土壤灭菌、AM真菌接种与氮添加对柠条根际土壤的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2024.04.011

摘要/Abstract

摘要：

基于土壤微生物可增强植物对全球变化的适应性，研究氮沉降背景下土壤微生物对根际土壤微生境生态化学计量特征的影响，进而探明生态化学计量特征变化对根际土壤微生物养分限制的调控规律。在土壤灭菌处理（灭菌土（+S）和非灭菌土（-S））基础上，对1年生柠条（Caragana korshinskii）盆栽苗木进行2种苗木接种AM真菌处理（（接菌（+M）和未接菌（-M）），并设置氮添加处理（不施氮（CK）、低氮（LN，3 g·m^-2·a^-1）、高氮（HN， 6 g·m^-2·a^-1））。以非灭菌土未接菌条件下土壤原有微生物群落组成为基础，探究不同处理下微生境生态化学计量特征与微生物养分限制的关联性。结果如下：（1）灭菌土处理中，柠条菌根苗根际土壤中真菌相对丰度较非菌根苗在CK、LN和HN处理下分别显著提高了82.20%、25.00%和59.84%。（2）非灭菌土处理中，LN处理的柠条非菌根苗根际土壤微生物生物量碳磷比较CK处理降低了46.28%（P<0.05），而柠条菌根苗微生物生物量碳磷比较CK增加了56.76%（P<0.05）。（3）各氮添加处理下，灭菌土处理的柠条非菌根苗根际土壤与碳、氮相关土壤酶活性计量比，与碳、磷相关土壤酶活性计量比和向量长度均显著低于菌根苗（P<0.05）。（4）PLS-PM路径分析发现，微生物调控对微生物养分限制的总效应系数大于氮添加处理。综上，土壤原生菌和菌根真菌协同调节根际土壤酶化学计量比，进而增强土壤微生物养分限制对氮添加的适应。

关键词: 柠条, 微生物调控, 氮添加, 生态化学计量特征, 微生物养分限制

Abstract:

Based on the fact that soil microorganisms can enhance the adaptability of plants to global change， the effects of soil microorganisms on the ecological stoichiometric characteristics of rhizosphere soil microorganisms were studied under the background of nitrogen deposition， and then the regulation of changes in ecological stoichiometric characteristics on the soil microbial nutrient limitation was explored. Under the premise of soil sterilization treatment（sterilized soil（+S） and non-sterilized soil（-S））， one-year-old potted seedlings of Caragana korshinskii were inoculated in two ways（inoculation（+M） and without inoculation（-M））， and nitrogen addition treatments（no nitrogen application（CK）， low nitrogen（LN， 3 g·m^-2·a^-1）， high nitrogen（HN， 6 g·m^-2·a^-1）） were set up. Compared with the original microbial community composition in non-sterilized soil without fungus inoculation， the correlation between ecological stoichiometric characteristics of microhabitat and microbial nutrient limitation under different treatments was explored.Results were as follows：（1）In sterilized soil treatment， the relative abundance of fungi in the rhizosphere soil of C. korshinskii mycorrhizal seedlings was significantly increased by 82.20%， 25.00% and 59.84% under CK， LN and HN treatments than that of non-mycorrhizal seedlings， respectively. （2）In the treatment of non-sterilized soil， the microbial biomass carbon-to-phosphorus ratio in the rhizosphere soil of non-mycorrhizal C. korshinskii seedlings under LN treatment was lower by 46.28% compared to CK treatment（P<0.05）， while that of mycorrhizal seedlings was 56.76% higher compared to CK treatment（P<0.05）. （3）Under the nitrogen addition treatments， stoichiometry of carbon and nitrogen-related soil enzyme activity， stoichiometry of carbon and phosphorus-related soil enzyme activity， and vector length in the rhizosphere soil of C. korshinskii non-mycorrhizal seedlings under sterilized soil treatment were significantly lower than those of mycorrhizal seedlings（P<0.05）. （4）PLS-PM path analysis showed that the total effect coefficient of microbial regulation on microbial nutrient limitation was greater than that of nitrogen addition treatment. In summary， soil indigenous microorganisms and mycorrhizal fungi synergistically regulated the enzymatic stoichiometric ratio of rhizosphere soil， and enhanced the adaptation of soil microbial nutrient limitation to nitrogen addition.

