短期增温和降水减少对沙质草地土壤微生物量碳氮和酶活性的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00135

摘要/Abstract

摘要：

通过模拟气候变化，探究短期增温和降水减少对沙质草地土壤微生物量碳氮及酶活性的影响，揭示沙质草地土壤微生物量碳氮和酶活性对短期气候变化的响应规律。结果表明：（1）短期增温和降水减少对土壤微生物量碳氮和酶活性均产生显著影响。（2）在自然温度下，与自然降水相比，降水减少40%时土壤微生物量碳（MBC）和微生物氮（MBN）含量最高，增幅分别为87.9%和98.8%；降水减少60%时土壤碱性蛋白酶（S-ALPT）活性最低，降幅达32.8%。（3）在增温条件下，与自然降水相比，降水减少40%时土壤MBC和MBN含量最低，降幅分别为25.67%和48.16%，土壤脲酶（S-UE）活性最高，增幅20.42%。（4）土壤pH与3种土壤酶活性正相关，与土壤微生物量碳氮负相关。土壤微生物量碳氮与土壤纤维素酶（S-CL）活性负相关，与S-UE、S-ALPT活性正相关。

关键词: 增温, 降水减少, 沙质草地, 土壤微生物量碳氮, 土壤酶活性

Abstract:

In this study， we simulated climate change to explore the effects of short-term warming and precipitation reduction on soil microbial biomass carbon， nitrogen and enzyme activities in sandy grassland plant communities， and further revealed the response rules of soil microbial biomass carbon， nitrogen and enzyme activities in sandy grassland to short-term climate change. The results showed that：（1） Short-term warming and precipitation reduction had significant effects on soil microbial biomass carbon， nitrogen and enzyme activities. （2） Under natural temperature， soil MBC and MBN contents in precipitation decreased by 40% increased by 87.9% and 98.8%， respectively. S-ALPT activity was the lowest in precipitation decreased by 60%， which decreased by 32.8%. （3） Under the warming condition， soil MBC and MBN contents were the lowest when precipitation decreased by 40%， with a decrease of 25.67% and 48.16%， respectively. S-UE content was the highest， and the increase range was 20.42%. （4） Soil pH was positively correlated with the activities of three soil enzymes， negatively correlated with soil microbial biomass carbon and nitrogen. Soil microbial biomass carbon and nitrogen were negatively correlated with S-CL， and positively correlated with S-UE and S-ALPT.

Key words: warming, precipitation reduction, sandy grassland, microbial biomass carbon and nitrogen, soil enzyme activity

中图分类号:

Q938.1

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图/表 7

图1 模拟气候变化装置

Fig.1 The experimental apparatus to simulate climate change

表1 短期增温和降水减少对沙质草地土壤理化性质的影响

Table 1 Effects of short-term warming and precipitation reduction on soil physical and chemical properties in sandy grassland

处理	土层 /cm	土壤机械组成/%						pH
处理	土层 /cm	2—1 mm	1—0.5 mm	0.5—0.25 mm	0.25—0.1 mm	0.1—0.05 mm	<0.05 mm	pH
T₀×W₀	0—10	0.21 ±0.14	0.34±0.11	28.47±1.22	55.68±2.85	10.14±1.69^a	4.78±1.38^a	8.04±0.25^a
T₀×W₀	10—20	0.19±0.04^a	0.36±0.07^a	28.44±1.16^a	55.92±3.58	10.32±2.90	4.50±1.06^a	7.78±0.22
T₀×W₂₀	0—10	0.21 ±0.06	0.38±0.92	27.30±0.91	56.58±0.93	12.31±1.39^b	3.26±0.87^b	7.74±0.27^b
T₀×W₂₀	10—20	0.06±0.01^b	0.25±0.05^bc	26.86±0.63^b	57.59±2.33	12.09±2.19	3.15±0.61^b	8.06±0.44
T₀×W₄₀	0—10	0.19±0.03	0.37±0.11	27.29±1.49	57.28±1.68	10.51±1.00^ac	4.25±0.65^abc	7.84±0.15^ab
T₀×W₄₀	10—20	0.07±0.03^b	0.31±0.07^ac	27.68±0.75^abc	57.53±1.67	11.21±0.73	3.33±0.39^b	8.13±0.34
T₀×W₆₀	0—10	0.20±0.05	0.42±0.10	27.83±1.63	56.21±1.25	10.58±1.11^abc	4.85±1.02^ac	7.69±0.11^bc
T₀×W₆₀	10—20	0.05±0.02^b	0.31±0.09^ac	28.61±1.47^ac	56.29±1.82	10.07±1.45	4.95±0.76^a	8.08±0.25
T×W₀	0—10	0.23±0.04^a	0.40±0.08^a	28.77±2.14^a	54.60±2.25	11.26±0.30^a	4.38±0.29^a	7.90±0.19
T×W₀	10—20	0.66±0.03	0.29±0.07	29.06±1.45^a	55.77±1.59	10.77±0.90	3.92±0.14^a	8.21±0.29
T×W₂₀	0—10	0.39±0.08^ac	0.33±0.09^ac	26.83±3.21^ac	54.69±2.43	13.20±1.07^ac	4.21±1.13^a	7.95±0.26
T×W₂₀	10—20	0.18±0.05	0.32±0.08	26.61±2.44^ac	56.15±1.48	12.78±1.99	3.78±0.71^a	8.19±0.33
T×W₄₀	0—10	0.47±0.24^bc	0.25±0.51^bc	24.50±0.38^bc	54.55±4.09	11.80±2.27^ac	8.28±2.06^b	7.98±0.36
T×W₄₀	10—20	0.12±0.07	0.30±0.06	26.63±1.55^ac	54.78±2.86	12.65±2.54	5.12±0.64^b	8.20±0.32
T×W₆₀	0—10	0.34±0.06^abc	0.31±0.04^abc	26.59±1.77^abc	54.52±2.06	14.11±3.08^bc	3.94±0.51^a	8.01±0.30
T×W₆₀	10—20	0.17±0.04	0.25±0.03	26.46±1.91^bc	56.38±1.16	13.12±2.09	3.28±0.31^a	8.16±0.40

