模拟N沉降对滇中亚高山不同森林土壤呼吸和土壤酶活性的影响

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化石燃料与化学N肥大量施用引起的N沉降现象已成为不容忽视的全球变化问题之一,森林土壤作为森林生态系统的主要C库、N库,约将N沉降中2/3固定在土壤有机质中。在森林土壤研究中,土壤呼吸和土壤酶活性从宏观和微观两个方面,反映着土壤中生物学过程的强弱和反应速度。为研究不同森林类型中模拟N沉降对土壤呼吸和土壤酶活性的影响,以滇中磨盘山典型森林常绿阔叶(Evergreen broad-leaf)林、高山栎(Quercus semecarpifolia)林、华山松(Pinus armandii)林和云南松(Pinus yunnanensis)林为研究对象,于2019年1月-2019年12月设置:对照[CK,0 g N·m-2·a-1]、低氮[LN,10 g N·m-2·a-1]、中氮[MN,20 g N·m-2·a-1]、高氮[HN,25 g N·m-2·a-1]4种N处理,每个水平3个重复。测定不同施N水平4种林地土壤表层总呼吸和0~5、5~10和10~20 cm土层蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、天门冬酰胺酶、酸性磷酸酶、蛋白酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性,旨在为N素对区域森林土壤呼吸、土壤酶活性及土壤活动相关研究提供理论依据。主要结果如下:(1)雨季土壤温度对土壤呼吸的日变化影响较大,旱季土壤湿度对土壤呼吸的日变化影响较大,土壤呼吸的主要影响因子在不同时期是变化的。(2)不同林分间的土壤呼吸年变化特征有所差异,N处理未改变土壤呼吸的年动态特征。随着处理时间的增加,LN、MN和HN处理持续促进常绿阔叶林土壤呼吸,抑制华山松林土壤呼吸,且随着N浓度的增加效果逐渐增强。(3)8种土壤酶活性在不同土层均表现为0~5 cm>5~10 cm>10~20 cm,降幅最高达99.2%。N处理和施N时间均并未改变土壤酶活性的垂直分布格局。土壤蔗糖酶、蛋白酶和多酚氧化酶活性在高山栎林中表现最高,淀粉酶和过氧化氢酶在华山松林中表现最高,脲酶和酸性磷酸酶在云南松林中表现最高,天门冬酰胺酶在常绿阔叶林中表现最高。(4)除华山松林土壤淀粉酶和酸性磷酸酶及云南松林土壤脲酶外,LN处理促进了4种林分的土壤蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、天门冬酰胺酶、酸性磷酸酶活性;MN和HN处理抑制了常绿阔叶林土壤蔗糖酶和天门冬酰胺酶活性、华山松林土壤淀粉酶和天门冬酰胺酶活性以及云南松林的脲酶和酸性磷酸酶活性;N沉降对蛋白酶表现为促进,对土壤多酚氧化酶表现为抑制。(5)森林类型和土壤深度是影响N沉降下土壤蔗糖酶、天门冬酰胺酶、酸性磷酸酶、蛋白酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性变化差异的重要因素。8种酶中,土壤过氧化氢酶对土壤深度、施N水平、森林类型与处理时间响应均为最高;土壤天门冬酰胺酶对施N水平反应敏感,对处理时间反应较不敏感。(6)LN、MN和HN处理下,土壤呼吸与土壤蛋白酶表现为显著负相关(P<0.05),与土壤天门冬酰胺酶和酸性磷酸酶表现为显著正相关(P<0.05)。常绿阔叶林和高山栎林下,土壤呼吸与土壤淀粉酶、酸性磷酸酶、蛋白酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶均表现为显著相关(P<0.05);华山松林和云南松林下,土壤呼吸与土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶表现为显著相关(P<0.05)。
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