王麗娜，羅久富，楊梅香，張利，劉學(xué)敏，鄧東周，周金星

(1.北京林業(yè)大學(xué)，水土保持國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.北京林業(yè)大學(xué)，水土保持學(xué)院，云南建水荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，北京100083；3.阿壩州林業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，四川 汶川623000；4.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都610066)

大多陸地生態(tài)系統(tǒng)中，氮素是植被生長和土壤養(yǎng)分循環(huán)的主要限制因子。在干旱和半干旱地區(qū)，當(dāng)土壤水分較為充足時，氮素的限制作用尤為突出[1]。由于人類工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中大量使用化石燃料以及化肥，導(dǎo)致全球性大氣氮沉降增加，我國是氮沉降第三大集中區(qū)，在未來幾十年，氮排放量將持續(xù)增加[2]。外源氮輸入(自然氮沉降和人為氮添加)緩解或消除了氮素對生態(tài)系統(tǒng)的限制，從而轉(zhuǎn)化成其他養(yǎng)分的限制(如磷限制)，對生態(tài)系統(tǒng)的植被、土壤和土壤微生物產(chǎn)生不同程度的影響[3-4]。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是土壤有機(jī)質(zhì)礦化和養(yǎng)分循環(huán)等過程的主要參與者[5]。土壤微生物對環(huán)境的變化十分敏感，能夠較早地預(yù)警土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生的極小變化，是評價土壤環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[6]。土壤微生物量(soil microbial biomass)是指土壤除植物外，體積小于5×103μm3且有生命的生物的總量，體積極其微小卻最易發(fā)生變化[7]。盡管土壤微生物量含量只占土壤有機(jī)碳(soil total organic carbon)的1%～3%[8]，卻是土壤養(yǎng)分的儲存庫和植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源，對推動土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量流動起著重要作用[9]。土壤微生物量碳(soil microbial biomass carbon，SMBC)、土壤微生物量氮(soil microbial biomass nitrogen，SMBN) 是土壤微生物活性資源庫，能靈敏地反映土壤微生物活動，同時也是土壤質(zhì)量評價的有效指標(biāo)[9-11]。

若爾蓋草原位于青藏高原東部邊緣地帶，是長江、黃河兩大水系的發(fā)源地，享有“高原之腎”之稱，其生物多樣性對氣候調(diào)節(jié)、水土保持、水源涵養(yǎng)等極其重要[12]。由于特殊的地理位置、地質(zhì)構(gòu)造以及嚴(yán)酷的自然條件，若爾蓋高寒草地生態(tài)環(huán)境較為脆弱，內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程緩慢，抗干擾和自我恢復(fù)能力較差，生態(tài)平衡極易被打破[13]。近幾十年來，由于氣候變化和人類活動等因素的影響，若爾蓋高寒草地水土流失嚴(yán)重，出現(xiàn)草地退化、沙化現(xiàn)象[14]。高寒環(huán)境中土壤有機(jī)質(zhì)分解速率緩慢，可利用養(yǎng)分缺乏[15]，草地退化使得土壤有效氮素供給嚴(yán)重不足，高寒草地生態(tài)系統(tǒng)對外源氮輸入更加敏感[16]。目前常通過人為添加氮肥的方法探討氮沉降增加對生態(tài)系統(tǒng)的影響，已有的研究表明，微生物量出現(xiàn)增加[17]、降低[18]和不變[19]3種現(xiàn)象，由于土壤本身的差異性，土壤微生物量對氮素輸入速率的承載力不同[20]，因此需要結(jié)合具體環(huán)境進(jìn)行研究。氮添加對高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的研究大多集中在植被群落結(jié)構(gòu)[21]、初級生產(chǎn)力[22]和土壤養(yǎng)分[23]及土壤理化性質(zhì)[24]方面，同一時間段內(nèi)研究氮添加對不同退化高寒草地土壤微生物量的影響的研究較少。因此本試驗(yàn)結(jié)合青藏高原氮沉降背景，在若爾蓋高寒草地4個不同退化程度樣地內(nèi)采用不同水平施氮處理，探究不同退化程度高寒草地土壤微生物量對外源氮輸入響應(yīng)的差異性。為深入了解外源氮輸入對高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

