氮可利用性变化对我国东北沼泽湿地土壤酶活性及活性碳库的影响研究

氮素是沼泽湿地的主要限制性养分之一。随着气候变暖以及氮沉降增加，沼泽湿地土壤氮素的可利用性将发生变化。土壤活性碳组分对氮素有效性变化敏感，氮可利用性增加可能会改变参与碳循环的土壤酶活性，进而对土壤活性有机碳库产生重大影响。然而，目前关于沼泽湿地氮可利用性变化对土壤活性有机碳库影响及其酶学机制的研究还很有限。本项目拟选取我国东北大兴安岭连续多年冻土区和三江平原季节性冻土区沼泽湿地为对象，应用野外控制试验，并结合室内模拟试验，重点开展氮可利用性增加对土壤酶活性和活性碳组分的影响研究，探讨氮素有效性增加对沼泽湿地土壤碳循环过程的影响以及土壤碳、氮耦合机理，为预测未来气候变化和氮沉降背景下沼泽湿地土壤有机碳动态，揭示湿地土壤碳蓄积功能变化提供科学依据。

氮素是沼泽湿地的主要限制性养分之一，随着气候变暖以及氮沉降的增加，沼泽湿地土壤氮素可利用性将发生改变。本项目选取我国东北连续多年冻土区和季节性冻土区沼泽湿地为研究对象，通过野外采样、室内培养和野外控制实验研究沼泽湿地土壤酶活性与土壤碳氮营养的关系，探明氮可利用性变化对沼泽湿地土壤酶活性及活性碳库的影响及其机制。结果表明：. 1）受环境因素及土壤微生物的影响，连续多年冻土区沼泽湿地土壤-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶比酶活显著低于季节性冻土区沼泽湿地，而连续多年冻土区沼泽湿地土壤溶解有机碳及总有机碳含量显著高于季节性冻土区，说明连续多年冻土区沼泽湿地土壤碳库具有较高的稳定性。2）不同植被类型下沼泽湿地土壤β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶活性与土壤总碳、全氮及溶解有机碳呈显著正相关，说明土壤酶活性与土壤碳、氮养分状况密切相关。3）不同类型冻土区氮素有效性增加均促进了湿地植物对氮的吸收和累积，降低了枯落物碳氮比，显著增加了植被地上部分β-葡萄糖苷酶和蔗糖酶活性。4）季节性冻土区湿地枯落物分解快于连续多年冻土区枯落物分解，氮素有效性增加通过提高季节性冻土区枯落物分解过程中β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、脲酶、多酚氧化酶活性促进其分解，但是对连续多年冻土区植被枯落物分解没有显著影响。5）氮素有效性增加降低了连续多年冻土区和季节性冻土区土壤溶解有机碳库，一方面氮可利用性升高促进了微生物对溶解有机碳的消耗利用，另一方面增强了土壤对溶解有机碳的吸附作用。6）不同冻土区沼泽湿地土壤酶活性对氮营养环境变化对响应不同：氮素有效性增加抑制了连续多年冻土区沼泽湿地土壤蔗糖酶、脲酶活性，而氮素有效性的增加提高了季节性冻土区沼泽湿地土壤蔗糖酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶活性。与不同冻土区沼泽湿地土壤微生物量碳对氮素有效性增加的响应趋势一致，说明氮素有效性增加对酶活性的影响与土壤微生物活性密切相关。7）氮素有效性增加改变了沼泽湿地表层土壤微生物群落结构，提高了表层土壤总PLFA含量、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、总细菌和真菌PLFA含量，改变了土壤微生物数量和种类，进而影响微生物群落功能，提高对土壤有机碳的分解能力，将降低土壤碳库稳定性。