孔 濤， 吳祥云， 趙雪淞， 劉 民， 黃 靜， 張 丹

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 理學(xué)院， 遼寧 阜新 123000； 2.中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110016； 3.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 遼寧 阜新 123000)

河岸帶是指陸地上同河水發(fā)生作用的植被區(qū)域[1]，是河水—陸地交界處的兩邊, 直至河水影響消失為止的地帶[2]，是陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡區(qū)，具有明顯的邊緣效應(yīng)[3]。河岸帶具備了植物截流納污的緩沖帶功能和植物根系護(hù)土的護(hù)岸功能，并且具有強(qiáng)大的生態(tài)保護(hù)功能，與相鄰的生態(tài)系統(tǒng)相比,河岸帶生態(tài)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的生物多樣性[4-5]。河岸帶土壤質(zhì)量決定了在其上生長(zhǎng)的植被量，從而影響了河岸帶的生態(tài)功能。土壤微生物和土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，其中土壤微生物是土壤生化反應(yīng)的推動(dòng)者和參與者，是土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的重要組成部分，被認(rèn)為是表征土壤質(zhì)量變化最敏感最有潛力的指標(biāo)[6-7]，土壤酶是土壤生物化學(xué)過(guò)程的主要調(diào)節(jié)者，活性指示了土壤總生物學(xué)活性，表征了土壤的綜合肥力特征及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)程，可作為衡量生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)[8]。目前，對(duì)于渾河流域的研究主要集中在水體污染及修復(fù)[9-11]、河岸帶對(duì)污染物的去除等方面[12]，在河岸帶土壤微生物和酶活性方面，尚未見(jiàn)報(bào)道。本文選取了渾河上游4種典型植被河岸帶土壤，探討土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的差異及兩者之間的關(guān)系，這對(duì)了解它們與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境關(guān)系，對(duì)研究和保護(hù)渾河上游河岸帶生態(tài)資源具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

渾河為遼寧省東部河流，源于清原縣滾馬嶺，流經(jīng)撫順、沈陽(yáng)等市，在海城古城子附近納太子河，向南流至營(yíng)口市附近入遼東灣，全長(zhǎng)415 km，河寬100～200 m,流域面積 1.14×104km2，年徑流量3.05×109m3。渾河為不對(duì)稱水系，東側(cè)支流密集，坡陡谷深，水量豐富；西側(cè)支流很少，水量不大。渾河流域?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，其特點(diǎn)是春季短回暖快，風(fēng)大干旱，夏季長(zhǎng)而炎熱多雨，秋季短干燥涼爽，冬季長(zhǎng)且較寒冷多風(fēng)雪。年溫差較大，年平均氣溫5.3 ℃，此區(qū)雨熱同期，年均降雨量806.5 mm，多集中在6,7,8月，年蒸發(fā)量為1 275 mm。

本試驗(yàn)采樣地點(diǎn)地處清原縣最南端，以山地為主，坡度 15～35°,海拔 330～1 116 m。最高峰為龍崗山，海拔1 116 m,站區(qū)內(nèi)的主要河流有大蘇河、長(zhǎng)沙屯河和平嶺后河，均發(fā)源于龍崗山下，由南向北匯入渾河，是渾河的上游支流，地理坐標(biāo)為41°51′10″—41°51′13″N，124°54′43″—124°54′55″E。

1.2 研究方法

1.2.1 采樣點(diǎn)布置及樣品采集 在渾河上游支流大蘇河沿岸選擇4個(gè)典型植被區(qū)域取樣。樣地基本概況見(jiàn)表1。每個(gè)典型區(qū)域內(nèi)選擇坡度、坡向基本一致的地段設(shè)置5個(gè)重復(fù)樣地，每個(gè)樣地土壤均為棕壤，橫向?qū)? m，縱向垂直溪流方向沿坡向上，長(zhǎng)5 m,設(shè)置于河岸植被帶內(nèi)(距離水體4～10 m)。每個(gè)樣地用土鉆按S形取10個(gè)土樣，深度為0—20和20—40 cm，混勻。

表1 不同植被類型河岸帶基本概況

1.2.2 測(cè)試項(xiàng)目及方法 參照《土壤理化分析》[13]分別測(cè)定土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)。土壤密度、孔隙度采用環(huán)刀法，pH值采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法，全氮采用凱氏定氮法，全磷采用鉬銻抗比色法，土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表2。土壤微生物數(shù)量測(cè)定方法參照《土壤微生物研究法》[14]，細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量測(cè)定采用最大或然法(MPN)，相應(yīng)的培養(yǎng)基分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏—孟加拉紅培養(yǎng)基加鏈霉素和改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基，細(xì)菌于36 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h，放線菌于28 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)3～4 d；真菌于30 ℃培養(yǎng)5～7 d。

