凋落叶和氮添加对亚热带森林土壤有机碳矿化的影响及其微生物机制

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在森林生态系统中,凋落叶是土壤有机质(SOM)输入的主要来源之一,凋落叶进入土壤后会影响土壤有机质的分解。同时,外源有机质的输入为微生物提供更多的易分解碳,导致微生物对氮的需求增加,促使微生物分解SOM获得其生长所需的氮源,进而影响到激发效应。为探讨影响激发效应的内在机制,本研究采用室内培养的实验方法,将三种13C标记的凋落叶作为外源添加碳,设置施氮和不施氮处理,通过测定气体排放量、土壤基本理化性质、微生物指标,探讨影响土壤有机质激发效应的内在机制,为今后开展相关方面的研究提供理论依据。主要结论如下:1)凋落叶添加提高了土壤养分和碳底物有效性,促进了微生物活性,在培养前期带来了显著的正激发效应;随着培养时间的推移,土壤中的易分解有机质和养分逐渐消耗,难分解物质逐渐积累,土壤养分和碳底物有效性降低,激发效应强度逐渐降低。氮添加对激发效应并无显著影响。2)在凋落叶分解前期,真菌在纤维素和木质素分解中起到了关键作用。微生物主要通过分泌β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)等纤维素水解酶促进对土壤易分解有机质的分解利用,随着培养时间的推移,土壤养分消耗、难分解有机质积累,微生物的“养分挖掘”作用增强,土壤酚氧化酶(PHO)活性显著提高;同时细菌含量显著提高,不同处理下微生物物种组成差异主要表现在变形菌门(Proteobacteria)、担子菌门(Basidiomycota)和莫氏菌门(Mortierellomycota)。氮添加对微生物群落结构和酶活性并无显著影响。3)激发效应是生物和非生物因素共同作用的结果,凋落叶进入土壤后,改变了土壤基本性质,碳底物有效性主导培养前期有机质的分解;随着培养时间的推移,土壤易分解有机碳逐渐消耗,促进了微生物的“养分挖掘”作用,细菌含量是影响培养后期土壤有机碳激发效应的主要因子。
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