尽管近年来中国氮(N)沉降水平逐渐趋于稳定,但中国东南地区N沉降相比于其他地区仍处于较高水平。N沉降对陆地生态系统碳循环过程的影响不容忽视。微生物碳利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳转化为生物量碳的效率,高微生物CUE意味着高土壤有机碳存储潜力。因此,探究N沉降背景下微生物CUE的变化将有助于进一步认识陆地生态系统土壤碳存储的变化。然而,目前关于N沉降下微生物群落结构的变化如何影响微生物CUE鲜有报道。在福建省泉州市戴云山国家级自然保护区的罗浮栲林通过N添加模拟N沉降。实验共包括三个N添加处理:对照(CT,+0 kg hm^(-2)a^(-1))、低氮(LN,+40 kg hm^(-2)a^(-1))和高氮(HN,+80 kg hm^(-2)a^(-1))。测定不同处理土壤基本理化性质、微生物生物量、酶活性和CUE,并使用高通量测序对微生物群落结构和多样性进行测定。结果表明,N添加显著影响微生物CUE,随着N添加水平的增加,CUE逐渐增加;相反,土壤pH、可提取有机碳(EOC)和微生物生物量碳(MBC)均呈现下降趋势。N添加对土壤微生物群落α多样性总体上无显著影响。非度量多维度尺度(NMDS)分析表明,N添加显著改变了微生物的群落结构。尤其对于真菌而言,不同N添加处理的真菌群落明显分开为三簇。微生物CUE分别与土壤pH、EOC和真菌NMDS1呈显著的负相关关系,与矿质氮含量呈现显著正相关关系。随机森林分析表明,N添加下影响微生物CUE的类群主要是富营养菌(如变形菌门和子囊菌门)。研究表明N添加下,微生物CUE不仅受土壤养分有效性和pH的调控,同时还受土壤微生物群落结构的影响。未来进一步探究N添加下土壤微生物关键类群的变化可能有助于揭示森林生态系统碳存储过程。
生物固氮是陆地生态系统氮素的重要来源,但不同森林生态系统土壤微生物固氮速率对氮沉降的响应仍不明确。本研究在亚热带黄山松林和罗浮栲林开展野外氮添加模拟大气氮沉降试验。以尿素为氮源,设置了3个氮添加水平:0(对照)、40(低氮)和80 kg N·hm^(-2)·a^(-1)(高氮)。测定了表层(0~10 cm)土壤化学性质、微生物生物量碳、酶活性和nifH基因拷贝数,并利用^(15)N标记法测定土壤微生物固氮速率。结果表明:与对照相比,氮添加显著降低了黄山松林和罗浮栲林土壤微生物固氮速率,降幅分别为29%~33%和10%~18%。氮添加显著降低了两种林分土壤微生物氮获取酶(β-1,4-N-乙酰氨基转移酶)活性和nifH基因拷贝数。黄山松林土壤微生物固氮速率与可溶性有机碳含量存在显著正相关关系,而罗浮栲林土壤微生物固氮速率与铵态氮含量存在显著负相关关系。总之,黄山松林土壤微生物固氮功能对氮添加的响应比罗浮栲林更敏感,且影响土壤微生物固氮速率的因素在两种林分中存在差异。本研究可为氮沉降对森林生态系统生物固氮的影响提供见解,并为森林经营管理提供理论依据。
氮是草地生态系统生产力的主要限制性养分,可通过改变土壤性质间接作用于微生物群落结构,特别是细菌群落。本研究在青藏高原东北部的海北高寒草甸开展野外氮添加试验,以尿素为氮源,设置了5个氮添加水平:N0(对照,无氮添加)、N_(50)(50 kg N·hm^(-2)·a^(-1))、N_(100)(100 kg N·hm^(-2)·a^(-1))、N_(150)(150 kg N·hm^(-2)·a^(-1))和N200(200 kg N·hm^(-2)·a^(-1))。在试验的第3年采集表层土壤样品,测定其理化性质、稳定同位素δ^(15)N和微生物生物量,计算微生物化学计量不平衡性,并通过16S rRNA高通量测序分析细菌群落特征(组成、多样性和群落构建)沿氮添加水平的变化。通过相关性分析、非度量多维尺度分析以及基于系统发育的二元零模型分析,探究土壤细菌群落变化的驱动机制和群落构建过程。结果表明:1)氮添加显著影响草甸土壤细菌的群落组成,但是土壤细菌α多样性没有显著变化;2)与对照相比,氮添加使土壤无机氮含量显著增加了85.7%,碳∶氮化学计量不平衡性降低了40.6%,且其与细菌群落组成和优势菌门(拟杆菌门)的相对丰度显著相关,表明细菌类群受土壤有效氮及其引起的化学计量不平衡的显著影响;3)所有处理中细菌群落构建的随机性过程(54.7%~56.8%)均占据优势地位,但是氮添加对细菌群落构建过程无明显影响。综上,土壤有效氮及其引起的化学计量不平衡是调控氮添加下细菌类群相对丰度的主要因素,本研究为预测未来环境变化背景下高寒草地土壤微生物群落的变化提供了科学依据。
