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氮沉降是影响生态系统功能和稳定的重要因素,能对土壤养分和微生物活性产生影响。本研究通过探究不同模拟氮沉降梯度(CK=0、LN=20kgNha-1yr-1、MN=40kgNha-1yr-1、HN=80kgNha-1yr-1)下,东北地区红松人工林土壤的理化性质、酶活性、土壤和根尖外生菌根真菌群落结构及多样性的变化,来探讨土壤理化因子及酶活性与红松外生菌根真菌之间的关系,以揭示红松外生菌根真菌群落结构及多样性对不同模拟氮沉降梯度的响应策略。本试验结果表明:
(1)随着模拟氮沉降梯度的增加,土壤铵态氮(NH4+-N)含量显著提高(P<0.05);不同土壤分层(0-10 cm、10-20 cm)的土壤有机质(SOM)含量随着模拟氮沉降梯度的增加表现为先降低后增加的趋势,各处理间差异显著(P<0.05);不同土壤分层(0-10 cm、10-20 cm)的土壤pH、AP、NO3--N含量在不同氮沉降处理间部分存在差异显著(P<0.05);氮沉降使土壤SWC、SOM、AP含量随土壤深度的增加而显著降低(P<0.05),氮沉降对土壤pH、NH4+-N、NO3--N、AP、TN含量的垂直分布影响不大,仅部分差异显著(P<0.05)。
(2)连续六年的模拟氮沉降对土壤酶活性的影响并无统一规律,氮沉降只对土壤脲酶、磷酸酶活性的垂直分布在部分处理间存在差异显著(P<0.05)。不同土壤分层(0-10 cm、10-20 cm)的土壤β-糖苷酶、纤维二糖水解酶活性随模拟氮沉降梯度的增加而增加,部分处理差异显著(P<0.05),在表层土壤(0-10cm)中,HN处理的蛋白酶活性较CK处理显著增加了35.46%,LN处理的脲酶活性较CK处理显著增加了51.77%(P<0.05);在下层土壤(10-20 cm)中,HN处理的蛋白酶活性较CK处理显著增加了39.15%,LN处理的磷酸酶活性较CK处理显著降低了60.04%(P<0.05)。
(3)连续六年的模拟氮沉降,对红松外生菌根真菌产生了影响。在土壤外生菌根真菌中,HN处理的Simpson指数在不同土壤分层间存在显著性差异(P<0.05)。只有表层土壤的Shannon指数、Simpson指数的部分处理间存在显著性差异(P<0.05)。在红松根尖外生菌根中,Shannon指数、Simpson指数、Chao1指数在LN处理中显著增加(P<0.05)。不同氮处理改变了红松外生菌根真菌的群落组成。在土壤外生菌根中,优势属主要为丝盖伞属Inocybe(13.41%)、红菇属Russula(12.17%)、蜡壳菌属Sebacina(9.34%)、棉革菌属Tomentell(8.75%)等。不同土壤分层丝盖伞属Inocybe的丰度随模拟氮沉降梯度的增加显著下降,红菇属Russula在HN处理下丰度最高(P<0.05)。同一土层其他菌属在不同处理中部分差异显著(P<0.05)。在红松根尖外生菌根真菌中,优势属主要为蜡壳菌属Sebacina(4.55%)、棉革菌属Tomentella(41.36%)、红菇属Russula(4.55%)、粒块菌属Hydnobolites(8.18%)、革菌属Thelephora(5.91%)、Meliniomyces(5.91%)等。四个氮梯度下,红松根尖外生菌根真菌的群落组成也有所变化,LN处理显著增加了棉革菌属Tomentella的丰度,蜡壳菌属Sebacina在LN、MN处理中显著下降,HN处理显著增加了粒块菌属Hydnobolites的丰度(P<0.05),其他菌属丰度在各处理间差异不显著。
(4)通过网络关系图发现,土壤外生菌根真菌群落指示属为Inocybe,根尖外生菌根真菌群落指示属为Tomentella。冗余分析发现NH4+-N、NO3--N、TN、pH是影响整个土壤外生菌根菌根真菌群落变化的主要因子,NO3--N、TN是影响整个红松根尖外生菌根菌根真菌的显著因素。氮沉降改变了土壤理化性质,从而对红松外生菌根真菌群落结构及功能产生影响。
