不同植被對(duì)石漠化地區(qū)土壤脲酶活性的影響

摘要:以廣西喀斯特石漠化地區(qū)為例，研究不同植被、坡向、年限對(duì)土壤脲酶活性的影響，試圖用土壤脲酶活性來(lái)說(shuō)明石漠化地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的狀況。結(jié)果表明:不同的植被類型，土壤脲酶活性存在顯著差異，其中天峨見夕森林公園喬灌混交林，側(cè)柏、青檀、陰香等樣地的土壤脲酶活性最高，其相互之間的差異也比較小，光板地脲酶活性最低，其他樣地居中;坡向?qū)ν寥离迕富钚杂休^明顯影響，東南坡的土壤脲酶活性明顯高于西北坡;在一定時(shí)間范圍內(nèi)，植被恢復(fù)年限越長(zhǎng)，土壤脲酶活性越高。脲酶活性可以作為石漠化地區(qū)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)之一。

關(guān)鍵詞:脲酶活性;植被類型;喀斯特石漠化;生態(tài)恢復(fù)

中圖分類號(hào):S154.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.05.001

Effects of Different Types of Vegetations on the Soil Urease Activity in Rocky Desertification Areas

LIU Xu-hui， ZHANG Kang， PAN Zhen-xing， LIU Qian， QIN Yong-rong

(Department of Chemistry and the Life Sciences， Hechi University， Yizhou， Guangxi 546300，China)

Abstract:Taking the karst rocky desertification areas in Guangxi areas for example， the effects of different type of vegetations on soil urease activity were studied. By comparing and analyzing the effects of different slope directions， restored years and other aspects on the ecological restoration of rocky desertification areas in Guangxi， the authors try to illustrate the ecological restoration situation of rocky desertification areas with soil urease activity. The result showed that the soil urease activities of different types of vegetations varied greatly. Among them， the soil urease activities of the tree and shrub mixed forest of the Jianxi forest park in Tiane， China Arborvitae， Wingceltis， Burmann Cinnamon and other sample plots were the highest， and the difference of them was small. The soil urease activity of the uncovered bare land was the lowest and other sample plots were medium. Slope direction had a great impact on the soil urease activity. Generally speaking， southeastern slopes’ soil urease activities were higher than that of the northwestern slopes'. In a certain range of time， the longer the restored years of the vegetation， the higher soil urease activity it was. The soil urease activity could be a criterion of measuring the soil quality of rocky desertification areas.

Key words: soil urease activity;types of vegetation;karst rocky desertification;ecological restoration

石漠化(Karst rocky desertification)是指在亞熱帶脆弱的喀斯特環(huán)境背景下，受人類不合理社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的干擾破壞，造成土壤嚴(yán)重侵蝕，基巖大面積裸露，土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降，地表出現(xiàn)類似荒漠化景觀的土地退化過程[1]。土壤酶活性是土壤生物學(xué)的總體現(xiàn)，它表征了土壤的綜合力及變化狀況，土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，因此，可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力水平的指標(biāo)。許多研究資料表明，脲酶活性與土壤肥力指標(biāo)有很好的相關(guān)性，關(guān)松蔭等[2-3]研究茶園土壤和森林土壤脲酶活性時(shí)，得出土壤脲酶可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力指標(biāo)之一的結(jié)論。脲酶是一種非常重要的土壤酶，主要來(lái)源于土壤微生物的活動(dòng)及植物根系的分泌物和動(dòng)植物殘?bào)w腐解過程中釋放的酶 [4]。因其對(duì)土壤有機(jī)物中碳—氮鍵(CO—NH)的水解作用而在土壤氮素循環(huán)中具有重要作用，其活性的提高能促進(jìn)土壤中的有機(jī)氮向有效氮的轉(zhuǎn)化[5-7]。因此，筆者試圖通過對(duì)廣西石漠化地區(qū)不同植被樣地土壤脲酶活性的比較研究，尋找較為理想的先鋒物種，為廣西石漠化生態(tài)恢復(fù)提供理論參考和技術(shù)支持。

