貴州普定土壤酶活性和氮循環(huán)功能基因數(shù)據(jù)集

李丹丹, 張心昱, 楊洋, 劉霜, 張雷明, 郭志明, 劉爍,彭韜

1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點實驗室，北京 100101

2.中國石油集團安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，石油石化污染物控制與處理國家重點實驗室，北京 102206

3.河北建筑工程學(xué)院，市政與環(huán)境工程系，河北省水質(zhì)工程與水資源綜合利用重點實驗室，河北張家口 075000

4.中國科學(xué)院大學(xué)，資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100190

5.普定喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，貴州普定 562100

引 言

由于人為活動的影響，我國西南喀斯特地區(qū)石漠化及土地退化問題極其嚴(yán)重。為了應(yīng)對嚴(yán)重的土地退化問題，我國自上世紀(jì)末開始實施生態(tài)恢復(fù)工程措施。在退耕還林的政策下，西南喀斯特地區(qū)將坡度>25°的農(nóng)田逐步進行退耕，形成了不同的植被類型，有效改善了喀斯特地區(qū)的生態(tài)環(huán)境[1-2]。

微生物在土壤養(yǎng)分循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，可以作為衡量土壤健康或肥力的綜合指標(biāo)，成為評價生態(tài)系統(tǒng)土壤功能恢復(fù)的重要組成部分[3-5]。土壤酶是由含特定功能基因的微生物所編碼的，其活性不僅可以反映土壤理化性質(zhì)、生物量和生物多樣性的變化，也可以反映土壤養(yǎng)分循環(huán)情況[6-10]。不同植被類型下，植被的凋落物數(shù)量和質(zhì)量以及根系分泌物數(shù)量和化學(xué)成分存在著顯著的差異，這將影響土壤中微生物群落動態(tài)，從而影響土壤養(yǎng)分循環(huán)[11-16]。因此，加強喀斯特地區(qū)不同植被類型下參與土壤養(yǎng)分循環(huán)的相關(guān)微生物酶活性及群落動態(tài)監(jiān)測，不僅能加強我們對退化生態(tài)系統(tǒng)土壤功能恢復(fù)的理解，也有助于為喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分管理促進生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。

貴州普定喀斯特生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站（以下簡稱普定站）位于南方喀斯特典型區(qū)域，是我國南方喀斯特石漠化和生態(tài)破壞最為嚴(yán)重的代表性地區(qū)。已有大量研究指出植被恢復(fù)有利于該區(qū)域土壤養(yǎng)分的提升和微生物功能的恢復(fù)。然而，關(guān)于喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分含量及其土壤微生物豐度和活性研究中還未有公開的數(shù)據(jù)集。本研究依托普定站，以陳旗流域的農(nóng)田、棄耕地、次生林和灌叢以及天龍山的近頂級植被的常綠落葉闊葉混交林土壤為監(jiān)測對象，匯總了5 種植被類型下剖面土壤、根際土壤關(guān)于參與碳、氮、磷轉(zhuǎn)化的微生物酶活性、氮循環(huán)微生物功能基因、活體和殘體微生物量和土壤理化性質(zhì)的數(shù)據(jù)，形成了1 個含有8 個數(shù)據(jù)表單Excel 文件數(shù)據(jù)集，為喀斯特地區(qū)退耕還林對土壤養(yǎng)分循環(huán)影響的微生物調(diào)控機制研究提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 采集樣地描述

數(shù)據(jù)采集樣地位于普定站的陳旗流域典型集水區(qū)（26°15'36″–26°15'56″N，105°43'30″–105°44'42″E）和天龍山（26°14′48″ N，105°45′51″ E）。陳旗流域海拔為1140–1523 m，三面環(huán)山，屬于典型的喀斯特峰林洼地地貌（圖1）。天龍山海拔為1421–1503 m，是喀斯特峰叢中的一座孤山。兩個小流域相距1.2 km，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量為1390 mm，年平均氣溫為15.1 ℃。土壤多為石灰土和黃壤。土壤母質(zhì)以可溶性的碳酸鹽類巖占優(yōu)勢，主要是中三疊紀(jì)關(guān)嶺組形成的石灰?guī)r和泥灰?guī)r，巖溶作用強烈[3-4]。

