森林土壤酶的研究进展
土壤碳循环研究进展
土壤碳循环研究进展引言土壤碳循环是地球上最重要的生物地球化学循环之一，对于全球碳平衡和气候变化具有重要意义。
土壤中的有机碳储量仅次于大气中的二氧化碳，其分布和储量受到土壤类型、气候、植被和土地利用方式等多种因素的影响。
因此，研究土壤碳循环的内在机制、过程及其与环境因素的相互作用，对于深入了解全球碳循环、提高土壤碳管理策略以及制定应对气候变化的措施具有重要意义。
背景土壤碳循环研究涉及到全球碳循环、土壤碳储量、碳转化等相关概念和原理。
全球碳循环是指地球上碳元素在不同圈层之间的迁移和转化过程，包括大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。
土壤碳储量是指土壤中有机碳和无机碳的总量，是全球碳循环的重要组成部分。
碳转化是指土壤中的有机碳在微生物的作用下转化为二氧化碳的过程，其速率和方向受到土壤类型、气候、植被等多种因素的影响。
研究现状近年来，国内外学者针对土壤碳循环开展了大量研究，取得了显著进展。
在国外，研究者利用遥感技术、稳定同位素技术和模型模拟等方法，对全球土壤碳储量和碳转化进行了深入研究。
在国内，研究者利用野外调查、实验室分析和数据统计等方法，对不同区域和不同土地利用方式的土壤碳循环进行了广泛探讨。
这些研究主要集中在以下几个方面：1、土壤碳储量和碳转化率的分布特征和影响因素；2、土壤碳循环与气候变化、人类活动和生态系统的相互关系；3、土壤碳管理的政策制定和实践应用。
然而，目前的研究还存在一些不足之处，如缺乏多学科交叉、研究尺度不够广泛以及碳管理措施不够精准等问题。
研究方法土壤碳循环研究的方法和技术多种多样，包括野外调查、样品采集、实验室分析和数据统计等。
野外调查主要是通过实地观测和测量，获取土壤类型、气候、植被和土地利用方式等环境因素的数据。
样品采集包括采集土壤样品、植物样品和气象数据等。
实验室分析主要包括有机碳和无机碳的测定、微生物生物量的测定和土壤呼吸速率的测定等。
数据统计主要是利用统计学方法对获取的数据进行分析和处理，以揭示土壤碳循环的内在机制和过程。
土地利用对湿地土壤活性有机碳的影响研究进展
提 出今后应加强不 同土地利用方式下湿地生 态系统土壤 活性碳库 与土壤微生 物及 土壤酶活性的关 系研究 ， 以期 为评估 湿地生
态系统碳源／ 汇功能提供理论基础。 关键词 ：土地利用 ；湿地 ；活性有机碳 ；研究进展 中图分类号 ：Ｓ ５ ． １３６ 文献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：１７ ．９ ６（ ０ １ ３０ ６ ．４ ６ ４５ ０ ２ １ ）０ ．５ ７０
生物 有效 性及 其循 环转 化起 着 非常 重要 的作 用 ，且
２ 土地利用对湿地土壤易氧化有机碳的影响
易 氧化有 机 碳是 指能 被３ ３ｍｍｏ・ Ｍｎ ４ ３ ｌ 的Ｋ Ｏ Ｌ 氧化的有机碳Ｌ 。 ｌ 湿地不同土地利用方式下 ， 引 植被
与土壤温室气体排放密切相关 。目前 ，土地利用方 式对土壤活性有机碳组分 的研究主要集 中在农业 和森林 土壤１ 】 而对湿地 的研究相对较少。 ６， － ８ 研究不
土地利用对湿地土壤活性有机碳 的影响研究进展
万忠梅 ，郭岳 ，郭跃东 。
Ｉ ．吉林 大学 地球 科学 学 院 ，吉 林 长春 １０ ６ ；２ 吉 林省林 业 科学 研究 院 ，吉林 长春 １０３ ３０ １ ． ３０ ３ ３ ．中国科 学院东 北 地理 与农业 生态 研 究所 ，吉林 长 春 １０ １ ３ ０２
摘要 ：湿地生态系统土壤碳库 的周 转及 碳源／ 过程对 全球气候变化起着极其重要 的作用 ，而土壤碳库 中的活性碳组 分对环 汇
境 因子 变化 响应 最为敏感 ， 湿地土壤活性有机碳在湿地 土壤碳 、 、 氮 磷等养分元素的生物地球化学循环方面起着十分重要 的
林木低磷胁迫适应机制研究进展
林木低磷胁迫适应机制研究进展磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一，在植物的光合作用、呼吸作用、能量代谢、生物大分子合成等生理过程中发挥着重要作用。
然而，在许多生态系统中，土壤有效磷含量往往较低，限制了林木的生长和生产力。
因此，深入研究林木在低磷胁迫下的适应机制，对于提高林木的磷利用效率、促进森林生态系统的可持续发展具有重要意义。
