喀斯特山区不同土地利用方式对土壤微生物生物量、酶活性及其化学计量的影响

土地利用改变土壤理化性质,显著影响土壤微生物属性。在中国喀斯特地区,针对不同土地利用方式下土壤酶活性及其化学计量特征与土壤环境因子之间的关系,仍缺乏精确的定量认知,无法科学指导土地利用结构的优化与生态系统功能的维持。本文选取中国广西弄岗自然保护区4种土地利用方式(农田、草地、灌木林和森林)地块,采用土壤生物化学、酶学等方法,探讨不同土地利用方式对喀斯特土壤基本理化性质、微生物生物量、微生物熵、酶活性和酶化学计量的影响。结果表明:(1)土地利用方式显著影响土壤基础理化性质,土壤pH、有机碳(SOC)和全氮(N)含量表现为灌木林和森林显著高于农田和草地,而农田和草地土壤有效磷(AP)含量则显著高于森林和灌木林;(2)土壤微生物碳(MBC)和微生物氮(MBN)表现为灌木林>农田>森林>草地,且灌木林MBC和MBN显著高于其他土地利用方式,微生物磷(MBP)在农田土壤中最高;冗余分析(RDA)表明有效氮(AN)和pH是驱动土壤微生物生物量变化的主要环境因子;(3)微生物熵碳(qMBC)和微生物熵氮(qMBN)均表现为农田>灌木林>草地>森林,且农田土壤qMBC和qMBN显著高于森林,而不同土地利用方式土壤微生物熵磷(qMBP)无显著差异;(4)不同土地利用方式显著影响N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、β-葡萄糖苷酶(BG)和酚氧化酶(PHO)活性,土壤酶活性变化受土壤C∶N、SOC、pH和P含量调控;(5)不同土地利用方式对土壤酶化学计量碳氮比(eC∶N)、碳磷比(eC∶P)、氮磷比(eN∶P)和微生物资源限制程度具有显著影响,磷是喀斯特地区土壤微生物最为受限的元素,由农田、草地到灌木林,微生物碳限制逐步增加,森林土壤碳限制程度最低。喀斯特地区不同土地利用方式引起土壤理化性质的改变是土壤微生物生物量、酶活性和酶化学计量变化的主要驱动力。研究结果可为喀斯特地区土地利用的科学规划提供参考,对预测喀斯特地区土壤微生物属性如何响应全球变化背景下土地利用与覆被变化具有重要作用。