西北农林科技大学土壤生态系统

昆虫博览园土壤学实习调查报告1.任务本次调查旨在对西北农林科技大学南校区昆虫博览园的土壤进行全面的研究和分析，了解土壤类型、质地、养分含量、微生物群落等情况，为后续土壤管理提供科学依据。

2.调查经过：我们在周日前往了西北农林科技大学南校区昆虫博览园进行了土壤调查。

在博览园内，我们首先随机选取了5个样点进行采样。

每个样点的深度为20厘米。

我们使用土壤质地筛分法对土壤质地进行了检测，并对土壤pH值、有机质含量、养分含量进行了测试。

最后，我们采集了博览园内的土壤样品，并对土壤微生物群落进行了分析。

3.结果：我们的调查结果如下：1.土壤类型：该区域的土壤类型为黄土，属于典型的黄壤。

黄土是我国北方地区的主要土壤类型之一，其特点是贫瘠、疏松、排水不良，但富含矿物质和微量元素。

2.土壤质地：该区域的土壤质地为中等粘土质地，具有较好的保水性和保肥性，但排水性不佳。

3.土壤pH值：我们测得该区域土壤的pH值为7.2，属于中性土壤。

中性土壤对植物生长较为有利，一般适宜大多数作物的生长。

4.土壤有机质含量：我们对该区域的土壤进行了有机质含量测试，结果显示该区域土壤的有机质含量为 1.6%，属于中等水平。

土壤有机质含量对植物生长和土壤肥力具有重要影响，因此在后续的土壤管理中需要重视有机质的补充和保持。

5.土壤养分含量：我们对该区域土壤中的氮、磷、钾等重要养分进行了测试，结果显示该区域土壤的养分含量较低，需要进行肥料补充和管理。

6.土壤微生物群落：我们对该区域土壤中的微生物群落进行了研究，结果显示土壤中的微生物群落丰富多样，包括各种细菌和真菌等。

微生物对土壤的肥力和生态系统健康具有重要影响，因此需要重视土壤微生物的保护和促进。

综上所述，该区域的土壤类型为黄土，土壤质地为中等粘土质地，土壤pH值约为7.2，土壤有机质含量为1.6%，土壤养分含量较低，土壤微生物群落丰富多样。

在后续的土壤管理中，需要注重土壤养分的补充和管理，加强土壤的有机质补充和保持，同时注意土壤微生物的保护和促进。

土壤生态系统名词解释土壤生态系统名词解释1. 引言土壤是地球上重要的自然资源之一，扮演着维持生态平衡和支撑生命存在的重要角色。

土壤生态系统可以被定义为土壤与生物体之间的相互作用和相互依赖的复杂系统。

本文将对土壤生态系统相关的名词进行解释，并从简到繁地探讨其深度和广度，以帮助读者更好地理解土壤生态系统。

2. 主要名词解释2.1.土壤土壤是一种由矿物、有机质、水、气体和生物组成的，分层有机群落的自然资源。

它通过物理、化学和生物过程形成，并提供植物生长所需的物质和能量。

2.2.生态系统生态系统是由生物体、环境和它们之间的相互关系组成的一个功能性单位。

它包括生物多样性、能量流、物质循环和生物群落的生态学特征。

2.3.微生物微生物是一类单细胞或多细胞的微小生物体，包括细菌、真菌、原生动物和古细菌。

它们在土壤中扮演着非常重要的角色，参与土壤有机质分解、养分循环和生物土壤结构的形成。

2.4.土壤侵蚀土壤侵蚀是指土壤表面被风雨等自然因素或人类活动剥夺、搬运或破坏的过程。

它对土壤质量和生态系统稳定性造成了负面影响。

2.5.土壤质地土壤质地是指土壤中矿物质颗粒的相对含量和组合的属性。

它对土壤水分保持、通气性和植物根系的生长具有重要影响。

2.6.土壤养分土壤养分是指土壤中供植物吸收和利用的养分元素。

它们可以通过有机质分解、氮固定和矿物质溶解等过程释放或转化。

2.7.土壤生物多样性土壤生物多样性指的是土壤中不同种类和数量的生物体的丰富程度。

它对维持土壤生态系统稳定性、物质循环和生态功能的正常发挥具有关键作用。

3. 深入理解土壤生态系统从深度上来看，土壤生态系统的复杂性体现在以下几个方面：3.1.微生物多样性与土壤功能微生物在土壤有机质分解和养分循环等过程中起着至关重要的作用。

土壤中不同类型的微生物能够分解不同种类的有机物质，并通过代谢活动释放出营养元素，促进植物生长和土壤健康。

微生物多样性对土壤生态系统功能的稳定性和健康具有重要意义。

第二章环境：生物生活空间的外界自然条件的综合，包括生物存在的空间及维持生命活动的物质和能量。

（宇宙、地球、区域、生境、微环境、体内环境）森林环境：森林生活空间和外界自然条件的综合。

生态因子作用的一般特征：1.综合性；2.非等价性；3.不可替代性和互补性；4.阶段性；5.直接作用性和间接作用性生态因子：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境因子（土壤、地形、气候、生物、人为）光合有效辐射：在太阳辐射中，植物光合作用和色素吸收，具有生理活性的波段称为光合有效辐射光补偿点：光合作用吸收CO2与呼吸作用放出CO2相等时的光照强度光饱和点：当光照强度超过光补偿点继续增加，光合速率随之增加，到一定水平不再随光照强度增加，光合速率达到饱和，这时光照强度称为~叶片适光状态：由于叶片所在生境光照强度的不同，其形态结构、生理特征往往产生适应光的变异光周期现象：动植物对昼夜长短日变化和年变化的反应。

