黔西南石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量变化特征
孙彩丽, 仇模升, 黄朝相, 王艺伟
植物生态学报
2022, 46 ( 7):
834-845.
DOI: 10.17521/cjpe.2021.0430
为明确喀斯特石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量变化特征以及它们对环境变异的生态响应规律。该研究以5种不同石漠化程度的土壤生态系统为研究对象, 运用生态化学计量学理论与方法, 系统研究石漠化对6种胞外酶(β-1,4-葡糖苷酶(BG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)和纤维素二糖水解酶、β-1,4-乙酰-葡糖胺糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP))活性及其化学计量的影响, 并分析它们与环境因子之间的相关性。结果表明: 无石漠化、潜在和轻度石漠化阶段BG、BX、LAP和AP胞外酶活性显著高于中度和重度石漠化阶段, 但不同石漠化阶段土壤胞外酶化学计量特征差异不显著。不同石漠化程度土壤质量大体分为3类, 其中, 无石漠化土壤生化性状最优, 潜在和轻度石漠化土壤次之, 且均优于中度和重度石漠化土壤, 并且, 无石漠化、潜在和轻度石漠化土壤存在缺磷现象(酶矢量角度大于45°), 而中度和重度石漠化土壤氮缺乏(酶矢量角度小于45°)。此外, 石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量特征的变化主要受土壤全氮、速效磷、硝态氮、氨态氮和枯落物磷含量的影响, 总体表现为与土壤养分含量具有趋同性并受枯落物磷含量的限制。综上, 石漠化生态系统修复和治理过程中, 需考虑在潜在和轻度石漠化阶段补充磷, 在中度和重度石漠化阶段补充氮, 以缓解相关养分限制。
石漠化程度 Degree of rocky desertification | SOC (g·kg-1) | TN (g·kg-1) | TP (g·kg-1) | SAP (mg·kg-1) | NN (mg·kg-1) | 无 No | 35.604 ± 2.304a | 4.682 ± 0.362a | 0.765 ± 0.045c | 1.833 ± 0.108a | 20.975 ± 1.808a | 潜在 Potential | 25.438 ± 3.054b | 4.679 ± 0.359a | 0.792 ± 0.074c | 1.502 ± 0.148ab | 10.510 ± 1.700b | 轻度 Slight | 26.806 ± 2.108b | 3.994 ± 0.668ab | 1.167 ± 0.043a | 1.176 ± 0.153bc | 10.435 ± 0.983b | 中度 Moderate | 24.152 ± 0.447b | 3.809 ± 0.016ab | 0.962 ± 0.044b | 1.034 ± 0.287c | 7.070 ± 1.672c | 重度 Severe | 22.234 ± 1.789b | 3.289 ± 0.670b | 0.691 ± 0.101c | 0.966 ± 0.244c | 7.745 ± 0.19bc | 石漠化程度 Degree of rocky desertification | AN (mg·kg-1) | pH | C:N | C:P | N:P | 无 No | 5.070 ± 0.368a | 4.523 ± 0.098d | 7.641 ± 0.807a | 46.598 ± 2.926a | 6.122 ± 0.322a | 潜在 Potential | 4.246 ± 0.290bc | 6.800 ± 0.160c | 5.429 ± 0.370a | 32.271 ± 4.177bc | 5.947 ± 0.700ab | 轻度 Slight | 4.699 ± 0.455ab | 7.373 ± 0.156ab | 6.911 ± 1.710a | 22.981 ± 1.887c | 3.434 ± 0.650d | 中度 Moderate | 3.609 ± 0.276c | 7.190 ± 0.048b | 6.341 ± 0.100a | 25.153 ± 1.487bc | 3.965 ± 0.194cd | 重度 Severe | 4.018 ± 0.201bc | 7.468 ± 0.046a | 7.049 ± 1.998a | 33.009 ± 7.721b | 4.757 ± 0.722bc |
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表1
黔西南不同石漠化程度土壤化学性质及化学计量(平均值±标准差)
正文中引用本图/表的段落
石漠化对土壤养分含量影响显著(表1), 除TP含量外, 其他土壤养分含量基本表现为无石漠化土壤最高, 并且随石漠化程度加剧, 这些土壤养分含量呈降低趋势。轻度石漠化土壤TP含量显著高于中度石漠化土壤高于重度、潜在和无石漠化土壤。此外, 随着石漠化加剧, 土壤pH逐渐升高, 土壤从弱酸土壤变为中性土壤。不同石漠化土壤C:N差异性不显著, 土壤C:P和N:P变化趋势一致, 基本表现为随石漠化加剧呈减小趋势。
本文的其它图/表
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表2
黔西南不同石漠化程度枯落物元素含量和化学计量(平均值±标准差)
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图1
黔西南不同石漠化程度土壤胞外酶活性(平均值±标准差)。AP, 酸性磷酸酶; BG, β-1, 4-葡萄糖苷酶; BX, β-1, 4-木糖苷酶; CBH, 纤维素二糖水解酶; LAP, 亮氨酸氨基肽酶; NAG, β-1,4-乙酰-葡糖胺糖苷酶。不同小写字母表示同种胞外酶活性在不同石漠化阶段差异性显著(p < 0.05)。
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表3
黔西南不同石漠化程度土壤胞外酶化学计量及矢量长度和角度(平均值±标准差)
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图2
黔西南不同石漠化程度枯落物化学含量、土壤化学性质和胞外酶活性的相关性分析。AN, 土壤氨态氮含量; LC, 枯落物碳含量; LN, 枯落物氮含量; LP, 枯落物磷含量; NN, 土壤硝态氮含量; SAP, 土壤速效磷含量; SOC, 土壤有机碳含量; TN, 土壤总氮含量; TP, 土壤总磷含量。*, p < 0.05; **, p < 0.01; ***, p < 0.001。
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图3
黔西南枯落物和土壤化学性质与胞外酶活性的冗余分析(RDA)。AN, 土壤氨态氮含量; AP, 酸性磷酸酶; BG, β-1, 4-葡萄糖苷酶; BX, β-1,4-木糖苷酶; CBH, 纤维素二糖水解酶; C:N, 土壤碳氮比; C:P, 土壤碳磷比; Enzyme C:N, 胞外酶碳氮比; Enzyme C:P, 胞外酶碳磷比; Enzyme N:P, 胞外酶氮磷比; LC, 枯落物碳含量; LC:P, 枯落物碳磷比; LN, 枯落物氮含量; LAP, 亮氨酸氨基肽酶; LP, 枯落物磷含量; NAG, β-1,4-乙酰-葡糖胺糖苷酶; NN, 土壤硝态氮含量; N:P, 土壤N:P; SAP, 土壤速效磷含量; SOC, 土壤有机碳含量; TN, 土壤总氮含量; TP, 土壤总磷含量。
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表4
黔西南土壤和枯落物相关指标作为解释变量的蒙特卡罗置换检验分析
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图4
黔西南不同石漠化程度土壤化学性质及胞外酶活性的聚类分析。
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