氮沉降对中亚热带米槠天然林土壤磷组分的影响及其调控机理

论文摘要

氮、磷是维持陆地生态系统生产力和生态功能的必需养分,而亚热带森林土壤相对缺磷,且日益增加的氮沉降可能会进一步加剧土壤磷限制。在此背景下,亚热带森林土壤磷组分对氮沉降如何响应?影响磷组分迁移和转化的关键生物和非生物因素是什么?目前仍不清楚。本研究依托2012年建立的米槠天然林长期氮沉降观测样地,设立对照（Control）、低氮(40 kg N ha-1y-1)和高氮(80 kg N ha-1y-1)三个处理。观测不同施氮处理下生长季和非生长季土壤磷组分（Hedley P）、土壤微生物（磷脂脂肪酸法PLFA和16SrRNA/ITS高通量测序）、土壤酶活性、以及土壤微生物量碳/氮/磷含量和土壤理化性质（pH、盐基离子和铁、铝氧化物等）的变化。旨在明晰氮沉降对中亚热带天然林土壤磷组分的影响及其影响机理,尝试揭开未来氮沉降背景下,亚热带森林生态系统维持土壤磷有效性的可能机制。结果发现,施氮显著降低了有机结合态铁、铝（Fep和Alp）和游离态铁、铝（Feo和Alo）的含量,增加了无定型铁、铝（Fed和Ald）的含量。施氮导致生长季和非生长季土壤的NaOH-Po含量和比例显著降低,而Resin-P含量和比例在非生长季显著增加,在生长季显著降低,说明施氮可能促进土壤有机磷的分解,增加有效磷供应,植物和微生物对土壤磷需求的季节变化也可能影响有效磷的含量。施氮显著降低了土壤微生物量磷（Microbial biomass phosphorus,MBP）含量和增加了微生物量碳（Microbial biomass carbon,MBC）磷比（MBC:MBP）和微生物量氮（Microbial biomass nitrogen,MBN）磷比（MBN:MBP）,说明施氮刺激了土壤微生物和植物的磷需求。施氮后β-葡萄糖苷酶（βG）和酸性磷酸酶（ACP）活性显著增加,且酶响应比均大于1,说明施氮增强了土壤酶活性。高通量测序结果表明施氮主要改变真菌的物种组成,且施氮后解磷细菌丰度降低,而解磷真菌丰度增加。根据冗余分析（RDA）结果,土壤铁、铝氧化物尤其是Fep和Alp与土壤磷组分显著相关,说明在氮沉降背景下,有机结合态铁、铝是影响土壤磷组分的关键非生物因素。外生菌根真菌（EMF）和酸性磷酸酶（ACP）与土壤磷组分显著相关,说明EMF可能是影响土壤磷组分的关键微生物类群,ACP活性的变化是调节土壤磷组分转化的另一个重要生物因素。此外,解磷微生物和土壤磷组分的相关分析表明,解磷细菌的慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）和中慢生根瘤菌（Mesorhizobium）以及解磷真菌的曲霉菌（Aspergillus）可能在土壤磷转化中发挥主要作用。PICRUSt功能预测显示施氮显著增加了表层土壤中酸性磷酸酶、植酸酶和二酯酶等6种磷酸酶的丰度,这与ACP的观测结果保持一致,进一步支持和验证了土壤微生物通过增加磷酸酶的分泌促进有机磷分解来维持土壤磷有效性的可能机制。研究表明,施氮促进了土壤有机磷向有效磷的转化,这可能是氮沉降背景下米槠天然林土壤磷供应的主要方式,而土壤铁、铝氧化物以及EMF和ACP可能是影响土壤磷转化的关键非生物因素和生物因素。高通量测序和功能预测结果也进一步支持微生物增加磷酸酶分泌,促进有机磷分解来满足增加的磷需求。研究结果有助于明晰未来氮沉降背景下,亚热带森林生态系统维持土壤磷有效磷的可能机制,同时也可为区域森林经营措施的制定提供参考。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 范跃新

导师: 杨玉盛

关键词: 氮沉降,磷组分,土壤微生物,高通量测序,磷酸酶

来源: 福建师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 福建师范大学

分类号: S714

DOI: 10.27019/d.cnki.gfjsu.2019.000011

总页数: 124

文件大小: 4819k

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