摘要
杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方主要经济树种之一，已证明杉木纯林连栽会导致其生产力和土壤质量下降。土壤微生物胞外酶作为土壤有机质分解的重要媒介，调节养分循环和能量流动，能有效反映养分有效性和微生物营养需求之间的生物化学平衡关系。土壤微生物对环境波动和养分有效性的变化高度敏感。然而，连栽杉木林中土壤微生物的养分需求及其群落功能仍不清楚。为此，本研究以三个杉木主要分布区的二代杉木林和次生林为研究对象，采用试剂盒和扩增子测序等手段测定 β-葡萄糖甘酶（BG）、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖甘酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和酸性磷酸酶（ACP）四种与碳、氮、磷相关的土壤胞外酶活性、土壤微生物群落结构及功能，并通过土壤酶化学计量比和向量分析表征微生物的养分需求和限制状况，比较不同区域、不同森林类型土壤基本理化性质、胞外酶活性及计量比、微生物群落结构和功能在干、湿季之间的差异，旨在为二代杉木林的可持续经营和生产力提升提供理论依据。主要结果如下： （1）总体而言，与次生林相比，二代杉木林土壤含水量和pH略有升高，但容重、土壤有机碳、总氮、碳氮比、速效磷均略有下降。森林类型显著影响土壤有机碳、总氮、总磷以及速效磷含量（P＜0.05），采样季节显著影响有机碳、总氮和碳氮比（P＜0.05）,研究区域则显著影响有机碳、总氮、碳氮比、总磷和速效磷（P＜0.05）。总体上，二代杉木林的土壤养分有效性低于次生林，森林类型、季节和研究区域对养分有效性影响较大。 （2）与次生林相比，二代杉木土壤BG活性略有降低，ACP活性略有升高，土壤酶C/P和N/P略有降低，且在湿季更明显。重复测量方差分析结果表明，森林类型显著影响BG活性，研究区域和森林类型的交互作用显著影响NAG，季节和森林类型的交互作用显著影响 ACP（P＜0.05）。土壤胞外酶计量比和矢量分析表明，研究区域森林土壤微生物受碳氮的共同限制。矢量长度与土壤酶C/P和N/P显著相关（P＜0.05），矢量角度与土壤温度、BG、N获取酶、土壤酶C/N和N/P显著相关（P＜0.05）。 （3）研究区域土壤微生物群落以变形菌门和酸杆菌门为主，总和占比超过70%。 森林类型显著影响放线菌门、疣微菌门相对丰度（P＜0.05）。二代杉木林土壤微生物群Shannon、Simpson指数均与次生林无显著差异，β-多样性亦无显著差异。研究区域和森林类型对土壤微生物 Chao1 指数有显著性影响（P＜0.05）。冗余分析表明，土壤胞外酶活性和速效磷是微生物多样性变化的主要驱动因子。 （4）对微生物的碳氮功能分析表明，在 KEGG L1 水平上，与新陈代谢有关的微生物功能基因占比最大。虽然二代杉木林 KEGG L1 和 L2 水平的功能基因均与次生林无显著性差异，但是森林类型显著影响与酶相关的功能基因 EC:1.6.5.3 和 EC:2.7.11.1 （P＜0.05），这与上述森林对土壤酶活性的影响基本一致。此外，季节不影响二代杉木林和次生林的土壤微生物功能。土壤胞外酶活性和容重是驱动微生物功能改变的主要因子。 综上所述，研究区土壤微生物受碳氮的共同限制，特别是在湿季二代杉木林的土壤BG低于次生林，土壤酶活性的变化改变了微生物Chao1指数和酶相关的功能基因，进而略微降低了二代杉木林的养分有效性。由此说明，即便二代杉木林能缓解微生物的碳限制，杉木林连栽时也应注重氮肥和有机碳管理，以便维持微生物的养分平衡和杉木人工林的可持续发展。
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