西南喀斯特石漠化生态系统土壤酶活性及其化学计量特征对植被修复的响应

来源 :贵州师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sjzshiyijshan
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土壤酶是土壤养分循坏的关键影响因素,可以反映土壤肥力与生态系统功能的变化。然而,长期以来缺乏对西南喀斯特石漠化生态系统土壤酶活性及其化学计量特征的研究,特别是其对植被修复的响应研究,明显限制了对西南喀斯特石漠化生态系统土壤质量演变内在机制的深入认识,严重影响了石漠化治理的成效。因此,本研究以西南喀斯特石漠化典型治理地区——贵州省安顺市关岭县花江喀斯特高原峡谷为研究区,以裸地为对照样地,针对花椒(Zanthoxylum bungeanum)、砂仁(Amomum villosum)、柏木(Cupressus funebris)、柚木(Tectona grandis)、皇竹草(Pennisetum sinese)、金银花(Lonicera japonica)和火龙果(Hylocereus undatus)等7种植被修复措施,研究土壤酶活性、土壤酶化学计量特征对植被修复的响应及其影响因素,以期为西南喀斯特石漠化生态系统的土地管理与调控、退化植被恢复重建以及可持续发展提供理论依据。主要研究结果如下:(1)脲酶(Urease,URE)活性表现为皇竹草>柚木>裸地>金银花>柏木>火龙果>花椒=砂仁。蔗糖酶(Sucrase,SUC)活性表现为金银花>花椒>火龙果>柏木>裸地>柚木>皇竹草>砂仁。过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性表现为火龙果>柚木>裸地>皇竹草>金银花>花椒>砂仁>柏木。β-1,4-葡萄糖苷酶(β-1,4-glucosidase,BG)活性表现为柚木>金银花>花椒>火龙果>砂仁>裸地>皇竹草>柏木,柚木不同土层间的BG活性存在显著差异。在0~15cm土壤深度内,7种植被修复措施及裸地的β-D-纤维素二糖水解酶(β-D-cellobiohydrolase,CBH)活性之间均无显著差异,CBH活性基本集中在40000nmol·g-1·h-1。β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(β-1,4-N-acetylglucosa-minidase,NAG)活性表现为柚木>火龙果>砂仁>皇竹草>柏木>金银花>裸地>花椒,金银花不同土层间的NAG活性存在显著差异。亮氨酸氨基肽酶(Leucine Aminopeptidase,LAP)活性表现为金银花>柏木>柚木>裸地>砂仁>皇竹草>花椒>火龙果。碱性磷酸酶(Alkaline Phosphatase,AP)活性则是裸地>柚木>金银花>柏木>花椒>火龙果>砂仁>皇竹草。在土壤垂直剖面上,裸地和7种植被修复措施的URE活性和SUC活性均随土层深度增加而降低,而CAT活性表现出随土层深度增加变化较为稳定的特征。柏木和金银花的土壤CBH活性、花椒和柏木的土壤NAG活性、柚木和火龙果的土壤LAP活性、7种植被修复措施及裸地的土壤AP活性均随土层深度增加表现出逐渐降低的趋势。相关性分析表明,不同土壤酶活性之间存在显著相关或极显著相关的关系。综合来看,今后应尽可能提高柚木、金银花和火龙果的种植面积,更有利于西南喀斯特石漠化生态系统的生态修复。(2)土壤酶碳:氮表现为火龙果>花椒>皇竹草>砂仁>裸地>柚木>柏木>金银花。土壤酶碳:磷表现为皇竹草>砂仁>火龙果>柏木>花椒>金银花>柚木>裸地。除砂仁外,皇竹草三个土层中的土壤酶碳:磷与其余植被修复措施及裸地均存在显著差异。土壤酶氮:磷表现为皇竹草>砂仁>柏木>火龙果>金银花>花椒>柚木>裸地。土壤酶矢量长度较为集中,矢量长度在1.35~1.40之间,表现出皇竹草最高和裸地最低的分布特征。土壤酶矢量角度均大于45°,表明研究区土壤养分受P限制,同时裸地三个土层中的土壤酶矢量角度均最大,与花椒、砂仁、柏木、皇竹草、金银花、火龙果存在显著差异。7种植被修复措施的土壤酶矢量角度均小于裸地,表明西南喀斯特石漠化生态系统进行植被修复减缓了P对土壤养分的限制作用。在土壤垂直剖面上,柏木和金银花的土壤酶碳:氮随土层深度增加而降低,其余植被修复措施及裸地的土壤酶碳:氮、土壤酶碳:磷、土壤酶氮:磷随土层深度增加均无统一的变化规律。相关性分析表明,土壤酶矢量长度、矢量角度均与土壤酶活性、土壤酶化学计量比之间存在显著相关或极显著相关的关系。从土壤酶化学计量学角度来看,今后不仅应在西南喀斯特石漠化地区考虑合理施用P肥以及外源P的投入,而且还应选择人为干扰较少、物种丰富的植被修复类型来改善生态环境。(3)相关性分析表明,除URE与CBH活性外,其余土壤酶活性及酶化学计量比与土壤理化因子之间均存在不同程度的显著相关或极显著相关的关系。冗余分析表明,土壤酶活性及其化学计量比在第Ⅰ轴、第Ⅱ轴的解释量分别为34.98%和7.87%,即在RDA前两个排序轴中8个土壤理化因子累计解释了土壤酶活性及其化学计量比特征的42.85%,且对两者关系的累计解释量高达90.29%。8个土壤理化因子中容重和SOC对土壤酶活性及酶化学计量比的解释量分别为29.8%和25.1%,这说明容重和SOC是影响土壤酶的主要因素。单独效应排序结果表明,土壤理化因子对土壤酶活性及酶化学计量比的影响按重要性排序从大到小依次为:容重>SOC>TN>TP>pH>SOC:TN>TN:TP>SOC:TP。除TN:TP与SOC:TP外,其余6个土壤理化因子对土壤酶活性及酶化学计量比的影响均达到显著性水平。今后应注重研究SOC对西南喀斯特石漠化生态系统土壤酶的调控作用,同时有效保护土壤结构,减少人为因素对土壤结构的破坏现象。
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