圖1 普定站陳旗流域和天龍山地貌（A）、不同植被類型的植被群落照片（B）和土壤剖面照片（C）Figure 1 Physiognomy of Chenqi Catchment and Tianlong Mountain at Puding Station (A), photographs of various vegetation types (B) and the photo of a soil profile (C)

二十世紀(jì)六十年代，陳旗流域的植被遭到嚴(yán)重破壞，大面積土地被開墾為農(nóng)田。直到二十世紀(jì)末我國政府實施退耕還林政策，陳旗流域大面積的坡耕地陸續(xù)從坡頂?shù)狡孪逻M行退耕，逐漸恢復(fù)成灌叢，最終演替為次生林，形成了不同的植被類型[3-4]。灌叢和林地主要分布在山腰至山頂區(qū)域，耕地主要分布在溝谷及緩坡地帶。天龍山山頂由于長期以來有佛教寺廟的存在，森林植被保存較好，在黔中高原面已屬于近頂級植被的常綠落葉闊葉混交林[3]。因此，農(nóng)田、棄耕地、灌叢和次生林4 種植被類型位于陳旗流域，近頂級植被的常綠落葉闊葉混交林位于天龍山。

1.2 樣方設(shè)置及樣品采集

（1）不同植被類型下不同發(fā)生層土壤樣品采集：2016 年6 月，在陳旗流域選取巖性、海拔和地形等條件相似且相鄰的3 個獨立的、彼此面對面的喀斯特峰叢山丘用于設(shè)置農(nóng)田、棄耕地、次生林樣地。在每個山丘，依照海拔從下到上分別在農(nóng)田、棄耕地、次生林設(shè)置3 個重復(fù)樣方，每個樣方大小為5 m×5 m，樣方之間距離10 m 以上。在天龍上從山腳到山頂，設(shè)置了4 個5 m×5 m 重復(fù)樣方，樣方之間距離超過10 m。在每個樣方內(nèi)挖掘1 個從地表至基巖的土壤剖面（圖1），參照《中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)觀測與分析標(biāo)準(zhǔn)方法-土壤理化分析與剖面描述》[17]，根據(jù)剖面特征將土壤發(fā)生層次分淋溶層、淀積層和母質(zhì)層，分別采集各個發(fā)生層次的土壤樣品。分析不同發(fā)生層土壤樣品的氮循環(huán)微生物功能基因豐度及氮轉(zhuǎn)化速率、微生物酶活性。

（2）不同植被類型下不同土層深度樣品采集：2016 年7 月，在陳旗流域選取農(nóng)田、棄耕地、灌叢、次生林，在天龍山選取近頂級植被的常綠落葉闊葉混交林，共5 種不同的植被類型。每個植被類型下依照海拔從下往上設(shè)置4 個重復(fù)樣方，每個樣方大小為5 m×5 m，樣方之間距離10 m 以上，采集0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50 cm 以下深度的土壤剖面樣品。分析不同土層深度土壤樣品的微生物酶活性、活體微生物量和微生物殘體碳含量。

（3）喀斯特陳旗流域精細(xì)調(diào)查樣品采集：2016 年7 月，在陳旗流域選擇400 m×400 m 大小的集水區(qū)，沿著東北坡和西南坡分別布置4 條樣帶，溝谷布置1 條樣帶，共布置9 條樣帶開展精細(xì)調(diào)查。每條樣帶內(nèi)設(shè)置4 個距離大致相等的樣方，共計36 個樣方。其中11 個樣方所在研究區(qū)的植被類型為次生林，15 個樣方為棄耕地，10 個樣方為農(nóng)田。每個樣方范圍為5 m×5 m，在樣方范圍內(nèi)隨機取0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50 cm 以下深度的土壤樣品，分析土壤樣品的水解酶活性。

