黄土丘陵区草地土壤微生物C_N及呼吸熵对植被恢复的响应
第29卷第6期2009年6月
生态学报ACTA ECOLOG I C A SI N I C A
V o.l 29,N o .6
Jun .,2009
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40701095);国家/十一五0科技支撑计划重大资助项目(2006BCA01A07);陕西省自然科学基金资助项目(2007D12)
收稿日期:2008-09-25; 修订日期:2008-12-30*通讯作者C orres pond i ng author .E-m ai:l
黄土丘陵区草地土壤微生物C 、N 及
呼吸熵对植被恢复的响应
黄懿梅1
,安韶山2
,薛 虹
1
(1西北农林科技大学资源环境学院,陕西,杨凌 712100;2西北农林科技大学中国科学院水利部水土保持研究所,陕西,杨凌 712100)
摘要:以野外样地调查和室内分析法研究了黄土丘陵区不同植被恢复年限下草地土壤微生物C 、N 及土壤呼吸熵的变化。结果表明,土壤微生物量碳明显地随着植被恢复年限的增加而增加。在恢复前23a ,土壤微生物量碳在0~20cm 土层年增加率为24.1%;20~40c m 为104.4%。植被恢复23a 后,0~20c m 土层增长率为0.83%,20~40cm 为0.19%。土壤微生物量N 表现为在植被恢复的初期略有下降,3a 后,开始出现明显增加。0~20c m 土层年增长率为20.14%,20~40c m 为15.11%。在植被恢复23a 后,0~20c m 土层的年增长率为0.14%,20~40c m 变化不大。土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加逐渐加强;土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势。土壤呼吸熵(q CO 2)在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植物生长状况影响较小。相关分析表明,土壤微生物量和土壤微生物活性与土壤有机质、碱解氮和粘粒含量显著正相关;与土壤粉粒含量明显负相关;表层土壤p H 值对其也有明显影响。草地植被自然恢复过程可增加土壤微生物活性,有利于土壤质量的提高。
关键词:土壤微生物碳、氮;草地土壤;植被恢复;土壤基础呼吸;土壤呼吸熵;黄土丘陵区
文章编号:1000-0933(2009)06-2811-08 中图分类号:Q142,Q945,Q948 文献标识码:A
R esponses of so ilm icrobial bi o m ass C and N and respiratory quotient (q CO 2)to revegetation on the Loess H illy -Gull y regi on
HUANG Y -i M ei 1
,AN Shao -Shan 2
,XUE H ong
1
1C olle ge of R esourses and Env i ronm e n t ,N ort hw estA&F Universit y,Yang li ng,Shaanxi 712100,Ch i na
2In stit u te of Soil and W a te r Conserva tion,CAS&M WR,N orthw estA &F Un i v e rsit y,Yang ling Shaanx i 712100,China Act a Eco l og ica Sini ca ,2009,29(6):2811~2818.
Abstract :V egetat i on recovery i n the Loess P lateau o f Ch i na has bee n i de ntifie d as the m ost effect i ve and usef ul way to alleviate so il erosion and degradati on .T his st udy w as to exa m i ne the responses o f so il m icrob i al indicators to natural vegetat i on rehab ilitation on the Loess P lateau .So il sa mples at the de pths of 0)20c m and 20)40c m were co llected fro m the Yunwu mounta i n grassla nd area w ith an recovered c hronosequence o f 0,3,9,15,23,58,73,and 78years .T he results sho w ed t hat m icrobial bio m ass C (M BC )was increased si gn ificantl y a l ong w ith vegetat i on rehabilitation tm i e i ncreasi ng .I n t he early 23years revegetati on sites ,the increasi ngM BC rate was 24.1%and 104.4%ever y year at 0)20c m and 20)40c m,respecti vely .H o wever ,after 23years of revegetation ,the increasi ng rate ofM BC was on l y 0.83%and 0.19%at 0)20c m and 20)40c m every year ,respecti vely .So ilM BN also i ncreased faster duri ng the f irst 23yearsw ith i ncreasi ng rates of 20.14%and 15.11%at the 0)20c m and 20)40c m every year ,respective l y .So il basal respiration (SBR )increased graduall y during the ve getati on natural successi on .The q CO 2decreased w it h a logarithm f unct i ona l trend w ith the encl ose d tm i e increaseed .Co m pare d to so il respiration i ntensity ,the q CO 2reflected t he change ofm icrobial activity
2812生态学报29卷
m ore clearl y and consistent l y.The M BC,M BN and SBR had a positive relationsh i p w ith soil or ganic carbon,ava ilable n itrogen a nd clay contents,but they had a negative relat i onshi p w it h so il silt content.In addition,so il p H at the surface layer also affected the soil m icr ob i a l propert i es.These research results rei nforced the notion that natural succession of grassland has a ltered positi vely so il m icrobial co mm un ities and act i v ities in the surface layer,provided i ndications that vegetat i on restoration can have positive m i pacts on so il m icrobial quality on the L oess P latea u.
K eyW ords:so il m icr ob i a l bi o m ass C and N;gr assland so i;l revegetati on;so il basa l respiration(SBR);soil respiratory quot i ent(q CO
);LoessH ill y-Gully reg i on
2
黄土丘陵区是我国乃至世界上严重的水土流失地区之一,也是国家退耕还林还草及生态建设的重点区域。恢复植被是黄土高原生态环境治理与水土保持的重要措施,植被恢复能有效减少土壤侵蚀、改善和提高土壤质量[1,2]。土壤肥力质量的恢复、保育和定向培育是生态环境建设的重要内容,研究生态恢复与土壤质量演变耦合机理,对区域生态环境建设及土壤质量定向培育,解决人类面临的资源环境问题有重要理论和现实意义[3,4]。土壤微生物对环境变化敏感,微生物量库的任何变化,都会影响土壤养分的循环和有效性[5],能够较早地指示生态系统功能的变化。近年来,随着土壤微生物生物量测定方法的不断改进和简化,土壤微生物生物量研究领域更加深入[6,7]。目前,对黄土高原侵蚀环境条件下植被恢复后的土壤质量演变虽然已有了一些研究,但大多集中于植被恢复后土壤理化性质的演变,对土壤微生物量这种更加灵敏的指标报道甚少。本文旨在从土壤微生物学角度研究侵蚀环境下不同植被恢复后土壤微生物C、N及土壤基础呼吸的演变,揭示植被恢复与重建对改善土壤生态环境的作用机制,为黄土高原植被恢复措施优选及土壤质量恢复提供科学依据。
1材料与方法
1.1采样地概况
云雾山草原自然保护区位于宁夏回族自治区固原县东北部,东经106b25c~106b29c,北纬36b14c~36b 20c,南北长11km,东西宽5.5k m,总面积约4000h m2,除村庄、道路和农田外,可保护草原面积3400hm2(包括133hm2灌丛)。该区为黄土覆盖的低山丘陵区,海拔1800~2148m,大部分在2000m以下。气候年均温度4 ~6e,1月均温-14e,7月均温22~25e,无霜期112~137d,年均降水量400~450mm。土壤为山地灰褐土和浅泸黑土。保护区划分为核心区、缓冲区和试验区3部分:核心区面积1130h m2,居保护区中偏北部;缓冲区1000hm2,在保护区南端;试验区1879hm2,从保护区南端起沿南、东、北3面围于核心区和缓冲区之外。此外,在保护区外还有500hm2的外围保护地带[8]。保护区植物以草原植物为主,包括长芒草、里茅委陵菜、百里香、铁杆蒿群落等,主要分布在保护区的中心地带海拔1800~2120m的阳坡,半阳坡,半阴坡及梁顶。
1.2供试材料
本研究采用/时空互代0法,选择宁夏固原云雾山自然保护区植被恢复过程中不同恢复年限下的8个地段作为研究样地,C K为农田,其余均为草地(表1)。于2006年7月采集0~20和20~40c m两层土样,在面积大约为100m@100m的样地内,采用/S0型多点采集混和样,野外重复两次,用塑料自封袋带回实验室。新鲜土样采回后,过2mm筛,分成两份,一份于4e保存,一份风干备用,新鲜样品用于土壤微生物指标测定,风干样用于土壤理化性质测定。
1.3分析项目与方法
1.3.1土壤基础呼吸测定
采用改进的室内密闭培养法[9],称取相当于40g烘干基的新鲜土样于500m l广口瓶中,调节土壤含水量为田间持水量的50%;将盛有5m l0.1m o l#L-1Na OH溶液的吸收瓶小心悬挂在土壤的上方。密封广口瓶的瓶口后于(25?1)e恒温培养24h,将N a OH完全转移于100m l三角瓶中,加入1m ol#L-1B a C l22m l和酚酞指示剂2滴,用0.05mo l#L-1的标准盐酸滴定至红色消失。同时,以20m l蒸馏水作为对照。每个处理重复3次。
根据Na OH 溶液的消耗量计算出CO 2释放量。
表1 供试土样与植被的基本情况
Table 1 Soil natura l characteristi cs and the rel a ti onshi p w ith pl ant recover ti me
编号
Sa m p l e No .
