玉米不同殘?bào)w添加對(duì)棕壤團(tuán)聚體中氨基糖分配的影響

薛萍落，馬 南，裴久渤，汪景寬

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽(yáng) 110866）

微生物是土壤碳氮循環(huán)的重要樞紐，既為其轉(zhuǎn)化過(guò)程提供驅(qū)動(dòng)力，又可作為土壤碳氮的“源”和“匯”參與循環(huán)[1]。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，對(duì)土壤中碳氮的動(dòng)態(tài)變化起重要調(diào)控作用[2]，可為微生物生存提供不同的微環(huán)境，如水氣狀況、孔隙度等，從而影響微生物群落及其代謝活動(dòng)的空間分布[3–4]?？梢?jiàn)，土壤碳氮、團(tuán)聚體和微生物三者之間具有復(fù)雜的作用關(guān)系。對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)而言，外源有機(jī)物(如秸稈)的加入會(huì)擾亂這種平衡，改變土壤碳氮的循環(huán)過(guò)程[5]。秸稈還田后可為土壤中微生物提供能源，刺激微生物活性，導(dǎo)致微生物大量繁殖，同時(shí)也引起大量微生物死亡[6]，成為微生物殘留物在土壤中積累，轉(zhuǎn)化為土壤中的碳氮[6]。此外，秸稈還田會(huì)影響土壤團(tuán)聚體構(gòu)成，改變土壤結(jié)構(gòu)[7–8]，引起不同團(tuán)聚體中的微生物群落迅速變化[9]。因此，探究秸稈還田后微生物殘留物在土壤團(tuán)聚體中的富集狀況與轉(zhuǎn)化過(guò)程，對(duì)明確土壤碳氮形成和轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)機(jī)制具有重要意義[10]。

氨基糖作為微生物細(xì)胞壁的殘留物，能相對(duì)穩(wěn)定存在于土壤中，可反映微生物的長(zhǎng)期作用效應(yīng)[11]，成為評(píng)價(jià)微生物對(duì)土壤碳氮貢獻(xiàn)的重要標(biāo)識(shí)物[12–13]。當(dāng)前，土壤中已有11種氨基糖被證明存在，然而只有氨基葡萄糖(glucosamine，GluN) 、氨基半乳糖(galactosamine，GalN)、氨基甘露糖(man-nosamine，ManN)和胞壁酸 (muramic acid，MurA) 4 種氨基糖目前可被定量[10–11,14–15]。氨基葡萄糖主要來(lái)源于真菌，胞壁酸唯一來(lái)源于細(xì)菌，氨基半乳糖和氨基甘露糖來(lái)源尚不明確[16–17]，但氨基半乳糖常被認(rèn)為主要由細(xì)菌合成，而氨基甘露糖因其含量很低且來(lái)源尚不明確，對(duì)其的研究與其它3種氨基糖相比較少[18]。由于氨基葡萄糖與胞壁酸的異源性，其比值常被用來(lái)指示真菌和細(xì)菌的群落組成[14–15,19]。研究表明，不同團(tuán)聚體中氨基糖對(duì)外源有機(jī)物添加的響應(yīng)不同，其中秸稈和豬廄肥添加后土壤各粒級(jí)氨基糖含量的順序表現(xiàn)為黏粒>砂粒>粉粒[20]。添加秸稈可引起團(tuán)聚體中氨基糖從粗粒級(jí)向細(xì)粒級(jí)的遷移[21]?；逝涫┴i糞處理顯著增加各級(jí)團(tuán)聚體中氨基糖的含量，且不同級(jí)別團(tuán)聚體中真菌和細(xì)菌的分布特征不同[22]。

