張青山 ，歐陽運(yùn)東，肖孔操 ，陳浩 ，李德軍

（1. 中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2. 湖南省邵陽市第二中學(xué)，湖南 邵陽422000；3. 中國(guó)科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站，廣西 環(huán)江547100；4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)最普遍且最重要的一種限制性養(yǎng)分元素，其循環(huán)在很大程度上影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、演替進(jìn)程以及生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候環(huán)境變化的響應(yīng)[1]。硝化和反硝化作用是生態(tài)系統(tǒng)氮素生物地化循環(huán)過程中的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，硝化作用將氨氧化成亞硝態(tài)氮以及硝態(tài)氮，而反硝化作用則是在缺氧條件下將硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮還原成N2O、NO、N2等氣體進(jìn)入大氣，從而直接影響到土壤氮素有效性、硝酸鹽淋失和溫室氣體排放等，一直是國(guó)內(nèi)外土壤、生態(tài)和環(huán)境領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)[2-5]。土壤硝化和反硝化潛勢(shì)是反映土壤硝化與反硝化活性的重要指標(biāo)，受氣候條件、地表植被類型、土壤理化性狀（水分、質(zhì)地、pH、有機(jī)質(zhì)、礦質(zhì)氮含量等）、微生物群落等多重因素的影響[6-8]。因此，研究植被變化對(duì)土壤硝化和反硝化潛勢(shì)的影響對(duì)于深入認(rèn)識(shí)氮生物地球化學(xué)特征、預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)氮營(yíng)養(yǎng)狀況具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

植物是影響土壤硝化和反硝化作用的關(guān)鍵因子之一[9-11]。不同類型植物由于其生理特性、凋落物生物量及化學(xué)組成等各異，導(dǎo)致不同植物群落覆蓋下林下小生境差異，包括土壤理化性狀、微生物組成等，進(jìn)而深刻影響到土壤硝化與反硝化作用潛勢(shì)[12]。然而植被類型變化會(huì)對(duì)土壤硝化與反硝化作用產(chǎn)生何種影響以及通過何種機(jī)制影響，目前報(bào)道不一。如Zhang等[13]在秦嶺地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)不同植被類型之間的土壤反硝化潛勢(shì)存在顯著差異，森林高于草地和農(nóng)田。Sgouridis和Ullah[14]在英國(guó)和康維河流域的研究結(jié)果則表明，草地土壤的反硝化潛勢(shì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于森林。此外還有些研究認(rèn)為，地表植被組成變化并不會(huì)顯著影響土壤硝化與反硝化潛勢(shì)[8,15]。不同研究之間結(jié)果不一致說明土壤硝化與反硝化潛勢(shì)影響因素復(fù)雜，僅憑單一的植被變化難以解釋其差異，需要更深入地結(jié)合區(qū)域背景差異、土地利用歷史、土壤屬性等方面進(jìn)行考慮。

我國(guó)西南喀斯特地區(qū)長(zhǎng)期以來由于該區(qū)人口承載量大、土地利用不合理等原因，石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)直接威脅到下游珠江和長(zhǎng)江流域的水資源和生態(tài)安全[16]?？λ固胤鍏餐莸厥鞘顕?yán)重的地區(qū)，植被恢復(fù)是該區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的關(guān)鍵。近年國(guó)家通過實(shí)施退耕還林（草）、坡耕地整治、生態(tài)扶貧等一系列生態(tài)治理工程，大力恢復(fù)植被，石漠化趨勢(shì)得到了有效遏制?？λ固胤鍏餐莸刂脖换謴?fù)對(duì)土壤理化性狀[17]、養(yǎng)分儲(chǔ)量[18]、微生物群落結(jié)構(gòu)與生物量[19]、酶活性變化[20]等方面都有著顯著的影響，但如何影響土壤硝化和反硝化潛勢(shì)的研究鮮見報(bào)道。為此，本研究采用空間代替時(shí)間的方法，選取桂西北喀斯特峰叢洼地植被恢復(fù)不同階段典型植被群落（草叢、灌叢和次生林）為研究對(duì)象，以長(zhǎng)期耕作旱地土壤為參照，研究不同恢復(fù)階段典型植被群落土壤硝化與反硝化潛勢(shì)并明確其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，旨在為整體評(píng)估喀斯特植被恢復(fù)過程中土壤氮素有效性變化及土壤氮素經(jīng)硝化與反硝化作用流失的潛在風(fēng)險(xiǎn)提供參考依據(jù)，為深入認(rèn)識(shí)喀斯特地區(qū)氮素生物地化循環(huán)特征，推動(dòng)該區(qū)的石漠化綜合治理與生態(tài)恢復(fù)重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

