楊佳佳, 安韶山,*, 張 宏, 陳亞南, 黨廷輝, 焦菊英

1 西北農(nóng)林科技大學(xué), 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室, 楊陵 712100 2 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 楊陵 712100

黃土丘陵區(qū)小流域侵蝕環(huán)境對土壤微生物量及酶活性的影響

楊佳佳1,2, 安韶山1,2,*, 張 宏2, 陳亞南2, 黨廷輝1,2, 焦菊英1

1 西北農(nóng)林科技大學(xué), 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室, 楊陵 712100 2 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 楊陵 712100

土壤侵蝕環(huán)境直接影響土壤的特性，對土壤微生物的形成和穩(wěn)定具有重要的影響。土壤微生物量推動著土壤的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，對土壤中各種環(huán)境的變化有很強的敏感性。土壤酶活性能表示土壤微生物功能的多樣性，與土壤微生物量有著緊密的聯(lián)系。為了探究不同侵蝕環(huán)境對土壤微生物量和酶活性的影響，以黃土丘陵區(qū)陳家坬小流域為研究區(qū)，選擇5種不同侵蝕環(huán)境下0—10cm和10—20cm土層的土壤為研究對象，對土壤微生物量及其土壤蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性進行了研究。結(jié)果表明：(1)土壤微生物量碳、氮、磷含量均表現(xiàn)為0—10cm大于10—20cm土層；土壤微生物量碳和磷在陰溝坡最大，在陽梁峁坡和峁頂較小，且陰溝坡和峁頂差異顯著；土壤微生物量氮在陽溝坡最大，陰陽梁峁坡最小，差異性顯著(P<0.01)。(2)土壤脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性均表現(xiàn)為0—10cm大于10—20cm土層，且在不同侵蝕環(huán)境下均表現(xiàn)為陰梁峁坡最大，陽梁峁坡最小。(3)相關(guān)性分析表明，土壤微生物量碳、氮、磷與土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性之間均有極顯著的正相關(guān)。

黃土丘陵; 侵蝕環(huán)境; 土壤微生物量; 酶活性

土壤酶主要來源于土壤中動物、植物和微生物細(xì)胞的分泌物及其有機殘體的分解物[1]，土壤中各種營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及礦質(zhì)化過程，主要取決于酶的酶促作用[2]，因此土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強度和方向[3]，對評價土壤肥力有著重要的作用[4]。土壤微生物量是土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，是植物養(yǎng)分的有效來源[5]，它是土壤中物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要推動力[6]，對土壤的各種環(huán)境變化表現(xiàn)出很大的敏感性。土壤微生物量充分反映了不同的土地利用方式、生態(tài)功能及其各種侵蝕環(huán)境的變化[7]，因而具有更加靈敏、準(zhǔn)確的反映微生物在土壤中的含量和作用潛力[5]。

黃土丘陵區(qū)由于土壤具有特殊的形成過程和特殊的地形特點導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重、土壤肥力貧瘠，生態(tài)環(huán)境脆弱，而不同侵蝕地形又可以通過光照分布影響土壤水熱條件[8]，導(dǎo)致不同侵蝕地形土壤養(yǎng)分在降雨侵蝕過程中發(fā)生再分配,而有研究表明土壤微生物量和土壤酶活性對環(huán)境的變化有很大的敏感性[5]，因此侵蝕地形環(huán)境的變化會對土壤微生物生物量及其土壤酶活性產(chǎn)生重大的影響。目前已有學(xué)者就黃土高原植被恢復(fù)后不同土地利用方式、不同植被類型等條件研究了其土壤微生物生物量分布的變化特征[8-10]，而對各種侵蝕地形條件下土壤理化性狀及土壤微生物功能的研究還較少，因此，本文以黃土丘陵區(qū)陳家坬小流域為背景，研究小流域侵蝕環(huán)境對土壤微生物量及其酶活性的影響，以期從土壤微生物學(xué)的角度研究侵蝕環(huán)境下土壤微生物量及其酶活性的變化特征及相關(guān)關(guān)系，探討二者對侵蝕環(huán)境的敏感性，為區(qū)域植被恢復(fù)，改善生態(tài)環(huán)境，提高土壤質(zhì)量管理提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陳家坬小流域位于延安市安塞縣招安鎮(zhèn)，屬于典型的黃土丘陵溝壑區(qū)。地處北緯36°49′00″—36°50′54.46″，東經(jīng)109°15′31″— 109°19′46″，流域總面積11.29 km2，海拔1056—1400 m。此外，該流域中有少量平地，占流域總面積的0.55%。該流域地形地貌復(fù)雜，從南到北呈梁、峁、塌、灣、坪、川等地貌，地形坡度主要集中在5—45°，占流域總面積的94.28%，其中陰坡所占比例為54.98%，大于陽坡44.47%，年平均氣溫為9.1 ℃，年平均降雨量428.1 mm，土壤類型以黃綿土為主，植被群落以灌木和草本植被為主。

