森林转换后，从表土到底土的土壤养分化学计量比和微生物比例发生显著变化

《European Journal of Soil Science》：Divergent Shifts in Soil Nutrient Stoichiometry and Microbial Quotient From Topsoil to Subsoil After Forest Conversion

土壤微生物商（qMB）是衡量微生物群落调控土壤质量效率的关键指标。研究对比亚热带磷受限生态系统中原始阔叶林（NF）与人工林（PF）及混交林（PNF）的qMB动态，发现林分转换显著降低土壤及微生物生物量中C、N、P含量，且表层土壤（0-10cm）降幅更明显。但亚表层土壤（10-30cm）C、N、P的下降幅度（117.4%、351.9%、111.5%）远超微生物生物量相应组分，导致C:P和N:P比例失衡分别增加78.3%和46.7%，同时qMB提升114.3%，表明微生物通过增强磷获取能力适应养分限制。结构方程模型显示元素比例失衡是qMB变化的主因，提示森林转换需优先保护原始林土壤肥力，特别关注磷营养平衡以维持微生物群落稳定。

　　

摘要

土壤微生物商（qMB）表示土壤元素在微生物生物量中的比例，是衡量微生物群落调节土壤质量和养分循环效率的关键指标。qMB的变化对生态系统功能和维持土壤肥力至关重要。然而，将原始天然阔叶林（NF）转化为人工林或阔叶混交林（PNF）或人工纯林（PF）对qMB动态的影响仍知之甚少，尤其是在磷（P）受限的亚热带生态系统中。我们分析了三种典型亚热带森林中的凋落物、土壤及微生物生物量中的碳（C）、氮（N）和磷（P）的含量，以评估其化学计量特性和qMB的变化。森林转化显著降低了土壤中的碳（C）、氮（N）和磷（P）含量以及微生物生物量中的碳（MBC）、氮（MBN）和磷（MBP）含量，且这种降低在表土（0–10厘米）中比在底土（10–30厘米）更为明显。然而，在底土中，土壤中的碳（C）、氮（N）和磷（P）的含量下降幅度分别达到了117.4%、351.9%和111.5%，这破坏了土壤养分与微生物生物量之间的化学计量平衡。在将天然阔叶林转化为人工纯林后，底土中的碳磷比（C:P）失衡和氮磷比（N:P）失衡分别增加了78.3%和46.7%。同时，虽然表土中的这些化学计量失衡情况基本保持稳定，但底土中的微生物商（qMB）增加了114.3%，表明微生物为应对土壤磷缺乏而进行了适应性调整，以增强磷的吸收和保留能力。冗余分析和结构方程建模进一步证实，qMB的变化主要由资源可用性的减少引起的化学计量失衡所驱动，这表明森林转化导致的化学计量失衡迫使微生物群落在养分受限条件下进行适应。总体而言，我们的研究结果强调了应制定适应性管理策略，优先保护原始森林的土壤肥力，并在造林过程中考虑土壤磷的营养状况，以维持碳（C）、氮（N）和磷（P）的平衡以及土壤微生物的稳定性。

要点

• 森林转化减少了资源可用性，并加剧了化学计量失衡和微生物商（qMB）的变化。
• 化学计量失衡是由于养分与微生物生物量之间的减少程度不同所致。
• qMB的增加主要与化学计量失衡的增加有关。
• 表土与底土之间qMB的差异是由凋落物输入量和微生物活性的差异所驱动的。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究支持的数据可应合理要求向通讯作者索取。