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 植物生态学报    2021, 45 (3): 309-320.   DOI: 10.17521/cjpe.2020.0264

表3 年份(α)、降水量(β)、氮添加(γ)及其交互作用对土壤酶活性的影响

正文中引用本图/表的段落

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。

年份、降水量处理、N添加以及年份与降水量的交互作用对蔗糖酶和脲酶活性有极显著影响(表3, p< 0.01)。降水量与N添加以及年份、降水量与N添加对脲酶活性有显著的交互作用(p< 0.05)。年份、降水量以及二者与N添加的交互作用对磷酸酶活性有极显著影响(p< 0.01)。

本文的其它图/表

• 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)
  
• 表2 试验处理及其代码
  
• 图1 2018和2019年降水量及氮(N)添加对土壤酶活性的影响(平均值±标准误)。W1、W2、W3、W4和W5分别代表降水量减少50%、减少30%、自然降水、增加30%和增加50%。N0和N5分别代表0和5 g·m^-2·a^-1的N添加水平。不同小写字母表示相同N添加水平下降水量处理间各指标存在显著性差异(p < 0.05)。*表示相同降水量下N添加处理间各指标存在显著性差异(p < 0.05)。
  
• 图2 土壤酶活性与植物生物量的关系。A、B、C、D和E分别表示牛枝子、草木樨状黄耆、白草、针茅和糙隐子草的种群生物量。F代表群落生物量。SA、UA和PA分别代表蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性。*、**和***分别表示p < 0.05、p < 0.01和p < 0.001。
  
• 图3 荒漠草原土壤酶活性与植物群落多样性的关系。SA、UA和PA分别代表蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性。*、**和***分别表示p < 0.05、p < 0.01和p < 0.001。
  
• 表4 冗余分析中各环境因子的条件效应
  
• 图4 土壤酶活性与微生物生态化学计量特征及其他环境因子的冗余分析(RDA)。SA、UA和PA分别代表蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性。TP、C:P_s和N:P_s分别代表土壤全P含量、C:P和N:P。MBC、MBN、MBP、C:N_m和C:P_m分别代表微生物生物量C、N、P含量, C:N和C:P。NH₄⁺-N、NO₃^--N分别代表土壤NH₄⁺-N、NO₃^--N含量。