防护林建设过程中土壤微生物养分限制与有机碳组分之间的关系

来源：环境科学杂志2024年第1期北京时间：

作者：徐凤璟,黄懿梅,黄倩,申继凯

单位：西北农林科技大学资源环境学院, 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室, 农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室, 杨凌 712100,西北农林科技大学资源环境学院, 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室, 农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室, 杨凌 712100,西北农林科技大学资源环境学院, 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室, 农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室, 杨凌 712100,西北农林科技大学资源环境学院, 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室, 农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室, 杨凌 712100

摘要：微生物主要通过“体外修饰”和“体内周转”途径影响土壤颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MAOC）的累积,而不同的植物输入引起的微生物养分限制对两种土壤有机碳（SOC）组分累积的影响机制尚不清楚.因此,以陕西省米脂县的撂荒地为对照（CK）,测定人工林建设的第3、13、20和37 a的0~5、5~10和10~20 cm土层中SOC、POC和MAOC含量及用于计算养分限制的土壤胞外酶活性,探讨防护林建设过程中SOC积累的微生物养分限制机制.结果表明：①ω（SOC）、ω（POC）和ω（MAOC）分别3.14~8.35、0.44~1.87和1.99~6.72 g·kg-1；各组分有机碳含量在林地建设第3 a时均显著低于CK（P<0.05）,且随防护林建设先增加后降低：0~5 cm和5~10 cm中SOC和MAOC含量在第20 a达到最大,但总体低于CK；10~20 cm中二者在第13 a达到最大且高于CK；0~5 cm和5~10 cm中ω（POC）在第37 a达到最大,10~20 cm中在第13 a达到最大.②0~5 cm中β-葡萄糖苷酶活性在第20 a时最高,其余土层在第13 a最高,但均在第37 a降至最低；0~5 cm中亮氨酸氨基肽酶和N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性随防护林建设呈增加趋势,第37 a时显著高于CK（P<0.05）；碱性磷酸酶活性在第3 a时显著低于CK（P<0.05）,第20 a时0~5 cm和5~10 cm中其活性最高,10~20 cm中为最低.③第3 a酶化学计量比的向量角度（VA）和长度（VL）显著高于CK（P<0.05）,即防护林建设加剧了微生物C、N限制；在防护林建设过程中,N限制减弱,而C限制仅在第37 a时有所缓解.④结构方程模型显示,第3 a微生物C限制的增强,导致POC含量降低和MAOC含量增加,微生物将主要以“体内周转”积累有机碳；随着微生物N限制的缓解,通过“体内周转”形成的MAOC含量将会增加.因此,长期的防护林建设利于植物源有机碳累积,且以固氮植物造林将有助于促进稳定的SOC组分增加,提升植被固碳效率.

关键词：防护林建设,土壤有机碳（SOC）,颗粒态有机碳（POC）,矿物结合态有机碳（MAOC）,土壤胞外酶活性,养分限制,