量化植物地上部和地下部元素含量对于理解和预测植物养分平衡如何响应大气氮沉降的变化至关重要。通过盆栽试验研究了氮沉降增加背景下外生菌根真菌对马尾松幼苗营养元素的影响。对马尾松幼苗进行了接种两种外生菌根真菌:(彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,Pt)与厚环乳牛肝菌(Suillus grevillei,Sg))以及4种氮素浓度添加:0 kg N hm^(-2)a^(-1)(N0)、正常氮沉降30 kg N hm^(-2)a^(-1)(N30)、中度氮沉降60 kg N hm^(-2)a^(-1)(N60)、重度氮沉降90 kg N hm^(-2)a^(-1)(N90),共12个处理,测定了马尾松地上部和地下部大量元素和微量元素的含量。结果表明:施氮改变了营养元素在马尾松幼苗地上部和地下部的含量,马尾松幼苗磷(P)、钙(Ca)、铁(Fe)、锰(Mn)等元素均在N60时达到临界值,而当输入的量超过了马尾松对氮的需求时,氮沉降会使马尾松营养元素含量较最适浓度时降低,地上部碳(C)随施氮浓度的升高先升高后降低,N随施氮浓度的升高而升高,根系和叶片钾(K)、Ca、镁(Mg)均随施氮浓度的升高而降低,施氮也降低了根系C及微量元素的含量。但在同一施氮浓度下,接种外生菌根真菌(EMF)后能够提高大多数元素的含量,N90时接种厚环乳牛肝菌(Sg)和彩色豆马勃(Pt)的叶片N含量与对照相比分别提高112.6%和138.6%,根系N含量分别提高73.1%、71.6%;N60时接种Sg和Pt的植株叶片P含量比不施氮未接种对照分别提高了166.3%、132.9%,根系P含量分别提高了40.8%、38.5%。EMF能够维持植物养分平衡,从而降低高施氮量对植物的影响效果。这为未来气候变化情景中氮沉降增加下接种EMF可以调节植物元素含量,从而达到更适应环境的元素平衡来促进生长提供理论依据。
土壤氮库是生态系统氮素重要的源和汇。以三峡库区马尾松(Pinus massoniana)人工林为研究对象,从团聚体视角出发分析土壤养分和酶活性对氮添加的响应规律,以及相应的变化对氮矿化的影响,为预测该地区在大气氮沉降持续增加的背景下土壤氮动态提供参考。设置4种量的氮添加处理(N0:0 kg N hm^(-2)a^(-1);N30:30 kg N hm^(-2)a^(-1);N60:60 kg N hm^(-2)a^(-1);N_(90):_(90) kg N hm^(-2)a^(-1)),将土壤按粒径分为>2000μm(大团聚体)、250—2000μm(小团聚体)和<250μm(微团聚体)3个组分的团聚体,观察团聚体氮矿化特征。结果表明:(1)与对照相比,N30和N60处理提高了有机质(SOM)含量,但土壤SOM和全氮(TN)含量在N_(90)下开始出现下降;氮添加降低了土壤速效磷(aP)含量,在小团聚体中表现最为显著。除微团聚体中的POD和NAG以外,其余3种酶的活性均在N30和N60处理之下被提高。(2)土壤平均净硝化速率整体高于土壤平均净氨化速率;大团聚体和小团聚体中净氨化速率在氮添加处理后显著降低,大团聚体净硝化速率低于其他两个粒径;土壤净氮转化速率在N_(90)处理下最高。(3)土壤养分和无机氮含量与土壤酸性磷酸酶(AP)、N-乙酰-β-D-葡糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(POD)、硝酸还原酶(NR)和脲酶(UE)的活性呈显著相关,酶活性变化是多因子综合作用的结果;RDA分析显示,UE与土壤净氨化速率存在显著正相关,NAG和POD是与净氮转化速率分别存在显著正相关和显著负相关的关键土壤酶。综上所述,硝化作用是土壤净氮转化的主要贡献者,微团聚体在土壤氮矿化中发挥主要作用,NAG和POD是改变土壤净氮转化的主要生物酶。此外,氮添加会引起土壤氮素的流失,引起土壤的磷限制,并对土壤养分循环产生显著影响。
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