土壤微生物群落对枯落物输入的响应

doi:10.13287/j.1001-9332.202211.031

应用生态学报 ›› 2022, Vol. 33 ›› Issue (11): 2943-2953.doi: 10.13287/j.1001-9332.202211.031

土壤微生物群落对枯落物输入的响应

张雅琪^1,2,3, 陈林^1,2,3, 庞丹波^1,2,3, 何文强^1,2,3, 李学斌^1,2*, 吴梦瑶⁴, 曹萌豪^1,2,3

¹宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室, 银川 750021;
²宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地, 银川 750021;
³宁夏大学生态环境学院, 银川 750021;
⁴宁夏大学农学院, 银川 750021

收稿日期:2021-10-25 修回日期:2022-06-16 出版日期:2022-11-15 发布日期:2023-05-15
通讯作者: *E-mail: lixuebin@ nux.edu.cn
作者简介:张雅琪, 女, 1997年生, 硕士研究生。主要从事植物与微生物生态学研究。E-mail: 1194695029 @qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(31960359)、宁夏重点研发计划项目(2021BEG02005)和第三批宁夏青年科技人才托举工程项目(TJGC2018068)

Responses of soil microbial community structure to litter inputs.

ZHANG Ya-qi^1,2,3, CHEN lin^1,2,3, PANG Dan-bo^1,2,3, HE Wen-qiang^1,2,3, LI Xue-bin^1,2*, WU Meng-yao⁴, CAO Meng-hao^1,2,3

¹Key Laboratory for Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Northwest China of Ministry of Education, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;
²Breeding Base for State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in North China, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;
³School of Ecology and Environment, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;
⁴School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China

Received:2021-10-25 Revised:2022-06-16 Online:2022-11-15 Published:2023-05-15

摘要/Abstract

摘要： 枯落物分解在陆地生态系统物质循环能量流动中起着关键性作用,明确枯落物输入对土壤微生物群落的影响有助于理解土壤微生物生物多样性和陆地生态系统功能的相互关系。本文采用整合分析方法,以中国为研究区域,以不添加枯落物为对照组,探究土壤微生物(真菌、细菌、放线菌)及微生物生物量碳、生物量氮对枯落物输入的响应。结果表明:与不添加枯落物相比,添加枯落物后土壤微生物生物量碳、生物量氮分别显著增加3.9%和4.4%;土壤真菌PLFA、细菌PLFA及总微生物PLFA分别增加4.0%、3.1%和2.4%。枯落物输入对土壤微生物的影响受到气候条件、年降水量、植被类型及土壤酸碱度等因素的显著影响;不同气候类型下,土壤微生物对枯落物输入的响应呈现出亚热带季风气候区>温带季风气候区>温带大陆气候区的趋势,以及随着年降水量的增加呈现出先升高后降低的趋势;不同植被类型下,土壤微生物对枯落物输入的响应呈现出阔叶林>草地≈混交林>针叶林的趋势。

关键词: 枯落物输入, 土壤微生物, 整合分析, 响应, 影响因素

Abstract: Litter decomposition is one of the most important ecosystem processes, which plays a critical role in regu-lating nutrient cycling and energy flow in terrestrial ecosystems. The influence of litter inputs on soil microbial community is helpful for understanding the relationship between soil microbial diversity and terrestrial ecosystem function. We conducted a meta-analysis to examine how litter inputs affect soil microbial activity (fungi, bacteria, actinomycetes) and microbial biomass carbon, nitrogen in China. The results showed that compared with non-litter input, soil microbial biomass carbon and nitrogen were significantly increased by 3.9% and 4.4% respectively after litter inputs. Soil fungal PLFA, bacterial PLFA, and total microbial PLFA were increased by 4.0%, 3.1% and 2.4%, respectively. The effects of litter inputs differed significantly with climatic region, annual precipitation, vege-tation type, and soil pH. Under different climate conditions, the responses of soil microbe showed the trend of subtropical monsoon climatic region > temperate monsoon climatic region > temperate continental climatic region, which increased first and then decreased with increasing annual precipitation. Under different vegetation types, the responses of soil microbes showed the trend of broad-leaved forest > grassland ≈ mixed forest > coniferous forest.

Key words: litter input, soil microorganism, meta-analysis, response, influencing factor

张雅琪, 陈林, 庞丹波, 何文强, 李学斌, 吴梦瑶, 曹萌豪. 土壤微生物群落对枯落物输入的响应[J]. 应用生态学报, 2022, 33(11): 2943-2953.

