馮慧芳,林婉奇,薛 立,*

1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院, 廣州 510642 2 廣東省森林資源保育中心, 廣州 510173

土壤微生物作為土壤能量和養(yǎng)分循環(huán)的“源”和“庫(kù)”,在維持生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)中起著關(guān)鍵的作用[1]。由于微生物的生成時(shí)間短,體積小,對(duì)環(huán)境變化非常敏感,常被作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量變化的重要指標(biāo)[2]。因?yàn)橥寥牢⑸镏苯訁⑴c了生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換,研究其功能多樣性對(duì)于明確不同環(huán)境中微生物群落的作用具有重要意義[3]。土壤微生物群落功能多樣性可能受到環(huán)境(非生物和生物)因素和人為措施的直接和間接影響[4],其群落組成和功能的變化可能引發(fā)一系列反應(yīng),如影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)、凋落物和有機(jī)質(zhì)的分解速率、腐殖質(zhì)的形成等[5]。BIOLOG分析技術(shù)通過微生物對(duì)不同碳源的利用特點(diǎn)來直觀反映土壤微生物的功能多樣性,近二十幾年來取得了長(zhǎng)足進(jìn)步而被廣泛應(yīng)用[6]。

由于生產(chǎn)和生活中大量化石燃料的燃燒和化學(xué)肥料的過度使用,大氣氮(N)沉降增加已成為一個(gè)日趨嚴(yán)重的全球化現(xiàn)象[7]。慢性高氮輸入會(huì)導(dǎo)致許多不利影響,包括增加溫室氣體排放[8]、養(yǎng)分不平衡[9]以及土壤酸化等[10-11]。在自然狀態(tài)下,很多亞熱帶林的土壤都表現(xiàn)為氮豐富及磷(P)限制。在土壤形成過程中,有些樹種可以通過生物固氮從而豐富土壤中的氮,而磷隨著雨水淋洗和被鐵鋁固定而不斷減少[12],且N沉降可能會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分元素不平衡,進(jìn)一步加劇森林生態(tài)系統(tǒng)中的P限制[13]。因此,亞熱帶森林常常缺P[14]。外源性氮磷的輸入會(huì)引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的改變,并對(duì)生物地球化學(xué)循環(huán)和氣候―生態(tài)系統(tǒng)反饋產(chǎn)生連鎖效應(yīng)[15]。林分密度通過影響光照可以對(duì)植物的生長(zhǎng)和土壤微環(huán)境產(chǎn)生直接或間接影響,如造成樹木根系分布、代謝和吸收能力的差異,從而對(duì)土壤微生物的代謝和功能多樣性產(chǎn)生影響[16]。

目前,國(guó)內(nèi)學(xué)者應(yīng)用 BIOLOG 技術(shù)對(duì)土壤微生物群落功能多樣性開展了較多研究,主要集中在不同施肥方式[17-19]、不同生態(tài)系統(tǒng)[20-22]、不同土壤因素和外界環(huán)境[23-25]、不同土地利用方式[26-28]條件下土壤微生物功能多樣性等方面。近年來林分密度影響土壤特性的研究受到重視。例如,Lie等[29]、馮宜明等[30]、孫千惠等[31]、趙偉文等[32]和王媚臻等[33]分別報(bào)道了林分密度對(duì)山毛豆(Tephrosiacandida)幼林、云杉(Piceaasperata)幼林、馬尾松(Pinusmassoniana)林、華北落葉松(Larixgmelinii)林、油松(Pinustabuliformis)林和柏木(Cupressusfunebris)林土壤養(yǎng)分的影響,林婉奇等[34]研究了氮磷添加與不同栽植密度交互對(duì)樟樹(Cinnamomumcamphora)盆栽幼苗土壤養(yǎng)分的短期影響,尚未見有關(guān)氮磷添加與林分密度交互作用對(duì)土壤微生物群落功能多樣性影響的報(bào)道。

