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徐志伟:《Soil Biology and Biochemistry》中国东部南北样带土壤酶活性及其计量关系研究

發布時間:2017-10-26 09:30 點擊數:

生态化学计量学结合了生态学和化学计量学的基本原理,利用元素化学计量关系研究生态系统能量平衡和多种化学元素(通常是 C、N、O、P、S)平衡,并将生态系统的各个层次有机联系起来。研究表明,植物叶片和凋落物的C:N:P 比平均约为1212:28:1,3,000:46:1。在植物凋落物分解的过程中,由于微生物呼吸作用及养分固定作用使得N、P元素得到富集,由此所形成的土壤有机质的C:N:P比值约为186:13:1,而土壤微生物量的C:N:P比值约为在60:7:1。随后研究人员推测,水解酶酶活性作为养分获取能力的指示因子,微生物对C、N、P循环相关的酶的资源分配应该更公平(equitably distributed)。

生態系統各組分(植物、凋落物和土壤)中元素的生態化學計量關系能夠揭示養分比例的調控機制,在生態系統生産力制約因素、生物地球化學循環過程中生態學指示意義。首先,土壤酶活性的生態計量關系可以反映微生物對養分的分配能力,並可以指示微生物生長的限制元素。其次,酶活性計量關系對流域尺度及人類活動對流域養分平衡的影響具有生物學指示意義第三,土壤酶活性的計量關系,可以應用于生物地球化學平衡模型中,研究土壤微生物生長速率與土壤養分有效性之間的關系。

本研究以NSTEC森林生態系統爲研究對象(圖1),選擇9個具有不同氣候、植被類型的森林生態系統,分析與碳(BG)、氮(NAG、LAP)、磷(AP)元素循環相關的4中土壤酶活性,揭示土壤酶活性化學計量特征及其緯度變化的影響機制,闡述其生態學意義。研究希望能夠爲大尺度森林生態系統土壤C、N、P元素循環以及碳儲量緯度格局的研究提供的科學依據

研究結果表明:北方溫帶森林土壤BG和NAG酶活性高于南方熱帶及亞熱帶森林土壤,而AP酶活性則表現爲相反的變化趨勢,這一結果表明南方亞熱帶及熱帶森林生態系統物質循環過程受P元素的限制較爲嚴重;MAP、MAT、土壤pH、TN、TP及土壤元素計量比是土壤酶活性的緯度變異的主要影響因子,解釋了NSTEC土壤酶活性緯度變異的80%;土壤酶活性與生態系統其他組分一樣,不同功能的酶活性之間也存在化學計量關系,土壤酶活性的C:N:P比值約爲1:1:1(表1),並且主要受到MAP、MAT、土壤pH、及土壤C:P、N:P比的影響(圖3)。研究結果表明隨著微生物活動的進行,養分在分配將更加均衡;同時,土壤酶活性計量比與土壤及植物葉片的C:N:P比存在耦合關系。

样带.tif

图1 采样点分布图

表1 NSTEC森林土壤BG、NAG、LAP 及AP酶活性比值

 

Site

BG:(NAG+LAP)

BG:AP

(NAG+LAP):AP

ln(BG):

ln(NAG+LAP)

ln(BG):ln(AP)

ln(NAG+LAP):lnAP

HZ

1.60±0.08a

0.53±0.01c

0.33±0.01d

1.09±0.01a

0.90±0.01b

0.82±0.01c

LS

1.58±0.02a

0.62±0.04b

0.39±0.02d

1.09±0.01a

0.92±0.01ab

0.84±0.01c

CB

0.79±0.08d

0.43±0.07c

0.54±0.05c

0.96±0.02c

0.88±0.01b

0.92±0.01b

DL

1.19±0.12b

0.65±0.02b

0.55±0.06c

1.04±0.02b

0.93±0.01ab

0.90±0.01b

TY

0.48±0.04e

0.75±0.07a

1.56±0.18a

0.88±0.01d

0.95±0.01a

1.08±0.01a

SN

0.90±0.06c

0.69±0.06b

0.76±0.02b

0.98±0.01c

0.93±0.01ab

0.95±0.01b

JL

0.57±0.03d

0.08±0.01d

0.14±0.01e

0.88±0.01d

0.62±0.01c

0.71±0.01d

DH

0.70±0.01d

0.07±0.01d

0.09±0.01e

0.92±0.01d

0.61±0.01c

0.66±0.01d

JF

0.40±0.02e

0.06±0.01d

0.14±0.01e

0.80±0.02e

0.55±0.01d

0.69±0.01d

图2 土壤酶活性效率(单位质量有机质)与气候、pH及土壤元素计量比的关系

圖3土壤酶活性計量比與氣候、土壤pH、土壤及葉片元素計量比的關系

 

       論文鏈接:http://xueshu.baidu.com/s?wd=paperuri%3A%285b1279e0fea338ff692f08440c0c3e88%29&filter=sc_long_sign&tn=SE_xueshusource_2kduw22v&sc_vurl=http%3A%2F%2Fwww.sciencedirect.com%2Fscience%2Farticle%2Fpii%2FS0038071716304424&ie=utf-8&sc_us=15396996111332027233