杉木林土壤微生物分解有机质功能对氮磷的响应机制

批准号:
41571251
项目类别:
面上项目
资助金额:
75.0 万元
负责人:
张心昱
依托单位:
学科分类:
D0709.基础土壤学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
田静、付晓丽、董雯怡、徐志伟、王小婷、黄绿君
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中文摘要
土壤微生物是土壤有机质(SOM)分解的驱动者,随着大气氮(N)沉降增加,南方森林土壤酸化、磷(P)限制作用更加明显,这些环境因子改变对微生物分解SOM功能影响机制还不清楚。本研究选择亚热带杉木林,2011年建成长期定位控制试验,设置对照(CK)、模拟N沉降(N1、N2:50、100 kg N ha-1 a-1)、外源P输入(P,50 kg P ha-1 a-1)、NP同时输入(N1P、N2P:50或100 kg N ha-1 a-1+50 kg P ha-1 a-1)处理,结合室内不同温度梯度培养试验,利用酶动力学、分子生物学技术,探讨SOM分解关键微生物酶活性、功能基因丰度与种群多样性、以及SOM矿化对N、P响应机制。研究结果可为预测未来大气N沉降增加背景下微生物分解SOM的功能提供数据支持,为制订杉木林管理措施提供科学依据。
英文摘要
Soil microorganism is the driver of soil organic matter decomposition. With the increase of atmospheric nitrogen (N) deposition, soil acidity and phosphorus (P) limitation problems in Chinese fir ecosystems are worse in red soil area of southern China. However, it is not clear how microbial functions of soil organic matter decomposition respond to N and P additions in subtropical plantations till now. In this proposal, the Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) ecosystem is selected in the Qianyanzhou Forest Experimental Station, in Jiangxi Province, South China (26°44′52″N, 115°04′13″E). Six different treatments as follows: control (CK), low N addition (N1: 50 kg N ha-1 a-1), high N addition (N2: 100 kg N ha-1 a-1), P addition (P: 50 kg P ha-1 a-1), low N and P addition (N1+P: 50 kg N ha-1 a-1+50 kg P ha-1 a-1) and high N and P addition (N2+P: 100 kg N ha-1 a-1+50 kg P ha-1 a-1) were established in 2011. Soil organic matter decomposition enzyme activities, their kinetics, functional gene abundance and microbial diversity of the field samples will be analyzed using enzyme kinetics, molecular biology techniques. Temperature sensitivity of soil organic carbon decomposition and their enzyme kinetics of the field samples will also be analyzed in different temperature incubation chamber in laboratory. The effect mechanism of N and P addition on soil organic matter decomposition will be evaluated. The research results will help to predict the microbial mechanism of soil organic matter decomposition under increasing atmospheric N deposition conditions. Furthermore, it will also help to make reasonable practices for Chinese fir plantations management in the future N deposition conditions.
