全 文 ：喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式土壤肥力特征*
刘摇 艳1,2,3,4 摇 宋同清2,3 摇 蔡德所1 摇 曾馥平2,3**摇 彭晚霞2 摇 杜摇 虎2
( 1广西大学土木建筑工程学院, 南宁 530004; 2中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙
410125; 3中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站, 广西环江 547100; 4广西水土保持监测总站, 南宁 530023)
摘摇 要摇 基于网格法(5 m伊5 m)采样,研究了喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式(火烧、刈
割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草)下表层(0 ~ 20 cm)土壤肥力特征,利用主成分分析
影响土壤肥力的主要因子,典范相关分析探讨土壤养分和土壤微生物的耦合关系.结果表明:
研究区 6 种土地利用方式土壤呈微碱性,pH 7. 83 ~ 7. 98,不同土地利用方式土壤养分含量不
同,分别为有机碳 76. 78 ~ 116. 05 g·kg-1、全氮 4. 29 ~ 6. 23 g·kg-1、全磷 1. 15 ~ 1. 47
g·kg-1、全钾 3. 59 ~ 6. 05 g·kg-1、碱解氮 331. 49 ~ 505. 49 mg·kg-1、有效磷 3. 92 ~ 10. 91
mg·kg-1、有效钾 136. 28 ~ 198. 10 mg·kg-1,除 pH呈弱变异外,其他指标均呈中等至强度变
异.不同土地利用方式对土壤肥力的影响不同,有机碳、全氮、全磷、碱解氮等主要养分受影响
最大,沿封育、火烧、刈割、刈割除根、种植牧草、种植玉米的人为干扰增加梯度而减少;其次是
土壤微生物,尤其是放线菌;典范相关分析表明,火烧迹地的全磷与土壤微生物生物量磷,全
钾与土壤微生物生物量碳,全氮与放线菌的相互影响最大,刈割、刈割除根、封育、种植玉米、
种植牧草土壤全氮与土壤微生物生物量碳,速效磷与土壤微生物生物量氮,pH 与土壤微生物
生物量碳、真菌,全氮、全钾与土壤微生物生物量磷,pH与真菌、放线菌相互之间的影响最大.
土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤肥力特征.在喀斯特地区进行生态恢复与重
建时,应采取合理的土地利用方式,提高喀斯特退化生态系统的土壤质量.
关键词摇 土壤肥力摇 主成分摇 土地利用方式摇 喀斯特
*中国科学院“西部行动冶计划项目(KZCX2XB310)、中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050205,XDA05070404)、国家科技支撑计划项目
(2011BAC09B02)、国家自然科学基金项目(31370845,31370623,U1033004,31100329)、广西科技项目(桂科合 1346011、桂科攻 1355007)和广
西特聘专家项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: fpzeng@ isa. ac. cn
2013鄄09鄄13 收稿,2014鄄03鄄28 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)06-1561-08摇 中图分类号摇 S158摇 文献标识码摇 A
Soil fertility characteristics under different land use patterns in depressions between karst
hills. LIU Yan1,2,3,4, SONG Tong鄄qing2,3, CAI De鄄suo1, ZENG Fu鄄ping2,3, PENG Wan鄄xia2, DU
Hu2 ( 1College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China;
2Key Laboratory of Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agricul鄄
ture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China; 3Huanjiang Observation and Research
Station for Karst Ecosystems, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang 547100, Guangxi, China;
4Guangxi Soil and Water Conservation Monitoring Station, Nanning 530023, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. , 2014, 25(6): 1561-1568.
