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        漓江水陸交錯(cuò)帶不同植被類型的土壤酶活性

        2015-01-19 05:59:44楊文彬耿玉清王冬梅
        生態(tài)學(xué)報(bào) 2015年14期
        關(guān)鍵詞:交錯(cuò)帶溶解性草本

        楊文彬, 耿玉清,*, 王冬梅

        1 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 北京 100083 2 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院, 北京 100083

        漓江水陸交錯(cuò)帶不同植被類型的土壤酶活性

        楊文彬1, 耿玉清1,*, 王冬梅2

        1 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 北京 100083 2 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院, 北京 100083

        水陸交錯(cuò)帶是內(nèi)陸水生生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的功能界面區(qū),其包含了高地到低地直到水體的區(qū)域,是土壤有機(jī)質(zhì)源、匯和轉(zhuǎn)換器。土壤中有機(jī)物的分解以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化不僅影響到植物的生長(zhǎng),也對(duì)水體質(zhì)量產(chǎn)生間接影響。土壤酶幾乎參與土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解與合成的全過(guò)程,直接或間接影響著土壤一系列的生物化學(xué)反應(yīng),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生重要影響。不少學(xué)者圍繞農(nóng)田土壤、林地土壤以及濕地土壤探討了不同植被下酶活性的變異。水陸交錯(cuò)帶植被種類豐富,周期性的淹水條件加劇了土壤性質(zhì)變異的復(fù)雜性。但目前水陸交錯(cuò)帶不同植被類型土壤酶活性差異的研究不多。以漓江水陸交錯(cuò)帶土壤為研究對(duì)象,對(duì)苔蘚、草本和灌叢3種植被類型下的土壤溶解性化學(xué)成分、4種土壤水解酶即糖苷酶、幾丁質(zhì)酶、亮氨酸氨基肽酶和磷酸酶以及2種氧化還原酶即酚氧化酶和過(guò)氧化物酶的活性,以及土壤性質(zhì)與酶活性之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,苔蘚植被下土壤的糖苷酶和酚氧化酶活性顯著高于草本和灌叢,草本植被下土壤的過(guò)氧化物酶活性顯著高于苔蘚和灌叢,灌叢植被下土壤幾丁質(zhì)酶活性顯著高于苔蘚和草本,但不同植被類型的土壤亮氨酸氨基肽酶活性無(wú)顯著差異。相關(guān)分析表明,土壤水分含量與糖苷酶和酚氧化酶活性呈顯著正相關(guān),而與幾丁質(zhì)酶和堿性磷酸酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤有機(jī)碳和易氧化碳均與糖苷酶和酚氧化酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān),與幾丁質(zhì)酶活性呈顯著正相關(guān)。土壤溶解性有機(jī)碳與亮氨酸氨基肽酶和酚氧化酶呈顯著正相關(guān)。綜合認(rèn)為,水陸交錯(cuò)帶不同種類土壤酶在不同植被類型間的差異有別,土壤水分含量和土壤有機(jī)碳顯著影響土壤酶活性的變化。不同植被類型土壤酶活性的差異不僅與植被類型有關(guān),與水陸交錯(cuò)帶微地形以及土壤性質(zhì)的空間異質(zhì)性也有密切關(guān)系,需運(yùn)用長(zhǎng)期控制試驗(yàn)手段開(kāi)展研究。

        水陸交錯(cuò)帶; 土壤水解酶; 土壤氧化還原酶; 土壤水分含量; 溶解性有機(jī)碳; 溶解性有機(jī)氮

        水陸交錯(cuò)帶也稱“河岸帶”,是處于水域生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)共同作用的重要環(huán)境界面區(qū)[1-2],對(duì)維持生物多樣性、攔截污染物以及改善水體質(zhì)量有重要作用[3-4]。但人為對(duì)植被的破壞,不僅影響到水陸交錯(cuò)帶的景觀,更重要的是影響到水體的質(zhì)量[5]。土壤是維持植被生長(zhǎng)的介質(zhì),土壤中有機(jī)物的分解以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化不僅影響到植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分途徑,也對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生間接影響[6]。

