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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

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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

水稻光合同化碳在土壤不同粒径、密度分组中的分配特征

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环境科学 2013年第4期34卷 1568-1575页

作者：李苗苗聂三安陈晓娟罗璐朱捍华石辉葛体达童成立吴金水西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 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

水稻生长影响土壤有机质在土壤及其各组分中的分布,是关系土壤有机质储量的重要因子.为量化水稻光合同化碳在土壤不同粒径和密度组分中的分布,进而为水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究提供数据支撑,应用14c连续标记示踪技术,以当... 详细信息

水稻生长影响土壤有机质在土壤及其各组分中的分布,是关系土壤有机质储量的重要因子.为量化水稻光合同化碳在土壤不同粒径和密度组分中的分布,进而为水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究提供数据支撑,应用14c连续标记示踪技术,以当地主栽水稻品种"中优169"为供试作物,分别选取亚热带区4种典型稻田土壤,通过土壤有机质物理分组方法探讨了水稻根际输入的光合碳在土壤物理组分(粒径、密度)中的含量和分配特征.结果表明,水稻标记种植80 d后,250～2 000μm粒径的SOc14含量范围为118.23～309.94 ***-1,SOc14/SOc的比例范围为0.52%～1.55%,均大于20～250μm、c14含量和SOc14/SOc的比例,250～2 000μm、20～250μm这2个粒径的轻组组分的SOc14含量均显著大于相应的重组组分的SOc14含量,说明稻田生态系统通过水稻的根际沉积作用将有机碳(水稻光合同化碳)主要固定在大粒径的轻组组分中,从而提高了土壤有机碳含量.相关分析表明,250～2 000μm粒径与其轻、重组组分、c14含量之间均呈显著性正相关,而c14含量之间呈极显著性负相关.

关键词：水稻光合同化碳根际沉积粒径密度土壤有机碳 14c连续标记

自养微生物同化碳在土壤腐殖质组分及团聚体中的分配

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环境科学研究 2014年第12期27卷 1499-1504页

作者：简燕曾冠军周萍袁红朝葛体达邹冬生吴金水湖南农业大学生物科学技术学院湖南长沙410128 中国科学院亚热带农业生态研究所、中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125

采用14c-cO2(碳同位素)连续标记技术结合室内模拟培养试验,采用土壤有机质的物理、化学分组方法,研究了不同种植方式〔P-R(盘塘水稻土)、P-U(盘塘水旱轮作土)和U-c(盘塘坡旱土)〕下14c-SOc(自养微生物同化碳)在土壤腐殖质组分和团聚体... 详细信息

采用14c-cO2(碳同位素)连续标记技术结合室内模拟培养试验,采用土壤有机质的物理、化学分组方法,研究了不同种植方式〔P-R(盘塘水稻土)、P-U(盘塘水旱轮作土)和U-c(盘塘坡旱土)〕下14c-SOc(自养微生物同化碳)在土壤腐殖质组分和团聚体中的分配特征.结果表明:不同种植方式显著影响自养微生物的固碳能力,P-R的自养微生物固碳能力最强〔w(14c-SOc)为38.32mg/kg〕,约为P-U和U-c的2倍;P-R和P-U中w(14c-DOc)、w(14c-MBc)显著大于U-c中.14c-SOc不同程度地进入了土壤的3种腐殖质组分(胡敏素、胡敏酸、富啡酸)中,其中进入胡敏素中的14c-SOc占总量的67.7%.14c-SOc亦进入了不同粒径的土壤团聚体中,其中主要进入了Ⅲ级(0.020 mm≤粒径14c-SOc)最高.相关分析表明,全土中的w(14c-SOc)与各粒径土壤团聚体中w(14c-SOc)和胡敏酸中w(14c-SOc)均呈显著正相关.

关键词：自养微生物同化碳种植方式团聚体腐殖质 14c连续标记

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

土壤自养微生物固碳量及其同化碳在土壤理化组分中的含量与分配特征

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土壤自养微生物固碳量及其同化碳在土壤理化组分中的含量与分配特...