一、林木根系形态和结构的适应性变化在低磷胁迫下，林木根系会通过形态和结构的改变来增加对磷的吸收。
常见的变化包括根系伸长、侧根增多、根毛密度增加等。
根系伸长可以使林木的根系在土壤中更广泛地搜索磷资源；侧根的增多有助于扩大根系与土壤的接触面积，从而提高磷的吸收效率；根毛密度的增加则进一步增强了根系与土壤颗粒的接触，为磷的吸收创造了更多的机会。
例如，一些树种在低磷条件下，主根生长受到抑制，而侧根的生长则相对旺盛。
这种根系形态的改变可以使林木更好地适应低磷环境。
此外，研究还发现，低磷胁迫会导致根系皮层细胞的层数减少，中柱直径增大，从而提高根系的输导能力，有利于磷在植物体内的运输。
二、林木根系生理特性的改变林木根系在低磷胁迫下，其生理特性也会发生一系列的变化。
首先，根系的酸性磷酸酶活性会显著提高。
酸性磷酸酶能够将土壤中的有机磷分解为无机磷，从而增加磷的有效性。
同时，根系分泌有机酸的能力也会增强，有机酸可以与土壤中的难溶性磷结合，使其转化为可被吸收的形态。
另外，低磷胁迫还会影响根系的质子分泌。
质子的分泌可以降低根际土壤的 pH 值，促进难溶性磷的溶解，提高磷的可利用性。
此外，林木根系的细胞膜透性也会发生改变，以调节磷的吸收和转运。
三、林木体内磷的再分配和利用当面临低磷胁迫时，林木会通过体内磷的再分配和高效利用来维持生长。
一些非必需的生理过程会减少磷的消耗，而将有限的磷优先供应给关键的生长部位和生理过程。
例如，老叶中的磷会被转移到新叶和生长旺盛的部位，以保证植物的生长和发育。
同时，林木会调整细胞内磷的代谢途径，提高磷的利用效率。
土壤退化研究的进展与趋向
土壤退化包括土壤肥力下降、土壤物理性质变 差、土壤生物多样性降低等多种类型。
3
不同地区退化程度不一
不同地区土壤退化的程度和表现形式各不相同 ，需要根据具体情况进行分析和研究。
研究目的和意义
保护农业生态环境
土壤退化会导致土壤肥力下降、水土流失等问题，从而影响农业生产。研究土壤退化的原 因、机制和防治措施有助于保护农业生态环境，提高农业生产效率。
建立健全土地资源保护和利用的法律法规体系，加强对 土地资源的监管和管理。
技术支持
加大对农业科技研发的投入，推广先进的土壤改良和保 护技术，提高土地生产能力。
宣传教育
加强公众宣传教育，提高全民对土地资源保护的意识， 营造良好的社会氛围。
05
研究展望
加强综合治理和系统研究
1
加强土壤退化综合治理理论与实践研究，完善 治理思路和措施，提高治理成效。
温室气体排放增加
土壤退化会导致温室气体排放增加，加剧全球气候治措施与建议
农业措施
01
农田水利建设
加强农田水利基础设施建设，提高灌溉和排水能力，保持土壤适宜的
水分条件，促进土壤养分有效利用。
02
土地整理与农地流转
实施土地整理和农地有序流转，改善农田生态环境，提高土地利用效
研究土壤退化的物理、化学和生物学机制，分析 不同类型土壤退化的特征和演变过程。
土壤退化防治技术研究
针对不同类型和程度的土壤退化，研究相应的防 治技术和措施，包括物理保护、化学改良、生物 修复等方法。
土壤退化监测与评估
研究土壤退化的监测技术和评估方法，建立土壤 退化数据库和信息系统，为制定防治措施提供科 学依据。
加强国际合作与交流
赤红壤地区森林土壤球囊霉素相关蛋白测定方法_张静
中图分类号 Q14 文献标识码 A 文章编号 1000－4890（ 2014） 1－0249－10
An improved procedure for glomalin-related soil protein measurement in subtropical forest． ZHANG Jing1，2，3 ，TANG Xu-li1，3＊＊ ，ZHENG Ke-ju1，2，3 ，TONG Lin1，2，3 ，CHEN Hong-feng1 （ 1 South China Botanical Garden，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510650，China； 2 University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China； 3 Key Laboratory of Vegetation Ｒestoration and Management of