潘麗霞，姜振輝，張雯怡，周家樹，劉 娟,2，蔡延江,2，李永夫,2

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300）

毛竹Phyllostachysedulis是中國亞熱帶地區(qū)種植最廣泛的竹種之一，具有減緩氣候變化、固碳減排的優(yōu)勢和潛力[1-2]。毛竹林集約經(jīng)營具有增產(chǎn)增收等優(yōu)勢，但長期集約經(jīng)營可能會(huì)導(dǎo)致毛竹林生態(tài)功能退化、土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量下降以及土壤碳排放加劇等問題[3]。前人研究發(fā)現(xiàn)：外源碳的施用可以顯著提升毛竹林土壤肥力和有機(jī)碳儲(chǔ)量[4]。農(nóng)作物秸稈作為一種常見的外源碳，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)中[5]。但是，秸稈直接輸入土壤會(huì)引發(fā)病蟲害，導(dǎo)致土壤酸化等問題[6-7]。相比之下，秸稈生物質(zhì)炭(秸稈在高溫低氧條件下熱解產(chǎn)生的一種難以降解的富碳固態(tài)產(chǎn)物)具有更多的優(yōu)勢，如提升土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量、降低土壤酸度及促進(jìn)作物增產(chǎn)等[8-9]。另外，秸稈及其生物質(zhì)炭輸入土壤后均會(huì)改變土壤氮素含量、微生物群落特征及氮轉(zhuǎn)化過程等[10-12]，從而對氮循環(huán)產(chǎn)生顯著影響，且影響效應(yīng)與外源碳類型密切相關(guān)[13-14]。氮素是毛竹生長的必需元素之一[15-16]，也是其產(chǎn)量的限制因子[17]，因此，研究不同外源碳輸入對毛竹林土壤氮循環(huán)的影響具有重要意義。

硝化作用是土壤氮循環(huán)中的關(guān)鍵因素之一，也是旱地土壤氧化亞氮(N2O)排放的主要途徑[18]。氨氧化過程是硝化作用的關(guān)鍵和限速步驟，由氨氧化古菌(AOA)和氨氧化細(xì)菌(AOB)共同驅(qū)動(dòng)[19]。此外，復(fù)雜的有機(jī)氮需要經(jīng)過微生物分泌胞外酶進(jìn)行水解，才能進(jìn)入下一步氮素轉(zhuǎn)化過程[20]。因此，研究土壤氨氧化微生物群落及與氮循環(huán)相關(guān)的酶活性變化，有助于揭示毛竹林土壤硝化過程的生物學(xué)調(diào)控機(jī)制。

目前的研究表明：秸稈及其生物質(zhì)炭的輸入能夠顯著改變土壤中氨氧化微生物群落和氮循環(huán)相關(guān)酶活性，但研究結(jié)果存在較大差異。這可能是由于外源碳材料、土壤類型以及氣候等因素的差異而產(chǎn)生的[21-24]。此外，現(xiàn)有的研究主要集中在農(nóng)田土壤，對毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的研究報(bào)道相對較少。因此，本研究以亞熱帶毛竹林為研究對象，比較玉米Zeamays秸稈及其生物質(zhì)炭施用對毛竹林土壤氨氧化微生物群落、氮循環(huán)相關(guān)酶活性以及總硝化速率的影響，揭示玉米秸稈及其生物質(zhì)炭輸入后毛竹林土壤氮素轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)機(jī)制，為秸稈及其生物質(zhì)炭在毛竹林生態(tài)系統(tǒng)中的合理利用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省杭州市臨安區(qū)高虹鎮(zhèn)泥馬村(30°19′N, 119°41′E)。該地為中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為18.1℃，年平均降水量為1 764.0 mm，日照時(shí)數(shù)1 950.0 h，無霜期243.0 d。土壤類型為紅壤，0～20 cm 土層土壤的基本理化性質(zhì)：pH 4.82，有機(jī)碳19.80 g·kg-1，全氮1.88 g·kg-1，有效磷7.81 mg·kg-1，速效鉀89.40 mg·kg-1，砂粒398.00 g·kg-1，粉粒321.00 g·kg-1，黏粒 281.00 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究于2020—2021 年在試驗(yàn)地毛竹林中進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)處理：對照(不施用玉米秸稈和生物質(zhì)炭，ck)、施用玉米秸稈5 t·hm-2(T1)、施用玉米秸稈生物質(zhì)炭5 t·hm-2(T2)。每個(gè)處理設(shè)4 個(gè)重復(fù)，共計(jì)12 個(gè)小區(qū)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為100 m2(10 m×10 m)，小區(qū)之間設(shè)5 m 的緩沖地帶。