大葉相思(Acaciaauriculiformis)是含羞草科金合歡屬速生固N(yùn)樹種,是華南造林綠化、改良土壤、水土保持和濱海防風(fēng)固沙的主要樹種之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于大葉相思的種子萌發(fā)[35-36]、生長(zhǎng)[37]、土壤[38-39]、生物量[40-41]和凋落物分解[42]等方面進(jìn)行過報(bào)道,而有關(guān)氮磷添加和密度交互作用對(duì)大葉相思人工林土壤微生物群落功能多樣性的影響尚未見到報(bào)道。本研究通過野外模擬實(shí)驗(yàn),以大葉相思人工林為研究對(duì)象,采用BIOLOG技術(shù)分析氮磷添加和不同林分密度交互對(duì)大葉相思林土壤微生物功能多樣性的影響,可以為建立合理的林分密度和土壤養(yǎng)分管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在惠州市惠城區(qū)小金口(114°17′42″—114°32′16″E,22°56′57″—23°16′03″N),屬南亞熱帶季風(fēng)氣候。年平均氣溫在19.5—22.1 ℃,年平均降雨量1690—2380 mm,多集中在4—9月份,占年降雨量的80%—85%。夏季多吹東南風(fēng),冬季多吹東北風(fēng),臺(tái)風(fēng)發(fā)生在6—10月。土壤為花崗巖發(fā)育的赤紅壤。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2003年4月在惠州小金口的火燒馬尾松林跡地,割除林地上的芒草(Miscanthussinensis)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)等雜草和藤類后,塊狀開穴(規(guī)格50 cm×50 cm×40 cm),按1667(低密度)、2500(中密度)、4444(較高密度)、10000(高密度)株/hm2栽植苗高約1 m的當(dāng)年生大葉相思實(shí)生苗各2 hm2。2013年4月,在4種密度的大葉相思人工林各建立1個(gè)面積為0.4 hm2(50 m×80 m)的樣地用于不同施肥方案試驗(yàn)。林分在施肥試驗(yàn)前,沒有進(jìn)行施肥除草等經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。在4種密度的樣地內(nèi)分別設(shè)5個(gè)5 m×5 m的小樣方(即5個(gè)重復(fù))。每個(gè)小樣方內(nèi)設(shè)置4種處理(對(duì)照(CK)、施N、施P、施N+P),各處理之間設(shè)置至少3 m的緩沖帶[43-44]。這些地塊彼此相距30 m以內(nèi),確保了各處理的環(huán)境條件,如光、溫度、濕度和降水一致。

根據(jù)樣地的氮沉降水平背景值以及參考同類研究方法[45-46],大氣氮沉降中近3/4為銨態(tài)氮,故本試驗(yàn)選擇氯化銨(NH4Cl)模擬大氣氮沉降,并且以二水合磷酸二氫鈉(NaH2PO4·2H2O)模擬大氣磷沉降。樣方內(nèi)N、P和N+P施肥量分別為NH4Cl 10 g m-2a-1、NaH2PO4·2H2O 5 g m-2a-1、NH4Cl 10 g m-2a-1+ NaH2PO4·2H2O 5 g m-2a-1。2013年4月開始每隔3個(gè)月對(duì)小樣方進(jìn)行地表噴灑處理,到2015年3月完成試驗(yàn)。具體操作如下：將各處理所需的肥料溶解至1 L 的水,用噴霧器均勻噴灑在土壤表面,CK則噴灑相同體積的水。2013年試驗(yàn)地4種密度林分的基本特征詳見表1。

表1 大葉相思人工林基本概況

主要林下植被：玉葉金花Mussaendapubescens、桃金娘Rhodomyrtustomentosa、海金沙Lygodiumjaponicum、芒草Miscanthussinensis、芒萁Dicranopterispedata、梅葉冬青Ilexasprella、了哥王Wikstroemiaindica、米碎花Euryachinensis、野牡丹Melastomacaundidum、黑面神Breyniafruticos；林冠開度采用魚眼相機(jī)拍照,GLA (V2.0)軟件計(jì)算得出

1.3 土壤樣品采集

2015年4月,試驗(yàn)結(jié)束時(shí),在各密度林分的5個(gè)樣方內(nèi),用直徑2 cm、深10 cm的土鉆分別采集CK、N、P和N+P處理的土壤樣品約1 kg,取土深度為 0—10 cm。剔除植物殘根和大于 2 mm的石子等雜物,裝入密封塑料袋,標(biāo)記掛簽,帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤微生物多樣性的測(cè)定。