Degraded Ecosystem，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510650，China） ． Chinese Journal of Ecology，2014，33（ 1） ： 249－258． Abstract： Glomalin as a recalcitrant glycoprotein produced by arbuscular mycorrhizal fungi is proved to improve soil structure，fix heavy metals in soils，and be a substantial contributor to soil carbon． At present，glomalin cannot be directly purified but can be quantified by measuring the content of glomalin-related soil protein （ GＲSP） in soil． Currently no standard procedure for GＲSP measurement is available for all terrestrial ecosystems because of the non-specific nature of GＲSP measurement． To investigate the possible influences of extraction time，centrifugal force， and centrifugal force before colorimetric test on GＲSP measurement，we carried out a comparative study using latosolic red soils collected from a subtropical forest． Higher centrifugal force extracted more easily extractable GＲSP （ EE-GＲSP） for a given centrifuge time． Under 10 minutes of extraction，EE-GＲSP extracted with centrifugal force at 10000 × g was 1． 15 － 1． 82 times more than at 5000×g，but the effect of centrifugal force on T-GＲSP was not significantly different at α = 0． 05 level． Extending centrifugal time increased EE-GＲSP concentration for a given centrifugal force． With the centrifugal force at 5000 ×g，EE-GＲSP content increased significantly with the increase of centrifugation time from 10 minutes to 15 minutes． Centrifugation of the supernate
森林凋落物生产及分解研究进展
森林凋落物生产及分解研究进展马淑敏;辛学兵;裴顺祥;王海霞;法蕾【摘要】森林凋落物的归还量及分解对森林生态系统影响极大.森林凋落物归还量受自然因素和人为因素共同影响,自然因素主要包括环境因子和林分因子.影响森林凋落物分解的因素主要分为内在因素和外在因素,内在因素指凋落物的理化性质,如凋落物的C/N比、木质素/N比和C/P比等重要的分解指标,而外部因素中的温度和湿度是影响凋落物分解主要的气候因子,土壤动物及微生物物也是影响凋落物分解的关键因子,人类活动及人为导致的CO2浓度升高、N沉降等全球气候变化也直接或间接的影响凋落物的分解速率.