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土壤自养微生物同化碳向土壤有机碳库输入的定量研究:^(14)C连续标记法

环境科学 2013年第7期34卷 2809-2814页

作者：史然陈晓娟吴小红简燕袁红朝葛体达隋方功童成立吴金水青岛农业大学资源与环境学院青岛266109 中国科学院亚热带农业生态研究所农业生态系统过程重点实验室长沙410125

自养微生物在土壤中广泛存在,但其CO2同化能力及其向土壤碳库的输入机制尚不明确.应用14C连续标记示踪技术,选取亚热带区4种典型稻田土壤在密闭系统模拟培养,探讨了土壤自养微生物同化碳向土壤碳库的输入过程和机制及其对土壤碳库活性... 详细信息

自养微生物在土壤中广泛存在,但其CO2同化能力及其向土壤碳库的输入机制尚不明确.应用14C连续标记示踪技术,选取亚热带区4种典型稻田土壤在密闭系统模拟培养,探讨了土壤自养微生物同化碳向土壤碳库的输入过程和机制及其对土壤碳库活性组分的影响.结果表明,土壤微生物具有客观的CO2同化能力.标记培养110 d后,供试土壤的14C-SOC含量范围为69.06～133.81 ***-1,而14C-DOC、14C-MBC含量范围为2.54～8.10 ***-1、19.50～49.16 ***-1.土壤自养微生物同化碳(14C-SOC)与其微生物截留碳(14C-MBC)呈极显著的正相关关系.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为5.65%～24.91%、4.23%～20.02%和0.58%～0.92%.而且,土壤自养微生物同化碳的输入对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对SOC影响较小.对微生物在土壤碳循环过程的基本功能的认识在本研究中得以丰富和加深.

关键词：土壤自养微生物 CO2同化同化碳 14C连续标记稻田土壤

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土壤自养微生物碳同化能力及其同化碳在不同碳库中的分配特征研究

土壤自养微生物碳同化能力及其同化碳在不同碳库中的分配特征研究

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作者：吴昊中南林业科技大学

学位级别：硕士

土壤碳循环是陆地生态系统物质和能量流动的重要环节。土壤微生物同化大气CO2作为碳循环的一个重要环节,主要是由土壤中具有碳同化能力的自养微生物所调控的生物化学过程。在微生物同化大气C02过程的研究中,我们主要集中于农田生态系统... 详细信息

土壤碳循环是陆地生态系统物质和能量流动的重要环节。土壤微生物同化大气CO2作为碳循环的一个重要环节,主要是由土壤中具有碳同化能力的自养微生物所调控的生物化学过程。在微生物同化大气C02过程的研究中,我们主要集中于农田生态系统碳同化过程。而自养微生物广泛分布于不同的生态系统中,具有很强的环境适应能力,可以在多种环境条件下如自然湿地、广阔草原和林地等生境中参与C02的同化过程。因而,从整个生物圈的物质和能量流角度来看,研究不同生态系统自养微生物的CO2同化功能及其同化碳的转化对于完善碳循环理论具有重要意义。本文采用14C连续标记技术结合密闭系统培养,定量研究了典型稻田土壤与自然土壤(草地土、林地土、湿地土)微生物同化碳向土壤系统的输入及其在土壤活性碳库、在土壤不同粒径及其腐殖质组分中的分配特征与贡献,结果表明：1)土壤自养微生物具有可观的C02同化潜力,在本实验条件下估算,全球每年表层(0-20 cm)土壤通过自养微生物的同化作用可固定的大气CO2为0.85-9.3Pg。培养45 d后,8种供试土壤14C-SOC含量范围为17.45-190.79 mg-kg-1。 14C-SOC含量从高到低依次为湿地土壤>稻田土壤>草地土壤>林地土壤。碳同化速率从高到低依次为湿地土壤>稻田土壤>草地土壤>林地土壤。2) 自养微生物同化碳在土壤微生物量碳库中分配量高于土壤可溶性有机碳库,但不同类型土壤在不同活性碳库的分配特征不同。培养45d后,湿地土壤14C-DOC含量最高,为7.41 mg·kg-1,稻田土壤14C-DOC含量次之(平均含量为3.5 mg·kg-1),草地土壤为1.81 mg·kg-1,高于林地土壤(1.17 mg·kg-1)。与自养微生物同化碳在土壤可溶性碳库中的分配特征类似,湿地土壤14C-MBC含量最高(56.87 mg·kg-1),稻田土壤平均为12.41 mg·kg-1。草地土、林地土14C-MBC含量最少,分别只有2.21 mg·kg-1、2.11 mg·kg-1。水稻土和湿地土14C-MBC和14C-DOC含量均高于草地土和林地土。3)不同粒径团聚体中自养微生物同化碳的的含量呈显著性差异,且不同类型土壤自养微生物同化碳在不同粒径团聚体中的分配特征不同。在稻田土壤P2(嘉兴水稻土)、P3(常德冲积土)、P4(鹰潭水稻土)以及草原土、林地土中,自养微生物同化碳主要贮存在土壤P1(常德红壤)、P5(雷州水稻土)而言,>250μmm团聚体14C含量最高,分别为88.86mg kg-1、62.00 mg kg-1。而湿地土壤中自养微生物同化碳则主要贮存在53-250μm团聚体中。4)土壤微生物同化碳在腐殖质组分中的分配也表现出显著性差异,且土壤类型不同腐殖质各组分14C含量不同。总体表现出胡敏素(14Cu)>富啡酸(14C-FA)>胡敏酸(14C-HA)。湿地土壤14C-Hu含量最高,达到134.37 mg·kg-1。稻田土壤14C-Hu含量范围为47.38-129.87 mg·kg-1。草地土壤和林地土壤分别为18.15 mg·kg-1、10.51 mg·kg-1。