ZHANG Ya-qi, CHEN lin, PANG Dan-bo, HE Wen-qiang, LI Xue-bin, WU Meng-yao, CAO Meng-hao. Responses of soil microbial community structure to litter inputs.[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2022, 33(11): 2943-2953.

参考文献

[1] 段北星, 满秀玲, 宋浩, 等. 大兴安岭北部不同类型兴安落叶松林土壤呼吸及其组分特征. 北京林业大学学报, 2018, 40(2): 40-50
[2] 吕富成, 王小丹. 凋落物对土壤呼吸的贡献研究进展. 土壤, 2017, 49(2): 225-231
[3] Bain A, Pioli S, Ventura M, et al. The role of microbial community in the decomposition of leaf litter and deadwood. Applied Soil Ecology, 2018, 126: 75-84
[4] Yin N, Koide RT. Microbial activity, microarthropods and the phenomenon of positive, nonadditive decomposition of mixed litter. Pedobiologia, 2019, 76: 1065-1073
[5] 李学斌, 陈林, 吴秀玲, 等. 荒漠草原4种典型植物群落枯落物分解速率及影响因素. 生态学报, 2015, 35(12): 4105-4114
[6] 董学德, 高鹏, 李腾, 等. 土壤微生物群落对麻栎-刺槐混交林凋落物分解的影响. 生态学报, 2021, 41(6): 2315-2325
[7] 胡凯, 陶建平, 何丹妮, 等. 林下植物根系对森林凋落物分解过程中微生物及酶活性的影响. 应用生态学报, 2019, 30(6): 1993-2001
[8] 白清云. 土壤微生物群落结构的化学估价方法. 农业环境保护, 1997, 16(6): 252-256
[9] 任天志. 持续农业中的土壤生物指标研究. 中国农业科学, 2000, 33(1): 71-78
[10] 滕应, 黄昌勇, 龙健, 等. 矿区侵蚀土壤的微生物活性及其群落功能多样性研究. 水土保持学报, 2003, 17(1): 115-118
[11] 牛小云, 孙晓梅, 陈东升, 等. 辽东山区不同林龄日本落叶松人工林土壤微生物、养分及酶活性. 应用生态学报, 2015, 26(9): 2663-2672
[12] 李姗姗, 王正文, 杨俊杰, 等. 凋落物分解过程中土壤微生物群落的变化. 生物多样性, 2016, 24(2): 195-204
[13] 张东秋, 石培礼, 张宪洲, 等. 土壤呼吸主要影响因素的研究进展. 地球科学进展, 2005, 20(7): 778-785
[14] 张圣喜, 陈法霖, 郑华, 等. 土壤微生物群落结构对中亚热带三种典型阔叶树种凋落物分解过程的响应. 生态学报, 2011, 31(11): 3020-3026
[15] 王小平, 杨雪, 杨楠, 等. 凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响. 生态学报, 2019, 39(17): 6264-6272
[16] 孙海, 王秋霞, 张春阁, 等. 不同树叶凋落物对人参土壤理化性质及微生物群落结构的影响. 生态学报, 2018, 38(10): 3603-3615
[17] Liang N, Hirano T, Zheng ZM, et al. Soil CO₂ efflux of a larch forest in northern Japan. Biogeosciences, 2010, 7: 3447-3457
[18] 王景燕, 胡庭兴, 龚伟, 等. 天然林人工更新后枯落物对土壤微生物数量及有效养分含量的影响. 四川农业大学学报, 2010, 28(3): 285-290
[19] 王春阳, 周建斌, 夏志敏, 等. 黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响. 生态学报, 2011, 31(8): 2139-2147
[20] Frey SD, Elliott ET. Bacterial and fungal abundance and biomass in conventional and no-tillage agroecosystems along two climatic gradients. Soil Biology and Biochemistry, 1999, 31: 573-585
[21] Jing X, Sanders NJ, Shi Y, et al. The links between ecosystem multifunctionality and above- and belowground biodiversity are mediated by climate. Nature Communications, 2015, 6: 8159
[22] Wright MS, Covich AP. Relative importance of bacteria and fungi in a tropical head water stream: Leaf decomposition and invertebrate feeding preference. Microbial Ecology, 2005, 49: 536-546
[23] 栾历历, 刘恩媛, 顾新, 等. 凋落物处理和氮添加对松栎混交林土壤生态酶化学计量的影响. 生态学报, 2020, 40(24): 9220-9233
[24] 立天宇, 康峰峰, 韩海荣, 等. 冀北辽河源自然保护区土壤微生物生物量碳代谢对阔叶林叶凋落物组成的响应. 应用生态学报, 2015, 26(3): 715-722
[25] 李化山, 汪金松, 赵秀海, 等. 模拟氮沉降下去除凋落物对太岳山油松林土壤呼吸的影响. 生态学杂志, 2014, 33(4): 857-866