秸稈根、莖葉殘?bào)w由于碳、氮含量不同，還田后對(duì)微生物擾動(dòng)存在差異[23]。同時(shí)土壤養(yǎng)分、微生物活性和數(shù)量等方面的差異也會(huì)引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化[24–26]，這些因素會(huì)對(duì)土壤中微生物的代謝活動(dòng)產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而造成團(tuán)聚體中微生物殘?bào)w氨基糖的分配差異。已有研究表明，高肥力土壤較低肥力土壤擁有更高的微生物量、大團(tuán)聚體占比、酶活性及全然不同的微生物群落組成[27–30]。因此，本研究分別將玉米根茬和莖葉殘?bào)w添加到高、低肥力棕壤中，研究其對(duì)土壤團(tuán)聚體中氨基糖分配的影響，利用氨基糖微生物指示的異源性，闡明真菌和細(xì)菌的群落變化，為深入理解土壤團(tuán)聚體中微生物在碳氮養(yǎng)分高效利用中的作用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤于2019年9月下旬(玉米收獲后)采自沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)棕壤長(zhǎng)期定位試驗(yàn)土壤。該試驗(yàn)站 (海拔 75 m，41°49′ N、123°34′ E)于1987 年建立，氣候?yàn)楸睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均溫度7℃～8℃，年平均降雨量730 mm，集中在夏季，土壤為黃土性母質(zhì)的壤質(zhì)棕壤。玉米為該試驗(yàn)站長(zhǎng)期連作作物，通常于每年4月下旬施肥、耕種，9月下旬收獲并測(cè)產(chǎn)。高肥力土壤選取高量有機(jī)肥配施氮磷肥處理(年施有機(jī)肥折合N 135 kg/hm2，化肥 N 75 kg/hm2和 P2O567.5 kg/hm2，HF)，低肥力土壤為不施肥對(duì)照處理(LF)。采用五點(diǎn)取樣法和四分法采集土樣，將采集后的棕壤室溫風(fēng)干后，剔除可見(jiàn)根系和石礫等雜質(zhì)，過(guò)2 mm篩備用。供試土壤基本理化性質(zhì)如表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)Table 1 Basic properties of tested soils

1.1.2 供試有機(jī)物料 供試有機(jī)物料為玉米根茬和莖葉殘?bào)w，于田間采集，首先在105℃下殺青 30 min，然后60℃烘8 h，剪成2 cm小段，粉碎機(jī)粉碎后過(guò)40目篩備用。根茬和莖葉殘?bào)w碳、氮含量如表2。

表2 玉米殘?bào)w碳氮含量Table 2 Carbon and nitrogen content in maize root and shoot

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

稱(chēng)取過(guò) 2 mm 篩的風(fēng)干土 250 g (烘干重計(jì))，置于1000 mL培養(yǎng)瓶中，調(diào)節(jié)土壤含水量至田間持水量40%，用帶孔盒蓋(盒蓋直徑11 cm，均勻扎有20個(gè)大小一致的孔隙)封口，25℃恒溫避光預(yù)培養(yǎng)7天。將5 g (250 g烘干土質(zhì)量的2%)磨碎的玉米殘?bào)w樣品(根茬、莖葉)與預(yù)培養(yǎng)土壤充分混勻后封蓋繼續(xù)放入培養(yǎng)箱(25℃恒溫避光)培養(yǎng)360天。培養(yǎng)過(guò)程中利用稱(chēng)重法每周對(duì)土壤進(jìn)行補(bǔ)水，確保土壤含水量保持在田間持水量的60%。培養(yǎng)試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理：1)低肥棕壤添加玉米根茬(LF+R)；2)低肥棕壤添加玉米莖葉(LF+S)；3)高肥棕壤添加玉米根茬(HF+R)；4)高肥棕壤添加玉米莖葉(HF+S)；5)不添加玉米殘?bào)w的低肥力棕壤(LF)；6)不添加玉米殘?bào)w的高肥力棕壤(HF)。每個(gè)處理 3 次重復(fù)。分別在培養(yǎng)第0、30、60、180、360天進(jìn)行取樣，土壤樣品采用干篩法進(jìn)行團(tuán)聚體分級(jí)并稱(chēng)重，分級(jí)土樣風(fēng)干后，過(guò)0.15 mm篩，一部分用于土壤碳氮含量測(cè)定，另一部分進(jìn)行氨基糖提取和含量測(cè)定。