恢复年限Reh ab ilit ati on ti m e(a)优势种Do m i nant s p ecies
主要伴生种
Acco m panyi ng species
海拔(m )E levati on
坡度(b )S lope grad ient
178大针茅S ti pa grad iss P .Sm irn .冷蒿Arte m isia fri g i da W illd .星毛委陵菜P ot en till a acaulis L.
花苜蓿M edicag o ru t h e n i ca (Li nn.)T rautv 窄裂委陵菜P ot en till a angustiloba Yu et L.i 202012
273长芒草S ti pa bungana T ri n Led eb 铁杆蒿Arte m isi a sa c rorum.Ledeb.百里香Thy m us m ongolic u s Ronn 赖草L ey m us sec a li nu s
二裂委陵菜P ot en till a b i furca .204015
358
铁杆蒿Arte m isia sacrorum 长芒草S ti pa bungana 阿尔泰狗娃花H e t ero pappus a lt a ic u s 百里香Thy m us m ongolic u s 204010
423百里香Thy m us m ong olic u s 长芒草S ti pa bung ana
大针茅S ti pa grad iss
铁杆蒿Arte m isi a sa c rorum.
二裂委陵菜P ot en till a bi furc a.L i nn .204010
515
百里香Thy m us m ong olic u s 长芒草S ti pa bungana
白颖苔草C arex ri g escens (Franch .)V .Krecz
花苜蓿M edicag o ru t h e n i ca (Li nn.)T rautv 糙叶黄芪A straga l u s scaberri m us Bunge 194011
69香茅草L e ymu s se ca li nus (Georgi)T z ve.l 百里香Thy m us m ong olic u s
猪毛蒿Arte m isi a sc oparia 二裂委陵菜P ot en till a bi furc a.190810
73猪毛蒿Arte m isia scopari a W al dst .etK it .二裂委陵菜pote n tilla bi furca 阿尔泰狗娃花H e t ero pappus a lt a ic u s 百里香Thy m us m ongolic u s 长芒草S ti pa bungana.
194028
CK
玉米M aize
1908
2
1.3.2 土壤微生物生物量碳、氮的测定
调节各供试土壤的含水量为田间持水量的55%左右,并在(25?1)e 下通气培养1周
[10]
。称取适量土
样6份,分别置入直径9c m 的培养皿中,3份熏蒸,3份不熏蒸。将欲熏蒸土样置于内径29c m 可抽气的干燥器内隔板上。干燥器底部放置盛有50m l 色谱纯氯仿和若干玻璃珠(防止暴沸)的小烧杯,同时放入装有50m l 氢氧化钠溶液的小烧杯和几张用水湿润的滤纸。用少量凡士林密闭干燥器,随之抽气,氯仿沸腾5m i n 停止抽气,关闭干燥器阀门,在25e 暗处放置24h 。取出干燥器底部放置的东西,清洁干燥器,反复抽真空直到土壤无氯仿味为止。至残留在土壤中的氯仿抽尽。不熏蒸土样置入另一干燥器中,以蒸馏水代替氯仿,与氯仿熏蒸一样处理,作为对照土壤
[11]
。
将熏蒸过的土样转移至150m l 三角瓶中,加入一定体积的0.5m o l #L -1
K 2SO 4(土B 水=1B 4),振荡30m in
后过滤。同时做3个无土壤空白。浸提液立即测定或在-18e 下保存。
微生物量氮采用修正了的过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定[12,13]
。浸提液用0.15m o l #L -1
N a OH 和
30g #L
-1
K 2S 2O 8组成的碱性氧化剂氧化,氧化剂和样品的体积比为1B 1,氧化条件是高压锅(120~124e )氧
化30m in 。到达规定时间后取出,冷却至室温后测定吸光度A 220和A 275并计算全氮含量。微生物生物量氮(B N )按照下面公式计算:B N =E N /K EN ,式中:E N 为熏蒸与未熏蒸土样全氮的差值(m g #kg -1
),K EN 为熏蒸杀死的微生物中氮被K 2SO 4所提取的比例,取0.54
[13]
。
微生物量碳用TOC 自动分析仪测定,浸体液稀释适当倍数后用TOC 自动分析仪测定有机碳。微生物生物量碳(B c )按照下面公式计算:B c =E c /K E c ,式中:E c 为熏蒸与未熏蒸土样全碳的差值(m g #kg -1
),K E c 为熏蒸杀死的微生物中碳被K 2SO 4所提取的比例,取0.45
[14]
。
2813
6期 黄懿梅 等:黄土丘陵区草地土壤微生物C 、N 及呼吸熵对植被恢复的响应
1.3.3土壤基本理化性质测定与数据分析
土壤理化性质分析参照文献[15],有机碳用K2Cr2O7-H2SO4外加热法,pH值用酸度计法,碱解氮用扩散吸收法,速效磷用碳酸氢钠法,土壤机械组成用吸管法。数据处理采用DPS软件进行方差分析和LSD法多重比较[16]。
2结果与分析
2.1土壤基本理化性质的演变
随着植被恢复年限延长,0~20c m和20~40c m土壤有机碳含量基本上均呈现增加的趋势,个别年份异常(表2,表3)。与对照相比,0~20c m和20~40c m土壤有机碳含量在各恢复阶段的年均增加率变化分别在0.4%~4.0%和-0.01%~5.0%之间,植被恢复的前9a(0~20c m)或15a,土壤有机碳增长速率相对较低,高峰期均出现在恢复的15~23a间,随后其累计速率趋缓,年均增长率在2.1%以下。土壤碱解氮含量的快速累积期在植被恢复的前3a,0~20c m和20~40c m土层的年均增加速率分别为31.9%和23.1%,以后速度有所减缓,平均为5.0%和5.1%;上层土壤增加量高于下层土壤;两土层在恢复的23~73a间土壤碱解氮变化不明显,没有达到显著差异。
不同植被恢复阶段,土壤速效磷和砂粒含量的变化没有明显的规律:土壤速效磷基本呈现出在恢复的第3年略有下降,后缓慢恢复,至23a(0~20c m)或15a(20~40c m)又呈现缓慢的下降趋势。土壤粘粒含量基本上随着植被恢复年限的延长而呈增加的趋势,但不显著;土壤粉粒含量随着植被恢复年限的延长而呈显著的降低;土壤p H随植被恢复年限增加也呈降低,亦不显著。
表2土壤0~20c m基本理化性质
Table2Physico-che m ical properties of t he experi m enta l so ils(0~20c m)
恢复年限R evegetati on years(a)
有机碳
O.C
(g#kg-1)
碱解氮
Av-N
(m g#kg-1)
速效磷
Av-P
(mg#kg-1)
机械组成Text u re(g#kg-1)
黏粒C l ay
<0.002mm
粉粒S ilt
0.2~0.002mm
砂粒Sand
>0.2mm
p H
CK10.93?0.04g57.77?0.56f4.25?0.21a140.2228.7563.18.10a 311.22?0.08fg113.00?5.51d2.51?0.16cd173.2266.6462.48.02bc 911.37?0.16f91.00?3.18e2.63?0.01c303.7208.4489.57.97def 1516.73?0.15e140.11?3.42c3.07?0.01b312.8195.7493.28.00bcd 2320.93?0.08d149.35?5.06b3.15?0.04b291.9177.0532.47.99cde 5821.32?0.11c150.25?4.71b2.68?0.03c250.3172.7578.88.03b 7322.36?0.03b150.81?1.36b3.13?0.15b260.6194.1546.37.96ef 7825.32?0.23a159.00?1.16a2.45?0.03d275.4187.4538.57.95f
表3土壤20~40c m基本理化性质
Table3Physico-che m ical properties of the experi m enta l s o ils(20~40c m)
恢复年限R evegetati on years(a)
有机碳
O.C
(g#kg-1)
碱解氮
Av-N
(m g#kg-1)
速效磷
Av-P
(mg#kg-1)
机械组成Text u re(g#kg-1)
黏粒C l ay
<0.002mm
粉粒S ilt
0.2~0.002mm
砂粒Sand
>0.2mm
p H
CK7.65?0.07e46.32?1.05f2.61?0.14ab138.7269.9512.68.13a
38.46?0.04e78.44?0.67d2.03?0.12d162.0297.3430.48.03bc
97.65?0.08e68.34?2.95e2.42?0.05bc329.3198.1473.98.00c
