A Meta-analysis of the Effects of Warming and Elevated CO2 on Soil Microbes

Soil microbes play important roles in terrestrial ecosystem carbon and nitrogen cycling. Climatic warming and elevated CO₂ are two aspects of climatic change. In this study, we used a meta-analysis approach to synthesise observations related to the effects of warming and elevated CO₂ on soil microbial biomass and community structure. Ecosystem types were mainly grouped into forests and grasslands. Warming methods included open top chambers and infrared radiators. Experimental settings included all-day warming, daytime warming and nighttime warming. Warming increased soil actinomycetes and saprotrophic fungi, while elevated CO₂ decreased soil gram-positive bacteria (G⁺). Mean annual temperature and mean annual precipitation were negatively correlated with warming effects on gram-negative bacteria (G^-) and total phospholipid fatty acid (PLFA), respectively. Elevation was positively correlated with the warming effect on total PLFA, bacteria, G⁺ and G^-. Grassland exhibited a positive response of total PLFA and actinomycetes to warming, while forest exhibited a positive response in the ratio of soil fungi to bacteria (F/B ratio) to warming. The open top chamber method increased G^-, while the infrared radiator method decreased the F/B ratio. Daytime warming rather than all-day warming increased G^-. Our findings indicated that the effects of warming on soil microbes differed with ecosystem types, warming methods, warming times, elevation and local climate conditions.     

Enzyme Activities and Microbial Communities in Subtropical Forest Soil Aggregates to Ammonium and Nitrate-Nitrogen Additions

A laboratory incubation experiment was established to examine the impacts of nitrate and ammonium nitrogen additions on soil microbial attributes of a subtropical Pinus elliottii forest ecosystem in southern China. Soils were subjected to three different treatments: the control with no nitrogen addition (CK), the ammonium nitrogen addition (NH₄⁺-N), and the nitrate nitrogen addition (NO₃^--N). Samples from bulk and two different size fractions (macroaggregate (>250 μm) and microaggregate (53-250 μm)) were analyzed for soil properties, enzyme activities and microbial communities on day 7 and 15 of the incubation. Our study demonstrated that NH₄⁺-N had a greater influence on soil microbial activities than NO₃^--N. NH₄⁺-N additions resulted in significant increases in β-1,4-glucosidase (βG) and β-1,4-N-acetyl glucosaminidase (NAG) enzyme activities in bulk, macroaggregate and microaggregate soils after 7 and 15 days incubation. NO₃^--N additions only significantly increased in βG and NAG enzyme activities in bulk, macroaggregate soils after 7 and 15 days incubation, but not in microaggregate. All NH₄⁺-N and NO₃^--N additions resulted in significant increases in gram-positive bacterial PLFAs in microaggregates. Only a significant correlation between soil nutrient contents and enzyme activities in macroaggregates was founded, which suggests that the soil aggregation structure played an important role in the determining enzyme activities.     

黑碳添加对杉木人工林土壤微生物量碳氮的影响

向杉木人工林土壤中分别添加不同用量黑碳,以0％（C0）、1％（C1）和5％（C5）添加量（质量分数）作为不同处理,通过28d室内培养实验,研究了黑碳添加对土壤微生物量碳（ymc）和微生物量氮（MBN）的影响．结果表明,各处理土攘MBC含量变化趋势是前期急剧减少,后期增加,并趋于稳定;黑碳添加在一定程度上缓解了土壤MBN...     

黑碳添加对杉木人工林土壤微生物量碳氮的影响

向杉木人工林土壤中分别添加不同用量黑碳,以0％（C0）、1％（C1）和5％（C5）添加量（质量分数）作为不同处理,通过28d室内培养实验,研究了黑碳添加对土壤微生物量碳（ymc）和微生物量氮（MBN）的影响．结果表明,各处理土攘MBC含量变化趋势是前期急剧减少,后期增加,并趋于稳定;黑碳添加在一定程度上缓解了土壤MBN含量的减少,并随着黑碳添加量的增加,土壤MBN含量呈现增加的趋势．整个培养过程中,除第1d外,黑碳添加处理的土壤MBC和MBN含量始终高于对照处理,C5〉C1〉CO．同时,土壤可溶性碳（DOC）和可溶性氮（DON）含量也因黑碳的添加而呈现减少的趋势．     

