尕海湿地植被退化过程中有机碳及相关土壤酶活性变化特征
发布时间：2021-09-18 15:06
以青藏高原东缘尕海湿地不同植被退化程度样地为研究对象,采用定位研究与室内试验相结合的方法,研究植被退化过程对土壤有机碳和土壤酶活性的影响。结果表明:植被退化显著影响土壤有机碳含量和土壤酶活性,降低了土壤有机碳的含量和酶促反应效率,且这种影响随土层深度变化有所不同。四种植被退化阶段有机碳含量和酶活性均值总体上（0～100 cm）表现为未退化>轻度退化>中度退化>重度退化。不同土层中,20～40 cm土层的有机碳含量中度退化>轻度退化;0～10 cm土层中淀粉酶和纤二糖酶中度退化阶段活性值较高;20～100 cm土层中蔗糖酶重度退化阶段活性值最高,纤二糖酶活性重度退化>中度退化。同一退化程度土壤有机碳含量、蔗糖酶和纤二糖酶活性随土层深度增加显著降低（P<0.05）;淀粉酶和纤维素酶活性在>40 cm土层中活性值有所上升,整体呈波动下降趋势。
【文章来源】：自然资源学报. 2020,35(05)北大核心CSSCICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同植被退化阶段土壤有机碳含量
由表2可以看出，SOC含量与蔗糖酶、淀粉酶、纤二糖酶和纤维素酶活性均呈极显著正相关关系（P<0.01），说明土壤酶活性与SOC含量密切相关。SOC与四种酶的相关程度表现为：蔗糖酶（r=0.946）>纤二糖酶（r=0.871）>纤维素酶（r=0.803）>淀粉酶（r=0.644），表明蔗糖酶的变化对SOC的响应更大。四种土壤酶之间也呈极显著正相关关系（P<0.01）。地上生物量与SOC和四种土壤酶之间均呈显著或极显著正相关关系，这表明植被退化引起的地上生物量变化可能直接或者通过影响湿地土壤酶活性，从而影响土壤有机碳分布特征。3 结论与讨论
随着植被退化程度的加剧，SOC含量逐渐降低（图1），表明尕海湿地植被退化伴随着碳库的损失，湿地碳汇功能减弱。夏品华等[5]对贵州草海湿地的研究发现，沿湿地退化梯度表层土壤有机碳含量降低，这与本文研究结果一致。尕海湿地植被退化过程中群落组成和结构发生变化，生物量随退化演替逐渐减小（表1），使得SOC输入量降低；其次，随植被退化演替的进行，地表植被覆盖度降低，土壤裸露，表面温度增加，同时湿地土壤含水量减少，地下水位降低[23]，湿地土壤由淹水的缺氧环境进入复氧环境，导致土壤微生物活性增强，加速了SOC分解，引起SOC矿化量增加，积累量减少[24]。因此，SOC含量沿退化梯度呈下降趋势。从土壤垂直剖面看，同一退化程度SOC含量随土层深度增加而降低，且表层土壤（0～10 cm和10～20 cm）明显高于深层土壤（20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm）。这是由于多数情况下植物大部分功能细根集聚在表层，如尕海湿地优势种矮篙草，其根系量的85%集中在0～20 cm土层[11]，使得土壤的根系分泌物含量较高，根系周转速率更快，且表层是植物枯枝落叶的输入层，土壤腐殖质含量较高，为微生物创造了良好的生长条件，使微生物在这一范围较为活跃，微生物分解腐殖质进一步增加了SOC含量，因此SOC在土壤表层富集。随着土层深度增加，根系密度变小，凋落物输入量减少，SOC含量随之降低[5]。研究发现，尕海湿地不同植被退化类型下四种土壤酶的活性均值变化一致，均随着退化程度的加剧土壤酶活性显著降低（P<0.05），表明植被退化使得土壤酶活性减弱。秦嘉海等[25]对祁连山黑河不同退化草地土壤的研究显示酶活性随土壤退化加剧而降低，与本文结果一致。植被特征与土壤密切相关，植物的盖度变化引起环境（光、温度）变化，同时根系的机械作用和分泌物也能直接或间接影响土壤生化性质[26]。尕海湿地不同植被退化类型地上植被特征不同（表1），土壤获得的水分、光照资源也就不同，导致土壤水热条件和通气状况有明显差异。植被退化不明显的区域种类丰富，丰富度和均匀度指数较高，同时根系较多，这有利于土壤有机质及养分的累积[27]，使土壤酶有充足的反应底物。同时土壤质地疏松，水、热和氧气条件较好，微生物活动旺盛，代谢产酶能力强，促进了土壤酶的增殖和积累，并提高了土壤酶的分解能力。植被退化程度越高土壤越贫瘠，植物盖度降低，地上、地下生物量减少，而植被根系分泌及残体分解是土壤酶的主要来源，生物量的减少使得由植被分泌或分解产生的酶来源减少；同时，土壤结构变差，紧实度增加，而孔隙度减小，不利于氧气交换[28]，进而导致土壤呼吸减弱，微生物活性降低，从而抑制了土壤酶活性的发展。
