子午岭植被演替过程中土壤生物学特性的动态

1、贾国梅等：子午岭植被演替过程中土壤生物学特性的动态 1469子午岭植被演替过程中土壤生物学特性的动态贾国梅1, 2*，王 刚2，陈芳清11. 三峡大学化学与生命科学学院, 湖北 宜昌 443002; 2. 兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室, 甘肃 兰州 730000摘要：土壤生物学特性在土壤有机质的形成和降解、营养循环等方面起重要作用。植被的恢复演替显著影响土壤生物学特性，尤其影响土壤酶活性。植被演替过程中土壤酶活性的研究结果表明，随着植被恢复年限的延长，土壤脲酶和转化酶的活性逐渐提高，17 a达到最大值，随后有所降低。土壤酶活性和土壤化学特性和微生物量的相关性分析表明，土壤转化酶和脲酶

2、不仅互相之间具有显著的相关性，而且它们与土壤有机碳、全氮、微生物碳氮之间都具有显著的正相关性，说明土壤酶活性与土壤有机质紧密相关，与微生物的大小紧密相关，所以土壤酶活性可以表征土壤生物学肥力。关键词：植被恢复；脲酶；转化酶；生物学肥力中图分类号：s154 文献标识码：a 文章编号：1672-2175（2007）05-1466-04植被是陆地生态系统的重要组成部分，使生态系统中物质循环和能量流动的中枢，所以植被的恢复演替是退化生态系统恢复和重建的首要工作。黄土高原由于植被覆盖度低而稀少水土流失比较严重，而植被的恢复演替能有效控制水土流失和防止土地退化1。植被通过凋落物和根系分必物影响土壤有机质的

3、积累和分布，改变土壤微生物群落结构和活性。表1 试验地概况table 1 status of experimental plots植被海拔/m北纬/()东经/()坡向/()主要植物物种1 a弃耕植树地(sf1)14573606361082338.7南偏东25人工林：油松，刺槐和沙棘；杂草：老鹳草，二裂萎菱菜，甘草等2 a荒地植树地(sf2)1295360503.31083304.6北偏西30人工林：油松，刺槐和沙棘；杂草：主要有各种蒿子等9 a次生林地(sf9)1398360615.51082331.6北偏西20以油松为主，零星分布辽东栎、茶条槭和绣线菊等17 a次生林地(sf17)12313

4、60456.71083108.3北偏西30以油松、辽东栎、白桦、茶条槭和榆树等24 a次生林地(sf24)1330360525.71083107.5北偏西18沙棘、丁香、山杨、辽东栎、油松、铁线莲、胡颓子和苔草36 a次生林地（sf36）1605360152.81082207.5南偏东15以油松为主, 零星分布辽东栎、白桦、茶条槭和绣线菊等,草本植物主要有苔草土壤酶催化生物化学反应，参与包括土壤中的生物化学过程在内的自然界物质循环,综合了土壤物理化学和生物特性，所以土壤酶活性是土壤微生物活性的指标2-3，与营养循环和转化紧密相关，因此也是土壤质量的主要测度4；对自然的和人为的干扰引起的土壤变化

5、比较敏感5。土壤酶主要来源于土壤微生物和植物根系的分泌物及动植物残体分解释放的酶,它作为土壤的组成成分之一，其活性反映了土壤中进行的各种生物化学过程的动向和强度，对土壤肥力的形成和提高以及对土壤生态系统的物质循环具有重要意义，可成为生态胁迫或恢复的早期和敏感的指标6-7。大量的研究表明，土壤酶活性对耕作8, 种植制度9和土地使用10引起的土壤变化比较敏感，而对植被恢复演替后土壤酶活性的研究较少，所以本研究的目的是研究植被演替过程中土壤酶活性的变化动态。1 材料和方法1.1 研究区的概况研究区位于子午岭北部甘肃合水连家砭林场，地理位置位于北纬35033637，东经1081010908，属于典型的

6、黄土丘陵沟壑地形，海拔1500 m，年平均气温7.4 ，年平均降水量587.6 mm，干燥度0.97。土壤以石灰性褐土为主，皆发育于原生（山坡）或次生（沟谷）黄土，黄土厚度一般50100 m，其下为厚80100 m的红土。1.2 研究方法采取植被演替空间排列顺序推断时间演替顺序方法，选取一个1 a退耕还林地，一个2 a荒山植树地和4个次生林样地共6个典型样地，样地情况如表1。2003年7月在每个样地打3个10 m10 m的样方，每个样方内按对角线取020 cm的土样5个，共15个土样充分混匀，一部分土样迅速拣去枯枝落叶、根系分别过2 mm筛，调节其含水量达田间持水量的50%，置于塑料桶中在黑暗

7、中预先培养两周用于微生物量分析。另一部分土样风干用于土壤有机碳、全氮、脲酶和蔗糖酶测定。有机碳采用外加热重铬酸钾氧化法,全氮用半微量凯氏法,土壤微生物碳氮采用熏蒸浸提法测定，脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定，蔗糖酶活性采用二硝基水杨酸比色法测定 11。数据用spss处理，主要采用单因素方差分析和相关性分析。2 结果与讨论随着植被恢复时间的延长，土壤有机碳、全氮、微生物碳氮含量之间提高，17 a达到最大值，随后有所降低（表2）12。表2 供试土壤化学和微生物特性table 2 the chemical and microbial properties in soil for testing