[26] 赵欣鑫. 氮沉降和改变凋落物输入对科尔沁沙质草地土壤呼吸的影响. 硕士论文. 兰州: 西北师范大学, 2018
[27] 赵静. 氮添加与凋落物对土壤微生物和酶活性的影响. 博士论文. 北京: 北京林业大学, 2016
[28] 郭晓伟. 凋落物处理和氮添加对森林土壤碳氮组分和微生物过程的影响. 博士论文. 北京: 北京林业大学, 2020
[29] 程伟松. 地上和地下凋落物输入对盐沼湿地土壤呼吸及其组分的影响及机制. 硕士论文. 上海: 华东师范大学, 2019
[30] 王巍巍, 赵琼, 赵欣然, 等. 凋落物管理对樟子松人工林土壤微生物群落结构的影响. 生态学杂志, 2015, 34(9): 2605-2612
[31] 王金双. 氮沉降背景下枯落物对松嫩草地微生物群落的作用. 博士论文. 长春: 东北师范大学, 2018
[32] 张伟东, 汪思龙, 颜绍馗, 等. 杉木根系和凋落物对土壤微生物学性质的影响. 应用生态学报, 2009, 20(10): 2345-2350
[33] 李佩擎. 林下植被去除和凋落物添加对杉木林土壤关键生态过程的影响. 硕士论文. 南昌: 江西农业大学, 2017
[34] 吴君君. 人工针叶林生态系统凋落物输入调控对土壤有机碳动态和稳定性的影响. 博士论文. 武汉: 中国科学院武汉植物园, 2017
[35] 罗达, 史作民, 李东胜, 等. 枯落物处理对格木林土壤碳氮转化和微生物群落结构的短期影响. 应用生态学报, 2018, 29(7): 2259-2268
[36] 卢胜旭. 米槠人工林土壤微生物群落组成对凋落物输入的响应. 森林与环境学报, 2020, 40(1): 16-23
[37] 余再鹏, 黄志群, 王民煌, 等. 亚热带米老排和杉木人工林土壤呼吸季节动态及其影响因子. 林业科学, 2014, 50(8): 7-14
[38] 桑昌鹏. 凋落物、根系去除和环割处理对滨海沙地森林土壤呼吸和微生物的影响. 博士论文. 福州: 福建师范大学, 2017
[39] 李海燕. 凋落物对过熟马尾松纯林及混交林土壤养分与微生物的影响. 博士论文. 南宁: 广西大学, 2019
[40] 刘圣恩. 凋落叶多样性对土壤碳氮形态及微生物多样性的影响. 硕士论文. 福州: 福建农林大学, 2016
[41] 胡霞, 吴宁, 尹鹏, 等. 川西高原季节性雪被覆盖下凋落物输入对土壤微生物数量及生物量的影响. 生态科学, 2013, 32(3): 359-364
[42] 杜会石, 王良玉, 陈智文. 不同枯落物添加量和处理方式对草地土壤微生物量碳的影响. 江苏农业科学, 2018, 46(8): 241-244
[43] 龚伟, 胡庭兴, 王景燕, 等. 川南天然常绿阔叶林人工更新后枯落物对土壤供氮潜力的影响. 北京林业大学学报, 2006, 28(2): 64-72
[44] 王春阳, 周建斌, 夏志敏, 等. 黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响. 生态学报, 2011, 31(8): 2139-2147
[45] 程曼. 黄土丘陵区典型植物枯落物分解对土壤有机碳、氮转化及微生物多样性的影响. 博士论文. 杨凌: 西北农林科技大学, 2015
[46] 李鑫. 宁南山区典型植物茎叶分解过程及其对土壤养分和微生物群落的影响. 博士论文. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016
[47] Borchard N, Schirrmann M, Cayuela ML, et al. Biochar, soil and land-use interactions that reduce nitrate leaching and N₂O emissions: A meta-analysis. Science of the Total Environment, 2018, 651: 2354-2364
[48] Wang LL, Li Q, Coulter JA, et al. Winter wheat yield and water use efficiency response to organic fertilization in northern China: A meta-analysis. Agricultural Water Management, 2020, 229: 105934
[49] 才璐, 罗珠珠, 王林林, 等. 中国苜蓿施肥产量效应的META分析. 干旱区地理, 2021, 44(3): 838-848
[50] 王晓娇, 张仁陟, 齐鹏, 等. Meta分析有机肥施用对中国北方农田土壤CO₂排放的影响. 农业工程学报, 2019, 35(10): 99-107
[51] 王雅芝, 齐鹏, 等. Meta分析中国保护性耕作对土壤微生物多样性的影响. 草业科学, 2021, 38(2): 378-392
[52] Johnson VE. On biases in assessing replication, statistical consistency, and publication bias. Journal of Mathematical Psychology, 2013, 57: 177-179
[53] Colin B, Jesse A. Publication bias: A problem in interpreting medical data. Journal of the Royal Statistical Society, 1988, 151: 419-463
[54] 陈法霖, 张凯, 向丹, 等. 桉树凋落物对土壤微生物群落的影响: 基于控制实验研究. 土壤学报, 2019, 56(2): 432-442
[55] 陈法霖, 郑华, 欧阳志云, 等. 土壤微生物群落结构对凋落物组成变化的响应. 土壤学报, 2011, 48(3): 603-611
[56] 赵欣然, 赵琼, 王巍巍, 等. 氮添加及凋落物管理对樟子松人工林土壤理化性质的影响. 生态学杂志, 2016, 35(10): 2699-2706
[57] 宋福强, 范晓旭, 张星星, 等. 三株丝状真菌分解樟子松凋落物酶活性. 微生物学通报, 2009, 36(5): 635-639