土壤酶活性參照關(guān)松蔭[15]的方法：脲酶采用次氯酸鈉比色法，蛋白酶采用茚三酮比色法，蔗糖酶采用3,5—二硝基水楊酸比色法，磷酸酶采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉法，多酚氧化酶采用沒(méi)食子酸法，過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用 Microsoft Office Excel 2007 軟件及SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型河岸帶土壤微生物數(shù)量的變化

試驗(yàn)結(jié)果表明(表3)，土壤細(xì)菌、放線菌、真菌和微生物總數(shù)量在相同土壤層次大體表現(xiàn)出：灌木草地>次生林>人工松林>玉米地的規(guī)律。4種植被類型河岸帶土壤細(xì)菌數(shù)量在灌木草地和次生林中最高，兩者之間無(wú)顯著差異，但都與人工松林和玉米地差異顯著，灌木草地土壤表層和深層細(xì)菌數(shù)量分別達(dá)1.057×109和6.52×108cfu/g，比最低的玉米地細(xì)菌數(shù)量分別高了330.55%和341.07%。表層土壤放線菌數(shù)量在次生林和人工松林之間差異不顯著，而兩者與灌木草地和玉米地之間差異皆顯著。深層土壤放線菌數(shù)量在次生林、人工松林和玉米地之間差異不顯著，三者卻都與灌木草地之間具有顯著差異，以灌木草地最多，表層和深層分別達(dá)7.01×105和5.25×105cfu/g，比最低的玉米地放線菌數(shù)量分別高了182.97%和189.46%。

表層和深層土壤真菌數(shù)量在人工松林和玉米地之間差異不顯著，卻都與灌木草地和次生林之間有顯著差異，表現(xiàn)出了相同規(guī)律。土壤真菌數(shù)量以灌木草地最多，表層和深層分別達(dá)7.04×104和3.19×104cfu/g，比最低的玉米地真菌數(shù)量分別高了557.94%和275.29%。

表2 不同植被類型河岸帶土壤理化性質(zhì)

表3 不同植被類型河岸帶土壤微生物數(shù)量

4種植被類型河岸帶中，土壤微生物均以細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，表層和深層細(xì)菌數(shù)量分別占微生物總數(shù)量的99.89%～99.94%和99.87%～99.94%，放線菌數(shù)量次之，表層和深層分別占0.06%～0.10%和0.05%～0.12%，真菌最少，表層和深層分別占0.003%～0.007%和0.004%～0.006%。

在土壤的不同層次中，4種植被類型河岸帶土壤微生物均隨著土層的加深而急劇減少，表層(0—20 cm)明顯大于深層(20—40 cm)，各類微生物數(shù)量在表層與深層之間都具有顯著差異(p<0.05)，表現(xiàn)出非常明顯的表聚性。

2.2 不同植被類型河岸帶土壤酶活性的變化

研究結(jié)果表明(表4)，4種植被類型河岸帶土壤酶活性大體表現(xiàn)為灌木草地和次生林最高，人工松林次之，玉米地最低。表層和深層土壤蔗糖酶和脲酶活性在4種植被類型河岸帶中呈現(xiàn)相同的規(guī)律，在灌木草地和次生林中最高，之間無(wú)顯著差異，但都與落葉松人工林和玉米地之間差異顯著，灌木草地表層和深層土壤蔗糖酶分別比最低的玉米地高出369.58%和228.80%，脲酶比玉米地高出133.77%和262.86%。磷酸酶活性在4種植被類型河岸帶表層和深層土壤之間均具有顯著差異，以灌木草地中最高，比最低的玉米地高出282.63%和130.30%。多酚氧化酶在4種植被類型河岸帶表層土壤之間差異均顯著，而在深層土壤中人工松林和玉米地之間差異不顯著，其活性在灌木草地中最高，表層和深層分別比最低的玉米地高了182.46%和108.57%。表層和深層土壤過(guò)氧化氫酶活性在灌木草地和次生林中最高，之間差異不顯著，但都與玉米地之間具有顯著差異，其在灌木草地的活性比最低的玉米地分別高了82.68%和67.74%。

在土壤的不同層次中，4種植被類型河岸帶土壤酶活性表現(xiàn)出了與土壤微生物數(shù)量相同的規(guī)律，隨著土層的加深而急劇減少，表層明顯大于深層，各種酶活性在表層與深層之間都具有顯著差異(p<0.05)，同樣表現(xiàn)出非常明顯的表聚性。

