土壤质地对土壤微生物和结构恢复有哪些影响？

百欧博伟生物：许多生物和非生物因素影响长期扰动后土壤群落的恢复。我们研究了土壤质地在恢复土壤微生物群落结构和微生物胁迫变化中的作用，以磷脂脂肪酸（PLFA）剖面为指标，使用了美国内布拉斯加州0至19年恢复的粉质粘壤土和壤土细砂土草原的两个时间序列。所有的修复都是以前通过美国农业部的保护区计划种植当地暖季草的耕地。

许多PLFA浓度的增加发生在粉质粘壤土的时间序列上，包括PLFA总生物量、丰富度、真菌、丛枝菌根真菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和放线菌。

在整个粉质粘壤土时间序列中，饱和：单不饱和和异：前异PLFA的比率降低，表明随着草地的建立，微生物群落的营养胁迫减少。对整个粉质粘壤土时间序列的PLFA剖面的多变量分析表明，微生物群落结构在向原生草原的轨迹上恢复。

相反，没有微生物群在泥细沙的时间序列上表现出方向性变化。土壤结构的变化也仅在整个粉质粘壤土时间序列中观察到。骨料平均加权直径（MWD）呈指数上升至最大值，这是由于大骨料比例（>2000μm）呈指数增长至最大值以及微骨料（<250μm和>53μm）和粉土和粘土部分（<53μm。在这两个时间序列中，MWD与PLFA总生物量和许多微生物群的生物量高度相关。

许多PLFA组与团聚体的MWD之间的强相关性强调了土壤微生物群落的恢复与土壤结构之间的相互依赖性，这可能解释了一些土壤（即泥细沙）比时间更大的变化。这项研究表明，土壤微生物对草地恢复的反应受土壤质地的调节，这对估计恢复工作恢复生态系统功能的真实能力具有重要意义。

历史上1.62亿公顷的牛脂草草原中，86%以上已被改为农业用途（Samson等人，2004年）。传统耕作破坏了土壤结构，减少了有机物的储存，改变了养分供应率，增加了土壤温度的波动，并导致土壤中出现更极端的湿/干循环（Tisdall和Oades，1982，Mann，1986，Tisdall，1994）。

美国农业部的保护区计划（CRP）是在1985年《粮食与安全法》中引入的，其目标是通过将易受侵蚀的农田转变为多年生植被来减少侵蚀。在2007财政年度，CRP减少了4.26亿吨土壤侵蚀，1.88亿吨土壤径流，21.8万公吨氮径流，4.9万公吨磷径流，估计可封存5000万公吨大气碳（CO2）（美国农业部，2008年）。

在以前种植的土壤上种植多年生草可以增加碳和氮的储存（Parton等人，1988，Baer等人，2002，McLauchlan，2006a，Matamala等人，2008，Baer et al.，2010），但积累率可能部分取决于土壤微生物群落和土壤团聚体结构的恢复（Six等人，2006）。

土壤微生物通过结合土壤颗粒和有机物形成聚集体，对土壤结构的发展和维持产生影响，在提供生态系统服务方面发挥着关键作用（Jastrow等人，1998年，Six等人，2000a）。在草地恢复过程中，土壤微生物生物量随着时间的推移而增加，以响应多年生根系的发育和不稳定碳库的增加（Baer et al.，2002，Baer等人，2010）。

磷脂脂肪酸（PLFA）图谱已用于检测微生物群落在农业管理（Petersen等人，1997）、干扰（DeGrood等人，2005）和通过恢复从干扰中恢复期间的变化（Allison等人，2005，McKinley等人，2005年）。此外，PLFA标记已被用于记录不同官能团生物量的变化，并阐明在停止耕作和重建多年生草本植物后，与C限制相关的营养胁迫的变化（Allison等人，2005，McKinley等人，2005）。

然而，微生物对恢复反应的普遍性可能因土壤质地而异。淤泥和粘土颗粒通常比以真菌为主的沙子颗粒支持更大、更多样的微生物群落（Sessionsch等人，2001）。粘土含量高的土壤能更好地保护微生物生物量（Six等人，2006年），形成更多更大的团聚体（Angers和Caron，1998，Kristiansen等人，2006，McLauchlan，2006b，Wick等人，2009年），并具有更大的持水能力（Voroney，2007年）。

土壤水分与微生物生物量，特别是真菌生物量和菌丝长度的增加有关（Frey等人，1999）。此外，粘土含量与土壤中的养分保持率呈正相关（Knops和Tilman，2000）。因此，质地可以调节土壤微生物群落所经历的营养和环境胁迫，从而影响微生物群落的恢复和地下恢复。

土壤微生物与团聚体形成、碳固存以及土壤孔隙空间和水文之间的密切联系（Tisdall，1994，Edgerton等人，1995，Jastrow，1996，DeGrood等人，2005）强调了在土壤恢复过程中考虑微生物群落作用的重要性。

因此，本研究的目的是通过（1）量化前农田草地重建过程中由PLFA剖面索引的土壤微生物群落恢复率，比较从长期常规耕作向多年生原生草地系统过渡期间两种不同土壤质地之间的微生物群落和土壤结构恢复，（2）确定土壤微生物群落的生理胁迫在恢复过程中是否发生变化，以及（3）将土壤微生物群落结构的变化与土壤C和N的恢复以及土壤结构联系起来。

具体而言，我们假设，自停止耕作和草地建立多年以来，PLFA总生物量和丰富度会随着时间的推移而增加，微生物胁迫的PLFA指标会降低，但在粘土含量较高的土壤中会更大程度地降低。我们还假设真菌与土壤结构恢复的相关性最高。

最后，我们预测微生物群落结构和胁迫将因土壤质地而异，在壤土细砂土中，真菌生物量的比例相对较大，PLFA胁迫指标比率水平较高。

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