土壤碳氮耦合
基于土壤微生物的碳氮互作效应：综述
基于土壤微生物的碳氮互作效应综述单文俊1，王庆贵1,2，闫国永1,2，邢亚娟1,3（1黑龙江大学农业资源与环境学院，哈尔滨150080；2东北林业大学林学院，哈尔滨150040；3黑龙江省林业科学研究所，哈尔滨150081）摘要：土壤微生物在养分循环中起着至关重要的作用，可为陆地生态系统能量流动提供动力。
碳(C)、氮(N)元素是构成生物基本骨架和能量代谢最基本的元素，其循环关系到生物生长和生态系统的稳定性。
在陆地生态系统中，土壤微生物C 、N 元素有着明显的相互作用，环境中C 、N 浓度的变化会促使其发生变化，进而导致微生物群落结构和生物功能改变。
笔者从CO 2浓度升高、黑碳添加和N 沉降加剧出发，总结了环境条件变化对微生物C 、N 的影响；分析了现实环境背景下土壤微生物C 、N 的相互作用，探讨微生物C 、N 的内在联系，为微生物C 、N 耦合及生态系统C 、N 耦合提供参考依据。
并提出，今后在气候变化对土壤微生物影响的研究中，应当根据地域和时空的差异建立多个研究模型，深入研究微生物C 、N 与环境中C 、N 的关系，注重生态系统C 、N 耦合的同时，也要注重微生物与其他生物之间，特别是与植物之间的C 、N 耦合。
关键词：土壤微生物；CO 2浓度升高；N 沉降；相互作用；碳氮耦合中图分类号：X171.1文献标志码：A论文编号：casb16010056Interaction Effects of Soil Microbial Carbon and Nitrogen:A ReviewShan Wenjun 1,Wang Qinggui 1,2,Yan Guoyong 1,2,Xing Yajuan 1,3(1College of Agricultural Resource and Environment,Heilongjiang University ,Harbin 150080;2College of Forestry,Northeast Forestry University ,Harbin 1500403Institute of Forestry Science of Heilongjiang Province ,Harbin 150081)Abstract:Soil microorganism plays an important role in nutrient cycling,which can provide power for terrestrial ecosystems energy flow.Carbon(C)and nitrogen(N)element constitute the basic biology skeleton and biological energy metabolism,and the circulation of these two elements are related to the biological growth and stability of ecosystem.In terrestrial ecosystems,soil microbial C and N element have obvious interaction,and C and N concentration change in environment would lead to the change of the two elements in the soil,and resulting in the change of microbial community structure and biological function.This article,from the research points of elevated CO 2concentration,the adding of black carbon and N deposition increase,summed up the influence of changing environmental conditions on microbial C and N,analyzed the interaction of soil microbial C and N under the background of the realistic environment,discussed the inherent relation of基金项目：黑龙江省自然科学基金重点项目“黑龙江省寒温带针叶林生态系统碳循环对模拟N 沉降的响应”(ZD201406)；国家自然科学基金项目“大兴安岭北方森林细根动态和形态特征对氮沉降的响应”(41575137)；国家自然科学基金项目“大兴安岭北方森林生态系统对N 沉降增加的响应”(31370494)；国家自然科学基金项目“小兴安岭阔叶红松林生态系统对N 沉降增加的响应”(31170421)；国家自然科学基金项目“气候变化背景下小兴安岭阔叶红松林土壤碳汇变化机理”(31070406)；科技部基础性工作专项A 类项目“东北森林国家级保护区植物群落和土壤生物调查”(2014FY110600)。