关键词：土壤自养微生物碳同化潜力团聚体腐殖质 14C连续标记

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原状土与非原状土对土壤自养微生物碳同化能力的影响

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生态学杂志 2014年第6期33卷 1694-1699页

作者：吴昊简燕葛体达王久荣袁红朝谭立敏李科林吴金水中南林业科技大学林学院长沙410004 中国科学院亚热带农业生态研究所农业生态系统过程重点实验室长沙410125

自养微生物在土壤中广泛存在,但原状土与非原状土对其CO2同化能力的影响尚不明确。因此,本研究采用14C连续标记示踪技术,选取亚热带区4种典型土壤进行室内模拟培养,探讨了原状土与非原状土对农田土壤自养微生物碳同化能力及其对土壤碳... 详细信息

自养微生物在土壤中广泛存在,但原状土与非原状土对其CO2同化能力的影响尚不明确。因此,本研究采用14C连续标记示踪技术,选取亚热带区4种典型土壤进行室内模拟培养,探讨了原状土与非原状土对农田土壤自养微生物碳同化能力及其对土壤碳库活性组分的影响。结果表明：连续标记培养110 d后,原状土与非原状土样均表现出可观的CO2同化能力,根据估算,非原状土、原状土的CO2同化速率分别为0.015-0.148、0.007-0.050 g·m^-2·d^-1,说明土壤受扰动可能加剧自养微生物的活性,增强土壤自养微生物的CO2同化能力。相关分析表明,土壤自养微生物同化碳（14C-SOC）与其微生物截留碳（14CMBC）呈极显著正相关（R2=0.955）。而且,土壤可溶性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和土壤有机碳（SOC）的更新率分别为：0.9%-4.5%、2.2%-9.7%和0.09%-0.43%（原状土）;0.26%-1.09%、3.6%-20%和2.9%-5.7%（非原状土）。土壤自养微生物同化碳的输入对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对SOC影响较小。本研究丰富和扩大了土壤微生物的基本功能和在土壤碳循环过程中作用的认识。

关键词：土壤自养微生物原状土非原状土 CO2同化 14^C连续标记

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农田土壤自养微生物碳同化潜力及其功能基因数量、关键酶活性分析

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环境科学 2014年第3期35卷 1144-1150页

作者：陈晓娟吴小红简燕袁红朝周萍葛体达童成立邹冬生吴金水中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 中国科学院大学北京100049 湖南农业大学生物科技学院长沙410128

研究农田土壤自养微生物碳同化潜力，对全面认识农田生态系统碳吸收和碳储存有着重要意义．选取6种典型农田土壤，通过14C连续标记示踪技术结合密闭系统模拟培养，量化了土壤自养微生物碳同化潜力及其向土壤活性碳库组分转化，同时结合... 详细信息

