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土壤微生物是土壤物质转化的主要执行者,调节着绝大部分土壤生态系统功能。土壤微生物功能多样性是土壤质量的重要指标,土壤微生物功能多样性的降低会削弱土壤生态系统功能。
为探索环境条件、土地利用、土壤性质对土壤微生物功能多样性的影响,本研究选取江西省余江中国科学院红壤生态实验站、河南省信阳鸡公山自然保护区、贵州省贵阳市林业科学院树木园3个地区不同植被类型的野外样点和辽宁省沈阳农业大学长期定位试验站及邻近的林地土壤,系统研究了植被类型、土地利用管理和土壤性质对土壤微生物功能多样性的影响。
植被类型对土壤微生物功能和功能多样性影响的研究结果表明,信阳针叶植被下土壤微生物功能活性(AWCD)、功能团化合物利用活性、碳源利用多样性(H)、氨基酸利用多样性和杂类化合物的相对利用活性(AR)显著高于阔叶植被土壤,而羧酸的AR低于阔叶植被土壤,这很可能是由针叶与阔叶植被不同的凋落物投入动态造成的。贵阳针叶树植被土壤的AWCD和功能团化合物利用活性、H、碳水化合物、羧酸、氨基酸与胺类的利用多样性以及胺类的AR显著低于阔叶植被土壤;而氨基酸的AR显著高于阔叶植被土壤,这很可能归因于贵阳针叶和阔叶植被的植物化学差异。余江植被下土壤的AWCD、H和各功能团的AR没有一致规律,这可能归因于植物生物学特性和植被调节的温度的共同影响。
土地利用与管理措施对土壤微生物功能多样性影响的结果表明,耕地土壤AWCD和H显著低于林地,这很可能是由耕地土壤微生物生物量(MBC)和溶解性有机碳(DOC)的质量降低造成的。回归分析表明,传统栽培的耕地处理中AWCD和H与土壤有机质(SOC)相关性显著,而地膜覆盖栽培的耕地处理中,AWCD和H与土壤pH相关性显著,表明SOC可能是传统栽培条件下影响AWCD和H的主要因素,而土壤pH可能是地膜覆盖栽培条件下影响AWCD和H的主要因素。林地与耕地碳水化合物和杂类化合物的AR差异显著,这很可能是由有机物投入量与环境条件的差异造成的。与相应的传统栽培处理相比,耕地覆膜栽培处理土壤的碳水化合物、胺类和氨基酸的AR更低,而羧酸和聚合物的AR更高,这很可能是由覆膜栽培提高土壤温度和湿度造成的。
根据主成分分析和回归分析的计算结果,中国科学院红壤生态实验站土壤性质解释了AWCD总变异的54.9%和H变异的90.7%,其中土壤物理化学性质的贡献分别占总解释量的90.5%和23.3%;贵阳市东郊土壤性质解释了AWCD变异的77.9%和H变异的100%;其中土壤物理化学性质的贡献分别占总解释量的100%和100%;沈阳土壤性质解释了AWCD变异的67.6%和H变异的95.9%,其中土壤物理化学性质的贡献分别占总解释量的86.1%和63.0%;信阳土壤性质解释了AWCD变异的37.0%,其中土壤物理化学性质的贡献占总解释量的71.9%。这表明,在一般情况下,土壤性质的变异可能是引起微生物功能(AWCD)及功能多样性(H)变化的主要原因,其中,土壤物理化学性质的影响为主。贵阳土壤速效磷(OP)、速效钾(AK)、SOC、红壤生态实验站土壤微生物碳氮比(Rcnm)和沈阳土壤碳氮比(Rcn)、AK、MBC、pH对AWCD变异的解释量与对H变异的解释量存在很大差异,表明在同一地区,同一土壤性质对微生物功能与多样性的影响机理可能有所不同。AK、Rcnm、DOC、pH对红壤生态实验站、贵阳市东郊和沈阳土壤AWCD变异和H变异的解释量也有很大差异,表明同一土壤性质对不同环境的微生物功能活性或功能多样性的影响受环境条件的影响。
综合以上研究结果,本研究得到如下结论:在植被类型、土地利用管理和土壤性质等影响土壤微生物功能活性和多样性的因素中,土壤性质是影响土壤微生物功能活性和多样性最基本的因素,植被类型和土地利用管理通过影响土壤性质而影响微生物功能和功能多样性,其中,土壤物理化学性质的影响占主导地位。但在具体的环境条件下,起主导作用的土壤物理化学性质因环境条件而异。