土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述
土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述随着人类活动和气候变化的影响，土壤生态系统的健康与稳定性越来越受到关注。
其中，土壤中碳氮磷元素的含量和生态化学计量特征对土壤生态系统功能起着重要作用。
本文概述了土壤碳氮磷生态化学计量特征及其影响因素。
土壤中的碳、氮、磷元素是维持土壤生态系统健康的重要组成部分。
它们之间存在一定的生态化学计量特征，即它们的相对含量比例会影响土壤生态系统的结构与功能。
土壤中的碳氮磷比例通常用C：N：P的比值来表示。
研究表明，不同土壤种类、不同气候和地理条件下的C:N:P比例差异很大。
例如，在温带草原区，C：N：P比例通常为250：12：1左右；在热带雨林区，C：N：P比例则为330：14：1左右。
土壤中的C、N、P元素的相对含量比例对土壤生态系统功能起着重要作用。
不同的土壤中，这个比例的变化会导致不同程度的土壤氮磷限制和碳固定。
在总碳量不变的情况下，C:N:P比例越低，说明土壤中氮磷含量越低，土壤生态系统受到氮磷限制的程度越高，亚洲多数受氮限制，北美和欧洲变化较大；反之，则代表土壤中含有充足的氮磷，土壤生态系统趋于不被限制。
同时，不同C:N:P比例下，土壤中有机碳资料的汇存速率也不同，因此相关元素比例的变化也会影响土壤碳汇的能力。
影响因素土壤中的C:N:P比例受到多个因素的影响，包括土壤类型、气候地理条件、土地利用方式、物种组成、土壤有效养分含量以及人类活动等。
1.土壤类型：不同土壤类型会影响土壤中的C:N:P比例。
例如，沙质土壤通常C:N:P比例较高，而黏土质和腐殖质土壤中的C:N:P比例较低。
2.气候地理条件：气候因素和地理环境也会影响土壤中C:N:P比例。
例如，高海拔、寒冷的地区，常年冻融交替和大量雨水的沼泽、湿地等区域，C:N:P比例较低。
3.土地利用方式：不同土地利用方式会影响土壤中C:N:P比例，进而影响土壤生态系统的结构和功能。
例如，耕地、林地、草地等土地类型的C:N:P比例差异较大。
土壤碳氮比与土壤有机质积累的关系
土壤碳氮比与土壤有机质积累的关系
土壤碳氮比与土壤有机质积累的关系是一个重要的研究方向。
土壤有机质是土壤中的重要组成部分，对土壤肥力、植物生长和环境质量有着重要的影响。
而土壤碳氮比则是反映土壤有机质矿化程度和土壤微生物活性的重要指标。
研究表明，土壤碳氮比与土壤有机质积累之间存在着密切的关系。
土壤碳氮比越高，土壤有机质的矿化程度越低，土壤有机质积累也就越容易发生；反之，土壤碳氮比越低，土壤有机质的矿化程度越高，土壤有机质积累也就越困难。
因此，合理调整土壤碳氮比，加强有机质的保持和积累，是提高土壤肥力和农业生产效益的重要手段。
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森林生态系统碳氮循环功能耦合研究综述
生态 学报 ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 26, No. 7碳氮循环功能耦合研究综述
项文化, 黄志宏, 闫文德, 田大伦, 雷丕锋
( 中南林业科技大学生态研究室, 长沙 410004)
摘要: 在大气 CO2 浓度升高和氮沉降增加等全球变化背景 下, 森 林生态 系统减 缓 CO2 浓度升 高的作 用及其 对全球 变化的 响应 和反馈存在诸多不确定性。森林生态系统碳氮循环相互作用及功能耦 合规律的研 究是揭示这 些不确定 性的基础, 也是反 映森 林生态系统生物产量与养分之间作用规 律, 涉及林 地持 久生 产力( sustainability of long- term site productivity) 的生态 学机 理问题。 森林生态系统碳氮循环的耦合作用表现在林冠层光合作用的碳固定过 程, 森 林植物组 织呼吸、土壤凋落 物与土壤 有机质分解、 地下部分根系周转与呼吸等碳释放过程, 这些 过程存在反馈机理和非线性作用, 最终决定森林生态 系统的碳平衡。着重在生态 系统尺度上, 综述了碳氮循环耦合作用研究的 一些进展与存在的问题, 对今后研究方向进行了展望 。 关键词: 森林生态系统; 碳循环; 氮循环; 非线性作用; 功能耦合 文章编号: 1000-0933( 2006) 07-2365-08 中图分类号: S7181 55 文献标识码: A
