海拔和植被对三峡库区梨香溪消落带土壤酶活性的影响.pdf

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】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。万方数据薹霹甄一甄竺瓣一蕊蠹型蕊一『二海拔和植被对三峡库区梨香溪消落带土壤酶活性的影响敏瘀,唐婷婷吴易雯舷蚝,吴孜馁,,重庆;不帐∷际跬乒阕苷荆不蘸戏そ辈夤婊杓蒲芯坑邢拊鹑喂荆蔽浜生物资源,~/產摘要:消落带土壤生态环境对水库水质及坡岸稳定性具有较大影响,土壤酶活性具有驱动土壤物质循环进而影响生态系,琓,统的功能。本文以三峡库区梨香溪消落带土壤为研究对象,研究了四个海拔梯度和五种植被样地的土壤蔗糖转化酶、脲酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性及相关环境因子。结果表明,在不同海拔样地中,表层土壤的有机质、总氮、总磷和有效磷的含量均高于土壤下层,并且有效磷和总磷含量随海拔高度的增加而增大。四种土壤酶活性随高程的增加均总体呈现出增大的趋势。除脲酶外,氐南虏阃寥赖耐寥烂富钚跃哂亍T诓煌脖谎刂校!航崞ぱ氐谋聿阃寥乐校糖转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性均为最大。有植被覆盖的样地土壤酶活性和土壤有机质、总氮、总磷和有效磷含量均高于裸地,其中虎杖和藻结皮植被对土壤的养分和土壤酶活性影响作用高于狗压根和苔藓结皮。四种土壤酶的酶活性与土壤总氮、总磷、有效磷和有机质含量大体都呈现正相关关系。以上结果表明,消落带土壤酶活性和土壤肥力供给能力受水淹影响,藻类结皮和苔藓结皮对消落带土壤肥力具有促进作用。关键词:三峡库区;消落带;土壤酶活性;植被中图分类号:.文献标志码:文章编号:———,瓹,琇琇,.,琖,珻瑄琣作者简介:吴易雯,女,博士,研究领域为藻类环境生物学。┦浚芯苛煊蛭K肪潮;ず托薷础—:—基金项目:重庆市自然科学基金面上项目猰.,瓵琀,珻;:猯—..—琣—,,,瑃—:——修回日期:——接受日期:——,万方数据引言三峡工程在年正式建成后形成了水位高度落差水质、控制洪水和缓解水土流失的生态功能?。由于周期性淹水,消落带土壤的氧扩散速度和氧化还原状态周期性发生改变,严重影响了土壤的物理化学性质,进而影响土壤微生物和植物生长’。因此,消落带是生物圈内生物地球化学过程最为活跃的一类区域,对外界环境的变化敏感,属于生态系统脆弱带‘D壳埃泄叵浯低车难芯浚饕集中在淹水对土壤理化环境的影响、植被修复和土壤微生物群落特征确矫妫韵浯寥赖奈镏转化速率等方面研究较少。土壤酶是一类具有特定催化功能的蛋白质,主中最活跃的有机成分之一。。土壤酶活性可以反映出土壤中生物地球化学过程的方向和效率,对土壤碳、氮、磷的转化和迁移起重要作用,常被用来作为三峡库区消落带的磷酸酶、芳基硫酸酯酶、Ⅳ一乙酰一狣一氨基葡萄糖苷酶和惶擒彰傅难芯糠⑾郑退样地的酶活性低于从未淹水对照样地,并且四种酶活的几何平均数可以敏感指示消落带水位消涨及淹没时间对土壤质量的影响俊D壳埃匀靠馇落带的研究主要集中在植物根系与土壤酶活的影响作用。对三峡消落带的狗牙根、落羽杉此,本研究以三峡库区消落带不同海拔梯度以及狗牙根、虎杖⒃謇嘟崞ぁ⑻!航皮种脖焕嘈屯寥兰奥愕毓种不同植被样地作素和磷素循环的土壤酶的活性,以及环境因子与土壤酶活性的相互作用,为深入探究三峡库区消落带土壤酶活性变化规律和进一步开展消落带生态恢复工作奠定理论基础。