四川省若爾蓋縣位于青藏高原的東部邊緣地帶，地理坐標(biāo)102°08′-103°39′ E，32°56′-34°19′ N，若爾蓋境內(nèi)地形復(fù)雜，縣內(nèi)平均海拔3500 m[25]，屬高山大陸季風(fēng)氣候區(qū)，為高原寒溫帶濕潤氣候，年平均氣溫0.7～1.1 ℃，最冷月(1月)氣溫-7.9～-0.5 ℃，最熱月(7月)氣溫10.9～11.4 ℃[12]，最冷月均溫與最熱月均溫相差約21.4 ℃；年均降水量為656.8 mm，年蒸發(fā)量達(dá)1064.6 mm，相對濕度64%；年均日照 2417 h；年平均風(fēng)速2.3 m·s-1，最大風(fēng)速為36 m·s-1，年大風(fēng)日數(shù)50 d[25]。土壤類型主要為沼澤土、山地草甸土兩大類。主要植被類型為高寒草甸類、高寒沼澤化草甸和高寒沼澤，其中高寒草甸分布最廣、面積最大。由于特殊的高寒氣候條件和地理環(huán)境，高寒草地以多年生草本植物為主，植被優(yōu)勢種主要有線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)、矮生嵩草(Kobresiahumilis)、高山嵩草(Kobresiapygmaea)、老芒麥(Elymussibiricus)、紫羊茅(Festucarubra)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、察瓦龍紫菀(Astertsarungensis)等多年生莎草科、禾本科、豆科植物，伴生植物主要有鵝絨委陵菜(Potentillaanserina)、細(xì)葉亞菊(Ajaniatenuifolia)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、乳白香青(Anaphalislactea)等毛茛科、菊科、蓼科植物，還有不可食雜類草和毒草：甘肅棘豆(Oxytropiskansuensis)、甘肅馬先蒿(Pediculariskansuensis)、黃帚橐吾(Ligulariavirgaurea)、狼毒(Euphorbiafischeriana)、圓萼刺參(Morinachinensis)等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，依據(jù)《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB19377-2003)[26]在地勢較為平坦、遠(yuǎn)離人為干擾的區(qū)域，選取植被相對均勻且具有代表性的地段設(shè)置4個不同退化程度的試驗(yàn)樣地，分別為未退化草地(non degradation grassland，NDG)、輕度退化草地(light degradation grassland，LDG)、中度退化草地(moderate degradation grassland，MDG)和重度退化草地(serious degradation grassland，SDG)，其中重度退化樣地是人工播種的牧草，各退化草地基本性狀見表1。在每個退化梯度植被區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3塊樣地(19 m×7 m)，在樣地中布設(shè)4塊4 m×7 m的小區(qū)，每個小區(qū)間隔1 m作為緩沖帶，緩沖帶內(nèi)不施肥，并用木樁標(biāo)記。小區(qū)內(nèi)沿中線布設(shè)3個樣方(2 m×1 m)，將其劃分為2個1 m×1 m小樣方，并標(biāo)記為A、B樣方，樣方A為植物群落調(diào)查樣方，樣方B為生物量采樣樣方。每個樣地內(nèi)氮素添加濃度為： 0、5、10、20 g·m-2(分別標(biāo)記為CK，N5，N10，N20)，其中 5、10、20 氮素濃度折合施尿素量分別為10.78、21.55、43.10 g·m-2。2015-2016年，于每年返青期(5月)施肥，將尿素均勻撒至相應(yīng)樣地內(nèi)。

表1 樣地基本概況Table 1 General condition of sample plot

1.3 樣品采集

于2016年生長旺盛期(8月上旬)進(jìn)行采樣，植物地上生物量采用收獲法，在生物量取樣樣方B中隨機(jī)選取0.5 m×0.5 m，齊地面剪取所有物種的地上部分，剔除枯落物并除去表面污物，帶回實(shí)驗(yàn)室在105 ℃下殺青15 min，然后在65 ℃烘干至恒重稱取生物量(精確至0.01 g)。在群落調(diào)查后的樣方內(nèi)用內(nèi)徑3.8 cm的土鉆按S型取9鉆0～10 cm深度的土壤，并組成一個混合土樣，每個小區(qū)3個重復(fù)，共取土48份，剔除雜物將樣品裝入已編號的布袋內(nèi)，低溫保存帶回實(shí)驗(yàn)室。將土樣分為兩部分，一部分新鮮土樣過2 mm篩后置于冰箱中(4 ℃冷藏)，用于土壤微生物量碳氮的測定；其余土樣自然風(fēng)干后過篩保存，用于土壤理化性質(zhì)測定。

