化对土壤微生物生物量和微生物呼吸的影响

土壤微生物特性是土壤修复的指示因子,近年来西南喀斯特地区退化土壤的相关研究较多,但不同植被类型的土壤微生物特性的变化研究相对较少。对贵阳郊区耕作土壤、灌丛、女贞人工纯林和马尾松人工纯林表层土壤（0～10cm）微生物生物量碳（SMBC）、微生物呼吸（MR）和微生物代谢熵（qCO2）的研究结果表明,土壤SMBC和MR均表现为次生林高于耕作土壤,灌丛最高;与qCO2相反,马尾松林土壤微生物活动显著弱于其他样地,不同植被类型土壤微生物活动均表现为在秋季相对较强。与植被类型的显著影响相比,季节变化、植被与季节的交互作用对SM—BC和MR的影响不明显。SMBC与土壤温度不相关,与土壤含水量呈极显著相关而土壤含水量季节变化不明显。MR与土壤温度和含水量均无显著相关性可能是季节变化对两者影响不明显的主要原因,但需要大量区域样本进一步证实。认为演替初期的灌丛比人工阔叶或针叶纯林更有利于土壤微生物群落的生长,土壤有机质积累较快,植被自然恢复是喀斯特退化土壤恢复初期更适合的徐径．     

退化喀斯特植被恢复过程中土壤生态肥力质量评价——以贵州花江喀斯特峡谷地区为例

应用多元统计分析方法,建立能够揭示退化喀斯特植被恢复对土壤微生态影响效果的生物学指标评价体系.研究结果表明:细菌、真菌、放线菌、微生物总数等微生物活性指标在评价土壤生物学肥力质量时具有十分重要的作用;氨化细菌数量、微生物熵、代谢熵等微生物活性指标在土壤生物学肥力评价中也具有一定的作用,但对土壤肥力质量评价的影响较小.利用土壤综合肥力指标值综合评价结果表明,不同退化喀斯特植被恢复阶段土壤生物学肥力具有明显的垂直变化特征,均表现A层>B层的特点,这说明各恢复阶段的土壤生物学肥力具有随土壤层次加深而下降的变化趋势.同时,从裸地阶段→草本群落阶段→灌木群落阶段一乔木群落阶段,由于土壤物质循环逐渐加快,微生物活性逐渐增强,土壤生物学肥力逐步提高.      

云南岩溶断陷盆地植被演替土壤碳氮磷化学计量学特征

岩溶断陷盆地生态环境脆弱,石漠化严重,植被恢复是该地区生态重建、水土保持的有效措施。文章采用空间换时间的方法,以云南省泸西县岩溶断陷盆地5种不同演替阶段（玉米地、人工林、草地、灌木林、原始林）不同土层（0～10、10～20 cm）的土壤为研究对象,对比分析不同植被类型和不同深度条件下土壤C（碳）、N（氮）、P（磷）含量及化学计量比差异,旨在探明研究区土壤养分垂向分布及化学计量学特征,为该地区植被恢复管理及土地合理利用提供科学依据。结果表明：不同演替阶段、不同土壤深度土壤养分含量存在较大差异;随着演替年限的增长,土壤SOC（土壤有机碳）、TN（总氮）含量总体呈增长趋势且主要表现在0～10 cm深度土层上,而TP（总磷）含量存在波动,未表现出明显变化规律;各演替阶段0～10 cm土层的SOC、TN含量数值上均要高于10～20 cm土层,除原始林地以外,其余演替阶段不同土层间TP含量没有显著差异;在0～10 cm土层上,C/N、C/P、N/P均与土壤SOC含量呈显著正相关,C/P、N/P与土壤TN含量呈显著正相关,土壤TP含量与C/N、C/P和N/P无显著相关性;植被类型和土壤深度显著影响研...     