8、different age of forest样地w(有机碳)/ (g. kg-1)w(全氮)/ (g. kg-1)w(微生物碳)/ (mg. kg-1)w(微生物氮)/ (mg. kg-1)f17.210.75107.0222.68f211.180.91272.0424.88f917.201.34334.2957.81f1722.261.97527.9773.84f2414.831.0379.6029.58f3615.081.09344.5058.48由于土壤水解酶与碳、氮、磷等营养元素的矿化有关，所以它们的测定可以指示土壤肥力的变化13。研究表明植被的类型影响土壤水解酶的活性14。随着植被

9、的退化，酶活性也随之降低15-16。随着植被的覆盖，土壤酶活性提高17。脲酶是一种促氮有机物的水解酶,能专一性的水解尿素,同时释放氨和二氧化碳。在脲酶作用下,尿素被分解为植物可利用的物质，从而提高土壤肥力。施用有机肥提高土壤脲酶活性18，耕作降低土壤脲酶活性19。本研究中，与有机碳、全氮、微生物碳单相似，随着植被恢复时间的延长，土壤脲酶活性逐渐提高，17 a林地达到最大值，随后有所降低（图1），这说明当植被恢复到17 a时，由于植物物种相对比较丰富，土壤生物化学反应处于相对比较活跃的状态，有利于土壤氮素的营养循环。后期如24 a林地由于植被郁闭度较大，林地光照弱，冠层下草本植被和灌木较少12，

10、酶活性相对于17年林地而言有所降低，36 a林地的冠层下只有苔草一种草本植物，凋落物归还林地的养分较少，加之受到坡向的影响12，土壤酶活性比较低。但是与1 a的林地相比，所有林地的土壤脲酶活性都比较高，这说明植被恢复演替有利于土壤脲酶活性的提高，saviozzi et al.19研究邻近的耕地、林地和天然草地的土壤质量的结果也表明，长期的耕作降低土壤脲酶的活性。izquierdo et al.20研究的表明重建植被的土壤的脲酶活性比裸露的土壤的高。土壤转化酶参与土壤有机碳循环，其活性的高低反应了土壤中有机碳的转化和呼吸强度。一般而言，土壤肥力越高， 此酶的活性越强，它不仅能够表征土壤微生物学活

11、性强度，而且也可以作为评价土壤熟化程度和土壤肥力水平的一个指标。本研究中，随着植被的恢复演替，土壤转化酶的变化趋势与土壤脲酶的转化趋势相似，也是逐渐提高，17 a达到最大值，随后有所降低（图1）。这说明土壤中酶活性的变化趋势是相似的，当植被恢复演替到17 a，土壤微生物活性和生物化学过程都处于相对比较旺盛的状态，土壤肥力相对比较高。土壤转化酶/(mgg-1)土壤脲酶/(gg-1h-1) 图1 植被恢复过程中土壤酶活性的动态fig. 1 the dynamics of soil enzyme activities during vegetation restoration相关性分析表明，土壤转化

12、酶土壤脲酶和有机碳（p0.01）、全氮（p0.01）和微生物碳（p0.01）氮（p0.05）之间都有显著的相关性（表3），土壤酶活性随着土壤有机质含量的提高而提高，由此说明土壤酶活性与土壤肥力紧密相关，酶活性可以作为土壤肥力的评价指标。但是脲酶活性与植被恢复演替的时间没有显著的相关性，这说明脲酶活性与植被恢复演替的年限无直接关系，也许与植物物种数量相关，因为植物物种数目多的17 a林地的脲酶活性最高。palma and conti21研究表明植被类型和有机物质的数量影响脲酶的活性。arunachalam et al.22和xue et al23研究表明土壤脲酶与土壤有机碳之间没有显著的相关性。

13、arunachalam et al. 22认为脲酶是变化最大的土壤参数。xue et al.23认为与单一酶相比，多酶聚合体与土壤肥力相关性比较强24。表3 土壤酶活性和土壤化学微生物特性之间的相关性table 3 pearsons correlation coefficients between soil enzyme activities and chemical and microbial properties时间有机碳全氮微生物碳微生物氮转化酶转化酶0.530*0.839*0.690*0.890*0.531*脲酶0.2660.736*0.626*0.673*0.480*0.637*相关

14、性在0.01水平上显著，*相关性在0.05水平上显著3 结论子午岭植被恢复演替能够增强土壤转化酶和脲酶的活性，有利于土壤有机碳和有机氮的矿化，有利于微生物活性的增强，能够有效地提高土壤生物学肥力。土壤转化酶和土壤脲酶都与土壤有机质和微生物量具有显著的相关性，说明土壤酶活性可以作为子午岭植被恢复演替过程中土壤肥力的评价指标。参考文献:1 morgan r p c. soil erosion and conservation m. london: longman scientific & technical, 1986.2 frankenberger w t jr, dick w a. relat

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