【摘 要】
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先锋种的侵入和定植能够改变植物群落的组成与结构乃至植物群落的演替进程。不同的演替阶段拥有其优势种并维持一段时间。土壤酶是植物和土壤微生物相互作用的一个重要环节,其活性是土壤功能的指标之一。土壤酶化学计量比特征经常被用来反映土壤微生物代谢和养分限制情况。但是,目前,先锋种或优势种的定植与生长对不同演替阶段土壤的“驯化作用”(conditioning effects)如何影响土壤酶活性和酶化学计量特征
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No.31670524);
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先锋种的侵入和定植能够改变植物群落的组成与结构乃至植物群落的演替进程。不同的演替阶段拥有其优势种并维持一段时间。土壤酶是植物和土壤微生物相互作用的一个重要环节,其活性是土壤功能的指标之一。土壤酶化学计量比特征经常被用来反映土壤微生物代谢和养分限制情况。但是,目前,先锋种或优势种的定植与生长对不同演替阶段土壤的“驯化作用”(conditioning effects)如何影响土壤酶活性和酶化学计量特征还知之甚少。羊草(Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.)是松嫩盐碱化草地恢复演替中期、后期阶段的重要植物成分乃至优势种。本研究选取松嫩草地上的“碱斑——羊草群落”演替系列中的4个演替阶段,即重度、中度、轻度和未退化阶段,取各个演替阶段的土壤栽培羊草,与栽培羊草前的土壤参数进行比较,研究羊草生长对不同恢复演替阶段的土壤水解酶活性和酶化学计量特征的影响与机制。共测定了包括C-、N-和P-降解酶在内的7种土壤水解酶活性,即α-1,4-葡萄糖苷酶(αG)、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-木糖苷酶(βX)、纤维二糖水解酶(CBH)、β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(a P)。此外,还测定了土壤理化参数和土壤微生物量碳。主要结论如下:(1)随着松嫩退化草地的恢复演替进程,4种C-降解酶活性(αG、βG、βX、CBH)以及NAG活性均呈现逐渐升高的趋势;但是,LAP和a P活性则呈降低的趋势。除了NAG外,羊草生长对其它6种水解酶活性均有显著(P<0.05)影响,并且这些影响因演替阶段不同而异。除了LAP外,栽培羊草显著改变了其它水解酶活性的在不同演替阶段中的分布格局(即相对比例)。(2)土壤酶化学计量特征表明,松嫩退化草地演替系列中土壤微生物均受P元素限制,但是P限制随着草地恢复演替进程而逐渐缓解。羊草生长显著缓解了重度和中度退化阶段的土壤微生物P限制,但显著加剧了轻度退化阶段土壤微生物P限制。(3)不同演替阶段之间土壤pH、电导率(EC)、全碳(TC)、全氮(TN)、速效氮(AN)、速效磷(AP)、微生物生物量碳(MBC)及土壤碳、氮、磷化学计量比的差异均达到显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)。羊草生长对土壤EC、含水量(SWC)、TC、全磷(TP)、AN、MBC、TC:TN和TN:TP均有显著或极显著影响。(4)影响土壤水解酶活性的关键土壤参数是土壤p H、SWC和C、N、P元素的可利用性。影响土壤酶化学计量比的关键因子是土壤p H、EC、MBC、C、N、P含量及其化学计量比。然而,栽培羊草前、后,影响土壤水解酶活性和酶化学计量比的关键土壤因子发生了改变。综上可见,羊草生长显著改变了松嫩草地上的“碱斑——羊草群落”恢复演替系列中的重度、中度、轻度和未退化阶段的土壤水解酶活性和酶化学计量特征。提高土壤养分可利用性是羊草影响不同演替阶段的土壤水解酶活性和酶化学计量特征的主要途径。本研究结果意味着,侵入并定植于松嫩盐碱化草地恢复演替中、后期阶段的羊草,通过改变土壤养分有效性和水解酶活性格局而促进土壤功能的恢复。同时,本研究也证明,土壤酶化学计量比C:N:P可以作为监测松嫩退化草地恢复状况的一个有效指标。本研究对于揭示退化草地恢复进程中植物优势种重塑土壤功能的作用与机制具有重要的理论意义。
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