牧嫌敕椒研究区位于长江典型消落带区——重庆市涪陵区的长江支流梨香溪消落带粲谥醒热带湿润季风气候,,河段平均坡降ィ寥酪猿寤土、棕紫土为主【。植被主要包括狗尾草、狗牙根、牛鞭草、稗年眨谙浯涓善诠采柚个不同海拔梯度和霾煌脖谎亍2裳彼://甤../渲坏阕魑3D瓴谎兔磺坏憬对照。海拔样地梯度的设计主要是依据消落带自然婊南浯⒒幼鸥纳要来源于植物根系、微生物和土壤动物,是土壤组分评价土壤质量和土壤肥力质量的重要表征6牛鞭草和立柳的栽植研究中发现,四种植物的生长,均可以通过根系分泌物与土壤理化因子和微生物的相互作用,激活蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶的活性¨S醒д哐芯苛巳斯ぶ种驳狗牙根、牛鞭草和旱柳样地的土壤酶活性特征等¨但是三峡消落带兼具水一陆生态系统和山地生态系统特征,植被分布也在一定海拔梯度内呈现沿海拔梯度分布格局。消落带海拔梯度和植被分布对土壤酶活性及其关键驱动因素仍没有得到充分认识。因为研究对象,探讨土壤理化性质和分别参与碳素、氮研究区概况’~疎图,海拔量为⒐,每层落差在笥摇V脖谎厣置分为裸地、狗牙根、虎杖、藻类结皮和苔藓结皮。狗牙根和虎杖属于维管植物,其中狗牙根是多年生草本植物,以根茎和匍匐茎繁殖为主,极耐热耐旱;虎杖属于多年生草本植物,常生长于山坡和田边湿地中。藻类结皮和苔藓结皮则主要分布在土壤表层,为藻类、菌类和藓类植物与土壤颗粒组成的复合结构。每处消落带样地随机选取檠,按照表层进行分层采样,每个样方以闳⊙ㄈ个样本。将每个样方生物资源·疦,—,,甐蝞瓵,.猯—,篢;猯—;;。万方数据同层的鐾寥谰然旌虾蠓治份,置于无菌采样袋密封,带回实验室。一份土壤样品于姹2兀析,分析所有观测变量的正态分布性和方差齐性,然后对不同海拔梯度的土壤理化性质、土壤酶活性数据采用獁椒ń惺莶钜煨苑治和多重比较。采用软件进行土壤理化性质和土壤酶活性之间的相关性分析和冗余分析。采用软件进行数据处理和绘图。峁敕治土壤理化因子特征在不同海拔高度下,土壤表层的含量均高于土壤下层F渲校珹诓同海拔高度土壤的表层和下层含量差异显著母叨确段冢氏殖鏊孀鸥度增加而增大的趋势。在不同海拔高度的表层土壤随着高度增加而增大的趋势,而土壤虺鱿至先增高后降低的趋势。在不同海拔高度的下层土壤中,暮坑牒坎钜旒灾母叨确段冢寥繱、:海拔和植被对三峡库区梨香溪消落带土壤酶活性的影响快用于土壤含水量及酶活性的测定;另一份风干后用于总氮、总磷和有机碳牟舛ā土壤酶活性测定蔗糖转化酶虺谱;,为土壤碳代谢和转化的经典土壤酶类;蛋白酶则参与土壤有机碳和有机氮的转化;脲酶和碱性磷酸酶为土壤氮、磷代谢与转化的典型土壤酶类,本研究分别测定这四种土壤酶的活性。转化酶活性测定采用趸钏比色法;脲酶活性测定采用苯酚钠一次***酸钠比色法;蛋白酶活性测定采用甘氨酸一茚三***比色法;碱性磷酸酶活力测定采用磷酸苯二钠比色法。·¨。四种酶活性均使用紫外可见光分光光度计土壤理化性质测定土壤采用计一,上海仪电科学仪器股份有限公司舛ǎ帘任:M寥篮采用烘干法测定?;捎弥馗跛峒氐味ǚú定;采用氢氧化钠熔融一钼锑抗比色法测定;采用凯氏定氮法测定?,有效磷采用碳酸氢钠数据处理采用统计分析软件进行数据统计分和,在在母叨确段冢寥繲ǘ瘸氏殖。在和含水量均呈现出随着高度增加而增大的趋势,在不同植被样地中,土壤表层,且在狗牙根植被样地中最高。