        土壤酶是催化土壤有機(jī)物質(zhì)分解的蛋白質(zhì),主要來(lái)源于微生物、植物根系及動(dòng)物的分泌釋放。它參與土壤中有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的全過(guò)程,直接或間接影響著土壤一系列的生物化學(xué)反應(yīng)[7-8],對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生重要影響[9-10]。植被可通過(guò)凋落物和根系分泌物對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生影響[11]。已有不少學(xué)者圍繞農(nóng)田土壤[12-13]、林地土壤[14-15]以及濕地土壤[16-17]探討了不同植被下土壤酶活性的變異。水陸交錯(cuò)帶土壤具有特殊的周期性淹水特征,在陸地和水域環(huán)境條件的交替作用下進(jìn)行水陸生態(tài)系統(tǒng)間的物質(zhì)轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換[7-18],是土壤有機(jī)質(zhì)的源、匯和轉(zhuǎn)換器[19]。但是針對(duì)水陸交錯(cuò)帶的不同植被類型下土壤酶活性變異的研究卻鮮有報(bào)道。

        本文以漓江水陸交錯(cuò)帶土壤為研究對(duì)象,主要探究不同植被類型下土壤酶活性的差異以及土壤因子對(duì)酶活性的影響。不同植被類型土壤,是基于自然植被種類的選擇,是長(zhǎng)期適應(yīng)立地環(huán)境的結(jié)果。在水陸交錯(cuò)帶,高程梯度的變化能直觀反映地形梯度以及土壤基本性質(zhì)的變異[20]。土壤酶種類豐富,本研究選取4種水解酶和2種氧化還原酶。其中糖苷酶(EC 3.2.1.21)能水解纖維素,是與土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的酶,且國(guó)外研究較普遍;幾丁質(zhì)酶(EC3.2.1.52)與有機(jī)碳和氮的轉(zhuǎn)化密切相關(guān),其功能是催化幾丁質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨基糖;亮氨酸氨基肽酶(EC 3.4.11.1),參與土壤蛋白質(zhì)的水解,其作用是從肽鏈的末端水解, 形成氨基酸如亮氨酸和丙氨酸;堿性磷酸酶(EC3.1.3.1)在堿性土壤中占優(yōu)勢(shì),參與土壤有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化,可將磷酸脂類水解形成磷酸及其他產(chǎn)物[21]。多酚氧化酶(EC 1.10.3.2)和過(guò)氧化物酶(EC 1.11.1.7)均為氧化還原酶,它們參與木質(zhì)素的分解和芳香族化合物的氧化,影響土壤碳的積累[22]。本研究結(jié)果可為水陸交錯(cuò)帶環(huán)境條件下土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的研究提供理論依據(jù),同時(shí)也可進(jìn)一步豐富我國(guó)土壤酶的研究?jī)?nèi)容。

        1 研究區(qū)域

        研究區(qū)域位于漓江桂林至陽(yáng)朔河段,地處 E 109°45′—110°40′、N 24°18′—25°41′之間[23]。氣候?qū)僦衼啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候,全年光照充足,平均氣溫17.8—19.1 ℃,年降雨量1 814—1 941 mm,年蒸發(fā)量1 377—1 857 mm,雨熱基本同期;年徑流量豐富但全年分布不均,水位在豐水期和枯水期有顯著的不同。由于人為對(duì)原生植被的干擾破壞,目前植物區(qū)系為次生性質(zhì)[24]?,F(xiàn)存的植被種類主要有楓楊(Pterocaryatonkinensis)、水楊梅(Geumaleppicum)、黃荊(Vitexnegundo)和一葉萩(Securinegasuffruticosa)等木本植物;草本植被主要有狗牙根(Cynodondactylon)、水蓼(PolygonumhydropiperL.)和葎草(Humulusscandens)等。在地勢(shì)低洼或靠近江水的區(qū)域主要是以地錢(Marchantiapolymorpha)、葫蘆蘚(Funariahygrometrica)為主的苔蘚植物。水陸交錯(cuò)帶地形破碎,經(jīng)過(guò)江水的持續(xù)沖刷以及土壤的淤積,土層厚度分布不均,一般在10—20 cm左右,厚的地方可達(dá)50 cm。

