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在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO2浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO2和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO2浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO2浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO2浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO2浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO2浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO2浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO2浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO2升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO2浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。 相似文献
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生态化学计量学是从生态系统能量和元素平衡的角度,揭示元素在生物地球化学循环以及生态系统对环境变化的调控机制。总结近年来在我国西藏地区针对植物、凋落物、土壤和土壤微生物量C、N、P生态化学计量及其对环境变化的响应方面的研究成果,并对未来的研究方向进行展望。相关研究表明,植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统C、N、P化学计量具有较强相关性,并受生物因子、非生物因子和人类活动的显著影响。植物生长主要受N元素的限制,C、P极度下降时N含量升高,植物通过自我调节能力表现出较强的竞争力和较高的内稳性;土壤养分表现出一定的“表聚性”效应;受海拔高度和温度的影响,微生物对凋落物的分解速率下降,可在一定程度上解释高海拔地区土壤肥力较贫瘠的原因。关于植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统生态化学计量学的研究,今后可在多尺度、不同生态系统下进行长期的、多因子交互控制试验的研究。 相似文献
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高山生态系统土壤微生物群落特征及氮素动态研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
高山环境由于其特殊的地理位置和严酷的气候条件,限制着高山植物的生长和物候节律。探究高山生态系统土壤微生物群落的结构和组成及土壤氮素循环特征,有助于了解高山生态系统土壤对植物生长的养分供应状况。该文通过对国内外学者关于高山生态系统土壤微生物群落特征及氮素动态的研究结果进行综述,以期为探究高山环境土壤微生物活动及氮素循环提供参考。 相似文献
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镍污染土壤修复技术研究进展 总被引：4，自引：1，他引：3
镍是引起我国土壤污染的八大重金属之一,农田土壤镍超标影响了农作物的产量和品质,对人体健康造成严重威胁。本文综述了近年来国内外土壤镍的污染现状和污染来源,镍对农田生态系统(植物、微生物和动物)的影响,镍污染土壤的各种修复技术,包括物理/化学修复技术、微生物修复技术、植物修复技术和农业生态修复技术,介绍了目前为止发现的镍超富集植物,为镍污染土壤植物萃取技术研发提供植物种类。最后提出了镍污染土壤修复需要加强的几个方面。 相似文献
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土壤微生物是土壤生态系统中极其重要和最为活跃的部分,在土壤养分转化循环、系统稳定性和抗干扰能力以及土壤可持续生产力中占据主导地位,土壤微生物也在草原生态系统物质转化和能量流动中起着非常重要的作用。本文对土壤微生物的作用、在土壤微生物在草地生态系统物质转化和能量流动中的作用及影响土壤微生物量因子进行综述。 相似文献
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湿地是陆地生态系统的重要碳库,其土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分。土壤微生物活性因子直接参与土壤物质循环,是湿地土壤有机碳分解周转的主要内在驱动因子,是反映土壤有机碳早期变化的敏感性指标。从微生物区系组成、微生物群落功能多样性、微生物量、酶活性和微生物呼吸等方面综述了影响湿地土壤碳周转的微生物学机制,对深入解析湿地土壤有机碳的迁移转换,阐明湿地土壤碳动态变化具有重要意义。最后分析了当前研究中存在的不足并对今后的研究方向提出建议。 相似文献
