石灰土与红壤的原土和团聚体中微生物对养分限制的响应策略

摘要

土壤资源供给不平衡会导致微生物养分限制，不同类型土壤及团聚体中的微生物面临养分限制时采取的响应策略及其对土壤有机碳(SOC)含量的影响仍不清楚。本研究选取中国亚热带季风气候区次生林植被覆盖下的典型喀斯特中性石灰性土壤(LS)和酸性红壤(RS)作为对比，通过土壤原土及其团聚体的全量、可利用态、微生物生物量和胞外酶碳、氮、磷的计量比和微生物与资源的化学计量不平衡性等指标评价其养分限制特征，并分析不同土壤微生物养分限制的响应策略及其对土壤SOC的影响。结果表明，不同元素化学计量特征所反映的土壤微生物养分限制特征存在差异，其中可利用态和胞外酶计量比及其化学计量不平衡性决定了微生物的响应策略。总体上2种土壤均呈现氮和磷共限制，但相对而言RS的氮和磷限制更强；且其大、中团聚体中存在更强的氮和磷限制。在土壤可溶性有机碳(DOC)的驱动下，RS大、中团聚体中的微生物更多地提高其氮和磷利用效率(NUE和PUE),通过提高磷微生物熵(qMBP)、降低细胞内养分稳态的方式适应养分限制，该过程降低了碳利用效率(CUE);而LS则保持了较高的CUE。土壤SOC含量并未受化学计量不平衡性和微生物响应策略的影响，土壤理化性质(尤其是pH和钙含量)是SOC含量的关键驱动因素。本研究结果为中国亚热带森林生态系统管理和修复过程中土壤养分和碳库的调控提供理论依据。

关键词

养分限制 / 土壤有机碳 / 化学计量 / 养分利用效率 / 微生物熵 / 团聚体 / 喀斯特