        2 研究方法

        2.1 樣品采集

        研究樣地位于桂林市雁山區(qū)拓木鎮(zhèn)龍門村,地處E 110°24′19″、N 25°10′50″,海拔高度145 m。據(jù)資料顯示,漓江流域于9月至次年2月為枯水期,水陸交錯(cuò)帶的寬度范圍一般10—30 m[20]。經(jīng)過(guò)野外踏查發(fā)現(xiàn),水陸交錯(cuò)帶存在比較明顯的植被梯度變化。距離水邊近、地勢(shì)較低洼的地方植被多為苔蘚;距離水邊稍遠(yuǎn)、地勢(shì)平坦的地方植被主要是草本;而遠(yuǎn)離水邊地勢(shì)較高的地方植被類型為灌叢,在灌叢中有呈零星分布的喬木。其中苔蘚植被以地錢為主,也有零星分布的狗牙根,其平均高度為3 cm,土層厚度5—10 cm;草本植被以狗牙根為主,葎草和水蓼分布不均勻,植被平均高度為20 cm,土層厚度10—20 cm;灌叢植被則以水楊梅和一葉秋為主,其間有楓楊,土層厚度15—70 cm。

        水陸交錯(cuò)帶不同類型的植被呈零散分布。在2012年11月按照相近的原則,分別劃定苔蘚、草本和灌叢3種植被類型的樣地,其面積分別為2 m×2 m,5 m×5 m和5 m×5 m。每種類型的樣地按照植物蓋度和多樣性相似的原則設(shè)有6次重復(fù)。對(duì)于苔蘚和草本植被類型樣地,首先除去地上部分,然后采集0—10 cm土層的土壤樣本3份,混合成一個(gè)分析樣本;對(duì)于灌叢植被類型樣地,在植物附近采集0—10 cm土層的土壤樣本3份,混合成一個(gè)分析樣本。采集后的土樣經(jīng)除去石塊和根系后,一部分裝入布袋,經(jīng)風(fēng)干后磨細(xì),供土壤理化性質(zhì)分析(表1);另一部分裝于聚乙烯自封袋,并放置于冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室,供溶解性化學(xué)成分和酶活性分析。

        表1 樣地基本概況

        2.2 研究方法

        土壤水解酶活性的測(cè)定均采用對(duì)硝基苯酚(pNP)法[27-28]。分別以對(duì)硝基苯-β-D-吡喃葡萄糖苷、對(duì)硝基苯酚乙?;被咸烟擒?、L-亮氨酸-4-硝基苯胺和對(duì)硝基苯磷酸二鈉為底物測(cè)定糖苷酶、幾丁質(zhì)酶、亮氨酸氨基肽酶以及磷酸酶的活性。多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶的測(cè)定分別以左旋多巴(DOPA)和DOPA加過(guò)氧化氫(H2O2)為底物[27],吸光系數(shù)用酪氨酸酶進(jìn)行校正[29]。依據(jù)研究土壤 pH值的范圍,本研究選擇pH值為7.5的Tris緩沖液。在土壤酶測(cè)定的同時(shí)分別做無(wú)土空白試驗(yàn)和無(wú)底物對(duì)照試驗(yàn)。土壤有機(jī)碳是土壤研究的通用指標(biāo),基于有機(jī)碳基表示的酶活性可以反映微生物群落的特征,這一表示方法在國(guó)外也普遍應(yīng)用[30-31]。在本研究中,水解酶活性以每小時(shí)每克有機(jī)碳催化產(chǎn)生的對(duì)硝基苯酚的微摩爾濃度(μmol g-1有機(jī)碳h-1)來(lái)表示。氧化還原酶采用每小時(shí)每克有機(jī)碳氧化底物的微摩爾濃度(μmol g-1有機(jī)碳h-1)表示。

        2.3 數(shù)據(jù)處理

        所有數(shù)據(jù)使用Excel軟件進(jìn)行整理,應(yīng)用SPSS for windows 軟件19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中,土壤性質(zhì)和土壤酶活性的差異顯著性采用One-way ANOVA分析,土壤性質(zhì)參數(shù)對(duì)土壤酶活性的相關(guān)分析采用Pearson法。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 不同植被類型土壤水分含量的差異