本研究所用的玉米秸稈及其生物質(zhì)炭由南京智融聯(lián)科技有限公司提供。玉米秸稈中碳和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為412.3 和6.6 g·kg-1。玉米秸稈生物質(zhì)炭是在500 ℃限氧條件下熱裂解而成，其基本理化性質(zhì)如下：pH 為9.24(m∶V=1∶20)，含碳和氮分別為550.4 和11.9 g·kg-1，比表面積為11.3 m2·g-1。

2020 年8 月31 日，將玉米秸稈和玉米秸稈生物質(zhì)炭分別均勻施入樣地，并將其翻耕至土壤表層的0～20 cm 深度。于2020 年11 月(施用外源碳后的第3 個(gè)月)和2021 年9 月(施用外源碳后的第12 個(gè)月)進(jìn)行采樣。采用“五點(diǎn)法”采集土壤表層(0～20 cm)土樣，隨后將采得的土樣分成2 個(gè)部分，分別置于4 和-80 ℃冰箱保存，用于各項(xiàng)指標(biāo)測定。

1.3 土壤氮組分與酶活性測定

1.4 土壤總硝化速率的測定

土壤總硝化速率采用氣壓過程分離(BaPS)程序測定[30]。在每個(gè)小區(qū)表層(0～20 cm)采取6 個(gè)土壤樣品。為防止土壤水分損失，樣品采集后立即密封包裝。隨后，將土壤樣品放置在帶有溫度傳感器的BaPS 培養(yǎng)箱中，并將溫度設(shè)置為野外實(shí)際測定的土壤溫度。打開BaPS 系統(tǒng)軟件，輸入樣品參數(shù)，測試收集數(shù)據(jù)24 h，經(jīng)Delta 分析得到土壤總硝化速率，單位為μg·g-1·d-1[31]。

1.5 土壤DNA 提取、擴(kuò)增與定量分析

稱取0.2 g 新鮮土壤，使用Fast DNA Spin Kit(MP Biomedals)提取土壤總DNA，提取的DNA 樣品保存于-70 ℃。選用不同引物對土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌amoA基因進(jìn)行擴(kuò)增(引物信息和反應(yīng)條件見表1)。PCR 采用AP221-02 試劑盒(TransStartFastpfu DNA 聚合酶，20 μL 反應(yīng)體系，南京諾唯贊生物科技有限公司)在ABI GeneAmp?9 700 型PCR 儀(Applied Biosystems)中進(jìn)行。使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%瓊脂糖凝膠回收PCR 產(chǎn)物，利用DNA 凝膠回收純化試劑盒(PCR Clean-Up Kit)回收純化產(chǎn)物。

表1 氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌擴(kuò)增引物Table 1 Primers of ammonia oxidizing archaea and ammonia-oxidizing bacteria

通過熔解曲線分析，觀察瓊脂糖凝膠電泳產(chǎn)物，證實(shí)擴(kuò)增的特異性。隨后用QuantiFluor?-ST 藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)(Promega 公司)測定氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌的amoA基因拷貝數(shù)。對含有克隆amoA基因的線性化質(zhì)粒進(jìn)行10 倍梯度連續(xù)稀釋，得到校準(zhǔn)曲線。采用PCR 效率為90%～110%，調(diào)整系數(shù)(R2)大于0.98 的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.6 Illumina 測序與序列分析