（植物：诱导花芽形成和转入休眠；动物：调整代谢活动和进入繁殖期）日照生态类型：长日照、短日照、中日照、中性光周期的影响：短日照促进植物转入休眠，长日照促进营养生长。

短日照植物南种北引，日照时数延长，营养生长期增加，易受冻害。

长日照植物北种南引，日照缩短，提早休眠，发育延迟，甚至不开花结实。

树种耐阴性：指树种能够忍耐庇荫的能力，或树种在浓密林冠下更新和生存的能力。

（耐荫树种、喜光、中性）耐荫性鉴别：1.林冠下能否完成更新过程和正常生长是鉴别耐荫性的主要依据；2.光补偿点和光饱和点判断树种耐荫性；3.还可根据树冠外形、生长发育特性、生态要求、叶片特性等温度变化规律：入射太阳高度角；地球表面水陆分布（空间：纬度、海陆位置、地形和海拔；时间：季节、昼夜）三基点温度：植物在其整个生命活动过程中所需要的温度称作生物学温度最适温度：生物生长发育或生理活动得以正常进行的温度范围。

最低温度和最高温度：植物生长发育和生理活动的低温和高温限度。

微生物在农业生态中的作用西北农林科技大学资环学院摘要：土壤中存活着大量的微生物，在各个领域都具有重要的作用。

本文论述了微生物在农业方面的作用，包括农田土壤环境，植物的营养吸收，以及在肥料、农药上的应用，综合的分析了其在各个环节的作用，以期为微生物的研究提供参考意见。

关键词：微生物；农业；生物肥料；生物农药0 前言微生物是指一切肉眼看不到的，需要借助显微镜观察的微小生物，包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体。

它们个体微小，与我们生活密切相关。

微生物能够致病，能够导致食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有好的一面。

最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，是医学上的一次重大发现。

后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来[1]。

经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。

还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物，例如：胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌[2]。

微生物体小面大代谢快，生长繁殖快，并且可以生产各种酶类，一些有益的分泌物，都会对外界环境产生影响。

因此，对微生物本身或者其产生的次生代谢产物的应用研究具有现实意义。

尤其是在农业上的开发与利用，比如肥料、农药等，不仅对生态环境具有保护作用，而且对农产品的质量也具有一定的提高作用。

本文综述了微生物在农业各个方面的应用。

为微生物在农业上的研究提供参考意见。

1 微生物对农田土壤的作用1.1 创造土壤、改善土壤环境土壤的形成、除物理、化学囚子外,微生物起主要作用,某些地衣、硫藻、细苗等对岩石矿化起重要作用,类硅酸盐细菌有使砂子变土壤的能力。

土壤中的微生物还具有降解和转化毒害物质的能力,对土壤的修复起到一定的作用[3]。

微生物在土壤改良方面也具有重要的作用。

日本环境研究中心的研究人员利用一种黄色杆菌,能在分酸性和富含铝条件下生长繁殖,结果证明,该细菌能提高土壤pH 值,并降低铝离子浓度,通过微生物的作用改善厂酸性土壤[4]。

在环境问题较为严峻、社会发展水平日益提高的背景下，生态理念在园林设计中受到越来越多的关注，生态校园建设成为新的趋势[1]。

植物景观是生态校园建设的重要组成部分，合理的植物配置有利于校园景观的形成，且能促进区域内生态环境的完善。

校园湿地是一种特殊的校园景观，被称为校园景观的综合表现体，能起到改善和美化校园环境、打造校园特色的作用，具有重要的生态效益[2]。

目前，国内对于校园湿地景观的研究较少，更是缺乏对于植物群落配置的分析。

基于此，从生态理念出发，调查并分析西北农林科技大学小西湖绿地的植物配置，发现其优点和不足，旨在为校园湿地景观和生态校园建设提供参考。

1校园湿地景观1.1概况校园湿地景观是利用校园原有地形基础或湿地基址，根据天然湿地的结构、特征等，运用生态学知识及相关技术，在校园内呈现出自然野趣的湿地景观。

校园湿地景观在生态调节、生物多样性保护、科普教育、景观营造等方面均发挥着重要作用，是将自然生态、文化历史、校园特色相结合的绿色景观体系[3]，也是打造生态校园的重要一环。

1.2湿地景观营造特点植物配置是湿地景观营造的核心部分[4]，在规划设计湿地景观时，需要兼顾生态原理和美学知识，对水面、水缘和岸边植物进行分区配置，综合考虑各方面条件，形成稳定的湿地生态群落，同时，保持与周围环境相统一。

2生态理念下植物配置的重要性2.1结构组成更合理，凸显自然因素生态理念指导下的植物配置更贴近自然状态，群落间的相互作用更有利于植物的生长发育，从而进一步提升景观效果，缩短到达最佳观赏状态所需的年限，更大程度满足人们对自然的渴求，拉近人与自然的距离。

2.2自然与艺术相结合，增强观赏效果实现自然与艺术的融合，在保证生态价值的基础上，通过植物更好地分隔空间，将文化、科技、生态综合运用于园林中，提高其艺术价值和观赏效果，营造具有鲜明特色的景观，更好地满足游人的需求[5]。