1.3 土壤團(tuán)聚體分級(jí)

將采集的新鮮土壤樣品在4℃條件下均勻風(fēng)干至含水量10%左右。將100 g土樣置于自動(dòng)篩分儀(Retsch AS 200，Germany)中，篩子孔徑為 250 μm，設(shè)定振幅為1.5 mm震動(dòng)2 min，將土樣篩分為大團(tuán)聚體 (粒徑≥250 μm)和微團(tuán)聚體 (粒徑<250 μm)[31–32]。

1.4 土壤樣品測(cè)定

1.4.1 土壤樣品碳、氮含量測(cè)定 利用元素分析儀( EA，Germany)測(cè)定土壤 (過(guò) 0.15 mm 篩)總有機(jī)碳和全氮含量，并計(jì)算C/N。

1.4.2 土壤樣品氨基糖測(cè)定 土壤樣品中氨基糖含量采用Zhang等[14]方法進(jìn)行測(cè)定。簡(jiǎn)略步驟如下：以0.4 mg氮為稱(chēng)量標(biāo)準(zhǔn)，用分析天平稱(chēng)取過(guò)0.15 mm篩的風(fēng)干土壤樣品，即：稱(chēng)樣量(g)= 0.4/全氮含量，置于水解瓶中，加入 10 mL 6 mol/L 的 HCl，在105℃下水解8 h，冷卻后加入100 μL的肌醇(內(nèi)標(biāo)1)，振蕩搖勻后過(guò)濾至心形瓶，在52℃真空狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)蒸干。加入約20 mL水將殘余物溶解至50 mL離心管中，然后用0.4 mol/L KOH和稀HCl將溶解液的pH調(diào)至中性(6.6～6.8)，使溶液中的Fe、Al 等金屬離子沉淀，在3000 r/min離心機(jī)上離心 10 min去除鐵鋁沉淀。上清液進(jìn)行二次旋蒸，旋蒸后的干燥物用無(wú)水甲醇溶解后轉(zhuǎn)入小離心管再次以3000 r/min 離心 10 min (去除 KCl 鹽分)，上清液 (氨基糖部分)轉(zhuǎn)移至5 mL衍生瓶中45℃下氮吹(去除無(wú)水甲醇)，干燥后加入 1 mL 水和 100 μL N-甲基氨基葡萄糖( 內(nèi)標(biāo) 2)，封口膜扎緊搖勻后冷凍干燥。另取3個(gè)5 mL的衍生瓶作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，均加入100 μL的胞壁酸，氮吹后加入100 μL 3種氨基糖混合標(biāo)準(zhǔn)液[D-(+)-氨基葡萄糖、D-(+)-氨基半乳糖、D-(+)-甘露糖胺]、100 μL 肌醇、100 μL N-甲基氨基葡萄糖、1 mL水，封口搖勻后與樣品一起進(jìn)行冷凍干燥。

向干燥后的衍生瓶中加入300 μL的衍生試劑(氰化反應(yīng))，蓋緊后渦旋，置于80℃水浴鍋中加熱30 min，期間搖晃2次，拿出冷卻至室溫后，加入1 mL乙酸酐(乙?；磻?yīng))，渦旋后在80℃水浴鍋中加熱60 min，期間搖晃3次，再次冷卻至室溫后加入 1.5 mL 二氯甲烷，最后用 1 mL 1 mol/L HCl和 3 mL蒸餾水(每次1 mL)進(jìn)行有機(jī)相的提取，最后一次提取中盡可能把水移除，提取出的有機(jī)相在45℃條件下氮吹干燥，用200 μL乙酸乙酯-正己烷混合液(1∶1)溶解干燥物并轉(zhuǎn)入帶有襯管的氣相色譜瓶中，以待上機(jī)。