引物組的擴(kuò)增產(chǎn)物同樣用于高通量測序。擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)純化后，使用TruSeqTMDNASample Prep Kit 試劑盒構(gòu)建文庫，在上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司(中國)的IlluminaMiSeq 平臺(tái)(Illumina)上測序，獲得以FASTQ 格式保存的雙端序列數(shù)據(jù)。測序得到的PE reads 首先根據(jù)overlap 關(guān)系進(jìn)行拼接，同時(shí)對序列質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)控和過濾。根據(jù)序列首位兩端的barcode 和引物序列區(qū)分樣品得到有效序列，并矯正序列方向，得到優(yōu)化數(shù)據(jù)。利用UPARSE 11 按照97%的相似度對質(zhì)控拼接后的序列進(jìn)行操作分類單元(operational taxonomic units，OTU)聚類并剔除嵌合體。使用RDPClassifier 對比FunGene 功能基因數(shù)據(jù)庫進(jìn)行OTU 物種分類學(xué)注釋，置信度閾值為70%，并在不同物種分類水平下統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣本的群落組成。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和SPSS 21.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。利用單因素方差分析(one-way ANOVA)結(jié)合Tukey 法檢驗(yàn)不同處理間的差異顯著性(P＜0.05)。采用Pearson 相關(guān)分析，分析土壤氮組分、氨氧化微生物、酶活性和總硝化速率之間的相關(guān)性。利用Canoco 5.0 對土壤不同形態(tài)氮組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氨氧化微生物群落之間的相關(guān)性進(jìn)行冗余分析(redundancy analysis，RDA)，并通過蒙特卡洛檢驗(yàn)，選擇出顯著影響氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)的土壤氮組分。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對土壤氮組分的影響

與對照相比，在試驗(yàn)第3 個(gè)月和第12 個(gè)月，秸稈處理均顯著提高了土壤、和水溶性有機(jī)氮(P＜0.05)，而生物質(zhì)炭處理則顯著降低這些土壤氮組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(P＜0.05，圖1A～C)。秸稈及其生物質(zhì)炭處理均顯著提高土壤微生物生物量氮(P＜0.05)，且在試驗(yàn)第3 個(gè)月，秸稈及其生物質(zhì)炭處理分別使土壤微生物生物量氮增加26.6%和14.4%，兩者間差異顯著(P＜0.05)，但在試驗(yàn)第12 個(gè)月，秸稈及其生物質(zhì)炭處理分別使微生物生物量氮增加17.4%和12.2%，兩者間無顯著差異(圖1D)。

圖1 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對毛竹林土壤不同形態(tài)氮組分的影響Figure 1 Effects of straw and its biochar application on different soil N fractions in a Ph.edulis forest

2.2 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對土壤氨氧化微生物的影響

由圖2A 和圖2B 可知：與對照相比，在試驗(yàn)第3 個(gè)月和第12 個(gè)月，施用秸稈顯著提高了土壤氨氧化細(xì)菌豐度(P＜0.05)；而生物質(zhì)炭則降低了土壤氨氧化細(xì)菌豐度，降幅分別為44.6%和39.0% (P＜0.05)。秸稈及其生物質(zhì)炭處理對土壤氨氧化古菌豐度均無顯著影響。

圖2 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對毛竹林土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌基因豐度及多樣性指數(shù)的影響Figure 2 Effects of straw and its biochar application on the abundance and diversity index of soil AOA and AOB in a Ph.edulis forest

與對照相比，在試驗(yàn)第3 個(gè)月和第12 個(gè)月，秸稈及其生物質(zhì)炭處理均顯著提高了土壤氨氧化古菌群落的Shannon 指數(shù)(P＜0.05)，而氨氧化古菌群落Chao1 指數(shù)無顯著變化(圖2C～D)；秸稈及其生物質(zhì)炭處理下，土壤氨氧化細(xì)菌群落Shannon 指數(shù)和Chao1 指數(shù)均顯著高于對照(P＜0.05，圖2E～F)。

在試驗(yàn)第3 個(gè)月，氨氧化古菌群落的優(yōu)勢菌屬(相對豐度＞1%)主要為norank_c_environmental_samples_p_Crenarchaeota 和norank_p_environmental_samples_k_norank，兩者相對豐度分別為70.0%～76.3%和17.2%～21.2%(圖3A)；在試驗(yàn)第12 個(gè)月，氨氧化古菌群落以norank_p_Crenarchaeota 和norank_d_Archaea 為主，兩者相對豐度分別為84.4%～87.3%和2.0%～2.8%(圖3B)。在試驗(yàn)第3 個(gè)月和第12 個(gè)月，與對照相比，秸稈及其生物質(zhì)炭處理均對氨氧化古菌群落組成無顯著影響。