1.4 室內(nèi)測試

土壤pH，電位法(水土比2.5∶1.0)，用PHS-3E型pH計(jì)進(jìn)行測量[27]。含水率采用烘干法。土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀稀釋熱法，校正系數(shù)1.33[28]，土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，土壤硝態(tài)氮采用硫酸肼還原法，土壤全氮用凱氏定氮法，全磷采用氫氧化鈉堿融-鉬銻抗比色法，利用全自動化學(xué)分析儀Smartchem 200測定。土壤微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法，利用multi N/C 3100 TOC分析儀進(jìn)行測定，土壤微生物量碳(soil microbial biomass carbon, SMBC)轉(zhuǎn)換系數(shù)0.45[28]；土壤微生物量氮(soil microbial biomass nitrogen, SMBN)轉(zhuǎn)換系數(shù)0.54[28]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Origin 2018作圖，SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。同一樣地不同水平氮處理間的數(shù)據(jù)用One-way ANOVA方差分析，用Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。對土壤微生物量碳氮與土壤理化性質(zhì)用Pearson相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行相關(guān)性分析，統(tǒng)計(jì)分析的顯著水平設(shè)為P=0.05，數(shù)據(jù)均為平均值(mean)± 標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮添加對不同退化程度高寒草地土壤養(yǎng)分的影響

對不同退化草地進(jìn)行氮添加處理，退化草地土壤養(yǎng)分變化狀況見表2。無氮添加時，土壤硝態(tài)氮、全磷及有機(jī)碳均表現(xiàn)為NDG>LDG>MDG>SDG，土壤全氮在NDG為3.00±0.10 g·kg-1，遠(yuǎn)高于其他退化草地，分別是LDG、MDG與SDG的8.8、37.5和37.3倍，而速效磷只在SDG顯著降低。N處理下，不同退化草地土壤養(yǎng)分表現(xiàn)出不同的變化趨勢：土壤硝態(tài)氮在LDG隨氮濃度梯度增加呈直線上升型，在NDG、MDG和SDG表現(xiàn)為“U”型，但均在N20處理下達(dá)到最大值，NDG、SDG與CK對比分別增加了69.24%、81.83%、31.05%、26.71%；速效磷含量在不同退化草地均表現(xiàn)為各施氮處理顯著低于CK，但NDG與SDG最小值出現(xiàn)在N10而LDG與MDG最小值出現(xiàn)在N20；土壤全氮在NDG表現(xiàn)為各氮處理顯著低于與CK，LDG、MDG施氮處理顯著高于對照，而在SDG各處理之間差異不顯著(P<0.05)；全磷在NDG與LDG各氮處理顯著低于CK，而MDG表現(xiàn)為上升趨勢，在SDG各處理無顯著差異；有機(jī)碳除在SDG外表現(xiàn)為施氮處理低于對照，但不同氮水平處理間土壤有機(jī)碳含量變化不顯著(P>0.05)。

2.2 氮添加對不同退化程度高寒草地土壤微生物量碳的影響

NDG土壤微生物量碳在各氮處理下顯著低于對照CK(P<0.05)，且隨氮濃度增加呈下降趨勢，對比N5與CK、N10與N5、N10與N20下降幅度分別為40.03%、7.44%、72.60%；LDG土壤微生物量碳在氮素添加下，隨氮濃度增加呈先升高后降低的趨勢，氮濃度為N5、N20時顯著低于對照CK，而N10與CK無顯著差異(P>0.05)，N5比CK降低12.02%、N20比N10降低23.81%；MDG土壤微生物量碳在N5處理下達(dá)最大值，N5比CK升高24.52%，N10與N20處理顯著低于CK，降幅度分別為30.02%和19.80%；SDG除N5處理比CK顯著下降了36.23%，其他處理間土壤微生物量碳未達(dá)到顯著水平(圖1)。以上表明，氮添加對土壤微生物量碳的影響與退化程度有關(guān)，不同退化樣地內(nèi)的土壤微生物量碳對輸入氮濃度的其敏感性存在差異性，其敏感性隨退化程度加劇而逐漸降低，NDG土壤微生物量碳的敏感性高于其他退化草地。

