翻耕和植物残体覆盖对“黑土滩”型退化草地土壤氧化亚氮排放的影响

草地修复是推动草地生态系统恢复和实现可持续发展的关键。为了探究翻耕和植物残体覆盖对极度退化高寒草地土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,以青藏高原东缘高寒草甸为研究对象,设置了移除草地地上和地下(0~20cm)全部植物以模拟“黑土滩”型退化草地(CK)、退化草地进行翻耕(PL)、退化草地进行植物残体覆盖(MR)、退化草地进行翻耕和植物残体覆盖(PL+MR)4种处理,并测定不同处理下的土壤基础理化指标、微生物生物量、胞外酶活性、硝化和反硝化酶活性、功能微生物基因丰度和28 d N_(2)O累积排放量。结果显示:翻耕较对照显著增加了土壤N_(2)O累积排放量,增加了44.2%,翻耕后进行植物残体覆盖显著抑制了N_(2)O排放,减少了29.1%。翻耕后,土壤pH、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量、β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性、氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)amoA基因丰度显著增大,增幅分别为2.6%、209.5%、23.8%、180.4%、233.9%、74.6%和68.0%,土壤C/N、有机碳(SOC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著降低,降幅分别为11.3%、13.6%和72.8%。翻耕后覆盖植物残体较翻耕显著降低了土壤DOC含量,抑制了BG、NAG、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)活性及AOA-amoA、AOB-amoA和nosZⅠ基因丰度,降幅分别为12.8%、49.1%、59.9%、31.6%、25.0%、46.5%、59.5%、23.1%,显著增加了MBN含量,增幅为29.1%。相关性分析表明,土壤N_(2)O累积排放量与pH、DOC含量、胞外酶活性、氮循环基因丰度(除nirS以外)均呈显著正相关,而与C/N、SOC和MBN含量显著负相关。AOA-amoA和AOB-amoA丰度是影响N_(2)O排放的关键因子。综上,翻耕会增加土壤胞外酶活性和amoA基因丰度,但会导致SOC分解消耗和N_(2)O增排,而植物残体覆盖能够有效缓解这些负面影响,是一种可行的改良措施。

植物残体对青藏高原高寒草甸土壤、微生物和胞外酶C∶N∶P化学计量特征的影响

植物残体是引起土壤、微生物和胞外酶C∶N∶P改变的关键因素,但是其作用机理尚不明确。本研究以青藏高原东缘高寒草甸为对象,通过测定土壤、微生物生物量和胞外酶活性等指标,探究移除地上植物或根系及植物残体添加对土壤、微生物和胞外酶C∶N∶P的影响。结果表明:与无人为扰动草甸相比,移除地上植物显著降低了土壤C∶N(变幅为-23.7%,下同)、C∶P(-14.7%)、微生物生物生物量C∶P、N∶P,显著提高了微生物生物量C∶N、胞外酶C∶N∶P。与移除地上植物相比,移除地上植物和根系显著降低了土壤C∶N(-11.6%)、C∶P(-24.0%)、N∶P(-23.3%)和微生物生物量C∶N,显著提高了微生物生物量N∶P和胞外酶N∶P;移除地上植物后添加植物残体显著提高了微生物生物量C∶N、C∶P和胞外酶C∶N,显著降低了胞外酶N∶P。与移除地上植物和根系相比,移除地上植物和根系后添加植物残体显著降低了土壤C∶N(-16.4%)、微生物生物量C∶P、N∶P和胞外酶N∶P,显著提高了胞外酶C∶N。综上可知,去除植物显著影响土壤、微生物和胞外酶的C∶N∶P,微生物生物量和胞外酶C∶N∶P对植物残体的响应更为敏感。有无根系是添加植物残体时土壤、微生物和胞外酶的生态化学计量稳定性强弱的关键所在。添加植物残体的措施适用于植物根系尚且完好的草甸,有利于高寒草甸土壤碳固存,对没有根系的草甸土壤可能不适用,会增加土壤CO_(2)排放。