圖3 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對毛竹林土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌群落物種組成的影響(屬水平)Figure 3 Effect of straw and its biochar application on the community composition of soil AOA and AOB at genus level in a Ph.edulis forest

由圖3C～D 可知：亞硝化螺菌屬Nitrosospira在氨氧化細(xì)菌群落組成中占絕對優(yōu)勢。在試驗(yàn)第3 個(gè)月，與對照相比：秸稈處理顯著增加了亞硝化螺菌屬的相對豐度(P＜0.05)，顯著降低了norank_p_ammonia_oxidising_bacteria_ensemble 的相對豐度(P＜0.05)。生物質(zhì)炭處理顯著降低了亞硝化螺菌屬和norank_p_ammonia_oxidising_bacteria_ensemble 的相對豐度(P＜0.05)，增加了norank_o_environmental_samples_c_Betaproteobacteria 的相對豐度。在試驗(yàn)第12 個(gè)月，秸稈處理顯著增加了亞硝化螺菌屬的相對豐度(P＜0.05)；而生物質(zhì)炭處理顯著降低亞硝化螺菌屬的相對豐度(P＜0.05)，并增加了norank_c_Betaproteobacteria 和norank_f_Nitrosomonadaceae 的相對豐度。

對土壤不同形態(tài)氮組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氨氧化微生物群落之間的相關(guān)性進(jìn)行冗余分析，并通過蒙特卡洛檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在試驗(yàn)的第3 個(gè)月和12 個(gè)月，土壤氮組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對氨氧化古菌群落結(jié)構(gòu)均無顯著影響(圖4A～B)；在試驗(yàn)的第3 個(gè)月，土壤和微生物生物量氮為氨氧化細(xì)菌群落的關(guān)鍵影響因子(P＜0.05，圖4C)，而在試驗(yàn)第12 個(gè)月，和水溶性有機(jī)氮為影響氨氧化細(xì)菌群落的主要因子(P＜0.05，圖4D)。

圖4 毛竹林土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與不同形態(tài)氮組分的冗余分析Figure 4 RDA analysis based on community structure of AOA, AOB and different soil N fractions in a Ph.edulis forest

2.3 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對土壤氮循環(huán)相關(guān)酶活性和總硝化速率的影響

在試驗(yàn)第3 個(gè)月和第12 個(gè)月，與對照相比，秸稈處理顯著提高了土壤蛋白酶和脲酶活性(P＜0.05)，其中，蛋白酶活性分別提高了19.9%和13.3%，脲酶活性分別提高了17.5%和13.1%；生物質(zhì)炭處理則顯著降低了這2 種酶的活性(P＜0.05)，蛋白酶活性的降幅分別為15.2%和12.7%，脲酶活性的降幅分別為14.6%和12.0% (圖5A～B)。在試驗(yàn)第3 個(gè)月和第12 個(gè)月，與對照相比，秸稈處理使土壤總硝化速率提高了25.1%和16.6% (P＜0.05)，生物質(zhì)炭處理則顯著降低了土壤總硝化速率(P＜0.05)，降幅分別為18.9%和13.6% (圖5C)。

圖5 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對毛竹林土壤蛋白酶、脲酶活性及總硝化速率的影響Figure 5 Effects of straw and its biochar application on the soil protease activity, urease activity, and gross nitrification rate in a Ph.edulis forest

2.4 土壤氮組分、氨氧化微生物、酶活性與總硝化速率的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明(圖6)：除在試驗(yàn)第3 個(gè)月，氨氧化古菌豐度與土壤水溶性有機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)之外，氨氧化古菌豐度及其優(yōu)勢菌的相對豐度與土壤氮組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、總硝化速率之間無顯著相關(guān)。在第3 個(gè)月和第12 個(gè)月，土壤氨氧化細(xì)菌豐度及其優(yōu)勢菌屬亞硝化螺菌屬的相對豐度、蛋白酶活性和脲酶活性均與、和水溶性有機(jī)氮以及總硝化速率呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；土壤、和水溶性有機(jī)氮也均與總硝化速率呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)。