[58] Kallenbach C, Grandy AS. Controls over soil microbial biomass responses to carbon amendments in agricultural systems: A meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2011, 144: 242-252
[59] 张雷. 有机物料、温度和土壤水分对黑土有机碳分解的影响. 博士论文. 长春: 东北农业大学, 2004
[60] Piao HC, Hong YT, Yuan ZY. Seasonal changes of microbial biomass carbon related to climatic factors in soils from karst areas of southwest China. Biology and Fertility of Soils, 2000, 30: 294-297
[61] Fierer N, Strickland MS, Liptzin D, et al. Global patterns in belowground communities. Ecology Letters, 2009, 12: 1238-1249
[62] 陈婷, 郗敏, 孔范龙, 等. 枯落物分解及其影响因素. 生态学杂志, 2016, 35(7): 1927-1935
[63] 霍利霞, 红梅, 高海霞, 等. 氮沉降和降雨变化对荒漠草原凋落物分解的影响. 生态学报, 2019, 39(6): 2139-2146
[64] 任福民, 史久恩. 我国干旱半干旱区降水的特征分析. 应用气象学报, 1995, 6(4): 501-504
[65] 赵庆云, 张武, 王式功, 等. 西北地区东部干旱半干旱区极端降水事件的变化. 中国沙漠, 2005, 25(6): 112-117
[66] Pucheta E, Llanos M, Meglioli C, et al. Litter decomposition in a sandy Monte desert of western Argentina: Influences of vegetation patches and summer rainfall. Austral Ecology, 2006, 31: 808-816
[67] Schwinning S, Sala OE. Hierarchy of responses to resource pulses in arid and semi-arid ecosystems. Oecologia, 2004, 141: 211-220
[68] Gallardo A, Merino J. Control of leaf litter decomposition rate in a Mediterranean shrubland as indicated by N, P and lignin concentrations. Pedobiologia, 1999, 43: 64-72
[69] Xu XN, Hirata EJ. Decomposition patterns of leaf litter of seven common canopy species in a subtropical forest: N and P dynamics. Plant and Soil, 2005, 273: 279-289
[70] 刘白贵, 仝川, 罗榕婷. 闽江河口湿地3种主要植物冬春季枯落物分解特征. 福建师范大学学报: 自然科学版, 2008, 24(2): 80-85
[71] 杨喜田, 宁国华, 董惠英, 等. 太行山区不同植被群落土壤微生物学特征变化. 应用生态学报, 2006, 17(9): 1761-1764
[72] 易志刚, 蚁伟民, 周丽霞, 等. 鼎湖山主要植被类型土壤微生物生物量研究. 生态环境, 2005, 14(5): 727-729
[73] 黄宇, 汪思龙, 冯宗炜, 等. 不同人工林生态系统林地土壤质量评价. 应用生态学报, 2004, 15(12): 2199-2205
[74] 翁金粦. 红豆树、杉木不同混交比例造林方式的效果研究. 安徽农学通报, 2008, 14(19): 157-159
[75] 吴兴德. 杉木枫香混交林生长及其效应研究. 福建林业科技, 2006, 33(3): 73-76
[76] 郭培培, 江洪, 余树全, 等. 亚热带6种针叶和阔叶树种凋落叶分解比较. 应用与环境生物学报, 2009, 15(5): 655-659
[77] 胡亚林, 汪思龙, 黄宇, 等. 凋落物化学组成对土壤微生物学性状及土壤酶活性的影响. 生态学报, 2005, 25(10): 2662-2668
[78] 李飞, 张文丽, 刘菊, 等. 三峡水库泄水期消落带土壤微生物活性. 生态学杂志, 2013, 32(4): 968-974
[79] 刘炳君, 杨扬, 李强, 等. 调节茶园土壤pH对土壤养分、酶活性及微生物数量的影响. 安徽农业科学, 2011, 39(32): 19822-19824
[80] Xu JM, Tang C, Chen ZL. Chemical composition controls residue decomposition in soils differing in initial pH. Soil Biology and Biochemistry, 2005, 38: 544-552
[81] Maestre FT, Delgado BM, Jeffries TC, et al. Increasing aridity reduces soil microbial diversity and abundance in global drylands. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2015, 112: 15684-15689
[82] 吴则焰, 林文雄, 陈志芳, 等. 中亚热带森林土壤微生物群落多样性随海拔梯度的变化. 植物生态学报, 2013, 37(5): 397-406

