柴志 盧妍 鄭玲 胡雁冰 張玉星 楊欠榮

摘 要：文章通過模擬氮沉降的方式，以洪澤湖濕地為研究對(duì)象，采用盆栽實(shí)驗(yàn)，對(duì)其觀測、分析，從而揭示大氣氮沉降背景下濕地土壤理化性質(zhì)和土壤微生物特性的變化。研究表明：①大氣氮沉降對(duì)濕地土壤理化性質(zhì)有顯著影響，提高了濕地土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和速效氮的含量;②濕地土壤中蛋白酶活性隨氮輸入增加呈先增加后降低的趨勢，脲酶活性變化則不顯著，而亞硝酸還原酶活性卻呈現(xiàn)降低趨勢;③隨著土壤氮含量的增加，土壤微生物Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)均表現(xiàn)為升高的趨勢。

關(guān)鍵詞：氮沉降;洪澤湖濕地;土壤微生物

中圖分類號(hào)：S714

文章編號(hào)：2095-624X（2019）10-0008-02

大氣氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)，尤其對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響占據(jù)不可小覷的地位?；剂系娜紵瓦^度施肥產(chǎn)生了大量的氮氧化物，其中人為引起的氮沉降已被列為地球生態(tài)系統(tǒng)的首要威脅之一。而土壤是陸生植物生活的基質(zhì)，它提供了植物生活所必需的營養(yǎng)和水分，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量交換的重要場所。

土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)最重要的生命組成部分，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與轉(zhuǎn)化、能量流動(dòng)的過程中具有顯著影響作用[1]。它們是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的主要?jiǎng)恿?。目前關(guān)于大氣氮沉降下陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)的過渡區(qū)域——濕地系統(tǒng)的土壤微生物研究卻較少。洪澤湖作為我國四大淡水湖之一，其湖區(qū)和周邊部分區(qū)域組成了較為完整的內(nèi)陸濕地，是我國典型的湖泊濕地。本研究通過開展野外模擬實(shí)驗(yàn)，探討氮沉降增加對(duì)洪澤湖濕地土壤微生物特性的變化的影響，可為闡述氮沉降對(duì)微生物的反饋?zhàn)饔脵C(jī)理提供依據(jù)。

一、 研究方法

1.實(shí)驗(yàn)地概況與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省泗洪縣，泗洪縣坐落于中國第四大淡水湖洪澤湖西北岸（33?06′N，118?10′E）。本實(shí)驗(yàn)采用的是盆栽控制實(shí)驗(yàn)，以洪澤湖濕地的典型植物蘆葦為實(shí)驗(yàn)材料，盆栽器具為統(tǒng)一的花卉盆，盆底直徑30cm，高60cm，盆栽土壤為洪澤湖濕地原位土壤，定期澆水，每盆定株10株幼苗，每種處理5個(gè)重復(fù)。待幼苗生長穩(wěn)定后，對(duì)樣本定期施入硝酸銨溶液。將硝酸銨溶液均勻噴灑在CK（對(duì)照）、LN（低氮）、HN（高氮）處理的盆栽中（表1），隨后使用噴壺在盆栽表面噴水，確保硝酸銨溶液滲入盆栽土壤中，同時(shí)也要確保盆栽土壤中有充足的水分。

2.樣品采集與處理

采用盆栽控制實(shí)驗(yàn)，于6月份種植植物，分別在7月、8月及9月中旬采集不同處理?xiàng)l件下的土樣。每個(gè)土樣由5個(gè)盆栽的土壤混合而成，用四分法取適量放于自封袋中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣去除植物和動(dòng)物殘?bào)w等雜質(zhì)，混合均勻后一部分保存在4℃冰箱，用于分析土壤微生物特性，另一部分風(fēng)干，磨細(xì)，過篩，用于測定土壤理化性質(zhì)，部分土壤風(fēng)干后，進(jìn)行土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的測定。

二、結(jié)果與分析

1.不同氮沉降水平下土壤理化性質(zhì)的變化

表2是在不同氮處理?xiàng)l件下土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和全氮數(shù)據(jù)對(duì)比，由表2可知，氮沉降增加了土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量，且均表現(xiàn)為HN > LN > CK。其中，HN和LN土壤銨態(tài)氮含量顯著高于 CK （P < 0.05），與CK相比，HN和LN 土壤銨態(tài)氮含量明顯提高，HN 和LN土壤硝態(tài)氮含量與CK相比也相對(duì)提高。

