外源碳氮添加对土壤生物学活性的影响及外生菌根真菌在氮转化中的作用

发布时间：2019-10-16 21:36

【摘要】：土壤是一个有机质含量丰富的动态系统。土壤微生物在土壤有机质分解过程中发挥着重要作用,促进了土壤生态系统的物质循环。土壤中的腐生真菌和外生菌根真菌(EMF)是土壤有机物质的主要分解者,它们可以通过调节土壤酶活性参与营养循环。化石燃料和化肥的使用,导致了大量外源碳氮进入土壤中,破坏了土壤营养的收支平衡。本文研究了外源氮和生物炭、外源氮和凋落物添加对土壤生物学活性的影响、EMF在麻栎林氮转化中的作用。研究结果不仅可为森林生态系统的碳氮循环模型的构建与完善提供理论依据,也可为森林土壤养分管理提供实践指导。论文主要研究结果如下:1、生物炭添加后,显著地促进了碱性土壤中碱性磷酸酶的活性(P0.05),第7天达到最高活性1500μg C6H5NO3 g-1 d-1,比对照组提高了152.25%。生物炭极大的提高了酸性土壤中的蔗糖酶活性(P0.05)。第14天,蔗糖酶活性增强最明显,从2.88 mg g-1 d-1增加到21.26 mg g-1 d-1,提高了202.6%。生物炭抑制了土壤脲酶的活性。生物炭在第0~7天显著地增强了酸性土壤的呼吸(P0.05),对碱性土壤呼吸影响较小。在酸性土壤中,氮添加对酸性磷酸酶影响较小;氮添加促进了蔗糖酶活性,100μg/g和200μg/g浓度的氮对蔗糖酶的促进作用更强;而氮添加对脲酶的促进作用随着氮浓度提高而增强。在碱性土壤中,氮添加对酶活性影响较小。氮添加对酸性和碱性土壤的呼吸速率的影响都较小。2、氮添加对亚硝酸还原酶活性影响较小,凋落物显著地促进了亚硝酸还原酶的活性(P0.05),在第3天,添加1/2凋落物后,土壤亚硝酸还原酶活性为2.622±0.206 mg NO2-N g-1 24h-1,比对照组提高了39.5%。在0~3天,500μg/g的氮和凋落物添加都抑制了蛋白酶的活性,之后两者都促进了蛋白酶活性。其中,1/2凋落物对蛋白酶促进作用最强,蛋白酶活性从0.082±0.009μg g-1增加到了0.206±0.01μg g-1,提高了60.2%。氮添加促进了脲酶活性,500μg/g的氮对脲酶活性促进作用更强,在第3天,500μg/g的氮提高了脲酶50%的活性。凋落物在0~3天促进了脲酶活性,之后则抑制了脲酶活性。在第3天,凋落物对脲酶的促进作用最强,提高了43%。氮添加促进了土壤呼吸,在0~3天,200μg/g浓度的氮对土壤呼吸的促进作用强于500μg/g浓度的氮,在7~28天,随氮浓度的提高,氮对土壤呼吸的促进作用逐渐增强。凋落物对土壤呼吸的作用较小。凋落物和氮联合添加对酶活性和土壤呼吸的作用与凋落物单独添加相当。3、通过野外实验共检测出1052种不同的真菌类群,在所有的真菌类群中,698种真菌类群为子囊菌门(Ascomycota),286种真菌类群为担子菌(Basidiomycota),其他真菌少量存在,包括壶菌门(Chytridiomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和接合菌门(Zygomycota)。Russula(红菇属)是丰度最高的EMF。夏季腐殖质、有沙障腐殖质、无沙障腐殖质中丰度最大的EMF分别为Lactarius(乳菇属)、Cenococcum(土生空团菌)、Scleroderma(硬皮马勃属),秋季腐殖质、有沙障腐殖质和无沙障腐殖质中丰度最大的EMF分别为Russula,Scleroderma,Scleroderma。4、实验测定了夏季和秋季β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、蛋白酶(PRO)、亚硝酸还原酶(NIR)和脲酶(URE)的活性。在土壤中除了NIR,其它酶都比腐殖质中要高。在腐殖质中,与夏季相比,秋季PRO和LAP的活性显著升高(P0.05),PRO的活性由夏季的217.26±6.04IU/L增加到秋季的287.51±11.49 IU/L,提高了32.4%。根尖中的LAP活性是所有样品中最低的。有沙障的腐殖质中的NIR、PRO和LAP的活性都低于无沙障的腐殖质。在有沙障的腐殖质中,NAG活性在秋季显著高于夏季,URE的活性显著低于夏季;而无沙障的腐殖质中,PRO、NAG、LAP活性均在秋季显著升高(P0.05),URE活性在秋季显著下降(P0.05)。5、上述5种土壤氮转化相关酶活性均与真菌多样性指数显著相关。氮转化相关酶活性与真菌群落结构变化密切相关,与夏季相比,秋季有沙障腐殖质和无沙障腐殖质中的EMF真菌丰度和多样性均增加。有沙障腐殖质中的Scleroderma在夏季占比0.1%,在秋季比例增加至5.83%;无沙障腐殖质中,夏季到秋季,Scleroderma由1.6%提高至5.03%,各种EMF比例均提高。与之对应,氮转化相关酶活性也随之增强。相关性分析和PCA均表明Scleroderma与氮转化相关酶活性呈显著正相关关系。EMF通过调控氮循环相关酶的活性,在土壤氮转化中发挥着重要作用。
【图文】：

氮循环,主成分分析,酶活性,腐生真菌

济南大学硕士学位论文腐殖质中的活性基本相当，说明 EMF 对尿素，几丁质和硝酸盐等力与腐生真菌相当，因而，，EMF 在土壤生态系统的氮循环中发挥为了研究酶活性与 EMF 之间的关系，我们也做了酶活性与主要真A 分析（图 5.8 和图 5.9），发现夏季，EMF Russula 与酶活性成负cleroderma 与酶活性呈正相关关系，秋季，EMF 和酶活性的关系与明不同的 EMF 对酶活性的影响不同。

氮循环,主成分分析,沙障,腐殖质

图 5.9 秋季主要 EMF 和氮循环酶的主成分分析（PCA）表有沙障腐殖质；□为无沙障腐殖质；◇为原腐殖质；△ 为土壤；╋为根尖MF 对森林土壤氮转化的作用nce等[153]表明EMF能够促进宿主植物根对无机氮的吸收。大多EMNH4+，而很少吸收NO3[154]。然而，一些EMF真菌，比如Paxillus invogon spp.和Suillus placidus，更适宜在NO3-的环境中生长，可以被称”[155]。包含在无机氮吸收中的酶包括硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、酶、谷氨酸脱氢酶和谷氨酸合成酶等。在我们的实验中测定了降解硝酸还原酶，和降解尿素的脲酶。有沙障腐殖质以EMF为主导真菌还是秋季，亚硝酸还原酶和脲酶的活性在有沙障腐殖质和无沙障腐表明EMF对亚硝酸盐和尿素的降解能力可能与腐生真菌相当。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154

【参考文献】