摘要
枯落物是植被与土壤间养分物质和生物能量转化互馈的重要载体，土壤生物学活性则是枯落物分解释放养分、传递生物能的驱动力，明确微生物活动与枯落物分解的响应特征与机制对于认知人工林系统养分循环与植被恢复机制都具有重要的科学意义。 因此，本研究以毛乌素沙地典型防风固沙乔木、灌木林枯落物与土壤为研究对象，设置高（25℃），低（10℃）温度和高（8%），低（2%）含水量配比下添加与不添加枯落物的组合处理室内培养试验，分析了枯落物分解过程碳氮转化代谢酶、微生物碳氮磷及化学计量特征、养分积累、养分限制等土壤生物学特性对枯落物分解特征以及水热条件的响应特征；并进一步解析枯落物分解特征，不同时段代谢酶和微生物的互作关系，筛选起到关键交互作用的酶类及其化学计量特征，以期揭示不同固沙植被类型枯落物分解的生物学响应机制，为深入认知沙漠化防治人工林系统植被–土壤协同恢复过程与机制提供科学依据。研究结果如下： （1）两种林地枯落物在不同水热条件下分解特征差异显著。经过190天培养乔木和灌木枯落物质量损失率均以高温高水较高，分别达到22.5%和21.3%，同时低温低水处理较低，仅为9.2%和11.3%。培养过程中乔木和灌木土壤CO2排放速率添加是不添加枯落物的2.3倍和1.7倍。对温度条件的响应为灌木林高温无枯落物CO2排放速率是低温的1.6倍，乔木林中高温未添加枯落物CO2排放速率也达到低温添加枯落物的1.1倍。对水分条件响应为乔木高水添加枯落物碳排放速率分别是高水和低水无枯落物的2.2和3.2倍，灌木林则为1.5倍。可见，高温高水显著激发了枯落物和有机质矿化分解，这也使得响应处理土壤养分累积较高。如添加对比不添加枯落物，乔木土壤有机碳，全氮、全磷分别增加33.1%、12.4%及73.2%，灌木土壤对应分别增加21.1%，98.2%及83.4%，这种碳氮磷累积效应也与高温高水条件相匹配，低温低水下土壤碳氮磷提升效应则较低。 （2）微生物碳氮磷量、转化酶活性及化学计量特征均积极响应了枯落物分解特征。190天培养分解期内，两种林地不同土层碳氮转化酶活性均是添加枯落物处理大于未添加处理，且酶活性均随土层加深而减弱。碳氮转化酶活性由大到小的处理依次为：高温高水、高温低水、低温高水和低温低水。酶化学计量特征表现为：添加枯落物灌、乔木林下酶C:N最大分别为0.32和0.34；酶N:P最小值分别为2.03和2.13。高温和高水灌、乔木林下酶C:N最大值分别为0.33和0.38、0.35和0.39；酶N:P比的最小值分别为1.8和2.08、1.7和2.0。微生物的变化特征为：乔木、灌木微生物碳、氮、磷量添加处理是未添加枯落物处理的1.1和0.9倍、1.2和1.1倍、2.1和1.9倍。高低温度条件下，微生物磷量灌木高温大于乔木低温。乔木高水下的微生物碳和氮量是乔木低水处理、灌木高水处理和灌木低水处理的1.07、1.39、1.52和1.08、1.09、1.12倍。可见微生物通过改变自身生物量、酶活性及其化学计量特征响应枯落物分解变化。 （3）通过冗余分析表明，含水量、枯落物分解量、土壤养分等指标解释了酶活性及其化学计量99.2%的变异，解释了微生物及其化学计量92.7%的变异，并且以SOC对质量指数变化的解释程度最高，枯落物分解量次之。相关分析表明枯落物分解过程中土壤C:P与土壤C:N均呈极显著正相关。酶化学计量特征变化则反映出C限制，如乔木无枯落物下高温低水处理是低温低水处理矢量长度的1.04倍；高温高水是高温低水的1.05倍。在灌木林中无枯落物下高温低水处理是低温低水处理矢量长度的1.07倍。微生物活性在0-20cm培养土层一直受N限制，其中乔木林无枯落物下高温低水的N限制是低温低水N限制的0.98倍；灌木林中低温高水下无枯落物处理的N限制是有枯落物处理N限制的1.04倍。且在培养过程中未出现P限制。 综上分析，随着枯落物分解干物质损失和养分转化，两种林地土壤生物学活性均对添加枯落物响应较为显著，其次是温度，最后是水分。这其中又以生态酶C:P比和微生物磷量对枯落物分解响应最敏感，是影响枯落物分解的关键生物学特性，这也说明微生物通过改变生物量和酶化学计量响应枯落物分解变化。且酶化学计量特征变化也反映出固沙林枯落物分解使得土壤微生物活性受到N养分的限制。土壤有机碳库为是影响土壤生物学特性的关键土壤环境因子。
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