近年來，為有效遏制喀斯特地區(qū)石漠化趨勢(shì)，廣西大力推進(jìn)退耕還林還草、生態(tài)扶貧等一系列工程，大量不宜耕作的旱地被撂荒，進(jìn)行自然封育。研究區(qū)域選擇位于廣西環(huán)江毛南族自治縣西南部（107°54'01"～108°05'51"E，25°07'01"～25°12'22"N）的木論喀斯特國(guó)家自然保護(hù)區(qū)及周邊。隨著退耕年限的不同，區(qū)域內(nèi)形成了草叢、灌叢和次生林相互交錯(cuò)的格局。木論國(guó)家自然保護(hù)區(qū)是世界上喀斯特區(qū)域連片面積最大、保存最完好、原生性最強(qiáng)的喀斯特森林，森林覆蓋率達(dá)94.8%，屬于典型的喀斯特原始森林生態(tài)系統(tǒng)，其典型景觀單元為峰叢洼地。氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，林區(qū)總面積為89.69 km2，年均日照1 451.1 h，7月份月均日照最多，約為190.7 h，2月份最少，約為61.5 h。年均氣溫19.3 ℃，最高溫36 ℃，最低溫-5.0 ℃，≥ 0 ℃年活動(dòng)積溫6 260 ℃，無霜期310 d。年均降水量1 529.2 mm，4—8月為雨季，占全年降水量的73.7%，9月至次年3月為旱季。土壤以石灰土為主。

1.2 樣地設(shè)置與樣品采集

采取空間代替時(shí)間的方法，在木論喀斯特國(guó)家自然保護(hù)區(qū)周邊選取三個(gè)典型植被恢復(fù)階段：草叢、灌叢和次生林作為研究對(duì)象，其中草叢主要優(yōu)勢(shì)物種有五節(jié)芒（Miscanthus fl oridulus(Lab.) Warb.ex Schum. et Laut.）、 白 茅（Imperata cylindrica(L.)Raeusch.）等；灌叢主要優(yōu)勢(shì)物種有黃荊（Vitex negundoL.）、毛桐（Mallotus barbatus(Wall.) Muell. Arg.）等；次生林主要優(yōu)勢(shì)物種有小果厚殼桂（Cryptocarya austrokweichouensisX. H. Song）、伊桐（Itoa orientalisHemsl.）、傘花木（Eurycorymbus cavaleriei(Levl.) Rehd.et Hand.-Mazz.）等。旱地為玉米—紅薯輪作。

采樣時(shí)種植作物為玉米，施肥以廄肥和化肥配施，氮肥形態(tài)主要是尿素或復(fù)合肥，年施用量約為150 kgN/hm2。每個(gè)植被恢復(fù)階段建立3個(gè)10×10 m的樣方，各樣方之間距離> 400 m。

