论文部分内容阅读
热带地区不断增加的氮沉降会加剧该地区森林生态系统磷的缺失,尤其是在中国南方高度风化的土壤中。但是我们并不清楚磷的有效性是如何影响土壤微生物生物量和群落组成,以及在高氮沉降下磷的作用又是如何的。本研究以南亚热带(鼎湖山自然保护区)季风常绿阔叶林(成熟林)、阔叶和马尾松针叶混交林(混交林)和马尾松林为研究对象,用氯仿熏蒸浸提法和磷脂脂肪酸法对3种森林类型土壤微生物生物量和群落组成进行观测。从2007年-2009年连续三年对微生物生物量及群落组成进行测定,并在2011年6月再次对土壤微生物群落组成进行测定,较系统地研究了土壤微生物对氮沉降下施磷的响应规律及机理。
野外模拟氮、磷添加试验样地于2007年2月建立。样地设置如下:成熟林、混交林和马尾松林样地分别设置20个样方(5m×5m),进行外加氮、磷处理试验。每个林型设置4个处理水平:对照(Control)、施氮(N-addition)、施磷(P-addition)和同时施加氮磷(NP-addition)处理,分别在林地喷施150 kgNhm-2a-1硝酸氨(NH4NO3)和150 kgP hm-2 a-1磷酸二氢钠(NaH2PO4)。2007年2月开始,每两个月,根据氮磷处理水平,将每样方每次需要喷施的NH4NO3和NaH2PO4溶解在5L水中,以背式喷雾器人工来回均匀喷洒在林地。对照样方则喷洒同样多的水,以减少处理间因外加水不同而造成的影响。通过系统的定位观测研究,主要结论如下:
1、土壤微生物生物量碳存在明显的季节变化,在三种林型中,湿季(8月)土壤微生物生物量碳均高于干季(2月)。同一取样期,微生物生物量碳以成熟林的最高,但混交林和马尾松林之间差异不明显。对土壤微生物磷脂脂肪酸的结果用主成分分析,结果显示成熟林和混交林及松林的微生物群落组成有显著差异,主要表现在成熟林中有较高的革兰氏阴性菌和较低的丛枝真菌。主要原因是高氮沉降对于已经氮饱和的成熟林造成土壤酸化作用,成熟林土壤pH值显著低于混交林和松林。
2、长期高氮输入没有改变鼎湖山三种林型土壤微生物生物量,但是改变了微生物的群落组成,主要表现在降低了革兰氏阴性菌中一些可能代表硝化菌的相对百分比,这可能与施氮后改变了土壤的氮素转化有关。
此外,在成熟林中施氮短期内显著降低了土壤微生物生物量,长期施氮虽然没有改变微生物生物量,但是改变了土壤微生物的群落组成,主要表现在施氮增加了真菌的相对丰度,同时真菌细菌比也显著提高了。同时氮添加对轻组碳的含量有负面影响,但是我们并没有发现重组碳含量的增加,相反,重组碳的含量在施氮后还有降低的趋势,这也许是因为其较高的真菌相对百分比。
3、施磷对鼎湖山森林土壤微生物的影响因林型而异。在成熟林中,磷添加增加了土壤微生物生物量并且改变了微生物群落组成,主要表现在较高的丛枝菌根真菌相对丰度上。同时,施磷样地的轻组碳含量显著降低了,甚至连重组碳的含量也有所降低。因此导致土壤总碳在施磷后显著降低。我们的结果暗示在这些热带地区,磷限制的微生物群落也许实际上有利于保留更多的可利用碳。在混交林中,施磷并没有影响土壤微生物生物量,但是改变了土壤微生物群落组成,主要表现在施磷显著提高了革兰氏阳性菌的相对百分比。在马尾松林中,长期施磷显著增加了土壤微生物生物量,包括细菌生物量和真菌生物量,但是并没有显著改变土壤微生物群落组成。
以上结果表明,氮沉降下施磷对南亚热带森林土壤微生物的影响取决于森林类型、植被群落组成,土壤营养状况和土地利用历史等。