不同凋落叶和磷添加对亚热带马尾松土壤有机碳氮组分的影响

[目的]探究凋落叶、P添加及其交互作用对有机碳(SOC)和有机氮(SON)组分的影响。[方法]以马尾松土壤为研究对象,通过为期125 d的室内培养试验,探究了3种凋落叶添加(马尾松、火力楠和枫香)和P添加(KH_(2)PO_(4))对土壤SOC和SON组分的影响。[结果]凋落叶添加和P添加均显著降低了惰性碳(RP-C)组分的含量,两者共同添加时表现出较强的交互作用。凋落叶对SOC和SON的影响受土壤P有效性的影响,P添加加速了凋落叶添加下土壤微生物对原有RP-C的分解。冗余分析显示,氨态氮(NH_(4)^(+)-N)和有效磷(AP)是SOC组分重要的影响因子,而SON组分重要的预测因子是可溶性有机氮(DON)和微生物生物量磷(MBP)。[结论]P添加会促进凋落叶在土壤的分解和转化,且凋落叶的输入增加了对RP-C的分解,这将进一步加速SOC的周转。

凋落叶和磷添加对马尾松林土壤碳激发效应的影响

探究土壤有机碳(SOC)矿化的激发效应(Priming effect,PE)对了解森林土壤碳吸存具有重要意义。凋落叶输入是调节激发效应的重要因素,其对激发效应的影响可能受到关键养分(如磷)的制约。在亚热带低磷土壤中,凋落叶和磷添加如何影响森林土壤碳矿化和激发效应目前仍不清楚。以马尾松林土壤为研究对象,探究三种凋落叶(马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)和枫香(Liquidambar formosana))和磷(KH_(2)PO_(4))添加对土壤激发效应,土壤养分及微生物特性的影响。结果表明,三种凋落叶添加均显著增加了SOC矿化,产生了正激发效应,且马尾松凋落叶诱导的激发效应强度最大,火力楠凋落叶次之,枫香凋落叶诱导的激发效应强度最弱。此外,凋落叶添加整体上降低了土壤无机氮(铵态氮和硝态氮,IN)的含量,却增加了微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的含量,提高了β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,βG)和酸性磷酸酶(Acid phosphatase,ACP)的活性。单独添加磷显著增加了SOC矿化,且提高了土壤有效磷(AP)、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)、MBN和MBP的含量。而与单独添加凋落叶相比,火力楠和枫香凋落叶与磷共同添加显著降低了土壤激发效应的强度和ACP的活性。回归分析结果表明,累积激发效应与AP、MBN和MBP含量呈显著负相关,与ACP活性呈显著正相关。综上,凋落叶添加刺激了微生物生长,产生了正激发效应,且激发强度与凋落叶质量有关;而磷添加可能会降低低质量凋落叶产生的土壤激发效应。

土壤磷有效性调控亚热带森林土壤酶活性和酶化学计量对凋落叶输入的响应

探究土壤胞外酶活性及其化学计量对了解土壤微生物的养分限制情况和土壤养分的循环过程具有重要意义。尽管亚热带森林土壤风化严重,土壤磷有效性低,但是亚热带森林生态系统具有较高水平的植被生产力。在气候变化(如变暖和CO_(2)浓度增加)背景下,预测植被生产力将会提高,这将增加凋落叶的输入。然而,未来不同质量凋落叶输入增加对土壤酶活性及其化学计量的影响是否受土壤磷有效性的调控仍不清楚。该研究以马尾松(Pinus massoniana)林土壤为研究对象,探究了3种不同质量(如叶碳氮比或碳磷比存在差异)的凋落叶(马尾松、醉香含笑(俗名:火力楠,Michelia macclurei)和枫香树(Liquidambar formosana))和磷添加对土壤理化性质、胞外酶活性的影响。同时,结合土壤酶化学计量、矢量长度(VL)和矢量角度(VA)分析,解析了土壤微生物的养分限制状况及其关键调控因素。结果表明:与对照相比,凋落叶添加增加了土壤β-N-乙酰氨基葡糖苷酶和酸性磷酸酶(ACP)活性。通过酶化学计量分析发现,凋落叶添加显著提高VL和VA,且影响强度表现为醉香含笑>枫香>马尾松,表明凋落叶添加会改变土壤微生物的养分限制状况,且影响程度与凋落叶的质量有关。与凋落叶单独添加相比,凋落叶与磷共同添加显著增加土壤有效磷含量,降低ACP活性和VA,表明磷添加有助于缓解凋落叶输入下土壤微生物的磷限制。冗余分析表明,土壤碳氮比、可溶性有机碳和有效磷含量是影响土壤酶活性和酶化学计量的主要因素。综上所述,该研究发现亚热带森林土壤微生物养分限制对凋落叶输入的响应不仅受凋落叶质量的影响,同时还受土壤磷有效性的调控。这一结果可以为未来气候变化下亚热带森林土壤微生物养分获取策略对不同凋落叶输入和磷添加的响应提供理论参考,同时也将有助于提高对亚热带低磷森林生态系统土壤生物地球化学循环过程的理解。