生态系统碳 氮获 取能 力对生 物有 机体 生物 量维 持和 构建 十分 重要[ 11] 。 生态 化学 计量 学 ( ecological stoichiometry) 原理表明, 有机体中碳氮维持一定的比例关系[1, 12] 。氮是生物化学反应酶、细胞复制和大分子蛋 白质的重要组成元素, 有机物质的形成需要一定数量的氮, 植物吸收同化碳、氮的过程密切相关[ 13] 。但不同 有机体的碳氮比( CPN) 因其氮含量不同而异, 如植物组织主要由纤维素和木质素组成, 其 CPN 较高, 在 200~ 1000 之间; 土壤有机质是由死微生物体、无机氮和活的有机分子构成, 其 CPN 较低。CPN 可以用作反映植物养 分利用效率的指标, 控制植物碳生产( carbon production) 与养分吸收、植物向土壤归还有机物质与养分过程[ 12] , 对生态系统中碳氮利用、贮存和转移起着决定作用[ 1] 。因此, 森林生态系统中碳循环与氮循环紧密相连, 表现 出相互耦合作用[ 14, 15] 。
土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述
土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述1. 引言1.1 背景介绍土壤中的碳氮磷元素是构成土壤有机质和无机养分的重要组成部分，对土壤生态系统的健康稳定发挥着重要作用。
土壤中碳氮磷元素的含量和比例关系着土壤中微生物的活动、养分循环和生态系统的稳定性。
随着全球气候变化和人类活动的不断加剧，土壤碳氮磷元素的含量和比例已经发生了较大变化，对土壤生态系统产生了一系列影响。
本文将系统概述土壤碳氮磷生态化学计量特征及其影响因素，探讨土壤碳氮磷之间的关系、生态系统的影响以及管理对土壤碳氮磷的影响，旨在加深对土壤生态系统的认识，为保护和改善土壤生态环境提供科学依据。
1.2 研究意义研究土壤碳氮磷生态化学计量特征及其影响因素具有重要的科学意义和实践价值。
了解土壤中碳氮磷元素的含量和比例，有助于揭示土壤养分的分布与循环规律。
不同元素的化学计量特征能够揭示土壤中生物元素的优势元素和限制元素，从而为合理施肥和农田管理提供科学依据。
研究土壤碳氮磷生态化学计量特征可以揭示土壤生态系统的结构和功能。
不同元素之间的相互关系和平衡对土壤生物多样性、生态系统稳定性和生产力等方面具有重要影响。
通过深入研究土壤碳氮磷之间的关系，可以为推动生态农业、生态恢复和土壤保护提供理论和实践支撑。
对土壤碳氮磷生态化学计量特征及其影响因素进行系统研究，有助于深化对土壤质量与健康的认识，促进可持续土壤利用和农业可持续发展。
通过理解土壤中碳氮磷元素的动态变化以及影响因素的作用机制，可以有效预防和解决土壤贫瘠、环境污染等问题，实现生态环境与经济效益的双赢局面。
2. 正文2.1 土壤碳氮磷生态化学计量特征土壤中的碳氮磷元素是构成生物体和维持生态系统稳定的重要营养要素，它们之间的化学计量特征对土壤生态系统的功能和结构具有重要影响。
土壤碳氮磷生态化学计量特征主要表现在以下几个方面：1. 碳氮磷含量比例：土壤中的碳氮磷元素含量不仅影响着土壤的肥力和生物多样性，还对土壤微生物活动和养分转化过程起着重要调控作用。
中国陆地生态系统碳-氮-水通量的相互关系及其环境影响机制
项目名称：中国陆地生态系统碳-氮-水通量的相互关系及其环境影响机制首席科学家：于贵瑞中国科学院地理科学与资源研究所起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：中国科学院一、研究内容(一) 拟解决的科学问题本研究的核心科学目标是：分析生态系统碳、氮、水通量的年际变异及其相互平衡关系；揭示典型森林和草地生态系统碳氮水耦合循环对环境变化的区域响应机制；研发新一代基于多尺度-多源数据融合的陆地生态系统碳氮水循环耦合模型；综合评价我国及东亚地区陆地生态系统碳收支的时空格局及其对未来气候变化和人类活动的响应。
本研究工作的核心任务是：评估我国陆地生态系统碳源/汇强度、空间格局及变化趋势，阐明我国主要生态系统碳氮水循环关键过程对温度升高、降水变化和氮沉降增加的区域响应机制，为国家的温室气体管理提供科学依据。
为实现上述的目标和核心任务，必需解决以下两个关键科学问题，发展一套关键方法论体系，它们的逻辑关系如图1所示。
集成研究：中国区域生态系统碳源汇的时空格局与温室气体管理图1. 本研究所关注的核心科学问题与方法论体系的逻辑关系1. 生态系统碳-氮-水通量组分的相互平衡关系及其影响机制陆地生态系统碳、氮、水循环包含诸多复杂过程，它们不仅在土壤、植被、大气界面之间存在着错综复杂的相互作用关系，而且碳、氮、水循环之间具有相互制约的耦合关系，由此可以推断生态系统碳氮水通量组分之间存在着可计量的相互平衡关系。