Abstract: Soil samples were collected from the depressions between karst hills by grid sampling
method (5 m 伊 5 m), soil pH, soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), total phosphorus
(TP), total potassium (TK), available nitrogen (AN), available phosphorus (AP), and available
potassium (AK) in surface layer (0-20 cm) under different land use patterns (burning, cutting,
cutting plus root removal, enclosure, maize plantation, and pasture plantation) were measured, the
main factors of influencing the soil fertility was identified by principal component analysis (PCA),
and the relationships between soil nutrients and microorganisms were demonstrated by canonical cor鄄
relation analysis (CCA). The results showed that the soil was slightly alkaline (pH 7. 83-7. 98),
and the soil fertility differed under the different land use patterns, with 76. 78-116. 05 g·kg-1 of
SOC, 4. 29-6. 23 g·kg-1 of TN, 1. 15 - 1. 47 g·kg-1 of TP, 3. 59 - 6. 05 g·kg-1 of TK,
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 6 月摇 第 25 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2014, 25(6): 1561-1568
331. 49-505. 49 mg·kg-1 of AN), 3. 92-10. 91 mg·kg-1 of AP, and 136. 28-198. 10 mg·kg-1
of AK. These soil indexes except pH showed moderate or strong variation. Different land use pat鄄
terns had various impacts on soil fertility: Soil nutrients such as SOC, TN, TP, and AN were most
significantly influenced by land use patterns in the depressions between karst hills; Followed by soil
microorganisms, especially soil actinomycetes, and the effect decreased with the increasing gradient
of human disturbance from enclosure, burning, cutting, cutting plus root removal, pasture planta鄄
tion, and maize plantation. CCA elucidated that considerable interactions existed in soil TP with
MBP (microbial biomass phosphorus), TK with MBC (microbial biomass carbon), TN with actino鄄
mycetes in the burned area, while TN and MBC in the cutting treatment, AP and MBN (microbial
biomass nitrogen) in the treatment of cutting plus root removal, pH with MBC and fungus in the en鄄
closure treatment, TN and TK with MBP in the maize plantation, pH with fungi and actinomycetes
in the pasture plantation. Land use patterns changed the soil fertility in the depressions between
karst hills; therefore, in the ecological restoration and reconstruction of karst region with fragmented
landforms and shallow soil, rational land use patterns should be adopted to improve the soil quality
of degraded ecosystems.
Key words: soil fertility; principal component; land use pattern; karst.
摇 摇 土壤养分是自然因子和人为因子共同作用的结
果,是土壤最重要的生态功能之一,其含量是衡量土
壤肥沃程度的量化指标,是植物生长发育的基
础[1-2] .土地利用是自然条件和人为活动的综合反
映,土壤养分与土地利用方式具有密切关系,土地利
用和管理水平在很大程度上影响土壤质量变化程
度,土地利用方式可以影响植物凋落物和残余量,影
响土壤微生物活动,破坏土壤团聚体结构,从而导致
土壤养分的变化[3-6] . 合理的土地利用方式可以改
善土壤结构,增强土壤抵抗外界干扰的能力,而不合
理的土地利用方式则会导致土壤侵蚀加剧,土壤质
量下降和退化[7] . 即使在同一坡面上,不同的土地
利用方式也会导致土壤养分具有高度的异质
性[8-9] .
喀斯特区域景观异质性强,二元结构明显,土壤
瘠薄且不连续,水土流失严重,具有明显的脆弱性和
易损性,破坏容易恢复难,在喀斯特生态脆弱地区,
土壤肥力变化特征直接影响到该地区土壤生产力的
高低及生态恢复的途径和方向[10-13] .在人地矛盾异
常尖锐的背景下,选择合理的土地利用方式是该区
域生态保护、恢复与重建的重要举措.本文选择喀斯
特峰丛洼地火烧、刈割、刈割除根、封育、顺坡种植玉
米、顺坡种植牧草 6 种最典型的土地利用方式,运用
各种统计学方法分析了不同土地利用方式下土壤养
分特征,探讨了不同土地利用方式对土壤肥力的影
响,揭示土壤主要养分与土壤微生物的耦合关系,以
期为该地区乃至整个西南喀斯特土地资源的合理利
用、生态恢复与重建提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于广西壮族自治区环江毛南族自治县
中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站,地理
位置为 24毅43忆—24毅44忆 N,108毅18忆—108毅19忆 E,地势
四周高、中间低,为典型的喀斯特峰丛洼地景观单
元.海拔为 288. 5 ~ 337. 8 m,地形破碎,坡度较陡,
逸20毅的坡面占 57% .洼地、坡地平均基岩裸露率分
别为 15%和 30% ,相应的土层深度分别为 20 ~ 160
cm和 10 ~ 50 cm.土壤由白云岩发育而成的深色或
棕色石灰土,地表多覆盖碎石(粒径>2 mm),表土
碎石体积含量在 10% ~40% [14];土壤质地为粘壤土
和粘土,粉粒、粘粒质量分数分别为 25% ~ 50%和
30% ~ 60% ;土壤有机质质量分数为 2郾 2% ~
10郾 1% ,土壤 pH 值为中性至微碱性.研究区属中亚
热带季风气候,全年无霜期 300 ~ 330 d,年均气温
19. 9 益,极端高温 38. 7 益,极端低温-5. 2 益,年平
均辐射总量 414. 1 kJ·cm-2,逸10 益积温 5500 ~
6530 益,年均降雨量 1389. 1 mm,降水丰富但季节
分布不均,雨季降雨量占全年降雨量的 70% 以
上[14] .