2.3环境衔接更紧密，利于可持续性发展合理的植物配置可将不同植物景观联系起来，增强与周围环境的相容性[6]，形成一体化空间，减少边界感的同时，便于后期管理养护，利于生态环境改善和人居环境建设，为可持续性发展奠定良好的基础[7]。

第29卷第2期2022年4月水土保持研究R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .29,N o .2A pr .,2022收稿日期:2021-03-04 修回日期:2021-04-03资助项目:国家自然科学基金(42077452,41771549) 第一作者:苏卓侠(1997 ),女,山西临汾人,博士研究生,研究方向为植物凋落物分解与土壤固碳㊂E -m a i l :S Z X 1212@n w a f u .e d u .c n 通信作者:上官周平(1964 ),男,陕西扶风人,研究员,博士生导师,主要从事旱地农业㊁植物生态研究㊂E -m a i l :S h a n g gu a n @m s .i s w c .a c .c n 植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展苏卓侠,苏冰倩,上官周平(西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100)摘 要:凋落物是植物向土壤输入有机碳的主要途径,源于凋落物的碳一部分以C O 2的形式散失到大气,另一部分以有机碳的形式输入到土壤中,在土壤微生物的作用下经过一系列的周转参与稳定有机质的形成㊂但土壤作为 黑箱 ,凋落物向土壤有机碳转移的过程和作用机理仍不明确㊂结合国内外该研究领域的主要成果,简要介绍了植物凋落物分解的研究方法㊁土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性,并从植物凋落物分解对土壤有机碳及其组分㊁土壤呼吸和激发效应㊁土壤微生物群落结构及酶活性的影响以及植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响等方面进行概述,厘清植物凋落物分解与土壤稳定有机碳形成的关系,并提出了未来该领域亟待关注的研究方向和研究内容㊂关键词:凋落物分解;土壤有机碳;稳定性;微生物中图分类号:S 153;S 154 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2022)02-0406-08A d v a n c e s i nE f f e c t s o fP l a n tL i t t e rD e c o m po s i t i o no n t h e S t a b i l i t y o f S o i lO r ga n i cC a rb o n S UZ h u o x i a ,S U B i n g q i a n ,S H A N G G U A NZ h o u p i n g(S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g on t h eL o e s s P l a t e a u ,N o r t h w e s tA&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100,C h i n a )A b s t r a c t :L i t t e r i s t h em a i nw a y f o r p l a n t s t o i m p o r t o r ga n i c c a rb o n i n t o t h e s o i l .P a r t o f t h ec a r b o n f r o mt h e l i t t e r i s l o s t i n t o t h e a t m o s p h e r e i n t h e f o r mo fC O 2,a nd t he o t h e r p a r t i s i n p u t i n t o t h e s o i l i n t h ef o r mo f o rg a n i c c a r b o n .U n d e rth ea c ti o no fs o i l m i c r o o r g a n i s m s ,t h el i t t e r -d e r i v e dc a r b o nu n d e r go e sas e r i e so f p r o c e s s e s t o p a r t i c i p a t e i n t h e f o r m a t i o no f s t a b l e o r ga n i cm a t t e r .H o w e v e r ,t h e s o i l i s ab l ac kb o x ,a nd t he p r o c e s s a n dm e c h a n i s mof t h e t r a n s f e r o f l i t t e r t o s o i l o r ga n i c c a rb o na r e s t i l l u nc l e a r .T h i s a r t i c l e c o m b i n e s t h em a i n r e s u l t so f t h i s r e s e a r c hf i e l da th o m ea n da b r o ad ,a n db r ief l y i n t r o d u c e s t h er e s e a r c h m e t h o d so f p l a n t l i t t e r d e c o m p o s i t i o n ,s o i l o rg a n i c c a r b o n c o m p o n e n t s a n d s o i l o r g a n i c c a r b o n s t a b i l i t y,a n d s u mm a r i z e s t h e e f f e c t s o f p l a n t l i t t e r d e c o m p o