1510.33?0.18d118.42?0.45c2.77?0.17a297.7175.7528.68.03bc 2316.53?0.37c120.33?3.56c2.08?0.12d323.4170.3507.28.01bc 5816.89?0.88b c128.31?1.24b1.91?0.04d228.8140.1632.68.05b 7318.55?0.47a121.06?4.37c2.17?0.16cd323.3163.6514.78.02bc 7817.63?0.51ab134.51?2.18a2.04?0.04d287.2181.6532.48.01bc The lett ers i n the d iff eren t col umn s sho w ed t he m ulti p l e co mparis on of LSD;D i ff eren t l etterm eans si gn i fi cant difference b et w een t w o treat m ents(p< 0.05)
2814生态学报29卷
2.2 不同植被演替阶段土壤微生物生物量碳、氮的演变
在草地植被自然恢复的过程中,土壤微生物量总体上表现出随植被恢复时间的增加而呈显著的对数增大的趋势,在植被恢复的前23a 增加速率较快,23a 后缓慢增加(图1、2)。两个土层内微生物量的变化趋势基本一致,但随着植被封育时间的延长,两个层次含量的差距拉大。
在草地植被自然恢复的不同阶段,土壤微生物量碳发生了显著的变化,总体上随着植被恢复年限的增加呈显著地对数增加趋势(图1)。在前23a ,0~20c m 土层年增长率为24.1%;20~40c m 为104.4%。23a 后,0~20c m 土层年增长率为0.83%,20~40c m 为0.19%/a 。
土壤微生物量氮总体上也是随着植被恢复年限的增加而增加(图2)。在3至23a 间,0~20c m 土层的年增长率20.14%;20~40c m 为15.11%。而在23a 后,0~20c m 土层的年增长率为0.14%,20~40c m 增长不明显。
图3 不同植被演替阶段土壤微生物呼吸强度变化Fi g .3 C hanges of SBR i n d ifferent p lant succession stages
2.3 不同植被演替阶段土壤微生物呼吸和微生物呼吸熵的变化
植被恢复不同年限下土壤的呼吸强度不同,在两个土层中,都表现出植被封育73a 最高,然后是58a 或78a ,23a 也较高,植被恢复当年最低。土壤微生物呼吸总体上也是随着植被封育时间的延长呈对数增加趋势,在23a 前,0~20c m 和20~40c m 土层中土壤微生物呼吸的年增长率分别为3.19%和2.49%;23a 后,分别为0.29%和0.03%。0~20c m 明显高于20~40c m 土层的值(图3)。
土壤呼吸熵(respiration quo tient),又称微生物的代谢熵(q CO 2),为某一时刻CO 2释放速率与M BC 的比,或基础呼吸与微生物量碳之间的比率,反映了单位生
物量的微生物在单位时间里的呼吸强度,它可以同时表示微生物量的大小和活性
[17]
,并将微生物生物量和微
生物的活性以及功能联系起来。微生物呼吸熵随植被封育时间的增加呈显著的对数降低关系(图4)。在前23a ,0~20c m 和20~40c m 土层中微生物呼吸熵的年降低率分别为2.91%和2.18%,尤其是封育后的最初9a 降低速率较快,0~20c m 土层年降低率为7.66%。23a 后,两个层次的年降低率分别为0.82%和0.37%。
2815
6期 黄懿梅 等:黄土丘陵区草地土壤微生物C 、N 及呼吸熵对植被恢复的响应
图4 不同植被演替阶段土壤微生物代谢熵变化F i g .4 Changes of q CO 2i n d ifferent plant success i on Stages
2.4 土壤微生物量碳、氮、呼吸和呼吸熵与理化性质的相关性
草地植被自然恢复过程中土壤生物学性质与理化性质的相关系数分析表明:土壤有机质和碱解氮含量与土壤微生物量碳、氮、呼吸和呼吸熵在两个土层中都呈极显著线性相关关系;速效磷只与呼吸熵显著相关;粘粒含量与4个微生物学指标几乎呈显著正相关关系,而粉粒与它们呈显著负相关关系,砂粒则几乎无明显相关关系;p H 值在0~20c m 土层与它们呈极显著负相关关系,在20~40c m 则无明显相关关系(表4)。3 讨论
土壤微生物体碳是土壤微生物的综合性指标之一,它不仅从总体上反映微生物受环境因子影响的变化,还反映了微生物对环境作用的能力,是土壤有机质库的活跃部分,指示着土壤总有机质的状态与积累情况
[18]
。微生物量氮是指活的微生物体内所含有的氮,是有机氮库中的
活性部分,它周期短、易矿化,是主要的可矿化氮源,对土壤氮素供应和循环具有重要的意义[19]
。不同土壤类
型及生态环境条件下其变异很大。有关研究显示,土壤微生物生物量是衡量生态稳定性的指标之一,同时也
可以作为生态环境土壤健康和肥力的指标
[20,21]
。本研究结果表明,在植被恢复过程中,土壤微生物体碳、氮
呈现随着恢复年限延长而增加的趋势,与土壤有机碳的变化趋势一致,在植被恢复初期,土壤微生物生物量变化更为明显,增加较快,这主要是受植物根系生物量、枯落物生物量增加有关。群落总生物量增加导致了根系密度的变化,在植被恢复初期,主要是一些蒿类植物,年生物量也较小。随着植被演替变化,一些禾本科、豆科植物逐渐得以生长,有利于土壤碳素、氮素的累积
[8,22]
。
表4 土壤微生物量碳、氮、呼吸和呼吸熵与土壤理化性质的相关系数r (n =8)
Table 4 The rel a tionshi ps am ong s o ilm icrobia l param eters and s o il che m ica l and physica l properti es
项目It e m s 层次Layer
(c m )有机碳
O.C (g #kg
-1
)
碱解氮
Av -N
(m g #kg
-1
)
速效磷
Av -P
(m g #kg
-1
)
机械组成Texture (g #kg -1)
黏粒C l ay
<0.002mm 粉粒S ilt
0.2~0.002mm
砂粒Sand >0.2mm p H S M BC 0~200.6143*
0.6554*-0.28020.8302**-0.8097**0.2366-0.6358*20~400.8195**
0.7837**-0.12910.7542**-0.8310**
0.4370-0.4050S M BN
0~200.7816**
0.7227**-0.58900.7882**-0.8028**
0.2527-0.7633**20~40
0.9148**
0.8256**-0.57440.5259-0.7265**
0.5260-0.4203SBR 0~200.8060**
0.7409**-0.40150.8554**-0.8555**
0.2518-0.8044**20~400.7781**
0.8196**-0.32960.7379**-0.9458**
0.6154*-0.5107q CO 2
0~20-0.6858*
-0.7950**0.7666**-0.8641**0.6793*
0.02720.8527**20~40
-0.8892
**
-0.7829**
0.7183**
-0.4644
0.7112
**
-0.5608
0.4451
微生物呼吸强度是衡量土壤微生物总的活性指标[20]
。植被恢复的不同时间对土壤基础呼吸有着明显的
影响,土壤呼吸强度随着恢复年限的增加以对数的关系增加。说明随着植被封育时间的增加,土壤微生物总的活性有增加的趋势。根据生态系统演替论,随着时间或生态系统的演替,总的呼吸量与总生物量之比应逐渐降低。q CO 2越低,表明其存在的生境越稳定成熟。若土壤的q CO 2明显偏高,则表明它是一个被胁迫的不健康土壤,因此,土壤呼吸熵可作为陆地群落胁迫和微生物群落定量变化的一个指标。任何一种干扰都将会增加土壤的q CO 2比,较低的q CO 2比意味着一种相对未受干扰的土壤生物学功能
[18~21]
。任京辰
[23]
等的研究
结果也显示:农地、退化地和恢复地表层土壤的呼吸熵平均都为未退化地的2倍以上。本研究发现,在草地植
2816
生 态 学 报 29卷
被自然恢复过程中,土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势。说明经过多年的植被恢复,土壤生物学功能正在逐步恢复,土壤微生物多样性的受损情况正在逐步减小。土壤呼吸熵在20~40c m 土层高于0~20c m,这可能与q CO 2对土壤有机物质质量变化反应灵敏有关。这也说明土壤呼吸熵能够很好地反映土壤生态体系的变化。与土壤微生物呼吸相比,呼吸熵在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植被生长状况的影响较小。4 结论
(1)在草地植被自然恢复过程中,土壤微生物量表现出随植被恢复时间的增加而增大的趋势,且在植被恢复的前23a 增加速率较快,23a 后缓慢增加。在植被恢复的前23a ,0~20c m 和20~40c m 土层土壤微生物量碳含量年增长率分别为24.1%和104.4%;土壤微生物量氮(3至23a 间)年增长率分别为20.14%和15111%。23a 后,土壤微生物量碳含量在上下两个土层的年增长率分别为0.83%和0.19%,且两个土层内的变化趋势基本一致;而土壤微生物量氮在0~20c m 土层的年增长率为0.14%,下层增长不明显。土壤微生物量可以较为敏感地反映草地植被恢复对土壤性质的影响。
