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《中国科学院研究生院(成都生物研究所)》 2007年
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水分梯度上不同灌木生长对干旱河谷土壤理化和生物学性质的影响

尤琛  
【摘要】: 岷江上游干旱河谷区水土流失强烈,地质灾害频繁,生态环境十分脆弱,而土壤条件恶劣(水分不足和养分缺乏)是阻碍该区植被恢复的关键因子,因此研究水分和乡土灌木生长对土壤的影响对该区的生态恢复具有指导意义。本文通过定点模拟实验,选取三种优势豆科灌木为研究对象,分别是白刺花(Sophora davidii)、小马鞍羊蹄甲(Bauhinia faberi var.microphylla)和小雀花(Campylotropics polyantha),设置5个水分梯度,分别为100%、80%、60%、40%和20%田间持水量(FC),对栽种植物与不种植物下土壤理化性质和酶活性进行测定分析,系统比较和研究了不同水分条件和不同乡土灌木生长对干旱河谷区土壤结构、养分循环、酶活性以及微生物量的影响。主要结果如下: 1.无论生长植物与否,土壤的毛管持水量和毛管孔隙度都随着水分含量的减少而降低,最大持水量、总孔隙度和容重变化不大,相应地,土壤中的非毛管孔隙随含水量的减少而升高。各水分条件下,种植植物的毛管持水量和毛管孔隙度低于无植物生长的土壤,非毛管孔隙度相应地高于无植物土壤。土壤含水量在100%—40%FC时,三种豆科灌木的毛管持水量和毛管孔隙度存在差异,而20%FC条件下,三种豆科灌木土壤的物理性质基本相同。 2.水分胁迫影响土壤中养分的矿化和积累,主要表现在降低了水溶性碳和铵态氮的含量,中等程度胁迫时(60%FC)促进了有机碳和硝态氮的富集,对速效钾和有效磷没有明显作用。种植豆科灌木后各水分梯度上都增加了有机碳、铵态氮、速效钾和有效磷的积累。增加程度上三种豆科灌木间有一定差异,对于土壤有机碳总量,种植白刺花和小马鞍羊蹄甲明显高于小雀花,同样的情况还出现在铵态氮和速效钾上,但是对于有效磷,种植小雀花后的增加程度则明显高于白刺花和小马鞍羊蹄甲。种植豆科灌木不仅增加了土壤养分的相对含量,也改变了其在水分梯度上的变化趋势及其变化幅度,这种作用主要体现在碳元素和氮元素上。 3.无植物生长时脲酶活性随水分含量的减少而升高,水分胁迫对磷酸酶和过氧化氢酶的作用不显著,蔗糖酶也保持在相对较高的水平。种植植物后,蔗糖酶、磷酸酶活性与无植物时相比有较大幅度的提高,种植白刺花的脲酶活性也升高,其升高的程度在不同水分含量时不同。种植植物还降低了酶活性在水分梯度上的变幅,使之在水分梯度间的差异显著性降低。脲酶活性在指示土壤性质改变方面是较敏感的指标,其它三种酶在不同植物间的差异不明显。 4.在无植物生长时,中等程度的水分胁迫(60%FC)提高了土壤微生物量碳含量,过高或过低的土壤水分均不利于微生物碳的积累。种植小马鞍羊蹄甲后微生物量碳在水分梯度上的变化趋势与无植物生长时一致,而种植白刺花和小雀花后微生物量碳随着水分含量的减少而降低。不同种类植物的微生物量碳在水分梯度上的变化特征也不同,100%FC条件下三种植物间没有差异,80%和60%FC条件下小马鞍羊蹄甲显著高于白刺花和小雀花,40%和20%FC条件下白刺花和小马鞍羊蹄甲也显著高于小雀花,说明不同种类植物随着干旱胁迫程度的加深微生物量碳的降低幅度不同,在极度干旱时,白刺花和小马鞍羊蹄甲土壤依然保持了较高的微生物活性,而小雀花土壤微生物量则明显下降。
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