树种混交对亚热带人工林土壤碳氮磷周转的影响取得系列进展

发布者:ylys发布时间:2022-10-25浏览次数:25

  针叶林中种植阔叶树会影响阔叶树根际土壤微生物,然而树种混交如何影响微生物群落组成和以土壤胞外酶化学计量(EES)为表征的微生物营养限制性仍然知之甚少。本研究调查了木荷纯林及其两种混交林(分别与马尾松和湿地松混交)下木荷根际土壤中与碳(C)、氮(N)和磷(P)需求相关的微生物分类学组成及胞外酶活性。用傅里叶红外光谱测定了根际土壤有机质的质量。与针叶树混交显着提高了阔叶树根际土壤真菌ShannonACE多样性,导致了根际土壤中微生物寡营养菌的增加。混交提高了根际土壤中Chloroflexi细菌和Basidiomycota真菌的相对丰度,但降低了Proteobacteria细菌和Ascomycota真菌的相对丰度。根际土壤有机碳和溶解性有机碳浓度的下降以及芳烃/脂肪族化合物比值的增加是导致微生物群落变化的原因。CNP酶比的平均自然对数为10.921.68,酶向量角均大于45°,说明土壤微生物对P的需求较高。混交提高了根际土壤酶活性NP的自然对数,降低了向量角,且土壤EES和向量角依赖于微生物寡养菌的相对丰度。研究结果表明,树种混交显著改变了阔叶树根际土壤微生物群落组成,缓解了微生物的磷限制性。该成果以硕士生黄玉昕为第一作者,方向民青年教授为通讯作者发表在农林科学Top期刊Soil Biology and Biochemistry期刊上(Yu-Xin Huang, Zi-Jun Wu, Ying-Ying Zong, Wen-Qing Li, Fu-Sheng Chen, G. Geoff Wang, Jian-Jun Li, Xiang-Min Fang*. Mixing with coniferous tree species alleviates rhizosphere soil phosphorus limitation of broad-leaved trees in subtropical plantations. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 175: 108853.

  树种混交是一种普遍使用的土壤质量提升措施,阔叶树混交进针叶林会影响针叶树根际土壤有机碳(SOC)动态,但混交对土壤有机碳矿化的影响特征和潜在机制尚不清楚。本文对马尾松和湿地松两种针叶树纯林和混交林的根际土壤进行了50d的培养。通过高通量测序和16S rRNA基因荧光定量PCR对细菌群落进行了研究。用傅里叶变换红外光谱仪对碳官能团表征的SOC质量进行了分析。与纯林相比,混交林具有较高的根际有机碳质量,尤其是芳香族/脂肪族化合物和(芳香族+脂肪族化合物)/多糖比值较低。混交提高了针叶树种根际富营养细菌(变形杆菌和拟杆菌)的相对丰度,并导致细菌富营养型与寡营养型比率的增加。冗余度分析表明,芳香族/脂肪族化合物比例是显著影响土壤细菌群落的主要因素。混交后根际土壤有机碳矿化速率增加,并与富营养型细菌和细菌富营养型与寡营养型比率呈正相关。我们的分析表明,在针叶林中种植阔叶树增加了来自针叶树根际土壤的有机碳矿化,并提供了与SOC质量和细菌生命策略相关的潜在的SOC矿化驱动模式。该成果以硕士生李文卿为第一作者,方向民青年教授为通讯作者发表在农林科学Top期刊Forest Ecology and Management期刊上(Wen-Qing Li, Zi-Jun Wu, Ying-Ying Zong, G. Geoff Wang, Fu-Sheng Chen, Yuan-Qiu Liu, Jian-Jun Li, Xiang-Min Fang*. Tree species mixing enhances rhizosphere soil organic carbon mineralization of conifers in subtropical plantations. Forest Ecology and Management, 2022, 516, 120238. 

  虽然在针叶林中补种阔叶树已被证明可以提高林分土壤质量,但这种森林管理措施如何影响混交林中单个树种,如针叶树的土壤真菌群落尚不清楚。为此,我们选择了两个具有代表性的针叶树种(马尾松和湿地松),研究了中国亚热带地区针叶纯林和混交林(木荷混交13)中针叶树根际土壤真菌群落组成和功能。与阔叶树混交使针叶树根际土壤有机碳(SOC)和养分(全氮、全磷)增加。混交后根际土壤真菌丰度(ITS基因拷贝数)和群落多样性增加。马尾松土壤真菌丰富度和ACE丰富度指数均高于湿地松。土壤中的优势类群为子囊菌门、担子菌门、被孢霉门和球囊菌门。阔叶树混交降低了子囊菌门在针叶树根际土壤中的相对丰度,而增加了担子菌门和球囊菌门的相对丰度。混交后土壤中动物病原菌和木材腐生菌的相对丰度降低,而土壤腐生菌、外生菌根和丛枝菌根真菌的相对丰度增加,说明混交后土壤由腐生真菌向共生真菌转变,这会增加土壤养分供应,增强树木养分吸收。主坐标分析表明,混交林真菌群落聚集度较高,与纯林相分离,且真菌群落的组成和功能主要取决于土壤有机碳含量。我们的结果表明,与阔叶树混交增加了针叶树根际土壤真菌的丰度,改变了真菌群落的组成和功能,从而有助于土壤质量的改善和针叶树养分的获取,且在我国亚热带地区,马尾松比湿地松更适合营造混交林。该成果以硕士生李文卿为第一作者,方向民青年教授为通讯作者发表在农林科学Top期刊Forest Ecology and Management期刊上(Wen-Qing Li, Yu-Xin Huang, Fu-Sheng Chen, Yuan-Qiu Liu, Xiao-Fan Lin, Ying-Ying Zong, Gao-Yang Wu, Zhi-Run Yu, Xiang-Min Fang*. Mixing with broad-leaved trees shapes the rhizosphere soil fungal communities of coniferous tree species in subtropical forests. Forest Ecology and Management, 2021, 480: 118664.