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 样方设置与土壤取样摇 鉴于当地居民对坡面
的中下部利用率较高,2006 年底在试验区一面东南
向山坡中下部建立了 6 个 20 m伊70 m 的监测样地.
样地建立前,坡面土壤和植被较为均一,经过试验处
理形成了火烧、刈割、刈割除根、封育、种植玉米和种
植牧草(桂牧 1 号)6 种常见土地利用方式.玉米品
2651 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
种为瑞单 8 号. 在玉米整个生育期内,氮(N)、磷
(P2O5)、钾(K2O)施用量分别为 160 kg·hm-2、90
kg·hm-2和 90 kg·hm-2,其中 100%的磷肥、70%的
氮肥和钾肥作基肥,30%的氮肥和钾肥作追肥;牧草
选取桂牧 1 号杂交象草(Pennisetum purpureum cv.
Guimu鄄1,以下简称桂牧 1 号).每年于牧草返青后撒
施 N 颐 P2O5 颐 K2O = 15 颐 15 颐 15 的复合肥 300
kg·hm-2,氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)施用量均为
100 kg·hm-2,每年刈割 4 ~ 5 次,刈割后带出试验
区. 每次刈割后施用氮 ( N) 和钾 ( K2O) 各 50
kg·hm-2、磷(P2O5)15 kg·hm-2 . 具体设计及处理
见表 1. 2009 年 10 月,用插值法将动态监测样地划
分为 5 m伊5 m 的网格,土壤采样时以网格点为中
心,在中心 2 m周围采取 5 个样本(每个样本取 0 ~
20 cm的表层土壤),混合后代表该样点土样[15] .将
土样分成两部分,一部分带回实验室风干、过筛,用
于土壤养分性状测定,另一部分带回实验室置于 4
益恒温冰箱中,用于土壤微生物性状测定.
1郾 2郾 2 土壤指标分析 摇 土壤常规分析参考鲍士
旦[16]的方法:土壤 pH 的测定采用电极电位法,有
机碳(SOC)的测定采用重铬酸钾氧化鄄外加热法,全
氮(TN)的测定采用半微量开氏法(流动注射仪测
定),全磷(TP)的测定采用 NaOH熔融鄄钼锑抗显色鄄
紫外分光光度法,全钾(TK)的测定采用 NaOH 熔
融鄄原子吸收法,碱解氮(AN)的测定采用扩散法,速
效磷(AP)的测定采用 0. 5 mol·L–1NaHCO3提取鄄
钼锑抗显色鄄紫外分光光度法,速效钾(AK)的测定
采用 NH4Ac浸提鄄原子吸收法.