        圖1 不同植被類型下水分含量的差異

        土壤水分的梯度變化是水陸交錯(cuò)帶的主要特征之一。從圖1來(lái)看,不同植被類型之間土壤水分含量的存在顯著差異。其中苔蘚植被下土壤水分含量為33.60%,顯著高于草本植被下以及灌叢植被下的土壤水分含量(P<0.05)。草本植被土壤水分含量為30.11%,比灌叢植被下土壤水分含量高17.48%。

        3.2 不同植被類型土壤有機(jī)質(zhì)和易氧化碳的差異

        土壤有機(jī)碳是反映土壤質(zhì)量的重要指標(biāo),在不同植被類型間的差異十分顯著(P<0.05)。從表2可知,灌叢植被土壤中土壤有機(jī)碳含量為13.09 g/kg,比草本植被高43.85%,比苔蘚植被高99.24%。土壤易氧化碳的變化趨勢(shì)與土壤有機(jī)碳一致,即灌叢植被土壤中含量最高,為726 mg/kg,而苔蘚植被土壤含量最低為706 mg/kg。

        3.3 不同植被類型土壤溶解性化學(xué)成分的基本性質(zhì)

        土壤溶解性化學(xué)成分是最活躍的組分,對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)過(guò)程以及微生物的生長(zhǎng)代謝過(guò)程有著重要的作用。從表3來(lái)看,不同植被類型之間土壤溶解性化學(xué)成分有一定的差異。苔蘚植被土壤溶解性有機(jī)碳83.90 mg/kg,雖比草本植被高12.69%,但二者差異不顯著。灌叢植被下土壤溶解性有機(jī)碳為48.14 mg/kg,顯著低于苔蘚和草本植被的溶解性有機(jī)碳含量。草本植被土壤溶解性總氮為5.85 mg/kg,顯著地高于灌叢和苔蘚植被;而苔蘚植被的溶解性總氮為4.18 mg/kg,顯著高于灌叢。土壤溶解性有機(jī)氮含量在不同植被類型間的差異與土壤溶解性總氮一致。灌叢植被土壤銨態(tài)氮含量顯著高于苔蘚植被土壤,但與草本植被土壤無(wú)顯著差異。灌叢植被土壤硝態(tài)氮含量為0.12 mg/kg,但與其它植被無(wú)顯著差異。

        表2 不同植被類型下土壤有機(jī)碳的含量

        表3 不同植被類型下土壤溶解性化學(xué)成分的基本性質(zhì)

        3.4 不同植被類型土壤酶活性的差異

        表4表明不同植被類型之間土壤酶活性有一定的差異。其中土壤糖苷酶活性在苔蘚植被土壤中最高,為13.38 μmolpNP g-1有機(jī)碳h-1,顯著高于草本和灌叢植被下的酶活性;但草本和灌叢植被下的酶活性差異未達(dá)到顯著水平。灌叢植被土壤幾丁質(zhì)酶活性為3.00 μmolpNP g-1有機(jī)碳h-1,顯著高于其它兩種植被類型土壤,而草本植被土壤幾丁質(zhì)酶活性比苔蘚植被并無(wú)顯著差異。三種植被類型的土壤亮氨酸氨基肽酶活性均無(wú)顯著性差異。就土壤堿性磷酸酶而言,苔蘚植被類型下的土壤堿性磷酸酶活性為3.66 μmolpNP g-1有機(jī)碳h-1,顯著低于草本和灌叢植被類型;但灌叢與草本植被類型土壤堿性磷酸酶活性差異不顯著。酚氧化酶活性在不同植被類型土壤中均有顯著性差異。其中苔蘚植被的酚氧化酶活性為7.50 μmolDOPA g-1有機(jī)碳h-1,是灌叢植被土壤酶活性的1.92倍;草本植被土壤酚氧化酶活性為5.43 μmolDOPA g-1有機(jī)碳h-1,顯著高于灌叢植被類型。就過(guò)氧化物酶而言,在草本植被類型中為11.07 μmolDOPA g-1有機(jī)碳h-1,顯著高于其它兩種植被類型,而苔蘚植被與草本植被下土壤過(guò)氧化物酶活性無(wú)顯著差異。

