模拟增温和降雨增加对撂荒草地土壤胞外酶活性及计量特征的影响

土壤胞外酶活性是催化土壤有机质分解的关键限速步骤,而且对外界环境的变化极其敏感,然而却很少有研究聚焦于土壤胞外酶活性对气候变化的响应,尤其是在黄土高原地区.以黄土丘陵区撂荒草地为研究对象,野外模拟气候变暖和降水增加,通过测定土壤理化性质、植被群落特征和土壤酶活性,探究土壤酶活性及计量比对气候变化的响应特征及驱动因素.结果表明,增温、增雨以及二者的交互作用均显著降低了土壤β-1,4-葡糖苷酶(BG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性,然而,土壤β-1,4-木糖苷酶(BX)活性在气候变化处理下却呈现出增加趋势,其中,增温处理的增幅最大,达到了 63.15％.增温增雨的交互显著增加了β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸胺肽酶(LAP)以及碱性磷酸酶(ALP)活性,分别增加了 34.32％、12.97％和44.86％.增温显著增加了过氧化物酶(PER)活性,而增雨显著降低了 PER酶活性,增雨以及增温增雨显著降低了多酚氧化酶(PPO)活性,这主要归因于植物群落科组成的变化.增雨和增温增雨处理下碳降解酶活性:氮降解酶活性(CEs:NEs)和氮降解酶活性:磷降解酶活性(NEs:PEs)显著降低,而碳降解酶活性:磷降解酶活性(CEs:PEs)在增温、增雨及其交互作用下均显著降低,增雨以及增温增雨处理下土壤酶化学计量的向量长度均低于对照处理,且向量角度均大于对照处理,表明土壤微生物在暖湿条件下的碳限制和氮限制程度有所减弱.主成分分析和冗余分析结果表明土壤水分含量和土壤有机碳含量是引起酶活性及计量特征变化的主要驱动因子.综上所述,气候变化下黄土丘陵区撂荒草地植被群落科组成的变化,尤其是木质素含量较低且具有固氮能力的豆科植物数量的增加以及土壤有机碳含量的增加会减弱土壤微生物的碳氮限制,研究结果可为理解脆弱生境地区在气候变化背景下土壤微生物的养分限制情况提供依据.