1.4 土壤微生物群落功能多樣性的測(cè)定

采用Biolog-ECO 微平板法：室溫下稱取10 g 的新鮮土樣放入250 mL的三角瓶中,加入90 mL已滅菌0.85% NaCl溶液,搖床振蕩30 min(200 r/min)。將稀釋為10-3土壤稀釋液經(jīng)離心去除殘留的土壤后,取上清液用于接種。在Biolog-ECO微孔板的每個(gè)孔中,接種150μL的懸浮液,碳源利用率是通過減少四唑染料使接種液從無(wú)色到紫色來指示。微孔板在25℃下連續(xù)培養(yǎng)144 h,期間每隔12 h 用ELISA反應(yīng)微平板讀數(shù)器在590 nm處讀數(shù),記錄吸光值[6]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

Biolog-ECO平板測(cè)定的每孔顏色平均變化率(Average well color development,AWCD) 值,用來表示微生物群落利用單一碳源的能力,即微生物的整體代謝活性。我們選擇培養(yǎng)后的第96小時(shí)的AWCD值分析,因?yàn)榇藭r(shí)的AWCD值比較穩(wěn)定。

AWCD的計(jì)算方法如下[6]：

AWCD=Σ(Ci-R)/31

式中,Ci為各反應(yīng)孔在590 nm下的光密度值；R為生態(tài)板對(duì)照孔(水)的光密度值；Ci-R小于0的孔均在計(jì)算中記為0。

碳源利用豐富度指數(shù)(S)、Shannon指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(E)、Simpson指數(shù)(DS)、McIntosh指數(shù)(U)是用來表征微生物多樣性的常用指標(biāo)。

土壤多樣性指數(shù)計(jì)算如下：

碳源利用豐富度指數(shù)：

S=被利用碳源的總孔目

Shannon指數(shù)：H′=-∑PilnPi

均勻度指數(shù):E=H′/lnS；

Simpson指數(shù)：DS=1/(Pi)2

式中,Pi=(Ci-R)/∑(Ci-R),表示反應(yīng)孔與對(duì)照孔光密度值之差和整塊板總差的比值,ni=Ci-R。

用Excel 2010對(duì)土壤數(shù)據(jù)作圖,用SAS 8.2對(duì)各處理的土壤微生物多樣性采用Duncans法進(jìn)行多重比較,統(tǒng)計(jì)顯著水平均為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源性N和P對(duì)森林土壤微生物群落功能多樣性的影響

2.1.1土壤微生物培養(yǎng)Biolog-ECO板AWCD值的變化

培養(yǎng)開始后,每隔12 h測(cè)定各處理的AWCD值,繪制其隨時(shí)間變化如圖1。在各密度林分中,各處理的AWCD值在培養(yǎng)的48—96 h之間保持快速增加,96 h之后趨于穩(wěn)定。說明48 h之后碳源被土壤微生物迅速利用。各處理的AWCD 值增長(zhǎng)速率各不相同,說明各處理間微生物對(duì)碳源的利用能力有較大差異,微生物代謝活性方面有很大差異。各處理AWCD值的順序?yàn)槭㏄>CK>施N+P>施N。在各密度林分中,施P提高了大葉相思林的土壤微生物活性,施N和N+P降低了其土壤微生物活性,且施N的抑制作用大于施N+P。土壤微生物的AWCD值隨著林分密度的增加而趨于增加。

圖1 大葉相思林土壤的AWCD值Fig.1 Soil AWCD values of the Acacia auriculiformis stands

2.1.2不同處理對(duì)土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)的影響

大葉相思各密度林分土壤微生物在Biolog-ECO板中培養(yǎng)96 h時(shí)的微生物碳源利用豐富度見圖2。施N降低了4個(gè)密度林分的土壤微生物的豐富度,施P處理顯著提高了4個(gè)密度林分的土壤微生物的豐富度(P<0.05),施N+P顯著降低了低密度、中密度和高密度林分的土壤微生物的豐富度(P<0.05),對(duì)較高密度林分影響不顯著。隨著種植密度的增大,CK、N+P處理的微生物豐富度指數(shù)上升后下降,N處理的豐富度指數(shù)呈上升趨勢(shì),P處理的豐富度指數(shù)先上升后趨于穩(wěn)定。通常4種處理的低密度林分的微生物豐富度小于其他密度林分。