供試土壤于2016年7月采集，根據(jù)隨機(jī)取樣原則，在每個(gè)樣方用土鉆在樣方內(nèi)鉆取0～10 cm內(nèi)土壤，每個(gè)樣方采集5點(diǎn)組合一個(gè)混合樣。樣地土壤濕度在21.6%～27.8%之間。將采集的土壤樣品裝入自封袋置于冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室，用鑷子挑出植物細(xì)根和石礫，過2 mm篩后，一部分保存于4 ℃冰箱，一周內(nèi)測(cè)定土壤硝化潛力和土壤反硝化潛力、土壤無機(jī)氮濃度、微生物生物量等指標(biāo)，另一部分經(jīng)自然風(fēng)干后測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 硝化潛勢(shì) 采用懸液培養(yǎng)法[21]，稱取過10目篩的新鮮土壤10 g置于250 ml三角瓶中，加入100 ml 1.5 mM (NH4+)2SO4溶液，用保鮮膜封住瓶口并扎幾個(gè)小孔以保證透氣，將三角瓶置于搖床上恒溫培養(yǎng)（150 rpm，25 ℃），在培養(yǎng)的第4和16 h，取10 ml懸液離心，上清液過0.45 μm濾膜后，上AA3流動(dòng)分析儀（德國(guó)）測(cè)定硝態(tài)氮（NO3-）濃度。硝化潛勢(shì)根據(jù)兩次取樣的NO3-濃度差值計(jì)算。1.3.2 反硝化潛勢(shì) 采用乙炔抑制法[14]，稱取新鮮土壤5 g于300 ml培養(yǎng)瓶中，加入4 ml 營(yíng)養(yǎng)液（0.1 mM KNO3，1 mM葡萄糖），搖勻，蓋上橡膠塞，用真空泵抽氣1 min后充入高純氮?dú)猓∟2），反復(fù)抽洗三次后，用C2H2置換瓶?jī)?nèi)10% N2，開始計(jì)時(shí)培養(yǎng)，培養(yǎng)30 min和90 min后，用注射器抽取培養(yǎng)瓶頂空氣體20 ml注入預(yù)先抽真空的labco瓶（12 ml）。用氣相色譜儀（安捷倫7890A，美國(guó)）分析N2O濃度。反硝化潛勢(shì)根據(jù)兩次取樣的N2O濃度差值計(jì)算。

1.3.3 其他指標(biāo) 土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；銨態(tài)氮（NH4+）和NO3-采用1 M KCl浸提，AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定；土壤微生物生物量碳和氮（SMBC和SMBN）采用氯仿熏蒸提取法；土壤pH用pH計(jì)測(cè)定（土水比1∶2.5）；有機(jī)碳（SOC）采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法（油?。y(cè)定；全氮（TN）采用半微量開氏法—流動(dòng)注射儀法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用Excel和SPSS 16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖、計(jì)算和相關(guān)分析。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）對(duì)不同植被恢復(fù)階段土壤硝化和反硝化潛勢(shì)與理性性質(zhì)變化進(jìn)行差異檢驗(yàn)（LSD，P＜ 0.05）。采用線性回歸分析土壤理化性質(zhì)與硝化和反硝化潛勢(shì)的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被恢復(fù)階段土壤硝化和反硝化潛勢(shì)

喀斯特峰叢洼地次生林土壤的硝化潛勢(shì)最高，均值達(dá)到49.08 mgN/(kg.d)，其次是旱地土壤，達(dá)27.28 mgN/(kg.d)，灌叢和草叢土壤的硝化潛勢(shì)最低，均值分別為23.2和18.78 mgN/(kg.d)（圖1）。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，次生林土壤硝化潛勢(shì)顯著高于灌叢、草叢和旱地土壤（P＜0.05），灌叢、草叢和旱地土壤之間的硝化潛勢(shì)并無顯著性差異。

圖1 不同植被恢復(fù)階段土壤硝化與反硝化潛勢(shì)Fig. 1 Nitrif i cation and denitrif i cation potential at different stages of vegetation restoration in a karst area