开垦对荒漠土壤微生物群落结构特征的影响

以古尔班通古特沙漠南缘典型流域（玛纳斯河、吉木萨尔河、三工河、四工河、水磨河）的绿洲农田与毗邻荒漠土壤为研究对象,采用磷脂脂肪酸（PLFA）方法分析不同开垦年限的土壤微生物生物量、群落结构、多样性变化特征。结果表明：荒漠开垦后,土壤微生物总PLFA含量、真菌PLFA、细菌PLFA、革兰氏阳性菌（G⁺）和革兰氏阴性菌（G^-）PLFA含量均显著增加。荒漠开垦5 a内,细菌PLFA与G^-PLFA增长更强烈,使得真菌PLFA/细菌PLFA比值降低了48%,G⁺PLFA/G^-PLFA比值（革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的PLFA比值）降低了67%。但随着开垦年限的延长,这两个比值没有显著变化,表明与开垦年限相比,荒漠的开垦行为对土壤微生物群落结构有着更加强烈的影响。随着开垦年限的增加,土壤微生物群落多样性总体呈上升趋势。虽然荒漠在开垦50 a后多样性指数略有下降,但仍远高于荒漠土壤。土壤微生物总PLFA含量和大部分菌群PLFA含量与土壤电导率显著负相关,与全氮和有机碳显著正相关。荒漠在开垦过程中灌溉增加了土壤水分且降低了土壤盐分,全氮和有机碳含量增加,这些改变是土壤微生物群落变化的主要原因。荒漠开垦有助于提高土壤微生物PLFA含量、改善土壤微生物的群落结构、丰富土壤微生物群落多样性,有利于土壤质量的提高。     

海南岛东部地区土地利用方式对土壤有机碳与 易氧化有机碳的影响

以海南岛东部地区的4种土地利用方式（水田、抛荒地、果园、橡胶林地）的土壤为研究对象,通过对其SOC（土壤有机碳）和ROC（土壤易氧化有机碳）质量分数的测定,分析不同土地利用方式下SOC以及ROC的分布特征。结果表明：研究区的土地利用方式对SOC与ROC具有显著影响,土地利用方式通过影响植被凋落物、根系以及耕作方式、施肥收割等管理措施影响SOC及ROC的分布特征。就整个土壤剖面（0~30 cm）而言,不同土地利用方式下SOC质量分数的分布特征表现为水田＞抛荒地＞果园＞橡胶林地;各土地利用方式下SOC在表层土壤中质量分数最高,并随着土壤层的加深逐渐递减。水田、果园和橡胶林地土壤的ROC质量分数随着土壤深度的加深而逐渐降低,抛荒地呈现出先减少后增加的趋势。不同土地利用方式下土壤ROC质量分数表现为抛荒地＞水田＞果园＞橡胶林地。ROC质量分数的高低顺序与SOC质量分数基本相同。土壤的SOC质量分数是影响ROC质量分数变化的重要因素,相关性分析结果表明：水田、抛荒地和橡胶林地的SOC与ROC质量分数呈极显著正相关,而果园的SOC与ROC质量分数呈显著正相关。4种土地利用方式中水田土壤ROC的分配比例较低,说明水田的SOC稳定性相对于其他土地利用方式较高,有利于土壤碳的储存。     

新疆艾比湖湿地自然保护区不同土壤类型无机碳分布特征

土壤无机碳（SIC）是干旱区土壤碳库的重要组成部分,分析其特征和储量是开展干旱区荒漠生态系统碳循环研究的必要基础。基于新疆艾比湖湿地自然保护区土壤剖面的实测数据,分析了不同土壤类型SIC分布特征及其差异性,估算了研究区SIC储量,并探讨SIC含量与分布、储量特点以及与土壤有机碳（SOC）和理化因子间关系。结果表明：各类型平均SIC含量为53.06～79.90 g·kg–1;类型间SIC含量有显著差异（p<0.05）,50 cm以上各层SIC含量顺序为灰棕漠土>盐碱土>水成土>荒漠风沙土,50 cm以下则盐碱土和水成土逐渐占优势。SIC含量的垂直分布总体表现为低-高-低的特征（10 cm单位土壤深度）,除灰棕漠土外,SIC含量在剖面上的变化较均匀。研究区无机碳密度平均为9.37 kg·m-2,SIC库储量为234.50 Tg。SIC含量与SOC及含水量呈显著的正相关,并随土壤深度增加有增加趋势;与土壤容重和表层pH值负相关,相关性较弱。     

