氮沉降对森林土壤微生物活性及凋落物分解的影响

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大气氮沉降显著影响土壤的微生物生物量以及胞外酶的活性。迄今为止,已经有大量研究单一氮源(大多是无机氮)施加对森林土壤微生物生物量以及胞外酶的活性影响。然而,自然界中大气沉降的氮是由多种类型混合而成的,因此研究混合氮施加对土壤微生物量以及胞外酶的活性影响的研究具有重要的科学价值,而这方面的研究报道却很少。本实验选择华东地区的紫金山亚热带森林为实验样地,在室内和室外条件下通过施加不同种类的单一氮(有机氮和无机氮)、不同比例的混合氮,研究氮沉降对森林土壤微生物生物量胞外酶以及森林凋落物分解的影响。  首先,通过室内实验研究不同种类的单一氮施加对土壤性质的影响。结果显示有机氮比无机氮更能够加速了土壤有机碳的消耗、提高了土壤微生物生物量和上壤转化酶的活性。实验结果提示与无机氮相比,有机氮源更加适合土壤微生物生长和功能发挥。  以此为基础,进行了混合氮施加的室内和野外控制实验。论文通过不同比例的混合氮(无机氮∶有机氮=10∶0、7∶3、3∶7、1∶9)定期施加到土壤中,研究混合氮施加对土壤微生物活性的影响。野外和室内的实验结果均显示土壤微生物量和胞外酶活性对不同比例的氮施加产生了不同的响应。与施加单一无机氮(NH4NO3)相比,混合氮的施加促进了土壤微生物转化酶、纤维素酶、纤维二糖水解酶、碱性磷酸酶以及过氧化氢酶的活性。施加NH4NO3后多酚氧化酶(PPO)的活性受到抑制,而混合氮的施加则促进了PPO的活性。氮的施加促进了酸性磷酸酶的活性,而不同氮类型处理之间的差异不明显。混合氮施加增加了土壤微生物活性,而单一施加NH4NO3对微生物量的影响不大。这个结果说明,虽然氮的施加可以在一定程度上缓解土壤氮缺乏的状况,但是单一无机氮的施加有可能影响了土壤微生物中有机氮和无机氮的平衡进而抑制了微生物的数量和活性。在所有处理中,中等比例有机氮(无机氮∶有机氮=3∶7)施加后土壤的酶活和微生物量高于其它处理,此条件下氮抑制的解除效果最好。该结果说明这个比例的氮肥可能最有利于土壤微生物的功能发挥。  为了比较阔叶林和针叶林土壤中凋落物降解速率和酶活对氮沉降和温度响应的差异,采集森林土壤在室内条件下进行培养。在此实验中,阔叶和针叶分别培养在各自的原位土壤中,然后施加混合氮并在不同温度下培养。经过180天的培养,结果显示,混合氮施加促进了落叶的降解、提高了胞外酶的活性。与阔叶林样品相比,针叶的降解速率和针叶土壤的酶活都比较低,但加入混合氮后降解速率加快并且土壤的酶活上升。施加氮肥后,阔叶林土壤氮限制解除明显,但针叶林土壤仍然处于氮限制状态。高温加速了落叶的降解、提高了酶的活性,氮肥施加对其促进作用更加明显,尤其是针叶林的土壤。其原因在于高温在加速微生物活性的同时加剧了土壤氮素的缺乏。此结果说明虽然针叶的降解速率和土壤中胞外酶活性都低于阔叶,并且针叶林土壤氮缺乏更加严重,但是针叶林凋落物降解对氮沉降和温度更加敏感。
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