土壤微生物特性测定参考吴金水等[17]的方法:
土壤微生物生物量碳(MBC)的测定采用氯仿熏蒸鄄
K2SO4浸提法,土壤微生物生物量氮(MBN)的测定
采用氯仿熏蒸鄄K2SO4提取鄄流动注射氮分析仪法,土
壤微生物生物量磷(MBP)的测定采用氯仿熏蒸鄄
NaHCO3提取鄄Pi测定鄄外加 Pi校正法,细菌、真菌、放
线菌数量的测定均采用稀释平板测数法.
1郾 3摇 数据处理
采用描述性统计对土壤养分数据进行分析,利
用因子分析将多个土壤性状指标分解为少数几个独
立的主成分,将土壤养分因子和土壤微生物因子进
行典范相关分析[18-19] .所有分析均在 SPSS 16. 0 软
件中完成.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同土地利用方式下土壤养分描述性统计
由表 2 可知,白云岩发育的石灰土呈微碱性,
pH值 7. 83 ~ 7. 98,土壤有机碳和其他元素含量均
很高,有机碳 109. 02 ~ 158. 62 g·kg-1,全氮 4郾 29 ~
6. 90 g·kg-1,全磷 1. 15 ~ 1. 47 g·kg-1,全钾 3. 59 ~
6. 05 g·kg-1,碱解氮 331. 49 ~505郾 49 mg·kg-1,速效
磷 3. 92 ~ 10. 91 mg·kg-1,速效钾 136. 28 ~ 198. 10
mg·kg-1 .除 pH呈弱变异(0. 8% ~ 3郾 8% )外,有机
碳、全氮、全磷、碱解氮均呈中等变异 ( 10% ~
30% ),全钾、速效磷和速效钾的变异较大,其中火
烧、封育和种植牧草的全钾,刈割除根、种植玉米和
种植牧草的速效磷,种植牧草的速效钾呈强度变异,
其他指标均呈中等变异,种植牧草因人为干扰强烈,
各指标的变异均很大.除 pH 值、火烧和种植牧草的
有机碳、刈割的全磷、封育的全钾、火烧和刈割除根
表 1摇 不同土地利用方式坡面样地基本情况
Table 1摇 General status of the studied slope under different land use patterns
利用方式
Land use pattern
坡形
Slope
shape
平均坡度
Mean slope
angle (毅)
处理方式
Treatment
土壤扰动情况
Soil disturbance
火烧
Burning
S 33. 7 每年一月火烧一次 Burning in each January 小
Slight
刈割
Cutting
S 34. 5 每年一月砍伐、搬移,不去除植物根系 Cutting scrub
and grass, and moving out of plot in each January
小
Slight
刈割除根
Cutting plus with root removal
S 33. 5 每年一月砍伐、搬移,去除植物根系 Cutting scrub
and grass, and removing root in each January
大
Heavy
封育
Enclosure
S 33. 0 保留原始植被,作为对照 Control plot with original
vegetation
无
No
种植玉米
Maize plantation
M 26. 4 坡中下部去除原始植被,挖根,顺坡种植玉米 Plant鄄
ing maize on mid鄄below slope after removal of vegeta鄄
tion and root
大
Heavy
种植牧草
Pasture plantation
M 24. 4 去除原始植被,挖根,种植牧草(桂牧 1 号) Planting
pasture of Pennisetum purpureum cv. Guimu鄄1 after re鄄
moval of vegetation and root
大
Heavy
S: 直形 Straight; M: 微凹形 Micro鄄concave.
36516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 艳等: 喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式土壤肥力特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 不同土地利用方式土壤肥力描述性特征
Table 2摇 Descriptive statistics of soil fertility under different land use patterns
指标
Index
类型
Type
最小值
Min.
最大值
Max.