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稻田生态系统氧化亚氮(N_2O)排放微生物调控机制研究进展及展望 总被引：1，自引：0，他引：1
氧化亚氮(N_2O)是第三大温室气体,对全球气候变化具有显著影响。稻田是重要的N_2O排放源,追踪稻田N_2O产生及排放关键过程的微生物调控机制,可以为农田土壤氮素循环研究以及稻田N_2O减排提供有价值的信息。微生物调控的硝化作用和反硝化作用是稻田N_2O排放的主要来源。基于此,我们在过去十年的研究中,依托中国科学院桃源农业生态试验站,以水稻田淹水-落干和施肥为关键过程,从水稻根际、土层深度、反应底物浓度等方面探明了土壤硝化反硝化过程和N_2O排放特征及其微生物调控机制;提出了开发稻田土壤微生物资源,提高土壤N_2O消纳能力的可能策略;构建了可以有效降低稻田氮素损失和N_2O排放的基于化肥一次性深施的减氮控磷施肥技术,并在实际农业生产中进行了示范推广。本文对上述研究取得的成果,以及国内外相关研究结果进行了全面综述。结合分子生物技术在土壤科学研究中的应用,今后的研究工作将会从以下几个方面开展:1)解析土壤微生物与土壤生产力和生态环境之间的关系;2)在基因组和转录组水平构建农田土壤碳氮循环功能微生物分析平台;3)解析土壤微生物分布与生态功能之间的关联机制;4)根系—土壤—微生物之间的协同机制以及植物—内生菌—土壤微生物之间相互影响的分子机制;5)加强对实用技术的研发,把基础研究成果转化为生产力,服务农业生产和生态文明建设。 相似文献
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大气CO2浓度和温度升高会通过影响作物的光合作用,从而影响光合碳向土壤中的输送。输入到土壤中光合碳含量的变化势必会对土壤外源碳的主要分解者--微生物的群落结构产生影响。土壤微生物在土壤有机质的转化过程中发挥着重要的作用,是土壤碳循环的主要驱动者,其群落结构和功能的改变会影响土壤有机质的动态变化,而这些变化会进一步增加或者降低大气中的CO2浓度,从而对气候变化产生反馈作用。未来土壤的碳平衡取决于大气CO2浓度和全球变暖对土壤中碳的输入、输出以及碳在土壤中的驻留时间。因此,只有全面了解大气CO2浓度和温度升高将对土壤碳库及土壤微生物群落结构产生何种影响,才能明确地揭示陆地生态系统对气候变化的反馈机制,对未来农田土壤有机碳库的管理和生产力的维持有重要意义。文章综述了大气CO2浓度和温度升高及其交互作用对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响。主要结论为：（1）大气CO2浓度和温度升高对土壤碳库的影响可以相互抵消,但是土壤碳库是否成为碳“源”与温度升高的幅度密切相关;（2）大气CO2浓度升高增加了光合碳在玉米、小麦等植株各部分的分配,温度升高同样对光合碳的分配规律产生影响,但对不同部位的影响不一致,多呈降低或无显著影响;（3）大气CO2浓度和温度升高可能对土壤微生物活性及其群落结构产生交互影响,且对不同微生物（细菌、真菌和古菌）群落的影响程度不同,进一步对土壤有机碳的转化产生影响。最后提出未来的研究方向：（1）从气候变化影响植物-土壤互作角度解析根系分泌物的转化过程及其对微生物的影响;（2）通过DNA-SIP进一步研究大气CO2浓度和温度升高条件下土壤微生物对不同植物来源碳的选择性利用与碳循环的关系,从而阐明气候变化条件下微生物底物利用策略以及微生物群落结构的变化。 相似文献
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土地利用变化对生态系统碳循环和全球气候变化具有非常显著的影响。土壤碳库容量为大气碳库的2~3倍,土壤呼吸过程是土壤圈碳流入大气圈的主要途径。研究土地利用变化对土壤碳库与土壤呼吸速率的影响对于揭示生态系统对土地利用变化的响应机制及科学估算区域生态系统的碳汇功能具有十分重要的意义。综述了自然林地、人工林地、农业用地和草地等4种土地利用方式相互转化对土壤碳储量的影响,较详细地分析了土地利用变化对不同活性碳库（主要包括微生物量碳、水溶性碳、易氧化碳等）的影响,探讨了土壤呼吸速率对土地利用变化的响应及其机制,最后对该方向今后的研究重点做了展望。参69 相似文献
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中国稻田土壤有机质时空变化及其驱动因素 总被引：2，自引：0，他引：2
【目的】评价中国稻田土壤有机质时空变化特征,为提高耕地质量,应对种植结构调整及气候变化等提供支撑。【方法】基于1988—2017年开展的338个国家级定位监测点,分析稻田耕层土壤有机质含量变化特征、驱动因素以及对土壤容重影响。【结果】近30年全国稻田耕层土壤有机质平均提高了3.49 g·kg-1,年均增速0.09—0.12 g·kg-1。稻田耕层土壤有机质含量年均增速高低依次为东北、长江下游、长江中游、华南和西南。目前,全国稻田耕层土壤有机质平均含量32.4 g·kg-1,从高到低依次为长江中游、华南、东北、西南和长江下游。气候、土壤类型、氮肥投入以及种植制度等对土壤有机质产生影响。西南稻区和高纬度的东北稻区,稻田土壤有机质含量与年均气温显著负相关（P<0.05）,东部地区和低纬度的地区稻田土壤有机质含量与年均气温显著正相关（P<0.05）。潜育型水稻土有机质平均含量显著高于其他类型水稻土。合适的氮肥投入量（200—300 kgN·hm-2·a-1）有利于土壤有机质累积。土壤容重及耕层深度与土壤有机质存在显著响应关系（P<0.01）。【结论】我国稻田耕层土壤有机质含量整体呈上升趋势,年均增速呈现从南到北依次增加的趋势。年均气温和降水量,土壤类型,氮肥用量和种植制度等管理措施是区域土壤有机质含量分异的主要驱动因子。 相似文献