喀斯特峰叢洼地次生林土壤的反硝化潛勢(shì)最高，均值達(dá)到15.43 mgN/(kg.d)，旱地與之接近，均值達(dá)到14.56 mgN/(kg.d)，草叢和灌叢土壤的反硝化潛勢(shì)較低，均值分別只有6.51和4.09 mgN/(kg.d)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，次生林和旱地土壤的反硝化潛勢(shì)要顯著高于草叢和灌叢土壤（P＜0.05），次生林和旱地、草叢和灌叢兩兩之間的土壤反硝化潛勢(shì)差異則不顯著。上述結(jié)果表明，當(dāng)植被恢復(fù)到森林階段，土壤硝化與反硝化潛勢(shì)均有顯著提高，土壤氮素通過這兩個(gè)途徑損失的風(fēng)險(xiǎn)也越來越高。

2.2 不同植被恢復(fù)階段土壤理化性質(zhì)

在植被恢復(fù)的不同階段，土壤理化性質(zhì)也有顯著差異（表1）。本研究中，旱地土壤有機(jī)碳和全氮含量較高，分別達(dá)到38.75 g/kg和4.25 g/kg，這可能是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民長(zhǎng)期施用廄肥和尿素所致。旱地退耕后，在草叢和灌叢階段，土壤有機(jī)碳和全氮相比耕作旱地，有顯著降低，而到了次生林階段，土壤中的有機(jī)碳和全氮又有顯著回升，含量分別達(dá)到43.59 g/kg和4.16 g/kg，這表明旱地退耕后短期內(nèi)，由于人工肥料投入缺失，土壤有機(jī)碳和氮含量降低明顯，而當(dāng)植被恢復(fù)到森林階段，由于凋落物輸入增多，土壤有機(jī)碳和氮累積逐漸回升。

不同植被恢復(fù)階段土壤無機(jī)氮含量及形態(tài)組成也有明顯差異，如次生林土壤無機(jī)氮濃度最高，且形態(tài)以NO3-為主，達(dá)到32.73 mg/kg，而草叢土壤的無機(jī)氮形態(tài)則以NH4+占優(yōu)。微生物生物量碳（SMBC）和微生物生物量氮（SMBN）變化規(guī)律表現(xiàn)一致，即草叢＜灌叢＜次生林，表明土壤的生物活性隨著植被的恢復(fù)而逐漸增強(qiáng)，這可能與土壤有機(jī)碳和氮增加，微生物可利用的能源和底物增多有關(guān)。此外，在植被恢復(fù)的不同階段，土壤容重和pH未發(fā)生顯著變化。

表1 不同植被恢復(fù)階段土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Soil physical-chemical properties at different stages of vegetation restoration

2.3 土壤理化性質(zhì)與硝化和反硝化潛勢(shì)相關(guān)性分析

土壤硝化潛勢(shì)與SOC、 硝態(tài)氮含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與C:N、SMBN呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），與TN、pH、SMBC、銨態(tài)氮含量相關(guān)不顯著（表2）。土壤反硝化潛勢(shì)與SOC、TN、SMBC、SMBN、硝態(tài)氮含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與pH呈顯著正相關(guān)，與銨態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與C:N相關(guān)不明顯。所有因子中，只有SOC和硝態(tài)氮含量與硝化和反硝化潛勢(shì)都呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，SMBN與硝化和反硝化潛勢(shì)分別呈顯著和極顯著關(guān)系，說明這三個(gè)因子是影響土壤硝化與反硝化潛勢(shì)的關(guān)鍵共性因子。

表2 土壤硝化-反硝化潛勢(shì)與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系Table 2 Relationship between nitrif i cation potential and denitrif i cation potential and soil physiochemical properties