(2)土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加呈上升趋势,说明随着植被封育时间的增加,土壤微生物总的活性有增加的趋势。土壤呼吸熵作为反映有机物质的质量和组成,能够很好地反映土壤生态体系的变化。与土壤微生物呼吸相比,呼吸熵在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受作物生长的影响较小。
(3)土壤有机质、碱解氮和粘粒含量与土壤微生物量碳、氮、呼吸和呼吸熵在两个土层中都呈极显著线性相关关系。草地植被自然恢复过程中,土壤理化性质与微生物性质相互影响,相互促进,使土壤质量逐步得到改善和提高。
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导学案(教师版)探究土壤微生物的分解作用
班级 小组 姓名 评价等级 沅江三中四环八步教学模式 生物模块三导学案 第1页（共6页） 探究土壤微生物的分解作用(教师版) 【学习目标】 1.设计和进行对照实验，尝试探究土壤微生物的分解作用，进一步培养探究和创造能力。 2.分析土壤微生物分解淀粉的情况。 3.学会检测淀粉和还原糖的方法，并根据现象作出合理判断和解释。 案例1: 探究土壤微生物对落叶的作用 一、提出问题: 秋天，落叶纷飞。春天，绿草如茵。且不见落叶痕迹！落叶去哪里了？ 结合上面的实例，你能提出什么问题呢？请写下来。 落叶在土壤中能被分解掉,这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用,还是土壤中微生物的作用呢 ？ 注意: （1）要选择有研究意义的问题作为课题来研究 （2）要选择我们能力范围之内的问题作为实验研究课题。 二、作出假设: 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的 提示:假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释,也可以是想像或猜测。 三、设计实验 1、设计方案 （1）实验原理: 微生物能分泌多种水解酶将大分子有机物分解成小分子有机物，如纤维素酶、淀粉酶可将纤维素、淀粉水解成葡萄糖。然后被分解者吸收到细胞中进行氧化分解，最终形成CO2、水和各种无机盐，同时释放能量。 （2）、实验材料: 土壤、落叶、 （3）、实验器具: 玻璃容器、标签、塑料d 袋、恒温箱、纱布。 （4）、实验设计步骤: ①取两个圆柱形的玻璃容器,一个贴上“甲组”标签,另一个贴上“乙组”标签。 ②将准备好的土壤分别放入两个玻璃容器中,将其中乙组放入恒温箱, 60℃灭菌1h 。 ③取 大小、形态相同的落叶12片,分成2份,分别用包好,埋入2个容器中,深度约5cm 。 ④将2 个容器放于实验室相同的环境中, 一段时间后,取纱布包。 ⑤观察比较对照组与实验组落叶的 腐烂程度。 提示: （1）要确定实验变量是什么 需要控制的变量有哪些如何控制这些变量 ； （2）要注意实验步骤的先后顺序。 （3）要注意写出具体的实验步骤以便指导实验的进行。
土壤微生物测定方法
土壤微生物测定 土壤微生物活性表示土壤中整个微生物群落或其中的一些特殊种群状态，可以反映自然或农田生态系统的微小变化。土壤微生物活性的表征量有:微生物量、C/N、土壤呼吸强度和纤维呼吸强度、微生物区系、磷酸酶活性、酶活性等。 测定指标： 1、土壤微生物量(MierobialBiomass，MB) 能代表参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化相对应微生物的数量，一般指土壤中体积小于5Χ103um3的生物总量。它与土壤有机质含量密切相关。 目前，熏蒸法是使用最广泛的一种测定土壤微生物量的方法阎，它是将待测土壤经药剂熏蒸后，土壤中微生物被杀死，被杀死的微生物体被新加人原土样的微生物分解(矿化)而放出CO2，根据释放出的CO2:的量和微生物体矿化率常数Kc可计算出该土样微生物中的碳量。 因此碳量的大小就反映了微生物量的大小。 此外，还有平板计(通过显微镜直接计数)、成份分析法、底物诱导呼吸法、熏蒸培养法(测定油污染土壤中的微生物量—碳。受土壤水分状况影响较大，不适用强酸性土壤及刚施 用过大量有机肥的土壤等)、熏蒸提取法等，均可用来测定土壤微生物量。 熏蒸提取-容量分析法 操作步骤： （1）土壤前处理和熏蒸 （2）提取 -1K2SO 4（图将熏蒸土壤无损地转移到200mL聚乙烯塑料瓶中，加入100mL0.5mol·L 水比为1:4；w：v），振荡30min（300rev·min -1），用中速定量滤纸过滤于125mL塑料瓶中。熏蒸开始的同时，另称取等量的3份土壤于200mL聚乙烯塑料瓶中，直接加入100mlL0.5mol·L -1K2SO4提取；另作3个无土壤空白。提取液应立即分析。 （3）测定 吸取10mL上述土壤提取液于150mL消化管（24mmх295mm）中，准确加入10mL0.018 mol·L -1K2Cr2O7—12mol·L-1H2SO4溶液，加入2~3玻璃珠或瓷片，混匀后置于175±1℃ 磷酸浴中煮沸10min（放入消化管前，磷酸浴温度应调至179℃，放入后温度恰好为175℃）。冷却后无损地转移至150mL三角瓶中，用去离子水洗涤消化管3~5次使溶液体积约为80mL， 加入一滴邻菲罗啉指示剂，用0.05mol·L -1硫酸亚铁标准溶液滴定，溶液颜色由橙黄色 变 为蓝色，再变为红棕色，即为滴定终点。 （4）结果计算
全球变化条件下的土壤呼吸效应_彭少麟
第17卷第5期2002年10月 地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Vol.17 No.5 Oct.,2002 文章编号:1001-8166(2002)05-0705-09 全球变化条件下的土壤呼吸效应 彭少麟,李跃林,任 海,赵 平 (中国科学院华南植物研究所,广东 广州 510650) 摘 要:土壤呼吸是陆地植物固定CO2尔后又释放CO2返回大气的主要途径,是与全球变化有关的一个重要过程。综述了全球变化下CO2浓度上升、全球增温、耕作方式的改变及氮沉降增加的土壤呼吸效应。大气CO2浓度的上升将增加土壤中CO2的释放通量,同时将促进土壤的碳吸存; 在全球增温的情形下,土壤可能向大气中释放更多的CO2,传统的土地利用方式可能是引发温室气体CO2产生的重要原因,所有这些全球变化对土壤呼吸的作用具有不确定性。认为土壤碳库的碳储量增加并不能减缓21世纪大气CO2浓度的上升。据此讨论了该问题的对策并提出了今后土壤呼吸的一些研究方向。其中强调,尽管森林土壤碳固定能力有限,但植树造林、森林保护是一项缓解大气CO2上升的可行性对策;基于现有田间尺度CO2通量测定在不确定性方面的进展,今后应继续朝大尺度田间和模拟程序方面努力;着重回答全球变化条件下的土壤呼吸过程机理;区分土壤呼吸的不同来源以及弄清土壤呼吸黑箱系统中土壤微生物及土壤动物的功能。当然,土壤呼吸的测定方法尚有待改善。 关 键 词:土壤呼吸;碳循环;全球变化 中图分类号:Q142.3 文献标识码:A 土壤呼吸是植物固定碳后,又以CO2形式返回大气的主要途径。土壤碳库在全球变化研究中的地位已日益突出,而土壤呼吸作为土壤碳库碳平衡的一个重要相关过程不容忽视,研究土壤呼吸有助于揭示土壤碳库动态机理。在大气与土壤界面,土壤CO2释放的驱动因子是多种多样的,在全球变化条件下研究相关因子与土壤呼吸是全球变化研究的一个重要内容。全球变化有不同的定义,1990年美国的《全球变化研究议案》,将全球变化定义为“可能改变地球承载生物能力的全球环境变化(包括气候、土地生产力、海洋和其它水资源、大气化学以及生态系统的改变)”。狭义的全球变化问题主要指大气臭氧层的损耗、大气中氧化作用的减弱和全球气候变暖[1,2]。土壤呼吸研究工作的开展,从研究对象来说,涉及农田、森林、草地等,从研究的地域来说从低纬至高纬均有研究,其中大部分研究集中于中纬度的草地和森林,目前,北极冻原也有研究报道[3]。 本文对在全球CO2浓度升高、气温上升、大气氮沉降等发生变化的背景下,土壤呼吸的响应作一综述,以促进土壤呼吸的研究,加深人们(特别是政策决策层)对土壤呼吸的认识。 1 大气CO2浓度升高的土壤呼吸效应 早期的土壤呼吸的测定基于表土层CO2的释放,开始于80多年前[4]。随着科学研究的发展,时至今日,土壤呼吸因为其全球的CO2总释放量已被 收稿日期:2002-01-04;修回日期:2002-05-31. ＊基金项目:国家自然科学基金重大项目“中国东部样带主要农业生态系统与全球变化相互作用机理研究”(编号:39899370);中国科学院知识创新工程重要方向项目“南方丘陵坡地农林复合生态系统构建机理与可持续性研究”(编号:KZCX2-407);广东省重大基金项目“广东省主要农业生态系统与全球变化相互作用机理研究”(编号:980952)资助. 作者简介:彭少麟(1957-),男,广东人,研究员,主要从事生态学方面的研究工作.E-mail:slpeng@https://www.360docs.net/doc/dd10393293.html,
土壤中细菌、真菌呼吸作用强度的测定
