黄土高原苹果园长期生草下生态化学计量特征

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为探明果园行间长期生草下土壤资源和养分限制状况,本研究依托黄土高原苹果园14年定位试验,以白三叶、小冠花和鸡脚草为研究对象,通过分析不同生草草种叶片和根系碳氮磷、土壤碳氮磷、微生物生物量碳氮磷、碳氮磷相关胞外酶活性及其化学计量特征,探究各组分化学计量间的关系,为果园生草管理提供科学数据和理论支撑。主要的结果如下:(1)长期生草显著提高了果园土壤养分含量:禾本科鸡脚草处理土壤有机碳含量最高,豆科白三叶处理土壤总氮、溶解性有机氮、溶解性有机碳、总磷、速效磷含量均显著高于禾本科鸡脚草;不同生草草种的碳、氮、磷含量有所差异:鸡脚草叶片C含量显著高于其他处理,白三叶根系和叶片的N和P含量显著高于其他处理;相关性分析表明,草种叶片和根系碳、氮、磷含量与0-60 cm以内土壤养分有较强的相关性,这是不同生草处理间土壤养分差异的主要原因。(2)不同生草草种对土壤化学计量的影响差异显著:豆科白三叶和小冠花显著降低了0-60cm土壤C:N,提高了土壤N:P,鸡脚草于此正相反;不同生草草种的化学计量特征有所差异:鸡脚草叶片和根系C:N均最大,N:P最低且小于14,相比之下,豆科白三叶和小冠花的C:N较低,N:P较高;相关性分析表明,草种化学计量与土壤浅层化学计量有一定的协变性,且与土壤全量养分化学计量的关系比活性养分化学计量更加密切。(3)长期生草显著提高了土壤微生物生物量和微生物熵,但对微生物量化学计量没有影响:0-40cm微生物量表现为白三叶>小冠花>鸡脚草>清耕,40-80cm各处理无显著差异,q MBC、q MBN和q MBP变化范围分别为1.04%~2.07%、1.65%~4.03%和0.46%~2.16%;冗余分析表明,驱动微生物量变化的主要因素是SOC和DOC;内稳态模型分析表明,微生物群落保持稳态或严格稳态。(4)长期生草显著提高了多种酶活性,降低了酶N:P,缓解了微生物N限制:白三叶处理碳、氮、磷酶活性均最高,小冠花次之,此外,二者均提高了酶C:N和酶C:P,鸡脚草于此正相反;碳氮磷酶活性比即ln(BG+CBH):ln(NAG+LAP):ln(A KP)=1:1.4:1.4偏离了全球平均值1:1:1;酶化学计量的向量分析表明,长期生草小冠花和白三叶微生物N限制转变为P限制,鸡脚草没有N或P限制;冗余分析表明,影响酶活性及酶化学计量变化的主要因素是SWC、q MBP、叶片C:P。综上,长期生草对土壤养分、微生物量及酶活性有积极效应,对土壤化学计量和酶化学计量有显著影响,对微生物化学计量几乎没有影响。豆科白三叶和小冠花促进了土壤氮素积累和土壤养分循环,禾本科鸡脚草有助于土壤有机碳的积累。此外长期生草缓解了清耕微生物的氮限制,鸡脚草效果最好。
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