土壤微生物群落对枯落物输入的响应

Responses of soil microbial community structure to litter inputs.

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	洪宣生, 王宗星, 徐清福, 邱勇斌, 成向荣. 杉木+闽楠复层林土壤氮磷组分及微生物性状随林龄变化特征 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(3): 622-630.
[2]	杨雪, 曹霞, 白冰, 袁艳娜, 张宁, 谢洋, 武春成. 根施生物炭对设施连作土壤氮素转化及黄瓜幼苗根系氮代谢的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(3): 713-720.
[3]	李佳玉, 施秀珍, 李帅军, 王振宇, 王建青, 邹秉章, 王思荣, 黄志群. 杉木人工林和天然次生林林龄对土壤酶活性的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 339-346.
[4]	朱雪峰, 孔维栋, 黄懿梅, 肖可青, 罗煜, 安韶山, 梁超. 土壤微生物碳泵概念体系2.0 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(1): 102-110.
[5]	杨阳, 王宝荣, 窦艳星, 薛志婧, 孙慧, 王云强, 梁超, 安韶山. 植物源和微生物源土壤有机碳转化与稳定研究进展 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(1): 111-123.
[6]	申继凯, 黄懿梅, 黄倩, 徐凤璟. 黄土高原不同植被类型土壤微生物残体碳的积累及其对有机碳的贡献 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(1): 124-132.
[7]	井艳丽, 李旭华, 张袁, 张馨月, 刘美, 冯秋红. 间伐对川西亚高山云杉人工林土壤微生物残体碳积累的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(1): 169-176.
[8]	李志丽, 王红梅, 赵亚楠, 周玉蓉. 荒漠草原灌丛引入过程中土壤氮矿化的季节动态及其影响因子 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(8): 2161-2170.
[9]	孔东彦, 杨灵芳, 刁静文, 郭鹏. 不同生境下氮沉降对土壤N₂O通量影响的整合分析 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(8): 2171-2177.
[10]	张岁梦, 叶丽敏, 周肄智, 王晓霞, 许元科, 姜姜, 刘自强. 南方丘陵区马尾松-麻栎群落水分利用来源及其影响因素 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(7): 1729-1736.
[11]	袁书禹, 谢柳娟, 叶思源, 周攀, 裴理鑫, 丁喜桂, 袁红明, 高宗军. 黄渤海湿地芦苇光合特征对增温的响应 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(7): 1825-1833.
[12]	薛志婧, 屈婷婷, 刘春晖, 刘小槺, 王蕊, 王宁, 周正朝, 董治宝. 培养条件下枯落物分解过程中微生物残体对土壤有机碳形成的贡献 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(7): 1845-1852.
[13]	庞丹波, 吴梦瑶, 赵娅茹, 杨娟, 董立国, 吴旭东, 陈林, 李学斌, 倪细炉, 李静尧, 梁咏亮. 贺兰山东坡不同海拔土壤微生物群落特征及其影响因素 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(7): 1957-1967.
[14]	邵明勤, 王剑颖, 丁红秀. 中国白鹤越冬适宜生境模拟及种群扩张驱动因素 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(6): 1639-1648.
[15]	李镇江, 于晨一, 刘升云, 闫瑞环, 黄心邓, 刘晓静, 陈志成, 王婷. 伏牛山南坡3种针叶树径向生长对气候变化的响应 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(5): 1178-1186.