不同植被演替阶段的岩溶土壤微生物特征——以广西马山弄拉峰丛洼地为例

岩溶区不同演替阶段的植被通过改变土壤环境从而影响土壤微生物的分布。本文采用稀释平板测数法和土壤常规分析对弄拉峰丛洼地5个不同演替阶段土壤微生物种群分布特征及土壤理化性质进行了研究。结果表明,土壤微生物分布随演替阶段和土壤深度显著变化,细菌约占土壤微生物总数的90%以上,占绝对优势,微生物总量随土壤深度增加而减少,微生物总量在上层表现为顶级林>灌丛> 乔幼林> 灌草丛> 草丛,在中层则表现为灌丛> 乔幼林> 顶级林> 灌草丛> 草丛,在下层表现为灌丛> 顶级林> 乔幼林。此外,文章还探讨了土壤微生物种类、数量与土壤理化性质的关系,发现不同土壤微生物种类和数量与土壤有机碳、有效N、土壤空隙度存在明显的正相关,相关系数分别为0. 88, 0. 74和0. 66,与土壤p H值、MgO、Al2O3等含量成负相关,相关系数分别为- 0. 77, - 0. 65, - 0. 65。      

贵州喀斯特森林的初步研究

喀斯特森林是贵州省的重要森林类型。本文简要论述了喀斯特森林的生境特点及喀斯特森林的生态特征,对喀斯特森林的群落学特征——区系特征、生活型谱及叶级谱、成层现象及演替顶极等进行了分析研究,并根据植物群落学——生态学原则,对贵州喀斯特森林进行分类,将其划分为5个植被型,14个群系。最后,提出合理利用与保护喀斯特森林的主要措施:建立自然保护区,保护珍贵的原生性喀斯特森林;注意对喀斯特森林再生能力的保护;注意对喀斯特森林资源的综合利用;封山育林,以促进喀斯特森林的恢复;因地制宜地选择树种,进行植树造林,发展和扩大喀斯特森林。      

岩溶山地典型植被恢复过程中土壤理化性质及微生物特征

探讨了岩溶山地耕地、1年退耕地、灌草地、15年侧柏疏林地、25年侧柏次生林地植被恢复过程中土壤理化性质和微生物特征的变化。结果表明土壤随着植被恢复的进行,容重先升高后降低,总孔隙度与之相反;各恢复阶段（退耕地、灌草地、疏林地、次生林地）表土＞0.25 mm水稳定性团聚体含量较耕地的增幅为5.1%～12.5%,以疏林地最高;团聚体结构破坏率依次降低,各恢复阶段较耕地降幅为34.0%～64.7%,与有机质呈负相关;全N、碱解N等肥力因子含量总体呈逐渐增加的趋势;各恢复阶段中以灌草地pH值最高;表土微生物总数先降后升,各阶段细菌占微生物总数的66.7%～93.3%,放线菌占4.2%～28.8%,同时细菌也是土壤呼吸的主要贡献者。土壤特征的差异性是地表植物组成、凋落物成分及不同指标之间综合作用的结果。      

贵州茂兰喀斯特森林植被演替序列的数量分析

综合运用双向指示种分析法( TWINSPAN)及除趋势对应分析法( DCA)进行分类及排序,确定了贵州茂兰国家级自然保护区森林群落的演替序列。结果表明: 根据DCA排序可将研究区植被群落的演替过程分为四个阶段,即草地→ 灌丛→乔林→顶极群落;根据TW IN SPAN分类结果可将植被分为11个群丛,其中,第Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 群丛为草本阶段,第Ⅴ 、Ⅵ 群丛为灌丛阶段,Ⅶ 、Ⅷ 、Ⅸ 群丛为乔林阶段,第Ⅹ 、Ⅺ群丛为顶极阶段。茂兰喀斯特植被演替顶极群落为亚热带常绿落叶阔叶林群落,是一种典型的地形— 土壤演替顶极,是植被与当地环境长期适应的结果。      

A Comparative Study on the Microbiological Characteristics of Soils Under Different Land—Use Conditions from Karst Areas of Southwest China

Microbiological and physical-chemical characteristics of subtropical forest,grassland and cropfield soils from the karst areas of Southwest China were investigated.The study revealed that the conversion of natural forest to other forms of land would lead to a reduction in soil organic C(26.2%-35.3%),total N(37.2%-55.8%),totalP(32.9%-43.6%),microbial biomass C(35.4%-49.1%),N(37.2%-55.8),and P(25.8%-41.9%).Comparative analysis of microbial activity in terms of basal soil respiration showed maximum activity in forest soil and minimum in cropfield soil.Analysis of microbial metabolic respiratory activity indicated a relatively greater respiratory loss of CO2-C per unit microbial biomass in cropfield and grassland than in forest soil.Considering the importance of microbial components in soil,it is concluded that land use in different ways will lead to the reduction of biological stabilty of soil.     