土壤中细菌、真菌呼吸作用强度的测定 参考文献：胡开辉主编微生物学试验中国林业出版社//2004年8月。 1.原理： 在一定容器中用一定浓度的碱液吸收因土壤呼吸作用所释放的二氧化碳，然后用标准酸回滴甚于的碱，求出用于吸收二氧化碳消耗的碱量。由此计算出二氧化碳的释放量。根据抗生素抑制某些类群微生物生长的特点，使用抗生素处理土壤能够把土壤呼吸中属于细菌和属于真菌的作用部分区分开来，分别进行测定。 2.器材： 2.1待检土样：鲜土 2.2器材：0.1mol/L NaOH溶液，0.1mol/LHCl溶液，10mol/L酚酞乙醇溶液，链霉素硫酸盐，放线菌酮，500mL广口瓶、纱布、线绳、酸碱滴定仪、电子称。 3操作步骤 3.1样品处理：取500mL广口瓶4个，每瓶盛20ml0.1 mol/L NaOH溶液.然后称取20g鲜土3份（内各加0.1g葡萄糖）。其中1份加链霉素硫酸盐2万单位，另1份加放线菌酮4万单位，混匀。3份土样均用双层纱布包好，悬于500ml广口瓶中，塞紧瓶塞，做好标记。不加土壤样品的广口瓶作为空白对照。然后置广口瓶于28℃温度下培养24h。 3.2酸滴定：小心取出广口瓶中土壤样品，于每瓶碱液中滴数滴酚酞指示剂，观察瓶中NaOH 溶液色变化并纪录，。然后用0.1mol/LHCl溶液滴定NaOH溶液，至酚酞指示剂颜色消失，并纪录所用HCl数量。 3.3土壤含水量测定： 水分%=水分/干土重×100 干土%（水分系数）=1/1-水分% 3.4计算： 按滴定空白对照与个处理所消耗的盐酸数量之差，以及各处理中有等量的NaOH用于吸收土壤呼吸作用所释放的二氧化碳。按每消耗1ml0.1mol/LnaOH相当于2.2mg二氧化碳量，计算出各处理土壤呼吸作用的二氧化碳释放量。 计算公式： 总呼吸强度：（CO 2mg/g干土）=B-A/20×干土% 细菌呼吸强度：（CO 2mg/g干土）=B-C/20×干土% 真菌呼吸强度：（CO 2mg/g干土）=B-D/20×干土% 试验报告： 土壤中细菌、真菌强度的测定结果
土壤呼吸强度的测定
土壤呼吸强度的测定 土壤空气的变化过程主要是氧的消耗和二氧化碳的累积。土壤空气中二氧化碳浓度大，对作物根系是不利的，若排出二氧化碳，不仅可消除其不利影响，而且可促进作物光合作用。因此，反映土壤排出二氧化碳能力的土壤呼吸强度是—个重要的土壤性质。 土壤中的生物活动，包括根系呼吸及微生物活动，是产生二氧化碳的主要来源，因此测定土壤呼吸强度还可反映土壤中生物活性，作为土壤肥力的一项指标。 (一)测定原理 用Na0H吸收土壤呼吸放出的CO2，生成Na2CO3： 2Na0H+C02——→Na2CO3+H20 (1) 先以酚酞作指示剂，用HCl滴定，中和剩余的Na0H，并使(1)式生成的Na2CO3转变为NaHCO3： Na0H + HCl——→NaCl+H20 (2) Na2CO3+ HCl——→NaHCO3十NaCl (3) 再以甲基橙作指示剂，用HCl滴定，这时所有的NaHC03均变为NaCl： NaHCO3+ HCl——→ NaCl+H20+CO2 (4) 从(3)、(4)式可见，用甲基橙作指示剂时所消耗HCl量的2倍，即为中和Na2CO3的用量，从而可计算出吸收CO2的数量。 (二)测定方法 方法(一) 1、称取相当于干土重20克的新鲜土样，置于150毫升烧杯或铝盒中(也可用容重圈采取原状土)； 2、准确吸取2molL-1NaOH l0毫升于另一150毫升烧杯中； 3、将两只烧杯同时放入无干燥剂的干燥器中，加盖密闭，放置1—2天； 4、取出盛Na0H的烧杯，洗入250毫升容量瓶中，稀释至刻度； 5、吸取稀释液25毫升，加酚酞1滴，用标准0.05molL-1HCl滴定至无色，再加甲基橙1滴，继续用0.05 molL-1 HCl滴定至溶液由橙黄色变为桔红色，记录后者所用HCl的毫升数(或用溴酚兰代替甲基橙，滴定颜色由兰变黄)； 6、再在另一干燥器中，只放NaOH，不放土壤，用同法测定，作为空白。 7、计算：
土壤微生物的分解作用
“土壤微生物的分解作用”探究活动解读 摘要本文通过教学参考的形式，结合探究过程，将人民教育出版社2004年版高中生物新教材中“土壤微生物的分解作用”这一实验预做情况展示出来，以便于有关师生在实际教学、学习中有所帮助。文中重点叙述了土壤微生物对落叶、淀粉的分解作用等几方面内容。 关键词土壤微生物微生物的分解作用生态系统的物质循环 一、活动目标 1.分析生态系统中的物质循环。 2.尝试探究土壤微生物的分解作用。 3.认同生物与环境是一个统一的整体。 制定以上教学目标是基于这样的认识：学生通过该实验可以探究土壤中落叶等物质的消失源于土壤微生物的分解作用，更好地理解生态系统的物质循环中从有机物到无机物的过程。从而巩固生态系统物质循环和生物与环境整体性等相关生态学知识，为今后开展土壤生态学的研究工作打下基础。 二、背景资料 “土壤微生物的分解作用”探究实验是土壤生态学中的一个重要实验，该实验的原理是：土壤中的微生物主要有细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物，它们在生态系统成分中主要充当分解者，通过自身产生酶的作用，将落叶、淀粉等较复杂有机物分解成简单有机物或无机物分子，在自然界物质循环中起重要作用。 土壤是微生物的良好生境，土壤中有多种类群的微生物，它们对自然界物质的转化和循环起着极为重要的作用，对农业生产和环境保护有着不可忽视的影响。根际微生物与植物的关系特别密切，不同的土壤和植物对根际微生物产生显著影响，而不同的根际微生物由于其生理活性和代谢产物的不同，也将对土壤肥力和植物营养产生积极或消极的作用。土壤微生物不仅对土壤的肥力和土壤营养元素的转化起着重要作用，而且对于进入土壤中的农药及其他有机污染物的自净、有毒金属及其化合物在土壤环境中的迁移转化等都起着极为重要的作用。这其中对土壤微生物的分解作用的研究是最基础、最深入的，这次通过本探究实验，可以为今后研究土壤理化性质及土壤微生物的其它作用，更多涉足土壤生态学打下坚实基础。 三、操作指南 材料用具： 1.土壤微生物对落叶的分解作用： 土壤、落叶、玻璃容器、标签、塑料袋、恒温箱、纱布 2.土壤微生物对淀粉的分解作用：
土壤呼吸测量全面解决方案
土壤呼吸测量全面解决方案 土壤呼吸（Soil Respiration）是指土壤释放二氧化碳和甲烷的过程，严格意义上讲是指未扰动土壤中产生二氧化碳和甲烷的所有代谢作用，包括三个生物学过程（即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸）和一个非生物学过程，即含碳矿物质的化学氧化作用。土壤动物呼吸和含碳矿物质的化学氧化作用因为比例很小，一般在计算土壤呼吸时忽略不计。 土壤呼吸组成示意图（Ryan & Law，2005） 土壤呼吸在全球生态系统中的重要地位 第一篇高精度的监测大气中二氧化碳浓度的文章由Keeling发表在1958年。之后众多研究者的大量工作发现大气中二氧化碳的浓度在不断升高，并由此造成了温室效应与一系列全球性的变化。
自1958年以来大气CO2升高示意图 研究发现，现在大气中温室气体急剧增加的罪魁祸首就是化石燃料的燃烧和土地利用方式的改变尤其是热带雨林的砍伐。在全球最大碳库——陆地生态系统中，土壤呼吸作用的碳排放量的估计量为68Pg/a至100Pg/a。土壤碳储量是大气碳储量的2倍，土壤呼吸约占整个生态系统呼吸的50-80%( Giardina and Ryan 2002)。土壤呼吸即使发生较小的变化（10%）也可能会超过由于土地利用改变和化石燃料燃烧而进入大气的 CO2年输入量。所以土壤呼吸的变化能显著地减缓或加剧大气中 CO2的增加，进而影响气候变化（李玉宁，2002）。现在由于温室效应引起的全球变化中，最主要的现象就是气候异常和气温升高，而土壤呼吸速率会随着温度的升高呈指数函数增加，这又会进一步加剧温室效应。同时，森林砍伐等土地利用方式改变本身就会增加土壤呼吸。 全球碳循环示意图 因此，对各种类型的陆地生态系统土壤呼吸的研究一直是全球变化研究中的热点，并逐渐成为生态学研究中一个必不可少的测量指标。
(新人教版)高中每日一题探究土壤微生物的分解作用必修3(生物解析版)
兴趣小组设计实验来探究土壤微生物对落叶的分解作用，下列操作及分析正确的是 A．可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物 B．将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下进行 C．对照组中落叶的分解速度明显高于实验组的分解速度 D．实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验 【参考答案】C 【名师点睛】1．去除实验组微生物的方法要以尽可能避免改变土壤理化性质为宜，加热烘干会改变土壤的理化性质。 2．对照实验的设置一定要遵循单一变量原则。该实验的自变量是土壤中微生物的有无，其余的为无关变量，例如放入土壤中的落叶的种类和数量等都应保持相同。 3．自然界土壤微生物的分解作用都是在自然条件下而不是在隔绝空气条件下进行的，故本实验也不能在隔绝空气条件下进行。 1．为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，下列各项构成了一个实验设计，其中不符合实验目的步骤是 A．可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛出落叶和土壤 B．将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份 C．将灭菌的土壤设为实验组，不做处理的土壤设为对照组 D．将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况