2.不同氮沉降水平下土壤酶活性的變化

土壤酶主要來源于微生物和植物分泌物，是土壤中所有生物化學(xué)過程的催化劑，在濕地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程中扮演著重要的角色，是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要成分之一[2]。由表3可知，濕地土壤中蛋白酶活性隨氮輸入增加呈先增加后降低的趨勢，脲酶活性變化則不顯著，而亞硝酸還原酶活性卻呈現(xiàn)降低趨勢。

3.不同氮沉降水平下土壤微生物群落多樣性的變化

利用平均顏色變化率（AWCD）值進(jìn)行Shannon、Simpson和McIntosh多樣性指數(shù)分析，可以在數(shù)量特征上反映相對(duì)土壤微生物群落物種組成和個(gè)體數(shù)量的分布情況[3]。由表4可知，在不同氮處理水平的濕地土壤中，隨著土壤氮含量的增加，土壤微生物Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，低氮處理的微生物Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)均最高，對(duì)照處理的濕地土壤最低;不同氮含量濕地土壤間Shannon、Simpson和McIntosh指數(shù)差異不顯著。

表4中顯示了土壤微生物培養(yǎng)一定時(shí)間下的Shannon、Simpson、McIntosh多樣性指數(shù)，可在數(shù)量特征上相對(duì)反映土壤微生物群落物組成和個(gè)體數(shù)量分布的情況。結(jié)果顯示，在3個(gè)氮沉降實(shí)驗(yàn)中，隨著氮沉降的增加，土壤微生物Shannon和McIntosh指數(shù)均出現(xiàn)升高的趨勢，其中處于高氮條件下的土壤微生物Shannon和McIntosh指數(shù)在施氮條件下最高，低氮次之，對(duì)照最低;而Simpson指數(shù)變化不顯著。

三、 討論

外源氮素的輸入改變了濕地生態(tài)系統(tǒng)的可利用氮素的狀況，并對(duì)濕地土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響。它的輸入增加了土壤全氮含量，同時(shí)也促進(jìn)了土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的積累。

實(shí)驗(yàn)中，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，AWCD（利用平均顏色變化率）值呈現(xiàn)上升的趨勢;同時(shí)也發(fā)現(xiàn)AWCD值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而逐漸增加，具體表現(xiàn)為：高氮>低氮>對(duì)照。其中Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和McIntosh指數(shù)分別表征土壤微生物群落的豐富度、優(yōu)勢度以及均勻度[4]。隨著土壤氮含量的升高，低氮處理時(shí)Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)均存在顯著差異。可見模擬氮沉降條件下濕地土壤微生物群落代謝特征具有較為明顯的差異。外源的施氮，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)以及群落組成發(fā)生變化，而這些又影響了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)，施氮對(duì)濕地土壤微生物群落多樣性產(chǎn)生了顯著的影響，從而改變了微生物群落結(jié)構(gòu)。

氮沉降的增加明顯地改變了濕地土壤微生物的多樣性和群落結(jié)構(gòu)組成的變化。氮沉降的增加改變了土壤中有效元素組成，也改變了土壤微生物對(duì)不同氮源的利用模式，最終導(dǎo)致微生物多樣性及其構(gòu)成的復(fù)雜性。氮沉降的增加改變了濕地土壤中氮素的濃度和形態(tài)，增加了土壤微生物的多樣性。所以，未來大氣氮沉降的持續(xù)增加會(huì)對(duì)濕地土壤微生物功能以及多樣性產(chǎn)生進(jìn)一步的影響。

四、結(jié)論

（1）大氣氮沉降對(duì)濕地土壤理化性質(zhì)有顯著影響，提高了濕地土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量。

（2）濕地土壤中蛋白酶活性隨氮輸入的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，脲酶活性變化則不顯著，而亞硝酸還原酶活性卻呈現(xiàn)降低趨勢。

（3）隨著土壤氮含量的增加，土壤微生物Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)均表現(xiàn)為上的趨勢，低氮處理的微生物Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)均最高，可見模擬氮沉降條件下濕地土壤微生物群落代謝特征發(fā)生較為明顯的變化。

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基金項(xiàng)目：江蘇省高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201710323031Y）。

作者簡介：柴志（1996—），男，云南曲靖人，本科。