氮磷添加對羊草-土壤-根際微生物化學(xué)計(jì)量特征的影響

鄭斯元，王英逵，劉鞠善，李 杰，王德利

(東北師范大學(xué)草地科學(xué)研究所，植被生態(tài)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130024)

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)(Ecological stoichiometry)是目前生態(tài)學(xué)關(guān)注的重要理論之一，該理論認(rèn)為，有機(jī)體所需要的影響生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、營養(yǎng)循環(huán)和食物網(wǎng)動(dòng)態(tài)的多種元素(主要是C，N，P)之間處于多重平衡.這一理論也適用于研究生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)不同結(jié)構(gòu)層次的養(yǎng)分循環(huán)[1].生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)主要基于動(dòng)態(tài)平衡的原理，即當(dāng)外界環(huán)境的變化在一定限度內(nèi)時(shí)，有機(jī)體能保持自身的化學(xué)計(jì)量處于相對穩(wěn)定之中，并與環(huán)境中的化學(xué)計(jì)量元素保持相對平衡狀態(tài).C，N，P是維持和完成生物有機(jī)體生命活動(dòng)的主要元素，同時(shí)也是影響生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要元素[1].C，N，P 含量及化學(xué)計(jì)量特征可以用來研究植物各器官的元素分配，確定植物-土壤-微生物等不同生態(tài)系統(tǒng)組分之間的養(yǎng)分循環(huán)關(guān)系.

生態(tài)系統(tǒng)的地上和地下部分是緊密相連的，它們之間的互相作用可以極大影響生態(tài)系統(tǒng)的過程和性質(zhì)[2].土壤 C，N，P 含量及化學(xué)計(jì)量關(guān)系可直接反映土壤肥力情況，也間接表明了植物的營養(yǎng)狀況[3].植物與土壤之間的養(yǎng)分遷移則是通過微生物以及它們所產(chǎn)生的有機(jī)物分解酶來介導(dǎo)的.研究發(fā)現(xiàn)，在半干旱草原，不同功能群植物與其根際土壤的化學(xué)計(jì)量之間存在顯著相關(guān)性，但與其根際微生物化學(xué)計(jì)量之間的相關(guān)性較弱[4]；桉樹(Eucalyptusrobusta)和兩種林下植物的N/P與土壤的N/P均密切相關(guān)[2]，且土壤 C/N/P的化學(xué)計(jì)量比顯著影響植被的C，N，P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量變化[5]；在撂荒以及種植檸條(Caraganakorshinskii)和刺槐(Robiniapseudoacacia)的3種土地利用方式下，植物細(xì)根與微生物C/N/P化學(xué)計(jì)量比的變化方向一致(尤其N/P的變化)[6].這些研究結(jié)果表明，植物、土壤和微生物的C/N/P化學(xué)計(jì)量特征之間存在一定的相關(guān)性，且存在強(qiáng)弱區(qū)別.植物根際的生長情況可以直接影響土壤中微生物的生物量、群落結(jié)構(gòu)以及土壤的養(yǎng)分特征[7].根際內(nèi)的植物-微生物養(yǎng)分反饋也會(huì)通過養(yǎng)分的礦化和固持來影響土壤化學(xué)計(jì)量特征[8].根際微生態(tài)系統(tǒng)理論(Rhizosphere micro-ecosystem theory)將生態(tài)系統(tǒng)的概念導(dǎo)入到根際中，以植物-土壤-微生物作為研究對象，既可將其視作一個(gè)統(tǒng)一且特殊的整體來研究不同組分之間的關(guān)系，也可獨(dú)立研究其中每一組分的特征[9].因此，根際不僅是生態(tài)系統(tǒng)地上、地下組成部分之間進(jìn)行養(yǎng)分和能量交換的重要界面，也是一個(gè)特殊的生態(tài)系統(tǒng).