表2 短期增温和降水减少对沙质草地土壤微生物生物量碳MBC、微生物生物量氮MBN和MBC/MBN的影响

Table 2 The effects of short-term warming and precipitation reduction on soil MBC， MBN and MBC/MBN in sandy grassland

处理	df	MBC/(mg·kg^-1)		MBN/(mg·kg^-1)		MBC/MBN
处理	df	F	P	F	P	F	P
T	1	9.040	0.008	5.033	0.039	16.713	0.001
W	3	1.597	0.229	6.398	0.005	4.576	0.017
T×W	3	13.521	<0.001	14.336	<0.001	0.627	0.068

图2 短期增温和降水减少对沙质草地土壤微生物量碳氮的影响（T0表示自然温度；T表示增温；W0、W20、W40、W60分别表示降水减少0、20%、40%、60%。不同大写字母表示相同降水减少条件下增温处理之间的差异显著，小写字母表示相同温度条件下降水减少处理之间的差异显著，P<0.05；*，处理效应显著，P<0.05；**，处理效应极显著，P<0.01；ns，处理效应不显著）

Fig.2 Effects of short-term warming and precipitation reduction on soil MBC， MBN and MBC/MBN in sandy grassland （T0， natural temperature； T， warming； W0， W20， W40 and W60， precipitation decreased by 0， 20%， 40% and 60%， Different capital letters indicate a significant difference between temperature treatments at the same precipitation conditions， and small letters show a significant differencebetween precipitation reduction treatments at the same temperature conditions， P<0.05）

表3 短期增温和降水减少对沙质草地土壤脲酶S-UE、纤维素酶S-CL和碱性蛋白酶S-ALPT的影响

Table 3 The effects of short-term warming and precipitation reduction on S-UE， S-CL and S-ALPT in sandy grassland

处理	df	S-UE/(U·g^-1)		S-CL/(U·g^-1)		S-ALPT/(U·g^-1)
处理	df	F	P	F	P	F	P
T	1	13.981	0.001	7.539	0.001	8.205	0.007
W	3	9.972	<0.001	0.701	0.558	13.309	<0.001
T×W	3	1.962	0.139	1.231	0.315	16.432	<0.001

图3 短期增温和降水减少对沙质草地土壤酶活性的影响（T0表示自然温度；T表示增温；W0、W20、W40、W60分别表示降水减少0、20%、40%、60%。不同大写字母表示相同降水减少条件下增温处理之间的差异显著，小写字母表示相同温度条件下降水减少处理之间的差异显著，P<0.05；*，处理效应显著，P<0.05；**，处理效应极显著，P<0.01；ns，处理效应不显著）

Fig.3 Effects of short-term warming and precipitation reduction on soil enzyme activities in sandy grassland （T0， natural temperature； T， warming； W0， W20， W40 and W60， precipitation decreased by 0， 20%， 40% and 60%， Different capital letters indicate a significant difference between temperature treatments at the same precipitation conditions， and small letters show a significant differencebetween precipitation reduction treatments at the same temperature conditions， P<0.05）

表4 土壤微生物生物量和酶活性之间的相关系数

Table 4 Correlation coefficients between soil microbial biomass and soil enzyme activity

项目	pH	MBC	MBN	S-UE	S-CL	S-ALPT
MBC	-0.436^*
MBN	-0.194	0.155
S-UE	0.252	0.099	0.146
S-CL	0.226	-0.067	-0.066	-0.098
S-ALPT	0.143	0.065	0.383^*	0.182	-0.230
MBC/MBN	-0.174	0.414^*	-0.522^**	-0.344	-0.003	-0.194

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