Slow restoration of soil microbial functions in an Acacia plantation established on degraded land in Thailand

Deforestation diminishes the ecological services that a forest provides (e.g., flood prevention). To restore such services, reforestation is often utilized. The full restoration of the original forest ecosystem, however, can take several decades. The present study was conducted to identify the missing key components for rehabilitation of a degraded plot of land in Thailand on which Acacia trees were planted 18 or 19 years ago. Canopy spectral and soil physicochemical profiles of the Acacia plantation plot showed more advanced rehabilitation than in the soil microbial functions, as represented by soil dehydrogenase activity and community-level physiological profiles, when compared with those of a natural evergreen forest. The slower restoration of the soil microbial functions was thought to: (1) be attributed to the loss of certain microbes that played important roles in the evergreen forest soil, and (2) restrict the restoration of the entire forest ecosystem which was found to be still progressing towards a full restoration of the land’s original conditions. Finally, possible measures for further rehabilitation of the ecosystem were discussed.     

冻融交替对不同年代排水造林湿地土壤微生物活性及有机碳密度的影响

以小兴安岭湿地土壤为研究对象,基于室内分析和冻融实验,分析了冻融作用下不同年代排水造林湿地土壤微生物量、酶活性以及有机碳密度的变化趋势,探讨了不同年代排水造林湿地土壤微生物活性与有机碳密度之间的相关关系,以期为深入认识冻融期间高寒高纬度地区土壤碳循环过程提供参考依据。结果表明：（1）冻融次数对土壤微生物量碳、氮含量影响显著（P<0.05）,经历9次冻融循环后,土壤微生物量碳、氮含量比冻融前明显减少;在三种不同年代排水造林的湿地中,排水时间越短,土壤微生物量碳、氮含量下降幅度越大,表明长时间的反复冻融交替可能导致土壤微生物量的进一步减少。（2）冻融前后,土壤蔗糖酶和淀粉酶活性均表现为下降趋势,且多次冻融交替后,-25~5℃冻融处理比-5~5℃冻融处理酶活性更低,表明较大的冻融温差更能降低土壤酶的活性度。（3）随着冻融次数和冻融温度的变化,四种湿地的土壤有机碳密度基本保持稳定,但其与土壤微生物量、酶活性却存在着高度的正相关性,通过探究微生物活性所调控的土壤过程,可以直接或间接了解土壤有机碳密度的变化趋势,便于从本质上验证其响应机制。     

森林土壤微生物与植物碳源的磷脂脂肪酸及其单体同位素研究

森林生态系统的土壤微生物群落组成和活性,是影响生物地球化学循环、有机质代谢和土壤质量的关键因素.磷脂脂肪酸(PLFA)是一类可有效表征活体微生物群落结构的生物标志物,而其单体稳定碳同位素(δ13C)水平对土壤微生物植物碳代谢具有独特的指示作用.本次研究以土壤PLFA为对象,分析了我国位处纬度梯度带上(24°N～47°N...     

