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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
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
摘要   (739 HTML60 PDF(pc) (1147KB)(1262)  

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。



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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。
正文中引用本图/表的段落
剔除存在共线性关系的变量后, TN、TP、SAP、NN、AN、LC、LN、LP含量和C:N共9个因素被保留, 进一步对保留环境因子与胞外酶活性及其化学计量特征的关系进行RDA, 前两轴(RDA1和RDA2)共解释了土壤胞外酶活性及其化学计量特征变异的57.56% (RDA1: 53.00%; RDA2: 4.56%)(图3)。蒙特卡罗检验结果显示, 只有TN、SAP、NN、AN和枯落物磷含量显著影响土壤胞外酶活性及其化学计量特征(表4)。其中, LAP、AP、NAG和BG含量与RDA的第一轴关系密切, 并与TN、AN、NN和SAP含量呈正相关关系, 与枯落物磷含量负相关, 与其他环境因子呈弱相关关系。此外, 随石漠化加剧, 土壤养分和枯落物碳含量逐渐减小, 但枯落物磷含量逐渐增加。
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