圖6 毛竹林土壤氮組分、氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌豐度及其優(yōu)勢菌屬的相對豐度、酶活性與總硝化速率的相關(guān)性Figure 6 Relationships between soil N fractions, AOA and AOB abundance and the relative abundance of their dominant genus, enzyme activity and gross nitrification rate in a Ph.edulis forest

3 討論

3.1 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對土壤氨氧化微生物的影響

土壤氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌是土壤硝化作用的關(guān)鍵微生物群體，它們對環(huán)境變化的響應(yīng)存在差異[32]。本研究發(fā)現(xiàn)：毛竹林土壤氨氧化細(xì)菌豐度及其群落結(jié)構(gòu)受秸稈及生物質(zhì)炭輸入顯著影響，而土壤氨氧化古菌群落變化受到的影響較小。這可能是由于土壤氨氧化細(xì)菌的生態(tài)位小于氨氧化古菌，即其在土壤中占據(jù)的資源和空間范圍較窄；而土壤氨氧化古菌具有更廣泛的生態(tài)位，能夠在不同的溫度、pH、氧氣和氮素等條件下生存和活動(dòng)[33-34]。因此，土壤氨氧化細(xì)菌對環(huán)境變化的適應(yīng)能力相對較低，對管理措施的響應(yīng)更加敏感。另外，本研究也發(fā)現(xiàn)：土壤中不同形態(tài)氮組分對氨氧化細(xì)菌豐度及群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響，而對氨氧化古菌豐度和群落結(jié)構(gòu)無顯著影響。這也進(jìn)一步證實(shí)了土壤氨氧化細(xì)菌對環(huán)境變化的響應(yīng)更加敏感。這可能是由于氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌對不同形態(tài)的氮素反應(yīng)能力存在差異，氨氧化細(xì)菌對于土壤中氮素的利用和轉(zhuǎn)化具有更高的依賴性，因此在面對環(huán)境變化的時(shí)候更易受影響[35]。

本研究結(jié)果顯示：玉米秸稈處理顯著提高了土壤氨氧化細(xì)菌豐度，這可能是因?yàn)榻斩捿斎胩峁┝顺渥愕牡孜铮瑥亩偈拱毖趸?xì)菌生長，這與以往大多數(shù)研究結(jié)果一致[36-37]。此外，秸稈的施用還改變了土壤氨氧化細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)，顯著增加了氨氧化細(xì)菌優(yōu)勢菌屬亞硝化螺菌屬的相對豐度。與秸稈處理相反，玉米秸稈生物質(zhì)炭輸入降低了土壤氨氧化細(xì)菌豐度，并減少了亞硝化螺菌屬的相對豐度。這可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭具有較高的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，對土壤氮素具有吸附作用[38]，或者其對硝化作用具有抑制作用，減少了土壤中硝酸鹽的生成，降低了土壤中可溶性氮組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)[39]。這導(dǎo)致氨氧化細(xì)菌生長所需的氮素減少，降低了氨氧化細(xì)菌豐度[40]。另外，生物質(zhì)炭本身的物質(zhì)組成可能包含硝化抑制劑α-松萜或酚類物質(zhì)。這些化合物可能與土壤中的氨氧化細(xì)菌相互作用，干擾了其正常的代謝活動(dòng)，導(dǎo)致氨氧化細(xì)菌豐度降低[41]。亞硝化螺菌屬主要利用土壤中的氨氮和亞硝酸鹽進(jìn)行生長和代謝，并通過氨氧化和亞硝酸氧化將這些無機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽[42]。因此，當(dāng)生物質(zhì)炭輸入使土壤中的無機(jī)氮降低時(shí)，亞硝化螺菌屬可能會(huì)面臨氮源供應(yīng)的不足，不利于其生長和繁殖。此外，生物質(zhì)炭輸入還提高了土壤氨氧化細(xì)菌群落的多樣性，這使得氨氧化細(xì)菌屬間的競爭加劇，從而對氨氧化細(xì)菌優(yōu)勢菌屬的生長產(chǎn)生抑制作用[43]。