        4 討論

        4.1 植被類型對(duì)土壤酶活性的影響

        水陸交錯(cuò)帶所形成的特定空間是眾多植物的棲息地,植物種類數(shù)量要明顯高于其它生態(tài)系統(tǒng)[32-33]。不同類型的植被通過(guò)凋落物和根系分泌物來(lái)影響土壤微生物,從而影響土壤酶活性的高低。Ekaterina發(fā)現(xiàn)草本植被下土壤糖苷酶、幾丁質(zhì)酶、磷酸酶、氨基肽酶和酚氧化酶活性高于在苔蘚和地衣[34]。劉存歧也發(fā)現(xiàn)草本植被土壤堿性磷酸酶活性和過(guò)氧化物酶活性高于藻類苔蘚帶[35]。劉艷等發(fā)現(xiàn)植被類型由草本演替為灌叢和喬木林,土壤酶活性也在發(fā)生顯著的變化[36]。綜合來(lái)看,不同植被對(duì)土壤酶活性的影響有顯著差異。

        表4 不同植被類型下的土壤酶活性

        本研究發(fā)現(xiàn),不同酶種類在不同植被類型間的差異有別,其中苔蘚植被下土壤的糖苷酶和酚氧化酶活性顯著高于草本和灌叢。這表明苔蘚植被有利于有機(jī)物質(zhì)的水解。表2中苔蘚植被土壤有機(jī)碳含量顯著低于灌叢植被,但表3中的土壤溶解性有機(jī)碳卻顯著高于灌叢植被。這充分說(shuō)明苔蘚植被下,土壤微生物對(duì)有機(jī)碳的利用率高,進(jìn)而對(duì)土壤復(fù)雜有機(jī)碳轉(zhuǎn)化的速度要高于灌叢土壤。由于幾丁質(zhì)酶和亮氨酸氨基肽酶均參與有機(jī)氮化合物的轉(zhuǎn)化,因此酶活性的高低可影響無(wú)機(jī)氮含量的變化。研究結(jié)果顯示灌叢植被下土壤幾丁質(zhì)酶活性顯著高于苔蘚和草本,但亮氨酸氨基肽酶活性與苔蘚和草本植被沒(méi)有顯著差異;另外,土壤溶解性化學(xué)成分的數(shù)據(jù)表明,灌叢植被的有機(jī)氮含量比其它植被類型低,但無(wú)機(jī)氮的含量與其它植被無(wú)顯著差異。這說(shuō)明在灌叢植被土壤中有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化速度快。因此,幾丁質(zhì)酶在灌叢土壤有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化中的作用要高于亮氨酸氨基肽酶。

        4.2 土壤性質(zhì)對(duì)酶活性的影響

        土壤性質(zhì)可通過(guò)不同途徑影響土壤微生物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)而影響酶的分泌。在水陸交錯(cuò)帶,由于地形以及水位的變化,使得土壤水分發(fā)生劇烈的變化。土壤水分被認(rèn)為是影響酶活性的主要因子[37]。Hackl等認(rèn)為土壤濕度與土壤水解酶呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[38];但Waldrop發(fā)現(xiàn)土壤水分的增加會(huì)降低部分酶的活性,其中酚氧化酶和過(guò)氧化物酶活性降低顯著,而水解酶活性變化不明顯[39]。因此,土壤水分對(duì)酶活性的影響是復(fù)雜的。本研究中糖苷酶和酚氧化酶活性是隨著水分含量的增加而升高的(表5),幾丁質(zhì)酶和堿性磷酸酶活性則是隨著水分含量的增加而降低,其它酶活性與水分含量并無(wú)相關(guān)性。

