模拟增温和氮沉降对中亚热带杉木人工林土壤微生物和酶活性的影响
发布时间：2020-06-09 05:00
【摘要】：全球变暖和氮沉降是全球气候变化的两个主要特征,它们已经给陆地生态系统带来一系列生态问题,并且还有持续恶化的趋势。土壤微生物可以敏感响应环境的微小变化,是生态系统中物质循环和能量流动不可或缺的重要参与者,其深刻影响着森林生态系统的生态功能的发挥、土壤养分周转、碳源碳汇动态、森林蓄积量增加等方面,因此,了解土壤微生物对全球变暖和氮沉降增加的响应及反馈状况具有十分重要的意义。本研究以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗为研究对象,设置埋设电缆加热土壤增温结合模拟氮沉降的实验,研究了土壤微生物量、土壤酶活性、土壤微生物群落结构及功能等对模拟增温和氮沉降的短期响应。主要得到以下结果：(1)土壤微生物量：增温造成MBC、MBN、MBP年平均量分别显著减少19.2%、40.1%和37.3%；施氮使得MBC相比于对照提高11.4%,但是对MBN和MBP没有显著影响。相比较于单独增温和单独施氮处理,增温十施氮导致MBC、MBN、MBP分别显著减少44.3%、42.3%、30.1%。另外,增温显著提高了MBC/MBN、MBC/MBP,施氮显著提高了MBC/MBP。施氮显著提高了微生物熵24.3%,而增温+施氮却使微生物熵降低27.1%。方差分析显示：增温对MBC、MBN、MBP具有极显著影响,而施氮明显促进了微生物活性,促进了MBC的积累,增温和施氮的交互作用同样对MBC、MBN和MBP具有极显著影响,增温+施氮相较于单独增温和施氮的处理更加明显的抑制了土壤微生物量的积累。(2)土壤酶活性：增温明显降弱了C循环和N循环相关酶的活性,使βG和NAG分别显著下降29.2%和49.8%,增加P循环相关酶的活性,AP活性在增温后显著提升62.4%；施氮显著提高了C循环相关相关酶的活性,木质素降解酶(PHO和PEO)中的PHO活性显著提高47.9%,但无机氮的积累限制了N循环相关酶NAG的积累,对P循环相关酶活性影响不显著。增温+施氮处理显著降低了分解过氧化氢等有毒物质相关酶的活性,导致PEO活性达到所有处理水平的最低值5.26 μmol g-1 h-1,相比于对照减少74.6%。研究结果显示：在养分相对充足的0-10 cm土层,土壤pH和含水量是影响土壤酶活性的主要环境因子。(3)土壤微生物群落结构：增温抑制了细菌和真菌的生长,使G+、G-、ACT, Fungi和AMF生物量分别显著降低35.4%、37.2%、32.7%、37.6%和29.7%,总PLFA生物量降低34.5%,同时造成G+:G-、Iso:Ant、Cy：Pre显著提高,F：B明显降低。施氮促进了细菌和真菌的生长,使G+, G-、ACT、Fungi、AMF生物量分别显著提高48.5%、49.2%、44.3%、49.1%、34.6%,且增加了它们在总PLFA中的占比,但是没有使G+:G-、F:B、Iso:Ant、Cy:Pre发生明显变化。增温+施氮同样抑制了细菌和真菌的生长,增温处理和增温+施氮处理在主成分分析中距离较近,说明二者可能具有相近的群落结构组成；温度、土壤pH和MBC等微生物量在冗余分析中线段较长,表明三者是影响土壤微生物群落变化的主要原因。(4)高通量功能测序：细菌群落的优势种群是Acidobacteria,Proteobacteria、 Actinobacteria和Chloroflexi,其相对丰度分别为35.7%、31.6%、14.3%和6.4%,增温之后,优势种群Acidobacteria和Proteobacteria相对丰度分别下降9.8%和9.1%,而优势种群Actinobacteria和Chloroflexi相对丰度则分别提高7.4%和5.5%,提高比例达52.1%和70.9%。温度升高使细菌物种多样性指数(Shannon Index)下降而优势集中度指数(Simpson Index)提高,表明细菌群落物种多样性下降,而优势菌种的作用加强。施氮并未使细菌群落结构发生明显变化,意味着细菌群落对短期氮素添加还保持功能冗余和功能恢复。而增温+施氮表现出跟增温类似的细菌群落结构的变化。真菌群落的优势种群是Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota,其相对丰度为36.8%、22.6%、17.8%。增温之后Ascomycota相对丰度无明显变化,而Basidiomycota相对丰度提高了8.5%,Zygomycota则由17.1%降低至4.9%。施氮之后Basidiomycota、Zygomycota分别增加了7.2%和3.5%。增温+施氮表现出与增温类似的真菌群落结构的变化。增温和氮沉降同样造成真菌物种多样性降低,但是氮沉降造成的优势集中性明显高于增温。
【图文】：
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本文编号：2704196
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