CK條件下不同退化草地土壤微生物量碳顯著差異(P<0.05)，土壤微生物量碳從NDG到SDG下降幅度分別為47.76%、84.64%、56.30%；N5處理下4個不退化樣地間土壤微生物量碳仍存在顯著差異，由NDG到SDG下降幅度為23.36%、78.26%、77.62%；N10處理下LDG比NDG顯著下降9.67%，MDG比LDG下降88.80%，而MDG與SDG樣地的土壤微生物量碳無顯著差異(P>0.05)；N20時LDG土壤微生物量碳顯著高于NDG，提高了151.13%。說明，氮添加對不同退化樣地土壤微生物量碳的影響與氮輸入的濃度有關(guān)，氮濃度達(dá)到20 g·m-2·a-1時LDG土壤微生物量碳遠(yuǎn)大于NDG土壤微生物量碳。

表2 氮添加對不同退化程度高寒草地土壤養(yǎng)分特征的影響Table 2 Effect of N addition on soil nutrients characteristics of different steppes (mean±SD，n=3) (g·kg-1)

注：CK，N5，N10，N20指施氮水平為0、5、10、20 g·m-2·a-1；相同字母代表處理間差異不顯著(P>0.05)，不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05)；小寫字母代表同一退化草地不同氮濃度處理的比較，大寫字母代表等量氮濃度處理下不同退化草地間的比較，下同。

Note： CK，N5，N10，N20refers to nitrogen levels 0，5，10，20 g·m-2·a-1; Between the same letters represent no significant difference (P>0.05), the different letters represent significant difference among treatments (P<0.05); Lowercase letters represent the comparison of different nitrogen treatment in the same degraded grassland, and uppercase letters represent comparison between different degraded grassland with same N treatment, the same below.

2.3 氮添加對不同退化程度高寒草地土壤微生物量氮的影響

若爾蓋不同退化程度高寒草地土壤微生物量氮對氮添加的響應(yīng)見圖2，氮添加均顯著降低了NDG土壤微生物量氮含量，隨氮濃度增加呈下降趨勢，比較N5與CK、N10與N5，N20與N10，其下降幅度分別為28.22%、14.86%、80.94%；氮添加降低了LDG土壤微生物量氮含量，不同氮水平間土壤微生物量氮含量變化幅度較小，N5與CK、N10與N5，N20與N10的變化幅度分別為12.41%、7.38%、9.16%；MDG土壤微生物量氮在N5處理下顯著高出CK 47.89%，而CK、N10、N20之間差異不顯著；SDG土壤微生物量氮在氮素添加下呈上升趨勢，N20顯著高于CK。氮添加對土壤微生物量氮具有顯著影響，但不同退化樣地對氮添加以及氮濃度變化的敏感程度存在差異，4個退化樣地中NDG土壤微生物量氮含量在氮添加下變化幅度較大，說明氮添加對NDG影響更大。

未添加氮時(CK)不同退化樣地的土壤微生物量氮差異顯著，隨退化程度加劇而顯著下降，由NDG到SDG下降幅度依次為：28.22%、14.86%、80.94%；N5處理下降幅度為：21.18%、78.88%、82.14%；N10處理下NDG與LDG、 MDG與SDG之間差異不顯著；N20時LDG土壤微生物量氮顯著高于NDG。表明，氮添加對高寒草地土壤微生物量氮的影響隨輸入的氮濃度變化會發(fā)生顯著變化，氮濃度較低時由NDG到SDG土壤微生物量氮與CK條件下的變化趨勢相似呈直線下降型，但輸入氮濃度較高時其變化趨勢由直線下降變單峰“Λ”型，LDG草地微生物量氮顯著高于其他退化草地。

圖1 氮添加對不同退化草地土壤微生物量碳的影響Fig.1 Effects of N addition on soil microbial biomass carbon in different degraded grasslands(mean±SD，n=3)

圖2 氮添加對不同退化草地土壤微生物量氮的影響Fig.2 Effects of N addition on soil microbial biomass nitrogen in different degraded grasslands(mean±SD，n=3)

不同大寫字母表示相同氮濃度處理下不同退化草地間差異顯著(P<0.05)；不同小寫字母代表同一退化草地不同氮濃度處理間差異顯著(P<0.05)，下同。The different uppercase letters represent significant difference between different degraded grassland for same nitrogen concentration treatment (P<0.05), the different lowercase letters represent significant difference with difference treatments in the same degraded grassland (P<0.05), the same below.