【参考文献】：
期刊论文
[1]尕海湿地植被退化过程中植被——土壤系统有机碳储量变化特征[J]. 马维伟,王跃思,李广,吴江琪,罗永忠,陈国鹏. 应用生态学报. 2018(12)
[2]土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例[J]. 黄先飞,周运超,张珍明. 自然资源学报. 2018(06)
[3]尕海湿地植被退化过程中土壤轻重组有机碳动态变化特征[J]. 许延昭,马维伟,李广,吴江琪,孙文颖. 水土保持学报. 2018(03)
[4]尕海沼泽化草甸湿地不同地下水位土壤理化特征的比较分析[J]. 吴江琪,马维伟,李广,闫丽娟,朱海东,罗永忠,陈国鹏. 草地学报. 2018(02)
[5]植被退化对尕海湿地枯落物分解的影响[J]. 马维伟,李广,王立,赵锦梅,陈国鹏,朱海栋. 水土保持通报. 2018(01)
[6]若尔盖高原退化湿地土壤有机碳储量[J]. 周文昌,崔丽娟,王义飞,李伟. 水土保持研究. 2017(05)
[7]退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征[J]. 尹亚丽,王玉琴,鲍根生,王宏生,李世雄,宋梅玲,邵宝莲,温玉存. 应用生态学报. 2017(12)
[8]鄱阳湖湿地土壤酶及微生物生物量的剖面分布特征[J]. 于昊天,黄时豪,刘亚军,寇文伯,刘以珍,吴兰. 环境科学研究. 2017(11)
[9]常绿阔叶林改造为板栗林对土壤氮磷钾库及酶活性的影响[J]. 杨萌,岳天,李永夫,李永春,何洁,肖永恒,姜培坤,周国模. 自然资源学报. 2017(05)
[10]吉林西部盐碱地水田水稻不同生长期土壤酶活性与有机碳含量的关系[J]. 汤洁,赵晴,王思宁,王静静,孙珊珊. 生态环境学报. 2016(09)
博士论文
[1]吉林西部稻田土壤微生物及酶活性对碳变化响应机制研究[D]. 李忠和.吉林大学 2014
[2]云南纳帕海高原湿地土壤退化过程及驱动机制[D]. 田昆.中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所） 2004
硕士论文
[1]贵州高原草海湿地退化对土壤有机碳及酶活性分布的影响[D]. 黎杨.贵州师范大学 2017
[2]杉木人工林不同发育阶段土壤纤维素酶活性变化规律及机理的研究[D]. 塔娜.北京林业大学 2012
[3]黔中石灰岩土壤酶和灌木林植物物种多样性研究[D]. 李媛媛.贵州大学 2008
本文编号：3400354
【文章来源】：自然资源学报. 2020,35(05)北大核心CSSCICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同植被退化阶段土壤有机碳含量
由表2可以看出，SOC含量与蔗糖酶、淀粉酶、纤二糖酶和纤维素酶活性均呈极显著正相关关系（P<0.01），说明土壤酶活性与SOC含量密切相关。SOC与四种酶的相关程度表现为：蔗糖酶（r=0.946）>纤二糖酶（r=0.871）>纤维素酶（r=0.803）>淀粉酶（r=0.644），表明蔗糖酶的变化对SOC的响应更大。四种土壤酶之间也呈极显著正相关关系（P<0.01）。地上生物量与SOC和四种土壤酶之间均呈显著或极显著正相关关系，这表明植被退化引起的地上生物量变化可能直接或者通过影响湿地土壤酶活性，从而影响土壤有机碳分布特征。3 结论与讨论
随着植被退化程度的加剧，SOC含量逐渐降低（图1），表明尕海湿地植被退化伴随着碳库的损失，湿地碳汇功能减弱。夏品华等[5]对贵州草海湿地的研究发现，沿湿地退化梯度表层土壤有机碳含量降低，这与本文研究结果一致。尕海湿地植被退化过程中群落组成和结构发生变化，生物量随退化演替逐渐减小（表1），使得SOC输入量降低；其次，随植被退化演替的进行，地表植被覆盖度降低，土壤裸露，表面温度增加，同时湿地土壤含水量减少，地下水位降低[23]，湿地土壤由淹水的缺氧环境进入复氧环境，导致土壤微生物活性增强，加速了SOC分解，引起SOC矿化量增加，积累量减少[24]。因此，SOC含量沿退化梯度呈下降趋势。从土壤垂直剖面看，同一退化程度SOC含量随土层深度增加而降低，且表层土壤（0～10 cm和10～20 cm）明显高于深层土壤（20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm）。