藻结皮样地中,表层土壤、和浓度显著高于其他植被样地,而下层土壤的秃吭蛳著高于其他植被样地.;⒄妊刂校层土壤的、,转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性受海拔高度的影响作用较大,。而下层土壤中土壤酶对不同海拔高度的响应各不相同。表层土壤的转化酶活性、,德国舛ā浸提一钼锑抗比色法测定”。。中,蚑暮坎钜旒灾。的含量均高于土壤下层吭蛳喾础不同植被下,土壤表层含量各不相同./痙、甽万方数据活性为最低,分别为./痙。脲酶在不同海拔高度的表层土ξW罡,可达/痙,,藻结皮植被下活性为/痙,高于其他植被下土壤.。/痙,其高低顺序为苔藓结皮褰崞虎杖注:,有机碳;,总氮;,总磷;,有效磷/痙和./痙;而裸地下层土壤的三种酶/痙、./,其活性在中,,且虎杖和藻结皮植被的影响作用较大。转化酶、脲酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性对不同植被的响应各不相同。表层土壤的转化酶活性在苔藓结皮的土壤中活性最高,⒄却沃愕刈畹停/痙;而在下层土壤中转化酶活性范围在/痙,狗牙根植被下的下层土壤最高,虎杖、藻结皮和苔藓结皮中次之,裸地最低./痙,裸地和狗牙根中最低;下层土壤的脲表层土壤碱性磷酸酶的活性范围在.~狗牙根愕兀脖蛔榧洳钜煨韵灾幌虏阃寥赖募性磷酸酶活性则在虎杖植被下为最高,其值为/痙,其次是藻结皮和苔藓结皮,再次是狗牙根,裸地的活性最低,仅为/痙,不同植被下层土壤的碱性磷酸酶活性存在显著性差异。表层土壤中蛋白酶的活性在虎杖、藻结皮和苔藓结皮中均较高,最大值可达./痙,裸地土壤中活性最低,,最高可达/·表煌脖谎赝寥览砘蜃邮/痙;,.,.:籘瑃;,;,万方数据器为最低,,常被用作反映土壤生态系统变化的预吴易雯等:海拔和植被对三峡库区梨香溪消落带土壤酶活性的影响/痙。土壤酶活性调控因子各植被下,不同海拔高度土壤理化性质对土壤酶相关性的冗余分析峁缤所示。所有环境因子解释率分别为:⒉煌脖幌孪虏阃寥%⒉煌0胃叨认卤聿阃寥%、、下层土壤以及不同海拔高度的表层土壤中土壤酶活性的主要解释均为,%,土壤酶活性的主要解释为和,,分别可解释土壤酶活性论不同海拔和植被对土壤酶活性的影响土壤酶参与有机物的分解、合成和转化以及无机物的氧化和还原,是土壤生态系统中物质循环的警和敏感指标。梨香溪消落带样地中,为刚经历水淹的初露期最短的海拔高度,从不淹水的高度。海拔高度是坡岸地形因子之一,不同海拔也会导致气候、土壤和植被群落的差。海拔高度越高,样地表层土壤的转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶活性越大,这与前人对于消落带土壤酶活性特征的研究结果相同‘骸6煌0胃度样地下层土壤的转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶活性表现为ψ畹停渌0胃叨鹊难氐拿活性变化不明显,且均低于表层土壤,这也与之前的研究结果相同【O浯参锶郝浯拥秃0蔚难退区一落干区到高海拔的产年不淹水区具有明显的植物群落演替带谱。这类垂直植物带谱的分布,也会影响土壤营养、微生物区系和凋落物质量等,最终直接或者间接影响土壤酶活性【啊1狙芯恐校浯海拔蛑饕N=诔趼兜穆愕兀拗脖环布;海拔蛑饕N9费栏脖桓哺乔颍缓拔蛑脖恢饕N9费栏⒒⒄群驮謇嘟崞植被;海拔虻闹脖蝗郝涓7岣唬!航皮也生长茂盛。·二回挺籈圈:图煌0胃叨妊氐耐寥烂富钚;福籦,脲酶;<钚粤姿崦福籨,蛋白酶琲;瑄籆,注:%。