1調(diào)查樣地概況

研究樣地主要位于廣西宜州市的白龍公園、下枧、環(huán)江縣吉祥、平果縣山營(yíng)、天峨縣見夕國(guó)家森林公園等。各樣地的基本情況見表1。

樣地名稱中，GBLD、BNCN、SYZL、SBHJ、PGJM、SBAS 、SBSL、SBSA、BLYX、GHRD、XJQG、XJQT、SBFX、JXCB、XLQY、JXSL 分別表示光板裸地、板南草地、 山營(yíng)吊絲竹 、石別黃荊、平果劍麻 、 石別桉樹、石別濕地松、石別松桉混交、白龍陰香、果化任豆、下枧青岡、下枧青檀、四把楓香、吉祥側(cè)柏、小龍青檀+羊蹄甲、見夕森林公園。

2材料和方法

2.1 樣品采集

2006年3月至2009年1月，在閱讀有關(guān)文獻(xiàn)及大量野外調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，先后到廣西境內(nèi)各調(diào)查點(diǎn)采樣。采樣時(shí)，根據(jù)不同的坡向、植被恢復(fù)模式及恢復(fù)年限的不同，每個(gè)調(diào)查點(diǎn)至少選擇3個(gè)以上的樣地進(jìn)行采樣。每個(gè)樣地均按蛇形采樣法采集5個(gè)小樣(土樣)，過2 mm土篩，然后按四分法取適當(dāng)份量裝入塑料封口袋，并盡快帶回實(shí)驗(yàn)室處理。土壤樣品采集的具體方法，詳見參考文獻(xiàn)[8]。

2.2 分析方法

土壤脲酶活性的測(cè)定用苯酚—次氯酸鈉比色法，土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定用水合熱重鉻酸鉀氧化—比色法，土壤蔗糖酶活性的測(cè)定用3，5—二硝基水楊法。其他數(shù)據(jù)測(cè)定均按常規(guī)方法進(jìn)行，詳見參考文獻(xiàn)[9-10]。

3結(jié)果與分析

3.1 不同植被對(duì)土壤脲酶活性的影響

在研究的植被中，側(cè)柏樣地的土壤脲酶活性最高(103.92 μg /(g·d))，其次是天峨見夕國(guó)家森林公園的喬灌混交林、青檀和陰香樣地，分別為88.37，87.41，84.06 μg/(g·d)，后者數(shù)據(jù)相差不大。恢復(fù)時(shí)間僅有15年的任豆樣地與恢復(fù)年限大于40年的青檀+羊蹄甲樣地相當(dāng)，分別為68.21μg/(g·d)和65.66 μg/(g·d)。其余各種植被樣地的土壤脲酶活性都比較低(<24.76 μg/(g·d))，其大小排序?yàn)?楓香>青岡>濕地松>濕地松+桉樹>劍麻>桉樹>吊絲竹>類蘆(光板地)，詳見表1。

從對(duì)不同植被樣地土壤脲酶活性的比較分析中發(fā)現(xiàn)，鄉(xiāng)土樹種(側(cè)柏、青檀、陰香、任豆等)為優(yōu)勢(shì)種的樣地，土壤脲酶活性通常都比較高，而以外來(lái)物種(如劍麻、小葉桉、濕地松)為優(yōu)勢(shì)種的樣地，土壤脲酶活性都比較低，其原因可能跟植物與土壤之間復(fù)雜的相互作用有關(guān)。不同的植物種類，由于其生物學(xué)特性不同，因此，對(duì)土壤影響的作用也各不相同。一方面，植物凋落物通過微生物分解后重新回到土壤中，為土壤微生物提供源源不斷的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，凋落量的大小及凋落物的成分，對(duì)土壤微生物具有重要的影響。另一方面，土壤微生物的活性，又影響到植物的生長(zhǎng)發(fā)育。鄉(xiāng)土樹種對(duì)當(dāng)?shù)貧夂颉⒌乩憝h(huán)境具有良好的適應(yīng)性，并且與其他物種之間具有良好的相互共生關(guān)系。而一些外來(lái)物種雖然具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，但是其對(duì)當(dāng)?shù)仄渌锓N可能會(huì)產(chǎn)生一些不良的影響。例如，種植濕地松和桉樹之后，土壤pH下降，改變了土壤的理化性質(zhì);桉樹的代謝產(chǎn)物中，還含有抑制土壤微生物活性的物質(zhì)，從而影響土壤微生物的物種多樣性及種群數(shù)量。鄉(xiāng)土物種側(cè)柏、青檀、陰香等的凋落物分解速度快，能為土壤微生物提供大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以，其土壤微生物量大、呼吸旺盛。濕地松的凋落量雖然很大，但其葉片(松針)表面具有厚蠟層，吸水性差，所以分解速度緩慢，物質(zhì)循環(huán)周期長(zhǎng)，土壤微生物難以得到充足的營(yíng)養(yǎng)，因此，脲酶活性很低。桉樹生長(zhǎng)速度快，過度消耗土壤水分及養(yǎng)分，同時(shí)，桉樹凋落物分解時(shí)還產(chǎn)生一些有害的化學(xué)物質(zhì)，抑制了土壤微生物的活性，因此，土壤脲酶對(duì)土壤脲酶活性影響的差異非常顯著。