【期刊名称】《陕西林业科技》【年(卷),期】2019(047)001【总页数】5页(P104-108)【关键词】森林凋落物;生产;分解;影响因素【作者】马淑敏;辛学兵;裴顺祥;王海霞;法蕾【作者单位】中国林业科学研究院华北林业实验中心,北京门头沟102300;中国林业科学研究院华北林业实验中心,北京门头沟102300;中国林业科学研究院华北林业实验中心,北京门头沟102300;中国林业科学研究院华北林业实验中心,北京门头沟102300;中国林业科学研究院华北林业实验中心,北京门头沟102300【正文语种】中文【中图分类】S718.5森林凋落物是林地有机质形成的主要来源，是森林生态系统物质循环和能量流动的重要途径，其凋落物量及分解过程对森林生态系统物质循环和能量流动影响极大[1]，对于一个森林生态系统来说，森林凋落物及凋落物随时间变化的累积动态十分重要的，森林凋落物归还的养分在维持土壤肥力、促进森林生态系统正常物质循环和养分平衡方面具有重大意义[2]。
一方面凋落物的分解使植物中的无机元素逐步归还土壤，保持了土壤肥力，保证了生产力的稳定；另一方面凋落物也给土壤生物提供了营养物质，是生态系统中腐屑食物链的重要物质基础[3]。
同时，森林凋落物分解所释放的CO2是大气碳循环的重要组成部分之一。
土壤DNA提取研究进展
ＤＮＡ恢复方法，该研究为应对 某一具体的土样提供 了指导便于选择适 当 的 ＤＮＡ提取和纯化方法。有 人在此基础上 ， 改进 了方案 ， 来提取几种性质 不同的土壤样 品 ＤＮＡ， 并得到了较好的结果 。而有些土壤样 品来 自于极 端环境 或由于本身特性 ， 提取 出满足用 于分子分析 的 ＤＮＡ 比较 困难 。这 时结合使用不 同的细胞裂解方法就显得特别重要 （ 常见 的细胞裂解 方法 见 表 １ ） 。例 如引进 土壤预洗涤程序用于提取 一般 有机质 （ 腐植酸） 和金属 离 子含量 比较高 的森林土样 ＤＮＡ， ＤＮＡ提取产量和质量可 以得到改善 。 风 沙 土壤 本身微生物数量 较低， 需要采取特 殊 的土壤 处理 方法， 以获得足够 产量 的 ＤＮＡ， 张颖 等人也报道 了一种风沙 土壤微生物总 ＤＮＡ提取 方法， 获得 的 ＤＮＡ可直接用于 Ｐ ＣＲ分析㈣。还 有， 一些极端环境 如火山土壤样 品 ＤＮＡ提 取 面临着 粘土和 其他矿物 含量高 的难题 ， Ｒｕ ｔ ｈ Ｍ． Ｈｅ ｎ ｎ ｅ ｂ ｅ ｒ ｇ ｅ ｒ 等［ １ １ ］ 尝试 了各种提取方法 ， 最终成功地提取到 了效果较好 的 ＤＮＡ， 这都 证 明了结合使用不 同提取处理 的重要性 。 ＤＮＡ提取技术除 了在土壤样 品上 的应用 外，还有很 多其他 的环境样 品如沉积物、 堆肥 、 植物 组织、 动物标 本、 消化物或粪便 、 骨骼牙齿 、 化石 冰 与冻 土、 碳 酸盐岩 石、 唾液等 。 另一方面， ＤＮＡ提取技术 的不 断发展 与成熟 也促进 了市场上 出现 了许 多各种各样 的商业 化 ＤＮＡ提取试 剂盒 。ｓ ． Ｍ． Ｄｉ ｎ ｅ ｅ ｎ等 旧 比较 了 ６种商业 ＤＮＡ提取试剂盒用于三种 土样细菌孢子的 ＤＮＡ提 取 ， 结果表 明 Ｆ ａ ｓ ｔ ＤＮＡ ￣Ｓ Ｐ Ｉ Ｎ ｋ ｉ ｔ 提 取 ＤＮＡ 产 率 最 高 ， 而Ｅ ． ｚ ． Ｎ． Ａ． ０ Ｓ ｏ ｉ ｌ ＤＮＡ和 Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｏ ｉ ｌ ￣ＤＮＡ Ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉｔ ｋ ｓ 在 去除壤土提取物 中 Ｐ Ｃ Ｒ 抑 制 物 方 面 表 现 出最 高 的 效 率 。 以上所诉的大多属于直接法 ， 直接法虽然 产量 高， 但是纯度一般较低， 有时需要进一步的纯化 ， 获得 的 ＤＮＡ片段 也较小； 相对而言 ， 间接 法虽然 需要另外 的特 殊处理材 料和足够 的土壤数 量 ， 耗 时长 ， 但获得 的 ＤＮＡ纯 度高、 长 片段多， 且含有更 少的真核基 因序 列， 在进行深 入 ３ Ｉ 。
氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展
氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展一、内容简述本文综述了氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响。
