【论文】两个高寒生态系统全土壤剖面的土壤理化属性、微生物生物量和酶活性的季节变化

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本文字数：1130字

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研究背景

土壤中广泛分布着微生物胞外酶，土壤微生物的生物量和酶活性可以控制土壤有机碳的分解速率，进而影响土壤碳库的大小。季节变化会影响很多生物和非生物因素，包括植物碳输入、土壤温度和水分、pH和养分可利用性、微生物生物量和群落结构等。然而，青藏高原高寒生态系统全剖面的土壤理化和微生物属性的季节变化的研究相对较少。

材料与方法

本研究于2017年生长季早期(5月初)、中期(8月初)、晚期(9月末)，在青藏高原两个代表性的高寒生态系统(草甸和灌丛)的不同土壤深度(0-100 cm,6层)进行土壤样品的采集。对植物地下生物量、土壤属性、微生物生物量和酶活性等指标进行了测定。

结果&讨论

结果表明，土壤理化属性随土壤深度和取样时间变化显著(图1和图2)。大部分土壤理化属性随着土壤深度的增加而降低，但是随取样时间的变化却不一致(图1)。

图1 土壤属性随土壤深度和取样时间的变化

图2 土壤理化属性(a-b)、根系和微生物生物量(c-d)、土壤酶活性(e-f)的主成分分析

我们还发现，植物根系生物量和土壤微生物生物量碳氮也会随着土壤深度的增加而降低，但是会随着生长季的延后而增加(图2和图3)。然而，土壤胞外酶的活性和它们的矢量特征会随着土壤深度的增加而发生变化，但是不会随着生长季的变化而显著变化(图3和图4)。

图3 根系和微生物生物量随土壤深度和取样时间的变化

图4 土壤酶活性及其矢量属性随土壤深度和取样时间的变化

总体来看，在不同土壤深度和不同季节中，土壤理化属性和微生物生物量以及酶活性之间存在较紧密的相关性(图5)。

图5 土壤理化属性、根系和微生物生物量、土壤酶活性的相关分析

小结

总体而言，我们的结果表明，土壤理化属性、微生物生物量和胞外酶活性大多随着土壤深度的增加而下降。在这两个高寒生态系统中，土壤剖面上的理化属性和微生物生物量在生长季不同阶段之间的变化比胞外酶活性的变化更大。未来需要进一步研究不同深度的土壤微生物群落组成和功能在生长季不同阶段之间的变化，这可以提高我们对气候变化下高寒生态系统全剖面土壤有机碳动态的预测。

该研究于2021年5月13日以“Seasonal changes in soil properties, microbial biomass and enzyme activities across the soil profile in two alpine ecosystems”为题在线发表于Soil Ecology Letters期刊上。北京大学地下生态学研究组直博生陈迎为论文第一作者，朱彪研究员为论文通讯作者，韩孟光、袁霞、曹广民(中科院西北高原生物研究所)为合作作者并有重要贡献。本研究受到国家自然科学基金(31971528和31988102)的资助。感谢青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站的各位老师和工作人员对本研究的支持和帮助。

作者简介

陈迎，北京大学城市与环境学院生态学专业2017级直博生，导师为朱彪研究员，主要研究方向是增温对高寒草地生态系统碳动态的影响。目前以第一作者身份在Geoderma、Plant and Soil、Soil Ecology Letters等期刊上发表研究成果，并以共同作者身份在Geoderma、Plant and Soil、Catena、植物生态学报等期刊上发表研究论文。

编辑 丨 干大勇

审核 丨 朱彪

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