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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。


指标
Index
pH TP C:Pm C:Nm N:Ps MBC MBP C:Ps NH4+-N MBN NO3--N N:Pm SWC SOC TN EC AP C:Ns
F 53.7 37.3 28.4 28.0 27.2 22.4 20.1 18.4 17.9 16.4 5.9 2.5 1.1 1.0 0.9 0.4 0.3 0.2
p 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.016 0.110 0.266 0.318 0.356 0.638 0.676 0.776
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表4 冗余分析中各环境因子的条件效应
正文中引用本图/表的段落
两个典范轴累计方差解释率为64%。对土壤酶活性影响显著的因子包括土壤pH、土壤全P含量、微生物生物量C:P、微生物生物量C:N、土壤N:P、微生物生物量C、微生物生物量P含量、土壤C:P、土壤NH4+-N、微生物生物量N和土壤NO3--N含量(表4; 图4)。其中, 蔗糖酶活性与土壤pH、土壤全P、微生物生物量P、微生物生物量N以及土壤NO3--N含量呈较强的正相关关系, 与微生物生物量C:P、微生物生物量C:N、土壤N:P、微生物生物量C含量、土壤C:P以及土壤NH4+-N含量呈较强的负相关关系; 脲酶和磷酸酶活性与以上因子的关系均与蔗糖酶活性的相反。
SOCTNTP、C:Ns、C:Ps和N:Ps分别代表土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量、C:N、C:P和N:P。MBCMBNMBP、C:Nm、C:Pm和N:Pm分别代表微生物生物量C、N、P含量、C:N、C:P和N:P。NH4+-N、NO3--N、APECSWC分别代表土壤NH4+-N、NO3--N、速效P含量、电导率和含水量。
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