黄土丘陵区刺槐枯落物分解过程中土壤碳氮动态变化及酶作用机制

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nightcatwu
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枯落物是连接植物–土壤复合体的重要“纽带”,其分解是生态系统能量和物质循环的重要环节,对退耕地土壤碳氮循环及土壤生物环境有着重要作用。为探究枯落物分解对退耕地土壤碳氮动态变化的影响以及分解过程中酶活性的作用机制,本研究以黄土丘陵区不同恢复阶段刺槐林为研究对象,通过野外模拟枯落物分解与室内分析相结合的方法,探究枯落物分解特征,同时分析枯落物分解过程中土壤(0–10cm,10–20cm)碳氮组分及酶活性的变化,以期为理解黄土丘陵区人工刺槐林枯落物分解过程中枯落物–土壤养分转运与转化提供科学依据。本研究得出主要结果如下:(1)刺槐枯落物分解呈现生长期分解快、非生长期分解慢的规律;枯落物碳和氮释放规律不同。刺槐枯落物分解中期(180–360d,4月–10月)分解速率最高,高达10.40–11.76gy-1,分解后期(360–540d,10月–翌年1月)分解速率最低,为1.48–2.41g y-1。枯落物分解速率呈现生长季分解快,非生长季分解慢,前期分解快,后期分解慢的分解特征。枯落物碳(C)含量变化范围为406.46gkg-1–274.65gkg-1,分解过程中持续显著降低;枯落物氮(N)含量呈现0–90d期间显著下降,90–180d间显著上升,180–540d分解期间持续下降。刺槐枯落物碳在分解过程中持续释放,枯落物氮在分解前期呈淋溶–富集规律,中后期持续释放。(2)刺槐枯落物分解过程土壤碳氮组分含量变化显著,且枯落物碳氮释放与土壤碳氮组分变化显著相关。随着刺槐枯落物分解过程的推进,土壤全碳和有机碳含量呈现上升–下降–上升–下降的波动变化特征,土壤无机碳含量与土壤有机碳呈现相反变化趋势;土壤活性有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳呈现下降–上升–下降的趋势,均在分解盛期(180–360d,4月–10月)持续显著上升;土壤全氮呈现上升–下降–上升–平稳的变化特征,土壤硝态氮、可溶性有机氮和微生物量氮均在分解90–360d间持续显著上升,而土壤铵态氮在分解盛期时出现了下降,270–540d分解期显著上升。分解过程中,枯落物分解速率、枯落物碳氮变化率均与土壤碳氮组分变化率呈现较强显著相关关系,表明枯落物分解过程中枯落物分解特征能够显著影响土壤碳氮组分动态变化。(3)枯落物–土壤碳氮与微生物量碳氮含量显著相关,微生物碳氮代谢酶活性与土壤碳氮组分显著相关。刺槐枯落物分解过程中β–1,4–葡萄糖苷酶(β–1,4–glucosidase,BG)、β–1,4–N–乙酰氨基葡萄糖苷酶(β–1,4–N–acetylglucosaminosidase,NAG)、亮氨酸氨基肽酶(leucine arylamidase,LAP)LAP和纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase,CBH)活性均在0–90d分解期显著下降,90–270d分解期显著上升,随后下降;过氧化物酶(peroxidase,PER)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)酶活性在90–360d期间持续上升。枯落物分解速率与酶活性呈显著相关关系,枯落物全碳变化率与土壤PER和PPO酶活性显著正相关;分解过程中土壤温度、水分与土壤酶活性呈显著正相关关系,土壤pH与酶活性呈显著负相关关系。枯落物分解过程中,土壤全碳与CBH和PPO酶活性呈显著正相关,土壤活性有机碳组分与酶活性均有显著相关关系;土壤全氮及有机氮组分与NAG和LAP酶活性显著相关;枯落物–土壤碳氮与微生物量碳氮含量显著相关,且微生物碳氮代谢相关的酶活性与土壤碳氮组分显著相关。综上所述,刺槐人工林枯落物分解过程中分解速率与碳氮的释放特征与土壤碳氮组分动态变化显著相关;枯落物–土壤碳氮与微生物量碳氮含量显著相关,微生物碳氮代谢酶活性与土壤碳氮组分显著相关;土壤温度和水分显著影响土壤微生物碳氮代谢酶活性。即枯落物分解过程中土壤碳氮的累积影响了微生物碳氮代谢,从而介导了酶活性对土壤碳氮组分的作用,土壤温度和水分调节土壤酶活性对土壤碳氮组分的作用。
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