亚热带3种典型森林类型土壤-微生物-胞外酶C、N、P化学计量特征

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chen20080310
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生态化学计量学是现代生态学的研究热点。研究土壤—微生物—胞外酶生态化学计量特征有助于理解生态系统限制性养分元素和“内稳态”等问题。目前有关生态化学计量学的研究主要集中在土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征,而对微生物生物量和胞外酶生态化学计量特征的研究较少,特别是亚热带森林土壤微生物生物量和胞外酶生态化学计量特征的研究仍少见报道。在位于亚热带的湘中丘陵区,选取地域相邻,立地条件基本一致的3种典型森林类型:马尾松针阔混交林(PLF)、南酸枣落叶阔叶林(CAF)和石栎—青冈常绿阔叶次生林(LGF),设置固定样地,采集土壤样品,测定土壤理化性质、微生物生物量、β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-纤维二糖苷酶(CBH)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶活性(ACP),研究不同森林类型土壤—微生物—胞外酶生态化学计量特征,分析土壤化学计量比与微生物生物量化学计量比的关系,结合胞外酶化学计量探究亚热带森林土壤微生物群落的养分限制性以及造成亚热带森林土壤微生物群落养分限制的潜在机制,为亚热带森林资源保护和可持续经营提供科学依据。主要结果如下:(1)森林类型显著影响土壤理化性质、微生物生物量及胞外酶活性,微生物生物量和胞外酶活性受不同生物、土壤因子的制约。不同森林类型0—15 cm 土层容重(BD)差异不显著,但15—30 cm 土层CAF的BD显著高于另外两种森林类型;3种森林土壤均以粉粒为主、砂粒次之、黏粒最少;CAF 土壤pH显著高于另外两种森林类型;不同森林类型土壤铵态氮含量普遍高于硝态氮含量;各土层可溶性有机碳、全磷(TP)和有效磷含量在不同森林类型之间差异均不显著;各土层有机碳(SOC)、全氮(TN)含量、微生物生物量(SMB)均表现为:CAF>LGF>PLF;4种胞外酶活性总体上表现为:PLF>CAF>LGF。土壤TP和凋落物层全氮含量分别是土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物生物量磷(SMBP)最重要的影响因子,细根有机碳含量、粉粒含量分别是BG、CBH最重要的影响因子,SOC是NAG和ACP最重要的影响因子。(2)森林类型对土壤、土壤微生物生物量C、N、P化学计量特征的影响较复杂。森林类型和土层对SOC/TN均没有显著影响;CAF不同土层SOC/TP均显著高于PLF和LGF,SOC/TP在不同土层间差异不显著;0—15cm土层中,CAF的TN/TP显著高于PLF和LGF,但15—30 cm 土层,不同森林类型差异不显著;0—15 cm 土层,3种森林类型SMBC/SMBN差异不显著,但15—30 cm 土层,PLF的SMBC/SMBN显著高于另外两种森林类型;两土层SMBC/SMBP均表现为:PLF>LGF>CAF,且差异显著,但两土层间SMBC/SMBP差异不显著。关于土壤微生物生物量C、N、P内稳态问题,两土层SMBC/SMBN具有较好的内稳态,而SMBC/SMBP没有内稳态,SMBC/SMBP明显受到SOC/TP的影响。相对C含量表现为:细根(FR)、凋落物层(L)>土壤(Soil)>SMB,相对N含量表现为:FR、L>Soil、SMB,相对P含量则表现为:Soil、SMB>FR、L。(3)森林类型对胞外酶C、N、P化学计量特征影响显著,不同森林类型土壤微生物群落存在不同的养分限制性。3种森林类型土壤微生物群落普遍存在P限制,特别是LGF存在更为严重的P限制,而CAF 土壤微生物群落C限制最为显著。偏最小二乘回归路径模型(PLS-PM)分别解释了 17%“C限制”和12%“P限制”的变异,“土壤C资源”对“C限制”呈显著的正向影响,而“土壤P资源”对“P限制”呈显著的负向影响,细根生物量(FRB)对“土壤C资源”和“土壤P资源”均呈极显著的正向影响,表明FRB通过直接影响土壤资源而间接影响土壤微生物群落的养分限制性。3种典型森林类型微生物群落普遍存在P限制,LGF存在更加严重的P限制。为了实现亚热带森林资源保护和可持续经营,可以考虑在常绿阔叶次生林中适当增加针叶和落叶阔叶树种,从而改善土壤养分的P限制情况。
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