介绍了氮沉降的增加及其对热带亚热带森林生态系统的潜在影响；从微生物分子生物学角度概述了土壤氮循环关键过程的研究，包括固氮、矿化、硝化和反硝化等；接着深入探讨了氮沉降对土壤微生物群落结构、多样性和功能的影响；总结了氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的正面和负面影响，并提出了未来研究方向。
氮沉降是大气中氮气在降水或干沉降过程中的释放，对生态系统产生重要影响。
热带亚热带森林作为地球上最丰富的生态系统之一，近年来受到了全球变化和人类活动带来的氮沉降增加。
氮沉降的增加可能会改变土壤氮循环过程，进而影响植物生长和生态系统功能。
微生物在土壤氮循环过程中起着关键作用，其群落结构和功能对氮沉降变化具有明显响应。
本研究利用高通量测序技术分析了氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环微生物群落结构的影响，发现氮沉降增加会导致土壤中固氮菌、矿化细菌和反硝化细菌等多种微生物类群的丰度发生变化。
1. 研究背景及意义在全球气候变化和人类活动的影响下，氮循环作为生态系统氮素的重要转化过程，对生态系统的生产力和功能起着至关重要的作用。
特别是在热带亚热带地区，由于其独特的生物群落和强烈的光温反应，氮循环过程表现出极高的效率和多样性。
随着氮沉降的增加，这一地区的森林土壤氮循环过程受到了深远的影响。
为了深入理解这种影响，揭示氮沉降与热带亚热带森林土壤氮循环微生物之间的相互作用机制，对于准确评估全球变化对生态系统功能的影响具有重要意义。
氮沉降是指大气中的氮气（N通过干湿沉降等途径进入地表和近地表的氮素形态。
随着工业化、交通和化石燃料的大量燃烧，氮气在大气中的浓度持续上升，导致越来越多的氮素以氮沉降的形式返回到生态系统。
在全球范围内，尤其是热带和亚热带地区，人为源的氮沉降已经成为氮循环的重要组成部分。
过量的氮沉降可能会导致土壤中氮素过量积累，进而引发一系列环境问题，如水体富营养化、土壤酸化等。
微生物氮和磷循环的研究进展
微生物氮和磷循环的研究进展随着大气污染和工业化的加速，土地和水源等自然资源的破坏也加剧了，其中重要的两种自然资源，氮和磷，是农业和生态系统中不可或缺的物质。
氮和磷的循环过程对于土地和水资源的保护和利用具有重要的作用，微生物氮和磷循环的研究已成为大众所关注的热点之一。
一、微生物氮循环氮是构成细胞和生命体的必需元素，但大多数的生物体并不能直接利用空气中氮气。
因此，细菌对氮的固氮成为了微生物氮循环的关键环节。
固氮微生物一般被分为两类：自由生活型固氮细菌（diazotroph）和共生型固氮细菌（endosymbiont）。
自由生活型固氮细菌广泛分布于自然界中的土壤中水库中，它们在根瘤范围之外活动，可与植物共生，也可以独立存在。
共生型固氮菌一般与植物根系形成共生关系。
近年来，随着微生物基因组学的火热发展和氮循环的深入研究，揭示了微生物氮固定及转化的新机制。
研究发现，一些草原土壤和海洋微生物可以利用光合细菌的氮酶来固氮。
同时，一些酶可以把氨转化成利用更加广泛的物质，如合成和解毒物质。
二、微生物磷循环磷是细胞内的巨量元素，是蛋白质、脱氧核糖核酸、脂类、三磷酸腺苷等重要物质的组成成分。
一些微生物可以将有机和无机磷化合物转为可被植物吸收的无机磷形式。
这是磷循环的关键和基础。
近年来，研究者们发现，微生物的生长和存活受磷酸盐的限制，而一些微生物可参与磷酸盐的释放和再分配。
针对微生物磷利用的研究，研究人员通过研究微生物的生理机制、基因信息以及微生物与植物之间的相互作用来解决微生物磷资源问题。
例如，拟紫色细菌、青海湖的磷酸酯酶和森林土壤中的磷酸酯酶等微生物参与了磷的循环与再分配。
三、微生物氮和磷循环研究的新进展微生物氮和磷循环研究已由原来的简单描绘发展到了跨学科的深度探讨。
现阶段，随着技术的进步和手段的丰富，对微生物氮和磷循环的研究也越来越深入。
其中，以下三个方向是特别值得关注的：1.新型细菌的发现以及固氮和磷化结合的研究。
土壤有机碳组分化学测定方法及碳指数研究进展
1、基于生物标志物的碳指数研 究
生物标志物是一种能指示生物、环境和地质过程的有机化合物。通过分析土壤 中生物标志物的种类和丰度，可以帮助我们更好地理解和评估土壤有机碳的组 成和稳定性。例如，烷基正构烷烃（ALA）和正构烷酸（PCOA）是两种常见的 生物标志物，它们在土壤中的含量可以用来指示有机碳的稳定性和分解程度。
