近半个世纪以来,人类活动已使陆地生态系统的氮、磷负荷明显增加,由此导致生态系统诸多过程发生变化,土壤微生物是土壤生态系统物质循环重要的驱动力,氮、磷输入对土壤微生物学特性的影响是当今国际研究的热点。三江平原是我国近50年来沼泽湿地垦殖面积最大的地区,沼泽湿地生态系统与农业生产活动存在密切的内在联系,通过野外模拟氮、磷输入试验,采用15N示踪法和分子生物学方法,研究沼泽湿地土壤微生物群落、微生物呼吸和酶活性等微生物学指标变化特征,建立湿地土壤微生物指标与生态系统各因子间的相互关系,明确影响湿地土壤微生物学指标变化的关键因子,揭示外源氮、磷输入影响下湿地土壤微生物群落群落结构的变化规律,探讨湿地土壤微生物对氮、磷输入的短期和长期响应及其反馈机制,为阐明土壤微生物对湿地土壤质量变化的驱动机理。因此,开展此项研究,有助于预测湿地土壤质量变化趋势,为我国的湿地生态系统管理提供理论依据。
marshland;microbial community;microbial activity;enzyme activity;soil quantity
近半个世纪以来,人类活动增加陆地生态系统氮磷的负荷,影响生态系统的结构与功能。50年来,三江平原是我国沼泽湿地垦殖面积最大的地区,大量氮、磷进入湿地生态系统,如何影响?本项目通过野外控制与定位实验,探讨湿地土壤微生物活性的时空分布特征,研究短期和长期氮、磷输入对湿地生态系统温室气体、土壤微生物活性、土壤微生物群落和土壤酶活性等。重要结果(1)土壤微生物活性指标随土壤剖面深度的增加而降低,毛苔草湿地0-30cm土壤微生物活性明显高于小叶章湿地;土壤有机碳的含量是影响土壤微生物活性的关键因子;湿地土壤微生物活性的季节性动态均呈先增加后减少,7月达到较高水平,与土壤温度、植物的生长状况密切相关。(2)短期氮、磷输入土壤微生物活性的季节变化与对照基本一致,中量氮(N12)、磷(P2)输入处理最高;氮、磷输入明显增加地上和地下生物量,地下生物量的增长尤其明显;氮、磷输入增加土壤微生物量碳、基础呼吸;同时,氮输入降低土壤溶解有机碳。(3)短期(1a)氮、磷输入实验,氮、磷输入增加土壤总微生物和细菌生物量的含量,明显提高土壤革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌生物量;氮、磷输入对真菌生物量无明显影响;氮磷有交互作用,明显影响真菌生物量;氮、磷输入降低放线菌生物量,氮磷无交互作用;氮磷输入土壤微生物群落的结构与组成发生变化,微生物群落利用土壤碳的能力增强;短期氮、磷输入增加生态系统CO2排放通量,氮和氮磷输入增加N2O排放通量,对CH4排放通量无影响;氮、磷输入2-3a,氮和氮磷输入增加CO2排放量,而磷输入对CO2排放量无影响;各处理对N2O排放量均无影响。氮、磷输入4a时,氮输入对CO2排放量无影响,而磷输入降低CO2排放量。氮、磷输入增加土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性,对土壤磷酸酶、脲酶活性无明显影响。(4)氮输入8a,氮输入对生长季的CH4 和CO2排放量无明显影响,仅高氮N24处理增加N2O排放量;与8a不同的是,持续9a氮输入降低CH4排放通量,N24明显降低CO2排放量。磷输入6a、7a时,磷输入降低生长季的CH4 和CO2排放量,对N2O排放量无明显影响。持续9a氮、7a输入均降低土壤磷酸酶、脲酶活性,对蔗糖酶、过氧化氢酶活性无明显影响。本项目明确氮、磷输入土壤微生物活性与微生物群落的变化规律,阐明氮、磷输入短期与长期效应差异及其变化作用机制,揭示影响土壤微生物活性的关键因子,