植被功能型、气候和土壤氮素对中国东部南北样带叶片氮浓度空间格局的影响

我们通过采集中国东部南北样带（NSTEC）上112个样点的102种植物叶片样品,分析了植物叶片氮浓度对植被功能型（PFTs）以及环境因素的响应特征。研究结果表明：（1）植物叶片氮浓度均值为17．7mg.g^-1,最大值和最小值分别出现在落叶阔叶植物和常绿针叶植物中。对乔木而言,叶片氮浓度表现为落叶植物〉常绿植物,阔叶植物〉针叶植物;乔木和灌木的叶片氮浓度显著高于草本植物,而乔木和灌木之间则无显著差异。（2）叶片氮浓度与年均温度（MAT）呈现凸型二次曲线关系,与年均降水量（MAP）则呈现显著的线性负相关关系,与土壤氮素浓度（Nsoil）则线性正相关,并且这种关系并不随着植被功能型的改变而改变。（3）PFTs,气候和Nsoil共同解释植物叶片氮浓度空间格局变异的46．1％,其中PFTs,气候和Nsoil可分别独立解释植物叶片氮浓度空间格局变异的15．6％,2．3％,4．7％。该研究结果表明,气候和土壤氮素对植物叶片氮浓度的影响主要是通过作用于生态系统中的物种组成,而非直接作用实现的。这种基于较大区域尺度上的野外观测分析有助于我们准确的理解植被功能型和环境因素对叶片氮浓度变异的影响机制。     

温度对生物土壤结皮斑块土壤氮矿化作用的影响

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮、藻地衣结皮斑块荒漠土壤为研究对象,采用原状土培养法,在人工气候箱中设置不同温度（-10、5、15、25、35、40 ℃）培养14 d,测定土壤样品在培养前后NH+4-N和NO-3-N含量,分析两种生物土壤结皮斑块土壤净硝化和净矿化速率对温度的响应。结果表明：①低温培养条件下（-10~15 ℃）土壤氮转化以固持态为主,随着温度升高,尤其当温度超过25 ℃后,藓类结皮、藻地衣结皮斑块土壤净硝化和净氮矿化速率显著提高（p<0.05）;②同一温度培养下,以藓类结皮发育为主的土壤氮转化水平较高,净硝化速率和净氮矿化速率以及无机氮的积累明显大于以藻地衣结皮发育为主的土壤;③两种生物土壤结皮斑块土壤净氮转换速率（硝化和矿化）Q10值在2.46~3.33间波动,其中藓类结皮斑块土壤氮转换对温度的敏感性较高。此外,在土壤氮总矿化过程中,硝化过程具有较强的温度敏感性。高温促进了土壤净氮矿化水平,增加土壤氮有效性,因此可能会对荒漠生态系统的初级生产力产生正向影响作用。     

祁连山疏勒河源区冻土退化对土壤微生物生物量碳氮的影响

对青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源区多年冻土区0~50 cm土壤微生物生物量碳氮分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:稳定型和极不稳定型多年冻土区0~50 cm土壤中微生物量碳含量范围分别为0.015~0.620 g/kg和0.019~0.411 g/kg,微生物量氮含量范围分别为0.644~12.770 mg/kg和0.207~3.725 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出稳定型显著高于极不稳定型多年冻土,表明多年冻土退化（多年冻土由稳定型退化为极不稳定型）对土壤微生物量积累有明显抑制作用。土壤微生物生物量碳占有机碳、微生物生物量氮占全氮的比值在稳定型多年冻土中显著高于极不稳定型,表明多年冻土退化对土壤微生物的矿化能力有明显抑制作用。土壤微生物量及其与土壤养分的比值有显著的剖面变化特征,随土壤深度增加而减小。土壤微生物量碳氮均与土壤温度显著负相关,与地下生物量显著正相关。稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与碳氮比正相关、与氧化还原电位负相关;不稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与pH正相关。土壤微生物量碳氮与土壤温度和pH在剖面变化上显著相关。逐步回归分析表明驱动微生物生物量碳氮在不同多年冻土类型和土层之间变化的因子是不同的。     