表4 不同植被類型河岸帶土壤酶活性

2.3 土壤微生物數(shù)量、酶活性和養(yǎng)分之間的相關(guān)性

相關(guān)分析表明(表5)，細(xì)菌數(shù)量與蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶、過(guò)氧化氫酶5種酶之間具有顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系。放線菌與除了過(guò)氧化氫酶之外的其他4種酶具有顯著或極顯著的相關(guān)性，而真菌僅和蔗糖酶、磷酸酶和多酚氧化酶具有顯著的相關(guān)性。土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性呈現(xiàn)了較好的正相關(guān)性，原因在于土壤酶主要來(lái)源于土壤微生物。有機(jī)質(zhì)和總氮含量與細(xì)菌數(shù)量以及5種酶活性呈顯著或極顯著的相關(guān)性，總磷含量與5種酶活性呈顯著或極顯著的相關(guān)性。

土壤養(yǎng)分含量與土壤細(xì)菌數(shù)量和土壤酶活性之間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，表明土壤養(yǎng)分的增加會(huì)促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)提高了土壤酶的底物供應(yīng)水平，刺激了酶活性的提高。5種酶活性之間也呈現(xiàn)了極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明酶在促進(jìn)各自底物分解的同時(shí)，其活性既受底物濃度高低影響，也受到其他酶的影響。

表5 土壤微生物數(shù)量、酶活性與土壤主要養(yǎng)分間的相關(guān)系數(shù)

3 討 論

土壤微生物是土壤系統(tǒng)中極其重要和最為活躍的部分，在土壤有機(jī)物的降解、礦化釋放無(wú)機(jī)元素供其他生物吸收，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化如碳氮循環(huán)、系統(tǒng)穩(wěn)定性及抗干擾能力中居于支配地位，控制著土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵過(guò)程[16-17]。高質(zhì)量的土壤應(yīng)具有穩(wěn)定的微生物群落組成和結(jié)構(gòu)、高微生物數(shù)量及良好的微生物活性。本文的4種植被類型河岸帶土壤微生物中細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，放線菌次之，真菌最少，表明在河岸帶條件下，細(xì)菌的繁殖力、競(jìng)爭(zhēng)力、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力以及抗干擾能力強(qiáng)于其他類群，放線菌與真菌數(shù)量上不及細(xì)菌,但其絕對(duì)數(shù)量也較多,反映其對(duì)于河岸帶條件下的物質(zhì)循環(huán)和系統(tǒng)穩(wěn)定也具有一定的作用，這與陸梅等[18]研究幾種針葉林中的微生物數(shù)量的結(jié)果，呂可等[19]研究農(nóng)田土壤微生物數(shù)量的結(jié)果是一致的。4種植被類型河岸帶同層土壤微生物數(shù)量在灌木草地和次生林中最多，人工松林次之，玉米地最少。微生物的生長(zhǎng)代謝是多維環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果，土壤微生物的營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)源于植物殘?bào)w，在有機(jī)質(zhì)豐富的土壤中，微生物數(shù)量相應(yīng)偏多，而在缺乏有機(jī)質(zhì)的土壤中其數(shù)量較少[20]。灌木草地由于植被類型多樣且極為豐富，地上部分生物量大，凋落物非常豐富且易于分解，使其土壤表層有機(jī)質(zhì)含量高，表層達(dá)到了92.69 g/kg，且地下根系發(fā)達(dá)，密集于土壤表層，根系的分泌物促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)繁殖，因而，微生物總數(shù)最高，這與趙聰?shù)萚21]研究森林次生演替群落的土壤微生物數(shù)量的結(jié)果是一致的。次生林內(nèi)枯枝落葉豐富，且成分較復(fù)雜，使其林內(nèi)表層土壤有機(jī)質(zhì)豐富，表層達(dá)到了98.42 g/kg，并且土壤疏松，透氣性好，為微生物生長(zhǎng)提供了充足的養(yǎng)分和良好的生存環(huán)境，因而，次生林中微生物數(shù)量也非常多。人工松林中地面積累的枯枝落葉較少，且其針葉不易分解，表層土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，土壤孔隙度較低，通氣性不如灌木草地和次生林，故微生物數(shù)量不如前兩者。玉米地由于幾乎沒(méi)有積累枯枝落葉層，因而土壤表層有機(jī)質(zhì)含量最低，微生物數(shù)量也最少。細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量分布都表現(xiàn)出了明顯的表聚效應(yīng)，這是由于土壤表層有機(jī)質(zhì)含量較深層豐富，且通氣狀況良好，有利于微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)由于深層土壤溫度較低，不利于微生物的繁殖，這與許多學(xué)者的研究結(jié)果一致[21-22]。