3.2不同恢復(fù)年限對(duì)土壤脲酶活性的影響

為了說(shuō)明不同恢復(fù)年限對(duì)土壤脲酶活性的影響，筆者對(duì)不同調(diào)查樣地的土壤脲酶活性進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較，結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，土壤脲酶活性的差異，不僅與恢復(fù)年限有關(guān)，而且與植被類型有密切的關(guān)系。為了進(jìn)一步說(shuō)明恢復(fù)年限對(duì)土壤脲酶活性的影響，筆者以相同植被(濕地松)為例，對(duì)不同恢復(fù)時(shí)間的濕地松人工林土壤脲酶活性進(jìn)行比較分析，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著恢復(fù)年限的增加，濕地松樣地土壤脲酶活性略有增加，這一結(jié)果與其他相關(guān)研究的結(jié)果一致。劉紅艷[11]在研究有機(jī)茶園土壤脲酶活性時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著栽培年限的增加，土壤脲酶活性增加;黃懿梅[12]在研究黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)過程中土壤酶活性的變化特征時(shí)也發(fā)現(xiàn)，土壤脲酶活性總體上隨著封育時(shí)間的增加而增大。因?yàn)殡S著植被恢復(fù)時(shí)間的增加，凋落量也逐漸增加，為土壤微生物提供源源不斷的底物，改善了土壤的理化性質(zhì)，為土壤微生物提供了良好的環(huán)境，從而增強(qiáng)了土壤脲酶活性。從圖1可以看出，在石漠化生態(tài)恢復(fù)過程中，土壤環(huán)境的改善是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，土壤脲酶活性逐漸增加，但是，恢復(fù)到一定時(shí)間(例如40年)之后，土壤脲酶活性反而有所下降，也就是說(shuō)，成熟林地的脲酶活性反而比未成熟林地低，此結(jié)果也與其他相關(guān)研究的結(jié)果相似[13]。

3.3不同坡向、坡位對(duì)土壤脲酶活性的影響

為了研究不同坡向?qū)ν寥离迕富钚缘挠绊懀P者隨機(jī)選取了宜州市白龍公園、下枧以及環(huán)江吉祥作為研究對(duì)象，對(duì)不同坡向樣地土壤脲酶活性進(jìn)行比較分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同的氣候地理背景下，南坡土壤脲酶活性都比北坡高(圖3)。這可能與南、北坡水熱條件的差異有關(guān)。南坡光照充足，土壤濕潤(rùn)，土溫相對(duì)較高，植物生長(zhǎng)旺盛;而北坡的小生境相對(duì)較差，因此，其物種分布及植物生長(zhǎng)狀況也比南坡稍差，從而影響到土壤微生物種群數(shù)量及土壤酶活性。

