亞高山森林恢復土壤微生物及酶活性研究獲進展

2020-12-15 騰訊網

自20世紀50年代以來，為了滿足對木材、燃料和其他林產品的需求，西南亞高山區原生森林大面積被砍伐，隨後在採伐的跡地上進行人工造林恢復，如今這些人工林大都已經成林，然而，這些單一種植的人工林由於種植密度高，喬木層結構單一導致林下植被缺乏等問題，正引起土壤生態功能退化。同時，在一些地段也存在自然演替恢復的次生林，與人工林相比，自然恢復次生林具有不同的林地結構、物種豐富度、根系密度和生物量等，但人們並不清楚這些差異如何影響土壤微生物群落結構和功能。因此，探究在不同空間（細根根際、粗根根際、土壤及團聚體組分中）和時間（20年，30年，40年和70年）的尺度上，人工林與自然恢復次生林如何影響土壤微生物群落和功能，有助於深入理解亞高山森林生態系統生態功能提升的機制。

中國科學院成都生物研究所地表過程與生態系統管理項目組研究員龐學勇團隊以青藏高原東部地區人工林和自然演替系列次生林為對象，分別測定4個林齡（20年，30年，40年和70年）的人工雲杉林和次生樺木林土壤團聚體組分內微生物群落及酶活性，結果表明土壤微生物量的變化與土壤有機碳（SOC）、全氮（TN）和pH有關。不同恢復方式之間，SOC、TN、pH和C:N比值的差異，以及土壤團聚體大小和樹齡共同影響著土壤微生物群落組成。土壤團聚體大小和林齡對土壤酶活性也存在影響。SOC和TN是土壤物理組分中影響酶活的主要因子，碳質量指數（CQI）是土壤微生物對恢復方式和林齡影響的重要指數。恢復方式對土壤微生物和酶活性的影響因微生物群落和林齡而異。在脆弱的亞高山森林生態系統中，土壤微生物生物量、群落結構和酶活性變化為自然恢復與人工恢復後生態功能提升機制的理解提供了證據。該成果以Soil microbial community and enzymatic activity in soil particle-size fractions of spruce plantation and secondary birch forest為題發表於European Journal of Soil Biology。

為了評估不同種類人工林如何影響細根根際、粗根根際和非根際土壤微生物群落和功能，研究人員選取油松和連香樹人工林，以自然灌叢為對照進行研究。研究發現，在油松和連香樹人工林的細根根際土壤中真菌和革蘭氏陽性菌磷脂脂肪酸含量比灌叢對照土壤低，而油松人工林的酸性磷酸酶和脫氫酶活性顯著低於灌叢林，蔗糖酶活性高於灌叢林。灌叢和連香樹人工林細根根際土壤微生物群落(總量、真菌和叢枝菌根真菌PLFAs)和酶活性(脲酶、酸性磷酸酶、轉化酶、糖苷酶和脫氫酶)顯著高於粗根根際和非根際土壤。綜合分析表明，植被類型對SOC和TN的顯著影響是決定土壤微生物群落結構和酶活性差異的主要因素；植被和根系類型差異對根際效應的影響程度不同，其主要原因是植被、根系碳、氮含量以及菌根的差異。該成果以Effects of vegetation type, fine and coarse roots on soil microbial communities and enzyme activities in eastern Tibetan plateau為題發表於Catena。

以上工作得到了國家自然科學基金、國家重點研究開發計劃、四川省科技廳重大專項等項目的支持。

圖1.土壤微生物群落在恢復途徑、團聚體組分和恢復階段的主坐標典範分析

圖2.不同植被類型下細根、粗根和非根際土壤微生物群落結構進行了非度量多維尺度分析(a)和判別函數分析(b)分析

來源：中國科學院成都生物研究所

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