荒漠土壤微生物碳垂直分布规律对有机碳库的表征作用

以古尔班通古特沙漠南缘原始盐漠为研究对象,测定不同深度的土壤有机碳和土壤微生物碳含量,以分析它们之间的响应关系。结果表明:(1)在土壤垂直剖面上,土壤微生物碳（SMC）含量与有机碳（SOC）含量呈现极显著正线性相关（R2=0.63,p=0.0003）。（2）SMC出现了2个明显的改变界面（20 cm,80 cm）,0~20、20~80、80~500 cm值分别为:2.24~3.06、0.19~0.72、0.0017~0.0097 mg·kg-1;0~20 cm和20~80 cm的SMC差异极显著（p<0.0001）,20~80 cm和80~500 cm的SMC差异显著（p<0.05）。（3）对应于SMC的土壤层划分,SOC在0~20 cm、20~80 cm和80~500 cm同样具有一定的分层性。（4）我们把具有不同微生物活性的有机碳层分别定义为活性、惰性、稳定性有机碳库,土壤垂直剖面上微生物碳的分布很好地表征了土壤中活性、惰性、稳定性有机碳库的分布;通过对这3种碳库所在土层进行合理划分,可以定量分析土壤中3种有机碳库的储量。     

准噶尔盆地梭梭群落下土壤CO2释放规律及其影响因子的研究

 采用开路式自动土壤碳通量测量系统（LI-8100）测定了准噶尔盆地荒漠梭梭群落生长季的土壤呼吸速率,并分析了温度和土壤水分对土壤呼吸的影响,结果表明:土壤CO2释放速率有明显的日变化和季节动态,日最大排放速率出现在13:00—15:00时,最小排放速率在8:00时。土壤CO2释放速率日变幅最大值为0.90 μmol·m-2·s-1、最小值为0.24 μmol·m-2·s-1、平均速率是(0.548±0.076)μmol·m-2·s-1;土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线,顺序为6月＞7月＞8月＞9月＞5月＞10月。相关性分析表明,土壤呼吸速率与气温、地表温度和5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm、35 cm、40 cm、50 cm层土壤温度呈极显著和显著正相关关系,土壤呼吸速率与地表温度间的线性关系为Y=0.017X+0.033,（R2=0.566, P<0.001）,并得出Q10值为1.65。土壤含水量与土壤呼吸速率间的相关性不显著。     

耕作方式对紫色水稻土活性有机碳的影响

以位于西南大学试验农场的紫色土长期免耕试验田为研究对象,探讨不同耕作方式-冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)、厢作免耕(XM)和垄作翻耕(LF)对紫色水稻土总有机碳、活性有机碳及稳态碳的影响。结果表明,在0~60 cm的土壤深度内,不同耕作方式下总有机碳的平均含量为LM(22.74 g/kg)>DP(14.57 g/kg)>XM(13.73 g/kg)>LF(13.10 g/kg)>SH(11.92 g/kg);活性有机碳的平均含量为DP(3.67 g/kg)>LF(3.49 g/kg)>LM(3.28 g/kg)>XM(3.17 g/kg)>SH(2.69 g/kg);稳态碳占土壤总有机碳的百分比为LM (85%)>SH (78%)>XM (77%)>LF (75%)>DP (74%)。长期垄作免耕具有明显的碳截存效应和良好的固碳能力。     

中国土壤有机碳库及空间分布特征分析

土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分 ,在陆地碳循环研究中有着重要的作用。根据中国第二次土壤普查实测 2 4 73个典型土壤剖面的理化性质 ,以及土壤各类型分布面积 ,估算中国土壤有机碳库的储量约为 92 4 .1 8× 1 0 8t,平均碳密度为 1 0 .53kg/m2 ,表明中国土壤是一个巨大的碳库。其空间分布总体规律上表现为 :东部地区大致是随纬度的增加而递增 ,北部地区呈现随经度减小而递减的趋势 ,西部地区则呈现随纬度减小而增加的趋势。     