注:樣地代號(hào)1~6分別表示白龍公園南坡、白龍公園北坡、下枧西南坡、下枧東北坡、吉祥西南坡、吉祥東北坡。

為了研究不同坡位(海拔高度)對(duì)土壤脲酶活性的影響，筆者選擇天峨見夕國(guó)家森林公園作為研究對(duì)象，考察了在植被類型基本相同，并且人為破壞程度較輕的情況下，土壤脲酶活性與海拔高度的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在相同的氣候地理背景條件下，隨著海拔高度的降低，土壤脲酶活性逐漸增加，高差越大，差異就越顯著。這是因?yàn)椋Ｇ闆r下，按照土壤養(yǎng)分的空間分布規(guī)律，在低坡位處土壤水分含量高、有機(jī)質(zhì)豐富、植物群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生物多樣性較高，各種生態(tài)因子比高坡位處更有利于土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖。所以，在低海拔(低坡位)處土壤脲酶活性往往比高坡位處高。

3.4土壤脲酶活性與其他肥力因子的相關(guān)性分析

為了說(shuō)明脲酶在土壤生態(tài)恢復(fù)及土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中的作用，筆者對(duì)土壤脲酶活性與其他肥力因子的相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:土壤脲酶活性與土壤水分含量的相關(guān)性最大(R=0.830 1，P<0.01)，與土壤蔗糖酶活性的相關(guān)性較大(R=0.611 9，P<0.05)，與土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性最小(R=0.521 2，P<0.05)。由此可見，土壤脲酶活性與多種因子有關(guān)，通常認(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效氮等土壤肥力因子與脲酶活性有很好的相關(guān)性，脲酶可以作為生態(tài)恢復(fù)及土壤肥力的評(píng)價(jià)指標(biāo)[14]。因此，在喀斯特石漠化地區(qū)的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中，是否能夠得出類似結(jié)論，尚需進(jìn)一步研究。

4討論

(1)不同植被對(duì)土壤脲酶活性的影響，可能與物種之間的生物學(xué)特性差異有很大的關(guān)系。相同物種在不同樣地，其作用效果也不同，一方面是因?yàn)椴煌瑯拥氐奈锓N組成及植物群落結(jié)構(gòu)有差異，物種的分布格局及相互作用方式不同，對(duì)土壤環(huán)境及微生物的影響也不相同。另一方面，由于人類干擾破壞，導(dǎo)致喀斯特土壤背景存在極明顯的空間差異，所以，植被的生長(zhǎng)環(huán)境實(shí)際上存在明顯差異，因此，很難得出相同的結(jié)果。

(2)喀斯特地區(qū)的生態(tài)環(huán)境異常脆弱，植被一旦受到破壞，土壤侵蝕加劇，其恢復(fù)過程相當(dāng)漫長(zhǎng)。由于坡向、坡位不同，土壤理化性質(zhì)具有明顯差異。許多研究者認(rèn)為脲酶活性能夠敏感反映土壤質(zhì)量的變化，本研究也初步得到了類似的結(jié)果，但是，由于數(shù)據(jù)還不夠充分，所以，脲酶能否用于石漠化生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)，尚待進(jìn)一步研究。

(3)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，青檀、側(cè)柏、任豆等鄉(xiāng)土樹種樣地的植物多樣性十分豐富，與外來(lái)物種小葉桉、濕地松樣地形成鮮明的對(duì)照。因?yàn)猷l(xiāng)土樹種與當(dāng)?shù)仄渌锓N能夠形成穩(wěn)定的植物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤微生物環(huán)境沒有不良影響，所以，脲酶活性往往比較高。

5結(jié)論

通過以上研究，可以初步得到以下結(jié)論。

(1)不同植被對(duì)土壤脲酶活性影響的差異顯著，脲酶活性可以作為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)之一。

(2)鄉(xiāng)土植物在石漠化生態(tài)恢復(fù)中具有重要作用，外來(lái)物種濕地松和桉樹不宜作為石漠化生態(tài)修復(fù)先鋒樹種。在石漠化生態(tài)修復(fù)過程中，應(yīng)當(dāng)重視鄉(xiāng)土樹種的選擇，考慮物種的合理搭配，充分發(fā)揮生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

(3)恢復(fù)年限對(duì)土壤脲酶活性具有重要影響。在排除過度人為干擾情況下，土壤脲酶活性通常隨恢復(fù)年限的增加而增大，土壤質(zhì)量也相應(yīng)有所提高。

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