1.2 樣點的布設(shè)與采集

在陳家坬流域研究區(qū)內(nèi)，為盡量保證野外采樣在地形及其植被群落上的一致性，根據(jù)典型的植被群落選取3個山丘的梁峁，在每個梁峁上按照不同的侵蝕環(huán)境選取5個地貌部位，分別為梁峁頂、陽梁峁坡、陽溝坡、陰溝坡和陰梁峁坡；在每個地貌部位處均選取3個10 m×10 m的樣方。采樣分布圖如圖1所示。

圖1 采樣點分布圖Fig.1 Maps of sampling spots distribution

樣品采集于2012年7月份。土壤樣品的采集是在樣方內(nèi)按照隨機均勻分布的原則，采用“S”型路線選擇5— 6個點進行多點混和，用土鉆分別采集0—10 cm和10—20 cm兩層土樣，分層將混勻后的土樣用塑封袋裝好帶回實驗室，一部分保存新鮮土樣，存于-20℃冰箱保存測定土壤微生物量；一部分經(jīng)自然風(fēng)干后過0.149 mm和1 mm土篩測土壤理化性狀和酶活性。5種侵蝕環(huán)境地貌部位下樣地主要建群種名稱：狼牙刺(Sophoradavidii)，丁香(Syzygiumaromaticum)，茭蒿(Artemisiagiraldii)，達(dá)烏里胡枝子(Lespedezadahurica)，鐵桿蒿(Artemisiagmelinii)，杠柳(Periplocasepiumbunge)，阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)，沙棘(ElaeagnaceaeHippophae)，長芒草(Stipabungeana)，中華隱子草(Cleistogeneschinensis)，中華卷柏(Selaginellasinenis)，檸條(Caraganaintermedia)。采樣點基本信息如表1所示。

表1 采樣點信息

1.3 測定方法

土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[11]；微生物量碳采用TOC儀測定；微生物量氮采用高壓鍋-堿性過硫酸鉀氧化[12]后，在波長220 nm和275 nm進行雙波長比色測定(UV- 2450紫外分光光度計)。土壤脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，以NH3-N mg/g (37 ℃，24 h)表示；土壤蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，以葡萄糖mg/g (37 ℃，24 h)表示；土壤堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，以酚含量mg/g (37 ℃，10 h)表示[1]。不同侵蝕環(huán)境土壤基本理化性質(zhì)見表2：

表2 土壤基本理化性質(zhì)

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和分析采用Microsoft Excel 2007 和SPAS 18. 0 軟件，進行 (One-Way A NOVA)方差分析和相關(guān)性分析，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量的分布特征

2.1.1 不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量碳的分布特征

不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量碳的分布特征如圖2所示；在不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量碳含量變化范圍在122.54—380.18 mg/kg之間，并且隨著土層的加深表現(xiàn)為0—10 cm層大于10—20 cm層，即微生物量碳含量顯著減小。對不同的侵蝕環(huán)境，土壤微生物量碳對其響應(yīng)不同，在0—10 cm土層微生物碳含量變化范圍在278.93—380.18 mg/kg之間，最大值是最小值的1.36倍，極差為101.25 mg/kg，表現(xiàn)為陰溝坡、陽溝坡>陰梁峁坡>陽梁峁坡、峁頂；在10—20 cm土層土壤微生物量碳含量變化范圍在122.54—208.81 mg/kg之間，最大值是最小值的1.70倍，極差是86.27 mg/kg，表現(xiàn)為陰溝坡、陽溝坡>陰梁峁坡>峁頂、陽梁峁坡。差異性分析表明，微生物量碳0—10 cm土層和10—20 cm土層差異性極為顯著，且陰溝坡和峁頂差異顯著，而陽梁峁坡和陰梁峁坡差異不顯著。

