西南山地四种人工林根系分泌物C输入差异及其对根际土壤N素转化过程的影响

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为探究中国西南山区不同人工林根系分泌物碳(C)输入规律及其对根际土壤氮(N)素转化过程的影响差异。本文以西南山地4种人工林——连香树(Cercidiphyllum japonicum)、落叶松(Larix kaempferi)、华山松(Pinus armandi)林和油松(Pinus tabulaeformis)人工林为研究对象,通过根系分泌物野外原位收集,比较分析不同人工林根系分泌物C输入速率与通量及其介导的根际土壤N素转化过程和微生物特性差异。本研究获得的主要研究结果如下:  1.四种人工林根系分泌物输入规律。(1)4种人工林单位根生物量、根长、根表面积根系分泌物C输入速率均存在显著差异,具体表现为连香树人工林根系分泌物C输入速率显著高于其他三种人工林,其次为落叶松林、华山松林、油松林。(2)4种人工林根系分泌物C输入速率均表现出明显的季节动态,在8月最高,6月和10月较低。(3)4种人工林根系分泌物C输入通量表现出与根系分泌物C输入速率相似的规律,即连香树(20.98g·m-2·a-1)>落叶松林(18.48g·m-2·a-1)>华山松(10.06g·m-2·a-1)>油松(3.10g·m-2·a-1)。  2.四种人工林根际土壤N转化过程差异。4种人工林根际土壤可溶性N(DON)、总N(TN)、NH4+-N和NO3--N含量均存在较明显差异,总体趋势表现为连香树和落叶松林显著高于华山松和油松林,且各组分N含量均表现出先增加后降低的季节动态,即在8月最高,而6月和10月相对较低。类似地,连香树林根际土壤N矿化速率显著高于其它三种人工林,并呈现出与N有效性相似的季节变化,即8月最高。  3.四种人工林根际土壤微生物量和胞外酶活性差异。(1)4种人工林根际土壤MBC、MBN含量存在显著差异,表现为:连香树和落叶松林根际MBC含量和MBN含量显著高于华山松和油松林。(2)连香树和落叶松林4种土壤胞外酶活性(AP、NAG、BG、PER)显著高于华山松和油松林;相反地,连香树和落叶松林土壤PPO活性则显著低于华山松和油松林。四种人工林不同土壤胞外酶活性呈现出不一致的季节规律,AP、NAG和BG活性高峰期出现在8月,而PPO活性高峰期出现在6月,PER活性高峰期出现在10月。  4.土壤N转化和微生物特性根际效应大小及其与根系分泌物C输入的偶联效应。(1)4种人工林土壤N矿化速率、微生物量、胞外酶活性的根际效应值均>0,表现出正根际效应,说明根际土壤具有更高的氮矿化速率、微生物量和胞外酶活性。其中,连香树和落叶松林具有更高的根际效应值,表明这2种人工林根系活动对土壤N转化、微生物量和胞外酶活性影响更大。(2)进一步分析表明,四种人工林土壤N矿化速率根际效应值、微生物量根际效应值以及胞外酶活性根际效应值与单位根生物量根系分泌物C输入速率呈现出显著的正相关关系,且连香树和落叶松林具有更高的根系分泌物速率和土壤根际效应值,即随着根系分泌物速率的增加,引发了更大强度的土壤胞外酶和微生物过程激发效应,并伴随着土壤氮矿化过程的加快和N有效性的增加。  上述结果表明,连香树和落叶松林可通过更多的根系分泌物C输入,激发根际土壤微生物生长增殖,提高土壤胞外酶活性,加快有机质分解,提高氮矿化速率,从而有效地促进了土壤N素转化及土壤N素养分有效性。本研究结果从根际生态学角度丰富了西南山地不同人工林类型对土壤生物化学循环过程的调控作用的新认识,同时也可为西南山区植被恢复和人工林可持续管理提供科学依据。
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