松嫩草地七种植物根际土壤水解酶活性对增氮及改变降雨量的响应

发布时间：2020-10-09 08:18

　　全球变化深刻地影响着陆地生态系统的结构与功能,其中氮沉降加剧、降水格局改变等全球性问题已成为了当今生态学研究的热点。土壤酶是植物与土壤微生物的相互关系中的一个重要环节,土壤酶活性能够间接地反映微生物和植物的营养需求以及微生物群落结构的变化,进而关联陆地生态系统的能量流动和物质循环功能。但是,目前,对于不同植物种类根际土壤酶活性对全球变化的响应过程与机制尚不清楚。本研究以松嫩草地七种常见植物,包括羊草(Leymus chinensis(Trin.)Nevski)、狗尾草(Setaria viridis(L.)Beauv.)、虎尾草(Chloris virgata Sw.)、山野豌豆(Vicia amoena Fisch.)、兴安胡枝子(Lespedeza daurica(Laxm.)Schindl.var.daurica)、扁蓿豆(Medicago ruthenica(L.)Trautv.)和碱地肤(Kochia sieversiana(Pall.)C.A.M)为实验材料进行单一植物种栽植,并通过模拟增氮和改变降雨量来探究在氮沉降或降水格局变化条件下,植物根际土壤水解酶活性的响应及其与植物种类的特异性关系。实验采用的增氮梯度为:N0(0 g N m~(-2)a~(-1))、N1(5 g N m~(-2)a~(-1))、N2(10 g N m~(-2)a~(-1));降雨量梯度为:W0(年平均降雨量)、W1(增加30%降雨量)、W2(减少30%降雨量)。检测根际土壤中的七种水解酶活性,即α-葡糖苷酶(αG)、β-葡糖苷酶(βG)、β-木糖苷酶(βX)、纤维二糖水解酶(CBH)、乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(aP)。同时测定了土壤理化特征参数、土壤微生物量碳和植物地下生物量以分析影响土壤水解酶活性的主要因子。拟回答的科学问题是:(1)不同植物的根际土壤水解酶活性对增氮和改变降雨量的响应如何?(2)植物种类与根际土壤水解酶之间是否存在特异性关系?(3)土壤因子对增氮和改变降雨量的响应如何?(4)在增氮和改变降雨分别与植物种类的交互效应中,导致土壤水解酶活性变化的主要环境因子是什么?主要结论如下:(1)增氮处理提高了与碳元素(αG、βG、βX、CBH)、磷元素(aP)循环密切相关的水解酶活性,但是在一定程度上抑制了与氮元素(NAG、LAP)循环密切相关的土壤水解酶活性。相较于正常降雨量而言,增减降雨量会普遍降低土壤水解酶活性。(2)无论是增氮还是改变降雨量,植物种类对土壤水解酶活性的影响均达到了极显著水平。土壤水解酶酶活性与植物种类之间呈现出十分明显的特异性关系。并且,七种草原植物的土壤酶活性还具有植物功能群特异性,且禾本科植物的土壤水解酶活性普遍高于豆科植物和杂草类植物。(3)增氮对土壤中速效氮(AN)和pH的影响最为显著,而改变降雨量对土壤pH影响最为显著。就影响土壤理化特征的程度而言,植物种类效应明显高于增氮和降雨量改变的处理效应。预计未来在氮沉降加剧和降雨改变的全球气候变化情境下,植物种类特异性仍然是决定松嫩草原植物根际土壤水解酶活性的关键因素。本实验通过对松嫩草地七种常见植物的单一栽植,探究了模拟氮沉降和降雨格局改变对不同植物的根际土壤水解酶活性的影响。我们的结果强调,草原植物根际土壤水解酶活性对全球变化的响应具有显著的植物种类特异性。这对于深刻认识植物种类在草地生态系统中的功能独特性以及植物多样性的生态功能具有重要意义。
【学位单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S812.2
【部分图文】：

气候,土壤微生物,间接影响,酶活性

东北师范大学硕士学位论文味着气候变化处理所产生的直接影响（如氮浓度，含水量等）和可能存在的间接影响（如pH 值,土壤元素可利用性，植物生长和群落组成，微生物量和群落组成等）很容易相混淆[41] [50] [85-86]。有实验证明，在引起酶活性发生变化的诸多因素中，非生物因素占35.3%[76]，然而潜在的影响机制目前尚不清楚[78]。此外，虽然目前对于土壤水解酶的研究仍在进一步加深，但由于没有测量土壤酶活性的统一标准，使得实验人员在测量过程中普遍存在差异。这导致不同实验组测量酶活性间差异大，很难总结普遍适用的规律。全球变化

土壤酶活性,植物种类,方式,草原植物

东北师范大学硕士学位论文（Zoysia japonica））、对蟛蜞菊（Wedelia chinensis）土壤酶活性影响，发现蟛蜞菊土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶最高，而对于酸性磷酸酶活性则以自然生草最高而蟛菊最低[93]。这说明同一种植物的不同土壤酶活性具有显著差异，且不同植物的酶活性不同的。Jiang 等人通过对两处湿地的四种植物群落（芦苇(Phragmites australis)群落、荻(Triarrhena lutarioriparia)群落、茭白(Zizania caduciflora)群落、灰化薹草(Carexnerascens)群落）土壤酶活性的比较，发现过氧化氢酶活性在不同的植物群落中存在显差异，而脲酶、蔗糖酶活性并没有显著差异[94]。目前植物物种特异性对土壤酶活性影方面的研究开展较少，且以草原植物种为实验材料的研究几乎没有。想了解草原植物样性和植物功能群对土壤微生物的影响，增强在草原植物生产力和生态系统方面的认，就必须了解草原植物单一物种在植物-土壤关系中发挥的作用[102]（图 1-2）。

地理位置,草甸土,土壤类型

第二章材料与方法2.1 研究地点概况本研究于东北师范大学松嫩草地生态研究站开展。该实验站位于欧亚大陆草原带东缘的松嫩草地西南部，吉林省松原市长岭县腰井子种马场境内（东经 123°44′-123°47′，北纬 44°40′-44°45′），海拔高度约为 140-145 m。该地区属于温带半干旱半湿润季风气候区，年平均温度为 4.6°。高温月份主要集中在 7 月，平均温度为 22℃-25℃。年平均降水量为 410 mm，降水集中在 6-8 月，约占全年降水量的 70%。年蒸发量为 1136-1565mm，约为年降水量的 3.5 倍。全年无霜日从 4 月到 10 月，约为 140 d。该地区土壤类型主要为栗钙土和草甸土，土壤 pH 为 8.0-9.0。该地区的地带性植被类型主要为羊草草甸草原，羊草草甸亦有广泛分布。土壤类型主要是黑钙土、草甸土、碱土、风沙土等。

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