2.4 氮添加對不同退化程度高寒草地土壤微生物量碳氮比的影響

總體上，隨著施氮濃度的增加對土壤微生物量C/N的影響更顯著(圖3)。CK條件下，SDG土壤微生物量C/N為16.83，顯著高于其他退化草地，而NDG、LDG、MDG間未達(dá)到顯著水平；N5和N10處理，同一退化草地內(nèi)土壤微生物量C/N無顯著性差異，且同一施氮濃度不同退化草地間土壤微生物量C/N無顯著差異；而N20處理下NDG土壤微生物量C/N顯著高于其他處理，相反SDG土壤微生物量C/N下降，與CK比下降了62.5%。

2.5 土壤微生物量碳、氮與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性

對土壤微生物量碳、氮與土壤理化因子進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)，同時不同濃度氮輸入改變了土壤微生物量碳、氮與土壤環(huán)境因子(土壤速效磷、硝態(tài)氮、全氮、全磷、有機(jī)碳、含水率、pH)之間的關(guān)系。CK條件下，土壤微生物量碳、氮與速效磷、硝態(tài)氮、全氮、全磷、有機(jī)碳、含水率呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，與pH極顯著負(fù)相關(guān)。土壤微生物量碳、氮與速效磷在各施氮處理下由顯著正相關(guān)變?yōu)闊o顯著相關(guān)性。在N20處理下土壤微生物量碳、氮與pH由負(fù)相關(guān)變?yōu)檎嚓P(guān)關(guān)系。隨著施氮濃的增加，各因子與土壤微生物量碳、氮的相關(guān)系數(shù)逐漸減小，N20處理土壤微生物量碳、氮與各因子間無顯著相關(guān)性。

2.6 不同退化程度植被蓋度、土壤微生物量及土壤理化性質(zhì)相關(guān)分析

自然狀態(tài)下，群落的植被蓋度和生物量不僅能表征群落的演替狀況，同時還可以反映群落演替中土壤特征和土壤養(yǎng)分持續(xù)供給能力。因此，分析植被蓋度、地上生物量、土壤微生物量與土壤理化性質(zhì)(速效磷、硝態(tài)氮、全氮、全磷、有機(jī)碳、含水率、pH)之間的相關(guān)關(guān)系， 來解釋草地退化的內(nèi)在原因。 研究表明(表4)，高寒草甸植被蓋度與土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、有機(jī)碳之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r分別為0.916、0.909、0.901，與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.951，P<0.01)；高寒草甸群落地上生物量與土壤微生物量碳呈極顯著正相關(guān)，地上生物量與土壤微生物量氮的相關(guān)系數(shù)僅為0.672，與土壤有機(jī)碳的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.747，與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.762，P<0.01)。

注：“*”表示顯著相關(guān)(P<0.05)， “**”表示極顯著相關(guān)(P<0.01)，下同。

Note: “*”indicate significant correlation (P<0.05), “**”indicate very significant correlation (P<0.01), the same below.

表4 不同退化程度草地植被蓋度、土壤微生物量、土壤理化指標(biāo)的相關(guān)性Table 4 The correlation among plant coverage, microbes biomass and environment indexes in different degraded grasslands

3 討論

3.1 氮添加對退化草地土壤微生物量碳、氮的影響

土壤微生物量碳、氮在一定程度上能夠反映土壤微生物的數(shù)量，體現(xiàn)土壤微生物的活性[10]，并能靈敏地表征土壤養(yǎng)分的有效狀況，對環(huán)境因子的變化較為敏感，常作為土壤對環(huán)境響應(yīng)的指標(biāo)[29]。本研究通過比較和分析4個退化草地不同氮濃度處理下土壤微生物量碳、氮的變化發(fā)現(xiàn)，不同退化程度高寒草地土壤微生物量碳、氮對外界氮輸入的敏感性隨草地退化加劇而逐漸降低。這可能是因?yàn)殡S著草地退化加劇，土壤微生物可利用的碳源和氮源減少，使得土壤微生物活性受到抑制[30]，因此對外界環(huán)境變化的敏感性降低。氮添加降低了未退化、輕度退化、中度退化草地土壤微生物量碳、氮，這與Bradley等[31]在美國明尼蘇達(dá)州(Minnesota)高寒草地進(jìn)行氮添加實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，卻與趙莉[32]的研究結(jié)果相反。重度退化草地土壤微生物量碳、氮在不同氮處理下無顯著變化，與Liu等[19]在內(nèi)蒙古溫帶草地施氮研究結(jié)果相似。不同退化高寒草地土壤微生物量碳、氮對氮添加的響應(yīng)存在差異，其原因主要是：1)氮素不是土壤微生物量碳、氮的唯一影響因子，還與土壤pH、水分、有機(jī)碳等其他因子有關(guān)[33-34]， 不同退化草地土壤環(huán)境因子存在較大差異，限制微生物活動的主要因子并不完全一致。2)在不同的退化草地中植被群落物種組成存在差異，植被與土壤微生物對養(yǎng)分的競爭能力存在差異[35]，相關(guān)分析表明，不退化草地群落植被蓋度、地上生物量與土壤微生物量、有機(jī)碳以及pH之間關(guān)系密切，但其中植被-土壤-微生物3個層面上的相互因果關(guān)系，本研究尚不能得到明確答案。

