酸碱物质添加对山西太岳山油松林土壤微生物养分利用策略的影响

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持续长时间的酸性物质输入到森林生态系统中将显著影响森林生态系统的能量流动和养分循环过程。目前除了进行环境保护减少酸沉降之外,通常采用添加石灰的方法来中和沉积到土壤中的酸性物质。本研究基于在山西太岳山天然油松林建立的长期酸碱物质添加控制实验,研究土壤微生物养分利用策略对酸碱物质添加的响应特征,以期为我国北方森林生态系统酸碱物质添加对土壤微生物能量和养分需求的影响提供理论依据。本研究自2015年开始,每年5月对油松林土壤进行酸碱物质添加实验,以硝酸铵和石灰分别作为酸碱物质添加源,分别设置对照处理组(CK)、酸处理组(N1、N2、N3和N4)和碱处理组(L1、L2、L3、L4),每个处理设置4个重复,于2019年8月底采集样地0-10 cm和10-20 cm土层的土壤,测定土壤p H值、养分含量、微生物生物量和胞外酶活性,利用酶化学计量比及矢量分析探究土壤微生物的养分利用策略。结果如下:(1)硝酸铵添加显著影响0-10 cm土层的土壤pH值、养分含量、微生物生物量、土壤酶活性及酶化学计量特征。具体而言,随硝酸铵添加量的增加,土壤p H值、有机碳、可溶性有机碳和微生物生物量碳、磷含量逐渐降低,可溶性有机氮含量显著增大;硝酸铵添加对土壤酶活性的影响主要取决于硝酸铵添加浓度,高浓度硝酸铵添加(N4)显著增大了土壤C-获取酶和P-获取酶活性,而显著降低了N-获取酶活性;硝酸铵添加促进了土壤微生物的碳限制和磷限制,且促进作用大小与硝酸铵添加浓度显著相关。而在10-20 cm土层中,除土壤可溶性有机氮外,其余各土壤因子对硝酸铵添加的响应未表现出显著差异。相关性分析和结构方程表明硝酸铵添加通过影响表层土壤pH值、养分含量及微生物生物量对土壤微生物养分利用策略产生显著影响。(2)石灰添加后,在0-10 cm土层中,土壤pH值显著增大,但土壤养分含量、微生物生物量和酶活性的变化特征取决于石灰添加的浓度,且土壤微生物养分利用策略对石灰添加的响应未表现出显著差异。高浓度石灰添加(L4)显著降低了土壤可溶性有机碳含量,较低浓度石灰添加(L1、L2和L3)显著增大了土壤可溶性有机氮含量。石灰添加显著降低了土壤微生物生物量碳含量,对土壤微生物生物量磷含量无显著影响,低浓度石灰添加显著增大了土壤微生物生物量氮含量。土壤C-\N-\P-获取酶活性均随石灰添加量的增加先增大后减小,且均在L1处理达到最大值,显著大于对照处理。矢量长度和矢量角度在石灰添加下均无显著变化,但矢量角度随石灰添加量的增加呈逐渐减小趋势,表明随石灰添加量的增加,该研究区土壤微生物趋向于减轻磷限制。(3)除土壤全磷外,0-10 cm土层的土壤养分含量和微生物生物量均高于10-20cm土层,酸碱物质添加并没有改变土壤养分的垂直分布。综上所述,酸碱物质添加对土壤pH值、养分含量、微生物生物量、胞外酶活性及微生物养分利用策略的影响主要集中在0-10 cm土层,硝酸铵添加显著影响了表层土壤微生物的养分利用策略,石灰添加对土壤微生物养分利用策略无显著影响。
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