2．某种甲虫以土壤中的落叶为主要食物，假如没有这些甲虫，落叶层将严重堆积，最终导致落叶林生长不良。下列叙述正确的是 A．该甲虫能促进落叶林的物质循环 B．该甲虫与落叶树之间为捕食关系 C．该甲虫属于生态系统成分中的初级消费者 D．落叶中有10%～20%的能量流入甲虫体内 3．关于土壤微生物的叙述，错误的是 A．土壤微生物参与生态系统的物质循环 B．土壤微生物可作为生态系统的分解者 C．秸秆经土壤微生物分解后可被农作物再利用 D．土壤中的硝化细菌是异养生物，不属于生产者 4．下图表示a、b、c三地区森林土壤有机物分解状况，则分解者的作用强弱依次是 A．a>b>c B．c>b>a C．c=b>a D．a>c=b 1．【答案】C 【解析】本题是通过实验探究土壤微生物对落叶的分解作用，先找出实验目的，然后根据实验目的设计实验，并结合选项描述分析判断。分解落叶的微生物往往在含有落叶的土壤中分布较多，所以可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛出落叶和土壤，A正确；由实验目的可知，实验分两组，一组实验组，一组对照组，所以要将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份，B正确； 应将灭菌的土壤设为对照组，不做处理的土壤设为实验组，C错误；将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况，D正确。故选C。
微生物的呼吸类型
微生物的呼吸类型 在微生物体中，能量的释放。ATP的生成都是通过呼吸作用实现的。 根据最终电子受体性质的不同，可将微生物的呼吸分为发酵、好氧呼吸和无氧呼吸3种类型。 1．发酵 发酵（fermentation）是指有机物氧化过程中脱下的质子和电子，经辅酶或辅基（主要有NAD，NADP，FAD）传递给另一有机物，最终产生一种还原性产物的生物学过程。 发酵的特点为：不需氧；有机物氧化不彻底；能量（有效电子）释放不完全。值得注意的是，由于发酵中作为电子和质子受体的有机物是原始基质的代谢产物，所形成的发酵产物是混合物，其中一部分产物的氧化程度高于原始基质，另一部分产物的氧化程度低于原始基质；又由于有机物的每次氧化都必须由相应的还原来平衡，因此原始基质既不能高度氧化，也不能高度还原，这就限制了发酵所能处理的有机废物的种类。 在酒精发酵中，葡萄糖被降解成二氧化碳和酒精，产生2mol的ATP、2mol的酒精以及2mol的CO2。从能量的观点看，发酵的结果只使一部分葡萄糖转化成不含能的稳定产物二氧化碳，另一部分葡萄糖的转化产物酒精仍然含能，依然会污染环境。不仅如此，从电子的归宿看，发酵产物酒精接纳了葡萄糖释放的全部电子，产物的耗氧能力（提供电子的能力）与葡萄糖完全一样，并没有得到任何削弱。如果就上述而论，那么发酵作为控制有机质污染的措施是毫无效果的。然而，好在某些发酵（如沼气发酵）的不稳定产物为气体（如CH。），它能从系统内逸出，不再对水体产生污染。 2．好氧呼吸 所谓好氧呼吸（resPiration），是指有机物在氧化过程中放出的电子，通过呼吸链传递最终交给氧的生物学过程。 好氧呼吸的特点是：以氧为最终电子受体；有机物被彻底氧化成CO2和H2O，并生成ATP。由于最终产物二氧化碳和水不再含能，也不再有释放电子的能力，因此它们不会耗氧，有机物的污染也由此消除。 3．无氧呼吸 无氧呼吸（anaerobicresPiration）是指有机物氧化过程中脱下的质子和电子，经一系列电子传递体最终交给无机氧化物的生物学过程。
土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响
土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响 土壤呼吸是指土壤释放CO 2的过程, 主要是由微生物氧化有机物和根系呼吸产生, 另有极少的部分来 自于土壤动物的呼吸和化学氧化 土壤生物 活性和土壤肥力乃至透气性的指标受到重视[ 通量（flux）是物理学的用语，是指单位时间内通过一定面积输送的能量和物质等物理量的数量。 二氧化碳通量就是一定时间通过一定面积的二氧化碳的量。 土壤作为 一个巨大的碳库(11394×1018gC[12]), 是大气CO 2的重要的源或汇, 其通量(约68±4×1015gC?a[13])如此巨 大(燃料燃烧每年释放约512×1015gC[14]), 使得即使轻微的变化也会引起大气中CO 2浓度的明显改变。因 此, 在土壤呼吸的研究中, CO 2通量的精确测定已成为十分迫切的问题。 土壤呼吸影响因素：土壤温度，湿度，透气性，有机质含量，生物，植被及地表覆盖，土地利用，施肥，PH，风速，其他因素。诸如单宁酸 [25]、可溶性有机物(DOM)中的 低分子化合物(LMW )[62]等都对土壤CO2释放速率有显著 的影响.,,,采伐，火烧， 有关生物过程的影响 绝大部 分的CO 2是由于土壤中的生物过程产生的。土壤呼吸的实质是土壤微生物、土壤无脊椎动物和植物根系呼 吸的总和 地表凋落物作为土壤有 机质的主要来源以及作为影响地表环境条件——如温度、湿度等因子对土壤呼吸也产生显著作用
土壤呼吸与土壤温度、水分含量之间的关系 在土壤水分含量充 足、不成为限制因素的条件下土壤呼吸与土壤温度 呈正相关(表1)[4, 15, 19, 21, 25～32]。而在水分含量成为限 制因子的干旱、半干旱地区, 水分含量和温度共同 起作用[18, 3 抑制作用的影响 目前已有文献表明对根系和微生物呼吸的抑制作用在土壤空气CO 2浓度较高时会发生 这也就意味着在大气CO 2浓度升高 时, 土壤呼吸也会受到抑制。 土壤呼吸随纬度的变化 从图3可知, 土壤呼吸量随着纬度的增加而逐渐降低, 可得到一拟合方程: y = 1586e- 010237x(R2= 0147) (1) 其中, y 为土壤呼吸量, x 为纬度 温度与土壤呼吸的关系 最终得到全球尺度下温度对土壤呼吸的影响大小的尺度——Q 10值。Q10值表示温度每升高10度,土壤呼吸速率增加的 倍数 [45 - 46 ] 得到了全球森林植被的土壤呼吸速率与年均温的关系, 即: y = 349166e010449x(R3= 0147) (3) 其中, y 为呼吸速率, x 为年均温。 得到了全球范围的Q 10值= 1157。与已报道的各样点的Q 10值相比全球尺度下的Q 10 值较低, 也就是就, 随温度的上升, 呼吸速率的增加较慢一些 土壤呼吸的测量方法问题及其影响 。测量方法可以分为直接测量和间接测量法[51]。直接测量法中又包括静态法和动态法[52]。其中, 由于实 际工作中具体条件的限制, 目前采用较为广泛的是静态法。CO 2的具体测量技术又有碱吸收法和红外吸收
2020届高中生物人教版必修3实验专练：(11)探究土壤微生物的分解作用 Word版含答案
2020届高中生物人教版必修3实验专练：（11）探究土壤微生物的分解作用 1、某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5cm左右)为实验材料,研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用,对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述不正确的是( ) A.该实验能探究不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用 B.该实验的自变量为土壤是否灭菌,因变量是土壤的湿度 C.为了控制实验中的无关变量,作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理 D.预期结论是1、3组的落叶不被分解,2、4组中的落叶被不同程度分解 2、为修复长期使用农药导致有机物污染的农田,向土壤中投放由多种微生物组成的复合菌剂。下列相关叙述错误的是( ) A.加入菌剂可增加土壤中的物种多样性,提高土壤生态系统的稳定性 B.该菌剂减少了残留农药进入农作物,一定程度上阻碍了土壤中的物质循环 C.土壤有毒物质的减少有利于增加农田动物的种类,降低害虫的优势度 D.农药降解菌具有分解农药的特殊代谢途径,体现了基因多样性的应用价值 3、某同学完成了“土壤微生物的分解作用”的对照实验,对照组( ) A.土壤不做处理,自然状态 B.土壤进行处理 C.排除土壤微生物的作用 D.尽可能避免土壤理化性质的改变 4、关于土壤取样的叙述错误的是( ) A.土壤取样,应选取肥沃、湿润的土壤 B.先铲去表层土3cm左右,再取样 C.取样用的小铁铲和信封在使用前不用灭菌 D.应在火焰旁称取土壤 5、将某地当年收获的小麦秸秆剪成小段,于7月20日开始分别进行露天堆放、水泡和土埋3种方式的处理,3次重复,每隔15天检测一次秸秆腐解残留量,结果如图。下列分析合理的是( )
6400-09 土壤呼吸室使用手册