s i t i o no n s o i l o r g a n i c c a r b o na n d i t s c o m p o n e n t s ,s o i l r e s p i r a t i o n ,p r i m i n g e f f e c t s ,a n d s o i lm i c r o b i a l c o mm u n i t y s t r u c t u r e a n de n z y m e a c t i v i t y a n d t h e e f f e c t o f p l a n t -s o i l -m i c r o o r g a n -i s mi n t e r a c t i o n p r o c e s s o n t h e s t a b i l i t y o f o r g a n i c c a r b o n .T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p l a n t l i t t e r d e c o m p o s i t i o n a n d t h e f o r m a t i o n o f s t a b l e s o i l o r g a n i c c a r b o n i s c l a r i f i e d .T h e f u t u r e u r g e n t l y ne e d e d r e s e a r c hd i r e c t i o n s a n d r e s e a r c hc o n t e n t i n t h i sf i e l d a r e p o i n t e do u t .K e y w o r d s :l i t t e r d e c o m p o s i t i o n ;s o i l o r g a n i c c a r b o n ;s t a b i l i z a t i o n ;m i c r o o r g a n i s m 土壤作为陆地生态系统最大的碳汇载体(1500G t),其碳储量超过了植被和大气碳储量的总和[1],在表层30c m 土壤中,有机碳储量每年增加4ɢ,就会抵消掉每年人为排放C O 2增量[2]㊂关于土壤中有机碳储存的一个关键问题是其在土壤中保留的时间长短即有机碳稳定性问题[3]㊂增加有机碳的存储和稳定是 双赢 的策略:除了缓解气候变化外,更高的有机碳还有助于改善土壤肥力㊁土壤结构稳定性和生产力㊂因此,土壤固碳效应及其稳定机制也成为当前土壤学㊁植物营养学和生态学研究的热点㊂在生态系统内,植物产生凋落物并将其归还给土壤,凋落物是分解者物质和能量的来源,是连接土壤碳库和植物碳库的重要组分,对陆地生态系统碳循环具有重大影响[4]㊂凋落物作为植物向土壤输入有机碳的主要途径,其分解过程中一部分碳以C O2的形式进入到大气中,另一部分以有机碳的形式输入到土壤中[5],源于凋落物的碳可能会导致原土壤有机碳(S O C)的分解(激发效应)或增加㊂目前对源于凋落物碳是如何固存在土壤中并稳定存在的机制仍然缺乏清晰的认识㊂因此,本文通过综述凋落物输入土壤后对土壤有机碳及其组分㊁土壤呼吸以及微生物特性的影响,以期厘清植物凋落物-土壤-微生物在稳定有机碳形成过程中的作用,从而全面理解土壤碳循环过程㊂1凋落物分解研究方法凋落物是指在生态系统中由植物组分产生并归还到土壤表面,为分解者提供能量和物质,从而维持生态系统功能的有机物质[6]㊂凋落物分解研究方法起步较早,常用的有尼龙网袋法㊁小容器法㊁室内分解培养法等[7]㊂尼龙网袋法操作简单,能最大程度模拟凋落物自然分解状态,目前常用于测定凋落物分解速率,但它耗时较长,且网袋孔径大小会限制土壤动物及微生物的活动,使得凋落物分解减慢㊂小容器法使内部微环境与外部环境完全隔绝,不能完全模拟自然环境下的分解㊂室内分解培养的方法即在室内模拟枯落物的自然分解状态,与野外试验相比,室内培养试验温度㊁水分等生境条件可人为控制,枯落物分解速率较快,可在短时间内使土壤总有机碳发生变化,但所得数据在非自然状态下产生,只具有相对意义㊂在森林生态系统中,经常用凋落物添加和去除试验(D I R T,D e t r i t u s i n p u t a n d r e m o v a l t r e a t m e n t s)来研究凋落物分解,又称凋落物添加和去除转移试验(D I R T),它是研究植物凋落物输入来源和速率如何影响森林土壤有机质(S OM)和养分的积累和动态的重要手段[8]㊂随着科技的发展,近红外光谱分析技术(n e a r i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y,N I R S)㊁核磁共振技术(n u c l e a r m a g n e t i cr e s o n a n c e,NM R)㊁气相色谱-质谱(g a s c h r o m a t o g r a p h y-m a s s s p e c t r o m e t r y,G C/M S)等技术已经应用于凋落物分解及土壤固碳方面的研究㊂近红外光谱分析技术(N I R S)是利用化学物质在近红外光谱区的光学吸收特性,快速测定某种样品中的一种或多种化学成分含量和特性的技术[9]㊂核磁共振技术(NMR)具有无损和非侵入等特点,可了解凋落物不同有机碳组分的分解特征,从而得知不同凋落物组分在土壤中的相对稳定性,及其对S O C形成和稳定的贡献程度[10]㊂同位素法可以让有机物处在自然环境中,不会改变它们的生境要素㊂A l m e i d a等[11]提取了同位素标记(13C)的桉树(E u c a l y p t u s g r a n d i s ˑE.u r o p h y l l a)植物的叶子㊁树枝㊁树皮和根,然后采用G C/M S系统观测了各组分的分子组成,将植物凋落物的生物化学组分㊁分解特性和土壤有机质的形成联系了起来,其耦联分析方法为深入探究凋落物分解在S O C形成㊁稳定中的作用提供了重要的技术手段,对于定量理解植物凋落物的转化和稳定S O C的形成等生物地球化学过程具有重要意义㊂2土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性土壤有机碳(S O