太岳山油松林土壤酶活性对模拟氮沉降及改变碳输入的响应

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土壤酶是土壤微生物作用于土壤环境的媒介,其活性对土壤环境的变化十分敏感,因此测定土壤酶活性对了解土壤微生物群落功能与环境因子的关系具有重要意义。为了解碳输入变化对土壤酶活性的影响以及土壤酶活性对氮沉降增加的响应,以山西太岳山油松人工林和天然林为研究对象,分两组进行实验:1.模拟氮沉降组:2009年8月开始进行四种施氮处理:对照(CK,0kg N hm-2a-1);低氮(LN,50kg N hm-2a-1);中氮(MN,100kg N hm-2a-1);高氮(HN,150kg N hm-2a-1),每种处理重复3次。2.改变碳输入组:对样方进行对照(无人为干扰,CK)、去凋(去除凋落物,LR)、切根去凋(切断根系并去除凋落物,LRNR)三种处理,每种处理重复3次。自2012年起每年5、7、9月采集表层0-20cm土壤,测定多酚氧化酶(Polyphenol oxidas)、过氧化物酶(Peroxidase)、纤维素酶(Cellulase)、蔗糖酶(Invertase)、脲酶(Urease)和中性磷酸酶(Neutral phosphatase)的活性。模拟氮沉降的研究结果表明:1.施氮处理下的脲酶与中性磷酸酶活性均有所提高,而低氮处理下天然林中的多酚氧化酶与人工林中的蔗糖酶显著低于对照(P<0.05);中氮、高氮处理下过氧化物酶、多酚氧化酶(P<0.05);天然林中的纤维素酶以及人工林中的蔗糖酶显著降低(P<0.05)。总的来说,人工模拟氮沉降促进了脲酶和中性磷酸酶的活性,抑制了土壤中过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,并降低了天然林中的纤维素酶活性和人工林中的蔗糖酶活性,但对天然林中的蔗糖酶和人工林中的纤维素酶无影响(P>0.05)。2.主导木质素降解的多酚氧化酶活性与纤维素酶、蔗糖酶活性显著相关,纤维素酶与蔗糖酶活性的下降可能是由木质素降解受到抑制,土壤微生物可利用碳源减少所引起。3.受到天然林土壤含氮量较高的影响,与人工林相比,天然林的多酚氧化酶活性对模拟氮沉降更敏感。4.由于被抑制的酶均与土壤有机质降解密切相关,氮沉降增加将减缓山西油松林土壤有机质的降解,有利于有机质在土壤中的积累。改变碳输入的研究结果表明:1.碳输入的改变对土壤酶活性影响显著,去凋处理和切根去凋处理均显著降低了土壤碳、氮含量(P<0.05),并且显著抑制了土壤纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶等水解酶的活性(P<0.05),但对多酚氧化酶和过氧化物酶等氧化酶的影响不显著(P>0.05)。2.切根去凋处理对水解酶的抑制作用大于去凋处理,并略微提高了土壤过氧化物酶活性。另外在天然林中蔗糖酶活性的下降比人工林更为显著,而人工林中纤维素酶活性的下降比天然林更显著。3.油松天然林中的土壤微生物群落功能倾向于分泌蔗糖酶,而油松人工林中的土壤微生物群落功能倾向于分泌纤维素酶。4.土壤酶活性的变化说明,在山西油松林,碳输入的减少会降低参与有机质降解的土壤酶活性,而对参与腐殖质合成的土壤酶活性没有显著影响。
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