（4）天龍山根際土壤樣品采集：2018 年5 月，在天龍山近頂級植被的常綠落葉闊葉混交林中從山頂?shù)缴侥_隨機設(shè)置了三條樣帶，每條樣帶的長和寬分別為50 m×10 m，每條樣帶之間的距離大于100 m。沿著這三條樣帶，采集了成熟且健康生長的優(yōu)勢木本植物根際土壤及一級根（距離根軸最遠(yuǎn)端的吸收根）。分析根際土壤樣品的水解酶活性，并鑒定植物菌根類型。

土壤采集方法參考《土壤樣品的采集、處理和貯存)》（NY/T 1121.1-2006）標(biāo)準(zhǔn)[18]執(zhí)行。具體來說，去除地表凋落物層，用直徑為2 cm 土鉆在樣方范圍內(nèi)隨機取8–10 個土芯，混勻后作為1 個土壤樣品。植物的根際土壤采用“追根法”確定每棵目標(biāo)樹種的根系，利用“抖土法”采集根際土壤。在采樣時，對樣地植被類型、優(yōu)勢物種及生態(tài)系統(tǒng)干擾歷史進行調(diào)查，記錄采樣地點位置及地形信息（表1），并拍攝樣地景觀照片（圖1）。將采集的鮮土過2 mm 的土篩，一份直接保存在4 ℃冰箱用于微生物酶活性及土壤理化性質(zhì)分析，另一份保存在-80 ℃冰箱冷凍用于功能基因分析。此外，利用“追根法”和“抖土法”確定每棵木本植物的根系，采集每棵植物100～200 個一級根，置于FAA固定液中，在4 °C 冰箱內(nèi)保存，用于菌根類型鑒定[11]。

表1 不同植被類型植物種類的特征和樣地信息Table 1 Characteristics of plant species of different vegetation types and information of the sampled farmlands,abandoned farmlands, shrublands, secondary forests and primary forests

1.3 觀測方法

（1）土壤水解酶活性：參與土壤碳氮磷循環(huán)的6 種水解酶活性參考Saiya-cork 等[19]方法，采用微孔板熒光法利用多功能酶標(biāo)儀（SynergyH4, BioTek）。稱取1 g 鮮土置于250 mL 燒杯內(nèi)，向燒杯中加入125 mL 與土壤樣品pH 值相近的醋酸鈉緩沖液（濃度為50 mmol L-1），在渦旋振蕩器上震蕩1 min，制備成土壤懸浮液；樣品孔中分別加入200 μL 的土壤懸浮液和50 μL 的底物（濃度為200 μmol L-1）；土壤控制孔中分別加入200 μL 的土壤懸浮液和50 μL 醋酸鈉緩沖溶液；底物控制孔中分別加入50 μL 底物和200 μL 醋酸緩沖液；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)孔中分別加入50 μL 的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（濃度為10 μmol L-1）和200 μL 的醋酸鈉緩沖液；在黑暗避光條件下，置于20 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 h；隨后，每個孔中加入10 μL 濃度為1 mol·L-1的NaOH 溶液終止反應(yīng)；熒光值在365 nm 波長處激發(fā)，450 nm 波長處進行測定。每個樣品孔、土壤控制孔、底物控制孔、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)孔均設(shè)置了8 個平行重復(fù)。亮氨酸氨基肽酶（LAP）的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為7-氨基-4-甲基香豆素，其他5 種水解酶的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為4-甲基傘型酮。土壤水解酶活性測定的反應(yīng)底物及功能詳見表2[20]。

表2 水解酶和氧化酶的功能及反應(yīng)底物Table 2 Functions and substrates of the soil hydrolase and oxidase