Soil organic carbon fractions and microbial community and functions under changes in vegetation: a case of vegetation succession in karst forest

The vegetation community succession influences soil nutrient cycling, and this process is mediated by soil microorganisms in the forest ecosystem. A degraded succession series of karst forests were chosen in which vegetation community changed from deciduous broadleaved trees (FO) toward shrubs (SH), and shrubs–grasses (SHG) in the southwest China. Soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), labile organic carbon (LOC), water extractable organic matter (WEOM), microbial biomass carbon and nitrogen (MBC and MBN), bacterial and fungal diversity, as well as soil enzyme activities were tested. The results showed that SOC, LOC, MBC, MBN, and enzyme activities declined with vegetation succession, with the relatively stronger decrease of microbial biomass and functions, whereas WEOM was higher in SHG than in other systems. In addition, soil bacterial and fungal composition in FO was different from both SH and SHG. Despite positive relationship with SOC, LOC, and TN (p < 0.01), MBC, MBN appeared to be more significantly correlated to LOC than to SOC. It suggested that vegetation conversion resulted in significant changes in carbon fractions and bioavailability, furthermore, caused the change in soil microbial community and function in the forest ecosystem.     

神农架大九湖不同生境表土磷脂脂肪酸揭示的微生物群落结构差异

磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid，PLFAs)是活体微生物细胞膜的重要组成部分，微生物通过改变细胞膜中PLFA组成，快速响应环境变化.目前，表土PLFAs研究主要集中于季节和植被群落变化对微生物群落结构影响，对于不同生境下表土PLFAs揭示的微生物群落结构的差异性尚不明确.基于此，对神农架大九湖7种不同生境表土进行PLFAs研究.结果表明，表土样品PLFAs集中分布于C₁₄到C₁₉；除湿生泥炭沼泽和湿生半退化沼泽生境外，其他生境以n16:0为主峰.不同生境的PLFAs含量差异较大，沼泽生境TPLFAs含量是草甸及阔叶林生境下的3~8倍.PLFAs组成还揭示出生境间主要受到pH和含水率的影响，微生物群落结构存在差异.不同生境下表层土壤PLFAs揭示的微生物丰度和群落结构具有一定的相似性及差异性.运用PLFAs对微生物量及微生物群落结构的划分将有助于更好的了解区域生态系统中微生物群落结构的变化，为研究微生物参与碳循环及古生态研究奠定基础.      

The isotopic composition of nitrate produced from nitrification in a hardwood forest floor

Dual isotopic analysis of nitrate (¹⁵N/¹⁴N and ¹⁸O/¹⁶O) is increasingly used to investigate the environmental impacts of human-induced elevated atmospheric nitrate deposition. In forested ecosystems, the nitrate found in surface water and groundwater can originate from two sources: (1) atmospheric deposition, and (2) nitrate produced from nitrification in forest soils (microbial nitrate). Application of the dual nitrate isotope technique for determining the relative importance of nitrate sources in forested catchments requires knowledge of the isotopic composition of microbial nitrate. We excluded precipitation inputs to three zero-tension lysimeters installed below the F-horizon (Oe) at the Turkey Lakes Watershed (TLW) in order to measure the isotopic composition of microbial nitrate produced in situ. To our knowledge, this is the first in situ study of the isotopic composition of microbial nitrate in forest soils. Over a 2-week period, nitrate produced by nitrification was periodically flushed to the lysimeters by watering the area with a nitrogen-free solution. Nitrate produced in the forest floor had δ¹⁸O values ranging from +3.1‰ to +10.1‰ with a mean of +5.2‰. These values were only slightly higher than from the expected value of +1.0‰ calculated for chemolithoautotrophic nitrification, which depends on the δ¹⁸O of available O₂ and H₂O. In addition to nitrate, we also collected soil gas to determine if soil respiration and O₂ diffusion affected soil gas δ¹⁸O-O₂, which is typically assumed to be identical to atmospheric O₂ (+23.5‰) when calculating microbial nitrate δ¹⁸O values. No significant difference in δ¹⁸O-O₂ from atmospheric O₂ was found in forest soils to a depth of 55 cm, and therefore ¹⁸O-enrichment of soil gas O₂ could not explain the modest enrichment of nitrate ¹⁸O. Evaporative ¹⁸O-enrichment of soil water available to nitrifiers in the forest floor is a plausible mechanism for slightly elevated nitrate δ¹⁸O values. However, the observed nitrate δ¹⁸O values could also be explained by a minor contribution of nitrate from heterotrophic nitrifiers. The δ¹⁵N of nitrate produced ranged from −10.4 to −7.3‰ and, as expected, was depleted in ¹⁵N relative to soil organic nitrogen. Microbial nitrate produced in the forest floor was also significantly depleted in ¹⁵N relative to microbial nitrate exported in groundwater and headwater streams at the TLW. We hypothesize that ¹⁵N-depleted forest floor nitrate is not detected in groundwaters largely because of: (1) the immobilization of forest floor nitrate in the mineral soil and (2) the mixing of the remaining forest floor nitrate with nitrate generated in the mineral soil, which is expected to have higher δ¹⁵N values. This study demonstrates that current methods of calculating a priori the δ¹⁸O of microbial nitrate provide a reasonable value for nitrate produced by nitrification at the TLW.     

