【摘 要】
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近30年来大量研究表明,多种生态系统中的许多植物具有直接吸收土壤中小分子有机氮尤其是氨基酸的能力。氨基酸若能构成植物重要的氮源之一,则需要在土壤中具有较高的含量或扩散通量(单位时间内扩散通过单位面积的氨基酸量,nmol N cm-2h-1)。氨基酸扩散通量比含量能更好地反映土壤中的氨基酸在一段时间内的周转状况,并能体现土壤有效氮扩散到根系表面的实际速率。目前国际上关于土壤氨基酸扩散通量的报道较少,
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近30年来大量研究表明,多种生态系统中的许多植物具有直接吸收土壤中小分子有机氮尤其是氨基酸的能力。氨基酸若能构成植物重要的氮源之一,则需要在土壤中具有较高的含量或扩散通量(单位时间内扩散通过单位面积的氨基酸量,nmol N cm-2h-1)。氨基酸扩散通量比含量能更好地反映土壤中的氨基酸在一段时间内的周转状况,并能体现土壤有效氮扩散到根系表面的实际速率。目前国际上关于土壤氨基酸扩散通量的报道较少,且尚未报道不同物种尤其是植物的不同菌根状态以及季节变化对土壤氨基酸通量的影响。因此,本文分别选择高寒草甸生态系统中以无菌根的禾叶嵩草(Kobresia graminifolia)、具外生菌根的珠芽蓼(Polygonum viviparum)和具内生菌根的垂穗披碱草(Elymus nutans)为优势种的三个草地型为研究对象,探究不同草地型土壤氨基酸含量和通量的季节变化规律,揭示影响土壤氨基酸含量与扩散通量的影响因素。该研究结果将为阐明植物吸收土壤有机氮的机制提供理论基础,并为维护青藏高原高寒草甸生态系统的稳定性和物种多样性提供保障。主要研究结果如下:(1)在植物生长季,通过水和氯化钾浸提法测得三个草地型土壤中的自由态氨基酸含量与可浸提氨基酸含量范围分别为0.02~0.25μg N g-1和0.57~4.67μg N g-1,仅分别占土壤有效氮总含量的0.18%~13.66%和8.98%~29.40%。水与氯化钾浸提法分别得到的氨基酸含量、铵态氮含量之间存在着极显著性差异。(2)在生长季期间,通过微透析法测得禾叶嵩草、珠芽蓼和垂穗披碱草三个草地型土壤中自由态氨基酸的扩散通量范围分别为2.31~62.09 nmol cm-2h-1、3.22~9.43 nmol cm-2h-1和2.11~17.06 nmol cm-2h-1,其在土壤有效氮的总扩散通量中分别占8.71%~82.73%、15.54%~47.41%和8.18%~58.61%。在生长季后期,三个草地型土壤中的自由态氨基酸扩散通量显著高于无机氮扩散通量,且禾叶嵩草型草地土壤中的自由态氨基酸扩散通量显著高于其他个草地型。三个草地型土壤中的自由态氨基酸库组成相似,包括22种蛋白质氨基酸和3种非蛋白质氨基酸,其中扩散通量最高的是丙氨酸、甘氨酸和丝氨酸;整体而言,非极性氨基酸和极性不带电荷氨基酸的扩散通量显著高于其他类型氨基酸,而芳香族氨基酸的扩散通量则显著低于其他类型氨基酸。三个草地型土壤中的氨基酸扩散通量分别受到物种与季节以及两者之间交互作用的显著影响。(3)三个草地型中,土壤微生物量氮在植物返青期显著高于其他生长期,土壤微生物量C:N在生长季呈现出先升高后降低的趋势;在生长季初期,禾叶嵩草和垂穗披碱草型草地土壤中的微生物量C:N比显著高于珠芽蓼型。生长季初期的土壤蛋白酶活性显著高于其他季节,而生长季中期的土壤蛋白酶活性显著低于其他季节;全生长季,禾叶嵩草型草地土壤中的潜在蛋白酶活性显著高于珠芽蓼和垂穗披碱草型。综上所述,物种、季节等因素可能通过综合影响植物根系以及菌根表面的氨基酸转运蛋白种类、根际分泌物和凋落物组成、土壤微生物数量和群落结构以及土壤蛋白酶活性等,从而影响土壤氨基酸的含量和扩散通量。
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