圖2 不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量碳、氮含量Fig.2 Soil microbial biomass C and N content in different erosion environment不同大(小)寫字母表示0—10 cm(10—20cm)土壤不同侵蝕環(huán)境下差異顯著性 (P<0.05)

2.1.2 不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量氮的分布特征

土壤微生物量氮含量分布特征如圖2所示。在不同的侵蝕環(huán)境下，土壤微生物量氮的變化范圍在27.58—76.17 mg/kg之間，并隨著土層的加深微生物量氮含量顯著減小。對不同的侵蝕環(huán)境，不同土層的響應(yīng)不同，在0—10 cm土層微生物量氮最小值和最大值分別是69.31 mg/kg和76.17 mg/kg，極差是6.86，表現(xiàn)為陽溝坡最大，陰梁峁坡最小，5種侵蝕環(huán)境差異不顯著。10—20 cm土層土壤微生物量氮含量最小值和最大值27.58—38.51 mg/kg，極差10.93，表現(xiàn)為陽溝坡最大，陽梁峁坡和陰溝坡最小。土壤微生物量氮含量整體表現(xiàn)為0—10 cm土層大于10—20 cm土層，且差異極顯著。差異性分析表明，不同侵蝕地形對微生物量氮的影響較小，僅10—20 cm土層的微生物量氮在陽溝坡與陽梁峁坡和陰溝坡有顯著差異性。

2.1.3 不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量磷的分布特征

圖3 不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量磷含量 Fig.3 Soil microbial biomass P content in different erosion environment

土壤微生物量磷含量分布如圖3所示。在不同的侵蝕環(huán)境下，土壤微生物量磷含量變化范圍1.78—10.19 mg/kg之間，且0—10 cm土層土壤微生物量磷含量顯著高于10—20 cm土層。具體地說，在0—10 cm土層微生物量磷含量最大值和最小值分別為5.25 mg/kg和10.19 mg/kg，其最大值是最小值的1.94倍。在不同的侵蝕環(huán)境下微生物量磷表現(xiàn)為陰溝坡>陰梁峁坡>峁頂>陽梁峁坡>陽溝坡，且陰坡微生物量磷含量大于陽坡。10—20 cm土層微生物量磷含量最大值和最小值分別為5.85 mg/kg和1.84 mg/kg，最大值是最小值的3.28倍，表現(xiàn)為陰溝坡最大，陽梁峁坡最小。土壤微生物量磷含量整體表現(xiàn)為0—10 cm土層>10—20 cm土層,且差異顯著；方差分析表明，除陰溝坡與其它4種侵蝕環(huán)境有顯著的差異之外，其余侵蝕環(huán)境差異均不顯著。

2.2 不同侵蝕環(huán)境下土壤酶活性分布特征

土壤脲酶是一種高度專一性的水解酶，它能促進尿素水解生成氨、二氧化碳和水，加速土壤中潛在養(yǎng)分的有效化，對提高氮肥利用率有重要的意義。土壤脲酶在不同侵蝕環(huán)境下的分布特征如表3所示。隨著土層的加深，土壤脲酶活性降低即0—10 cm土層高于10—20 cm土層。在0—10 cm土層，脲酶含量最大值和最小值分別為1.14 mg g-124 h-1和0.612 mg g-124 h-1，不同的侵蝕環(huán)境下脲酶表現(xiàn)為陰梁峁坡≥峁頂>陽溝坡>陽梁峁坡>陰溝坡，且陰坡脲酶含量大于陽坡。在10—20 cm土層，土壤脲酶最大值是0.734 mg g-124 h-1，最小值是0.278 mg g-124 h-1，在不同侵蝕環(huán)境下表現(xiàn)為陰梁峁坡最大，陽梁峁坡最小。在不同的侵蝕環(huán)境下，陰溝坡和陽梁峁坡與其它3種侵蝕環(huán)境均有顯著的差異性。