研究农田土壤自养微生物碳同化潜力，对全面认识农田生态系统碳吸收和碳储存有着重要意义．选取6种典型农田土壤，通过14C连续标记示踪技术结合密闭系统模拟培养，量化了土壤自养微生物碳同化潜力及其向土壤活性碳库组分转化，同时结合分子生物学技术及酶学分析方法，探讨了不同土壤自养微生物细菌固碳功能基因（cbbL）丰度及关键酶（RubisCO）活性．结果表明，土壤自养微生物具有可观的CO，同化潜力，在本实验条件下，全球每年表层（0-20cm）土壤通过自养微生物的同化作用可固定的碳为0．57-7．3Pg．供试土壤的14C土壤有机碳（14C-SOC）含量范围为10．63-153．81mg·kg^-1，而14C可溶性有机碳（14C-DOC）、14C微生物生物量碳（14C-MBC）含量范围分别为0．96-8．10mg·kg^-1．70-49．16mg·kg^-1．土壤可溶解性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和SOC的更新率分别为5．07％-ld．3％、2．51％-13．12％和0．09％-0．64％．土壤细菌cbbL丰度范围为2．d0×10^7-1.9×10。copies·g^1，且RubisCO酶活性（CO，／soil）范围为34．06-71．86nmol-（g·min）^-1．相关分析表明，土壤14C-SOC与14C-MBC及RubisCO酶活性均呈极显著正相关关系（P〈0．01）．说明土壤对大气CO：的同化作用主要是由自养微生物参与的同化过程，且较高的RubisCO酶活性意味着较高的自养微生物CO：同化潜力．

关键词：土壤自养微生物碳同化潜力 cbbL基因 RubisCO活性农田土壤 14C连续标记

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不同土壤类型自养细菌群落与微生物固碳对侵蚀-沉积响应规律研究

不同土壤类型自养细菌群落与微生物固碳对侵蚀-沉积响应规律研究

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作者：蒋婕妤湖南大学

学位级别：硕士

土壤侵蚀是导致土壤退化最重要的因素之一,对生态环境和土壤质量有着巨大的影响,在我国主要集中在黄土高原地区和南方红壤低山丘陵区,其显著影响土壤碳循环过程尤其是固碳。土壤自养微生物可以直接参与并且影响固碳过程。当土壤类型存... 详细信息

土壤侵蚀是导致土壤退化最重要的因素之一,对生态环境和土壤质量有着巨大的影响,在我国主要集中在黄土高原地区和南方红壤低山丘陵区,其显著影响土壤碳循环过程尤其是固碳。土壤自养微生物可以直接参与并且影响固碳过程。当土壤类型存在差异时,土壤生物和非生物特征也会存在不同,也就会对土壤微生物固碳产生影响。然而,目前针对不同土壤类型下土壤自养微生物碳固定对侵蚀沉积的响应规律尚不清晰。为揭示不同土壤类型下土壤自养微生物对土壤侵蚀的响应规律,本研究以黄土和红壤为研究对象,采用C同位素标记培养实验以及实时定量PCR、高通量测序等分子生物技术,分析不同土壤类型间土壤生物及非生物性质和自养微生固碳速率差异,并解释土壤固碳速率、土壤自养微生物特性以及土壤理化因子间的关系,在此基础上进一步探究土壤自养微生物固碳对土壤侵蚀响应规律。本研究主要获得的结论如下:(1)土壤类型不同,土壤理化性质存在明显差异。黄土含水率、土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)皆显著低于红壤,pH和容重显著高于红壤。其次土壤理化性质对侵蚀-沉积作用响应差异也较为明显,黄土侵蚀区土壤有机碳及其轻组分含量皆大于沉积区,且总氮含量在两者间没有区别;而在红壤区域则相反,沉积区碳氮含量皆显著高于侵蚀区。(2)土壤类型差异对土壤自养微生物特性产生显著影响。红壤自养微生物总体丰度、多样性均显著低于黄土。土壤自养微生物丰度、多样性对侵蚀-沉积作用的响应也不同:黄土沉积区微生物丰度、多样性皆小于侵蚀区;而红壤沉积区微生物丰度高于侵蚀区,微生物多样性则没有差异。其次,自养微生物群落结构也有变化,尽管变形菌门都为最占优势的门细菌,但在有机质含量较少的黄土中专性自养细菌的相对丰度均显著高于有机质含量高的红壤。同时相较于其他土壤理化因子,pH对不同土壤类型下自养微生物群落结构的变化影响最大。(3)有机质含量低的黄土中固碳量、固碳速率大于有机质含量高的红壤。相比于土壤微生物特性和其他所选理化性质,pH是导致不同土壤类型间土壤自养微生物固碳速率产生差异的最主要因子,它主要通过改变专性自养微生物和兼性自养微生物比例发挥作用。但是当土壤类型相同时,活性有机质而不是pH在侵蚀-沉积导致土壤固碳差异过程中起到更关键的作用。

关键词：土壤侵蚀黄土高原南方红壤低山丘陵区土壤自养微生物固碳土壤类型

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