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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
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。
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)
正文中引用本图/表的段落
不同石漠化程度枯落物碳和磷含量差异显著,枯落物碳含量表现为无石漠化>中度>潜在和轻度>重度石漠化阶段, 枯落物磷含量表现为中度石漠化显著大于其他石漠化阶段。无石漠化阶段枯落物C:N最高, 与中度石漠化阶段差异不显著, 但显著大于其他石漠化阶段。枯落物C:P和N:P均表现为无石漠化和潜在石漠化阶段最高, 中度石漠化阶段最低, 其他石漠化阶段居中(表2)。
我国西南喀斯特山区具有地质脆弱和环境敏感的特点, 加上人类不合理利用和过度干扰, 植被覆盖率严重下降, 水土流失频繁发生, 衍生出石漠化灾害, 导致基岩裸露随处可见(Jiang et al., 2014; 戴全厚和严友进, 2018)。大量研究表明, 石漠化本质上是土壤退化过程, 表现为土壤结构受损, 养分大量流失, 保土保肥功能退化等(Zhou et al., 2012; 陈洪松等, 2018)。本研究发现随石漠化程度加剧, 土壤养分含量呈下降趋势(TP除外), 但土壤pH明显升高, 这与前人研究结果基本一致。土壤碳氮积累量取决于地表枯落物的矿化分解和转化积累, 而这一过程与枯落物元素组成和土壤微生物关系密切(曾昭霞等, 2015)。研究表明较低N:P的枯落物更易分解, 当N:P > 25时分解缓慢, 利于养分储存(潘复静等, 2011)。本研究枯落物N:P介于5.272与10.241之间且随石漠化加剧枯落物N:P呈减小趋势(表2), 说明研究区枯落物易分解, 养分较难储存。石漠化过程中, 植被生物量和多样性降低导致根系分泌物和枯落物归还量明显减少, 且地表裸露率增加导致表层土壤温度升高不利于微生物生存, 加上黔西南喀斯特山区降雨集中且强度大导致水土流失加剧(宋同清等, 2014; 伏文兵等, 2021; Lan, 2021), 使得土壤养分含量随石漠化加剧而明显下降。土壤P是植物生长必需的营养元素, 主要来源于漫长的岩石分化作用, 较难通过枯落物分解进行补给(刘愿等, 2019), 轻度和中度石漠化土壤TP含量略高可能是因为地上植被对P的吸收利用减少使其得以在土壤中积累。此外, 石漠化过程中土壤侵蚀及碳酸盐岩溶解效应增加, 土壤溶液中的OH-浓度随之升高, 且缺少枯落物分解释放的酸性物质的中和作用, 导致土壤pH升高(宋同清等, 2014)。
本文的其它图/表
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