1.5 計(jì)算方法

土壤各級(jí)團(tuán)聚體中氨基糖含量(mg/kg)依據(jù)內(nèi)標(biāo)法，采取如下公式計(jì)算：

式中：mx為每種氨基糖在各級(jí)團(tuán)聚體中的含量，以各級(jí)團(tuán)聚體風(fēng)干質(zhì)量為基礎(chǔ)；mi為添加的內(nèi)標(biāo)物肌醇的質(zhì)量；Ai和Ax分別為樣品測(cè)定中肌醇和氨基糖的峰面積；Rf為每種氨基糖的相對(duì)校正因子，利用標(biāo)準(zhǔn)樣品中氨基糖和肌醇的校正因子計(jì)算。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用 Origin 2019 和 Microsoft Office Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，用SPSS 25.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，不同處理間的顯著性采用重復(fù)測(cè)量方差分析，P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下土壤團(tuán)聚體中C/N變化

由圖1可知，添加根茬和莖葉殘?bào)w處理的土壤C/N變化趨勢(shì)均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低，最高值均出現(xiàn)在培養(yǎng)第30天。培養(yǎng)一年后，各處理土壤團(tuán)聚體中的C/N均顯著高于CK (P<0.05)，低肥力土壤C/N值大于高肥力土壤；大團(tuán)聚體中C/N值以根茬處理大于莖葉處理，微團(tuán)聚體中莖葉處理大于根茬處理。

圖1 玉米不同部位殘?bào)w添加后不同肥力棕壤團(tuán)聚體中C/N的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Dynamic changes in C/N ratios in soil aggregates with different fertility levels after different parts of maize residues addition

2.2 不同處理下土壤團(tuán)聚體中氨基糖含量變化

氨基糖總量主要包括氨基葡萄糖、甘露糖胺、氨基半乳糖和胞壁酸，其中甘露糖胺含量很低，因此常用氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸3種單糖之和表示土壤中氨基糖總量[33]。各處理中，氨基葡萄糖占氨基糖總量的68.5%～76.4%，氨基半乳糖占18.4%～27.4%，胞壁酸占3.1%～5.4%。

2.2.1 團(tuán)聚體中氨基糖總量變化 肥力水平和玉米殘?bào)w類(lèi)型對(duì)大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體中氨基糖總量的影響均極為顯著(P<0.001)。培養(yǎng)初期，微團(tuán)聚體氨基糖總量高于大團(tuán)聚體，培養(yǎng)180天之后大團(tuán)聚體高于微團(tuán)聚體，且培養(yǎng)結(jié)束時(shí)大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體中的氨基糖總量差異顯著(P<0.001)。由圖2 (a、b)可知，培養(yǎng)開(kāi)始后，添加玉米根茬和莖葉殘?bào)w處理的土壤團(tuán)聚體中的氨基糖總量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在培養(yǎng)30天時(shí)含量達(dá)到最低，隨后逐漸增加，至培養(yǎng)180天達(dá)到峰值，之后又開(kāi)始下降，但在培養(yǎng)第360天時(shí)仍顯著高于對(duì)照(P<0.05)。此時(shí)，高肥力和低肥力土壤大團(tuán)聚體中的氨基糖總量分別為1198.47 mg/kg (HF)和 1012.03 mg/kg (LF)，微團(tuán)聚體中分別為 1046.85 mg/kg (HF)和 959.60 mg/kg (LF)，高肥力土壤高于低肥力土壤(P<0.05)。

圖2 玉米不同部位殘?bào)w添加后不同肥力棕壤團(tuán)聚體中氨基糖含量的動(dòng)態(tài)變化Fig. 2 Dynamic changes in amino sugar contents in soil aggregates with different fertility levels after different parts of maize residues addition