N和P是草地關(guān)鍵的限制性營養(yǎng)元素，大氣氮沉降和施肥等自然和人為形式的N輸入會(huì)改變草地的N和P循環(huán)過程，從而對草地中各生物與非生物組分的N和P含量及其化學(xué)計(jì)量特征產(chǎn)生影響.N添加可以通過增加土壤N的利用率來減輕N限制，從而刺激植物、微生物的生長發(fā)育，提高植物群落生物量和微生物活性，改變植物-土壤-微生物之間的養(yǎng)分分配關(guān)系[10].但是，直接添加無機(jī)N也會(huì)使植物和微生物對養(yǎng)分產(chǎn)生強(qiáng)烈競爭，從而導(dǎo)致劣勢競爭者的化學(xué)計(jì)量失衡并受到土壤中養(yǎng)分的限制[10].此外，N沉降還會(huì)影響植物體內(nèi)P的吸收、轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存過程，從而將植物受到的N限制轉(zhuǎn)變?yōu)镻限制[11].與N不同，植物無法從大氣中獲得P，但人類活動(dòng)(如施P肥等)可對P循環(huán)產(chǎn)生一定的干擾[12].雖然迄今已有大量關(guān)于N和P添加對草地化學(xué)計(jì)量特征影響的研究，但關(guān)于根際微生態(tài)系統(tǒng)中各組分C，N，P含量的變化及限制機(jī)制的研究仍然較少.為此，本研究以松嫩草地的建群種與優(yōu)勢種羊草(Leymuschinensis)作為研究對象，從生態(tài)化學(xué)計(jì)量的角度，探討了N和P添加條件下羊草根際微生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)鍵養(yǎng)分元素(C，N，P)的變化、權(quán)衡與聯(lián)系，以更深入地闡釋植物和微生物的養(yǎng)分限制機(jī)制以及地上-地下生物互作的復(fù)雜性，并為根際微生態(tài)系統(tǒng)理論在化學(xué)計(jì)量方面的研究提供有效的參考.

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省長嶺縣境內(nèi)的東北師范大學(xué)松嫩草地生態(tài)研究站(北緯44°45′、東經(jīng)123°45′).該區(qū)域位于歐亞大陸草原帶東緣，氣候?qū)儆诘湫偷臏貛Т箨懶詺夂?，年平均氣?.9 ℃～6.7 ℃；年均降水量280～400 mm，其中約70%集中在植物生長季(6—8月)；年均蒸發(fā)量1 500～2 000 mm，遠(yuǎn)高于降水量.區(qū)域主要土壤類型為鹽堿化草甸土(pH=7.5～10.0).

1.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用的植物材料為羊草.羊草為歐亞大陸東部草原上的建群種和優(yōu)勢種，也是優(yōu)良牧草之一，具有抗干旱、抗寒冷、耐鹽堿的能力，具有重要的生產(chǎn)與生態(tài)利用價(jià)值[13].2018年6月，選取飽滿的羊草種子，用75%的酒精消毒后播種到育苗盤中萌發(fā).待羊草幼苗長出，選取大小一致的幼苗(株高(10±0.5)cm)移栽至花盆中(盆內(nèi)徑32 cm，高20.9 cm)，以供實(shí)驗(yàn)之用.

本研究采用盆栽實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為完全隨機(jī)設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn)共設(shè)置4種處理方式：對照(CK)，N添加(+N)，P添加(+P)以及N和P共同添加(N+P).根據(jù)松嫩草地生態(tài)研究站自2009年設(shè)置的長期N添加實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[14]，本實(shí)驗(yàn)N添加量為10 g/(m2·a)，以硝酸銨(NH4NO3)的形式添加；P添加量為5 g/(m2·a)，以磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2)的形式添加.每個(gè)處理有8個(gè)重復(fù)，共計(jì)32盆.在每盆中種植12株羊草幼苗，盆內(nèi)裝土10 kg.待幼苗長勢穩(wěn)定后，進(jìn)行養(yǎng)分添加.養(yǎng)分添加分3次進(jìn)行(1次/周)，每次添加總施用量的1/3.實(shí)驗(yàn)用土為草甸土，土壤pH=7.68，電導(dǎo)率為268.80 μs/cm，總C含量為7.68 mg/g，總N含量為0.64 mg/g，總P含量為0.12 mg/g.將本實(shí)驗(yàn)盆栽統(tǒng)一放置于野外溫室中，以避免自然降水對實(shí)驗(yàn)的干擾.