（2）土壤氧化還原酶活性：土壤氧化還原酶活性采用微孔板吸收光法，通過多功能酶標(biāo)儀（SynergyH4, BioTek）測定[4,19]。土壤懸浮液制備方法同上述水解酶測定方法中的土壤懸浮液制備方法一致，稱取1g 鮮土置于250 mL 燒杯內(nèi)，加入125 mL 與土壤樣品pH 值相近的醋酸鈉緩沖液（濃度為50 mmol L-1），在渦旋振蕩器上震蕩1 min，制備成土壤懸浮液；吸取土壤懸浮液600 μL 于96深孔板中，加入150 μL 的底物（濃度為200 μmol L-1），測定過氧化物酶（PER）的深孔板中再加入30 μL 10% H2O2，所有深孔板在20℃的黑暗條件下培養(yǎng)5 h，停止培養(yǎng)后進行離心2 min，吸取250 μL 上清液至透明的96 微孔板中，在460 nm 下進行吸收光檢測。每個樣品均設(shè)置了8 個平行重復(fù)。土壤氧化還原酶活性測定的反應(yīng)底物及功能詳見表2[20]。

（3）氮循環(huán)微生物功能基因豐度：通過已知濃度的質(zhì)粒DNA 進行連續(xù)10 倍稀釋用以制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，利用實時定量PCR 儀（Eco?, Illumina, USA）分析氮循環(huán)功能基因（nifH、chiA、AOAamoA、AOBamoA、napA、narG、nirK、nirS、norB、nosZ）的拷貝數(shù)。同時將無DNA 的模板設(shè)置為陰性對照，每個樣品設(shè)置3 次重復(fù)。溶解曲線為單一峰用以鑒定產(chǎn)物的特異性，且PCR 產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳進一步檢測無非特異性擴增和引物二聚體的生成。標(biāo)準(zhǔn)曲線R2≥0.999、擴增效率為90%～110%之間的數(shù)據(jù)被接受。各基因所負(fù)責(zé)的功能及擴增通用引物信息見表3。

表3 各功能基因的主要功能和PCR 擴增引物信息Table 3 Functions and primer pairs of the nitrogen-cycling functional genes used in PCR

（4）氮轉(zhuǎn)化速率：氮轉(zhuǎn)化速率包括固氮速率和反硝化速率。固氮速率參照Li 等[30]方法，通過室內(nèi)培養(yǎng)實驗，利用乙炔還原法測定28 °C 條件下乙炔（C2H2）還原生成乙烯（C2H4）的量。潛在反硝化速率和基礎(chǔ)反硝化速率參照Shrewsbury 等[31]的方法，利用乙炔抑制法通過室內(nèi)培養(yǎng)實驗進行測定。潛在反硝化速率測定厭氧培養(yǎng)條件下微生物在可利用性碳和氮源供應(yīng)充分情況下產(chǎn)生N2O 的最大量；基礎(chǔ)反硝化速率測定厭氧培養(yǎng)條件下微生物在田間養(yǎng)分狀態(tài)下產(chǎn)生N2O 的量。C2H4和N2O 的濃度均采用氣相色譜（Agilent GC 7890A, Agilent, USA）測定。微生物固氮速率和反硝化速率分別用單位時間內(nèi)每克干土產(chǎn)生的C2H4和N2O 的量表示。在培養(yǎng)過程中，每個樣品設(shè)置3 次重復(fù)，同時將僅添加土樣和乙炔設(shè)置為對照。

