不同的碳、磷化合物和凋落叶添加对亚热带森林土壤碳磷化学计量比的影响

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碳(C)是植物生长发育的核心元素,磷(P)是影响亚热带地区森林生产力的主要限制因子,C、P的耦合作用广泛存在于森林生态系统的生物地球化学循环中,影响土壤微生物和植物的生态化学计量,对微生物和植物的生长发育至关重要。C、P化合物结构简单,易于被植物和土壤微生物吸收利用;凋落叶是亚热带森林土壤重要的能量和养分来源,对土壤C、P等养分元素的循环过程产生显著影响。因此,探寻不同C、P化合物输入和不同凋落叶输入下土壤C、P养分,微生物生物量和酶活性以及相应的化学计量比的动态变化,对于揭示森林生态系统养分循环的内在机制具有深刻意义。本研究依托福建省三明市森林生态系统与全球变化研究站-同质园地区,先后展开2次室内试验:以杜英林下土壤为供试土壤,设置对照(CT)、碳添加(C6H12O6)、磷添加(KH2PO4)以及碳磷同时添加4种处理,展开试验1;选取凋落叶片C:P呈梯度变化的马尾松、香叶和马褂木的凋落叶作为添加物,土壤C:P呈显著差异的马尾松和马褂木林下土壤为供试土壤,设置马尾松土×马尾松凋落叶、马尾松土×香叶凋落叶、马尾松土×马褂木凋落叶、马褂木土×马尾松凋落叶、马褂木土×香叶凋落叶、马褂木土×马褂木凋落叶6种处理,展开试验2。本文主要结论如下:(1)培养初期,C+P处理会显著增加微生物生物量碳(MBC)含量;培养末期,P输入会降低MBC含量;培养过程中,C+P处理中的C会抑制微生物对P的固定。C+P处理能显著提高β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)活性,抑制酸性磷酸单酯酶(ACP)活性;培养中后期中,C、P化合物添加对纤维素水解酶(CBH)无显著影响;P添加会抑制ACP活性。C+P处理比C处理对土壤C矿化的促进作用更大,C、P存在一定的耦合关系。(2)凋落叶添加增加了土壤C源,使土壤可溶性有机碳(DOC)和MBC含量增加,促进了有机碳库的周转,减少了对涉碳酶βG和CBH的分泌;同时会加剧微生物体内的P限制,使微生物增加对土壤P素的同化作用,导致有效磷(AP)含量下降,增加了土壤C、P的耦合作用,并且耦合呈现动态变化。凋落物输入在初期促进土壤C的矿化,中后期促进作用减弱。(3)本研究中土壤C、P养分循环之间是相互作用、相互影响的。试验2中ACP、MBP、PD可以解释CO2排放速率变化的36.5%,植物和微生物对P养分的需求在一定程度上可能会驱动微生物对土壤有机碳的矿化,影响C循环。不同形态的C、P养分间存在显著或极显著的正相关关系。(4)培养期间,C添加使MBC:MBP升高,对βG:ACP无显著影响,而P和C+P处理会降低MBC:MBP,使βG:ACP显著增加。不同C:P的凋落叶添加均会使土壤的DOC:AP上升,凋落叶添加到相同树种的土壤中对MBC:MBP和βG:ACP的增加作用更显著。
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