C)在全球碳循环中扮演了重要角色,通过储碳和充当温室气体排放的碳库来缓解潜在的气候变化[12]㊂土壤中有机碳相对组成的差异往往会导致土壤有机质的稳定性不同[1]㊂P a r t o n等[13]将S O C分为活性碳库㊁慢性碳库及惰性碳库等㊂其中,活性碳库也被称为易分解碳库,是容易被土壤微生物分解矿化的碳库,对植物养分供应起着直接作用,活性碳库的周转率为几周㊁几月或者几年;慢性碳库活性介于活性和惰性碳库之间,也被称为难分解有机碳,其周转率长达几十年;惰性碳库是指存在于土壤中的惰性碳和极难分解的被物理保护的部分有机碳,其物理化学性质非常稳定,转换时间为数百至数千年㊂活跃的和稳定的有机碳在土壤碳库周转和养分循环中起不同的作用㊂不同组分碳代表着不同功能碳库,具有不同周转期,通常活性有机碳对生境因子变化的反应比总有机碳更为敏感[14]㊂根据土壤有机碳提取方法的不同,可以从物理-化学-生物化学等不同的视角对有机碳进行分组(表1)㊂物理组分是基于有机碳化合物与矿物质结合状态进行分组,化学分组是基于不同的浸提剂与土壤有机碳化合物的相互作用,生物分组是区分活体细胞与死亡细胞㊂近年来对生态系统S O C稳定性机制的研究,一直是生态学与土壤学关注的热点领域,但仍未达成一致意见[18]㊂土壤科学经典的观点认为,稳定的有机质由腐殖质等化合物组成,由于其复杂的高度芳香的结构而抵抗分解㊂M a r s c h n e r等[19]假设认为稳定的S O C库由难分解的有机分子组成,如木质素等,由于其复杂的化学结构,在植物组织腐烂过程中被选择性地保存下来㊂L o r e n z等[20]认为有机碳长期稳定经历两个重要的过程:(1)物理保护过程,即分解者或其水溶性降解酶在空间上无法接近有机碳;(2)有机矿物配合物和有机-金属相互作用,即有机碳与矿物㊁金属离子和其他有机物的相互作用㊂物理保护可能会使有机碳分解延缓几十年到几百年,而有机矿物配合物或有机金属相互作用可能是几个世纪到几千年大多数有机碳稳定的原因[21]㊂随着研究手段与技术的704第2期苏卓侠等:植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展迅速发展,更多研究关注微生物对稳定土壤有机碳的调控,并提出新的S O C 形成和稳定机制 土壤微生物碳泵(m i c r o b i a lc a r b o n p u m p,M C P )概念体系 [22],即微生物通过同化作用将有机碳合成为自身生物量,再通过残留物形式不断输入到稳定土壤有机碳库中㊂这一概念体系强调了土壤微生物同化合成产物对于土壤稳定有机碳库形成的重要作用,对深入认识陆地碳汇功能和应对气候变化具有重要意义㊂表1 土壤有机碳组分分类名称界定特点参考文献物理组分(按粒径分)颗粒态有机碳(P O C )通常由未分解或半分解的动植物残体和根系残体组成,是与土壤砂粒组分结合的那部分有机碳相对未受保护的有效碳库,周转速度较快[15]矿质结合态有机碳(MA O C )是与黏粒和粉粒结合的那部分碳有相对较长周转时间,性质较稳定化学组分溶解性有机碳(D O C )能通过0.45μm 微孔滤膜且能溶于水㊁酸或碱的有机物质占土壤有机碳的比例一般不到3%,但它是土壤微生物的主要能源[16]易氧化有机碳(R O C )能被330mm o l /L 高锰酸钾氧化的碳,该组分可基本区别土壤稳定性碳占土壤有机碳总量的13%~28%,在土壤中移动比较快㊁不稳定㊁易氧化㊁分解㊁矿化[17]生物组分微生物量碳(M B C )土壤中体积<5000μm 3活的和死的微生物体内碳的总和在土壤碳库中占比很小,是土壤中最活跃的有机碳组分[14]3 凋落物分解对土壤有机碳库稳定性的作用机理凋落物是生态系统的重要组成部分,凋落物分解作为生态系统物质循环的核心过程,参与生态系统中养分的周转与循环,对生态系统健康可持续发展起着重要作用[23],凋落物的分解也影响着生态系统碳平衡㊂凋落物在土壤碳动态转化中发挥着重要作用(图1)㊂图1 凋落物碳在土壤碳库的动态转化3.1 凋落物对土壤有机碳及活性碳组分的影响凋落物是影响S O C 周转的重要驱动力,是S O C 形成的重要来源(图1)㊂P a l v i a i n e n 等[24]研究表明全球森林生态系统每年通过凋落叶分解归还到土壤有机碳含量约为50G t ㊂凋落物分解对有机质形成的贡献主要通过两个路径:(1)高质量凋落物(通常是水溶性碳)快速降解,在稳定在矿质结合态有机质之前,被微生物或其他土壤有机体同化㊂(2)植物结构性物质被机械拉开,直接通过物理方式掺入下层矿物土壤的颗粒有机质中[25]㊂较高的生物量或凋落物产量并不意味着较高的土壤有机碳储量㊂凋落物分解过程中产物去向决定了土壤有机碳的赋存状态,高质量的凋落物其分解产物向土壤转移的比例更高[26]㊂添加凋落物对土壤有机碳含量的影响表现为增加或影响不显著[27]㊂M i t c h e l l 等[28]使用13C 同位素标记作物残体,追踪新鲜残余物进入到土壤组分的命804 水土保持研究 第29卷运,结果表明植物残体输入使土壤中源于凋落物有机碳增加了4~5倍,同时也抑制了原土壤有机碳的激发效应㊂源于凋落物的溶解性有机碳(D O C)被微生物群落所固定,并固存在森林土壤中[29]㊂Z h o n g等[4]研究表明凋落物添加显著增加了各恢复阶段土壤水溶性碳氮的含量,说明这些来自凋落物分解的养分输入增强了其在土壤中的浓度㊂此外,凋落物分解过程中所释放的挥发性有机化合物(V o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d,V O C)能够直接扩散到土壤基质中,具有促进稳定矿质结合态有机质形成的潜力,V O C可能是植物来源的碳进入土壤并促进有机质形成的重要机制[25]㊂3.2凋落物分解对土壤呼吸及激发效应的影响凋落物是土壤呼吸的重要碳源,凋落物分解是养分循环的核心过程(图2)㊂它通过改变土壤微环境条件[30]㊁增加土壤碳的有效性[31],影响根系生长和土壤微生物结构和功能等[32],进而影响到土壤呼吸过程㊂图2凋落物分解与土壤呼吸间的关系关于凋落物分解对土壤呼吸的影响已有许多工作,不少研究表明添加凋落物能促进土壤呼吸,如Z h o n g等[33]对子午岭完整的次生林演替序列进行研究,发现未添加凋落物时,由于演替后期土壤养分有效性提高,演替后期的土壤呼吸更高;但添加凋落物后,演替前期土壤呼吸最高,表明在演替早期微生物分解能力较强,这一发现表明新碳源(凋落物)的添加可能在形成微生物功能方面发挥重要作用㊂Y