异【乓鱼避鬈芒篷筝髫二避遂—鉴—基●专,奠:’:蛐∞曼。万方数据薹翥土壤出露时间变长,土壤的碳源供给能力也会逐渐增高。而不同海拔高度的下层土壤中,转化酶活性变化趋势不规律。表层土壤转化酶活性在苔藓植被样地中最高,藻结皮和虎杖中次之,狗牙根再次之,三笾薴。:四团表』。:四转化酶能够将蔗糖水解为葡萄糖和果糖,反映了土壤的熟化程度以及肥力水平,为植物和微生物生长提供营养’。转化酶活性在海拔越高的样地表层土壤中活性较高,说明表层土壤经过淹水后提供碳源营养的能力小于未淹水土壤,并且随着消落带无植被的裸地中最低。这可能是不同植被在淹水胁迫后,植物根系及其分泌物对转化酶的影响作用不同导致,而苔藓结皮和藻结皮结构只存在于土壤表层,故对表层土壤的酶影响作用最大。下层土壤中,转化酶活性则在狗牙根样地中最高,虎杖、藻结皮和苔藓结皮样地中次之,裸地最低。土壤脲酶的活性可直接反映土壤催化尿素水解为氨和二氧化碳的反应能力。脲酶活性增强能有效促进土壤中有机氮转化为无机氮,提升土壤氮素的供应能力?。表层土壤脲酶活性在不同海拔和植被样地差异性不显著。但整体趋于增大,在藻结皮样地中,活性最高。由于生物结皮中丰富的微生物群落的存在和生命代谢活动,增加了酶促底物供给,进而生物资源·匕挈图煌脖焕嘈脱氐耐寥烂富钚;福籦,脲酶;<钚粤姿崦福籨,蛋白酶琲;瑄籆。琾注:;2煌0窝叵虏阃寥溃2煌脖谎乇聿阃寥溃籨,不同植被样地下层土壤。。功每—澎:\%铀·籦,籆,籨。万方数据促进土壤酶活性的增加。因此与裸地相比,消落带生物结皮的存在也促进了土壤生物化学的转化土壤碱性磷酸酶可以水解有机磷,并提高磷素的有效性,参与土壤磷素转化及生物利用过程。土壤表层碱性磷酸酶活性随海拔增大而增大,该变化趋势与前人的研究结果一致跎,土壤下层碱性磷酸酶活性先增大后减小,在钚宰畲蟆2煌植被样地的表层土壤中,碱性磷酸酶活性大小顺序为苔藓结皮褰崞维管植物⒄群凸费栏裸地;而在下层土壤中,则是虎杖样地最高,其次是藻结皮和苔藓结皮,再次是狗牙根,最后为裸地。碱性磷酸酶活性随海拔高度增加而增加,说明出露时间越长越有利于土壤有效磷素的积累。同时,由于分析可以看出,虎杖对表层和下层土壤的碱性磷酸其药用价值旧浚狙芯拷峁砻鳎诖俳寥牢镏恃环,增加土壤酶活性方面,虎杖也具有积极作用。蛋白酶参与了土壤中的氨基酸、蛋白质以及其他含蛋白质氮的有机化合物的转化,与土壤有机碳和有机氮含量显著相关。土壤表层蛋白酶活性随海拔升高而增大,说明消落带土壤出露时间越长,越如,转化酶的活性主要受底物的诱导作用影响,消落带有植被覆盖的区域,植物的枯枝落叶可使土壤蔗糖酶的活性明显提高。本研究中,表层土壤酶活性与土壤蚑灾喙兀聿阃寥乐与、均显著正相关。土壤中碳素、氮素和磷素的积累可以促进土壤中酶活性的提高,进而提升了生物地球化学循环的速度。在淹水期间,消落带水陆交错区的土壤酶活性会降低,但是有利于土壤有机质等营养物种的积累,这也有利于土壤初露后,土壤酶活性的激发消落带土壤下层的转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的酶活性之间也具有显著正相关的关系。脲酶则与其他三种酶的活性呈现出负相关的关系。脲酶对含氮有机质的水解有促进作用,与湿地参与地球氮磷酸酶的活性在下层土壤中,与正相关,而的效率,增加土壤中的积累,从而促进植物和土吴易雯等:海拔和植被对三峡库区梨香溪消落带土壤酶活性的影响速度。生物结皮主要分布于土壤表层深度范围内,本实验结果也表明,表层土壤碱性磷酸酶活性受生物结皮的影响作用大于维管植物。