不同玉米殘?bào)w類(lèi)型對(duì)各級(jí)團(tuán)聚體中氨基糖總量的影響，在培養(yǎng)一年后的表現(xiàn)均為莖葉>根茬，其中大團(tuán)聚體莖葉和根茬處理的氨基糖總量分別是CK的1.09、1.07倍，微團(tuán)聚體中分別是CK的1.31、1.18倍。

2.2.2 團(tuán)聚體中氨基葡萄糖含量變化 培養(yǎng)初期微團(tuán)聚體中的氨基葡萄糖含量高于大團(tuán)聚體，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)大團(tuán)聚體氨基葡萄糖含量高于微團(tuán)聚體(P<0.05)。由圖2 (c、d)可知，各級(jí)團(tuán)聚體添加玉米殘?bào)w處理的氨基葡萄糖含量變化趨勢(shì)與氨基糖總量變化一致，即培養(yǎng)初期呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，培養(yǎng)30天時(shí)達(dá)到含量最低值，隨后逐漸增加，至培養(yǎng)180天達(dá)到峰值后開(kāi)始下降，培養(yǎng)第360天時(shí)仍顯著高于對(duì)照處理(P<0.05)。此時(shí)，高肥力和低肥力土壤大團(tuán)聚體中的氨基葡萄糖含量分別為 850.66 mg/kg (HF)、735.27 mg/kg (LF)，微團(tuán)聚體中的含量分別為775.47 mg/kg (HF)、728.86 mg/kg (LF)，高肥力土壤>低肥力土壤 (P<0.05)。

不同玉米殘?bào)w類(lèi)型對(duì)各級(jí)團(tuán)聚體中氨基葡萄糖含量影響的表現(xiàn)均為莖葉>根茬，大團(tuán)聚體中莖葉和根茬處理分別是CK處理的1.09、1.08倍，微團(tuán)聚體中分別是CK處理的1.33、1.20倍。

2.2.3 團(tuán)聚體中胞壁酸含量變化 肥力水平和玉米殘?bào)w類(lèi)型均顯著影響胞壁酸含量(P<0.001)，團(tuán)聚體級(jí)別對(duì)胞壁酸含量有極顯著影響(P<0.001)。胞壁酸含量在高肥力和低肥力土壤中均表現(xiàn)為微團(tuán)聚體>大團(tuán)聚體，培養(yǎng)第30、60、360 天差異顯著(P<0.05)。

由圖2 (e、f)可知，大團(tuán)聚體中胞壁酸含量變化趨勢(shì)與總氨基糖和氨基葡萄糖含量相似，其中高肥添加莖葉處理存在一個(gè)短暫升高而后下降的階段，微團(tuán)聚體中胞壁酸含量則一直維持上升趨勢(shì)，到培養(yǎng)180天達(dá)到峰值后才逐漸下降直到培養(yǎng)結(jié)束。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，高肥力和低肥力土壤大團(tuán)聚體中的胞壁酸含量分別為 48.99 mg/kg (HF)、35.67 mg/kg (LF)，微團(tuán)聚體中的含量分別為 56.20 mg/kg (HF)、41.01 mg/kg (LF)，兩個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體的胞壁酸含量均以高肥力土壤>低肥力土壤(P<0.05)。

此外，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，莖葉處理各級(jí)團(tuán)聚體中胞壁酸含量均大于根茬處理，莖葉和根茬處理大團(tuán)聚體中胞壁酸含量分別是CK的1.17、1.09倍，微團(tuán)聚體中分別是CK的1.40、1.31倍。

