全球變化深刻地影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,其中氮沉降加劇、降水格局改變等全球性問題已成為了當(dāng)今生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。土壤酶是植物與土壤微生物的相互關(guān)系中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),土壤酶活性能夠間接地反映微生物和植物的營(yíng)養(yǎng)需求以及微生物群落結(jié)構(gòu)的變化,進(jìn)而關(guān)聯(lián)陸地生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)功能。但是,目前,對(duì)于不同植物種類根際土壤酶活性對(duì)全球變化的響應(yīng)過程與機(jī)制尚不清楚。本研究以松嫩草地七種常見植物,包括羊草(Leymus chinensis(Trin.)Nevski)、狗尾草(Setaria viridis(L.)Beauv.)、虎尾草(Chloris virgata Sw.)、山野豌豆(Vicia amoena Fisch.)、興安胡枝子(Lespedeza daurica(Laxm.)Schindl.var.daurica)、扁蓿豆(Medicago ruthenica(L.)Trautv.)和堿地膚(Kochia sieversiana(Pall.)C.A.M)為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行單一植物種栽植,并通過模擬增氮和改變降雨量來探究在氮沉降或降水格局變化條件下,植物根際土壤水解酶活性的響應(yīng)及其與植物種類的特異性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)采用的增氮梯度為:N0(0 g N m~(-2)a~(-1))、N1(5 g N m~(-2)a~(-1))、N2(10 g N m~(-2)a~(-1));降雨量梯度為:W0(年平均降雨量)、W1(增加30%降雨量)、W2(減少30%降雨量)。檢測(cè)根際土壤中的七種水解酶活性,即α-葡糖苷酶(αG)、β-葡糖苷酶(βG)、β-木糖苷酶(βX)、纖維二糖水解酶(CBH)、乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(aP)。同時(shí)測(cè)定了土壤理化特征參數(shù)、土壤微生物量碳和植物地下生物量以分析影響土壤水解酶活性的主要因子。擬回答的科學(xué)問題是:(1)不同植物的根際土壤水解酶活性對(duì)增氮和改變降雨量的響應(yīng)如何?(2)植物種類與根際土壤水解酶之間是否存在特異性關(guān)系?(3)土壤因子對(duì)增氮和改變降雨量的響應(yīng)如何?(4)在增氮和改變降雨分別與植物種類的交互效應(yīng)中,導(dǎo)致土壤水解酶活性變化的主要環(huán)境因子是什么?主要結(jié)論如下:(1)增氮處理提高了與碳元素(αG、βG、βX、CBH)、磷元素(aP)循環(huán)密切相關(guān)的水解酶活性,但是在一定程度上抑制了與氮元素(NAG、LAP)循環(huán)密切相關(guān)的土壤水解酶活性。相較于正常降雨量而言,增減降雨量會(huì)普遍降低土壤水解酶活性。(2)無(wú)論是增氮還是改變降雨量,植物種類對(duì)土壤水解酶活性的影響均達(dá)到了極顯著水平。土壤水解酶酶活性與植物種類之間呈現(xiàn)出十分明顯的特異性關(guān)系。并且,七種草原植物的土壤酶活性還具有植物功能群特異性,且禾本科植物的土壤水解酶活性普遍高于豆科植物和雜草類植物。(3)增氮對(duì)土壤中速效氮(AN)和pH的影響最為顯著,而改變降雨量對(duì)土壤pH影響最為顯著。就影響土壤理化特征的程度而言,植物種類效應(yīng)明顯高于增氮和降雨量改變的處理效應(yīng)。預(yù)計(jì)未來在氮沉降加劇和降雨改變的全球氣候變化情境下,植物種類特異性仍然是決定松嫩草原植物根際土壤水解酶活性的關(guān)鍵因素。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)松嫩草地七種常見植物的單一栽植,探究了模擬氮沉降和降雨格局改變對(duì)不同植物的根際土壤水解酶活性的影響。我們的結(jié)果強(qiáng)調(diào),草原植物根際土壤水解酶活性對(duì)全球變化的響應(yīng)具有顯著的植物種類特異性。這對(duì)于深刻認(rèn)識(shí)植物種類在草地生態(tài)系統(tǒng)中的功能獨(dú)特性以及植物多樣性的生態(tài)功能具有重要意義。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S812.2
【部分圖文】：

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文味著氣候變化處理所產(chǎn)生的直接影響（如氮濃度，含水量等）和可能存在的間接影響（如pH 值,土壤元素可利用性，植物生長(zhǎng)和群落組成，微生物量和群落組成等）很容易相混淆[41] [50] [85-86]。有實(shí)驗(yàn)證明，在引起酶活性發(fā)生變化的諸多因素中，非生物因素占35.3%[76]，然而潛在的影響機(jī)制目前尚不清楚[78]。此外，雖然目前對(duì)于土壤水解酶的研究仍在進(jìn)一步加深，但由于沒有測(cè)量土壤酶活性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使得實(shí)驗(yàn)人員在測(cè)量過程中普遍存在差異。這導(dǎo)致不同實(shí)驗(yàn)組測(cè)量酶活性間差異大，很難總結(jié)普遍適用的規(guī)律。全球變化

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文（Zoysia japonica））、對(duì)蟛蜞菊（Wedelia chinensis）土壤酶活性影響，發(fā)現(xiàn)蟛蜞菊土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶最高，而對(duì)于酸性磷酸酶活性則以自然生草最高而蟛菊最低[93]。這說明同一種植物的不同土壤酶活性具有顯著差異，且不同植物的酶活性不同的。Jiang 等人通過對(duì)兩處濕地的四種植物群落（蘆葦(Phragmites australis)群落、荻(Triarrhena lutarioriparia)群落、茭白(Zizania caduciflora)群落、灰化薹草(Carexnerascens)群落）土壤酶活性的比較，發(fā)現(xiàn)過氧化氫酶活性在不同的植物群落中存在顯差異，而脲酶、蔗糖酶活性并沒有顯著差異[94]。目前植物物種特異性對(duì)土壤酶活性影方面的研究開展較少，且以草原植物種為實(shí)驗(yàn)材料的研究幾乎沒有。想了解草原植物樣性和植物功能群對(duì)土壤微生物的影響，增強(qiáng)在草原植物生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)方面的認(rèn)，就必須了解草原植物單一物種在植物-土壤關(guān)系中發(fā)揮的作用[102]（圖 1-2）。

第二章 材料與方法2.1 研究地點(diǎn)概況本研究于東北師范大學(xué)松嫩草地生態(tài)研究站開展。該實(shí)驗(yàn)站位于歐亞大陸草原帶東緣的松嫩草地西南部，吉林省松原市長(zhǎng)嶺縣腰井子種馬場(chǎng)境內(nèi)（東經(jīng) 123°44′-123°47′，北緯 44°40′-44°45′），海拔高度約為 140-145 m。該地區(qū)屬于溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均溫度為 4.6°。高溫月份主要集中在 7 月，平均溫度為 22℃-25℃。年平均降水量為 410 mm，降水集中在 6-8 月，約占全年降水量的 70%。年蒸發(fā)量為 1136-1565mm，約為年降水量的 3.5 倍。全年無(wú)霜日從 4 月到 10 月，約為 140 d。該地區(qū)土壤類型主要為栗鈣土和草甸土，土壤 pH 為 8.0-9.0。該地區(qū)的地帶性植被類型主要為羊草草甸草原，羊草草甸亦有廣泛分布。土壤類型主要是黑鈣土、草甸土、堿土、風(fēng)沙土等。

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