Key words: Caragana korshinskii, microbial regulation, nitrogen addition, ecological stoichiometry, microbial nutrient limitation

中图分类号:

Q938.13

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图/表 7

表1

图1

表2

表3

土壤灭菌、苗木接菌和氮添加处理对柠条苗木根际土壤酶活性及化学计量特征的影响

处理Treatments			E_C/（nmol·g^-1·h^-1）	E_N/（nmol·g^-1·h^-1）	E_P/（nmol·g^-1·h^-1）	E_C∶E_N	E_C∶E_P	E_N∶E_P	V_L	V_A/（°）	E_C∶E_N∶E_P
+S	-M	CK	2.41±0.29f	5.90±0.59g	7.49±0.14e	0.48±0.04d	0.43±0.06d	0.88±0.04f	0.65±0.07d	48.84±1.48a	1∶2∶2
		LN	2.58±0.23f	19.16±2.64f	8.36±0.48e	0.32±0.02e	0.44±0.04d	1.38±0.03abc	0.55±0.04d	35.90±0.51def	1∶3∶2
		HN	2.53±0.09f	15.51±0.80f	8.23±0.99e	0.34±0.01e	0.44±0.01d	1.31±0.06cd	0.55±0.01d	37.33±0.22cd	1∶2∶2
	+M	CK	6.75±0.87e	15.28±1.80f	8.25±0.39e	0.70±0.02b	0.89±0.04bc	1.29±0.03cd	1.13±0.04bc	37.90±0.41cd	1∶1∶1
		LN	6.66±0.20e	12.95±0.70fg	9.64±0.59e	0.74±0.01b	0.84±0.01c	1.13±0.01e	1.12±0.02bc	41.48±0.18b	1∶1∶1
		HN	7.31±0.82e	14.43±2.18f	8.80±1.40e	0.75±0.01b	0.92±0.06bc	1.23±0.06d	1.19±0.05bc	39.12±1.42c	1∶1∶1
-S	-M	CK	19.79±0.14a	40.63±2.13e	17.96±0.37d	0.81±0.01a	1.03±0.01a	1.28±0.01cd	1.31±0.01a	37.96±0.22cd	1∶1∶1
		LN	19.22±1.60ab	54.92±0.99d	23.15±2.24b	0.74±0.02b	0.94±0.01ab	1.28±0.03cd	1.19±0.02b	38.00±0.53cd	1∶1∶1
		HN	14.57±0.36d	66.62±6.35c	19.04±0.99cd	0.64±0.01c	0.91±0.01bc	1.42±0.02ab	1.11±0.01bc	35.09±0.12ef	1∶1∶1
	+M	CK	16.48±0.69cd	77.26±3.91b	19.40±1.46cd	0.64±0.00c	0.95±0.01ab	1.47±0.02a	1.15±0.01bc	34.25±0.22f	1∶1∶1
		LN	16.38±0.19cd	81.62±2.30ab	22.03±0.15bc	0.63±0.00c	0.90±0.00bc	1.42±0.01ab	1.10±0.00bc	35.09±0.01ef	1∶1∶1
		HN	17.50±0.77bc	88.12±2.64a	27.50±1.67a	0.64±0.01c	0.86±0.00bc	1.35±0.01bc	1.08±0.01c	36.47±0.15de	1∶1∶1
灭菌处理Sterilization treatment（S）			***	***	***	***	***	***	***	***
接菌处理Inoculation treatment（M）			***	***	**	***	***	**	***	***
氮添加处理Nitrogen addition（N）			NS	***	**	***	NS	***	**	***
灭菌处理×接菌处理（S×M）			***	***	NS	***	***	NS	***	NS
灭菌处理×氮添加处理（S×N）			*	**	NS	NS	*	***	NS	***
接菌处理×氮添加处理（M×N）			**	**	*	***	NS	***	NS	***
灭菌处理×接菌处理×氮添加处理（S×M×N）			*	NS	**	*	NS	***	NS	***

表3

表4

图2

图3

参考文献 53

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施入时间 Application time	累计施入次数 Cumulative application times	低氮处理 Low nitrogen treatment （LN）	高氮处理 High nitrogen treatment （HN）
6月 June	1	0.16	0.31
	2	0.16	0.31
	3	0.16	0.31
7月 July	4	0.33	0.66
	5	0.33	0.66
	6	0.33	0.66
8月 August	7	0.37	0.73
	8	0.37	0.73
	9	0.37	0.73
9月 September	10	0.22	0.45
9月 September	11	0.22	0.45