（5）活體微生物量：磷脂脂肪酸（PLFA）是微生物活體細(xì)胞膜的成分，可作為活體微生物生物量的指標(biāo)。采用脂肪酸19:0 作為內(nèi)標(biāo)，參考Frostegard 等[32]和Bossio 等[33]方法，利用氣相色譜通過MIDI 軟件系統(tǒng)(Version 4.5)分析微生物細(xì)胞膜PLFA 各組分含量。稱取相當(dāng)于8 g 干重的鮮土，依次加入3.0 mL 磷酸緩沖液、6.0 mL 氯仿、12 ml 甲醇，避光震蕩2 h 后，在3000 r min-1下離心10 min，將上清液轉(zhuǎn)移到裝有12 mL 三氯甲烷，12 mL 磷酸緩沖液的分液漏斗中，搖動分液漏斗2 min，避光條件下，靜置過夜。次日，用50 mL 試管收集分液漏斗下層溶液，收集的液體在30 ℃水浴中用氮氣吹干以獲得濃縮磷脂樣品，用1000 uL 三氯甲烷將試管內(nèi)濃縮的樣品分兩次轉(zhuǎn)到萃取硅膠柱上。采用5 mL 三氯甲烷、10 mL 丙酮、5 mL 甲醇依次對硅膠柱上磷脂樣品進行洗脫，收集甲醇相，并用氮氣吹干。在吹干后的樣品中加入1 mL 的1:1 甲醇甲苯及1 mL 0.2 mol L-1氫氧化鉀，在37 ℃水浴加熱15 min，最后用正己烷萃取，再用氮氣吹干儲存在4℃冰箱待上機測定。用于指示革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、細(xì)菌、真菌、放線菌種群的磷脂脂肪酸標(biāo)志物見表4[34-36]。

表4 用于表征微生物類型的磷脂脂肪酸（PLFA）標(biāo)志物Table 4 Common phospholipids biomarkers representing different types of microbes

（6）微生物殘體碳：根據(jù)Indorf 等[37]方法，采用鄰苯二甲醛柱前在線衍生-高效液相色譜法測定土壤中氨基胞壁酸（MurN）、氨基甘露糖（GalN）、氨基葡萄糖（GluN）三種氨基糖的含量。利用氨基胞壁酸和氨基葡萄糖分別計算細(xì)菌和真菌殘體碳，利用三種氨基糖的總和計算土壤中微生物殘體碳[12,38]。標(biāo)準(zhǔn)樣品平行樣、土壤樣品平行樣和重復(fù)樣的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均<5%，且標(biāo)準(zhǔn)曲線性R2>0.999 時獲得的數(shù)據(jù)被接受。

（7）菌根類型鑒定：在90 °C 條件下，將一級根用10%的KOH（w/v）溶液透明化30 min；在室溫條件下，用2%的HCl 溶液（v/v）酸化30 min；再用0.1%的酸性品紅溶液分別在90 °C 和60 °C條件下進行染色30 min 和60 min；染色結(jié)束后，用等體積的乳酸-甘油-水混合溶液脫色。利用顯微鏡（DM500, Frankfurt, Germany）觀察根系解剖結(jié)構(gòu)。根系皮質(zhì)細(xì)胞中若出現(xiàn)線圈或叢狀的結(jié)構(gòu)被認(rèn)定為內(nèi)生菌根，根系根尖若有黃棕色或金棕色的菌絲鞘且腫脹認(rèn)定為外生菌根。

（8）土壤的基本理化性質(zhì)：土壤容重、含水量、pH、有機碳、全氮、全磷、溶解性有機碳、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷的測試方法參照《土壤農(nóng)化分析》進行測定[39]。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)儲存于1 個Excel 文件中的8 個數(shù)據(jù)表單中，包含了采樣點信息，2016 年不同土壤發(fā)生層土壤酶活性、氮循環(huán)功能基因豐度、氮轉(zhuǎn)化速率、土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，2016 年不同土層深度土壤酶活性、活體微生物量、微生物殘體碳數(shù)據(jù)，2016 年陳旗流域精細(xì)調(diào)查土壤水解酶活性、理化性質(zhì)數(shù)據(jù)和2018 年天龍山近頂級植被的常綠落葉闊葉混交林根際土壤樣品采樣點、理化性質(zhì)和酶活性數(shù)據(jù)。采樣點信息涵蓋了樣品編號、采樣深度、采樣時間、采樣點坐標(biāo)、優(yōu)勢種、海拔、坡度和坡向等；土壤酶包括水解酶（βG、βX、CBH、NAG、LAP 和ALP）和氧化酶（PPO 和PER）；氮循環(huán)功能基因包括nifH、chiA、AOAamoA、AOBamoA、napA、narG、nirK、nirS、norB和nosZ，氮轉(zhuǎn)化速率包括固氮速率、基礎(chǔ)反硝化速率和潛在反硝化速率；活體微生物量包括革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、細(xì)菌、真菌和放線菌生物量；土壤理化性質(zhì)包括土壤容重、含水量、pH、有機碳、全氮、全磷、溶解性有機碳、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷。具體的字段名稱、類型及示例見表5、表6。