劉金山等[36]研究表明，不同施氮水平對土壤微生物量碳無顯著影響，而顯著提高了土壤微生物量氮的含量。而本研究發(fā)現(xiàn)，不同氮濃度梯度處理對土壤微生物量碳、土壤微生物量氮均具有顯著影響。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)隨著施氮濃度的改變，土壤微生物量碳、氮與土壤各理化因子的相關(guān)關(guān)系發(fā)生改變，較高氮濃度處理下土壤微生物量碳、氮與土壤理化性質(zhì)無顯著相關(guān)性。劉蔚秋等[37]的研究也表明氮添加下土壤養(yǎng)分會發(fā)生變化，從而影響到土壤微生物的生長代謝。這說明一定范圍的氮輸入會有效減緩?fù)寥牢⑸锏臓I養(yǎng)壓力，氮輸入量過高時會使土壤微生物對土壤養(yǎng)分的吸收利用發(fā)生變化[38]。依據(jù)目前的研究結(jié)果，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)氮添加對土壤微生物量的影響需要進(jìn)行長期的進(jìn)一步監(jiān)測。

3.2 氮添加對退化草地土壤微生物量碳、氮比的影響

土壤微生物C/N可以反映土壤氮素的供應(yīng)能力，其比值較小時土壤氮素有較高的生物有效性，表明土壤氮素利用率高[39]。另外，土壤微生物C/N可以在一定程度上反映土壤微生物組成和群落結(jié)構(gòu)，一般情況下，微生物C/N大小為真菌>放線菌>細(xì)菌[40]。本研究發(fā)現(xiàn)，無氮添加時重度退化草地的土壤微生物C/N顯著高于其他3個退化樣地，說明在退化較為嚴(yán)重的高寒草地土壤微生物的豐度及活性較低，這與蔡曉布等[30]的研究結(jié)果一致。李飛等[41]對退化草甸的土壤微生物功能多樣性研究也表明，隨著退化程度的加劇，土壤肥力下降，植被類型減少，毒雜草逐漸成為優(yōu)勢種，微生物多樣性呈下降趨勢。因此，在一定程度上可用微生物量碳氮比作為微生物豐度指標(biāo)。朱瑞芬等[42]研究表明，土壤微生物C/N在各施氮處理下差異不顯著。而本研究發(fā)現(xiàn)施氮濃度在一定范圍內(nèi)土壤微生物量碳、氮比無顯著變化，但高濃度氮輸入顯著改變了土壤微生物量碳、氮比，可能是因?yàn)榈砑雍笸寥牢⑸飳︷B(yǎng)分的利用類型發(fā)生改變從而改變了土壤微生物的組成結(jié)構(gòu)和多樣性的變化[43]。

4 結(jié)論

本研究通過測定不同氮濃度添加對若爾蓋4個不同退化高寒草地的土壤微生物量碳、氮的影響，以及土壤微生物量碳、氮與硝態(tài)氮、速效磷、全氮、全磷、有機(jī)碳、pH、含水率的相關(guān)分析，探討不同退化草地對氮添加的響應(yīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，不同退化程度的草地對氮輸入的響應(yīng)存在顯著差異，隨著土地退化的加劇，土壤微生物量碳、氮對外界環(huán)境變化的敏感性降低。氮添加下，土壤微生物量碳、氮與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系發(fā)生變化，需要進(jìn)一步從土壤微生物對土壤養(yǎng)分的吸收利用方面解釋其原因。氮濃度梯度的改變對不同退化草地土壤微生物量碳、氮比的變化趨勢產(chǎn)生顯著影響，說明氮添加對不同退化草地的土壤微生物的組成和群落結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生影響，后期的研究中可利用高通量測序技術(shù)手段從微生物功能群落及基因方面入手，進(jìn)一步認(rèn)識高寒草地生態(tài)系統(tǒng)對氮輸入的生態(tài)功能過程及響應(yīng)機(jī)制。