均值
Mean
变异系数
CV (% )
偏度
Skewness
峰度
Kurtosis
pH 玉 7. 55 8. 04 7. 89bc 1. 4 -1. 17 1. 64
域 7. 46 8. 24 7. 93ab 1. 6 -0. 45 2. 63
芋 7. 80 8. 13 7. 98a 0. 8 -0. 20 -0. 13
郁 7. 47 8. 10 7. 89bc 1. 6 -1. 14 1. 81
吁 6. 68 8. 26 7. 87bc 3. 8 -2. 18 5. 41
遇 7. 34 8. 11 7. 83c 2. 1 -0. 58 -0. 07
有机碳 玉 73. 25 143. 81 115. 78a 12. 9 -0. 37 0. 26
Soil organic carbon 域 81. 63 158. 62 115. 56a 16. 4 0. 45 -0. 44
(SOC, g·kg-1) 芋 79. 55 129. 79 98. 29b 11. 8 0. 58 -0. 06
郁 82. 44 149. 97 116. 05a 12. 6 0. 18 -0. 04
吁 55. 74 109. 02 76. 78c 14. 1 0. 70 1. 21
遇 62. 29 127. 72 95. 05b 14. 5 -0. 01 0. 10
全氮 玉 4. 35 8. 05 6. 23b 13. 8 0. 07 -0. 39
Total nitrogen 域 3. 83 8. 53 5. 99b 18. 2 0. 48 -0. 46
(TN, g·kg-1) 芋 4. 00 6. 93 5. 40c 11. 9 0. 56 0. 13
郁 4. 90 9. 59 6. 95a 13. 0 0. 72 0. 81
吁 3. 22 6. 03 4. 29d 13. 1 0. 37 0. 48
遇 3. 50 6. 74 5. 24c 12. 8 0. 02 0. 05
全磷 玉 0. 89 1. 85 1. 36b 16. 7 0. 19 -0. 76
Total phosphorus 域 0. 80 1. 56 1. 24c 14. 9 -0. 04 -0. 70
(TP, g·kg-1) 芋 0. 85 2. 09 1. 38b 20. 2 0. 61 0. 11
郁 1. 06 2. 18 1. 47a 20. 6 0. 77 -0. 21
吁 0. 76 1. 58 1. 15ce 14. 2 0. 23 0. 20
遇 0. 88 1. 68 1. 23cd 16. 7 0. 48 -0. 81
全钾 玉 1. 51 8. 81 4. 75b 33. 2 0. 56 0. 21
Total potassium 域 1. 54 5. 73 3. 59c 25. 0 0. 09 0. 08
(TK, g·kg-1) 芋 2. 95 7. 18 4. 94b 15. 6 0. 30 0. 62
郁 1. 50 7. 83 5. 01b 30. 7 -0. 13 -0. 57
吁 3. 34 9. 31 6. 05a 29. 1 0. 10 -1. 28
遇 2. 11 9. 39 5. 11b 31. 7 0. 54 0. 01
碱解氮 玉 333. 70 656. 88 505. 49a 13. 2 0. 46 0. 09
Available nitrogen 域 271. 64 501. 10 365. 87d 14. 0 0. 95 0. 48
(AN, mg·kg-1) 芋 285. 19 527. 19 401. 88c 13. 8 0. 20 -0. 22
郁 377. 67 669. 46 480. 65b 14. 2 0. 68 -0. 10
吁 226. 57 499. 29 331. 49e 16. 3 0. 26 0. 52
遇 305. 89 506. 08 383. 79cd 9. 9 1. 11 2. 07
速效磷 玉 4. 60 12. 71 8. 04b 22. 3 0. 42 0. 08
Available phosphorus 域 2. 32 6. 03 3. 92d 21. 6 0. 31 -0. 46
(AP, mg·kg-1) 芋 3. 02 11. 70 7. 03c 34. 7 0. 39 -1. 15
郁 4. 56 13. 95 7. 79bc 25. 3 0. 89 0. 56
吁 4. 49 20. 23 10. 91a 33. 2 0. 52 0. 29
遇 1. 72 16. 02 6. 96c 50. 7 0. 56 -0. 09
速效钾 玉 128. 80 224. 06 182. 97b 12. 5 -0. 18 -0. 76
Available potassium 域 105. 44 236. 43 148. 90cd 18. 1 0. 68 0. 81
(AK, mg·kg-1) 芋 94. 04 178. 00 136. 28d 13. 6 -0. 19 -0. 47
郁 88. 24 383. 82 198. 10a 24. 2 0. 56 3. 89
吁 88. 70 197. 07 136. 83d 15. 6 0. 52 0. 52
遇 91. 37 328. 65 159. 20c 36. 2 1. 68 1. 83
玉: 火烧 Burning; 域: 刈割 Cutting; 芋: 刈割除根 Cutting plus root removal; 郁: 封育 Enclosure; 吁: 种植玉米 Maize plantation; 遇: 种植牧草
Pasture plantation. 下同 The same below. 同列数据后不同小写字母分别表示差异达到显著水平(P<0. 05) Different lowercase letters within the
same column indicated significant difference at 0. 05 level.
