凋落叶和磷添加对马尾松林土壤激发效应的影响及机制

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dannananjing31306111
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探究土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)矿化的激发效应(Priming effect,PE)对了解森林土壤碳吸存具有重要意义。凋落叶输入是调节激发效应的重要因素,其对激发效应的影响可能受到关键养分(如磷)的制约。在亚热带低磷土壤中,凋落叶和磷添加如何影响森林土壤碳矿化和激发效应目前仍不清楚。本研究以亚热带马尾松(Pinus massoniana)林土壤为研究对象,为排除野外因素的干扰,通过为期125天的室内培养试验,探究了3种13C同位素标记的凋落叶(马尾松、火力楠(Michelia macclurei)和枫香(Liquidambar formosana))和磷(KH2PO4)添加对土壤激发效应,土壤养分及微生物特性的影响,分析了凋落叶和磷输入影响亚热带森林土壤激发效应的过程和机制。结果表明:(1)马尾松、火力楠和枫香凋落叶添加分别使土壤累积CO2排放量提高了24.64%、21.13%和17.78%,并且在培养初期均产生了强烈的正激发效应,随后激发速率迅速降低至负激发效应,培养后期又逐渐转为正激发效应。且3种凋落叶添加后累积激发效应的强度表现为马尾松>火力楠>枫香,而磷添加降低了火力楠和枫香凋落叶诱导的激发效应强度。(2)凋落叶添加整体上降低了速效氮(AN)的含量,却增加了微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的含量,并且在培养初期显著提高了纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)和过氧化物酶(PEO)的活性。与培养初期相比,培养结束时不同处理氧化酶与水解酶比值提高了49.04%~97.25%,表明微生物资源获取策略发生了转变。磷添加增加了土壤总磷(TP)、有效磷(AP)和MBP的含量,但在培养初期和中期抑制了火力楠和枫香凋落叶添加诱导的ACP活性。(3)磷脂脂肪酸(PLFA)与13C-PLFA的结果显示,培养结束时真细菌的比值和革兰氏阳性菌与阴性菌比值升高,表明真菌和革兰氏阳性菌等k-策略者在培养后期占主导地位;而凋落叶源13C在分解后期主要被真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌所利用。高通量测序结果表明,凋落叶添加在培养初期和中期显著改变了真菌的群落结构,且真菌丰富度及群落结构随培养时间而发生变化;此外,火力楠凋落叶和磷共同添加时促进了粪壳菌纲/目(Sordariomycetes)物种的富集。(4)随机森林模型(RF)与逐步回归分析的结果表明,土壤碳氮比、碳磷比、氮有效性等是影响激发效应的重要非生物因子,MBN、MBP含量、NAG活性和革兰氏阳性菌与阴性菌比值等是影响激发效应变化的重要生物因子。综上,得出以下结论:(1)凋落叶质量会影响激发效应的强度,高质量凋落叶的添加会诱导更强烈的激发效应。磷添加可能通过缓解微生物的“磷挖掘”作用,降低高碳磷比的凋落叶诱导的激发效应。(2)根据激发效应方向随时间的变化将其分为初期的“强正激发”、中期的“负激发”和后期的“正激发”3个阶段。不同阶段激发效应的微生物机制调控不同,并且伴随着微生物生长策略和资源获取策略的转变。(3)凋落叶输入增多可能会导致土壤碳损失增加,而磷添加可能在短期内降低低质量凋落叶(如火力楠凋落叶)输入诱导的激发效应与碳损失,说明磷有效性是亚热带低磷森林土壤碳矿化的重要影响因素之一,区域碳循环预测模型应考虑磷的贡献。
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