a n等[34]研究同样表明微生物呼吸作用随演替而增加,并且添加凋落物显著促进了微生物呼吸(16.5%~72.9%),特别是在演替初期(草地和灌丛)㊂凋落物输入和清除处理(D I R T)试验为研究地上凋落输入对土壤呼吸的影响及植物碳输入对土壤的贡献提供了一个很好的机会㊂W a n g等[35]对杉木林进行了4a的碳输入模拟,发现减少碳输入会显著减少土壤呼吸㊂土壤异养呼吸(由微生物分解的土壤有机质)占土壤总呼吸的52.1%,地上新近凋落物分解和地下自养呼吸(活根和相关微生物)分别占土壤总呼吸的23.7%,24.2%㊂众多研究均表明凋落物添加能促进微生物呼吸,但不同类型凋落物分解对促进土壤微生物呼吸的程度以及对固碳的影响仍有待进一步探究㊂激发效应(p r i m i n g e f f e c t,P E)是连接土壤中碳输入和输出的机制之一,实际上P E被定义为在加入一定量的新鲜有机质后土壤有机质分解速率的变化[36]㊂外源基质输入的改变会通过激发效应改变土壤有机碳储量㊂添加基质引起有机物分解的增加为正激发效应,反之为负激发效应[37]㊂P E的大小和方向取决于添加的底物的量和化学计量及底物的化学结构,不稳定底物比顽固性904第2期苏卓侠等:植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展底物具有更大的激发效应[38]㊂关于激发效应的本质可用两种替代机制来解释,即 化学计量分解 理论( s t o i-c h i o m e t r i c d e c o m p o s i t i o n t h e o r y)和 微生物氮挖掘 理论( m i c r o b i a l n i t r o g e nm i n i n g t h e o r y)㊂ 化学计量分解 理论[39]指当底物化学计量与微生物需求相匹配时,快速生长的微生物(R-策略)可能会由于微生物活性的增加而刺激有机质的分解㊂而 微生物氮挖掘 理论(也被定义为优先底物利用)[40]强调当外源碳充足时,P E的方向取决于氮的可用性㊂具体来说,基质中高比例的碳氮比可能导致正的P E,因为微生物必须分解更多的土壤腐殖质来获得足够的氮来满足它们的需求㊂相比之下,基质中较低的碳氮比通常会导致负的P E,从而限制了有机碳的分解㊂最初认为微生物对土壤有机质分解的贡献受微生物群落的生长策略和氮有效性的控制,但随着分解的进行,这两种机制也可能随着时间的推移而变化,这可能与不同演替阶段微生物群落和功能有关㊂此外,增加底物输入引起的S OM分解温度敏感性(Q10)的变化也决定了陆地碳平衡对全球变暖的响应[41]㊂目前,凋落物添加对土壤微生物呼吸和温度敏感性的影响尚无一致结论㊂较多的研究发现难分解有机碳的Q10要大于易分解有机碳的Q10,如C h e n 等[42]研究表明秸秆添加降低了土壤微生物呼吸的温度敏感性,但与秸秆类型无关㊂W a n g等[41]探究在不同林型中增加凋落物对土壤有机质分解的温度敏感性的影响,结果表明针叶林土的Q10由不添加凋落物处理的2.41降低到增加凋落物处理的2.05,阔叶林土壤Q10由2.14降低到1.82,表明增加凋落物降低了Q10㊂这一现象可以用碳-质量-温度(C Q T)假说来进行解释,即复杂底物的分解需要更高的总活化能,因此比简单的碳底物的分解对温度的升高更为敏感[43]㊂但也有研究发现难分解有机碳的Q10并不比易分解有机碳的Q10值高,如两种凋落物处理的土壤碳分解均比单纯土壤处理对温度更敏感(Q10更高)[44]㊂所以,关于凋落物分解对土壤有机质分解的温度敏感性仍有待进一步研究㊂改善全球变暖条件下土壤有机碳动态的预测对于理解温度和凋落物输入对S O C分解的共同作用具有重要意义㊂3.3凋落物分解对土壤微生物群落结构及酶活性的影响凋落物分解的主要参与者是土壤微生物,在凋落物分解过程中微生物把大分子有机物分解为能够被植物吸收利用的小分子物质,对植物生长和土壤改良等起着重要作用㊂首先,凋落物自身特性会影响到土壤微生物群落㊂凋落物的数量与质量[45]㊁组成[46]㊁多样性等[47]都会影响着土壤微生物的群落结构㊂陈法霖等[48]研究表明,添加桉树凋落物的土壤中细菌㊁真菌㊁放线菌以及磷脂脂肪酸的总丰度显著高于不添加凋落物的土壤㊂源于凋落物的挥发性有机组分(V O C)也能影响细菌和真菌群落的多样性和组成[25]㊂真菌和细菌的比值常用来反映分解过程中微生物群落结构的变化及评价生态系统的稳定性,真菌/细菌的比值越高,表明真菌的生物量及菌丝体增加,能够固定更多的养分,使得土壤生态系统更加稳定㊂其次,凋落物分解通过改变土壤环境影响到土壤微生物群落结构㊂凋落物初始养分含量及分解过程中养分的释放对土壤微生物的生长与分布具有一定的选择作用,凋落物碳氮比越低,越易分解,会向土壤输送大量有机碳,且分解过程中温湿度增加会进一步促进微生物的生长[49]㊂树木通过凋落物和根部形成周围环境,从而产生小规模的异质性,并可能控制土壤生物的群落模式㊂土壤酶是土壤微生物作用于土壤环境的媒介,它是由微生物活动㊁植物根系分解以及动植物残体腐解的过程中释放到土壤中具有催化作用的生物活性物质㊂它是最活跃的土壤有机组分之一,反映了土壤中生物化学过程的方向及强度,对土壤生态系统有机碳的固定具有重要作用[50]㊂H u等[51]研究发现与单一叶凋落物相比,杉木[C h i n e s e f i r-C u n n i n g h a m i a l a m c e a l a t a (L a m b.)H o o k]㊁枫香(L i q u i d a m b a f o r m o s a n a H a n c e)及桤木(A l n u s c r e m a s t o g y n e B u r k)混合凋落物处理更利于土壤酶活性(脲酶㊁转化酶㊁脱氢酶活性)升高;凋落物分解过程中释放的D O C促进了胞外酶的活性[52]㊂G e 等[53]发现马尾松(P i n u sm a s s o n i a n