因此，研究生态系统碳氮水通量组分生态化学计量平衡关系及其环境影响机制是揭示碳氮水通量的季节和年际变异规律、阐明陆地生态系统增汇潜力、降低全球碳平衡预测的不确定性必须解决的科学问题，是本研究项目的难点与挑战。
2. 生态系统碳-氮-水耦合循环过程对全球变化的响应和适应人类活动导致的大气氮沉降增加、温度/降水的空间格局和时间分配的改变，正在严重影响生态系统碳、氮、水循环过程以及各种通量组分间平衡关系和陆地生态系统碳源/汇强度。
土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述
土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述土壤中的碳、氮、磷是土壤中的重要养分元素，对于植物的生长发育起着至关重要的作用。
土壤中的碳氮磷生态化学计量特征是指这些元素在土壤中的含量及其相互之间的比例关系。
研究土壤中碳氮磷的生态化学计量特征以及影响因素对于理解土壤养分循环、提高农作物产量、保护生态环境具有重要意义。
一、土壤碳氮磷的生态化学计量特征1. 碳、氮、磷在土壤中的含量土壤中的有机碳含量是土壤中的重要指标，它直接反映了土壤的肥力水平和富集有机质的能力。
土壤中氮的含量对于调节作物的氮素吸收和利用具有重要作用。
土壤磷含量则是维持土壤肥力的重要指标，对于提高植物的产量和品质起着关键作用。
2. 碳氮磷的比例关系土壤中的碳氮磷含量及其比例关系是土壤养分循环的重要参数。
碳氮磷的比例关系直接影响土壤中微生物的生长发育和养分的释放过程。
合理的碳氮磷比例关系有利于提高土壤的肥力水平，促进农作物的健康生长。
3. 碳氮磷的生态化学计量特征土壤中的碳氮磷含量及其比例关系受到土壤类型、植被类型、降水量、温度等多种因素的影响。
不同的土壤类型和植被类型具有不同的生态化学计量特征，这直接影响了土壤中养分元素的循环和生物多样性的维持。
二、影响土壤碳氮磷生态化学计量特征的因素1. 土壤类型不同的土壤类型对于碳氮磷的储存和释放能力不同。
黑土壤具有较高的有机碳含量，而沙质土壤则有较低的有机碳含量。
2. 植被类型不同的植被类型对土壤中的养分元素有不同的富集能力。
在森林地和草地，土壤中的有机碳含量通常会比农田地的高。
3. 水分和温度土壤中的水分和温度对于土壤中微生物的活动及养分的释放具有重要影响。
干旱和低温条件下，土壤中的有机碳和氮素的储存能力通常会降低。
4. 人为活动人为活动对土壤中碳氮磷的含量和比例关系有直接影响。
农业生产和农田施肥会改变土壤中碳氮磷的平衡，影响土壤的肥力水平和养分循环。
土壤有机碳和无机碳耦合关系研究进展
土壤有机碳和无机碳耦合关系研究进展作者：张力来源：《安徽农业科学》2017年第32期摘要干旱、半干旱地区土壤碳库由土壤有机碳（SOC）和无机碳（SIC）组成。
由于土壤有机碳和无机碳之间存在耦合关系，有机碳含量变化可能会导致无机碳含量变化，反之亦然。
过去农田土地管理和退耕还林等措施增加碳库侧重土壤有机碳，但是由于土壤有机碳和无机碳耦合关系机理尚不清楚，土壤有机碳增加可能对土壤无机碳造成的影响了解不足，不利于精确估算土壤碳汇变化情况。
总结土壤有机碳和无机碳耦合关系情况，并从土壤有机碳向无机碳转移、土壤无机碳对土壤有机碳的保护作用等方面探究土壤有机碳和无机碳耦合机理，并提出未来研究需要加强的几个方面。
关键词土壤有机碳;土壤无机碳;耦合关系;碳汇中图分类号S153.6文献标识码A文章编号0517-6611（2017）32-0121-03Research Progress of Relationship between Soil Organic Carbon and Soil Inorganic CarbonZHANG Li1，2（1. State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau， Institute of Soil and Water Conservation， Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources，Yangling， Shaanxi 712100;2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049）AbstractIn arid and semiarid region， soil organic carbon （SOC） pool and soil inorganic carbon （SIC） pool are equally important