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降水量变化与氮添加下荒漠草原土壤酶活性及其影响因素
朱湾湾, 王攀, 许艺馨, 李春环, 余海龙, 黄菊莹
植物生态学报    2021, 45 (3): 309-320.   DOI: 10.17521/cjpe.2020.0264
摘要   (1013 HTML79 PDF(pc) (1543KB)(2044)  

土壤酶主要由植物根系和微生物分泌产生, 参与有机质降解和元素循环等重要过程。研究降水量变化和氮(N)添加下土壤酶活性及其与植物群落组成以及微生物活动间的联系, 可为深入理解全球变化背景下植被-土壤系统中元素的循环与转化机制提供科学依据。该研究基于2017年在宁夏荒漠草原设立的降水量变化(减少50%、减少30%、对照、增加30%以及增加50%)和N添加(0和5 g·m-2·a-1)的野外试验, 研究了2018-2019年土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性的变化, 分析了其与植物群落组成、微生物生态化学计量特征的关系。结果表明: 与减少降水量相比, 增加降水量对3种酶活性的影响较大, 但其效应与N添加以及年份存在交互作用。2018年增加降水量对3种酶活性的影响缺乏明显的规律性。2019年增加降水量不同程度地提高了3种酶活性。N添加对3种酶活性影响较小(尤其2019年); 草木樨状黄耆(Astragalus melilotoides)生物量与脲酶和磷酸酶活性负相关。糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)生物量与3种酶活性正相关。除Patrick丰富度指数外, 植物群落多样性指数普遍与3种酶活性负相关; 对酶活性影响较大的因子包括土壤pH、土壤全磷(P)含量和微生物生物量碳(C):N:P。因此, 短期内降水量变化及N添加对荒漠草原土壤酶的影响较小(尤其在减少降水量条件下); 降水量增加及N添加通过提高植物生物量、改变植物多样性、调节微生物生物量元素平衡以及增强土壤P有效性, 直接影响着土壤酶活性。鉴于土壤酶种类的多样化和功能的复杂性, 今后还需结合多种酶活性的长期变化规律, 深入分析全球变化对酶活性的影响机制。


pH 有机碳含量
Organic carbon
content (g·kg-1)
全氮含量
Total nitrogen (N) content (g·kg-1)
全磷含量
Total phosphorus (P) content (g·kg-1)
NH4+-N含量
Ammonium N
content (mg·kg-1)
NO3--N含量
Nitrate N content
(mg·kg-1)
速效磷含量
Available P content
(mg·kg-1)
8.85 ± 0.01 3.70 ± 0.11 0.48 ± 0.00 0.34 ± 0.01 1.83 ± 0.07 9.96 ± 0.59 2.55 ± 0.29
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表1 降水和氮(N)添加处理前试验样地0-20 cm土壤理化性质(平均值±标准误)
正文中引用本图/表的段落
试验样地设立于宁夏盐池县柳杨堡乡杨寨子村围栏草地内(37.80° N, 107.45° E), 海拔约为1 367 m。该草地自1998年开始围封, 属于黄土高原向鄂尔多斯台地的过渡地带, 具有典型的温带大陆性气候: 年蒸发量为2 131.8 mm; 年降水量为289.4 mm。降水季节分配不均, 多集中在生长季的5-9月; 年平均气温为7.7 ℃, 1月和7月平均气温分别为-8.9和22.5 ℃。土壤类型为灰钙土, 土壤质地为沙壤土, 且土壤pH偏高, 呈碱性。研究区土壤基本理化性质见表1。植物群落结构简单, 植被组成以一年生或多年生草本为主, 优势物种包括猪毛蒿(Artemisia scoparia)、牛枝子(Lespedeza potaninii)和草木樨状黄耆(Astragalus melilotoides)等, 常见物种包括白草(Pennisetum centrasiaticum)、针茅(Stipa capillata)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)等。
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