土壤蔗糖酶對增加土壤中易溶性的營養(yǎng)物質(zhì)和促進土壤碳循環(huán)有著重要的作用。在不同侵蝕環(huán)境下土壤蔗糖酶的分布特征如表3所示。隨著土層的加深，0—10 cm土層高于10—20 cm土層。在0—10 cm土層，最大值是22.469 mg g-124 h-1，最小值是9.230 mg g-124 h-1，表現(xiàn)為陰梁峁坡最大，陽梁峁坡最小。在10—20 cm土層，最大值是9.69 mg g-124 h-1，最小值是2.458 mg g-124 h-1，5種侵蝕環(huán)境的變化與0—10 cm土層的變化一致。顯著性分析表明，0—10 cm土層陰梁峁坡與其余4種侵蝕環(huán)境均有顯著的差異性，10—20 cm土層峁頂、陰梁峁坡和陰溝坡與陽梁峁坡和陽溝坡有顯著的差異性。

土壤堿性磷酸酶能水解土壤中有機磷化合物并生成被植物直接吸收利用的無機態(tài)磷，對土壤中磷的循環(huán)有重要的作用。如表3所示，在不同的侵蝕環(huán)境下，土壤堿性磷酸酶的活性表現(xiàn)為0—10 cm土層高于10—20 cm土層。在0—10 cm土層磷酸酶的變化范圍在0.264—0.332 mg g-110 h-1，10—20 cm土層磷酸酶的變化范圍在0.118—0.198mg g-110 h-1，5種侵蝕環(huán)境下堿性磷酸酶在0—10 cm土層與10—20 cm土層的變化一致，均表現(xiàn)為陰梁峁坡最大，陽梁峁坡最小。差異性分析表明，土壤堿性磷酸酶在5種侵蝕環(huán)境下差異不顯著。

表3 不同侵蝕環(huán)境下土壤酶活性的分布特征

2.3 土壤微生物量與酶活性的相關(guān)性分析

將不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量碳、氮、磷與土壤酶活性進行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。可以看出，土壤微生物量與土壤酶活性之間有極顯著的相關(guān)性，其中，土壤微生物量碳、氮、磷彼此之間呈極顯著的正相關(guān)，且土壤微生物量碳、氮、磷均與土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性表現(xiàn)出了極顯著的正相關(guān)。土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性之間也表現(xiàn)出了極顯著的正相關(guān)。這說明土壤微生物量與土壤酶活性有著緊密的聯(lián)系，不可分割。

