凋落葉分解過程模擬氮沉降對(duì)土壤酶活性的影響.pdf

1、全球活性氮沉降逐年增加，將改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，已成為全球變化的研究熱點(diǎn)之一。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在全球碳、氮循環(huán)中扮演著重要的作用。凋落葉分解是森林土壤養(yǎng)分最主要的來源，也是森林土壤養(yǎng)分循環(huán)的重要過程。土壤酶是土壤生物化學(xué)過程的積極參與者，在凋落葉分解過程中最為活躍。因此，在大氣氮沉降增加的大背景下，研究凋落葉分解、土壤酶活性變化及其相互關(guān)系，能更好的理解大氣氮沉降下森林生態(tài)系統(tǒng)凋落葉分解與土壤酶的動(dòng)態(tài)，為森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循

2、環(huán)與能量流動(dòng)提供科學(xué)理論基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)森林與環(huán)境管理也具有重要的理論和實(shí)踐意義。
　　本研究選取馬尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）和荷木（Schima superba）三種南亞熱帶典型植被凋落葉及土壤為研究對(duì)象，設(shè)置無凋落葉土壤（Bare Soil，BS）、加馬尾松凋落葉土壤（Pinus massoniana litter and Soil，PS）、加杉木凋落葉土壤（C

3、unninghamia lanceolata litter and Soil，CS）及加荷木凋落葉土壤（Schima superba litter and Soil，SS）共四種處理，在恒溫（30℃）、恒濕（60％土壤最大持水量）環(huán)境下凋落葉分解過程中進(jìn)行外源施氮（NH4NO3）實(shí)驗(yàn)。模擬自然氮沉降（CK，30 kg N ha-1 a-1）、低氮（LN，60 kg N ha-1 a-1）和中氮（MN，120 kg N ha-1 a-1）

4、，分析土壤理化性質(zhì)、凋落葉分解速率及其元素含量、C-循環(huán)相關(guān)酶、N-循環(huán)相關(guān)酶、P-循環(huán)相關(guān)酶、二氧化碳通量及土壤微生物生物量的變化及其對(duì)氮沉降的響應(yīng)。試驗(yàn)歷時(shí)232天，結(jié)果表明如下：
　　1、實(shí)驗(yàn)前期（30天）氮沉降對(duì)土壤酸化具有一定的抑制作用，從4.44上升到4.65~6.80，但實(shí)驗(yàn)中后期均表現(xiàn)為氮沉降降低了土壤pH值，土壤酸化加劇。相比初始土壤，氮沉降顯著增大了土壤全氮、有效氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，但土壤全氮和有效氮含量隨

5、著時(shí)間的推移略有下降。
　　2、在整個(gè)凋落葉分解過程中，馬尾松凋落葉分解均呈先快后慢趨勢，荷木和杉木凋落葉分解則主要表現(xiàn)為先慢后快趨勢。自然氮沉降下馬尾松、杉木及荷木凋落葉分解率分別為12.57%、20.33%和19.08%；低氮水平下凋落葉分解率分別為13.14%、21.91%和23.60%；而中氮水平下凋落葉分解率分別為13.67%、19.46%和16.58%。這說明馬尾松凋落葉分解最慢，杉木凋落葉分解最快而荷木凋落葉分解率居

6、于兩者之間（中氮除外）。三種凋落葉全氮含量隨著外源氮的持續(xù)添加而增大，從而使凋落葉C:N比率減小，但不同施氮水平間凋落葉全磷含量無顯著差異。
　　3、總體而言，隨著外源氮的持續(xù)輸入，酚氧化酶活性有所增加，而β-葡糖苷酶、脲酶、天冬酰胺酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性都呈下降趨勢。脲酶活性基本上隨著氮的添加而降低，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)酶活性最??；β-葡糖苷酶和天冬酰胺酶活性變化趨勢表現(xiàn)為先下降而后趨于穩(wěn)定，β-葡糖苷酶在第60天開始趨于平緩，而天冬

7、酰胺酶活性在第154天；纖維素酶活性整體上無顯著變化；過氧化酶活性在前94天表現(xiàn)為增加，隨后逐漸降低。脲酶、天冬酰胺酶和磷酸酶活性因外源氮輸入而降低，這可能是土壤酸化或者NH4+濃度的影響。
　　4、不同施氮水平間土壤酶活性差異不明顯，但是某些特殊時(shí)間或環(huán)境條件下存在差異。如低氮和中氮水平下CS處理的β-葡糖苷酶活性均顯著小于自然氮沉降，而BS、PS和SS處理β-葡糖苷酶在施氮水平間無顯著差異。CS處理的酚氧化酶活性在試驗(yàn)中后期（

8、第94~232天）表現(xiàn)為氮沉降抑制酶活性，且低氮效果顯著。PS處理的過氧化酶活性在試驗(yàn)后期（第154~232天）表現(xiàn)為中氮顯著大于自然氮沉降。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，BS和SS處理的脲酶活性大小均為CK>LN>MN。從第94天開始，不同施氮水平間的天冬酰胺酶活性也逐漸出現(xiàn)顯著性差異，BS、PS和SS處理的酶活性大小為CK>LN≥MN，而CS處理中的酶活性與其他三種處理不同，表現(xiàn)為LN>CK。
　　5、凋落葉分解過程也能影響某些土壤酶活性。凋落

9、葉分解前期，BS處理的纖維素酶活性基本上大于其他三種處理的酶活性，但在凋落葉分解后期（154~232天），PS、CS和SS處理的纖維素酶活性超過BS處理的酶活性。不同處理間過氧化酶、脲酶和蛋白酶活性在凋落葉分解過程中存在一定的差異性，但無明顯的規(guī)律性；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)不同凋落葉處理間過氧化酶、脲酶和蛋白酶活性的顯著性差異消失。不同凋落葉處理間β-葡糖苷酶活性變化不一致，但在第232天BS處理的β-葡糖苷酶活性最小，而且在自然氮沉降下與SS處理

10、的酶活性存在顯著性差異。酚氧化酶、天冬酰胺酶及酸性磷酸酶活性隨著凋落葉分解并未表現(xiàn)出規(guī)律性變化。
　　6、土壤pH值、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量可能是影響土壤酶活性的主要因素，而這三個(gè)土壤性質(zhì)在自然氮沉降、低氮和中氮水平間的差異較小，故而無法區(qū)分土壤酶活性在三種施氮水平間的差異。土壤β-葡糖苷酶、脲酶、天冬酰胺酶和酸性磷酸酶活性與凋落葉分解率存在顯著相關(guān)性。二氧化碳通量及土壤微生物生物量均和土壤脲酶、天冬酰胺酶和酸性磷酸酶之間存在顯著相關(guān)