模拟氮沉降对四川盆地西缘常绿阔叶林土壤微生物和酶活性的影响

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土壤酶和土壤微生物对土壤有机质的形成及营养物质的转移起着重要作用。了解氮沉降背景下土壤生物活性是预测全球土壤碳循环的重要研究内容。气候变化对有机质分解和养分循环的影响在很大成度上取决于土壤微生物和胞外酶的响应。目前,模拟氮沉降对土壤微生物和酶活性的影响尚未有明确一致的结论,相关研究仍存在很大不确定性。四川盆地西缘是青藏高原向四川盆地延伸的过渡带,是华西雨屏区的核心地带,由于独特地理地貌和气候特征,森林植被丰富多样,降水丰沛,大气氮沉降显著。那么,未来氮沉降如何影响高氮沉降背景下典型森林生态系统土壤微生物的生态过程。鉴于此,以四川盆地西缘常绿阔叶林为研究对象,根据区域大气氮沉降背景值,设置两个氮添加处理组与对照组,分别为对照(CK,0 kg N·hm-2·a-1)、低氮处理(LN,20 kg N·hm-2·a-1)和高氮处理(HN,40 kg N·hm-2·a-1)。自2015年11月开始模拟施氮实验,于2018年3月、6月9月和12月,采集各处理样地0-5 cm和5-15 cm土壤样品,分析测定土壤磷脂脂肪酸和土壤酶活性,探讨外源氮添加对四川盆地西缘常绿阔叶林土壤微生物特征的潜在影响,主要研究结果如下:1.同一浓度水平氮添加的土壤p H降低随着土壤深度的增加而降低,同时HN添加处理土壤表层p H(4.75)低于CK(5.0)和LN样地(4.99)。p H没有显著的季节动态。土壤含水率的变化规律并不一致,表层土壤含水率季节变化差异显著,另外,表层土壤含水率通常高于底层。2.模拟氮沉降对土壤酸性磷酸酶(AP)、β-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)和过氧化物酶酶(POD)酶活性有显著影响,对N-乙酰葡萄糖苷酶(NAG)和多酚氧化酶(PPO)胞外酶没有显著影响。除多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶酶(POD)外,其余土壤酶活性总体随土壤深度的增加而降低,而过氧化物酶酶(POD)表现出轻微升高趋势。所有处理下,土壤酶活性均有明显季节动态,但土壤酶的季节趋势,因土壤酶种类而不同。模拟氮沉降仅在部分时期对酶化学计量比C:NEEA,C:PEEA,N:PEEA有显著影响,比较集中在土壤表层,对酶化学计量比的影响与土壤层次和季节变化密切相关。在土壤表层中的C:NEEA比值有显著影响,在春季显著提高N:PEEA比值。3.模拟氮沉降对土壤真菌PFLAs、革兰氏阴性菌PFLAs、细菌/真菌PFLAs比值和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌PFLAs比值有显著性影响。在土壤表层,LN添加提高春季土壤真菌PFLAs和革兰氏阴性菌PFLAs,降低了春季细菌/真菌PFLAs比值与秋季革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌PFLAs比值。在土壤底层,HN添加均在部分时期显著提高细菌PFLAs、革兰氏阳性菌PFLAs、细菌/真菌PFLAs比值和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌PFLAs比值。土壤层次和季节变化对微生物群落组成和结构均有明显影响。4.土壤含水量和pH是影响土壤酶活性和土壤酶化学计量比特征的主要因子。土壤含水量与多数酶活性和酶化学计量比显著相关,酶化学计量比与碳氮转化酶都有显著相关性。除了β-葡萄糖苷酶(BG)和纤维二糖水解酶(CBH)、真菌PFLAs和革兰氏阴性菌PFLAs,p H与其他土壤酶和微生物群落组成和结构没有相关性。综上所述,本论文研究了模拟氮沉降3年后两个层次土壤的微生物群落组成与酶活性的季节动态。模拟氮沉降对土壤酶活性、酶化学计量比特征以及微生物群落组成和结构都产出一定程度的影响。氮沉降对土壤酶活性的影响却没有明显一致规律,而氮添加对土壤酶活性的影响和与土壤层次和季节动态密切相关,另外,土壤微生物群落组成对氮添加响应也有所不同。研究结果可为氮沉降背景下的盆地西缘亚热带森林生态系统科学经营和管理提供数据参考。
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