表4 土壤微生物量與土壤酶活性的相關(guān)性分析

**P<0.01;n=90

3 討論

3.1 不同侵蝕環(huán)境對土壤微生物量的影響

土壤微生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)參與所有有機物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化[5]， 對土壤生態(tài)環(huán)境的變化極為敏感，可以反映土壤質(zhì)量的變化和人類活動的干擾。不同侵蝕地形上土壤性質(zhì)的差異可以用來評價不同坡位土壤對外界環(huán)境變化和的響應(yīng)能力[13]。土壤微生物在不同的侵蝕地形上由于土壤水分、養(yǎng)分、光照、植被等因素的差異會影響土壤微生物對資源的利用策略，從而影響土壤微生物生物量的大小[14]。本研究結(jié)果表明，土壤微生物量碳、氮、磷在不同侵蝕地形下表現(xiàn)不同，土壤微生物量碳表現(xiàn)為陰溝坡、陽溝坡較大，峁頂較小，整體上表現(xiàn)為陰坡大于陽坡，這一方面是受植被類型的影響，有研究表明，土壤微生物量受優(yōu)勢植物群落的影響較大[15]，本研究中陰坡和陽坡有著不同的植物群落；另一方面是受坡向坡位的影響，本研究區(qū)土壤的含水量、土壤有機碳含量均表現(xiàn)陰坡大于陽坡，說明陰坡有著相對陽坡較好的水熱條件、土壤容重、土壤養(yǎng)分等環(huán)境因子[16]，物種生物多樣性高[17]，土壤質(zhì)量較高，使得陰坡微生物生長分泌較陽坡好；土壤地形的影響主要是因為隨著坡面的徑流和侵蝕，養(yǎng)分含量較高的表土及細(xì)小的土壤顆粒最易流失，在不同坡面地形部位沉積[18]，最終導(dǎo)致在溝坡地形即陰溝坡養(yǎng)分富集，使得微生物量含量增加。土壤微生物量氮含量在陽溝坡最大，與微生物量碳和磷在不同侵蝕環(huán)境表現(xiàn)出不一致。有研究表明，從草本群落到喬灌草群落，土壤氮素含量增加[19]，這與本研究的結(jié)果相符。本研究中陽溝坡的植物群落主要以狼牙刺群落為主的灌草群落，其狼牙刺的根瘤可以固氮，增加了土壤氮素含量，而陰坡主要是以鐵桿蒿為主的草本群落，土壤氮素含量較低。隨植被恢復(fù)的進行，植物生長所產(chǎn)生的根系分泌物以及枯枝落葉等在土壤中經(jīng)過積累、礦化，改善土壤的物理性質(zhì)和同期狀況，導(dǎo)致土壤微生物活動性增強，對氮素的固定、轉(zhuǎn)化能力增強[20]。就土壤濕度而言，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為濕度是氮素礦化的最重要的環(huán)境因子，會強烈影響土壤微生物量氮的含量[21]，本研究中陽溝坡較梁峁坡和峁頂?shù)耐寥篮柯愿?，因此土壤微生物量氮含量略大。研究指出，不同侵蝕地形上的土壤養(yǎng)分在降雨侵蝕再分配過程會導(dǎo)致坡面溝坡較峁坡土壤養(yǎng)分含量高[22]，繼而造成了土壤微生物量在不同侵蝕環(huán)境下表現(xiàn)不同。土壤微生物量碳、氮、磷含量在不同侵蝕環(huán)境下均表現(xiàn)為0—10 cm土層高于10—20 cm土層，這一方面是由于植物枯落物分布在土壤表層，表層養(yǎng)分含量較高；另一方面該區(qū)植被主要以草本和灌木為主，根系及根系分泌物、有機殘體等主要集中在土壤表層，因此使得土壤表層的微生物量高于下層。

3.2 不同侵蝕環(huán)境對土壤酶活性的影響

土壤酶參與生物體內(nèi)一切化學(xué)反應(yīng)，酶能夠反映土壤肥力的高低，其活性受多種因素的影響[23-24]，其中土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性是參與土壤中碳、氮、磷轉(zhuǎn)化和循環(huán)的重要水解酶類，對提高土壤氮素利用率，增加土壤中易溶性的營養(yǎng)物質(zhì)，加速有機磷的脫磷速率，提高磷素的有效性都有著重要的作用。在本研究中，從前面的分析可以看出，不同侵蝕環(huán)境在不同的土層中土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性均隨著土層的加深而降低。許多研究者也表明，土壤酶活性會隨著土層深度的增加而降低[25]，這與本研究的結(jié)果相符。這是因為土壤表層聚集了更多釋放酶的植物、動物、微生物等分泌物及其有機殘體，土壤動物、植物、微生物的種類和數(shù)量增多，生理活性增強導(dǎo)致釋放出更多的酶[26]，導(dǎo)致土壤表層酶活性高于下層。在不同的侵蝕環(huán)境下土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶均表現(xiàn)出一致的規(guī)律性，即陰梁峁坡最大，陽梁峁坡較小。高雪松等的研究發(fā)現(xiàn)[27]，3個坡面地形位置，下坡位土壤的物理性狀良好，土壤養(yǎng)分易積累，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量較高。而本研究中，土壤酶活性在陰坡和陽坡的分布不太一樣，說明不同坡位的土壤酶活性分布不僅與坡向有關(guān)，而且與環(huán)境因素、植被類型、土壤質(zhì)量等綜合因素緊密相關(guān)。堿性磷酸酶在5種侵蝕環(huán)境下差異不顯著，堿性磷酸酶與土壤中磷的轉(zhuǎn)化密切相關(guān),而本研究中土壤磷的含量差異不顯著，說明堿性磷酸酶活性對地形環(huán)境變化的響應(yīng)程度較低。而脲酶在陰溝坡表現(xiàn)出與其它幾種侵蝕環(huán)境有差異性，蔗糖酶在陰梁峁坡表現(xiàn)出與其它4種侵蝕環(huán)境有顯著差異性，土壤蔗糖酶和脲酶是與土壤中碳、氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的酶，且本研究中土壤碳、氮含量在陰坡和陽坡有差異，說明土壤脲酶和蔗糖酶對地形環(huán)境變化的響應(yīng)較為敏感。邱莉萍等研究表明[28]，草地不同坡向上土壤酶活性表現(xiàn)為陰坡大于陽坡，這與本研究的結(jié)論相符。一般來講，陰坡酶活性較好的原因可能是與陰坡上水分條件較好，植物生長旺盛，凋落物增加促進微生物群落不斷繁衍，從而酶活性提高。