Effects of soil nitrate：ammonium ratio on plant carbon：nitrogen ratio and growth rate of Artemisia sphaerocephala seedlings

Can soil nitrate： ammonium ratios influence plant carbon： nitrogen ratios of the early succession plant？ Can plant carbon： nitrogen ratios limit the plant growth in early succession？ To address these two questions, we performed a two-factor （soil nitrate： ammonium ratio and plant density） randomized block design and a uniform-precision rotatable central composite design pot experiments to examine the relationships between soil nitrate： ammonium ratios, the carbon： nitrogen ratios and growth rate of Artemisia sphaerocephala seedlings. Under adequate nutrient status, both soil nitrate： ammonium ratios and plant density influenced the carbon： nitrogen ratios and growth rate of A. sphaerocephala seedlings. Under the lower soil nitrate： ammonium ratios, with the increase of soil nitrate： ammonium ratios, the growth rates of plant height and shoot biomass of A. sphaerocephala seedlings decreased significantly; with the increase of plant carbon： nitrogen ratios, the growth rates of shoot biomass of A. sphaerocephala seedlings decreased significantly. Soil nitrate： ammonium ratios affected the carbon： nitrogen ratios of A. sphaerocephala seedlings by plant nitrogen but not by plant carbon. Thus, soil nitrate： ammonium ratios influenced the carbon： nitrogen ratios of A. sphaerocephala seedlings, and hence influenced its growth rates. Our results suggest that under adequate nutrient environment, soil nitrate： ammonium ratios can be a limiting factor for the growth of the early succession plant.     

新垦沙地农田土壤有机碳时空变异特征

针对河西走廊临泽绿洲边缘区域的新垦沙地农田,采用传统统计学和地统计学相结合的方法研究田块尺度的土壤有机碳时空变异特征。结果表明：（1）在本研究的空间尺度内,土壤有机碳含量在2.66～6.90 g·kg-1范围之间变化,平均值为4.45 g·kg-1,变异系数为24.5%;其空间分布呈明显的斑块状,最佳的变异函数理论模型为指数模型,其块金值和基台值分别为0.13和1.28,偏基台值和基台值的比值及变程分别为0.90及18.24 m;土壤有机碳空间分布与全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量及电导率显著正相关（p＜0.01）,与pH值显著负相关（p＜0.05）。（2）在本研究的监测时间尺度内（2004-2010年）,土壤有机碳年平均值在3.81～4.71 g·kg-1幅度内变化,变异系数为6.8%,无明显的变化趋势;土壤有机碳含量年际间变化与播种量显著正相关,与作物产量显著负相关,而与施氮量、灌溉量和地上部生物量相关不显著。综上所述,新垦沙地农田土壤有机碳含量较区域水平低,其田块尺度的空间异质性是由成土母质、地形等区域因素作用的结果,而对农田管理影响下的新垦沙地农田土壤有机碳含量演变规律的研究需建立在更长时间尺度的土壤监测数据基础上。     

沙坡头地区生物土壤结皮-土壤系统生长季氮矿化动态

以腾格里沙漠东南缘沙坡头天然植被区藻地衣混生结皮和无结皮土壤为对象,采用野外原状土柱封顶埋管法,研究土壤硝态氮、无机氮、净硝化速率和净氮矿化速率的季节动态特征。结果表明:藻地衣混生结皮和无结皮土壤有效氮含量和净氮转化速率存在明显的季节动态,表现为生长季高峰期 > 生长季初期,夏季7月和8月土壤有效氮和净氮转化速率最大;两个样地土壤在生长季不同时期有效氮和净氮转化速率也存在差异。生长季初期,藻地衣混生结皮和无结皮土壤硝态氮和无机氮含量无显著差异,且温度是影响土壤氮素转化的关键环境因子。生长季高峰期,两个样地土壤有效氮含量和净硝化速率均表现为无结皮 > 藻地衣混生结皮,且水分和温度分别是影响土壤氮硝化和矿化过程的关键环境因子。由此可见,藻地衣结皮的繁衍在一定程度上抑制了土壤氮的硝化过程,因而可以减少养分的散失,是养分贮存的重要机制。     