2.2.4 團(tuán)聚體中氨基半乳糖含量變化 氨基半乳糖含量在大團(tuán)聚體中受肥力水平和殘?bào)w類(lèi)型的顯著影響(P<0.05)，團(tuán)聚體級(jí)別對(duì)氨基半乳糖含量有極顯著影響(P<0.001)，且在微團(tuán)聚體中氨基半乳糖含量?jī)H受肥力水平的極顯著影響(P<0.001)。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，大團(tuán)聚體中氨基半乳糖含量大于微團(tuán)聚體，且變化趨勢(shì)與氨基葡萄糖、胞壁酸和總氨基糖含量均不相同，并未表現(xiàn)出較明顯的規(guī)律性。

由圖2 (g、h)可知，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，大團(tuán)聚體中的氨基半乳糖含量分別為298.81 mg/kg (HF)和241.08 mg/kg (LF)，微團(tuán)聚體中分別為 215.19 mg/kg(HF)和 189.72 mg/kg (LF)，團(tuán)聚體中氨基半乳糖的含量表現(xiàn)為高肥力土壤>低肥力土壤(P<0.05)。此外，大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體中氨基半乳糖含量均以莖葉處理>根茬處理，大團(tuán)聚體中莖葉和根茬處理分別是CK處理的1.10、1.04倍，微團(tuán)聚體中分別是CK的1.23、1.09倍。

2.3 不同處理下土壤團(tuán)聚體中氨基葡萄糖和胞壁酸比值變化

由圖3可知，整個(gè)培養(yǎng)期間，團(tuán)聚體中氨基葡萄糖和胞壁酸比值受土壤肥力水平和玉米殘?bào)w類(lèi)型的顯著影響(P<0.05)。團(tuán)聚體級(jí)別對(duì)氨基葡萄糖和胞壁酸比值有極顯著影響(P<0.001)。

圖3 玉米不同部位殘?bào)w添加后不同肥力棕壤團(tuán)聚體中氨基葡萄糖和胞壁酸比值的動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 Dynamic changes in the ratio of glucosamine to muramic acid in soil aggregates with different fertility levels after different parts of maize residues addition

培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，大團(tuán)聚體中氨基葡萄糖和胞壁酸比值大于微團(tuán)聚體(P<0.05)，低肥力土壤>高肥力土壤(P<0.05)。大團(tuán)聚體中，根茬處理的比值大于莖葉處理(P<0.05)，微團(tuán)聚體中則是莖葉處理大于根茬處理(P<0.05)。