表5 本數(shù)據(jù)集Sheet 1 內(nèi)容及字段含義Table 5 Data content and description in Sheet 1

表6 本數(shù)據(jù)集Sheet 2-Sheet 8 內(nèi)容及字段含義Table 6 Data content and description from Sheet 2 to Sheet 8

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

為確保調(diào)查數(shù)據(jù)具有代表性、準(zhǔn)確性，本數(shù)據(jù)集在建立過程中主要從調(diào)查采樣過程、樣品分析與數(shù)據(jù)精度三個方面進行質(zhì)量控制和評估。

3.1 調(diào)查采樣過程質(zhì)量控制

沿海拔梯度在陳旗和天龍山兩個小流域選擇研究區(qū)域內(nèi)具有代表性的植被類型，涵蓋了坡上、中、下以及不同坡向。由于陳旗流域和天龍山在地形上存在差異，兩流域采取差異化樣地設(shè)置方式。同時，在陳旗流域選擇400 m×400 m 大小的集水區(qū)開展精細(xì)調(diào)查，建立地形和植被類型相結(jié)合的垂直剖面土壤取樣體系。在樣地設(shè)置方面綜合考慮了地形和地勢等環(huán)境因素，使得數(shù)據(jù)采集更加全面和具有代表性。此外，在各樣方內(nèi)隨機設(shè)置重復(fù)樣地并隨機取樣，在各個樣地內(nèi)將8–10 個土芯混勻作為1 個樣品，降低空間異質(zhì)性對數(shù)據(jù)結(jié)果產(chǎn)生的影響。在土壤樣品采集時，仔細(xì)去除土壤表面凋落物層，對所不同土層土壤樣品進行準(zhǔn)確標(biāo)記。采樣結(jié)束后，仔細(xì)核實樣品數(shù)量與樣品記錄信息。

3.2 樣品室內(nèi)分析質(zhì)量控制

土壤樣品帶回實驗室后，盡快測定相關(guān)指標(biāo)，針對不同的檢測指標(biāo)采取特定的樣品保存方式。在樣品檢測前，再次核實樣品信息，包括樣地名稱、樣方編號、樣品數(shù)量等。在測定過程嚴(yán)格按照方法規(guī)范操作，在每一批次樣品檢測過程中，均設(shè)置獨立的空白對照，并插入標(biāo)樣、盲樣，將標(biāo)準(zhǔn)曲線R2>0.999 進行數(shù)據(jù)校正，以保證原始數(shù)據(jù)采集結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 數(shù)據(jù)精度質(zhì)量控制

完成檢測后，認(rèn)真記錄原始數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)的原始記錄不得涂抹、刪改，以備數(shù)據(jù)后續(xù)核查。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常值時，應(yīng)嚴(yán)格核實。核對數(shù)據(jù)計算過程，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)計算過程錯誤導(dǎo)致結(jié)果偏差較大時，立即溯源原始數(shù)據(jù)。此外，通過對數(shù)據(jù)離散程度分析，以組內(nèi)不超過測定指標(biāo)均值3 倍標(biāo)準(zhǔn)差為正常樣，剔除數(shù)據(jù)的異常樣本。

