温带针阔叶林土壤有机碳动态和微生物群落结构对有机氮添加的响应特征

摘要

森林生态系统土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)转化和碳储量动态对大气氮沉降增加的响应是具有特异性的,取决于土壤初始氮状态、施氮类型、剂量与持续时间.过去相关研究主要集中在无机氮沉降效应方面,对有机氮沉降如何影响温带针阔混交林SOC及其组分含量尚不清楚,鲜有研究关注氮素富集条件下SOC变化的微生物学机制.以长白山温带针阔混交林为研究对象,设置4个尿素添加水平(0、40、80、120 kg·hm–2·a–1,以N计,下同)的原位控制试验.施肥三年后,采集0～10 cm矿质层土壤样品,测定土壤不同形态氮含量、土壤团聚体比例和不同粒径SOC含量;利用磷脂脂肪酸(PLFA)技术测定土壤微生物不同种群相对丰度与群落结构,探讨SOC含量变化与微生物群落变化之间的相关关系.结果表明,施氮三年显著增加了土壤NO3-N-、DON和TN含量,土壤酸化明显.施氮虽然未显著增加表层土壤总SOC含量,但是显著增加活性SOC组分(颗粒态有机碳和团聚体结合态有机碳)含量,增幅介于27.5％～96.3％,导致SOC组分发生累积的大气氮沉降临界负荷为80 kg·hm–2·a–1以N计下同.SOC含量的变化(ΔSOC)与团聚体结合态有机碳、颗粒态有机碳含量的变化正相关.除好氧细菌丰度外,施氮总体上未改变微生物种群丰度,但是显著改变了微生物的群落结构,革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌(G+/G–)丰度比例增加而好氧/厌氧细菌(A/AN)丰度比例下降.有机氮富集倾向于促进温带针阔混交林土壤团聚体的形成,局域产生厌氧微环境,好氧/厌氧细菌(A/AN)丰度比例下降.活性SOC组分含量、土壤团聚体百分比和微生物PLFA丰度之间显著相关,暗示微生物群落结构与SOC积累和稳定之间关系密切.上述研究结果表明,氮素富集会改变温带针阔混交林土壤微生物群落结构,进而导致土壤碳积累.