1.3 樣品采集與分析測定

2018年8月末，對羊草進(jìn)行破壞性取樣，取每個(gè)盆栽中羊草的地上葉片和地下根系部分.取羊草根系時(shí)，取搖動(dòng)主干后仍附著在根部的土壤作為根際土壤，保存在4 ℃的冰箱內(nèi)，用于土壤和根際微生物指標(biāo)的測定.將羊草葉片、根系部分置于信封內(nèi)放入烘箱，105 ℃殺青30 min后放于65 ℃烘箱內(nèi)烘干(72 h)至恒重.烘干的羊草樣品使用球磨儀磨至粉末狀后，利用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀(Isoprime 100)測定葉、根的總C、總N含量，利用全自動(dòng)間斷分析儀(Smartchem 450型)測定總P含量.取部分根際土壤樣品自然風(fēng)干，用0.15 mm細(xì)篩過濾后，利用總有機(jī)碳分析儀(Elementar Vario)、凱氏定氮儀(Kjeltec 8400)、全自動(dòng)間斷分析儀分別測定土壤的總C含量、總N含量、總P含量.取新鮮根際土壤樣品，采用氯仿熏蒸法測定羊草根際微生物總生物量.利用總有機(jī)碳分析儀、凱式定氮儀和分光光度計(jì)(UV-2201)分別測定微生物生物量中C，N，P的含量.

1.4 數(shù)據(jù)處理

首先采用單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗(yàn)+N、+P及N+P添加處理對羊草根、土壤及根際微生物C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量比特征的影響，若方差不齊則采用非參數(shù)檢驗(yàn)方法.然后采用Turkey’s多重比較分析4種處理下植物、土壤和根際微生物C，N，P含量及其化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的差異.采用Person相關(guān)分析方法分析4種處理下羊草與土壤之間、土壤與根際微生物之間以及羊草與根際微生物之間的C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量特征的內(nèi)在聯(lián)系.使用CANOCO(Version 5.0)平臺(tái)對羊草根、葉、根際微生物與土壤因子，根、葉與根際微生物因子進(jìn)行冗余分析(RDA)排序，并繪制二維排序圖.所有檢驗(yàn)顯著性水平為P<0.05.統(tǒng)計(jì)分析利用SPSS 23.0軟件完成.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)碳含量、N含量、P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征

N和P的添加對土壤養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量比的影響不同(見圖1).+N處理下土壤有機(jī)碳含量(SOC)顯著增加14.24%，而+P以及N+P處理對SOC無顯著影響.+N處理下土壤N含量顯著增加12.86%，而+P以及N+P處理對土壤N含量無顯著影響.+P以及N+P處理均顯著增加了土壤的P含量(分別增加100.35%和119.10%)，其中N+P處理下土壤P含量增加最多.+N、+P及N+P處理對土壤C/N均無顯著影響；+N、+P及N+P處理顯著降低了土壤的N/P(分別降低24.06%，52.76%和54.59%)，其中+P及N+P處理土壤N/P下降最多；+P及N+P處理顯著降低了土壤的C/P(分別降低53.54%和53.83%).

不同小寫字母表示不同處理下土壤C，N，P含量及C/N、N/P、C/P差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 羊草根、葉的C，N，P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比

羊草根、葉的C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量比對N和P添加的響應(yīng)存在差異(見圖2).+N、+P及N+P處理對根的C含量均無顯著影響，但在+N及N+P處理下，羊草葉的C含量顯著增加2.12%和3.48%.+N及N+P處理使根的N含量顯著增加81.61%和52.05%，而+P處理則使葉的N含量顯著降低30.11%.+P和N+P處理顯著增加了葉的P含量(分別增加63.03%和46.09%)，而+N處理則使葉的P含量顯著下降了45.15%.根的P含量僅在+P處理下增加66.06%.+N處理未顯著改變?nèi)~的C/N，但使根的C/N顯著降低47.20%.+N處理使葉、根的N/P均顯著增加(分別增加111.09%和106.35%).+N處理使葉的C/P顯著增加91.38%.在+P處理下，葉的C/N顯著增加42.99%，葉、根的N/P和C/P均顯著降低(葉分別降低57.01%和38.53%，根分別降低42.77%，33.80%).N+P處理對葉的C/N、N/P、C/P均無顯著影響，僅顯著降低了根的C/N和C/P(分別降低36.54%和31.45%).

圖2 N和P添加處理下羊草葉、根的C，N，P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征

2.3 根際微生物C，N，P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比

羊草根際微生物的C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量比在4種處理下的變化均不相同(見圖3).由圖3可見，+N、+P及N+P處理均顯著降低了羊草根際微生物生物量中的C含量(分別降低36.65%，47.05%和28.84%).+N、+P及N+P處理羊草根際微生物的N含量也均顯著降低(分別降低21.03%，50.42%和29.57%).+N、+P處理下微生物生物量中的P含量無顯著變化，而在N+P處理下微生物的P含量顯著增高69.02%.+N、+P及N+P處理下微生物的C/N均無顯著變化.+N處理下微生物N/P無顯著變化，而C/P顯著降低30.93%.在+P處理下，微生物N/P和C/P均顯著降低61.43%和60.85%.在N+P處理下，N/P和C/P也均顯著降低55.54%和55.70%.