3.2 秸稈及其生物質(zhì)炭輸入對土壤酶活性和總硝化速率的影響

土壤蛋白酶和脲酶是參與土壤氮循環(huán)的主要酶系，其活性與土壤氮素轉(zhuǎn)化強(qiáng)度和供氮能力緊密相關(guān)[44-45]。本研究中，秸稈輸入對土壤蛋白酶和脲酶活性均有刺激作用，導(dǎo)致土壤酶活性顯著提高。這可能是由于秸稈輸入提高了土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為微生物提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，促使微生物生長，提高了土壤酶活性[45-46]。相反，秸稈生物質(zhì)炭的輸入會(huì)對土壤蛋白酶和脲酶活性產(chǎn)生負(fù)面影響，這可能是由于生物質(zhì)炭對反應(yīng)底物和酶分子具有吸附作用。這種吸附作用會(huì)限制酶與底物接觸，阻礙酶促反應(yīng)，導(dǎo)致土壤酶活性降低[47-48]。此外，生物質(zhì)炭可能會(huì)占據(jù)酶的活性位點(diǎn)，使酶分子無法有效地與底物結(jié)合，降低了酶的活性[49]。

土壤酶活性與不同氮素組分的水平緊密相關(guān)[50-51]。蛋白酶和脲酶活性的提高有利于促進(jìn)土壤有機(jī)氮分解為銨態(tài)氮[52]。本研究的相關(guān)性分析表明：毛竹林土壤蛋白酶和脲酶活性與土壤、和水溶性有機(jī)氮呈正相關(guān)，其中，土壤水溶性有機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與酶活性之間的相關(guān)性最高。這與前人研究結(jié)果相符[53]，說明水溶性有機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響毛竹林土壤酶活性的主要因素之一。

秸稈輸入顯著提高了毛竹林土壤總硝化速率，而秸稈生物質(zhì)炭輸入則顯著降低了土壤總硝化速率。前者可能是由于秸稈中的有機(jī)物質(zhì)激活和增強(qiáng)了酶的活性，也為土壤硝化細(xì)菌提供底物，促進(jìn)其生長和代謝活動(dòng)，從而促進(jìn)硝化作用[54-55]。后者則可能是由于生物質(zhì)炭對無機(jī)氮的吸附作用以及對土壤酶活性和硝化細(xì)菌的抑制作用，導(dǎo)致土壤硝化作用削弱[56]。本研究還發(fā)現(xiàn)：氨氧化細(xì)菌在毛竹林土壤硝化作用中起主要驅(qū)動(dòng)作用，而其中亞硝化螺菌屬是優(yōu)勢菌屬，其相對豐度與土壤總硝化速率呈顯著正相關(guān)。前人研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)：土壤硝化作用的削弱歸因于亞硝化螺菌屬相對豐度的降低[57]，表明亞硝化螺菌屬是土壤硝化作用的關(guān)鍵屬[43]。此外，土壤蛋白酶和脲酶活性也與總硝化速率呈顯著正相關(guān)，這說明增強(qiáng)土壤酶活性有利于促進(jìn)土壤硝化作用。

綜上所述，與玉米秸稈輸入相比，玉米秸稈生物質(zhì)炭降低了土壤氨氧化細(xì)菌豐度及優(yōu)勢菌屬亞硝化螺菌屬的相對豐度，同時(shí)削弱了土壤中蛋白酶和脲酶的活性，因而，抑制了毛竹林土壤硝化作用。

4 結(jié)論

玉米秸稈及其生物質(zhì)炭通過影響毛竹林土壤氮組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對氨氧化細(xì)菌群落及氮循環(huán)相關(guān)酶活性產(chǎn)生影響，進(jìn)而調(diào)節(jié)土壤硝化作用。秸稈輸入會(huì)刺激土壤硝化作用，而生物質(zhì)炭輸入則會(huì)抑制土壤硝化作用。相較于秸稈直接輸入，將秸稈生物質(zhì)炭輸入毛竹林土壤能夠顯著抑制土壤硝化作用，因此可以被視為減少亞熱帶森林土壤氧化亞氮排放和氮素?fù)p失的一種有效途徑。