6400-09 土壤呼吸室 使用说明书 LI-COR, inc. Environmental Division 4421 Superior Street P.O. Box 4425 Lincoln, NE 68504 USA Telephone: 402-467-3576 FAX: 402-467-2819 Toll-free 1-800-447-3576 (U.S. & Canada) e-mail: envsales@https://www.360docs.net/doc/dd10393293.html, URL: https://www.360docs.net/doc/dd10393293.html, ? Copyright 1997, LI-COR, Lincoln, Nebraska USA
目录 第一章. 概述 背景知识 .................................................................................... 1-1 预防事项.............................................................................. 1-5 参考文献.............................................................................. 1-5 第二章. 安装土壤呼吸室 概述............................................................................................ 2-1 把土壤呼吸室连接到气体分析器头部 ........................................ 2-3 第三章. 软件 使用土壤呼吸室前对 OPEN 的设置 .......................................... 3-1 创建配置文件....................................................................... 3-1 执行土壤呼吸室配置文件 .................................................... 3-1 土壤呼吸室的配置...................................................................... 3-2 OPEN 的主菜单................................................................... 3-2 校准菜单[Calib Menu] ......................................................... 3-2 测量模式下[New Measurements] 功能键设置 .................... 3-2 测量变量汇总....................................................................... 3-4 自动测量程序[Autoprograms] .............................................. 3-6 第四章. 测量 使用土壤隔离环的测量操作....................................................... 4-2 不使用土壤隔离环的测量操作 ................................................... 4-2 测量操作步骤............................................................................. 4-2 Position the Air Supply Manifold ......................................... 4-2 Check Hose Connections ................................................... 4-3 Measurement Procedure .................................................... 4-4 第五章. 维护 Spare Parts Kit .......................................................................... 5-1 Soil Temperature Probe ............................................................ 5-1 Making Soil Collars ................................................................... 5-2 Zeroing the IRGAs ..................................................................... 5-3 Zeroing the IRGA While Attached to the Soil CO2 Flux Chamber 5-3 Setting the IRGA Span ........................................................ 5-3 第六章. 公式引用 附录A. 仪器性能参数
(精品)导学案(教师版)探究土壤微生物的分解作用
班级小组姓名评价等级 探究土壤微生物的分解作用(教师版) 【学习目标】 1.设计和进行对照实验，尝试探究土壤微生物的分解作用，进一步培养探究和创造能力。 2.分析土壤微生物分解淀粉的情况。 3.学会检测淀粉和还原糖的方法，并根据现象作出合理判断和解释。 案例1: 探究土壤微生物对落叶的作用 一、提出问题:秋天，落叶纷飞。春天，绿草如茵。且不见落叶痕迹！落叶去哪里了？结合上面的实例，你能提出什么问题呢？请写下来。 落叶在土壤中能被分解掉,这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用,还是土壤中微生物的作用呢？ 注意: （1）要选择有研究意义的问题作为课题来研究 （2）要选择我们能力范围之内的问题作为实验研究课题。 二、作出假设: 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的 提示:假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释,也可以是想像或猜测。 三、设计实验 1、设计方案 （1）实验原理: 微生物能分泌多种水解酶将大分子有机物分解成小分子有机物，如纤维素酶、淀粉酶可将纤维素、淀粉水解成葡萄糖。然后被分解者吸收到细胞中进行氧化分解，最终形成CO2、水和各种无机盐，同时释放能量。 （2）、实验材料: 土壤、落叶、 （3）、实验器具: 玻璃容器、标签、塑料d袋、恒温箱、纱布。 （4）、实验设计步骤: ①取两个圆柱形的玻璃容器,一个贴上“甲组”标签,另一个贴上“乙组”标签。 ②将准备好的土壤分别放入两个玻璃容器中,将其中乙组放入恒温箱, 60℃灭菌1h。 ③取大小、形态相同的落叶12片,分成2份,分别用包好,埋入2个容器中,深度约5cm。 ④将2 个容器放于实验室相同的环境中, 一段时间后,取纱布包。 ⑤观察比较对照组与实验组落叶的腐烂程度。 提示: （1）要确定实验变量是什么需要控制的变量有哪些如何控制这些变量； （2）要注意实验步骤的先后顺序。 （3）要注意写出具体的实验步骤以便指导实验的进行。 沅江三中四环八步教学模式生物模块三导学案第1页（共6页）
农田生态系统土壤呼吸研究进展
农田生态系统土壤呼吸研究进展 摘要综述了国内外对农田生态系统土壤呼吸的相关研究，以期为土壤呼吸以及全球碳循环研究提供参考。 关键词农田；土壤呼吸；碳循环；CO2通量 土壤呼吸指土壤向大气排放CO2的过程，是土壤有机碳输出的主要形式。土壤呼吸包括3个生物学过程（植物根系呼吸、土壤微生物呼吸和土壤动物呼吸）和1个非生物学过程（土壤中含碳物质化学氧化过程）。其中，土壤微生物呼吸和植物根系呼吸所排放的CO2占土壤呼吸总量的绝大部分。土壤呼吸不仅可以改变灌层CO2梯度，为下层提供更多的光合作用产物，而且可以表征土壤质量、肥力、通气性等理化性质指标，反映农田生态系统对环境胁迫敏感程度。 土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的一个重要过程，对全球碳素的变化有着重要的影响。土壤碳库通过呼吸作用所排放的总碳量约为68～100PgC/a，仅次于全球陆地总初级生产力的估算值（100～120PgC/a），且比全球陆地净初级生产力的量值（50～60PgC/a）要高。农田是全球碳库中最活跃的部分，其生产活动对土壤呼吸影响巨大，每年释放的CO2量可达640g/m2。目前，各种陆地生态系统土壤CO2释放问题成为当前气候变化的核心之一，对评价未来全球环境变化有重要意义。 1农田土壤呼吸的测定方法 1.1直接测定法 1.1.1静态气室法。一般是在一个密闭的气室内放有吸收CO2的物质来测定土壤CO2的释放量。通过计算碱液的消耗量，再根据碱液与CO2反应的定量关系求算出CO2的释放量以及推算土壤呼吸速率。此法简便、经济，虽沿用至今，但其最大的缺陷是测量面积相对较小，且对被测表面的自然状态产生干扰。 1.1.2动态气室法。是通过一个气流交换式的采集气体系统连接红外线气体分析仪（IRGA）对气室中产生CO2的连续测定，目前被认为是最为理想的测定方法。该测量法最主要的优点是能基本保持被测量表面的环境状况而使得测量结果更接近于真实值。对于两者测定精度，有研究表明，静态测量法结果偏大，约是动态测量值的2倍，但Myeong Hui Yim的研究表明，当土壤气体通量值较低时，动态法敏感性较弱，静态测量法则接近真实水平。
