硫作為植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素,在草地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中起到重要作用,但過(guò)量施硫肥或大氣硫沉降是陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤酸化的主要原因,可造成土壤鹽基離子淋失、養(yǎng)分失衡、有害金屬離子積累,并對(duì)土壤生物群落結(jié)構(gòu)及功能產(chǎn)生影響。土壤微生物群落能夠通過(guò)調(diào)節(jié)其自身元素獲取和分配策略來(lái)適應(yīng)氣候變化和人為干擾引起的環(huán)境資源的失衡性變化。盡管過(guò)去大量研究表明,土壤酸化會(huì)改變養(yǎng)分有效性,影響微生物群落結(jié)構(gòu),但微生物的元素獲取和分配策略對(duì)土壤酸化的適應(yīng)機(jī)制尚不明確。
沈陽(yáng)生態(tài)所土壤化學(xué)組依托額爾古納森林草地過(guò)渡帶生態(tài)研究站2017年5月建立的草甸草原硫添加試驗(yàn)平臺(tái)(元素硫添加量分別為0、1、2、5、10、15、20、50 gSm-2yr-1),2018年8月對(duì)表層土壤的相關(guān)化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查取樣及測(cè)定分析,研究發(fā)現(xiàn)硫添加引起的土壤酸化顯著提高了土壤真細(xì)菌比和微生物生物量碳氮比,進(jìn)而降低了碳:氮不平衡指數(shù),表明微生物群落隨著土壤pH降低從氮限制向碳限制轉(zhuǎn)化。此外,研究還發(fā)現(xiàn)隨著土壤酸化程度的加劇,微生物群落通過(guò)提高其碳:氮獲取酶的比值來(lái)獲取更多碳;同時(shí)減少用于呼吸的碳投入,提高碳利用效率,以適應(yīng)微生物碳限制。通過(guò)結(jié)構(gòu)方程模型發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)的質(zhì)子和金屬離子脅迫理論相比,微生物元素化學(xué)計(jì)量理論能夠更好地解釋其養(yǎng)分獲取和利用策略在酸化條件下的變化(見(jiàn)下圖)。