添加不同植物来源叶片可溶性有机质和氮对亚热带人工林土壤酶活性的影响

我国亚热带地区降雨丰富,树种众多.在亚热带森林中,大量叶片来源可溶性有机质(DOM)输入土壤中.此外,森林长期受到氮(N)沉降的影响.探究叶源DOM和N输入如何影响土壤酶活性和养分循环,有助于进一步揭示不同性质的DOM在亚热带森林土壤碳氮循环中的驱动机制.选取地域代表性强且树种之间差异较大的杉木(Cunninghamia lanceolat)和楠木(Phoebezherman),提取其鲜叶DOM输入杉木亚热带森林土壤中.此外,依据研究地大气氮沉降背景值添加硝酸铵进行105 d的室内培养试验.在培养第25和105天时进行破坏性取样,测定土壤理化性质和酶活性.结果表明,在培养第25天时,与对照(N_(0))相比,杉木叶片DOM处理(CLN_(0))和楠木叶片DOM处理(PLN_(0))均显著提高了β-葡糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、过氧化物酶(PEO)和β-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)4种与碳氮循环相关的酶的活性.DOM输入增加了底物有效性,刺激微生物产生更多的酶.与仅氮输入(N_(-1))相比,杉木叶片DOM和氮共同添加(CLN_(-1))降低了4种土壤酶活性,而楠木叶片DOM和氮共同添加(PLN_(-1))对土壤酶活性没有显著影响.在培养第105天时,在相同氮输入下,DOM输入显著降低了各个处理的DOC含量;CLN_(-1)和PLN_(-1)处理分别显著提高了βG和NAG以及βG、CBH和NAG活性.冗余分析(RDA)结果表明,在培养第25天时,叶片DOM和氮输入引起酶活性变化的关键因子是土壤HIX、DON和DOC;而培养第105天时则为DON和DOC.本研究结果表明叶片来源DOM添加对土壤酶活性的影响与输入的叶片DOM性质有关;此外,氮输入对土壤酶活性的影响也与植物源DOM性质有关.(图6表4参51)

不同植物来源可溶性有机质对亚热带森林土壤酶活性的影响

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响,可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman)3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中,以等量的去离子水添加为对照,进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明:与对照处理(CT)相比,添加3种叶片DOM后,土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL),碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化,然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%,PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比,不同植物来源DOM输入后,β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)3种酶活性均显著上升,而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降;此外,βG和CBH活性均表现出CL>SL>PL的特征。相关性分析的结果表明,添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关,此外,土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明,叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说,不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性,而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性,引起4种碳循环酶的不同响应。

酶化学计量揭示5年氮添加加剧毛竹林土壤微生物碳磷限制

土壤胞外酶活性和酶化学计量比能很好地反映土壤养分有效性和微生物对养分的需求变化。然而,氮(N)沉降对亚热带森林土壤微生物养分相对限制情况的影响尚不清楚。通过在亚热带毛竹林进行N添加试验来模拟N沉降,并在试验满5年时进行取样,测定不同处理下土壤养分和与碳(C)、N、磷(P)循环相关的酶活性,利用酶化学计量比及矢量分析探究微生物的养分分配情况。结果表明:N添加显著降低土壤可溶性有机碳、有效磷含量,显著提高有效氮含量。此外,N添加显著降低β-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)活性和NAG/微生物生物量碳(MBC),显著提高酸性磷酸酶(ACP)和ACP/MBC。低N和中N处理显著提高酶C/N、矢量长度和矢量角度,但显著降低酶N/P。冗余分析表明,N添加下,土壤有效磷含量的变化是影响土壤酶活性及酶化学计量比变化的主要因子。综上可知,N添加改变了微生物的养分获取策略,即通过减少分配给合成N获取酶的养分来增加合成P获取酶的养分。此外,N添加还加剧了微生物的C、P限制,未来可以施加适量P肥来提高亚热带毛竹林的土壤肥力。

土壤酶计量揭示了武夷山黄山松林土壤微生物沿海拔梯度的碳磷限制变化

了解土壤胞外酶活性和酶计量的变化对评估山地生态系统土壤养分有效性和微生物的营养限制状况具有重要意义。然而,亚热带山地森林土壤微生物的营养限制状况对海拔梯度变化的响应及其驱动因素尚不清楚。本研究以武夷山不同海拔(1200~2000 m)黄山松林为对象,测定了土壤基本性质、微生物生物量以及与碳(C)、氮(N)、磷(P)循环相关的酶活性。通过分析土壤酶计量比、矢量长度(VL)和矢量角度(VA),探究土壤微生物的能量和营养相对限制状况及其关键调控因素。结果表明:随海拔升高,β-葡糖苷酶(BG)活性呈现增加的趋势,而β-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AcP)活性以及(NAG+LAP)/微生物生物量碳(MBC)和AcP/MBC则相反;酶C/N、酶C/P、酶N/P和VL随海拔升高而增加,而VA则降低,表明微生物受P限制程度在低海拔处较高,而C限制在高海拔处较高。此外,可溶性有机C和微生物生物量P是不同海拔土壤微生物能量和营养相对限制状况的关键调控因素。本研究结果可为土壤C、N、P有效性与微生物的能量和营养相对限制状况对海拔梯度的响应提供理论依据,有利于提高我们对亚热带山地森林生态系统土壤生物地球化学循环过程的理解。