土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性均與土壤微生物量碳、氮、磷呈極顯著的正相關(guān)，Eivazi等發(fā)現(xiàn)脲酶活性與微生物量顯著相關(guān)[29]，這與本研究的結(jié)果相一致，說明土壤微生物量和土壤酶活性都可作為微生物學(xué)指標(biāo)反映土壤環(huán)境的變化。土壤酶活性作為微生物的功能多樣，與土壤微生物量相互聯(lián)系，相互影響，使土壤微生物生成的酶催化土壤中生物化學(xué)過程，成為土壤微生物功能多樣性的前提和基礎(chǔ)[4]。Frankenberger等研究了10種土壤中的11種酶，發(fā)現(xiàn)堿性磷酸酶與微生物呼吸、 生物量之間顯著相關(guān)并且存在密切聯(lián)系[30]，這與本研究相一致。也有研究表明[31]，脲酶、磷酸酶與微生物量有著顯著地正相關(guān)性，而蔗糖酶活性與土壤微生物有直接的依賴性[1]。土壤酶活性之間表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)，說明土壤中多糖的轉(zhuǎn)化循環(huán)、有機磷的脫磷與轉(zhuǎn)化、不同氮素的轉(zhuǎn)化利用之間關(guān)系密切并且相互影響[32]。

4 結(jié)論

通過對黃土丘陵區(qū)陳家坬小流域5種不同侵蝕環(huán)境下土壤微生物量和土壤酶活性的研究分析和測定，揭示了不同侵蝕環(huán)境對土壤微生物量及其酶活性的影響，現(xiàn)得出以下結(jié)論：

(1) 土壤微生物量碳和磷含量表現(xiàn)為陰溝坡最大，陽梁峁坡較小，整體表現(xiàn)為陰坡含量高于陽坡，且陰溝坡和峁頂差異顯著。土壤微生物量氮含量在0—10 cm和10—20 cm土層表現(xiàn)為陽溝坡最大?？傮w上來看，溝坡的土壤微生物量較大，說明下坡位的土壤養(yǎng)分積累、礦化能力較強。

(2) 土壤脲酶活性在不同侵蝕環(huán)境下表現(xiàn)為陰梁峁坡最大，且陰溝坡和陽梁峁坡與其它侵蝕環(huán)境有顯著差異性。土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶0—10 cm土層和10—20 cm土層均表現(xiàn)為陰梁峁坡最大，陽梁峁坡最小。土壤堿性磷酸酶在不同侵蝕環(huán)境下差異不顯著，而土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為陰梁峁坡與其它4種侵蝕環(huán)境差異顯著。說明蔗糖酶和脲酶對環(huán)境變化的響應(yīng)更為敏感。

(3) 相關(guān)性分析表明，土壤微生物量碳、氮、磷與土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性之間及兩兩之間均有極顯著的正相關(guān)，說明酶活性與微生物量的關(guān)系非常密切。