土壤微生物是土壤有机质(SOM)分解的驱动者,亚热带大气氮(N)沉降加剧土壤磷(P)限制,氮磷(NP)添加对微生物分解SOM功能影响机制还不清楚。本研究利用2011年建成的亚热带杉木林控制试验,设置对照(CK)、N(N1、N2:50、100 kg N ha-1 a-1)、P(P,50 kg P ha-1 a-1)、NP (N1P、N2P:50或100 kg N ha-1 a-1+50 kg P ha-1 a-1)处理,结合室内不同温度梯度培养试验,利用酶动力学、分子生物学技术,探讨SOM分解关键微生物酶活性、功能基因丰度与种群多样性、以及SOM矿化对N、P响应机制。. 研究结果表明:1)N添加抑制土壤碳(Cmin)、氮矿化速率(Nmin),这与氮添加降低土壤pH、抑制β葡萄糖甘酶(βG)和乙酰葡萄糖胺糖苷酶(NAG)的Vmax/Km有关。在10-40℃培养温度范围内,土壤Cmin、Nmin随温度增加而指数上升,但是NP添加对土壤碳氮矿化速率温度敏感性Q10(Cmin)、Q10(Nmin)影响不显著。2)NP添加对不同土层土壤磷酸酶活性(Phos)影响机制不同。P和NP添加抑制了0-10 cm土壤Phos 的Vmax,增加了10-40 cm土壤Phos 的Vmax,对40-80 cm 土壤Phos 的Vmax无影响。3)N、P、NP处理增加了土壤总微生物量,N2P处理中的细菌、真菌和放线菌生物量比CK增加了2.5-4倍。微生物残积碳的含量为N2P>N1P>N2>N1>P>CK,微生物残积碳含量与N、P有效性及SOC含量有显著正相关,与pH负相关。4)P添加对氨化、硝化和反硝化功能基因的丰度具有促进作用。与N或P处理相比,NP处理增加氨氧化基因与硝酸根还原酶基因丰度的比值,从而增加潜在硝酸根淋失的风险;与N处理相比,P及NP处理增加亚硝酸根还原酶基因的丰度,从而增加气态氮生成的风险。. 研究结果表明,在杉木林中实施氮磷配施的施肥方式,有利于增加土壤中有机质分解的微生物功能和提高微生物碳的积累,但需注意硝酸根淋失、N2O排放风险。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.13287/j.1001-9332.201808.023
发表时间:2018
期刊:应用生态学报
影响因子:--
作者:刘烁;王秋兵;史文娇;张心昱
通讯作者:张心昱
Enzyme Activities and Microbial Communities in Subtropical Forest Soil Aggregates to Ammonium and Nitrate-Nitrogen Additions
亚热带森林土壤中铵态氮和硝态氮添加物的酶活性和微生物群落
DOI:10.5814/j.issn.1674-764x.2017.03.006
发表时间:2017-05
期刊:Journal of Resources and Ecology
影响因子:--
作者:Wei Yan;Wang Zhongqiang;Zhang Xinyu;Yang Hao;Liu Xiyu;Liu Wenjing
通讯作者:Liu Wenjing
Responses of C-, N- and P-acquiring hydrolases to P and N fertilizers in a subtropical Chinese fir plantation depend on soil depth
亚热带杉木人工林中 C、N 和 P 获取水解酶对 P 和 N 肥料的响应取决于土壤深度
DOI:10.1016/j.apsoil.2019.103465
发表时间:--
期刊:Applied Soil Ecology
影响因子:4.8
作者:Zhang Chuang;Zhang Xinyu;Yakov Kuzyakov;Wang Huimin;Fu Xiaoli;Yang Yang;Chen Fusheng;Jennifer A.J. Dungait;Sophie M. Green;Fang Xiangmin
通讯作者:Fang Xiangmin
Contrasting effects of ammonium and nitrate additions on the biomass of soil microbial communities and enzyme activities in subtropical China
铵盐和硝酸盐添加对中国亚热带土壤微生物群落生物量和酶活性的影响对比
DOI:10.5194/bg-14-4815-2017
发表时间:2017-10-27
期刊:BIOGEOSCIENCES
影响因子:4.9
作者:Zhang, Chuang;Zhang, Xin-Yu;Sun, Xiao-Min
通讯作者:Sun, Xiao-Min
Responses of soil microbial communities and enzyme activities to nitrogen and phosphorus additions in Chinese fir plantations of subtropical China
中国亚热带杉木人工林土壤微生物群落和酶活性对氮磷添加的响应
DOI:10.5194/bg-12-5537-2015
发表时间:2015-01-01
期刊:BIOGEOSCIENCES
影响因子:4.9
作者:Dong, W. Y.;Zhang, X. Y.;Wen, X. F.
通讯作者:Wen, X. F.
气候变暖对大兴安岭冻土区森林土壤有机碳循环的影响及其微生物机制
- 批准号:32241033
- 项目类别:专项项目
- 资助金额:300.00万元
- 批准年份:2022
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
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- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
红壤丘陵区农业小流域浅层地下水硝酸盐污染来源动态及产生机理
- 批准号:41171153
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:75.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
氮沉降对长白山典型温带森林土壤碳动态影响实验研究
- 批准号:40701186
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:张心昱
- 依托单位:
国内基金
海外基金
