玉米马铃薯秸秆混合腐解的非加性效应 植物生态学报    2023, 47 (12): 1728-1738.   DOI: 10.17521/cjpe.2022.0339

图4 不同秸秆(A、B)和不同分解环境(C、D)下单一碳源利用率(平均值±标准差)。不同小写字母表示不同处理下同种碳源含量差异显著(p < 0.05)。AWCD, 孔平均颜色变化率。AA, 氨基酸; AM, 胺类; CA, 羧酸; CH, 碳水化合物; PA, 酚类化合物; PM, 多聚物。I, 玉米马铃薯间作; M, 玉米单作; P, 马铃薯单作. MS, 玉米秸秆; PS, 马铃薯秸秆; XS, 混合秸秆。

正文中引用本图/表的段落

整个分解期, 所有秸秆微生物均能利用碳源底物, 并且主要利用碳水化合物和羧酸(图3)。我们将每种秸秆在3种环境下的单一碳源利用和每种环境中3种秸秆的单一碳源利用进行平均, 以此探讨秸秆类型和分解环境对单一碳源利用的影响。发现分解6个月时, 相比于单一秸秆, 混合秸秆显著提高了微生物对碳水化合物和羧酸碳源底物的利用(图4B)。但是分解3个月时, 混合秸秆微生物对碳源底物的利用并没有表现出显著优势(图4A)。分解3个月时, 间作环境显著提高了微生物对碳水化合物和羧酸碳源底物的利用(图4C), 随着分解时间的增加, 相比于间作和玉米单作, 马铃薯单作中秸秆微生物对碳源底物利用表现出显著优势(图4D)。

AWCD值用于反映秸秆微生物的碳源代谢活性, 是微生物对单一碳源利用的一个重要指标(张红等, 2014; 王顶等, 2022)。本研究发现, 混合秸秆不仅提高了整体AWCD值(表4), 而且提高了微生物对CH、CA的利用效率(图4A、4B), 表明秸秆混合后, 提高了微生物的活性, 并且提高了微生物对碳水化合物等容易分解物质的利用, 从而加速了混合秸秆的分解速率。这与前人对森林生态系统中凋落物分解的研究结果(Lin et al., 2020; Zhou et al., 2020)相似。分解3个月时, 间作显著提高了3种秸秆的AWCD值(表4), 也提高了微生物对CH、CA的利用效率(图4C、4D)。可能是间作的多样化环境, 加快了养分的循环, 为微生物提供了更有利的生存环境, 从而加速了秸秆的分解(Li et al., 2019; Cuartero et al., 2022)。而且, 最近的一项meta分析也证实了间作能显著提高酶活性和微生物活性(Curtright & Tiemann, 2021)。

本文的其它图/表

• 表1 玉米秸秆(MS)和马铃薯秸秆(PS)原样基本性质
  
• 表2 秸秆填埋前田间实验小区土壤基本化学性质
  
• 图1 秸秆分解袋填埋示意图。MS, 玉米秸秆; PS, 马铃薯秸秆; XS, 混合秸秆。
  
• 表3 不同分解环境中混合秸秆的非加性效应
  
• 图2 不同时期秸秆分解率变化(平均值±标准差)。I, 玉米马铃薯间作; M, 玉米单作; P, 马铃薯单作。MS, 玉米秸秆; PS, 马铃薯秸秆; XS, 混合秸秆。不同大写字母表示不同分解环境同种秸秆分解率差异显著; 不同小写字母表示不同秸秆同一分解环境下秸秆分解率差异显著; 星号表示不同秸秆间分解率差异显著(**, p < 0.01; ***, p < 0.001)。
  
• 表4 培养120 h秸秆降解微生物平均颜色变化率(AWCD)、Simpson指数和Shannon-Wiener指数(平均值±标准差)
  
• 图3 秸秆微生物对单一碳源的利用率。AA, 氨基酸; AM, 胺类; CA, 羧酸; CH, 碳水化合物; PA, 酚类化合物; PM, 多聚物。I, 玉米马铃薯间作; M, 玉米单作; P, 马铃薯单作。MS, 玉米秸秆; PS, 马铃薯秸秆; XS, 混合秸秆。
  
• 图5 秸秆分解率与单一碳源的相关性热图。SDR, 秸秆分解率。AA, 氨基酸; AM, 胺类; CA, 羧酸; CH, 碳水化合物; PA, 酚类化合物; PM, 多聚物。MS, 玉米秸秆; PS, 马铃薯秸秆; XS, 混合秸秆。*, p < 0.05; **, p < 0.01; ***, p < 0.001。
  
• 图6 马铃薯秸秆、玉米秸秆和混合秸秆分解率驱动因素的随机森林回归模型分析。图中仅展示了|均方误差| ≥3.0%的驱动因子。MS, 玉米秸秆; PS, 马铃薯秸秆; XS, 混合秸秆。AN, 铵态氮含量; AP, 速效磷含量; DGA, D-半乳糖醛酸; DL, D,L-a-甘油; DOC, 溶解性有机碳含量; DX, D-木糖; GL, 肝糖; GP, 葡萄糖-1-磷酸盐; I-a, I-赤藻糖醇; NADG, N-乙酰基-D-葡萄胺; NN, 硝态氮含量。*, p < 0.05; **, p < 0.01。
  
• 图7 土壤性质、碳源和腐解秸秆碳氮比(C:N)对混合秸秆(A)、玉米秸秆(B)和马铃薯秸秆(C)分解率(SDR)影响的结构方程模型。实线表示负相关(蓝色)和正相关(红色), 虚线表示相关性不显著。AN, 铵态氮含量; DOC, 溶解性有机碳含量; NN, 硝态氮含量。MD, 微生物功能多样性, 用Shannon-Wiener指数和Simpson指数表示; CH, 碳水化合物, 用来I-赤藻糖醇(I-a)和D, L-a-甘油(DL)表示; CG, 碳源。GFI, 拟分优度指数; RMSEA, 均方根近似误差。*, p < 0.05; **, p < 0.01; ***, p < 0.001。PCA1, 马铃薯秸秆中D-木糖、N-乙酰基-D-葡萄胺、葡萄糖-1-磷酸盐、D-半乳糖醛酸和肝糖的第一主成分。