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Effect of erosion on soil microbial biomass and enzyme activity in the Loess Hills

YANG Jiajia1,2, AN Shaoshan1,2,*, ZHANG Hong2, CHEN Yanan2, DANG Tinghui1,2,JIAO Juying1

1StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandAgricultureofLoessPlateau,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China2CollegeofResourceandEnvironmentalScience,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China

Erosion directly affects soil characteristics and has a significant effect on the formation and stability of the soil microbial community. Soil microbial biomass not only plays a significant role in energy flow and nutrient cycling, but it also shows great sensitivity to changes in soil environment. Soil enzyme activities are indicative of the functional diversity of the soil microbial community, as they are closely associated with soil microbial biomass. To reveal the effect of different erosion environments on soil microbial biomass and soil enzyme activities, soil samples were collected from the Chengjiawa watershed, located in the Yanhe watershed of the hill and gully region of Ansai County, Yan′an, Shaanxi Province, China. Soil samples were collected from five erosion environments in the valley, at depths of 0—10 cm and 10—20 cm. We studied the characteristics of soil microbial biomass including carbon, nitrogen, and phosphorus, soil enzyme activities including soil urease, invertase, and alkaline phosphatase, and correlations between soil microbial biomass and enzyme activities. The results showed that: (1) Soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus were significantly different between the 0—10 cm and 10—20 cm soil layers; soil microbial biomass carbon and phosphorus in the shaded lower slopes were higher than in the other tested environments, whereas in the sunny middle slope and the hill top they were lower than in the other tested soil environments. The difference between the shaded lower slopes and sunny hill top were significant. Soil microbial biomass nitrogen in the sunny lower slope was significantly higher than in the other tested soil environments. Overall, soil microbial biomass of the ditch slope was higher than in the other tested environments. This suggested that the erosion affects the soil microbial properties, and that soil nutrient accumulation and mineralization ability of soils on the downhill slope were higher than in other tested locations. (2) Soil urease, sucrase, and alkaline phosphatase activities were higher in the 0—10 cm layer than in the 10—20 cm layer. In different erosion environments, soil enzyme activities were higher in the shaded middle slope than in any other tested environments, while they were the lowest in the sunny middle slopes. Soil alkaline phosphatase activity did not significantly differ between different soil environments. Soil invertase activity in the shaded middle slopes was significantly different from the other four types of erosion environments. The difference in soil urease activity between the shaded lower slope and other tested environments was significant. Comparisons showed that the environment exposed to erosion affected the properties of soil enzyme activities; the responses of soil invertase and urease were more sensitive to changes in the soil environment. (3) Pearson correlation analysis showed that soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus were significantly positively correlated with each other, as were the soil urease, sucrase, and alkaline phosphatase activities. There was a significant positive correlation between soil microbial biomass and soil enzyme activities, which suggested that these two properties were closely linked and inseparable components of the soil microbial community. Different environments exposed to erosion have diverse levels of soil organic matter content, different physicochemical properties of the soil, diverse forms of soil microbes, and differ in the amount of soil microbial biomass and soil enzyme activities. These differences were reflected in the soil quality, vegetation types, and resistance to soil erosion.

Loess Hills; erosion environment; soil microbial biomass; enzyme activity

國家自然科學(xué)基金重點基金(41030532); 國家自然科學(xué)基金面上項目(41171226); 教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃(NCET- 12-0479)

2013- 10- 30;

日期:2014- 11- 03

10.5846/stxb201310302611

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shan@ms.iswc.ac.cn

楊佳佳, 安韶山, 張宏, 陳亞南, 黨廷輝, 焦菊英.黃土丘陵區(qū)小流域侵蝕環(huán)境對土壤微生物量及酶活性的影響.生態(tài)學(xué)報,2015,35(17):5666- 5674.

Yang J J, An S S, Zhang H, Chen Y N, Dang T H,Jiao J Y.Effect of erosion on soil microbial biomass and enzyme activity in the Loess Hills.Acta Ecologica Sinica,2015,35(17):5666- 5674.