同时,海拔的植被样地为虎杖和藻类结皮,结合植被因素酶活性影响均较大。目前对于虎杖的研究多集中于有利于土壤蛋白质水解和转化。无植被的裸地蛋白酶活性最小,说明有植被存在也增强了土壤蛋白酶的活性。所有样地土壤表层转化酶、脲酶、碱性磷酸酶和蛋白酶活性均高于下层,与研究高寒草地的结果相同【啊?赡苁怯捎诒聿阃寥澜细叩挠Q俊⒘己的水热和通风条件、旺盛的微生物生长促进了表面土壤酶的活性心。本研究结果也显示,不同植被样地土壤表层虯烤灾哂谙虏恪环境因子与土壤酶活性相互影响分析在不同海拔和不同植被样地中,消落带土壤表层的转化酶、脲酶、碱性磷酸酶和脲酶的酶活性之间都呈现出显著正相关的关系,并且均主要与环境中的和含量显著正相关。在不同植被样地中,转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性与土壤显著正相关。本结果与前人的研究结果相同¨?。土壤养分可以通过影响植物和微生物的生命代谢活动,进而影响植物根系和微生物群落在土壤中的分布,最终影响土壤酶的分泌和酶活性的激活?。例循环有密切关系,本研究中不同海拔样地中,。碱性又与和喙亍U馑得鳎谙虏阃寥乐蠺和有机质可以促进碱性磷酸酶催化水解土壤有机磷壤微生物的生长。论煌0翁荻榷韵浯寥赖睦砘灾屎土壤酶活性具有不同的影响,表现为周期性淹水区域内,海拔越高,样地表层土壤的蚑含量越高,转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶活性越大。煌脖蝗郝涠韵浯寥赖睦砘灾屎土壤酶活性也具有不同的影响,表现为虎杖和藻结皮植被的对土壤的养分和土壤酶活性影响作用较大。表层土壤的养分含量及土壤酶活性均高于土壤下层。消落带植被覆盖对土壤的养分的提升及土壤酶活性的激活具有促进作用。顺<奈苤参铮浯寥辣聿愕生物结皮群落对土壤的理化性质和土壤酶活性也具有重要影响作用,可以纳入消落带生态修复体系的研究范畴。参考文献·费牵爬雒纾龋靠馇浯种人工种植植物土壤理化性质、酶活性及细菌多样性季节变化特征厍焓Ψ洞笱аП自然科学版。万方数据甁肥缍耍烀饔拢趴巳伲龋钛投怨费栏释寥酶活性及肥力的影响泄┮⒚.跸妫钕拖椋蹑面茫龋贑的三峡詈接睿跹廾罚跬㈣⒘辍!7罱诙消落带优势草本植物生态位与种间联结性研究—鱥邵文山,┮党霭瓸:┮·:—.:特征帘3盅芯浚:—.甊活和细菌群落多样性特征厍欤何髂洗笱В库区消落带研究热点与进展蒲В酶活性的影响寥姥Пǎ:.:.壤通报,,.稚镉乐校跣拟龋贕技术的旅游项目选址评价研究一以涪陵区蔺市镇梨香溪为例髂,,.态学报,,北方园艺,—甆—社..秦琳,黄世群,,—.,‘‘——.——篠,.—琖:农业大学学报缁峥蒲О,,—,—琇甊,—庆:重庆大学,.金裕华,汪家社,李黎光,:—珼.—瓻琻,—甀。,.,万方数据吴易雯等:海拔和植被对三峡库区梨香溪消落带土壤酶活性的影响琁川。琫酶活性的海拔梯度特征忠悼蒲а芯浚瓼降解特性研究靼玻撼ぐ泊笱В吴易雯,饶本强,刘永定,等张东,侯晨,马文明,:—..同林型土壤激发效应的影响Пǎ瓵杨万勤,·李聪,吕晶花,陆梅,:’壤,,不同生境对人工结皮发谢酶活性的影响,,赵婧,,,李宇航,程楚楚,杨爽,┬畔⒃又荆—.瓹:王浩,杨钰****丹,,,—:.陈海生,—根际土壤酶活性的影响学,,.琖.:——琫育及表土氮、磷含量及其代琑琇瓻:—.周恒,周会程,肖海龙,:...琈:—.:—.—嗉赫爬龊...#甊—,..,—.瓹—.猅珻琘琀—.琗瓵—琇猯—琙#琫—:.