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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。


变量 Variable RDA1 RDA2 R2 p 变量 Variable RDA1 RDA2 R2 p
TN -0.919 -0.392 0.483 0.003** LC -0.999 0.013 0.245 0.090
TP -0.271 -0.962 0.076 0.543 LN 0.047 -0.998 0.026 0.820
SAP -0.979 0.201 0.612 0.001** LP 0.964 -0.264 0.364 0.023*
NN -0.934 0.355 0.677 0.001** C:N -0.439 0.898 0.226 0.107
AN -0.991 0.129 0.654 0.001**
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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
正文中引用本图/表的段落
按照熊康宁等(2002)对喀斯特石漠化程度分级标准, 分别选取代表无、潜在、轻度、中度和重度石漠化的样地各4块, 每块样地设置3个20 m × 20 m的样方, 各样方最小间隔20 m, 各样地最小间隔500 m。样方内沿对角线按“S”形采集5份表层土壤(0-20 cm), 则3个样方共得到15份土壤样品, 去除枯枝落叶后将它们充分混合, 采用四分法留1 kg代表该样地的土壤样品。采集土壤样品的同时, 在每个样地各样方内收集优势物种的枯落物, 混合后代表该样地的枯落物样品。本研究分别得到20个土壤和枯落物样品(5种石漠化程度× 4个重复样地)。将采集到的鲜土尽快带回实验室, 过2 mm筛后分两部分, 一部分保存在4℃冰箱, 测定土壤胞外酶活性, 另一部分风干研磨过1 mm筛后测pH, 过0.25 mm筛后测定养分含量。枯落物在70 ℃下烘干至恒质量后分别测定碳、氮和磷含量。
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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