3 討論

3.1 玉米殘?bào)w類(lèi)型對(duì)土壤團(tuán)聚體中氨基糖分配的影響

通過(guò)分析不同部位玉米殘?bào)w添加對(duì)各級(jí)團(tuán)聚體中氨基糖含量的變化，可以探明團(tuán)聚體尺度下不同玉米秸稈殘?bào)w類(lèi)型還田后對(duì)微生物源碳氮積累的影響?？傮w而言，添加不同殘?bào)w類(lèi)型可在不同程度上顯著提高土壤團(tuán)聚體中氨基糖含量并影響其在各級(jí)團(tuán)聚體中的分配。大團(tuán)聚體的氨基葡萄糖含量高于微團(tuán)聚體，微團(tuán)聚體中胞壁酸含量高于大團(tuán)聚體，這主要因?yàn)榇髨F(tuán)聚體中的孔隙有利于真菌菌絲的伸展[34]，而微團(tuán)聚體中更高的黏粒含量，則更有利于細(xì)菌的吸附和保存[35]。其中，雖然各團(tuán)聚體內(nèi)氨基糖總量和氨基葡萄糖含量受殘?bào)w類(lèi)型的影響程度不一，但培養(yǎng)初期總體均出現(xiàn)下降，主要是因?yàn)榻斩捿斎牒筇峁┝舜罅刻荚?，且C/N較大，加入的短時(shí)間內(nèi)會(huì)使微生物處于缺氮的狀態(tài)[36]，微生物生長(zhǎng)受限，殘留物氨基糖的合成也隨之減弱[37]。同時(shí)，由于莖葉自身的C/N小于根茬(表2)，能提供相對(duì)較多的氮素供微生物生長(zhǎng)，因此氨基糖總量和氨基葡萄糖含量的下降速度低于根茬。培養(yǎng)前期C/N的變化趨勢(shì)表明(圖1)，隨著秸稈分解，激發(fā)了土壤中氮素礦化，這符合氮礦化理論，即秸稈輸入將導(dǎo)致短期內(nèi)氮素有效性迅速降低，C/N失衡，引起土壤氮素礦化以滿足微生物生長(zhǎng)[38]。同時(shí)，秸稈在微生物的驅(qū)動(dòng)下會(huì)逐漸腐解釋放氮素到土壤中[39]，當(dāng)?shù)爻渥銜r(shí)，土壤中的微生物快速繁殖同時(shí)伴有微生物體死亡，微生物逐漸以殘?bào)w的形式開(kāi)始在土壤中積累[6]，因此氨基糖總量和氨基葡萄糖含量顯著升高。微團(tuán)聚體中胞壁酸含量培養(yǎng)初期未出現(xiàn)下降趨勢(shì)，可能是因?yàn)榻斩挼募尤肟纱龠M(jìn)氮素在微團(tuán)聚體中的富集，能夠滿足細(xì)菌生長(zhǎng)代謝所需[20]，細(xì)菌對(duì)活性養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)能力又強(qiáng)于真菌[40]，因此微團(tuán)聚體中真菌出現(xiàn)下降趨勢(shì)，而細(xì)菌則未出現(xiàn)。氨基半乳糖的含量變化情況盡管也因不同類(lèi)型殘?bào)w的加入而出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，但未表現(xiàn)出較明顯的規(guī)律性，說(shuō)明其來(lái)源較為復(fù)雜。目前認(rèn)為氨基半乳糖主要來(lái)源于細(xì)菌，但也有研究證明，與細(xì)菌相比真菌對(duì)氨基半乳糖有更大的貢獻(xiàn)[41–42]。雖然氨基半乳糖的來(lái)源仍無(wú)法確定，但其對(duì)氨基糖總量的貢獻(xiàn)較大，僅次于氨基葡萄糖且遠(yuǎn)高于胞壁酸[6]，因此其在微生物源碳氮養(yǎng)分形成與循環(huán)過(guò)程中的作用不可忽視。培養(yǎng)180天后加入秸稈殘?bào)w的各處理氨基糖含量均又出現(xiàn)不同水平的下降，表明微生物殘留物降解，土壤微生物缺乏養(yǎng)分[43]。有研究證明，土壤中缺乏養(yǎng)分時(shí)氨基糖可作為一種能源和氮源，被優(yōu)先分解利用[23,39]。本試驗(yàn)培養(yǎng)后期無(wú)其余養(yǎng)分添加且秸稈進(jìn)入緩慢分解階段，導(dǎo)致土壤中可利用養(yǎng)分減少，限制了微生物生長(zhǎng)，因此積累的微生物細(xì)胞壁殘留物會(huì)被分解以滿足生長(zhǎng)所需，造成了氨基糖含量的減少。

整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，莖葉處理的總氨基糖及各氨基單糖含量高于根茬處理。因?yàn)楦绾休^多的木質(zhì)素等不易被分解的物質(zhì)，而莖葉中的糖類(lèi)、纖維素和半纖維素等均為易分解物質(zhì)[44]，可快速被微生物利用導(dǎo)致莖葉處理的氨基糖含量高于根茬。此外，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，大團(tuán)聚體中添加根茬處理的氨基葡萄糖和胞壁酸比值高于莖葉處理，微團(tuán)聚體中則相反，表明添加根茬有利于大團(tuán)聚體中真菌群落的生存，而莖葉有利于真菌群落在微團(tuán)聚體中的生存，說(shuō)明玉米殘?bào)w不同部位的輸入對(duì)團(tuán)聚體中微生物群落組成的影響不同，從而可進(jìn)一步證明不同秸稈部位還田，會(huì)對(duì)團(tuán)聚體中氨基糖的積累與分配產(chǎn)生不同程度的影響。因此，研究不同玉米殘?bào)w還田后土壤團(tuán)聚體內(nèi)氨基糖的分配情況及微生物群落變化，對(duì)于明析微生物在土壤碳氮養(yǎng)分循環(huán)方面的貢獻(xiàn)是十分必要的。