4651 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
的速效钾偏态数小于零,呈负偏态分布外,其他指标
均呈正偏态分布,其中种植玉米的 pH 值偏度最大,
种植牧草的有机碳偏度最小;除种植玉米的 pH 值
峰值系数大于 3,样品数据为高峡峰外,其余均低于
3,为低阔峰.不同土地利用方式对 pH、有机碳和各
营养元素含量的影响不同,其大小顺序分别为:pH:
刈割除根>刈割>封育、火烧>玉米>种植牧草;有机
碳:封育>火烧>刈割>刈割除根>种植牧草>玉米;全
氮:封育>火烧>刈割>刈割除根>种植牧草>玉米;全
磷:封育>刈割除根>火烧>刈割>种植牧草>玉米;全
钾:玉米>封育>种植牧草>刈割除根>火烧>刈割;碱
解氮:火烧>封育>刈割除根>种植牧草>刈割>玉米;
速效磷:玉米>火烧>封育>刈割除根>种植牧草>刈
割;速效钾:封育>火烧>种植牧草>刈割>玉米>刈割
除根.
2郾 2摇 不同土地利用方式对土壤肥力的影响
喀斯特峰丛洼地 6 种不同土地利用方式下,8
个土壤养分指标、6 个土壤微生物指标的主成分分
析表明,火烧、刈割、刈割除根、种植玉米前 7 个主成
分的方差解释累积贡献率达到 80%以上,封育和种
植牧草前 8 个主成分的方差累积贡献率分别为
77郾 0%和 78. 5% ,各主成分的贡献率都比较低,表
明喀斯特峰丛洼地区域具有高度的异质性,土地利
用方式对土壤肥力影响的因子较多.因此,有必要全
面考虑土壤肥力各因子之间的相互作用关系对不同
土地利用方式的响应.
不同土地利用方式对土壤肥力的影响不同. 6
种土地利用方式第 1 主成分的载荷量基本上都以有
机质、全氮、碱解氮最大,说明土壤有机质和氮素最
容易受土地利用方式的影响;第 2 主成分的最大载
荷量在不同土地利用方式下有所差异,火烧为 pH、
全钾,刈割为土壤微生物生物量碳、氮,刈割除根为
土壤微生物生物量碳,封育为细菌,种植玉米为速效
钾,种植牧草为全磷;第 3 主成分的最大载荷量在不
同土地利用方式下也不同,火烧和刈割为放线菌,刈
割除根为真菌,封育和种植牧草为土壤微生物生物
量磷,种植玉米为土壤微生物生物量碳;第 4 主成分
最大载荷量各土地利用方式也不同,火烧为土壤微
生物生物量氮,刈割为土壤微生物生物量磷,刈割除
根和种植玉米为放线菌,封育和种植牧草为全钾.这
表 3摇 不同土地利用方式土壤肥力主成分分析
Table 3摇 Principal component analysis of soil fertility under different land use patterns
指标
Index
pH 有机碳
SOC
全氮
TN
碱解氮
AN
全磷
TP
速效磷
AP
全钾
TK
速效钾
AK
微生物
生物量碳
MBC
微生物
生物量氮
MBN
微生物
生物量磷
MBP
细菌
Bacteria
真菌
Fungi
放线菌
Actinomy鄄
cetes
方差贡献
Variance
contri鄄
bution
累计贡献
Accumulative
contribution
玉 PC1 -0. 36 0. 885 0. 847 0. 905 0. 551 0. 776 -0. 002 0. 053 0. 142 -0. 068 0. 419 0. 184 0. 117 0. 069 3. 609 0. 258
PC2 0. 845 -0. 106 -0. 081 -0. 134 -0. 419 -0. 096 -0. 933 0. 162 -0. 742 0. 110 -0. 256 -0. 004 0. 226 0. 120 2. 525 0. 438
PC3 0. 229 0. 051 0. 121 -0. 059 0. 107 0. 016 -0. 072 -0. 091 0. 090 0. 100 -0. 012 0. 070 0. 072 0. 969 1. 065 0. 514
PC4 -0. 024 0. 131 -0. 043 -0. 063 0. 341 0. 111 0. 111 0. 062 0. 045 -0. 972 0. 080 -0. 010 0. 023 -0. 095 1. 130 0. 595