大兴安岭多年冻土区不同林型土壤微生物群落特征

高纬度多年冻土区是全球变化的敏感区域,揭示不同林型土壤微生物群落的演变规律,对于理解气候变化对寒区生态系统的影响机制具有重要意义。以大兴安岭多年冻土区3种典型林型（落叶松林、樟子松林和白桦林）为研究对象,运用磷脂脂肪酸法（PLFA）系统研究土壤微生物群落结构间差异及与土壤因子的关系。结果表明：不同林型土壤中共检测到38种PLFA生物标记,含量较高的PLFA为16∶0、18∶0、19∶0和18∶2ω6c;各类群微生物中,细菌PLFA含量最高,占总磷脂脂肪酸的83.78%~90.55%,其次为真菌,放线菌最低;白桦林土壤总磷脂脂肪酸、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌和放线菌的含量最高分别为22.03、5.13、4.90、1.88和0.77 nmol·g^-1,而樟子松林最低分别为14.25、2.75、2.75、1.34和0.51 nmol·g^-1。Shannon-Wiener多样性指数主要表现为白桦林 > 落叶松林 > 樟子松林。冗余分析结果为：土壤含水量、全氮、总有机碳与总磷脂脂肪酸、细菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌呈显著正相关（P<0.05）;铵态氮、硝态氮、全磷与真菌和放线菌呈显著正相关（P<0.05）。大兴安岭多年冻土区不同林型间土壤微生物群落特征存在显著差异,土壤含水量、全氮和总有机碳是影响多年冻土微生物群落结构的主要因素。     

季节性低温胁迫下陇东黄土高原油污土壤环境因子对耐冷混合菌场地生态修复的响应

为了揭示季节性低温胁迫下陇东黄土高原油污土壤环境因子对耐冷混合菌场地生态修复的响应机制,利用自主筛选构建的耐冷石油降解混合菌在甘肃省庆阳市庆城县马岭镇长庆油田陇东油泥处理站开展了为期7个月的场地修复实验,采用常规方法测定了不同季节土壤理化特性、酶活性和微生物群落特性等环境指标。结果表明：（1）在季节性低温胁迫下（9-11月）M2组（耐冷混合菌处理组）月平均降解率明显增加（P<0.01）,JZJ+M1组（金盏菊联合常温混合菌处理组）和M2组累计TPH降解率分别为15.37%±3.51%和28.64%±4.12%。（2）M2组土壤脱氢酶和多酚氧化酶在低温季节（LT）活性最高,且温度和处理存在显著交互作用（P<0.01）。在土壤营养元素方面,无论何种处理方式（JZJ+M1和M2）二者含量均为RT（常温季节）高于LT（P<0.05）,同时明显高于CK组（P<0.05）。（3）M2组土壤微生物群落Shannon-Wiener指数和均匀度指数在LT高于RT（P<0.05）。（4）NMDS和Pearson相关性分析结果显示,M2组在低温季节具有较高TPH降解率主要与土壤多酚氧化酶、脱氢酶、单月TPH降解率（μ2）和Shannon-Wiener指数有关,且均呈极显著正相关关系。通过分析环境因子的季节响应,优化场地修复在低温环境的降解条件、加速低温期石油烃降解速率,以期为陇东地区低温耐冷混合菌场地生态修复技术的推广应用提供参考和基础数据资料。