本研究深入揭示北温带红松人工林外生菌根真菌群落组成结构对模拟氮沉降的响应策略,预期结果可丰富氮沉降对森林功能真菌影响的微生物学机理,可为陆地生态系统应对全球变化提供科学依据。
(1)随着模拟氮沉降梯度的增加,土壤铵态氮(NH4+-N)含量显著提高(P<0.05);不同土壤分层(0-10 cm、10-20 cm)的土壤有机质(SOM)含量随着模拟氮沉降梯度的增加表现为先降低后增加的趋势,各处理间差异显著(P<0.05);不同土壤分层(0-10 cm、10-20 cm)的土壤pH、AP、NO3--N含量在不同氮沉降处理间部分存在差异显著(P<0.05);氮沉降使土壤SWC、SOM、AP含量随土壤深度的增加而显著降低(P<0.05),氮沉降对土壤pH、NH4+-N、NO3--N、AP、TN含量的垂直分布影响不大,仅部分差异显著(P<0.05)。
(2)连续六年的模拟氮沉降对土壤酶活性的影响并无统一规律,氮沉降只对土壤脲酶、磷酸酶活性的垂直分布在部分处理间存在差异显著(P<0.05)。不同土壤分层(0-10 cm、10-20 cm)的土壤β-糖苷酶、纤维二糖水解酶活性随模拟氮沉降梯度的增加而增加,部分处理差异显著(P<0.05),在表层土壤(0-10cm)中,HN处理的蛋白酶活性较CK处理显著增加了35.46%,LN处理的脲酶活性较CK处理显著增加了51.77%(P<0.05);在下层土壤(10-20 cm)中,HN处理的蛋白酶活性较CK处理显著增加了39.15%,LN处理的磷酸酶活性较CK处理显著降低了60.04%(P<0.05)。
(3)连续六年的模拟氮沉降,对红松外生菌根真菌产生了影响。在土壤外生菌根真菌中,HN处理的Simpson指数在不同土壤分层间存在显著性差异(P<0.05)。只有表层土壤的Shannon指数、Simpson指数的部分处理间存在显著性差异(P<0.05)。在红松根尖外生菌根中,Shannon指数、Simpson指数、Chao1指数在LN处理中显著增加(P<0.05)。不同氮处理改变了红松外生菌根真菌的群落组成。在土壤外生菌根中,优势属主要为丝盖伞属Inocybe(13.41%)、红菇属Russula(12.17%)、蜡壳菌属Sebacina(9.34%)、棉革菌属Tomentell(8.75%)等。不同土壤分层丝盖伞属Inocybe的丰度随模拟氮沉降梯度的增加显著下降,红菇属Russula在HN处理下丰度最高(P<0.05)。同一土层其他菌属在不同处理中部分差异显著(P<0.05)。在红松根尖外生菌根真菌中,优势属主要为蜡壳菌属Sebacina(4.55%)、棉革菌属Tomentella(41.36%)、红菇属Russula(4.55%)、粒块菌属Hydnobolites(8.18%)、革菌属Thelephora(5.91%)、Meliniomyces(5.91%)等。四个氮梯度下,红松根尖外生菌根真菌的群落组成也有所变化,LN处理显著增加了棉革菌属Tomentella的丰度,蜡壳菌属Sebacina在LN、MN处理中显著下降,HN处理显著增加了粒块菌属Hydnobolites的丰度(P<0.05),其他菌属丰度在各处理间差异不显著。
(4)通过网络关系图发现,土壤外生菌根真菌群落指示属为Inocybe,根尖外生菌根真菌群落指示属为Tomentella。冗余分析发现NH4+-N、NO3--N、TN、pH是影响整个土壤外生菌根菌根真菌群落变化的主要因子,NO3--N、TN是影响整个红松根尖外生菌根菌根真菌的显著因素。氮沉降改变了土壤理化性质,从而对红松外生菌根真菌群落结构及功能产生影响。
本研究深入揭示北温带红松人工林外生菌根真菌群落组成结构对模拟氮沉降的响应策略,预期结果可丰富氮沉降对森林功能真菌影响的微生物学机理,可为陆地生态系统应对全球变化提供科学依据。