贡嘎山东坡土壤有机质及氮素分布特征

对贡嘎山东坡自然垂直带土壤有机质和氮素的分布特征的研究表明,贡嘎山东坡表层土壤有机质和全氮含量随海拔升高有上升趋势,但在针阔混交林以上出现波动,在群落过渡带处出现显著峰值,气候和植被类型的综合作用决定了有机质和氮素的空间分布。土壤有机质和氮素在土壤剖面中的垂直分布趋势一致,凋落物层和土壤A层高于B、C层,这与动植物残体在土壤中的垂直分布格局类似。群落过渡带在腐殖质A层出现氮素累积峰。土壤碳氮比介于7~25之间,相对较低,利于土壤腐殖质化和有机氮矿化。碳氮比随海拔升高而升高,在土壤剖面中的分布随植被类型不同而有所差异。土壤中的氮素主要以有机氮的形式存在于土壤有机质中,土壤碳氮比与有机质含量显著相关。     

黑土区土壤有机质和全氮含量遥感反演研究

以东北典型黑土区耕地为研究区,以Sentinel-2A（全球环境与安全监测计划的第二颗卫星,于2015年6月23日发射）影像作为数据源,构建光谱指数,分别采用多元逐步线性回归（Multiple Stepwise Linear Regression, MSLR）和随机森林（Random Forest, RF）算法建立土壤有机质（SOM）和土壤全氮（STN）预测模型,并采用十折交叉验证方法评估模型的性能。研究对比分析了不同气候、土壤类型和地形下土壤有机质和全氮的空间分布差异。研究表明：① 海伦示范区的SOM和STN含量最高,其年均温最低,高程最高,年降水量多,SOM含量升高,其年均温最低,年降水量多,STN含量升高;② 与基于多元逐步线性回归算法建立的SOM和STN预测模型相比,随机森林算法建立的SOM和STN预测模型,有着更高的精度和稳定性;③ 运用RF算法建立的SOM反演模型的R²为0.96,均方根误差为5.49 g/kg,STN反演模型的R²为0.95,均方根误差为0.27 g/kg; ④ 不同示范区统一建立SOM和STN预测模型,有助于提高预测精度,实现跨区域建模与制图。     

土地利用方式对土壤有机碳和团聚体组分特征的影响

以广东省内第四纪红色黏土、玄武岩和花岗岩母质发育的土壤为研究对象,采集不同土地利用方式（水田、旱地、林地、果园/草地）下表层（0~15 cm）和亚表层（15~30 cm）土壤,研究土壤有机碳及其组分（腐殖质碳、易氧化有机碳）、土壤团聚体及其稳定性,分析土壤有机碳及其组分与土壤团聚体及其稳定性之间的相互关系。结果表明：土地利用类型、成土母质等影响土壤有机碳及其组分。3种母质发育的土壤中,各腐殖质组分占有机碳的比例是胡敏酸碳（HAC）＜富里酸碳（FAC）＜胡敏素碳（HMC）,第四纪红色黏土母质发育土壤腐殖酸碳（HAC＋FAC）以草地最高、水田最低;玄武岩、花岗岩母质发育土壤腐殖酸碳以果园最高。土壤中易氧化有机碳所占比例均高于惰性态,第四纪红色黏土母质发育土壤易氧化有机碳占有机碳比例以草地最高、旱地最低;玄武岩、花岗岩为果园最高、林地最低。3种母质发育土壤团聚体（湿筛）主要以＜0.25 mm微团聚体为主,表层土壤＞0.25 mm团聚体所占比例、团聚体平均重量直径（MWD）、团聚体破坏率（PAD）大于亚表层。土壤有机碳各组分均随着有机碳质量分数的增加而增加,＞0.25 mm团聚体质量分数和团聚体MWD随着土壤有机碳及其组分质量分数的增加而增大;PAD随着土壤易氧化碳组分质量分数增加而降低,易氧化有机碳组分有利于土壤中形成较大的团聚体,并增加团聚体水稳性。