3 討論

3.1 植被類型對(duì)土壤硝化與反硝化潛勢(shì)的影響

本研究結(jié)果表明，喀斯特峰叢洼地不同植被恢復(fù)階段土壤硝化潛勢(shì)平均在18.78～49.08 mgN/(kg.d)之間，整體上遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)其他非喀斯特地區(qū)同類型生態(tài)系統(tǒng)的平均水平，如郭志英和賈仲君[11]對(duì)我國(guó)典型生態(tài)系統(tǒng)土壤硝化潛勢(shì)進(jìn)行整合分析后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)農(nóng)田、草地、森林生態(tài)系統(tǒng)土壤硝化潛勢(shì)均值分別為4.97、7.41和1.06 mgN/(kg.d)。這除了因?yàn)槲髂系貐^(qū)水熱狀況較好外，還可能與喀斯特地區(qū)的地質(zhì)背景有關(guān)，即喀斯特地區(qū)分布大量的石灰?guī)r和白云巖，地區(qū)土壤以石灰性土壤為主，土壤pH值集中在6～8之間（表1），適于硝化作用發(fā)生[6]，導(dǎo)致土壤硝化潛勢(shì)整體上處于非常高的水平。本研究中，草叢和灌叢土壤硝化潛勢(shì)與旱地相比沒有顯著差異，而顯著低于次生林土壤。這與Carney等[22]報(bào)道哥斯達(dá)黎加森林土壤平均硝化潛勢(shì)（32.64 mgN/(kg.d)）顯著高于草地（4.56 mgN/(kg.d)）的趨勢(shì)一致。與楊莉琳等[23]報(bào)道則不同，其發(fā)現(xiàn)西藏高原森林和草地之間土壤硝化潛勢(shì)并無顯著差異，但顯著低于農(nóng)田土壤，并認(rèn)為產(chǎn)生這種差異的原因與土壤中的氨氧化細(xì)菌（AOB）菌群數(shù)量、多樣性及均勻度變化有關(guān)?？λ固胤鍏餐莸夭莸赝寥老趸瘽搫?shì)低于森林土壤的原因與其土壤有機(jī)碳含量低、微生物能源不足；微生物生物量總量少，微生物自身氮素供應(yīng)不足（SMBN濃度低）等有關(guān)（表1）。此外，草本植物根系釋放某種化感物質(zhì)抑制了硝化微生物生長(zhǎng)繁殖（biological nitrif i cation inhibition）可能也是草地土壤硝化潛勢(shì)低的重要原因[24]。

喀斯特峰叢洼地不同植被群落下土壤反硝化潛勢(shì)平均在4.09～15.43 mgN/(kg.d)之間，整體上與報(bào)道的長(zhǎng)白山森林土壤反硝化潛勢(shì)水平相近（4.8～14.64 mgN/(kg.d)）[25]。同時(shí)喀斯特峰叢洼地次生林土壤反硝化潛勢(shì)要顯著高于草叢和灌叢土壤，這一趨勢(shì)與Zhang等[13]在秦嶺地區(qū)的發(fā)現(xiàn)類似，但與Sgouridis和Ullah[14]在英國(guó)和康維河流域的發(fā)現(xiàn)相反。此外，孫盼盼[26]在我國(guó)東北樣帶的研究也發(fā)現(xiàn)草地土壤反硝化潛勢(shì)顯著大于森林土壤（25.68 vs 6.48 mgN/(kg.d)）。由此可見，不同區(qū)域條件下植被類型對(duì)土壤反硝化潛勢(shì)呈現(xiàn)截然相反的結(jié)果，但造成此種差異的原因目前尚不清楚，仍有待進(jìn)一步深入探討。