作者：简燕湖南农业大学

学位级别：硕士

自养微生物在土壤中广泛存在,且具备光合固碳(同化大气cO2)功能。然而,在不同土壤利用方式下,自养微生物同化碳在土壤有机碳各组分及物理和化学组分中的分配目前尚不明确。为此,本研究采用碳同位素(14c-c02)连续标记技术结合室内模拟培... 详细信息

自养微生物在土壤中广泛存在,且具备光合固碳(同化大气cO2)功能。然而,在不同土壤利用方式下,自养微生物同化碳在土壤有机碳各组分及物理和化学组分中的分配目前尚不明确。为此,本研究采用碳同位素(14c-c02)连续标记技术结合室内模拟培养试验,采用土壤有机质、物理和化学分组方法,研究了3种不同稻田和旱地土壤自养微生物的固碳量及其在供试土壤物理和化学组分中的含量与分配特征。结果表明：1.在稻田与旱地土壤中,自养微生物同化碳的含量为6.21～67.85 mg·kg-l,对土壤有机碳的贡献(14c-SOc/SOc)达6.21-67.85%。其中,在土壤的活性有机碳库中,自养微生物同化碳在土壤微生物量碳(14c-MBc)中的含量为5.10～17.87 mg·kg-1,大于自养微生物同化碳在土壤可溶性有机碳(14c-DOc)中的含量(0.71-4.02 mg-kg-1).土壤自养微生物同化碳对土壤微生物量碳的贡献(14c-MBc/MBc)为1.14～10.07%,对可溶性有机碳的贡献(14c-DOc/DOc)为0.93～8.94%,即MBc的贡献大于DOc的贡献。与此同时,在稻田土壤中自养微生物同化碳(14c-SOc)、土壤微生物量碳(14c-MBc)的含量大于旱地,而土壤可溶性有机碳(14c-DOc)在旱地土壤中的含量大于稻田土壤。2.土壤自养微生物同化碳,主要分布在土壤0.02-0.2mm和0.2-2.0mm大团聚体的重组组分大颗粒中,在土壤0.002-0.02mm和14c-SOc对土壤总14c-SOc含量和胡敏素组分SOc含量的贡献也较其他组分大,分别为33.05～77.48%和0.07-0.57%。此外,稻田土壤中的腐殖质各组分自养微生物同化碳含量,大于旱地土壤中的腐殖质各组分自养微生物同化碳含量。

关键词：自养微生物同化碳活性有机碳库团聚体组分密度组分腐殖质组分 14c连续标记

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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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

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

水稻和自养微生物同化碳在土壤不同物理组分中的分配特征

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水稻和自养微生物同化碳在土壤不同物理组分中的分配特征

作者：李苗苗西安建筑科技大学

学位级别：硕士

稻田土壤作为我国的特色耕作土壤，具有较大的固碳潜力，阐明稻田土壤的固碳机理对于发展水稻增产、cO减排以及应对气候变化具有重要意义。本文采用密闭系统同位素连续标记示踪法，研究了同化碳在土壤物理组分(团聚体、轻重组、团聚体... 详细信息

稻田土壤作为我国的特色耕作土壤，具有较大的固碳潜力，阐明稻田土壤的固碳机理对于发展水稻增产、cO减排以及应对气候变化具有重要意义。本文采用密闭系统同位素连续标记示踪法，研究了同化碳在土壤物理组分(团聚体、轻重组、团聚体内粗细颗粒和矿物结合态颗粒)中的分配特征，评价了其对土壤有机碳组分的贡献，取得了如下主要结果： (1)种植和未种植水稻的土壤培养80d后，土壤的各级团聚体、轻重组、团聚体内粗细颗粒以及矿物结合态颗粒均检测到标记14c的存在，说明水稻和自养微生物的同化碳均不同程度地进入了土壤，表现出一定的碳汇功能。 (2)水稻和自养微生物同化碳主要贮存在250000μm团聚体轻组以及250000μm、2050μm团聚体的矿物结合态颗粒中。水稻和自养微生物固定在250000um团聚体轻组的同化碳范围分别为280.43mg·kg01.66mg·kg、82.98mg·kg12.61mg·kg，水稻和自养微生物固定在250000um、2050μm团聚体矿物结合态颗粒的同化碳均大于其对应团聚体内粗细颗粒的同化碳。 (3)种植水稻的土壤中，250000μm团聚体固定的同化碳对土壤有机碳的贡献最大。种植水稻的土壤各级团聚体的同化碳对土壤有机碳的贡献均大于未种植水稻的土壤对应团聚体的贡献。种植水稻的土壤250000μm团聚体内粗细颗粒、矿物结合态颗粒中的同化碳对土壤有机碳的贡献均大于未种植水稻的土壤对应颗粒中的同化碳对土壤有机碳的贡献。 (4)250000μm团聚体内粗颗粒分别与其细颗粒、矿物结合态颗粒的SOc含量之间呈极显著性正相关、显著性正相关。2050μm团聚体内细颗粒与其矿物结合态颗粒的SOc含量之间呈极显著性正相关。

关键词：水稻自养微生物同化碳团聚体密度粗细颗粒矿物结合态土壤有机碳 14c连续标记