4 數(shù)據(jù)價值

本研究公開發(fā)表了貴州普定喀斯特區(qū)域的陳旗流域和天龍山5 種不同植被類型下參與土壤碳、氮、磷循環(huán)相關(guān)微生物酶活性及功能基因的數(shù)據(jù)。微生物酶活性數(shù)據(jù)揭示了喀斯特生態(tài)系統(tǒng)植被在恢復(fù)前期存在氮、磷養(yǎng)分限制，而在恢復(fù)后期存在磷養(yǎng)分限制的問題，為植被恢復(fù)過程中制定合理的養(yǎng)分管理策略提供參考價值[8]。氮循環(huán)微生物功能基因豐度及微生物氮轉(zhuǎn)化速率數(shù)據(jù)進一步揭示植被恢復(fù)改善了土壤物理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了土壤對氮循環(huán)功能微生物在水、碳、氮和磷養(yǎng)分方面的可持續(xù)供給，進而提高氮循環(huán)微生物活性，為喀斯特生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)氮素管理提供科學(xué)依據(jù)[9-10,14]。利用基礎(chǔ)反硝化速率和潛在反硝化速率的比值揭示了喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)過程中土壤氮循環(huán)狀態(tài)的變化，為“退耕還林”背景下土壤N2O 排放控制機制研究提供數(shù)據(jù)參考[13]。通過微生物量數(shù)據(jù)量化了活體微生物與殘體微生物對土壤有機碳庫的貢獻(xiàn)，對提高喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)過程中維持土壤碳庫的穩(wěn)定性機制的認(rèn)識具有重要意義[12]。不同樹種根際土壤酶活性數(shù)據(jù)揭示了外生菌根與叢枝菌根養(yǎng)分獲取能力和途徑上的差異，為喀斯特森林中物種的共存和樹種多樣性的維持提供數(shù)據(jù)支撐[15]。

總之，本數(shù)據(jù)集為探究喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)對土壤碳氮磷循環(huán)過程的微生物調(diào)控機制研究提供新的認(rèn)識。此外，本數(shù)據(jù)集的公開也是進一步系統(tǒng)性地研究脆弱生態(tài)系統(tǒng)在“退耕還林”背景下土壤養(yǎng)分循環(huán)及微生物功能活性研究的重要數(shù)據(jù)來源，為未來區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

致 謝

感謝普定站在數(shù)據(jù)采集過程中關(guān)于樣方設(shè)置及樣品采集方面給予的支持。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

李丹丹（1988—），女，黑龍江哈爾濱人，博士后，研究方向為土壤氮循環(huán)過程及其微生物機制。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理與論文撰寫。

張心昱（1973—），女，遼寧桓仁人，研究員，研究方向為陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳、氮、磷循環(huán)的微生物機制。主要承擔(dān)工作：總體方案設(shè)計與組織實施，樣品采集與分析的質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與評估，技術(shù)指導(dǎo)與論文修改。

楊洋（1991—），女，黑龍江哈爾濱人，講師，研究方向為土壤養(yǎng)分循環(huán)及微生物機制。主要承擔(dān)工作：根際土壤樣品的采集與分析工作。

劉霜（1995—），女，河南永城人，博士生，研究方向為土壤磷循環(huán)及微生物機制。主要承擔(dān)工作：樣品采集與土壤酶活性分析工作。

張雷明（1974—），男，河南開封人，副研究員，研究方向為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳水交換、土壤溫室氣體通量、植被物候。主要承擔(dān)工作：技術(shù)指導(dǎo)與論文修改工作。

郭志明（1992—），男，湖南醴陵人。博士生，研究方向為土壤碳生物地球化學(xué)過程。主要承擔(dān)工作：剖面樣品采集，土壤微生物碳標(biāo)志物及土壤養(yǎng)分分析工作。

劉爍（1992—），男，河北南宮人。碩士，研究方向為土壤酶活性空間分布特征。主要承擔(dān)工作：樣品采集，土壤酶活性分析。

彭韜（1984—），男，貴州省貴陽人，研究方向為喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境研究、土壤侵蝕與水土保持、水文水資源研究。主要承擔(dān)工作：采樣指導(dǎo)與論文修改工作。