component of soil carbon pool. Due to the relationship between soil organic carbon and soil inorganic carbon，the variation of SOC may affect the content of SIC， vice versa. In the foretime， land management of farmland ，return farmland to forests and grassland usually emphasize to increase SOC content， but limited information was available about SIC result from the change of SOC. In a word， little was known about the relationship between SOC and SIC. It was unfavorable for accurate estimating potential carbon sink. The relationship between SOC and SIC was summarized. According to the transfer SOC to SIC and protective effect of SIC on SOC，the mechanism of the relationship between SOC and SIC was explored，and finally brought forward some suggestions relating the research of the relationship between SOC and SIC.Key wordsSoil organic carbon; Soil inorganic carbon;Relationship;Carbon sink大气二氧化碳浓度升高导致全球变暖越来越引起人类的重视，其中土壤碳参与全球碳循环具有巨大的碳汇潜力[1]。
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土壤碳氮耦合
土壤是地球生物圈中最活跃的生态系统之一，同时也是碳和氮的重要贮存库和循环系统。
土壤中的有机质、微生物和植物残渣等都是土壤碳和氮的重要组成部分。
土壤碳和氮
之间存在着密切的耦合关系，其中碳氮耦合是土壤生态系统中最为重要的环境过程之一。
土壤中的有机质是土壤碳循环的主要组成部分，它包括各种植物残渣、微生物体和动
物遗体等。
土壤中的有机质是土壤生态系统中最大的可再生资源，同时也是生物多样性和
生态系统稳定性的重要指标。
土壤中的有机质含量与土壤质地、地理位置、气候条件和植
被类型等因素密切相关。
土壤中的有机质主要在土壤表层，深入土壤的有机质含量逐渐降低。
土壤中的氮是植物和微生物生长和繁殖的关键营养元素之一，在土壤生态系统中发挥
着重要的作用。
土壤中的氮分为无机氮和有机氮两种形式，其中无机氮包括铵离子、硝酸
盐和硝气等。
土壤中的有机氮主要是蛋白质、核酸、氨基酸和脂质等化合物。
土壤中的氮
是生态系统中最容易限制植物生长的营养元素之一，土壤中的氮含量与植物生长、微生物
分解和物质循环密切相关。
土壤碳和氮之间存在着密切的耦合关系，它们相互影响、相互作用，同时又彼此独立。
土壤中的有机质和微生物生长需要氮的存在，土壤中的氮也需要碳的存在才能被植物吸收
利用。
同时，在土壤中，氮也会影响有机质的分解速率，减缓碳的逸出速度。
此外，土壤
中的微生物也会影响氮的利用和转化速率，因为微生物是氨化、硝化和固氮的重要参与
者。
在现代农业生产中，农民普遍认为增施化肥可以提高作物产量，但不注意土壤质量和
生态环境保护，导致了土壤中碳和氮的不平衡和流失。
土壤质量的恶化和碳的流失不仅影
响了植物生长和土壤生态系统的稳定性，还会引起土壤腐蚀和水污染等问题。
因此，保护
土壤、优化土壤碳氮循环系统是农业生产中必须关注的重点。
在保护土壤和优化土壤碳氮循环系统方面，需要采取以下措施：
1.合理施肥，减少化肥使用量，减轻土壤污染和土壤硬化的危害；
2.栽种小麦、水稻、玉米等不同作物，增加种植物多样性，促进土壤健康；
3.采用轮作、翻耕等土壤管理技术，维持土壤肥力和水分平衡；
4.注重土壤保温和保水，减少土壤中碳和氮的逸出速度，促进土壤碳氮循环。
综上所述，土壤碳氮耦合是土壤生态系统中最为重要的环境过程之一，它们对土壤生
态系统的稳定性、植物生长和农业生产等方面的影响都是不可忽视的。
因此，在农业生产
中需要采取有效的管理措施，保护土壤、优化土壤碳氮循环系统。