        表5 土壤性質(zhì)參數(shù)與酶活性相關(guān)關(guān)系

        土壤有機(jī)碳是土壤微生物的能源和營(yíng)養(yǎng)源,土壤易氧化碳是有機(jī)碳中的活性部分,對(duì)土壤生物學(xué)性質(zhì)的影響較有機(jī)碳指標(biāo)敏感[40]。有學(xué)者認(rèn)為較高的有機(jī)碳含量能促進(jìn)糖苷酶、磷酸酶以及幾丁質(zhì)酶的合成[41-42,16],也有研究認(rèn)為土壤有機(jī)碳與β-糖苷酶、幾丁質(zhì)酶和酚氧化酶不存在相關(guān)性[43]。這與有機(jī)碳是土壤長(zhǎng)期積累的產(chǎn)物,而土壤酶活性受環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生短時(shí)間的變化有關(guān)[44]。有關(guān)易氧化碳與酶活性的相關(guān)性的研究相對(duì)較少。有研究表明,磷酸酶與易氧化碳呈顯著正相關(guān)[16]。也有研究表明,易氧化碳與酚氧化酶呈正相關(guān),而與過(guò)氧化物酶呈負(fù)相關(guān)[45]。但本研究中土壤糖苷酶和酚氧化酶活性隨著有機(jī)碳和易氧化碳的增加而降低,幾丁質(zhì)酶活性隨著有機(jī)碳和易氧化碳的增加而增加,其它酶活性與有機(jī)碳和易氧化碳沒(méi)有相關(guān)性。

        土壤溶解性碳氮的生物有效性可通過(guò)影響微生物來(lái)影響土壤酶活性[46-47];另一方面,土壤溶解性碳氮是復(fù)雜大分子如纖維素和蛋白質(zhì)經(jīng)酶催化的產(chǎn)物。從理論上推斷,土壤溶解性碳氮與酶活性存在一定的相關(guān)性。一些研究表明糖苷酶和酸性磷酸酶與溶解性有機(jī)碳有顯著正相關(guān)[16],但也有研究發(fā)現(xiàn)溶解性碳氮與酶活性并沒(méi)有顯著的相關(guān)性[44]。本研究表明,土壤溶解性有機(jī)碳與亮氨酸氨基肽酶呈極顯著的正相關(guān),與酚氧化酶呈顯著正相關(guān);溶解性有機(jī)氮與過(guò)氧化物酶均呈極顯著正相關(guān);但土壤溶解性碳氮與幾丁質(zhì)酶、糖苷酶和堿性磷酸酶相關(guān)性均不顯著。此外,除銨態(tài)氮與酚氧化酶有顯著負(fù)相關(guān)性外,無(wú)機(jī)氮與各種酶活性之間的關(guān)系均不顯著。

        5 結(jié)論

        (1) 不同種類的酶活性在不同植被類型間的差異有一定的區(qū)別,但這種區(qū)別并沒(méi)有一致的規(guī)律。研究表明苔蘚植被下土壤的糖苷酶和酚氧化酶活性顯著高于草本和灌叢,這說(shuō)明苔蘚植被土壤有利于有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化。由于草本植被的過(guò)氧化物酶活性顯著高于苔蘚和灌叢,因此,草本植被可促進(jìn)土壤有機(jī)碳的積累。灌叢植被下土壤幾丁質(zhì)酶活性顯著高于苔蘚和草本,這表明灌叢植被下土壤中幾丁質(zhì)酶水解的速度要高于其它植被類型。針對(duì)不同植物類型土壤影響有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的差異,豐富植物的多樣性可加速土壤的生態(tài)過(guò)程。

        (2) 不同植物類型間土壤酶活性的差異受土壤多因子的影響。本研究表明土壤水分含量是影響水陸交錯(cuò)帶土壤酶活性的主要因素,它有利于糖苷酶和酚氧化酶活性的提高,但抑制幾丁質(zhì)酶和堿性磷酸酶活性。其次,土壤有機(jī)碳也影響著土壤酶活性的變化,但有機(jī)碳類型不同,影響的程度也不一致。土壤總有機(jī)碳和易氧化碳可以誘導(dǎo)幾丁質(zhì)酶的生成,但降低了糖苷酶、酚氧化酶的活性;而土壤溶解性有機(jī)碳的升高,可誘導(dǎo)亮氨酸氨基肽酶和酚氧化酶活性的提高。土壤溶解性有機(jī)氮?jiǎng)t能提高過(guò)氧化物酶的活性,但對(duì)其它酶活性均無(wú)影響。