  混交阔叶树是退化红壤区针叶林改造的重要措施之一,土壤养分供应和转化是评价混交效应的重要参数,但混交后针叶树根际土壤氮矿化特征及其影响因素还不清楚。选取退化红壤区马尾松(Pinus massoniana Lamb.)纯林、湿地松(Pinus elliottii Engelmann)纯林及其补植木荷(Schima superba Gardn. et Champ.)形成的马-木混交林和湿-木混交林为研究对象,采集4种林分下针叶树根际土壤,测定速效养分含量、氮矿化速率、氮水解酶活性和微生物磷脂脂肪酸(PLFA)含量,探究混交对针叶树根际土壤氮供应及微生物特性的影响,分析土壤氮矿化和微生物特性间的相关性。结果表明:混交显著增加了针叶树根际土壤铵态氮,矿质氮和有效磷含量,而对硝态氮影响不显著。根际土壤氮矿化以硝化作用为主,混交后针叶树根际土壤氨化速率降低了27.0%,硝化速率增加了55.4%,而最终净氮矿化速率增加了24.1%。两个树种间,马尾松根际土壤矿质氮含量和净氮矿化速率显著高于湿地松。针叶树根际土壤真菌、丛枝菌根真菌,总微生物生物量及真菌/细菌比在混交后显著增加,且马尾松根际土壤总微生物和真菌生物量分别比湿地松高18.9%27.0%。同时,针叶树根际土壤β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性在混交后显著增强,且根际土壤硝化速率和净氮矿化速率与微生物指标和酶活性正相关。总的来说,混交阔叶树显著提高了针叶树根际土壤氮供应,以此应对阔叶树混交后带来的养分竞争压力,而马尾松倾向于积极性的应对策略,通过增加土壤氮矿化以适应外界环境改变。该成果以硕士生邬子俊为第一作者,方向民青年教授为通讯作者发表在校A类期刊《生态学报上(邬子俊, 段晓清, 李文卿, 陈伏生, 刘苑秋, 方向民*. 混交对亚热带针叶树根际土壤氮矿化和微生物特性的影响. 生态学报, 2022, 42(20). DOI: 10.5846/stxb202110072766.

  针叶林混交阔叶树是改善土壤肥力、增强林地养分循环的重要措施,而混交效应受到针叶树种自身特性的影响,马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(P. elliottii)是亚热带区广泛种植的针叶树种,但目前2种针叶林对阔叶树混交的响应特征还不清楚。选取马尾松、湿地松纯林以及木荷(Schima superba)补植后形成的马尾松木荷和湿地松木荷混交林为研究对象,采集剖面土壤样品,测定土壤容重、有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量,计算碳氮磷储量及化学计量特征,比较不同森林类型间的异同。混交阔叶树显著增加了马尾松林0—60 cm各土层OC含量,而湿地松纯林与其混交林间OC含量无显著差异。同时,混交增加了2种针叶林土壤TN含量。马尾松林混交后0—60 cm土层C储量显著增加95.8%,而混交阔叶树对湿地松林土壤C储量无显著影响。混交木荷后马尾松和湿地松林0—60 cm土壤总N储量分别增加了15.8%28.4%,但混交对土壤P储量无显著影响。混交显著增加了马尾松林0—40 cm各土层C/N,而降低了湿地松林0—10 cm土层C/N。混交阔叶树后马尾松林0—20 cm土层C/P0—10 cm土层N/P显著增加,而混交仅增加湿地林0—10 cm土层N/P。混交阔叶树增加了针叶林土壤氮储量,但对磷储量无显著影响,同时混交改变了土壤碳氮磷生态化学计量特征。与湿地松林相比,马尾松林土壤养分含量、储量及其化学计量特征对混交的响应更敏感。该成果以硕士生徐芷君为第一作者,方向民青年教授为通讯作者发表在校A类期刊《水土保持学报上(徐芷君, 刘苑秋, 方向民*, 陈伏生, 刘晓君, 刘鹏溟, 袁新月, 吴高洋. 亚热带2种针叶林土壤碳氮磷储量及化学计量比对混交的响应. 水土保持学报, 2019, 33(1): 165-170.