外源氮磷对养分限制土壤碳氮动态的影响

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氮、磷是土壤中的限制性养分元素,其有效性影响着土壤微生物组成与活性,调控着土壤有机碳矿化与养分元素的积累。土壤中碳、氮、磷的循环过程相互耦合,密切相关。碳作为土壤中重要的能源物质和反应底物,与养分元素氮、磷之间的比值能够调控有机质的分解。本研究利用13C同位素标记技术,选取湖北省当阳市半月镇的玉米地土壤(碳限制)和林地土壤(磷限制)作为研究对象,以13C-葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4作为碳、氮、磷源,设置了对照(CK)、氮(N)、磷(P)、氮+磷(NP)、葡萄糖(C)、葡萄糖+氮(CN)、葡萄糖+磷(CP)、葡萄糖+氮+磷(CNP)共8个处理。在室内培养条件下,研究在碳、磷限制的土壤中,氮、磷添加对土壤有机碳矿化、土壤中氮磷动态以及土壤微生物组成与酶活性的影响。主要研究结果如下:(1)在不同养分限制类型的土壤中,土壤有机碳矿化对外源氮输入的响应不同。与C处理相比,碳限制土壤其CN处理SOC矿化量减少7.27%,而磷限制土壤其CN处理SOC矿化量增加4.67%。(2)外源磷的输入显著促进了土壤本底有机碳矿化,与C处理相比,碳、磷限制土壤中CP处理的SOC矿化量分别增加了33.94%和10.55%。氮磷混施调节了土壤元素计量比,在一定程度上缓解了磷对土壤碳矿化的促进作用,与CP处理相比,碳、磷限制土壤中CNP处理的SOC矿化量分别减少18.93%和16.76%。(3)小分子有机物(葡萄糖)和无机氮、磷的配施有利于土壤中氮素的固定,碳、磷限制的土壤中加碳处理的净氮固定量是不加碳处理的1.55和2.73倍;土壤氮有效性越低,外源氮输入引起的土壤氮周转量越大;在磷限制的土壤中,单施磷提高了N2O排放量,表现为氮的净矿化,并且土壤速效磷与N2O排放通量、硝态氮含量显著正相关,与铵态氮含量显著负相关。(4)外源磷的输入显著提高了土壤速效磷和MBP含量,碳、磷限制的土壤加磷处理的平均速效磷含量分别是不加磷处理的1.59和3.00倍,碳、磷限制的土壤加磷处理的平均MBP含量分别是不加磷处理的2.21和2.38倍。土壤速效磷、MBP含量与土壤CO2排放通量、DOC、铵态氮、硝态氮含量具有显著的相关关系,所以微生物生物量磷和速效磷在土壤中的周转、累积与土壤碳、氮循环密切相关。(5)外源碳氮磷对土壤微生物群落PLFA含量均有不同程度的促进作用。在碳限制的土壤中,外源碳对细菌、真菌生物量以及PLFA总量的促进作用更大,并明显降低了细菌真菌比;在磷限制的土壤中,外源磷对细菌、真菌生物量以及PLFA总量的促进作用更大,并明显降低了细菌真菌比。冗余分析表明,细菌PLFA含量与DOC、MBC、MBN、NH4+-N显著正相关,真菌PLFA含量与速效磷含量显著正相关,细菌真菌比与NH4+-N显著正相关。(6)外源碳对两种土壤的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和磷酸酶(AP)活性均有不同程度的促进作用。外源氮对三种酶活性无显著影响,但土壤C/N与BG/NAG显著负相关,与NAG/AP显著正相关。外源磷的输入抑制了土壤磷酸酶活性,土壤C/P、N/P与BG/AP显著负相关。冗余分析表明,土壤速效磷、铵态氮、DOC、MBC含量是酶活性比值变异的主要影响因素。
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