域 PC1 -0. 335 0. 912 0. 889 0. 944 0. 574 0. 704 -0. 013 0. 288 0. 192 0. 161 -0. 030 0. 336 0. 33 0. 102 3. 828 0. 273
PC2 -0. 250 0. 113 0. 090 0. 161 0. 150 0. 331 0. 227 0. 423 0. 868 0. 896 0. 030 0. 171 0. 148 0. 030 2. 080 0. 422
PC3 0. 308 -0. 122 0. 020 -0. 048 -0. 114 -0. 254 -0. 007 -0. 244 -0. 060 -0. 001 0. 067 -0. 294 -0. 244 -0. 905 1. 222 0. 509
PC4 -0. 085 -0. 059 -0. 002 -0. 002 0. 042 0. 069 0. 109 0. 290 0. 064 -0. 023 0. 983 -0. 003 -0. 017 -0. 078 1. 090 0. 587
芋 PC1 -0. 949 0. 762 0. 386 0. 094 0. 124 -0. 073 0. 327 0. 069 -0. 055 -0. 039 0. 004 -0. 034 0. 162 0. 064 1. 808 0. 129
PC2 -0. 009 -0. 237 0. 090 -0. 002 0. 375 0. 722 0. 263 -0. 109 0. 849 0. 749 0. 417 0. 072 0. 049 0. 036 2. 273 0. 292
PC3 0. 079 -0. 185 -0. 023 0. 007 -0. 059 0. 022 -0. 161 0. 028 -0. 103 0. 044 -0. 032 0. 004 -0. 976 0. 049 1. 040 0. 366
PC4 0. 007 -0. 093 -0. 096 -0. 106 -0. 212 0. 099 -0. 175 0. 071 0. 062 -0. 411 -0. 061 -0. 059 0. 050 -0. 937 1. 179 0. 450
郁 PC1 -0. 724 0. 761 0. 849 0. 797 0. 099 0. 731 0. 011 0. 001 0. 196 0. 026 0. 181 0. 034 0. 221 -0. 109 3. 137 0. 224
PC2 0. 230 0. 058 -0. 027 0. 225 -0. 010 -0. 476 0. 131 -0. 086 -0. 120 0. 135 -0. 102 0. 850 0. 073 0. 185 1. 164 0. 307
PC3 0. 174 0. 094 0. 295 0. 036 -0. 035 0. 012 0. 063 0. 012 -0. 195 0. 065 0. 941 -0. 117 -0. 074 -0. 011 1. 080 0. 384
PC4 -0. 326 0. 032 -0. 099 -0. 036 0. 024 0. 085 0. 948 0. 103 0. 164 -0. 088 0. 063 0. 161 0. 106 -0. 044 1. 113 0. 464
吁 PC1 -0. 179 0. 965 0. 938 0. 714 0. 844 0. 175 0. 400 0. 154 0. 108 0. 163 -0. 088 0. 036 -0. 041 -0. 192 3. 364 0. 240
PC2 0. 272 -0. 019 0. 121 0. 267 0. 035 0. 254 0. 150 0. 918 0. 231 0. 051 -0. 356 0. 010 0. 031 0. 045 1. 276 0. 331
PC3 -0. 180 -0. 009 -0. 094 0. 061 0. 164 0. 180 -0. 233 0. 003 0. 883 0. 345 0. 770 -0. 031 -0. 171 0. 098 1. 691 0. 452