        在漓江水陸交錯(cuò)帶,由于水的沖刷引起地表微地形起伏不定,引起了土壤性質(zhì)的空間變異。土壤性質(zhì)的變異,又是影響酶活性的主要因素。因此不同植被類型之間酶活性的差異,不僅與植被類型有關(guān),也與微地形以及土壤性質(zhì)的空間異質(zhì)性有密切關(guān)系。對(duì)不同植被類型影響土壤酶活性的研究,需運(yùn)用土壤控制試驗(yàn)手段,開(kāi)展長(zhǎng)期研究。

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        The activities of soil enzyme under different vegetation types in Li River riparian ecotones

        YANG Wenbin1, GENG Yuqing1,*, WANG Dongmei2

        1CollegeofForestry,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China2SchoolofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China

        “Riparian ecotone” refers to the functional-frontal-zone between an internal water-ecosystem and land-ecosystem, and riparian ecotones-as the sinks, sources or transformers of soil organic matter-contain the interference from the uplands, lowlands and aquatic zone. Riparian ecotones had played a critical role in regulating the conponents of chemical composition between terrestrial and aquatic zones. In addition, they have also had a significant effect on maintaining biodiversity, preventing pollutants from the land ecosystem entering the aquatic zone, and improving water quality or any other aspects. Soil offered essential nutrient substance for the growth of vegetation. The decomposition of organic matter and the transformation of nutrient substances in the soil have not only influenced the growth of vegetation but have also had an indirect effect on the quality of the water. The partial involvement of soil enzymes throughout process of soil organic matter decomposition and synthesis, has influenced all the biochemical reactions of soil, directly or indirectly, and has had a great impact on material circulation within the ecological system. Much debate has focused on the variation in soil enzyme activities with different vegetation types, e.g., farmland, forest land and wetland. Riparian ecotones have diverse vegetation types, complicated by the variation in soil properties aggravated by periodic flooding conditions. However, studies aimed at soil enzyme activity under different vegetation communities in riparian ecotones have been scare. In the riparian ecotones of the Lijiang River, soil water-soluble chemical composition, four types of soil hydrolase(glycosidase, chitinase, leucine aminopeptidase and phosphatase)and two types of oxidoreductase (phenol oxidase and peroxidase) were measured in relation to three vegetation types: mosses, herbs and shrubs. The relationship between the soil properties and enzyme activities was also studied. The results showed:(1) that the activity of soil glycosidase and phenol oxidase under mosses was significantly greater than that under herbaceous and shrubs;(2)that the soil glucosaminidase activity under shrubs was significantly higher than that under mosses and herbs;(3)that the peroxides activity under herbs was significantly higher than that under mosses and shrubs; and that there was no obvious difference in the activity of leucine amino peptidase among the three vegetation types. Among the six enzyme activities examined, soil water content was positively related to the activity of glucosidase and phenol oxidase, and negatively related to the activity of glucosaminidase and alkaline phosphatases. Soil organic carbon and readily oxidizable carbon were negatively associated with glucosidase and phenol oxidase, but positively associated with glucosaminidase. Dissolved organic carbon in soil was positively related to the activity of both glucosidase and phenol oxidase. In short, there were differences between different types of soil enzymes under different vegetation types in riparian ecotones, and soil water content and soil organic carbon significantly influenced the change in soil enzyme activities. In riparian ecotones enriching the plant diversity can accelerate soil ecological processes. The difference in soil enzyme activities under different vegetation communities was not only related to the vegetation types, but also to the micro-topography and spatial heterogeneity of the soil properties in riparian ecotones. Future research on soil enzyme activities under different kinds of vegetation types in the soil of riparian ecotones of the Lijiang River should incorporate long-term control-tests.

        riparian ecotone; soil hydrolase; soil oxidoreductase; soil water content; dissolved organic carbon; dissolved organic nitrogen

        國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAC16B03)

        2014-01-14;

        2014-06-25

        10.5846/stxb201401140107

        *通訊作者Corresponding author.E-mail: gengyuqing@bjfu.edu.cn

        楊文彬, 耿玉清, 王冬梅.漓江水陸交錯(cuò)帶不同植被類型的土壤酶活性.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(14):4604-4612.

        Yang W B, Geng Y Q, Wang D M.The activities of soil enzyme under different vegetation types in Li River riparian ecotones.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4604-4612.

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