3.2 土壤肥力對(duì)土壤團(tuán)聚體中氨基糖分配的影響

本試驗(yàn)中高肥棕壤各處理的總氨基糖及各氨基單糖含量在各級(jí)團(tuán)聚體中均顯著高于低肥(P<0.05)，主要是高肥棕壤含有更多的活性養(yǎng)分和微生物量，這與李麗東等[21]的研究結(jié)果一致，即氨基糖在高有機(jī)質(zhì)土壤中的積累高于低有機(jī)質(zhì)土壤。其中，胞壁酸含量在大團(tuán)聚體高肥添加莖葉處理的培養(yǎng)初期存在一個(gè)短暫升高而后下降的階段，低肥棕壤中則不存在，主要是高肥棕壤中相對(duì)含有更多可利用氮素[45]，其次莖葉中含有更多的易分解物質(zhì)和氮[44]，與根茬相比在腐解過(guò)程中更能夠補(bǔ)充土壤中的活性氮[46]，這兩種途徑的氮素供給可暫時(shí)滿足細(xì)菌生長(zhǎng)所需，而后隨著細(xì)菌的不斷繁殖氮素又成為了限制其生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子。

同時(shí)，因自身所含養(yǎng)分差異，高低肥力棕壤對(duì)真菌和細(xì)菌群落的影響不同。本研究中無(wú)論是大團(tuán)聚體還是微團(tuán)聚體低肥棕壤氨基葡萄糖和胞壁酸比值均顯著大于高肥棕壤(P<0.05)，說(shuō)明低肥棕壤有利于真菌群落的生存，高肥棕壤有利于細(xì)菌群落的生存。有研究表明，有機(jī)質(zhì)含量較低的棕壤比高有機(jī)質(zhì)的黑土更有利于真菌殘留物氨基葡萄糖在砂粒積累[21]，主要是與高肥棕壤相比，較瘠薄的低肥棕壤由于可利用的活性養(yǎng)分相對(duì)較少，難降解底物比例較高且難以被細(xì)菌利用，導(dǎo)致真菌成為優(yōu)勢(shì)種群[20]。此外，與真菌相比細(xì)菌的生長(zhǎng)代謝更易受環(huán)境中可利用養(yǎng)分的影響，低肥棕壤中磷、鉀含量的缺乏同樣會(huì)影響細(xì)菌的增殖[47]。同時(shí)，添加植物殘?bào)w后，氮素匱乏的土壤對(duì)菌根真菌的生長(zhǎng)更有利[47]，而偏高的菌根真菌會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌殘?bào)w的降解[48–49]。

綜上，不同部位殘?bào)w還田到不同肥力土壤后，對(duì)各級(jí)團(tuán)聚體中氨基糖產(chǎn)生與積累的影響不同。其中莖葉還田更能促進(jìn)團(tuán)聚體中氨基糖的積累，同時(shí)考慮到由于真菌自身難降解的特性，玉米殘?bào)w還田可能對(duì)低肥土壤碳氮養(yǎng)分的改善更有意義。

4 結(jié)論

高肥力土壤有利于團(tuán)聚體中氨基糖的累積，添加玉米莖葉的提高作用大于添加根茬。低肥力土壤有利于真菌群落的生存，高肥力土壤有利于細(xì)菌群落的生存。添加根茬促進(jìn)了大團(tuán)聚體中真菌殘留物的積累，而莖葉促進(jìn)了微團(tuán)聚體中真菌殘留物的積累。