这是由于多数情况下植物大部分功能细根集聚在表层，如尕海湿地优势种矮篙草，其根系量的85%集中在0～20 cm土层[11]，使得土壤的根系分泌物含量较高，根系周转速率更快，且表层是植物枯枝落叶的输入层，土壤腐殖质含量较高，为微生物创造了良好的生长条件，使微生物在这一范围较为活跃，微生物分解腐殖质进一步增加了SOC含量，因此SOC在土壤表层富集。随着土层深度增加，根系密度变小，凋落物输入量减少，SOC含量随之降低[5]。研究发现，尕海湿地不同植被退化类型下四种土壤酶的活性均值变化一致，均随着退化程度的加剧土壤酶活性显著降低（P<0.05），表明植被退化使得土壤酶活性减弱。秦嘉海等[25]对祁连山黑河不同退化草地土壤的研究显示酶活性随土壤退化加剧而降低，与本文结果一致。植被特征与土壤密切相关，植物的盖度变化引起环境（光、温度）变化，同时根系的机械作用和分泌物也能直接或间接影响土壤生化性质[26]。尕海湿地不同植被退化类型地上植被特征不同（表1），土壤获得的水分、光照资源也就不同，导致土壤水热条件和通气状况有明显差异。植被退化不明显的区域种类丰富，丰富度和均匀度指数较高，同时根系较多，这有利于土壤有机质及养分的累积[27]，使土壤酶有充足的反应底物。同时土壤质地疏松，水、热和氧气条件较好，微生物活动旺盛，代谢产酶能力强，促进了土壤酶的增殖和积累，并提高了土壤酶的分解能力。植被退化程度越高土壤越贫瘠，植物盖度降低，地上、地下生物量减少，而植被根系分泌及残体分解是土壤酶的主要来源，生物量的减少使得由植被分泌或分解产生的酶来源减少；同时，土壤结构变差，紧实度增加，而孔隙度减小，不利于氧气交换[28]，进而导致土壤呼吸减弱，微生物活性降低，从而抑制了土壤酶活性的发展。
【参考文献】：
期刊论文
[1]尕海湿地植被退化过程中植被——土壤系统有机碳储量变化特征[J]. 马维伟,王跃思,李广,吴江琪,罗永忠,陈国鹏. 应用生态学报. 2018(12)
[2]土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例[J]. 黄先飞,周运超,张珍明. 自然资源学报. 2018(06)
[3]尕海湿地植被退化过程中土壤轻重组有机碳动态变化特征[J]. 许延昭,马维伟,李广,吴江琪,孙文颖. 水土保持学报. 2018(03)
[4]尕海沼泽化草甸湿地不同地下水位土壤理化特征的比较分析[J]. 吴江琪,马维伟,李广,闫丽娟,朱海东,罗永忠,陈国鹏. 草地学报. 2018(02)
[5]植被退化对尕海湿地枯落物分解的影响[J]. 马维伟,李广,王立,赵锦梅,陈国鹏,朱海栋. 水土保持通报. 2018(01)
[6]若尔盖高原退化湿地土壤有机碳储量[J]. 周文昌,崔丽娟,王义飞,李伟. 水土保持研究. 2017(05)
[7]退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征[J]. 尹亚丽,王玉琴,鲍根生,王宏生,李世雄,宋梅玲,邵宝莲,温玉存. 应用生态学报. 2017(12)
[8]鄱阳湖湿地土壤酶及微生物生物量的剖面分布特征[J]. 于昊天,黄时豪,刘亚军,寇文伯,刘以珍,吴兰. 环境科学研究. 2017(11)
[9]常绿阔叶林改造为板栗林对土壤氮磷钾库及酶活性的影响[J]. 杨萌,岳天,李永夫,李永春,何洁,肖永恒,姜培坤,周国模. 自然资源学报. 2017(05)
[10]吉林西部盐碱地水田水稻不同生长期土壤酶活性与有机碳含量的关系[J]. 汤洁,赵晴,王思宁,王静静,孙珊珊. 生态环境学报. 2016(09)
博士论文
[1]吉林西部稻田土壤微生物及酶活性对碳变化响应机制研究[D]. 李忠和.吉林大学 2014
[2]云南纳帕海高原湿地土壤退化过程及驱动机制[D]. 田昆.中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所） 2004
硕士论文
[1]贵州高原草海湿地退化对土壤有机碳及酶活性分布的影响[D]. 黎杨.贵州师范大学 2017
[2]杉木人工林不同发育阶段土壤纤维素酶活性变化规律及机理的研究[D]. 塔娜.北京林业大学 2012
[3]黔中石灰岩土壤酶和灌木林植物物种多样性研究[D]. 李媛媛.贵州大学 2008
本文编号：3400354
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