圖3 N和P添加處理下根際微生物的C，N，P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征

2.4 羊草、土壤及根際微生物養(yǎng)分和化學(xué)計(jì)量關(guān)系

由相關(guān)分析結(jié)果(見表1)可知，羊草葉、根、土壤和根際微生物的C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量比之間存在一定的相關(guān)性(P<0.05).

表1 N和P添加處理下羊草(葉、根)-土壤-根際微生物生物量C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)關(guān)系

續(xù)表1

在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，以羊草葉、根、根際微生物的C，N，P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比為響應(yīng)變量，以土壤的SOC、N含量、P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比為解釋變量，進(jìn)行冗余分析(RDA).結(jié)果表明，SOC、N含量、P含量、C/N、N/P、C/P共6個(gè)變量可解釋羊草葉、根、根際微生物C，N，P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比變異的59.47%，54.29%，47.26%.其中，土壤N含量和N/P對羊草葉養(yǎng)分以及化學(xué)計(jì)量比具有顯著影響，且均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，土壤N含量的作用大于N/P(見圖4A、表2).而土壤的N/P和SOC對羊草根養(yǎng)分以及化學(xué)計(jì)量比具有顯著影響，且均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(見圖4B、表2)，土壤N/P的作用大于SOC.土壤C/P和N/P對羊草根際微生物養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量比具有顯著影響，其中土壤C/P達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(見圖4C、表2).

A.土壤與羊草葉化學(xué)計(jì)量特征冗余分析；B.土壤與羊草根化學(xué)計(jì)量特征冗余分析；C.土壤與根際微生物化學(xué)計(jì)量特征冗余分析；D.根際微生物與羊草葉化學(xué)計(jì)量特征冗余分析；E.根際微生物與羊草根化學(xué)計(jì)量特征冗余分析

以羊草葉、根的C，N，P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比為響應(yīng)變量，以羊草根際微生物的C，N，P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比為解釋變量，對4種處理下葉、根的C，N，P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行冗余分析(RDA).結(jié)果表明，微生物生物量中的C，N，P含量及C/N、N/P、C/P共6個(gè)微生物因子解釋了葉、根的C，N，P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比變異的52.65%，50.22%.其中，微生物的C/N和P含量對羊草葉養(yǎng)分及化學(xué)計(jì)量比具有顯著影響，微生物C/N達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(見圖4D、表2)；微生物的N/P對羊草根養(yǎng)分以及化學(xué)計(jì)量比具有顯著影響，且達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(見圖4E、表2).

表2 N和P添加處理下土壤、根際微生物對羊草根、葉C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量比的解釋量與顯著性檢驗(yàn)

3 討論與分析

3.1 N和P添加處理對土壤SOC、N含量、P含量及其化學(xué)計(jì)量比的影響

N和P添加處理下，土壤SOC、N含量、P含量均有不同程度的增加，其化學(xué)計(jì)量比發(fā)生了不同程度的變化.+N處理顯著增加了土壤SOC和N含量，這是由于短期的N添加可抑制土壤CO2的外流，降低了土壤總呼吸(自養(yǎng)和異養(yǎng))速率，減少了土壤微生物的生物量和活性[15]，顯著增加了土壤SOC；N添加還可促進(jìn)硝化速率，使土壤中的無機(jī)N含量增加[16]，累積更多的養(yǎng)分.+P及N+P處理均會(huì)增加土壤P含量，這是由于在土壤中P比N更難溶且不易因淋溶等原因消失，所以更容易在土壤中積累[17].土壤C/N和C/P通常用來表示土壤的礦化能力以及土壤N和P的有效性，本研究中土壤C/P在+P及N+P處理下均顯著降低，表明P添加可增加土壤P的可用性，加快有機(jī)質(zhì)分解速率，從而改善土壤的P限制.