土壤微生物对植物所需各大中微量元素的转化作用
土壤微生物对植物所需各大中微量元素的转化作用 作者：ets时间：2009-5-15浏览：【字体：小大】 作物生长所必需的元素按其需求量分为大、中、微量三种，共13种。这些元素在土壤中以不同形式存在，有些元素的形式不经转化是不能被植物吸收利用的。而元素的转化必须在微生物的作用下才能进行。因此微生物的生命活动在矿质营养元素的转化中起着十分重要的作用。 下面就微生物对这13种元素中的N、P、K、S、Fe、Mn 6种元素的转化作用进行简单介绍。 一、微生物在氮转化中的作用 氮循环由6种转化氮化合物的反应组成，包括固氮、同化、氨化（脱氨）、硝化作用、反硝化作用及硝酸盐还原。氮是生物有机体的主要组成元素，氮循环是重要的生物地球化学循环。 （1）固氮：固氮是大气中氮被转化成氨（铵）的生化过程。固氮微生物都具有固氮基因和由其编码合成的固氮酶，生物固氮是只有微生物或有微生物参与才能完成的生化过程。 （2）氨化作用:氨化作用是有机氮化物转化成氨的过程。它是通过微生物的胞外和胞内酶系以及土壤动物释放的酶催化的。首先是胞外酶降解含氮有机多聚体，然后形成的单聚体被微生物吸收到细胞内代谢，产生的氨释放到土壤中。氨化作用放出的氨可被微生物固定利用和进一步转化。 （3）硝化作用：硝化作用是有氧条件下氨被氧化成硝酸盐的过程。硝化作用是由两群化能自养细菌进行的，先是亚硝酸单胞菌将氨氧化为亚硝酸；然后硝酸杆菌再将亚硝酸氧化为硝酸。氨和亚硝酸是它们的能源。 （4）硝酸盐还原和反硝化作用：土壤中的硝酸盐可以经由不同途径而被还原，包括同化还原和异化还原两方面，还原产物可以是亚硝酸、氧化氮、氧化亚氮等。 同化还原是指微生物将吸收的硝酸盐逐步还原成氨用于细胞物质还原的过程。植物、真菌和细菌都能够进行NO3-的同化还原，在同化硝酸酶系催化下先形成NO2-继而还原成NH2OH,最后成为NH3，由细胞同化为有机态氮。 硝酸盐的异化还原比较复杂，有不同途径。因微生物和条件不同，可以只还原为NO和N2O，也可以还原为分子氮。只有细菌具备NO3-的异化还原作用。 反硝化作用即反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程，即脱氮作用。能够进行反硝化作用的只有少数细菌。 二、微生物在磷循环中的作用 大气中没有磷素的气态化合物，因此磷是一种典型的沉积循环，主要在土壤、植物和微生物之间进行。土壤微生物既参加了无机磷化合物的溶解作用和有机磷化物的矿化作用，也参加了可给性磷的固持作用。在作物生长的季节里，虽然土壤微生物的生物量比植物的生物量少很多，但微生物的含磷量却比植物高10倍以上；而且在一季的时间内，微生物能繁殖很多代，结果是被微
土壤呼吸测量系统
南京欧熙科贸有限公司土壤呼吸测量系统研究土壤呼吸对于探讨全球气候变化，观测空气中CO2浓度有着重要意义。下面来为大家详细介绍一下土壤呼吸测量系统。 土壤呼吸是陆地生态系统向大气释放二氧化碳的主要途径，对大气二氧化碳浓度会产生深远影响 土壤是陆地生态系统中重要的碳库，碳储量约占生物圈陆地总碳储量的2/3，而土壤呼吸是指土壤释放CO2的过程.土壤呼吸主要包括根系呼吸(自养呼吸的一部分)以及土壤微生物和土壤动物的异常呼吸 为了更好地研究土壤呼吸与土壤温度和土壤水分之间的关系，测量系统可以用所测数据分析处理后，绘制出土壤呼吸速率与土壤温度和土壤水分的日变化过程曲线. 土壤呼吸是一个复杂的过程，其呼吸强度受多种因子的影响作用，其中土壤温度和土壤水分是两个相对重要的影响因子 土壤呼吸碳同位素值与微生物碳同位素值呈显著正相关关系，造林能改变输入到土壤中凋落物的碳同位素信号值，进而使土壤呼吸同位素值产生变化。土壤呼吸可以作为土壤有机碳质量和数量较为灵敏的指示器，土壤呼吸较高意味着造林能有效提升土壤有机碳的总量。 南京欧熙科贸有限公司专业经营各类实验仪器、科研仪器设备，代理各大国际知名品牌仪器，如日本PREDE全自动太阳光度计、天空成像仪、太阳跟踪系统、德国
南京欧熙科贸有限公司Lambrecht气象站、风速风向传感器、光照传感器、辐射传感器、美国RSA有氧厌氧呼吸仪/活性污泥呼吸仪/微生物降解呼吸仪/海水淡化呼吸仪、德国HS ENGINEERS电磁海流计、保加利亚milkscope牛奶分析仪、德国Avisoft Bioacoustics动物声谱分析仪、声波录制仪、西班牙Marine InstrumentsMLi卫星追踪表层漂流浮标、法国THALOS渔用浮标、澳大利亚 Next Instruments 近红外谷物分析仪、法国GBX水分活度仪、美国FTC 质构仪、美国National揉混仪/和面仪/酵母活性产气率测定仪、意大利ALVIM生物膜系统等，服务于环境，气象、交通、海洋、食品，生命科学、工业、制药以及商业实验室等众多领域。 公司本身以高校及企事业科研院所的技术力量为依托，具备了扎实的专业基础和丰富的实践经验。公司自成立以来与众多国内外知名仪器设备制造商长期保持良好的合作关系，作为一家专注于为客户提供高效﹑简捷﹑快速有效解决方案的科研产品供应商，以不懈的努力、真诚的服务和更加优惠的价格来回报广大客户一直是我公司不变的承诺。 真诚欢迎各界朋友、新老客户来公司参观、指导、洽谈业务，对我们的工作给予指正与帮助。
土壤异养呼吸
1.土壤异养呼吸：土壤呼吸是指土壤释放CO2的过程，主要是由微生物氧化有机物和根系呼吸产生。另有极少的部分来自土壤动物的呼吸和化学氧化。土壤呼吸作为生态系统碳循环的一个重要组成部分，是土壤碳库的唯一输出途径和大气CO2重要的源【1】。土壤呼吸作用，一般指土壤释放CO2或吸收O2的强度，可分为自养型呼吸(根呼吸和根际微生物呼吸)和异养型呼吸(微生物和动物呼吸)，自养型呼吸消耗的底物直接来源于植物光合作用产物向地下分配的部分,而异养型呼吸则利用土壤中的有机或无机碳【2】。土壤异养呼吸是一个复杂的生态学过程，植被类型、土壤微生物组成及活性、土壤温度、土壤水分、土壤养分循环过程等多种因素及其变化都会影响土壤异养呼吸强度。其主要是指土壤中微生物分解有机质释放CO?的过程，是陆地生态系统中土壤碳的主要净输出途径，土壤异养呼吸与净初级生产力的差值是决定生态系统碳源/汇的关键[3]。 2.土壤异养呼吸与地表温度以及大气二氧化碳浓度的关系： ⑴确定土壤异养呼吸强度与温度之间关系的基础之一是了解其温度系数，即温度敏感性（Q10）。一般地，温度敏感性用温度变化10℃土壤异养呼吸的相对变化来表示。在其他环境因子不受到限制的条件下，一定温度范围内，土壤异养呼吸的Q10随着温度的升高而降低。在某一温度范围内，随着温度的升高，微生物呼吸释放的能量主要用于微生物的生长，但是当温度超过这一范围时，呼吸释放的能量则主要用于微生物的维持，而非生长。另外，土壤中微生物各种酶活性均有一定的适应范围，当温度高于其上限时，必然导致微生物酶活性下降，从而使异养呼吸的温度敏感性下降[3]。 ⑵大气二氧化碳浓度升高本身使土壤有机质增加，高的二氧化碳浓度下的植物生长可以增加土壤中额外的碳，但是其中的大部分很可能通过微生物的分解作用（异养呼吸）又以二氧化碳返回到大气圈，只有在分解作用受温度限制的地区碳才能被截留和得以聚集，使土壤成为二氧化碳的汇。 3.土壤异养呼吸与地表的二氧化碳或碳的存储（固定）能力或量的关系：土壤呼吸是指土壤产生二氧化碳的过程，主要由土壤微生物(异养呼吸)和根系(自养呼吸)产生。除植被冠层光合作用，土壤呼吸作
探究土壤微生物的分解作用
什邡中学高考生物特色训练（1） 探究土壤微生物的分解作用 (1)材料用具：土壤、落叶、玻璃容器、标签、塑料袋、恒温箱、纱布。 (2)实验步骤： ①取两个圆柱形的玻璃容器，一个贴上“________组”标签，另一个贴上“________组”标签。 ②将准备好的土壤分别放入两个玻璃容器中，将其中________组放入恒温箱，________℃灭菌1 h。 ③取落叶12片，分成2份，分别用________包好，埋入2个容器中，深度约5 cm。 ④将2个容器放于实验室相同的环境中，1月后，取纱布包。 ⑤观察比较对照组与实验组落叶的________程度。 (3)实验结果及结论： ①结果：对照组与实验组的落叶相比________________。 ②结论：说明土壤中的微生物对落叶具有________。 (4)问题思考： ①实验组的叶片腐烂程度低，原因是实验组的土壤进行了________、杀死了________，而细菌具有分解作用。 ②实验中的无关变量有哪些？________________________________。 解析本案例属于分析类实验，以教材实验为基础从一般设计实验程序的角度，采用对照实验的方法，对实验进行分析。对照实验中需要对实验组进行实验处理，如本实验采用60 ℃对土壤进行1小时处理；此外，对照实验遵循等量对照，如本实验中对落叶的选取要求形态、大小要相同并分成两等份。分析对照组和实验组的实验材料的改变，要有衡量标准，如本实验中的衡量标准是落叶的“腐烂程度”。 答案(2)①实验对照②实验60 ③纱布⑤腐烂 (3)①腐烂程度要高②分解作用 (4)①灭菌处理细菌 ②土壤的多少；实验处理时间的长短；落叶的种类等