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QIU CunPu CHEN XiaoFen LIU Ming LI WeiTao WU Meng JIANG ChunYu FENG YouZhi LI ZhongPei 《中国农业科学》2019,52(13):2268-2279
【Objective】 The straw degradation rate, microbial community structure changes and functional microbial community composition involved in straw decomposition in soils were researched, and the research results could provide the theoretical foundation for revealing microbial mechanism of the soil organic matter transformation and accumulation. 【Method】 Two typical subtropical paddy soil in China, including Changshu Wushan soil and Yingtan Red paddy soil, were collected as the research materials. We anaerobically incubated the soils with/without 13C-enriched rice straw for 38 days. Gaseous samples were regularly collected to investigate mineralization rate of straw in dynamic changes. The soil samples were collected to analyze the dynamic changes of the microbial community composition related to straw decomposition by using 13C-PLFA-SIP technology. 【Result】 At the early stage before day 12 of the anaerobic culture, straw degraded slowly, and straw had positive priming effect on soil organic matter (SOM). At the stage of day 12-18, straw degraded rapidly and then the rate tended to be slow after day 18. At the end of incubation, straw mineralization rate was 24% and 33% in Red paddy soil and Wushan soil, respectively. The contribution of straw C to C efflux increased with incubation time, which was 53%-60% and 54%-57% to CO2 and CH4 efflux, respectively. The microbial biomass and activity were improved in the soil with straw, and the microbial activity in Wushan soil was higher than that in Red paddy soil. During straw degradation, 16:0 (general bacteria) was the main groups. i16:0, i15:0 (G + bacteria) and 18:1ω9c (fungi) were also important microbial groups involved in straw degradation. The relative abundance of straw-derived gram-positive (G +) bacteria and actinomycetes increased and gram-positive (G -) bacteria decreased with incubation time. The proportions