圖2 大葉相思林的土壤微生物豐富度指數(shù)S (平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Fig.2 Soil microbial richness index of the Acacia auriculiformis stands (Mean±SE)不同小寫字母表示相同種植密度下的不同氮磷添加處理間差異顯著, P<0.05

施N顯著降低了較高密度和高密度林分土壤微生物的Shannon指數(shù)(P<0.05),對(duì)低密度和中密度林分的影響不顯著。除了較高密度林分,施P顯著提高了其他3個(gè)密度林分土壤微生物的Shannon指數(shù)(P<0.05),施N+P處理顯著提高了低密度林分土壤微生物的Shannon性指數(shù)(P<0.05),對(duì)其他密度林分的影響不顯著(圖3)。通常4種處理的中密度和較高密度林分的土壤微生物的Shannon指數(shù)大于其他密度林分。

施N、P和N+P對(duì)中和較高密度林分的土壤微生物均勻度指數(shù)影響不顯著。施N顯著提高了低和高密度林分的土壤微生物均勻度指數(shù),施P顯著降低了低和高密度林分的均勻度指數(shù),而施N+P顯著降低了低密度林分和顯著提高了高密度林分的土壤微生物均勻度指數(shù)(P<0.05)(圖4)。

施N和N+P顯著降低了4個(gè)密度林分的土壤微生物McIntosh指數(shù),而施P處理顯著提高了4個(gè)密度林分的土壤微生物McIntosh指數(shù)(P<0.05)(圖5)。通常4種處理的中密度和較高密度林分的土壤微生物的McIntosh指數(shù)大于其他密度林分。

施N顯著降低了4個(gè)密度林分的土壤微生物 Simpson 指數(shù),施P顯著提高了4個(gè)密度林分的土壤微生物Simpson 指數(shù)(P<0.05),施N+P顯著提高了低密度林分的土壤微生物Simpson 指數(shù)(P<0.05),對(duì)其他密度的林分無(wú)顯著影響(圖6)。低密度林分的各處理土壤微生物的Simpson 指數(shù)通常小于其他密度林分。

圖3 大葉相思林的土壤微生物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Fig.3 Soil Shannon-Wiener index of the Acacia auriculiformis stands (mean ± SE)不同小寫字母表示相同種植密度下的不同氮磷添加處理間差異顯著, P<0.05

圖4 大葉相思林的土壤微生物均勻指數(shù)E (平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Fig.4 Evenness index of soil microorganisms in the Acacia auriculiformis stands (mean ± SE)不同小寫字母表示相同種植密度下的不同氮磷添加處理間差異顯著, P<0.05

圖5 大葉相思林的土壤微生物McIntosh指數(shù) (平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Fig.5 McIntosh index of soil microorganisms in the Acacia auriculiformis stands (mean ± SE)不同小寫字母表示相同種植密度下的不同氮磷添加處理間差異顯著, P<0.05

圖6 大葉相思林的土壤微生物辛普森指數(shù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Fig.6 Simpson index of soil microorganisms in the Acacia auriculiformis stands (mean ± SE)不同小寫字母表示相同種植密度下的不同氮磷添加處理間差異顯著, P<0.05

2.2 氮磷添加與密度對(duì)大葉相思林土壤微生物功能多樣性的交互作用

由表2可知,氮磷添加和密度處理對(duì)大葉相思土壤微生物的AWCD值、碳源利用豐富度、均勻度指數(shù)、McIntosh指數(shù)、辛普森指數(shù)產(chǎn)生顯著的交互作用(P<0.05),對(duì)香農(nóng)多樣性指數(shù)沒有顯著影響。