3.2 N和P添加處理對羊草葉、根C，N，P含量及其化學(xué)計(jì)量比的作用

植物可以通過對不同元素的吸收分配進(jìn)行權(quán)衡，從而維持自身C，N，P養(yǎng)分的協(xié)調(diào)與平衡，同時(shí)植物體不同器官的養(yǎng)分含量及化學(xué)計(jì)量比也能反映植物體的營養(yǎng)吸收和代謝情況.+N及N+P處理下，羊草葉C含量顯著增加，因?yàn)槿~片是植物主要的光合器官，N添加可促進(jìn)葉片的光合作用速率，同化更多的CO2[18].+N及N+P處理顯著增加了根的N含量，由于N的添加增加了植物根部對硝酸鹽的利用率，因此更多的N可用于根吸收和細(xì)根組織的儲(chǔ)備[19].通常將葉N/P作為植物營養(yǎng)限制的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵陴B(yǎng)分受限的環(huán)境中植物會(huì)傾向于分配給葉片更多的養(yǎng)分以滿足光合作用所需[20].Koerselman的研究[21]就將葉片N/P作為植物養(yǎng)分的限制標(biāo)準(zhǔn)：N/P<14表明植物受N限制，N/P>16表明植物受P限制，14

3.3 N和P添加處理對羊草根際微生物C，N，P含量及其化學(xué)計(jì)量比的影響

N和P的添加對羊草根際微生物生物量C，N，P含量及其化學(xué)計(jì)量比影響各有不同.在草地生態(tài)系統(tǒng)中，N是主要的限制性養(yǎng)分，且植物和微生物之間對N的競爭非常激烈[23].與植物相比，微生物的表面積與體積比更大，而且具有生長代謝速率快和N吸收速率高的特點(diǎn)，因此被認(rèn)為是土壤中N競爭的優(yōu)勢者[24].但本研究發(fā)現(xiàn)，在+N、+P及N+P處理下，羊草根際微生物的C和N含量均顯著降低，這可能是由于短期內(nèi)的大量N和P添加使土壤中的C不足以維持微生物快速的初始生長速率，導(dǎo)致其再次受到C而非N和P的限制，造成根際微生物的大量死亡，從而降低了與植物競爭養(yǎng)分的能力，使植物成為養(yǎng)分競爭的優(yōu)勢者.在N+P添加處理下微生物生物量中P含量顯著增加，這可能是由于N和P的共同添加促進(jìn)了根際微生物對于磷酸酶的釋放[11]，從而有助于微生物對土壤中P的分解和吸收.微生物生物量C/N/P的化學(xué)計(jì)量是分解者群落養(yǎng)分需求的基礎(chǔ)，一般情況下土壤C/N/P化學(xué)計(jì)量的變化不會(huì)顯著影響土壤微生物生物量的C/N/P，微生物C/N/P化學(xué)計(jì)量處于相對平衡狀態(tài)(w(C)/w(N)/w(P)=60∶7∶1)[25].但在特定情況下，N和P的添加也可通過資源和微生物生物量之間的化學(xué)計(jì)量失衡導(dǎo)致特定養(yǎng)分對微生物活性的限制，并攝取土壤中的有機(jī)質(zhì)調(diào)節(jié)自身的化學(xué)計(jì)量比[26].本研究發(fā)現(xiàn)，僅在+N處理下，微生物生物量C/N/P化學(xué)計(jì)量比值顯著下降，表明在松嫩草地，N的添加更易導(dǎo)致羊草根際微生物化學(xué)計(jì)量的失衡.