of straw-derived PLFAs were 27%-32% and 18%-24% in Red paddy soil and Wushan soil PLFAs, respectively. The straw utilization efficiency was higher in fungi and general bacteria, while G - bacterial and actinomycetes PLFAs were preferentially linked to extant soil organic matter (SOM) mineralization. The microbial community composition was different between Wushan soil and Red paddy soil with rice straw. The straw-derived microbial community composition was similar in two soils, but the SOM-derived microorganisms were differences. 【Conclusion】 The mineralization of straw C lagged behind extant SOM during anaerobic straw degradation. The microbial activity and diversity in soil were important factors influencing the efficiency of straw mineralization. After adding straw in soil, it’s showed differences from the microbial community composition, which were mainly involved in the differences between SOM-derived microorganisms, and SOM was an important factor leading to these differences. 相似文献
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两种典型水稻土中秸秆碳转化的微生物过程 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】研究土壤中秸秆腐解速率、腐解过程中微生物群落结构变化和参与秸秆腐解的功能微生物群落组成,为揭示土壤有机质转化和积累的微生物学机制提供理论依据。【方法】以我国亚热带两种典型水稻土——常熟乌栅土和鹰潭红壤性水稻土为研究对象,设置不添加秸秆（CK）和添加 13C标记的水稻秸秆（RS）处理,厌氧恒温培养38 d,在培养过程中定期测定气体释放量,研究秸秆矿化速率的动态变化;采集土壤样品,利用 13C-PLFA-SIP技术分析参与秸秆降解的微生物群落的动态变化。【结果】培养前12 d,秸秆降解缓慢,此时秸秆对土壤有机质（SOM）产生正激发效应;培养12-18 d秸秆快速降解,18 d后趋缓。培养结束时,秸秆碳在红壤性水稻土和乌栅土中的矿化率分别为24%和33%。秸秆碳对CO2和CH4贡献率随培养时间的延长而增加,在培养末期分别为53%-60%和54%-57%。添加秸秆可以提高土壤微生物生物量及微生物活性,乌栅土微生物活性高于红壤性水稻土。16:0（一般细菌）是参与秸秆分解主要类群,i16:0和i15:0（G +细菌）和18:1ω9c（真菌）也是参与秸秆分解的重要微生物类群。随培养时间增加,G +细菌和放线菌的相对丰度增加,G -细菌呈降低趋势。红壤性水稻土和乌栅土PLFAs中标记利用秸秆碳的PLFAs的比例分别为27%-32%和18%-24%。真菌和一般细菌对秸秆碳的利用效率较高,而土壤原有有机质（SOM）矿化主要与G -和放线菌相关联。添加秸秆造成乌栅土和红壤性水稻土两种水稻土微生物群落结构呈现明显差异,但分解利用外源秸秆碳的微生物群落结构相似,而分解利用SOM微生物群落结构有差异。【结论】秸秆厌氧降解过程中秸秆碳的矿化滞后于土壤自身SOM;不同本底微生物活性和多样性是影响秸秆碳矿化速率的重要因素;添加秸秆后不同土壤微生物群落结构的差异主要是参与SOM降解的微生物差异,土壤原SOM是导致这种差异的重要因素。 相似文献
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土壤有机质转化对温度变化的响应,是气候变暖与全球碳循环关系中的核心问题.掌握土壤有机质对温度变化的响应规律,对准确评价气候变暖背景下,全球土壤有机质的转化至关重要.综述了国内外大量研究成果,对基质成分、基质损耗、测试方法、微生物、水分含量等因素,对土壤有机质转化与温度关系的影响机理与影响规律以及Q10的变化规律进行了探讨.提出稳定有机质与不稳定有机质温度敏感性异同问题,应作为土壤有机质转化与温度关系中的核心问题进行深入研究.同时通过分析,提出室内短期培养是首选测试方法.分析认为微生物生长温度曲线与微生物呼吸之间不存在必然联系,而在过低和过高之间,水分含量是否会影响土壤呼吸,有待进一步试验验证.提出随着城市热岛效应这一环境问题的加剧,研究及评价更大温度区间内的城市土壤有机质对温度变化的响应规律十分重要. 相似文献