3.2 土壤硝化與反硝化潛勢(shì)的關(guān)鍵影響因素

土壤硝化與反硝化潛勢(shì)影響因素眾多，包括土壤水分、溫度、pH、有機(jī)質(zhì)含量、礦質(zhì)氮含量及形態(tài)、通氣狀況等，對(duì)于不同氣候區(qū)、不同生態(tài)系統(tǒng)乃至不同類型土壤而言，其硝化與反硝化潛勢(shì)的關(guān)鍵影響因素往往也會(huì)有所不同。如郭雷等[27]研究發(fā)現(xiàn)建三江地區(qū)不同利用類型土壤的反硝化潛勢(shì)受有機(jī)質(zhì)含量影響最大。丁洪等[28]對(duì)比研究了華北平原不同類型土壤之間的硝化與反硝化活性，結(jié)果表明土壤的硝化與反硝化作用主要與土壤質(zhì)地和pH有關(guān)。郭志英和賈仲君[11]通過整合分析發(fā)現(xiàn)，我國(guó)農(nóng)田土壤硝化潛勢(shì)與pH、硝態(tài)氮含量呈極顯著的正相關(guān)，與有機(jī)碳呈極顯著負(fù)相關(guān)，與全氮、碳氮比相關(guān)不明顯；而森林土壤硝化潛勢(shì)與有機(jī)碳、碳氮比呈極顯著正相關(guān)，與pH、TN、硝態(tài)氮含量相關(guān)不顯著。

本研究中，喀斯特峰叢洼地土壤硝化潛勢(shì)與SOC、初始硝態(tài)氮含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與SMBN、土壤碳氮比呈顯著性相關(guān)（P＜0.05），而與TN、pH、SMBC、NH4+含量相關(guān)不顯著（表2）。土壤pH被認(rèn)為是影響土壤硝化作用最為關(guān)鍵的因素之一，土壤硝化速率與土壤pH在一定范圍內(nèi)呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，在酸性土壤環(huán)境中，硝化作用受到抑制甚至缺失[29]。然而本研究中并未發(fā)現(xiàn)土壤硝化潛力與pH存在顯著性相關(guān)關(guān)系，這可能與本研究中樣品土壤的pH變化范圍較窄有關(guān)。同時(shí)也說明喀斯特地區(qū)受母質(zhì)影響，土壤呈弱酸至弱堿，土壤富鈣鎂使得土壤緩沖能力強(qiáng)，pH不是喀斯特地區(qū)土壤硝化潛勢(shì)強(qiáng)弱的限制因素。此外土壤硝化潛勢(shì)與TN相關(guān)性也不明顯，這與鮑俊丹等[29]研究結(jié)果一致，而與SMBN呈顯著相關(guān)，說明在喀斯特峰叢洼地土壤硝化潛勢(shì)更多地是受微生物本身氮狀況影響，而非TN。

土壤微生物作為土壤生化過程的驅(qū)動(dòng)者，其生物量、群落結(jié)構(gòu)、活性等特性直接影響到土壤硝化與反硝化潛勢(shì)。本研究中，土壤微生物生物量整體隨著植被的正向演替(草叢—灌叢—次生林)而逐漸增加，說明喀斯特峰叢洼地植被恢復(fù)促進(jìn)了土壤生物活性提高，從而有利于生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)。這一方面是由于植被不斷通過凋落物和根系有機(jī)碳輸入土壤為微生物生長(zhǎng)提供了充足的碳源和能源，另一方面，植被恢復(fù)極大地提高了水土保持能力，為微生物生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了良好生境。本研究發(fā)現(xiàn)土壤反硝化勢(shì)與SMBC、SMBN都呈極顯著相關(guān)（表2），說明微生物生物量在土壤反硝化潛勢(shì)變化中起著重要的作用。而彭艷等[30]對(duì)貴陽次生林不同演替階段土壤反硝化活性與土壤微生物量進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)兩者之間相關(guān)性不顯著。硝化潛勢(shì)與SMBC無顯著相關(guān)性，但與SMBN顯著相關(guān)，這也說明喀斯特峰叢洼地土壤硝化潛勢(shì)更多的是由微生物氮狀況決定，而不單單是微生物生物量。丁洪等[28]也發(fā)現(xiàn)土壤硝化—反硝化活性與硝化和反硝化菌數(shù)量并無明顯相關(guān)性。土壤微生物特性同土壤硝化與反硝化潛勢(shì)相關(guān)性不一致還可能是由于植被對(duì)不同微生物生理類型的差異化影響所致，如邢肖毅等[31]在黃土高原研究發(fā)現(xiàn)，植被恢復(fù)對(duì)不同生理類型微生物的影響不同，對(duì)氨化細(xì)菌的影響最大，其次是反硝化細(xì)菌，亞硝化細(xì)菌最小。