土壤酶是土壤組分中最活躍的有機(jī)成分之一，是土壤生物化學(xué)過(guò)程的主要調(diào)節(jié)者, 對(duì)土壤中碳、氮、磷、硫等元素的循環(huán)與遷移有著重要作用[23]，主要來(lái)源于微生物[24]。土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性能夠表征土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分的循環(huán)狀況。蔗糖酶是表征土壤生物學(xué)活性的重要水解酶，與土壤中的腐殖質(zhì)、水溶性有機(jī)質(zhì)和土壤微生物的數(shù)量有關(guān),常用于評(píng)價(jià)土壤熟化程度和肥力水平[25]。灌木草地和次生林由于枯枝落葉層厚，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，同時(shí)人為對(duì)土壤的擾動(dòng)少，改善了土壤環(huán)境，土壤微生物數(shù)量最多，使得土壤蔗糖酶活性最高，而落葉松人工林和玉米地有機(jī)質(zhì)含量少，人工擾動(dòng)卻最多，微生物數(shù)量少，尤以玉米地為甚，因此其蔗糖酶活性遠(yuǎn)小于前兩者。脲酶是決定土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，與土壤的微生物數(shù)量、有機(jī)質(zhì)含量、氮含量呈正相關(guān)[26]。灌木草地和次生林由于土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量高，土壤微生物數(shù)量也最多，從而顯著提高了脲酶水平，落葉松人工林次之，玉米地最少。磷酸酶活性受土壤堅(jiān)實(shí)度影響較小,但受土壤通氣狀況影響很大。灌木草地和次生林由于減少了土壤翻動(dòng)，根系在土壤中盤根錯(cuò)節(jié)，以及枯枝落葉覆蓋等原因，改善了土壤通氣，使土壤中水分、空氣和熱量比例較為合理，從而使磷酸酶活性提高，其中灌木草地效果最好，落葉松人工林和玉米地由于人為對(duì)土壤的擾動(dòng)，使得土壤通氣狀況及水熱比例不合適，因而磷酸酶活性較低，以玉米地為最低。多酚氧化酶能把土壤中芳香族化合物氧化成醌，醌與土壤中其他物質(zhì)反應(yīng)生成有機(jī)質(zhì)和色素，從而完成對(duì)芳香族物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，可以表征對(duì)土壤中污染物的凈化能力[27]。多酚氧化酶活性在灌木草地中最高，接著依次為次生林、人工松林，玉米地最低，表明灌木草地土壤對(duì)污染水體的修復(fù)能力是最強(qiáng)的，可將吸附在土壤中渾河水污染物轉(zhuǎn)化，而玉米地則對(duì)渾河水體的修復(fù)能力最低。過(guò)氧化氫酶的作用在于破壞對(duì)生物體有毒的過(guò)氧化氫，可以表示土壤氧化過(guò)程的強(qiáng)度,與土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化速度密切相關(guān)，其活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物數(shù)量有關(guān)[25]。灌木草地和次生林由于土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，同時(shí)適宜的營(yíng)養(yǎng)、水熱條件有利于微生物的生長(zhǎng),從而提高了土壤中的過(guò)氧化氫酶活性，保護(hù)了其上植物免受過(guò)氧化氫的毒害，表明這兩種河岸帶植被土壤對(duì)河流污水具有一定的清除能力，而玉米地的土壤過(guò)氧化氫酶活性則最低。4種植被類型河岸帶土壤各種酶活性均具有明顯的土體層次差異，在表層活性最高，這主要是由于表層積累了較多的枯落物和腐殖質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量高，營(yíng)養(yǎng)狀況和水熱條件好，微生物的代謝能力強(qiáng)，使土壤表層聚積了較高的土壤酶活性。

4 結(jié) 論

由于灌木草地和次生林這兩種河岸帶植被類型土壤具有最高的微生物數(shù)量和土壤酶活性，有利于碳氮磷轉(zhuǎn)化和渾河水質(zhì)的凈化，土壤質(zhì)量高，是渾河生態(tài)型發(fā)展的很好的河岸帶形式。而人工松林和玉米地土壤質(zhì)量較低，對(duì)污染物去除能力較差，尤其玉米地的施肥措施會(huì)污染渾河水質(zhì)，不適宜作為河岸帶的植被類型，所以應(yīng)減少對(duì)河岸帶植被的人為擾動(dòng)。

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