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土壤有机质在陆地生态系统中具有重要作用,是估算土壤碳储量、评价土壤肥力和质量的重要指标。从省域尺度上分析土壤有机质的分布和变异,及其影响因素,对节能减排和土壤的可持续利用具有重要的指导意义。以江苏省第二次土壤普查的1519个土壤剖面数据为基础,分析了江苏省表层(0-20 cm)土壤有机质分布、变异及其影响因素。结果表明,全省土壤有机质平均含量为(16.55±8.49) g/kg,变异系数为51.36%,属中等变异水平。不同土壤类型有机质含量差异较大,沼泽土最高,为31.60 g/kg,棕壤最低,为8.69 g/kg;自然土壤的有机质含量变异程度大于耕作土壤。年均温、年均降雨量、成土母质、土地利用、土壤质地和土壤pH对全省土壤有机质含量变异的综合能解释能力为52.6%。土壤质地和年均温是有机质含量变异的主要影响因素,土壤质地对其变异的影响大于年均温,二者能够独立解释其变异的32.0%和23.4%。 相似文献
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选择黄土丘陵区延河流域4种典型植被类型下的土壤为研究对象,测定了土壤微生物量碳、氮、磷和相关基本理化性质。结果表明,在此流域的典型天然草地、人工灌木林、人工乔木林和农地中土壤微生物量碳(MBC)的含量范围分别为315.15-400.89、246.56-321.25、267.76-347.05和118.96-245.14 mg/kg,土壤微生物量氮(MBN)的含量范围分别为35.87-47.63、27.63-42.89、24.66-36.20和15.64-22.56 mg/kg,土壤微生物量磷(MBP)的含量范围分别为14.14-22.96、12.89-19.75、11.54-14.40和7.23-11.59 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出天然草地最高、人工乔、灌木林次之,且均显著高于农地的趋势,表明退耕还林还草对土壤微生物生物量有明显的促进作用。不同植被类型下,土壤微生物量碳氮比和碳磷比的变化范围分别为7.49-10.87和16.27-24.11,土壤微生物量碳、氮、磷占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比的范围分别为2.70%-4.85%、2.56%-4.45%、2.08%-5.34%。其中天然草地、人工灌木林和农地土壤的微生物量碳氮比、碳磷比均显著小于人工乔木林(P < 0.05); MBC/SOC在不同植被类型下的差异不显著,MBN/TN和MBP/TP均呈现出天然草地>人工灌木林>人工乔木林和农地的趋势,且差异显著(P < 0.05)。微生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率呈现极显著或显著相关性,与土壤pH值呈现出不同程度的负相关性,表明植被类型对这些与土壤微生物量紧密相关的理化性质也有显著影响。 相似文献
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近30年海南岛土壤有机质时空变异特征及成因分析 总被引：4，自引：1，他引：3
【目的】 土壤有机质（SOM）是评价土壤肥力和土壤碳库的重要指标。由于复杂的成土过程及人类活动的影响,SOM通常存在较强的时空变异性。研究SOM的时空变异特征可为农业种植结构调整、应对全球气候变化提供重要参考依据。【方法】以海南岛为研究区域,通过资料收集、野外调查、采样与分析获取全国第二次土壤普查（1980s）和2012年0—20 cm土层SOM含量数据,首先采用随机森林模型分别对两个时期训练集410个、128个样点SOM空间分布规律进行预测,并通过验证集103个、32个验证点对模型精度进行验证;采用统计学方法,结合农业统计数据,研究时隔30年海南岛不同土地利用类型SOM时空变异特征,并对驱动因素进行探讨。【结果】1980s SOM含量均值为20.57 g·kg -1,呈现出从西南向东北降低的空间分布趋势,全岛SOM含量主要集中在15—20和20—30 g·kg -1两个等级,共占全岛面积的75.29%;2012年SOM含量均值为15.89 g·kg -1,呈现出西南和东北高,西部、南部沿海低的空间分布趋势,SOM含量主要集中在10—15和15—20 g·kg -1两个等级,共占全岛面积的78.28%,而15—20和20—30 g·kg -1两个等级占全岛面积66.04%,同1980s相比减少了9.25个百分点。【结论】 （1）时隔近30年,海南岛SOM含量整体呈减少趋势。2012年SOM平均含量较1980s减少了4.68 g·kg -1,减少率为22.75%。其中水田的SOM含量减少最为明显,减少了6.42 g·kg -1,减少率为27.34%;其次为园地,减少了2.65 g·kg -1,减少率为14.25%;而旱地减少量最小,为1.28 g·kg -1,减少率为8.84%;（2）水稻连作改为稻菜轮作（水田连作改为水旱轮作）、林地开垦为园地、土地利用强度加大是造成海南岛SOM含量下降的主要原因。 相似文献