表2 氮磷添加和密度對(duì)大葉相思林土壤微生物功能多樣性的交互作用

3 討論

3.1 氮磷添加和種植密度對(duì)土壤微生物群落碳源利用動(dòng)力學(xué)特征的影響

N是土壤中最常見的限制性營(yíng)養(yǎng)元素,主要通過氮的固定進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。增加氮沉降可能會(huì)改變土壤微生物群落的組成及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的反饋[47]。本研究中,各處理土壤AWCD值的大小順序?yàn)槭㏄>CK>施N+P>施N。在各密度林分中,施P提高了大葉相思林的土壤微生物的代謝活性,施N和N+P抑制了其土壤微生物的代謝活性,且施N的抑制作用大于施N+P。這可能是因?yàn)榇笕~相思林土壤缺P限制了其土壤微生物的繁殖和生長(zhǎng),施P通過緩解土壤低磷脅迫從而促進(jìn)土壤微生物活性。大葉相思有根瘤菌固氮,因而葉片的N含量高。大量的凋落葉歸還土壤,導(dǎo)致林地的N含量高。施氮會(huì)加劇土壤氮磷不平衡,導(dǎo)致低磷脅迫加劇,進(jìn)一步降低土壤微生物代謝活性[48]。齊莎等[49]和劉蔚秋等[50]的研究亦發(fā)現(xiàn),施N降低了土壤微生物的AWCD值,改變了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)組成和底物利用模式,抑制土壤微生物的代謝活性和多樣性,使得土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單化[51]。吳松芹等[21]和隋心等[52]的研究卻發(fā)現(xiàn),濕地土壤微生物的AWCD值隨著土壤氮含量的增加而逐漸上升,且均高于對(duì)照處理。這說明在氮含量較低的土壤中,會(huì)產(chǎn)生氮限制,施氮促進(jìn)了植物的生長(zhǎng),地上較高的生物量會(huì)返回土壤,為土壤微生物群落提供充足的碳源,從而促進(jìn)了微生物的碳代謝活性[53]。

不同密度林分下的光照、林下植被、溫度和濕度等環(huán)境因子也會(huì)影響土壤微生物群落多樣性[54]。本研究土壤的AWCD值隨著林分密度的增大而增加,這可能與大葉相思林枝葉稀疏有關(guān)。低密度林分林內(nèi)的太陽(yáng)輻射較強(qiáng),空氣和土壤溫度的上升和波動(dòng)加快,土壤水分因?yàn)檎舭l(fā)速率加快而減少,不適于微生物生長(zhǎng)而降低微生物的功能多樣性[55]。大葉相思有根瘤菌固氮,葉片的養(yǎng)分含量高。隨著林分密度的提高,林分凋落物量增加,土壤養(yǎng)分含量提高,促使了單位面積的根系密集度高且覆蓋土壤范圍大,而根系分泌物中的糖類和氨基酸及維生素等可以為植物根際微生物提供充足的養(yǎng)分,從而增加了根際微生物數(shù)量和活性[56]。

3.2 外源性氮磷和種植密度對(duì)土壤微生物功能多樣性指數(shù)的影響

碳源利用豐富度指數(shù)(S)、Shannon指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(E)、Simpson指數(shù)(DS)、McIntosh指數(shù)(U)是用來表征微生物多樣性的常用指標(biāo)。本研究中,連續(xù)2年施N和施N+P顯著降低了4個(gè)密度大葉相思林分的土壤微生物碳源利用豐富度指數(shù)、McIntosh指數(shù)、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù),可能與大葉相思林地的土壤N含量高有關(guān)。袁穎紅等[17]連續(xù)6年模擬氮沉降對(duì)杉木人工林土壤微生物功能多樣性影響的研究發(fā)現(xiàn),低氮處理有利于提高微生物群落的Shannon指數(shù)與McIntosh指數(shù), 高氮處理則表現(xiàn)出抑制作用。說明施肥時(shí)間和施肥量對(duì)土壤微生物多樣性指數(shù)具有重要影響,氮沉降適量時(shí)能提高土壤微生物的多樣性指數(shù),而長(zhǎng)期高氮沉降則會(huì)抑制土壤微生物的多樣性[57]。Sarathchandra等[58]的研究卻發(fā)現(xiàn),N添加下后新西蘭漢密爾頓草原土壤微生物的Shannon指數(shù)高于CK 處理。這可能是因?yàn)槭┓蕳l件和土壤肥力不同,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分指標(biāo)發(fā)生變化,進(jìn)而影響土壤微生物的功能多樣性。

