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摘要
研究作物重要生长阶段土壤酶活性及其温度敏感性对CO2浓度升高及增温的响应,对于评价气候变化对作物生产的影响以及评估土壤生态系统的功能稳定性具有重要意义。利用人工气候室模拟不同水分(充分供水和轻度干旱)、CO2浓度升高(由400μmol·mol-1升高至700μmol·mol-1)和增温(由22℃升高至26℃)条件,以3个因素交互作用下盆栽谷子(Setaria italica)土壤为研究对象,分析了谷子灌浆期土壤中β-葡糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、纤维素酶(CBH)和β-木糖苷酶(βX)活性的温度敏感性。结果表明,对照(CK)在充分供水条件下土壤βG、NAG、CBH和βX的酶活性随着培养温度增加呈先升高后降低的趋势,在25℃时酶活性最高。在最适温度下(25℃),与CK相比,CO2浓度升高使谷子灌浆期土壤βG酶活性显著降低,而对土壤NAG、CBH、βX酶活性的抑制作用较小;CO2浓度升高和增温的交互作用在不同水分条件下表现不同,具体表现为轻度干旱条件下酶活性受到抑制,而充分供水时无显著差异。此外,CO2浓度和温度显著影响谷子灌浆期土壤酶活性的温度敏感性(Q10)CO2浓度升高使土壤胞外酶活性的Q10显著增大,而增温使Q10相对减小。在充分供水条件下,增温抵消了CO2浓度升高对酶活性Q10的影响,二者的交互作用对Q10无显著影响。然而,在轻度干旱条件下,CO2浓度升高和增温对Q10影响显著,即CO2浓度、温度及水分三者对Q10的交互作用显著。同时,CO2浓度与水分对Q10有显著的交互作用,但与仅CO2浓度升高以及3个因素交互作用的影响无明显差异。冗余分析显示,除CO2浓度和温度外,Q10还受到微生物量、土壤养分等环境因子的影响。本研究表明CO2浓度、温度和水分以及三者之间的交互作用对土壤酶活性及其温度敏感性的影响复杂,特别是CO2浓度升高抑制了土壤酶的温度敏感性,减弱了土壤碳氮循环相关酶的代谢功能及其稳定性,进而影响土壤生态系统的功能稳定性。
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单位中国科学院水利部水土保持研究所; 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室; 西北农林科技大学