处理 Treatments			M_BC/（mg·kg^-1）	M_BN/（mg·kg^-1）	M_BP/（mg·kg^-1）	M_BC∶M_BN	M_BC∶M_BP	M_BN∶M_BP
+S	-M	CK	95.12±12.78cd	1.81±0.02f	2.28±0.41bcd	52.50±7.26a	42.69±2.84bc	0.86±0.18ef
		LN	73.29±8.28d	3.87±0.84def	1.89±0.49cd	19.81±2.16cde	41.79±5.81bc	2.09±0.09de
		HN	70.85±14.74d	2.63±0.53def	2.95±0.40bcd	26.91±0.51c	23.66±1.99d	0.88±0.07ef
	+M	CK	85.03±14.15d	2.19±0.25ef	3.34±0.32b	38.72±3.19b	25.24±2.10d	0.65±0.02f
		LN	90.60±8.69cd	5.27±0.80cdef	3.13±0.46bcd	17.55±1.54cdef	29.59±3.23cd	1.68±0.05def
		HN	166.17±3.16a	7.24±1.29cd	3.46±0.24b	24.48±4.36cd	48.33±2.35b	2.07±0.28de
-S	-M	CK	142.28±24.25a	14.17±3.66b	1.75±0.25d	10.85±1.94efg	81.77±7.45a	7.83±1.02a
		LN	136.70±6.34ab	19.25±0.69a	3.15±0.28bc	7.10±0.16g	43.92±3.33b	6.18±0.39b
		HN	157.94±10.83a	17.28±1.23ab	3.04±0.61bcd	9.16±0.35fg	55.13±8.12b	6.01±0.78b
	+M	CK	100.79±3.79bcd	16.73±1.09ab	3.49±0.26b	6.05±0.23g	29.05±1.29cd	4.80±0.04c
		LN	127.76±9.01abc	6.77±1.47cde	2.93±0.57bcd	20.31±3.54cde	45.54±4.85b	2.31±0.24d
		HN	129.19±14.33abc	8.89±1.62c	5.03±0.50a	14.90±1.21defg	25.62±0.40d	1.75±0.17def
灭菌处理Sterilization treatment（S）			***	***	NS	***	***	***
接菌处理Inoculation treatment（M）			NS	*	***	NS	***	***
氮添加处理Nitrogen addition（N）			*	NS	**	***	NS	*
灭菌处理×接菌处理（S×M）			***	***	NS	**	***	***
灭菌处理×氮添加处理（S×N）			NS	*	NS	***	*	***
接菌处理×氮添加处理（M×N）			**	**	NS	**	***	NS
灭菌处理×接菌处理×氮添加处理（S×M×N）			*	**	NS	NS	***	NS

处理Treatments			D_OC/（mg·kg^-1）	A_N/（mg·kg^-1）	A_P/（mg·kg^-1）	D_OC∶A_N	D_OC∶A_P	A_N∶A_P
+S	-M	CK	3.78±0.07bc	5.95±0.33de	2.89±0.11bcd	0.64±0.02ef	1.31±0.02cde	2.05±0.03bc
		LN	3.63±0.22cd	7.38±0.28ab	3.05±0.13bc	0.49±0.02f	1.19±0.04de	2.42±0.01b
		HN	3.64±0.11cd	8.04±1.01a	2.53±0.07def	0.46±0.04f	1.44±0.01abc	3.16±0.32a
	+M	CK	3.29±0.19cd	2.44±0.05e	2.09±0.06f	1.35±0.05bc	1.57±0.04ab	1.17±0.01ef
		LN	2.86±0.22d	3.75±0.54de	2.09±0.08f	0.78±0.09ef	1.37±0.06bcd	1.79±0.21cd
		HN	3.11±0.10cd	3.69±0.04de	2.23±0.17ef	0.84±0.02de	1.41±0.06bc	1.67±0.10cd
-S	-M	CK	3.95±0.60bc	3.74±0.59de	2.65±0.19cde	1.23±0.06c	1.47±0.12abc	1.22±0.16ef
		LN	3.23±0.07cd	3.65±0.87de	2.52±0.23def	1.13±0.01cd	1.30±0.08cde	1.15±0.06ef
		HN	3.53±0.11cd	4.55±0.93cd	3.07±0.13bc	0.64±0.00ef	1.15±0.03e	1.79±0.03cd
	+M	CK	5.05±0.11a	3.36±0.14de	3.23±0.14b	1.61±0.05b	1.57±0.03ab	0.98±0.03fg
		LN	5.08±0.52a	3.09±0.69de	3.67±0.18a	2.02±0.26a	1.37±0.07bcd	0.70±0.09g
		HN	4.57±0.05ab	4.48±0.66cd	2.83±0.21bcd	1.11±0.21cd	1.63±0.11a	1.54±0.16de
灭菌处理Sterilization treatment（S）			***	***	***	***	NS	***
接菌处理Inoculation treatment（M）			*	***	NS	***	***	***
氮添加处理Nitrogen addition（N）			NS	*	NS	***	**	***
灭菌处理×接菌处理（S×M）			***	***	***	NS	NS	***
灭菌处理×氮添加处理（S×N）			NS	NS	NS	***	NS	**
接菌处理×氮添加处理（M×N）			NS	NS	NS	NS	NS	NS
灭菌处理×接菌处理×氮添加处理（S×M×N）			NS	NS	***	*	**	*

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