本研究中,施P顯著提高了大葉相思4個(gè)密度林分的土壤微生物碳源利用豐富度指數(shù)、Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)、Simpson指數(shù)。由于大葉相思試驗(yàn)林位于亞熱帶紅壤,林地普遍缺磷[14],施P肥能夠快速有效地補(bǔ)充土壤中速效磷的含量,有利于大葉相思人工林生產(chǎn)力的恢復(fù)和提高。施P還能通過改變土壤的理化性質(zhì),影響地上植被的生長(zhǎng)能力、競(jìng)爭(zhēng)能力和存活能力,進(jìn)而間接影響土壤微生物的功能多樣性[59]。字洪標(biāo)等[22]的研究發(fā)現(xiàn),川西北高寒草甸土壤0—10 cm土層微生物的McIntosh 指數(shù)和Shannon指數(shù)隨著P肥的增加而顯著降低。這可能與試驗(yàn)地的氣候、生態(tài)系統(tǒng)類型和和土壤特性有關(guān)。青藏高原海拔高,樹木受生長(zhǎng)季低溫限制,土壤的磷礦化作用較低,速效P含量低,在P限制的條件下,過量施P反而會(huì)抑制土壤微生物的代謝活性[60]。

本研究中,低密度林分的土壤微生物的碳源利用豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、McIntosh指數(shù)和 Simpson指數(shù)通常小于其他密度林分。這可能是因?yàn)榈土址置芏认?林下植被獲取光照和養(yǎng)分等資源多,灌木草本層的快速生長(zhǎng)會(huì)吸收土壤的養(yǎng)分元素,同時(shí)阻礙凋落物落到地面,延緩其分解,導(dǎo)致土壤的肥力下降,從而影響了土壤微生物的代謝和功能活性[61]。在中密度和較高密度林分中,各處理的均勻度指數(shù)沒有顯著差異。這可能是因?yàn)槭┓蕦?dǎo)致土壤中原本數(shù)量龐大的微生物類群減少,同時(shí)可能促進(jìn)新的微生物類群產(chǎn)生,從而保持土壤微生物的微生物的均勻度指數(shù)相對(duì)穩(wěn)定[62]。

3.3 氮磷添加與密度對(duì)大葉相思微生物功能多樣性的交互作用

氮磷添加、密度及氮磷添加和密度的交互作用均對(duì)大葉相思林土壤的AWCD值、碳源利用豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、McIntosh指數(shù)和 Simpson指數(shù)產(chǎn)生顯著的作用。氮添加對(duì)大葉相思林土壤微生物多樣性指數(shù)具有顯著負(fù)效應(yīng),磷添加對(duì)土壤微生物多樣性指數(shù)具有顯著的正效應(yīng)。在一定林分密度范圍內(nèi),密度對(duì)微生物多樣性指數(shù)具有顯著正效應(yīng),但是通常氮添加的負(fù)效應(yīng)大于密度處理的正效應(yīng)。大葉相思林土壤富含氮而缺磷,氮磷添加緩解了P限制,從而提高土壤微生物的代謝活性,而過量的氮添加產(chǎn)生土壤酸化以及鋁毒效應(yīng),反而抑制了土壤微生物群落的代謝活性。一定林分密度范圍內(nèi),土壤單位面積的根系密集,根系分泌糖類、氨基酸和維生素等養(yǎng)分多,養(yǎng)分的增加刺激了土壤微生物多樣性。由上可見,N添加和密度的交互作用引起土壤微生物多樣性的下降,P添加和密度的交互作用引起土壤微生物多樣性的上升。

全球性的大氣氮沉降日趨嚴(yán)重,影響了土壤微生物的分解能力,進(jìn)而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分有效性的變化。林分密度是人工林群落的重要結(jié)構(gòu)特征,合理的林分密度可以提高人工林的生產(chǎn)力,改善生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能和健康狀況。加強(qiáng)氮磷添加和密度處理對(duì)土壤微生物功能多樣性的交互作用的研究,合理設(shè)置土壤微生物多樣性施肥水平和林分密度,有助于弄清土壤微生物多樣性對(duì)全球變化的響應(yīng)機(jī)制。目前,僅利用 BIOLOG 技術(shù)從碳源代謝的角度來探討微生物功能多樣性還存在一些局限性,今后還需借助于高通量測(cè)序、PLFA等技術(shù),同時(shí)結(jié)合合理的統(tǒng)計(jì)分析方法,從不同層面對(duì)土壤微生物功能多樣性開展研究[63]。