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土壤有机碳组分化学测定方法 及碳指数研究进展
目录
01 一、土壤有机碳的化 学测定方法
03 参考内容
02 二、碳指数研究进展
土壤有机碳（SOC）是全球碳循环过程中的重要组成部分，其含量及稳定性对 土壤质量、农业可持续发展以及气候变化有着深远影响。对土壤有机碳的测定 和了解，不仅有助于农业生产的管理，也有助于我们对全球气候变化的理解和 应对。本次演示将重点讨论土壤有机碳的化学测定方法和碳指数的研究进展。
2、生物学方法
生物学方法是通过测量有机碳的微生物分解速率来测定土壤活性有机碳库的方 法。该方法通常使用稳定性同位素标记技术（如13C标记），将标记的有机碳 添加到土壤中，然后通过测量标记碳的分解速率来估算土壤活性有机碳库的含 量。生物学方法的优点是可以直接测量有机碳的周转，有助于理解土壤生态系 统的碳循环过程。但是，该方法操作复杂、成本较高，且需要使用特殊设备和 技术。
总结
本次演示对土壤有机碳的化学测定方法和碳指数研究进展进行了简要讨论。尽 管我们已经取得了一些进展，但土壤有机碳的研究仍然面临许多挑战，如不同 土地利用类型和气候条件下SOC动态变化的差异、SOC与其他环境因素相互作 用的关系等。
未来，我们需要进一步整合多学科的方法和技术，包括化学、生物学、地球科 学、环境科学等，以推动我们对土壤有机碳及全球气候变化问题的理解和应对。
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第40卷第2期2004年3月林业科学SCIENTIASILVAESINICAEVol.40,No.2Mar.,2004
森林土壤酶的研究进展杨万勤 王开运(中国科学院成都生物研究所 成都610041)摘 要: 土壤酶在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演重要的角色。目前,在几乎所有的森林生态系统研究中,土壤酶活性的监测似乎成为必不可少的研究内容。森林凋落物分解过程中的酶活性动态,植被特征与土壤酶活性的关系,土壤微生物与土壤酶的关系,植物-土壤界面的土壤酶,森林土壤质量评价指标的土壤酶及人类活动干扰对森林土壤酶活性的影响等是当前森林土壤酶学的研究重点。由于土壤酶的功能和生态重要性,森林土壤酶研究可能包括:(1)土壤酶系统分异;(2)作为森林土壤质量综合评价指标的土壤酶活性;(3)植被动态与土壤酶的关系;(4)退化森林生态系统的土壤酶活性特征;(5)人工林土壤酶活性特征;(6)人类活动对森林土壤酶系统的影响。本文从土壤酶系统分异和生态系统的角度对土壤酶在森林生态系统中的作用和地位进行了综述,这对于加深理解森林生态系统中的物质循环、土壤酶的生态重要性以及森林生态系统退化机理有重要作用。关键词: 土壤酶,森林生态系统,进展中图分类号:S71413 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2004)02-0152-08
收稿日期:2002-07-01。基金项目:国家自然科学基金/西部重大研究计划0项目(No.90202010)、中芬国际合作项目(No.30211130504)和中国科学院百人计划项目(01200108C)资助。
AdvancesinForestSoilEnzymologyYangWanqin WangKaiyun(ChengduInstituteofBiology,ChineseAcademyofSciences Chengdu610041)Abstract: Soilenzymeistheenzymesmainlyfromtheplantexudationandexcretedbymicroorganismsandreleasedfromplantandanimalrelictdecomposition.Soilenzymesystemplaysakeyroleinthesoilbiochemicalprocessandiscloselyrelatedtothecycleofmasssuchascarbon,nitrogen,phosphorusandsulfuretc.andenergyfluxesinforestecosystem.Presently,soilenzy-mologyhasbecomeanessentialtoolbywhichmonitorsoilenzymeactivitiesalmostallstudiesonforestecosystems.Soilenzymo-logyfocusmainlyontheenzymaticactivitydynamicsinlitterdecompositionprocess,relationshipsbetweensoilenzymesandvege-tationfeaturesandsoilbiologicalcommunitydynamics,variationsofsoilenzymesintheecologicalinterfacebetweenplantandsoil,soilenzymaticactivityusedasbioindicatorsofforestsoilquality,andeffectsofanthropicactivityonforestsoilenzymeac-tivity.Inviewofthefunctionandecologicalsignificanceofsoilenzyme,itcanbeexpectedthatresearchinthefieldofsoilenzy-mologyintwenty-firstcenturywillincludeasfollows:(1)investigatingsoilenzymesystemdifferentiationintheforestecosys-tems;(2)determiningsoilenzymeactivityusedastheintegrativeevaluationindexofforestsoilquality;(3)exploringtheinter-activeeffectsofvegetationdynamicsandsoilenzymes;(4)measuringtheactivitiesofsoilenzymesindegradedforestecosystem;(5)monitoringtheactivitiesofsoilenzymesusedassoilqualityindicatorsofmanmadeforests;(6)studyingtheeffectsofan-thropicactivityonforestsoilenzymesystem.Itissuggestedthattheinteractionbetweenthesoilenzymesandforestecosystemshouldbestudiedonthebasisoftheaspectsofsoilenzymesystemdifferentiation,whichwillbehelpfultounderstandtheplantlitterdecomposition,themasscycle,functionandecologicalsignificanceofthesoilenzymeandenergyfluxinforestecosystem,andtoexplorethedegradedmechanismofforestecosystemsanditsresponsesoneco-environmentdisturbance.Keywords: Soilenzyme,Forestecosystem,Advance
土壤酶(soilenzyme)是指土壤中的聚积酶,包括游离酶、胞内酶和胞外酶,主要来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解过程中释放的酶(关松荫,1986;Burns,1978)。土壤酶是土壤生物化学过程的积极参与者,在森林生态系统中的物质循环和能量流动过程中扮演着重要的角色(周礼恺,1989;Burnsetal.,2001;Kissetal.,1998)。尽管森林生态学和土壤学中有关森林土壤酶研究的报道较多(Facellietal.,1974;Set¾l¾etal.,1991;Wood,1991;Dillyetal.,1996)。但迄今为止,尚无有关森林土壤酶研究进展的文献综述,这未能满足当前森林生态学和森林土壤酶学发展的要求。本文综述了森林土壤酶的研究动态和未来的发展趋势,以期为21世纪森林生态学和森林土壤酶学研究提供一些新的思路。
