【摘 要】
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植物根际过程与调控机理研究已成为当前土壤学最活跃、最敏感的研究领域。根系分泌物作为根系-土壤-微生物界面物质能量交换和信息传递的重要媒介物质,如何驱动土壤中物质循环和微生物群落变化的生物和非生物过程,目前还不是十分清楚。本研究选择了根系分泌物中含量最多的葡萄糖为实验材料,以黄土高原典型的油松生态系统为研究对象,通过野外在PVC管内进行模拟添加实验,设置了4个水平葡萄糖浓度(CK、C1、C2、C3分
【基金项目】
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国家自然科学基金资助面上项目（No.42077456）:土壤有效氮通过影响油松根际沉积物和微生物改变根际有机碳分解的机制； 国家自然科学基金资助面上项目（No.41671513）:土壤有效N影响油松非结构性碳水化合物分配的机制；
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植物根际过程与调控机理研究已成为当前土壤学最活跃、最敏感的研究领域。根系分泌物作为根系-土壤-微生物界面物质能量交换和信息传递的重要媒介物质,如何驱动土壤中物质循环和微生物群落变化的生物和非生物过程,目前还不是十分清楚。本研究选择了根系分泌物中含量最多的葡萄糖为实验材料,以黄土高原典型的油松生态系统为研究对象,通过野外在PVC管内进行模拟添加实验,设置了4个水平葡萄糖浓度(CK、C1、C2、C3分别为0,0.05,0.5,2g G·kg-1干土),研究了不同浓度葡萄糖添加量对油松土壤养分、土壤酶活性及其化学计量、土壤碳氮周转和土壤微生物群落结构特征的影响,主要结果如下:（1）葡萄糖添加对土壤化学性质和碳氮养分含量的影响。葡萄糖添加显著改变了土壤全磷（TP）、水溶性磷（WSOP）、pH、水溶性氮（WSON）、铵态氮（NH4+-N）、土壤有机碳（SOC）、硝态氮（NO3--N）、C/P、N/P不同碳氮组分含量,但对土壤全氮（TN）、水溶性碳（WSOC）、速效磷（SAP）、C/N等无显著影响。具体地讲,随葡萄糖添加量增加,TP、WSOP和pH分别在0.42～0.5g·kg-1、143.48～189.82 g·kg-1、8.18～8.57 g·kg-1范围内一直增加,在C3处理下达到最高;WSON和NH4+-N分别在4.46～11.7mg·kg-1、11.65～40.74 mg·kg-1范围内一直减小;SOC、NO3--N、C/P、N/P分别在6.53～7.36 g kg-1范围内,先增加后减小分别在C1或C2处理下达到最大值;对TN、WSOC、SAP、C/N的影响不显著。（2）葡萄糖添加对土壤C、N转化的影响葡萄糖添加显著提高了CO2的释放速率和释放量,21天培养实验结果显示,不同葡萄糖添加量对CO2释放速率并不是线性的,而是波动的;CO2平均释放速率随葡萄糖添加量增加而显著增加,三个添加水平分别增加了7.8%,22.8%,114.3%;葡萄糖添加对土壤净氮转化和N2O的释放速率的影响具有阈值效应,随葡萄糖添加量增加,四个处理下土壤氮净矿化速率分别为0.11、0.32、0.40和0.07(mg C kg-1 soil d-1),净氨化速率分别为-0.29、-0.38、-0.24和-0.04(mg C kg-1 soil d-1)净氨化速率分别为0.32、0.70、0.53和0.04(mg C kg-1 soil d-1)。可见,在前3个葡萄糖处理表现对上述3个指标表现为促进作用,在高葡萄糖处理下表现为抑制作用,净氮转化由升高变为降低,N2O释放速率也会下降。（3）葡萄糖添加对土壤酶及化学计量的影响葡萄糖添加显著影响了土壤微生物量。随葡萄糖添加量增加,微生物量碳（MBC）、MBC/MBN、MBC/MBP分别在196.37～334.54,22.42～38.18,4.41～8.81(mg·kg-1)范围内一直增加,微生物量氮（MBN）在8.88～11.47mg·kg-1范围内先增加后减小,微生物量磷（MBP）、MBN/MBP在39.15～45.78mg·kg-1,0.21～0.26范围内为波动趋势;葡萄糖添加显著影响了土壤酶活性,随葡萄糖添加量增加β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）、N-乙酰-葡萄糖胺酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和碱性磷酸酶（AP）分别在27.84～58.34,4.42～7.44,71.12～106.82,152.59～392.64(nmol·g-1·h-1)范围内先增加后减小,低浓度碳添加促进了酶活性,高浓度添加下反而抑制酶活性。通过微生物养分利用效率和元素比率阈值分析可知碳添加对油松林土壤微生物群落受到N限制,并且碳添加加剧了土壤P限制。此外,碳添加升高了土壤pH值,显著影响土壤微生物群落和酶计量。（4）葡萄糖添加对微生物群落的影响随葡萄糖浓度增加,土壤细菌群落Chao1指数和Shannon指数分别在3019～5163和8.64～10.94范围内先增加后减小,对真菌群落Chao1指数和Shannon指数均无显著影响,通过PCoA分析和物种堆叠图可知,细菌纲相对丰度较高的为:α-变形纲和拟杆菌纲,真菌纲相对丰度较高的是:粪壳菌纲和座囊菌纲。Lefts分析表明细菌群落对葡萄糖添加比真菌群落更加敏感。土壤养分和生物因子对细菌群落的影响解释率分别为30.69%和27.18%;对真菌群落的影响解释率分别为30.06%和26.01%。葡萄糖浓度添加后对R-策略微生物的细菌属产生显著影响,对K-策略微生物的真菌属影响不明显,表明葡萄糖添加对真菌群落整体物种组成扰动较小,对细菌群落整体组成产生了显著影响。总之,本研究表明,油松通过调整根系分泌物中葡萄糖的分泌,不仅能够重塑微生物的组成和结构,而且能够影响土壤中养分转化、碳氮转化和酶活性及化学计量变化等过程。
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