闊葉紅松林土壤微生物量及優勢樹種根際效應對增氮和減水的響應

摘要：[目的]氣候變化下氨沉降增加和降水減少顯著影響森林生態系統的結構和功能。根際是植物、土壤和微生物相互作用的核心區域，然而關于增氨和減水對根際微生物影響的研究仍較為匱乏。本研究旨在探討土壤微生物量及優勢樹種根際效應對增氮和減水的響應，以預測闊葉紅松林在氣候變化下的適應策略及養分循環機制。[方法]設置增氮（50 kg·hm-2·a-1）、減水（300h穿透雨）及其交互處理，進行野外模擬氨沉降和控水試驗。使用“抖根法”采集紅松（Pinus koraiensis Siebold＆Zuce）和紫椴（Trka amurensis Rupr）的根際與非根際土壤樣品。[結果]（1）增氮和氮加永處理顯著降低了土壤pH值，同時增加了土壤銨態氮、硝態氮和總氮含量。（2）增氮處理降低了紫椴根際與非根際土壤微生物量碳、微生物量氮和非根際土壤微生物量磷，降低了紅松根際土壤微生物量氮和微生物量磷。減水和氮加水處理則增加了紅松和紫椴根際土壤微生物量磷。（3）兩個樹種的根際土壤養分含量和微生物量均高于非根際，表現出正根際效應；且在增氮和氮加水處理下，紅松的土壤總碳、總氮和微生物量的根際效應高于紫椴。（4）根際土壤微生物量主要受硝態氮和土壤含水率的影響，而非根際土壤微生物量南銨態氨、硝態氮和總氮驅動。[結論]本研究揭示了根際與非根際土壤微生物量對氮添加和降水減少的響應機制，以及不同樹種根際效應在環境變化中的差異，為未來森林管理與保護提供了科學依據。

關鍵詞：闊葉紅松林；土壤微生物量；根際；氮添加；降水減少

中圖分類號：S154.1 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2025）01-0127-12

隨著工農業現代化的發展，大量含氮化合物被排放到大氣，導致氮沉降量急劇增加。過去的30a中，我國的氮沉降量從13.2 kg·hm-z·a-1上升至21.1 kg·hm-2·a-1，位居全球第三，僅次于歐洲和北美。氮沉降激增引發了一系列環境問題，直接或間接影響著生態系統的養分循環過程。過量的氮輸入對土壤性質和植物生長也會產生負面影響。與此同時，作為全球氣候變化的另一重要情景——降水減少，加劇了干旱脅迫，影響了分解者的活動和有機物的分解速率，從而改變了地下養分動態和生物有效性。自然條件下，氮沉降增加和降水減少這兩大全球變化驅動因素常常同時發生，并通過復雜的交互作用影響生態系統的碳氮循環，尤其是根際碳氮循環咧。

根際（Rhizosphere）是指植物根系周圍、受根系活動劇烈影響的土壤區域，通常距離根表幾毫米至數厘米。這里是植物、土壤和微生物之間進行物質交換和能量轉化的關鍵場所。根際土壤的微生物數量和活性通常高于非根際土壤，其理化性質也存在顯著差異，表現出明顯的“根際效應”。根際效應的方向和大小受多種因素的影響，包括植物特性、土地利用方式和氣候變化等。研究表明，降水變化和氮沉降增加可能通過影響植物根際效應來改變土壤的理化特性。另有研究指出，植物可以通過根際效應提升微生物活性，從而活化土壤養分，增強其抵抗脅迫的能力。然而，在氣候變化的背景下，增氮和減水對根際土壤養分及其根際效應是否產生影響，根際效應的性質（正向或負向）又如何？不同樹種的根際對這些變化的響應是否相同？針對這些問題，目前尚無明確的闡釋。因此，研究不同樹種根際對增氮和減水的響應，對于全面理解植物與微生物介導的根際生態過程具有重要的科學意義。