1 土壤酶学研究简史自Woods(1898)首次从土壤中检测出过氧化氢酶活性以来,土壤酶研究经历了一个较长的奠定和发展时期(关松荫,1986)。一般认为,20世纪50年代以前为土壤酶学的奠定时期,许多土壤学者从各种土壤中共检测出了40余种土壤酶的活性,并发展了土壤酶活性的研究方法和理论,土壤酶研究逐渐发展成一门介于土壤生物学和生物化学之间的一门新兴边缘交叉学科(Burns,1978)。20世纪50)80年代中期为土壤酶学迅速发展的时期。由于生物化学和土壤生物学所取得的成就,土壤酶的检测技术和方法不断改进,一些新的土壤酶逐渐被检测出来,到80年代中期,大约有60种土壤酶活性被检测出来,土壤酶学的理论和体系逐渐完善。土壤酶活性与土壤理化性质的相互关系、土壤酶的来源和性质以及土壤酶检测手段的改进等成为这段时期的研究重点(Burnsetal.,2001)。土壤酶活性的研究被作为土壤肥力指标而受到土壤学家的普遍重视(周礼恺,1989)。20世纪80年代中期以后为土壤酶学与林学、生态学、农学和环境科学等学科相互渗透的时期,土壤酶学的研究已经超越了经典土壤学的研究范畴,在几乎所有的陆地生态系统研究中,土壤酶活性的检测似乎成了必不可少的测定指标。由于土壤酶活性与土壤生物、土壤理化性质和环境条件密切相关(Dick,1996),因而土壤酶活性对环境扰动的响应、根际土壤酶的功能重要性、土壤酶研究技术以及土壤酶作为土壤质量的指标等成为主攻方向(Dick,1994,1997;Doranetal.,1994)。
2 森林土壤酶研究动态211 森林凋落物分解过程中的酶活性动态森林凋落物是森林生态系统的重要组成部分,凋落物分解与森林生态系统中主要养分元素(C、N、P、S等)的循环密切相关,是森林生态系统中的物质转化过程之一(Sinsabaughetal.,1993;Attiwilletal.,1993;Set¾l¾etal.,1991)。凋落物的分解包括淋洗作用(leaching)、机械破碎(mechanicalbreakdown)、土壤腐食动物的消化和腐生营养微生物对化合物的酶解等过程(Facellietal.,1974;Wood,1991),即凋落物的彻底降解最终是在凋落物和土壤中的酶系统的综合作用下完成的。一方面,凋落物的腐解能释放酶进入土壤中,从而提高土壤酶活性(关松荫,1986);另一方面,由于凋落物中生物区系的变化,尤其是微生物数量和活性的升高,凋落物和土壤中的酶活性也会升高(Dillyetal.,1996)。酶活性升高有利于凋落物和土壤有机物质的分解、转换和养分元素的释放,对于提高森林土壤肥力和维持生态系统的物质循环和能量流动具有重要意义。凋落物还可通过对土壤动物和微生物区系的作用而间接影响到土壤酶活性。由于土壤酶在凋落物分解过程中的重要作用,所以有关森林凋落物分解过程中土壤和凋落物的酶活性动态研究最近正在逐步展开。最近,Criquet等(1999;2000)测定了森林凋落物分解过程中凋落物和土壤中的酚氧化酶活性的变化规律及其受生物和非生物因素控制的机制,表明土壤和凋落物的酚氧化酶活性发生显著变化,但与凋落物的质量和土壤微环境状况(土壤水分含量和温度等)有关。Fioretto等(2000)利用凋落物袋(litterbag)分解技术,研究了地中海生态系统灌木林地中Cistusincanus和Myrtuscommunis叶凋落物分解过程中的土壤酶活性动态,结果表明,凋落物与土壤中的木聚糖酶、纤维素分解酶和过氧化物酶活性与凋落物的分解过程密切相关,并受到土壤微气候条件和凋落物质量的影响。可见,凋落物和土壤中的酶活性动态与凋落物的分解密切相关,并且受到土壤水热条件和凋落物质量的制约。凋落物和土壤的酶活性动态可能是森林凋落物分解过程的重要指标。Sinsabaugh等(1987;1992;1993;1994)先后研究了木材分解过程中的土壤酶活性的变化规律及其与氮磷元素动态的关系,表明酶在木材分解和氮磷元素的释放过程中具有重要的作用,而木质纤维素水解酶活性是质量损失率(masslossrates)的良好指标。但是,不同酶类在凋落物分解过程中的变化规律具有较大的差异。Dilly等(1996)发现灰桤木(Alnusglutinosa)森林凋落物分解过程中B-葡聚糖酶和蛋白酶活性的变化规律略有不同,前者在凋落物分解过程中逐渐降低,而后者则表现为先降后升的变化特点。其它有关凋落物分解过程中土壤和凋落物的酶活性动