a)人工林凋落物剩余质量与酶活性之间呈显著的线性关系,突出了酶活性在影响凋落物分解过程中的重要作用,这将进一步影响森林生态系统中的养分循环㊂总的来说,凋落物添加之后酶的活性会上调,但上调的程度取决于凋落物类型[54]㊂但部分树种凋落物中含多酚类或单宁等次生代谢物质,可能会使土壤酶的结构在一定程度上遭到破坏,抑制土壤微生物的活动,进而抑制土壤酶的产生,严重时还会导致部分土壤酶失活㊂3.4植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响研究表明,多种因素可以影响碳封存和有机碳稳定性,包括植物(植被覆盖㊁凋落物㊁根系分泌物㊁细根)㊁土壤(土壤类型㊁土层深度以及矿物学)以及微生物(群落组成㊁功能基因)等[12,15],但植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响还有待进一步研究㊂不同植被恢复年限和不同土层深度有机碳的稳定014水土保持研究第29卷性存在一定的差异㊂在早期恢复阶段,植被组成和多样性相对简单,群落结构不稳定,地上植被进入到土壤中的S O C相对较少,土壤有机碳分解和转化活动较弱,土壤有机碳相对稳定㊂随着恢复年限的增加,植被组成结构变的多样化和稳定,凋落物量㊁细根和根系分泌物显著增加,更多的有机物质进入到土壤中,土壤微生物活动增加,加速了土壤活性有机碳的分解和转化,降低了土壤有机碳的稳定性[55]㊂此外,植物碳的输入主要决定了土壤碳在表层土壤中的长期持久性,而矿物保护则在底层土壤中占主导地位[56]㊂深层土壤有机碳主要来源于根部残留物和分泌物,随着土层深度的增加,各恢复类型土壤有机碳和活性有机碳含量逐渐降低,土壤渗透性差㊁微生物分解活性和根系吸收减少,有机质的输入受到限制,且分解者难以接近深层土壤有机碳,因此,有机碳稳定性增加[57]㊂在演替的过程中,演替早期微生物群落的生长主要受土壤养分的限制,一般来说,演替早期微生物碳分解基因丰度较高,与氮分解相关的基因丰度增加,导致凋落物的快速分解和土壤养分的增加㊂随后,主要的资源限制从养分限制转换为另一种环境因子的限制㊂因此,在演替后期,充足的土壤养分有效性可能导致微生物碳分解基因丰度的下降,导致演替后期凋落物的分解速率的降低[33]㊂微生物在介导凋落物分解过程中发挥着重要作用,凋落物-微生物-土壤环境三者之间是互相调控的一个动态过程,通过这一系列的反馈与调控,实现生态系统的平衡和稳定(图3)㊂图3凋落物特性-微生物-土壤环境互相调控的动态过程4研究展望凋落物分解对土壤固碳及其稳定性方面的研究已有不少,但土壤作为 黑箱 ,土壤有机碳的转移和固定仍存在着很大困难,未来需要生态学㊁植物学和土壤学工作者的关注㊂因此,未来亟待强化如下3个方向的研究工作:加强地上-地下凋落物分解对土壤碳动态影响的协同作用机制研究㊂目前凋落物分解对土壤碳动态的研究多关注凋落叶的分解,而忽略了地下凋落物对土壤有机碳库的贡献㊂一般来说,植物根以根凋落物和根沉积碳的形式向土壤提供有机碳,来控制和影响土壤有机碳的动态㊂根通常与菌根菌丝结合形成土壤团聚体来促进土壤有机碳的稳定㊂此外,根是一个分级系统,不同直径级别的根的形态㊁根沉积物的数量和质量㊁化学计量特征以及菌根真菌性状等方面存在差异,会对分解过程产生影响㊂植物地上/地下生物量是一个相互联系的有机整体,在植物生长过程中存在着不同的碳分配策略,未来应加强研究地上/地下凋落物分解对土壤碳动态的协同效应㊂加强植物凋落物向土壤有机质转化的微生物学机制的研究㊂在考虑影响凋落物分解的食物网中,不仅要考虑到土壤动物(如蚯蚓,线虫)对凋落物的破碎作用,也要关注土壤微生物对凋落物的腐解作用㊂土壤微生物具有分解与合成有机质的双重功能,因此,将凋落物分解的土壤微生物学过程与土壤有机质(碳)的稳定性联系在一起,是未来研究的重要课题㊂此外,目前凋落物分解试验的周期较短,短期的室内分解无法反映真实的分解状态,应加强室内模拟与长期野外分解的连结性㊂加强新一代技术手段的开发与应用㊂凋落物通过影响土壤微生物活性和土壤酶的能力来调控土壤碳循环,但是关于凋落物分解对碳代谢相关功能基因的调控仍然缺乏清晰的认识,未来有望结合代谢组学等技术在该方面进行深入研究㊂此外,目前缺乏对凋落物-土壤有机质-微生物系统不同来源碳的输入㊁转化和稳定的定量研究,未来可进一步结合稳定同位素示踪技术,明确凋落物输入后外源碳在土壤中周转和稳定过程之间的关系,认识土壤固碳的本质㊂参考文献:[1] L e h m a n nJ,K l e b e r M.T h ec o n t e n t i o u sn a t u r eo fs o i lo r g a n i cm a t t e r[J].N a t u r e,2015,528(7580):60-68.[2] P a u s t i a nK,L e h m a n nJ,O g l eS,e t a l.C l i m a t e-s m a r tS o i l s[J].N a t u r e,2016,532(7597):49-57. [3] H o b l e y E,W i l l g o o s eG R,F r i s i aS,e t a l.S t a b i l i t y a n ds t o r a g e o f s o i l o r g a n i c c a r b o n i nah e a v y-t e x t u r e dK a r s ts o i l f r o m s o u t h-e a s t e r n A u s t r a l i a[J].S o i lR e s e a r c h, 2014,52(5):476-482.[4] Z h o n g Y,Y a nW,W a n g R,e t a l.D i f f e r e n t i a l r e s p o n s e so f l i t t e rd e c o m p o s i t i o nt on u t r i e n ta d d i t i o na n ds o i lw a t e ra v a i l ab i l i t y w i t h l o n g-t e r mv e g e t a t i o n r ec o v e r y[J].B i o l o-g y a n dF e r t i l i t y o f S o i l s,2017,53(8):939-949.[5] R u b i n o M,D u n g a i t JAJ,E v e r s h e dRP,e t a l.C a r b o n114第2期苏卓侠等:植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展。

