不同菌根类型林分土壤胞外酶活性及影响因素
不同菌根类型林分土壤胞外酶活性及影响因素
【摘要】： 土壤胞外酶作为微生物代谢产物,在森林生态系统土壤碳和养分循环过程中发挥着关键作用,是土壤质量的重要指标。而菌根真菌是土壤胞外酶的主要分泌者,其类型演替对于丰富森林碳循环过程理论、预测生态系统演替对全球变化的响应具有重要意义。本研究针对不同内生菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)和外生菌根(Ectomycorrhizal,ECM)树种所占比例差异,设置4种林分类型(即林分中ECM树种所占比例为<25%、25-50%、50-75%、>75%),测定碳循环相关酶[β-葡糖苷酶(BG)、β-木糖苷酶(BX)、α-纤维素酶(CBH)和过氧化物酶(PER)]、氮循环相关酶[β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、蛋白酶(Protease)和脲酶(Urease)]以及磷循环相关酶[酸性磷酸酶(AP)]的活性,探究不同土壤胞外酶(水解酶和氧化酶)沿菌根类型梯度的变化规律及影响因素。主要结果如下:1.ECM树种占优势的林分表现出更高的铵态氮(NH_4~+-N)、有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量,而AM占优势林分则表现出较高的土壤含水率(SM)、p H、硝态氮(NO_3~--N)和硝铵比。随着林分ECM树种占比的增加,SM和NO_3~--N波动下降,p H和硝铵比逐渐降低,NH_4~+-N、SOC、TN、TP含量均逐渐增加。除TN外,土壤SM、p H和养分含量均存在显著的季节性差异,但规律并不一致。2.相较于AM占优势的林分,ECM森林土壤的水解酶活性(BG、BX、CBH、NAG、LAP、AP、脲酶、蛋白酶)较高。随着林分中ECM树种占比的增加,均呈逐渐增加的趋势,而氧化酶(PER)仅在夏、秋季出现不同菌根类型林分间差异。除PER外,碳、磷循环相关的土壤酶均在夏季达到高峰,春、秋、冬季较低。而氮循环相关的土壤酶季节动态不一致。3.土壤因子、生物因子均对土壤胞外酶活性存在显著影响,但趋势不一致。BG、BX、CBH活性与SOC、TN、TP存在极显著正相关(P<0.01),与p H和硝铵比存在极显著或显著负相关(P<0.01或P<0.05)。PER仅与SM、NH_4~+-N存在极显著正相关,与其他因子相关性较弱。NAG、LAP、脲酶、蛋白酶与SOC、TN,脲酶与NH_4~+-N,AP与SOC、TN都存在显著或极显著正相关关系(P<0.01或P<0.05)。除PER外,其他土壤酶均与微生物生物量呈显著强正相关(P<0.05)。4.土壤总磷脂脂肪酸(PLFAs)生物量、细菌、真菌、放线菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)生物量均随着林分ECM树种占比增加而增加。ECM树种占优势林分G-:G+、F:B较低。土壤总PLFA生物量、细菌、真菌、放线菌、G+、G-生物量均表现为与SM、SOC、TN、TP呈极显著或显著正相关(P<0.01或P<0.05)。5.lnBG和ln(NAG+LAP)与lnAP的回归斜率显著小于1,且均随着ECM树种占比增加而线性增加(R~2=0.47;P<0.01和R~2=0.50;P<0.01),且AP远大于BG和NAG+LAP,这表明森林土壤微生物受磷(P)限制更严重。随着ECM树种占比增加,微生物受碳(C)限制逐渐减少,但差异不显著。相较于ECM占优势的林分,AM森林受P限制程度更大,且随着林分中ECM树种增加,微生物受到P限制的状况得到缓解。本研究支持资源分配理论,验证了土壤胞外酶活性随AM和ECM菌根比例变化而呈现梯度变化,证实了菌根——养分经济模型的适用性,研究结果可加强对不同菌根梯度林分土壤理化性质和酶活性的可预测性,有助于生物地球化学循环模型的补充与完善。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022
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