亚热带森林土壤热点区域分解酶动力学的原位直接观察研究

批准号:
31870598
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
田兴军
依托单位:
学科分类:
C1606.森林土壤学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
鞠君毅、胡海静、冀艳利、和华龙、杨俊博、叶如梦、曾小仪、万鹏伟、李强
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中文摘要
森林土壤是个复杂多样的系统,分解过程是在极小体量的热点区域完成的,其驱动力主要来自系统的生物胞外分解酶。搞清这一胞外酶活性动力学特征对于理解系统的生态学过程具有重要理论价值。一种全新的土壤酶活性原位观测方法由Spohn等创立以来,相继在玉米、水稻等农田开展研究,取得了非常满意的结果,而有关森林土壤方面研究,鲜见报道。本项目基于土壤酶活性原位直接观察方法结合核磁共振技术,通过对森林土壤热点区域的原位直接观察测量研究,试图阐明亚热带马尾松林和栓皮栎林土壤凋落物热点区域、根系热点区域及动物热点区域的分解酶活性空间特征及变化规律;阐明亚热带森林生态系统土壤热点区域与非热点区域、针叶林土壤与阔叶林土壤热点区域分解酶动力学特征的空间差异性;揭示亚热带代表性森林生态系统土壤分解酶活性特征变化规律及驱动机制;为亚热带森林土壤生态学过程及养分循环机制研究及森林经营提供理论依据。
英文摘要
Forest soil ecosystem is very complex in structure and function. The biological decomposition process is taking place in a very limited volume, namely hotspot. The process of the system is driven by extracellular decay enzymes. Thus, it is very important to study a distribution of extracellular enzymatic activities in the hotspots of the soils where controlling the nutrients cycling in the system. A novel in situ method, zymography method, to map the extracellular enzymatic activity distribution in the soils was developed by Spohn et al. And some related works used the method in the agriculture soils such as mays and rice etc. have been reported since then. The works showed very nice results. However, the work is almost not found focusing on forests to date. Aim of this proposal is to map the distribution of extracellular decay enzymatic activities of the hotspots, detritusphere, rhizosphere and biosphere, in the subtropical Pinus massoniana and Querus variablis forest soils using this novel method combined with NMR analysis; to evaluate the difference of extracellular enzymatic activities between the hotspots and other areas, between the coniferous forest and the broad leaf forest; to exploit the formation and driven mechanisms of the distribution. The data and results will be very valuable for understanding ecological process, nutrient cycling and management of the forests.
森林土壤的各种生物化学过程是在极小体量的土壤热点区域内完成的,探究土壤热点区域胞外酶活性时空分布特征是系统地理解土壤生物学过程的重点和难点问题。本项目基于土壤原位酶谱技术,结合野外原位和室内控制实验,按照合同书要求研究了亚热带代表性森林土壤生态系统分解酶活性特征变化规律及驱动机制,经过4年的研究,取得主要研究成果如下:(1)通过凋落物热点区域分解酶活性特征的研究,发现亚热带森林土壤酶活性热点区域面积占总面积的1.3%-33%。原位酶谱测量结果显示混交林土壤热点区域的酸性磷酸酶、β-葡糖苷酶和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶大于马尾松和栓皮栎纯林,混交林土壤具有比纯林更高的微生物生物量和土壤动物丰度。(2)随着分解过程的进行,凋落物的质量和化学结构都会发生很大变化,其分解酶的活性也会随之变化;丛枝菌根真菌(AMF)与腐生菌相互作用加速凋落物分解,扩大了根际酶活性热点区域面积,增加了根际周围土壤的养分供给并促进了植物的生长。(3)发现土壤根际微环境的根际分泌物及根际分解酶活性存在季节动态。热点区域低质量凋落物其分解酶活性会远低于高质量凋落物区域的分解酶活,引起正向激发效应。(4)土壤动物啃食通过促进白腐菌的生长和增加了酶活热点区域面积,加速了森林凋落物的分解。森林凋落物中的化学防御物质对土壤根际动物和微生物群落存在选择作用,影响了土壤酶活性并对凋落物降解起到主场促进和客场抑制的作用。综上,应用土壤原位酶谱技术结合野外原位和室内控制实验圆满地阐明了亚热带森林土壤热点区域酶活的动态及其影响因素,揭示了亚热带土壤酶活热点区域的动力学特征及形成机制。为亚热带森林土壤生态过程及养分循环机制研究及森林经营提供理论依据。土壤酶谱技术在陆地生态系统研究中的成功应用,为在大的时空尺度上更细致和准确地阐明微生物参与的生物地球化学循环过程奠定了基础。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
Grazing Effects of Soil Fauna on White-Rot Fungi: Biomass, Enzyme Production and Litter Decomposition Ability.
土壤动物群对白腐真菌的放牧影响:生物量、酶产生和凋落物分解能力
DOI:10.3390/jof8040348
发表时间:2022-03-28
期刊:JOURNAL OF FUNGI
影响因子:4.7
作者:Chen, Yunru;Cao, Tingting;Lv, Meiqi;Fang, You;Liu, Run;Luo, Yunchao;Xu, Chi;Tian, Xingjun
通讯作者:Tian, Xingjun
The Photodegradation of Lignin Methoxyl C Promotes Fungal Decomposition of Lignin Aromatic C Measured with (13)C-CPMAS NMR.
13C-CPMAS NMR 测定木质素甲氧基 C 的光降解促进木质素芳香族 C 的真菌分解
DOI:10.3390/jof8090900
发表时间:2022-08-24
期刊:Journal of fungi (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Yao B;Zeng X;Pang L;Kong X;Tian K;Ji Y;Sun S;Tian X
通讯作者:Tian X
Spatiotemporal characteristics of enzymatic hotspots in subtropical forests: In situ evidence from 2D zymography images
亚热带森林酶热点的时空特征:二维酶谱图像的原位证据
DOI:10.1016/j.catena.2022.106365
发表时间:2022-05-20
期刊:CATENA
影响因子:6.2
作者:Cao, Tingting;Kong, Xiangshi;Tian, Xingjun
通讯作者:Tian, Xingjun
Ecological engineering in a eutrophic lake: A case study of large aquatic macrophyte enclosures in Baima Lake, China
富营养化湖泊的生态工程:以中国白马湖大型水生植物围护为例
DOI:10.1016/j.limno.2021.125907
发表时间:2021-09
期刊:Limnologica
影响因子:1.7
作者:Qiang Li;Pengwei Wan;Chengyin Han;Xiaolin Dai;Xuekun Hua;Yongnian Wang;Kai Zhang;Sulin Cai;Xingjun Tian
通讯作者:Xingjun Tian
DOI:10.16213/j.cnki.scjas.2020.11.032
发表时间:2020
期刊:西南农业学报
影响因子:--
作者:曾小仪;庞璐;陈韵如;田兴军
通讯作者:田兴军
森林土壤有机物分解酶(CBHI)的动态变化、功能特征及其调控
- 批准号:40971151
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:田兴军
- 依托单位:
森林凋落物分解的酶动力学和分子机制
- 批准号:30870419
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:田兴军
- 依托单位:
亚热带常绿阔叶林分解菌的结构动态、分解潜能及其环境响应
- 批准号:30470299
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:田兴军
- 依托单位:
国内基金
海外基金