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西北农林科技大学本科课程考试试卷2004 — 2005学年第二学期《水土保持学概论》课程（ B 卷）专业年级： 2002 级地信专业命题教师：李会科审题教师：考生姓名：学号：考试成绩：一、名词解释（ 10 分）1 ．土壤侵蚀模数2 ．土地生态设计3 ．水分循环4 ．水土保持效益评价5 ．可蚀性二、填空题（ 20 分）1 、按水流侵蚀作用方向，水力侵蚀作用的方式可分为：水流搬运的基本方式。

2 、沙粒运动的基本形式：3 、生态系统的基本特征：。

4 、泥石流发生的特点是：5 、牧草播种的基本方法：6 、水土保持防洪效益计算的基本方法：7 土地利用类型的基本特点：8 、蓄水保土效益计算的基本方法：9 、径流水区设计的基本内容：10 、水土保持监测的基本方法：三、回答问题（ 60 分）1 、简述重力侵蚀的基本类型2 、简述水土保持典型造林设计的基本内容3 、简述水土保持规划工作程序4 、简述水土保持信息系统的主要步骤5 、简述水土保持综合治理评价指标体系的设置6 、简述坡面径流研究的基本方法《水土保持学概论》习题库绪论一解释名词水土保持；二简要谈谈水土保持学的基本特点三思考题查阅相关资料，论述水土保持学在西部生态环境建设中的地位第一章习题一解释名词 1. 土壤侵蚀 2. 水分循环 3. 容许土壤流失量 4. 景观生态二简答题1 简述侵蚀的地带性规律2 写出通用水量平衡并解释公式中符号的含义3 简述生态系统的基本结构与功能第二章习题一解释名词 1 土壤侵蚀强度 2 风力侵蚀 3 重力侵蚀 4 混合侵蚀二填空1 按水流侵蚀作用方向，水力侵蚀可分为，水流搬运方式。

2 土壤抗蚀性是指土壤抗冲性是指3 风力侵蚀必须具备基本条件，其作用包括4 泥石流发生必须基本的条件是5 按固体物质的组成，泥石流可分为，按泥石流性质，泥石流可分为，按泥石流的成因或主导因素分，泥石流可分为。

三简答题1 简述水力侵蚀的基本类型2 简述水力侵蚀的影响因素3 简述风蚀的影响因素4 简述重力侵蚀的基本类型5 简述重力侵蚀的影响因素6 简述泥石流发生的特点及其影响因素第三章习题一解释名词 1 水土保持工程 2 淤地坝二填空1 根据水土保持工程措施兴修目的及其应用条件，其可分为：2 梯田优化设计的基本要求：3 沟壑治理工程的基本类型：4 水库一般有三部分组成，它们分别是：5 截留沟断面的计算公式为：，梯田断面的计算公式为：谷坊高计算公式为：。