连作杨树人工林土壤养分有效性变化及其酚酸影响机制

土壤养分有效性是评价土壤养分供应能力的最可靠指标，化感物质对土壤养分转化和供应具有显著影响。目前国内外针对酚酸作用下人工林土壤养分有效性的变化规律缺少必要研究，影响机制尚不明确。基于以往对连作杨树人工林土壤酚酸类化感物质化感效应、土壤微生物及土壤理化性质等方面的研究积累，本研究通过模拟根际酚酸累积环境，采用根系吸收模拟器（PRS）和变性梯度凝胶电泳（DGGE）、磷脂脂肪酸分析（PLFA）等技术，研究并阐明酚酸对连作杨树人工林土壤养分有效性和土壤微生物群落演变的影响；通过CANOCO软件的DCCA分析功能，阐明土壤养分有效性变化与土壤微生物群落演变的相关性；通过对土壤微生物DNA指纹图谱分析，确定与杨树人工林土壤养分有效性密切相关的关键微生物类群并进行分子鉴定，丰富和完善连作人工林地力衰退化感效应机理模型，为深入揭示连作杨树人工林地力衰退机理及寻找地力维持技术提供科学依据。

基于离子交换树脂膜埋置对连作杨树人工林土壤养分特征及代际差异进行了对比分析。结果表明，随连作代数增加杨树人工林土壤养分含量总体呈现逐渐下降的趋势；根际和非根际土壤中速效氮和钾的含量在代际间呈现显著降低，说明连作人工林极易出现养分亏缺。养分离子流在非根际土壤中并没有显著差异，但根际土壤中NH4+和K+在单位时间内的提取量呈现显著增加，NO3-则显著减少，说明连作杨树人工林土壤硝化作用存在障碍。外源添加酚酸试验结果表明，酚酸对土壤养分有效性的影响具有显著的浓度效应和时间效应。土壤N素有效性受酚酸的抑制效应较为明显，随酚酸浓度增大，土壤中NH4-N、NO3-N的提取量均发生显著下降。高浓度酚酸对P、Mn的有效性具有显著促进作用，而对K、Fe的有效性具有显著抑制。酚酸添加后，随土样培养时间的延长，NH4-N、PO4、Mn的有效性逐渐增加，而NO3-N、K、Fe、Zn的有效性显著降低。酚酸对土壤酶活性也产生了显著影响，土壤中的脲酶和碱性磷酸酶活性均较对照发生显著下降，而过氧化氢酶和多酚氧化酶活性则呈现较对照显著升高的趋势。典型相关分析表明，土壤养分有效性与酶活性的相关分析表明，脲酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶活性与NO3-N、K、Fe、Mn等养分离子的有效性相关性较高。采用PCR-DGGE技术结合功能微生物培养方法对土壤细菌群落结构的研究表明，根际土壤细菌丰富度和Shannon-wiener 多样性显著低于非根际土，但氨化细菌、好气性固氮菌和纤维素分解菌的数量显著高于非根际土；而且呈现出氨化细菌数量在代际间显著增加，亚硝化细菌和好气性固氮菌显著减少的趋势。酚酸对杨树人工林土壤微生物群落结构产生了显著影响，高浓度酚酸减少了土壤微生物多样性；同时，杨树人工林土壤中存在能降解酚酸的微生物类群，对土壤养分有效性提高具有一定作用。典型相关分析表明，杨树人工林土壤养分有效性变化与细菌群落演变具有显著相关性，其中细菌群落演变是影响土壤硝化作用和氮素有效性变化的重要机制。