3.4 N和P添加處理下羊草-土壤-根際微生物C/N/P化學(xué)計(jì)量關(guān)系

本文的研究發(fā)現(xiàn)，在添加養(yǎng)分的情況下，羊草、土壤和根際微生物的化學(xué)計(jì)量之間均存在一定的相關(guān)性，表明養(yǎng)分的添加會(huì)影響根際微生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)[1].Garnier[27]研究發(fā)現(xiàn)，植物中某元素濃度如果與土壤中該元素的濃度呈正相關(guān)，則植物受土壤中該元素的限制.本實(shí)驗(yàn)中，羊草根N含量與土壤N含量、葉P含量與土壤P含量均呈顯著正相關(guān)，表明羊草受土壤中N和P的共同限制.土壤N含量和N/P對羊草葉C/N/P化學(xué)計(jì)量均有極顯著的影響.土壤N/P是土壤養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo)，進(jìn)一步表明該研究區(qū)羊草生長受到土壤中N和P的共同限制，且受N的限制更強(qiáng).土壤的N/P和SOC對羊草根的C/N/P也有顯著影響.土壤SOC是土壤肥力狀況的表示指標(biāo)[28]，羊草在與根際微生物的養(yǎng)分競爭中，羊草根占據(jù)了優(yōu)勢地位，因此土壤SOC含量對羊草根的C/N/P化學(xué)計(jì)量的影響更大.本研究與Sistla等[29]的研究結(jié)果一致，即土壤與微生物生物量化學(xué)計(jì)量之間具有一定相關(guān)性，在添加營養(yǎng)的條件下微生物可通過分解攝取土壤中的有機(jī)質(zhì)來調(diào)節(jié)自身的化學(xué)計(jì)量.土壤C/P和N/P對微生物生物量化學(xué)計(jì)量均有顯著影響，盡管養(yǎng)分添加下土壤C，N，P含量均有不同的變化，但P含量的增加比率顯著高于C和N的增加比率，從而導(dǎo)致土壤C/P和N/P的顯著變化.與細(xì)菌相比，真菌對土壤P含量的變化更為敏感，土壤P含量增加可能改變了微生物的群落結(jié)構(gòu)(如真菌/細(xì)菌的比率增加)[30]，從而導(dǎo)致真菌占據(jù)了競爭優(yōu)勢地位，受到土壤C/P和N/P的影響更多.羊草葉、根的化學(xué)計(jì)量均與根際微生物的化學(xué)計(jì)量有一定的相關(guān)性，這可能是因?yàn)槲⑸锟梢援a(chǎn)生富含C，N，P和其他營養(yǎng)物質(zhì)的酶，并根據(jù)其相對于資源供應(yīng)的基本需求來保留或釋放養(yǎng)分，從而控制、調(diào)節(jié)植物可利用的養(yǎng)分[31].微生物生物量的C/N和P含量對葉的影響更大，微生物生物量的N/P對根的影響更大，其中微生物的C/N對葉化學(xué)計(jì)量的影響主要來源于微生物生物量中的N含量而非C含量的改變(見表1)，所以羊草根、葉的C/N/P化學(xué)計(jì)量除了受土壤中N和P含量的限制，也會(huì)受根際微生物生物量中N和P含量變化的限制[32].結(jié)合RDA解釋率和相關(guān)性分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在根際微生態(tài)系統(tǒng)中土壤與羊草之間的相關(guān)性比土壤與微生物以及羊草與微生物之間的相關(guān)性更強(qiáng).這可能是由于養(yǎng)分添加破壞了微生物的C/N/P化學(xué)計(jì)量的平衡，導(dǎo)致微生物受到了C限制，從而在與植物的養(yǎng)分競爭中處于劣勢地位，進(jìn)而與羊草和土壤C/N/P化學(xué)計(jì)量關(guān)系趨于解耦.但與羊草根相比，土壤、根際微生物均與羊草葉化學(xué)計(jì)量之間的相關(guān)性更強(qiáng)，這可能與植物自身的營養(yǎng)分配策略有關(guān)，植物葉片進(jìn)行光合作用需要更多的養(yǎng)分，所以對土壤和微生物中的養(yǎng)分，尤其是N和P含量的依賴性更強(qiáng).

4 結(jié)論

(1) 在+N、+P及N+P處理下，羊草(葉、根)、土壤以及根際微生物的C，N，P含量及比值均產(chǎn)生了不同程度的變化.N的添加增加了土壤SOC和N的含量，P的添加和N與P共同添加增加了土壤P含量.N的添加增加了葉中的C和根中的N含量，降低了葉的P含量；P的添加降低葉N的含量，增加了葉、根的P含量；N和P的共同添加增加了葉中C和P的含量以及根中N的含量.N和P的分別添加及共同添加降低了根際微生物的C和N含量，而N和P的共同添加增加了微生物的P含量.

(2) 羊草生長受到了N和P的共同限制，其中N的限制更強(qiáng).添加N雖能緩解N限制產(chǎn)生的影響，但會(huì)將植物生長所受的限制轉(zhuǎn)變?yōu)镻限制；而P的添加則會(huì)加劇草地受N限制的程度，破壞植物C/N/P化學(xué)計(jì)量的平衡.

(3) N和P的添加可導(dǎo)致根際微生物的C限制，減少了根際微生物的生物量，從而使根際微生物在與植物的養(yǎng)分競爭中處于劣勢地位.

(4) N和P添加條件下的根際微生態(tài)系統(tǒng)中，與植物根相比，土壤和根際微生物均與植物葉的化學(xué)計(jì)量關(guān)系更緊密.總體而言，植物和土壤均與微生物之間的化學(xué)計(jì)量關(guān)系趨向于解耦合，由此導(dǎo)致植物-土壤-微生物系統(tǒng)中各組分的C，N，P化學(xué)計(jì)量失衡，降低了根際微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.

本研究也為根際微生態(tài)系統(tǒng)理論在化學(xué)計(jì)量學(xué)方面的應(yīng)用提供了有效參考.