撂荒后草地演替过程中土壤微生物代谢活动动态

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保护农田使其自然演替是防止土壤退化和恢复受干扰生态系统生态完整性的主要管理策略。这种做法被认为是直接影响植被覆盖、土壤养分有效性和潜在改善生态系统稳定性的主要关键因素。植被和土壤性质的变化可能对微生物群落组成产生重大影响，微生物群落在地下碳(C)和氮(N)动态方面具有不同的代谢功能。因此，明确微生物群落及其相关生态过程的变化对人类预测植被演替具有重要意义。次生演替对植被和土壤生物地球化学过程有重要影响，但退耕后草地演替过程中微生物代谢活动的动态及其驱动因素尚不清楚。本研究以黄土高原坡耕地为研究对象，研究了0、3、8、13、18、23和30年坡耕地土壤微生物生物量碳(Cmic)、土壤基础呼吸(BR)、微生物墒(Cmic:Corg)和代谢墒(qCO2)的变化。此外，还对植物、土壤和微生物特性进行了研究，以揭示土壤微生物代谢活动的驱动力。结果表明，在演替后期(23年和30年)，与农田相比，土壤微生物生物量碳分别显著增加了104.7%和168.0%，代谢墒分别显著减少了54.3%和70.5%。长期演替(30年)显著提高了微生物墒（51.4%）。在退耕后的草地演替过程中，除前8年下降外，土壤基础呼吸变化不大。微生物代谢活性指标的变化与凋落物生物量、土壤有机碳、速效氮和土壤真菌的变化有关。 凋落物生物量和真菌对微生物代谢活性的影响较大。本研究为研究半干旱生态系统中植物、土壤和微生物在长期次生演替过程中的代谢动态提供了新的信息，加深了我们对植物、土壤和微生物之间联系的认识。图1. 退耕后各演替年龄土壤微生物生物量C含量（A）、土壤基础呼吸(B)、微生物墒(C)和代谢墒比较(D)。
图2. 微生物生物量C含量（A）、土壤基础呼吸(B)、微生物墒(C)和代谢墒比较(D)与自然演替年龄的线性回归关系。 图3. 冗余分析显示的微生物代谢活性与环境因素的关系 图4. 次生演替过程中微生物代谢活动与不同环境成分的Pearson相关矩阵分析。 图5. 结构方程模型研究了凋落物生物量(LB)、土壤有机碳(SOC)、有效氮(AN)和真菌(F)对土壤微生物活性的多变量影响。
研究成果由中科院水土保持研究所完成，于2020年1月发表在国际知名刊物Geoderma，博士生李继伟为第一作者，邓蕾研究员为通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金项目（41730638, 41877538）中国科学院战略性先导研究计划项目(XDA23070201)、陕西省青年人才专项支持计划资助项目、陕西省“青年科技之星”创新人才提升计划资助项目(2018KJXX-088)。 

原文链接 ↓

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.114167

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