模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物数量和酶活性的影响——以华西雨屏区天然常绿阔叶林为例

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近年来,随着我国经济的快速发展,大气氮沉降量也在急剧增加。截至目前为止,我国每年的氮排放量已超过1500万吨,成为了亚洲第一大氮沉降区。过量的氮输入会影响森林凋落叶的分解过程和速率,进而影响生态系统的物质循环和能量流动。微生物和酶作为凋落叶的分解者和驱动力,对氮沉降的响应非常敏感。但目前关于微生物和酶的研究主要集中在土壤层,对凋落叶分解过程中微生物和酶的研究还鲜有报道。华西雨屏区是四川盆地西部一个氮负荷较高的多雨狭长地带,湿氮沉降极其显著。基于此,本研究以华西雨屏区天然常绿阔叶林为研究对象,于2016年3月至2017年3月,每隔15d用NH4NO3进行一次模拟氮沉降,施氮水平分别为对照(CK,0 kg N hm-2·a-1)、低氮(LN,50kg N hm-2·a-1)、中氮(MN,150kg N hm-2·a-1)和高氮(HN,300kg N hm-2·a-1),探究模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物数量和酶活性的影响,旨在为揭示模拟氮沉降对凋落叶分解的影响机制提供基础数据,进而为华西雨屏区天然常绿阔叶林可持续经营发展提供参考。结果表明:(1)经过1a的模拟氮沉降实验,与CK处理相比,LN、MN和HN处理的凋落叶质量残留率分别显著升高了2.11%、5.76%和10.29%;凋落叶分解95%的时间分别显著增加了0.43a、1.04a和2.06a。这说明模拟氮沉降抑制了凋落叶分解,且模拟氮沉降强度越高,抑制作用越强。(2)与CK处理相比,LN处理对凋落叶分解过程中微生物总量影响不显著,而MN和HN处理的微生物总量分别显著降低了20.02%和37.68%。这说明低氮处理对凋落叶分解过程中微生物总量无显著影响,而中、高氮处理显著抑制了微生物总量,且模拟氮沉降强度越高,抑制作用越强。(3)与CK处理相比,LN处理对凋落叶分解过程中细菌和真菌数量影响不显著;MN处理的细菌和真菌数量显著降低了19.27%和30.40%;HN处理的细菌和真菌数量显著降低了42.37%和36.91%。这说明低氮处理对凋落叶分解过程中细菌和真菌数量无显著影响,而中、高氮处理抑制了细菌和真菌数量,且模拟氮沉降强度越高,抑制作用越强。(4)与CK处理相比,LN处理的凋落叶分解过程中放线菌数量显著升高了42.76%,而MN和HN处理的放线菌数量显著降低了21.28%和22.76%。这说明低氮处理促进了凋落叶分解过程中放线菌数量,而中、高氮处理抑制了放线菌数量。(5)与CK处理相比,LN处理显著促进了凋落叶分解过程中蔗糖酶、脲酶、过氧化物酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性,显著抑制了多酚氧化酶和纤维素酶活性;MN处理显著促进了凋落叶分解过程中脲酶和过氧化物酶活性,显著抑制了多酚氧化酶活性;HN处理显著抑制了凋落叶分解过程中脲酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和纤维素酶活性。这说明模拟氮沉降对凋落叶分解过程中酶活性的影响存在明显的差异。(6)经过1a的模拟氮沉降实验,凋落叶分解过程中细菌数量可单独解释凋落叶分解系数k值变异的84.6%,真菌数量可单独解释k值变异的57.3%,而放线菌数量不能有效的解释k值变异情况;凋落叶分解过程中多酚氧化酶活性可单独解释k值变异的74.2%,过氧化氢酶活性可单独解释k值变异的36.8%,而凋落叶分解过程中蔗糖酶、脲酶、过氧化物酶、酸性磷酸酶和纤维素酶活性不能有效的解释k值变异情况;凋落叶分解过程中细菌数量和多酚氧化酶活性两者共同解释k值变异的91.0%。这说明,模拟氮沉降可能主要是通过抑制凋落叶分解过程中的细菌数量和多酚氧化酶活性来抑制凋落叶分解。
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