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陕北黄土高原不同植被类型土壤活性有机碳组分及酶活性特征研究

董扬红  
【摘要】:为探讨黄土高原生态恢复后不同植被类型土壤质量状况以及植被恢复对有机碳库组分和土壤酶活性稳定性的影响,选取陕北黄土高原由南到北依次为森林、森林草原、草原、沙区和荒漠植被类型0-5,5-20 cm土层土壤为研究对象,通过对不同植被类型下土壤活性有机碳组分和酶活性分布特征进行研究,揭示黄土高原不同类型下土壤活性有机碳及酶活性的分布规律,以期为土壤碳循环及植被恢复对有机碳库组分、酶活性及其稳定性影响提供理论依据。所得主要结论如下:(1)不同植被类型对土壤各理化性质分布特征的影响不同。土壤pH、容重整体表现为荒漠、沙区植被最大,其次为草原、森林草原植被,森林植被最小。土壤含水量、全氮、速效钾表现为森林森林草原草原沙区和荒漠植被类型,但含水量和全氮含量在同一植被类型不同土层间差异不显著,速效钾则相反。全磷、速效磷森林、森林草原最高,草原植被类型次之,沙区、荒漠植被类型最低。硝、铵态氮整体表现为森林,森林草原较高,草原区、沙区、荒漠区含量较低。土壤有机质含量森林森林草原草原、沙区、荒漠植被类型,除沙区植被类型外,其余植被类型土层间有机质含量显著差异。森林、森林草原植被类型对养分累积、土壤结构优化作用较其余植被类型明显,沙区、荒漠植被土壤养分含量最低,且两植被区土壤理化性质差异不显著。(2)植被恢复与重建对土壤有机碳的积累有促进作用,不同植被类型土壤活性有机碳的分布特征不尽相同。森林植被0-5、5-20 cm土层土壤微生物量碳分别较森林草原、草原、沙区、荒漠植被类型增加211.19、145.32 mg?kg-1,376.90、217.95 mg?kg-1,480.66、272.39 mg?kg-1,478.61、280.28 mg?kg-1;森林植被0-5、5-20 cm易氧化有机碳总量分别是森林草原、草原、沙区、荒漠植被类型总量的4.26、4.78、33.21、9.41倍;森林植被0-5 cm土层可溶性有机碳分别是森林草原、草原、沙区、荒漠区植被相应土层的1.38、1.80、15.41、13.50倍,5-20 cm分别是以上4植被类型的1.39、1.29、15.91、11.60倍。土壤活性有机碳整体表现为森林最高、森林草原、草原植被类型次之,沙区与荒漠植被类型最小,土壤活性有机碳含量由南到北逐渐下降。土壤微生物熵0-5、5-20cm土层变化范围分别介于0.0087-0.0157、0.0049-0.0129,表现为森林、森林草原、草原沙区、荒漠植被类型。土壤有机碳与各活性有机碳组分、微生物熵极显著正相关,说明活性有机碳、微生物熵很大程度上受土壤有机碳含量的影响。土壤微生物量碳、可溶性有机碳对环境的变化较为敏感,而土壤有机碳、易氧化有机碳则相反。(3)土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性除沙区与荒漠植被差异不显著外,其余2植被类型间均差异显著,森林、森林草原、草原、沙区、荒漠植被上、下土层土壤脲酶,蔗糖酶,碱性磷酸酶总量分别为3.02、2.27、1.63、0.46、0.24 mg?g-1?24-1,42.03、27.50、21.40、4.03、6.19 mg?g-1?24-1,7.51、6.42、3.58、0.58、0.51 mg?g-1?24-1均表现为森林森林草原草原沙区、荒漠植被类型。3种酶活性在森林、森林草原、草原植被类型上、下土层间差异均显著,表现为0-5cm土层大于5-20 cm土层,含量随土层增加而降低。土壤酶活性很大程度上受土壤养分的影响,土壤养分可以促进酶活性的产生,土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性间相互影响、关系紧密。(4)在一定纬度范围内,土壤有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳和可溶性有机碳上、下层含量整体表现为随纬度的升高其含量显著降低后小幅升高再降低的趋势。土壤易氧化有机碳的上、下土层空间变异性低于土壤有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳,且0-5cm土层随纬度的变化幅度较5-20 cm土层大,表明0-5 cm土层土壤活性有机碳对纬度变化的敏感程度较5-20 cm土层高。(5)在本研究纬度范围内,土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性随纬度的增加显著降低,均表现为由南及北逐步降低的趋势。0-5 cm土层土壤酶活性空间变异性略低于5-20 cm土层,土壤碱性磷酸酶活性的空间变异性显著低于土壤脲酶、蔗糖酶活性,碱性磷酸酶空间变异性较小是由于磷素空间尺度上分布较为均匀所致。0-5 cm土层土壤酶活性随纬度变化的敏感程度与5-20 cm土层相差无几。(6)土壤活性有机碳、酶活性及土壤性质两两变量间的典范分析表明,脲酶、蔗糖酶活性的高低受土壤可溶性有机碳含量的大小影响,受微生物量碳、易氧化有机碳的影响不明显。而全磷、速效磷含量的大小显著影响碱性磷酸酶的活性,土壤有机碳对土壤含水量、全氮亦有显著影响。简单相关分析表明,土壤活性有机碳含量很大程度上取决于土壤有机碳的大小,土壤酶活性受土壤有机碳、活性有机碳的影响较大,土壤养分对酶活性的变化影响程度的大小与养分的种类有关,但各养分均与酶活性显著相关。


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