本研究結(jié)果還表明土壤反硝化潛勢(shì)與pH也呈顯著相關(guān)（P＜0.05），表明土壤pH是影響土壤反硝化潛勢(shì)的重要因素，這與Zhang等[13]、孫盼盼[26]等的觀點(diǎn)一致。但也有研究發(fā)現(xiàn)pH對(duì)土壤反硝化潛勢(shì)影響不大[9]。硝態(tài)氮是影響土壤反硝化潛勢(shì)的一個(gè)關(guān)鍵因素，因其一方面是反硝化作用的底物，同時(shí)也是反硝化細(xì)菌進(jìn)行厭氧呼吸的電子受體。通常硝態(tài)氮濃度越高，反硝化細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖越快，反硝化潛勢(shì)也越大[32]。本研究中，初始硝態(tài)氮含量與土壤硝化—反硝化潛勢(shì)均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（表2，P＜0.01），這是因?yàn)椋环矫鍺O3-是硝化作用的產(chǎn)物，土壤NO3-積累越多，直接反映土壤硝化作用越強(qiáng)烈，另一方面，硝態(tài)氮作為反硝化細(xì)菌的反應(yīng)底物，其含量高低在很大程度上決定了反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)與繁殖速率，進(jìn)而決定了反硝化作用的強(qiáng)弱。這表明土壤初始硝態(tài)氮含量可以作為土壤硝化和反硝化潛勢(shì)的重要表征參數(shù)，與牟曉杰等[9]觀點(diǎn)一致。彭艷等[30]則報(bào)道貴陽次生林不同演替階段土壤反硝化活性與土壤硝態(tài)氮含量無此相關(guān)性。

綜上所述，植被對(duì)土壤硝化與反硝化潛勢(shì)的影響多樣且內(nèi)在機(jī)制復(fù)雜。喀斯特峰叢洼地植被恢復(fù)對(duì)土壤硝化與反硝化潛勢(shì)有顯著影響，這與植被恢復(fù)過程中土壤SOC累積、微生物活性增加強(qiáng)烈相關(guān)。在植被恢復(fù)后期，土壤硝化與反硝化潛勢(shì)顯著提高，說明土壤氮素經(jīng)硝化與反硝化作用流失的風(fēng)險(xiǎn)也大大增強(qiáng)。我們前期的研究發(fā)現(xiàn)木論自然保護(hù)區(qū)周邊溪水與巖溶水中的NO3-濃度較高，達(dá)413～2 187 μgN/L，也充分支持淋失風(fēng)險(xiǎn)加大這一觀點(diǎn)[33]。因此，未來有必要重點(diǎn)關(guān)注喀斯特峰叢洼地植被恢復(fù)后期土壤氮素流失風(fēng)險(xiǎn)及其可能帶來的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，以鞏固喀斯特石漠化治理成果，維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全。

4 結(jié)論

研究表明，喀斯特峰叢洼地植被恢復(fù)對(duì)土壤硝化與反硝化潛勢(shì)有顯著影響，總體來說，植被恢復(fù)后期（森林）土壤硝化與反硝化潛勢(shì)要顯著高于早初期（草—灌叢）。土壤SOC、硝態(tài)氮含量和微生物生物量氮是影響土壤硝化與反硝化潛勢(shì)的關(guān)鍵共性因子。

隨著喀斯特峰叢洼地植被逐漸恢復(fù)，土壤硝化與反硝化潛勢(shì)逐漸增加，土壤氮素通過硝化與反硝化作用流失的風(fēng)險(xiǎn)也顯著增加。因此有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)喀斯特植被恢復(fù)后生態(tài)系統(tǒng)氮素去向及其環(huán)境效應(yīng)方面的研究，為鞏固喀斯特石漠化治理成果、保障喀斯特區(qū)域生態(tài)安全提供科學(xué)依據(jù)。

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