PC4 0. 191 -0. 007 -0. 101 0. 112 -0. 252 0. 033 -0. 014 0. 048 -0. 006 -0. 048 0. 138 0. 053 0. 235 0. 912 1. 037 0. 526
遇 PC1 -0. 195 0. 821 0. 875 0. 712 0. 073 0. 623 -0. 049 0. 004 -0. 014 0. 152 -0. 072 0. 237 0. 193 0. 012 2. 503 0. 179
PC2 0. 792 -0. 174 -0. 100 -0. 115 -0. 930 0. 199 -0. 146 -0. 082 -0. 078 -0. 217 0. 078 -0. 048 0. 214 -0. 291 1. 805 0. 308
PC3 -0. 048 0. 164 -0. 099 0. 099 0. 052 0. 191 0. 076 -0. 021 0. 153 0. 234 -0. 942 0. 050 0. 059 -0. 048 1. 067 0. 384
PC4 -0. 117 0. 048 -0. 005 -0. 485 0. 015 0. 519 0. 919 0. 110 0. 094 0. 018 -0. 085 -0. 068 -0. 010 -0. 084 1. 405 0. 484
56516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 艳等: 喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式土壤肥力特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
些指标受各自土地利用方式的影响较大,其他因子
所受的影响较小.土地利用方式对土壤肥力影响的
总趋势为:首先影响土壤有机质、氮等主要养分,其
次对土壤微生物特别是放线菌产生影响.
2郾 3摇 不同土地利用方式土壤养分与土壤微生物的
典范相关分析
喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式下,土壤养
分与土壤微生物的典型相关分析见表 4. 火烧、刈
割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草前 4 个特征
值的方差贡献率分别为 70. 8% 、70. 8% 、69. 3% 、
59. 8% 、69. 8% 、60. 3% ,基本能反映出绝大部分的
变量信息,由此建立了两两之间的 4 对典型变量构
成.经统计检验,火烧前 3 对典型变量的相关系数达
到了极显著水平,取前 3 对典型变量来分析两类性
质之间的相互关系,其余 5 种土地利用方式只有 1
对典型变量相关系数显著,因此只取 1 对典型变量
进行分析(表 5).
火烧方式下土壤养分和土壤微生物第 1、2、3 对
典型变量相关系数分别为 0. 889、0. 653、0. 584,相
关显著.从第 1 组典型变量系数可以看出,土壤因子
中全磷的载荷最高,土壤微生物因子中土壤微生物
生物量磷的载荷最高,说明土壤全磷和土壤微生物
生物量磷相互作用最大,且呈正相关;第 2 组典型变
量系数主要反映了土壤全钾与土壤微生物生物量碳
之间的正相关;第 3 组典型变量反映了土壤全氮与
土壤放线菌之间的正相关.
刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草 5 种
土地利用方式下,土壤养分和土壤微生物的第 1 对
典型相关系数分别为 0. 739、0. 743、0. 753、0. 731、
0. 722,均达到了极显著水平.从刈割的 1 组典型变
量系数可以看出,土壤因子中的全氮载荷最大,土壤
微生物因子中的微生物生物量碳载荷最大,二者的
相互影响最大,且呈正相关;刈割除根主要反映了土
壤速效磷与土壤微生物生物量氮之间的正相关;封
育主要反映了土壤 pH 与土壤微生物生物量碳、真
菌之间的负相关;种植玉米主要反映了土壤全氮、全
钾与土壤微生物生物量磷之间的负相关;种植牧草
主要反映了土壤 pH与真菌之间的负相关及与放线
菌之间的正相关.
表 4摇 不同土地利用方式土壤养分与土壤微生物的典范相关分析
Table 4摇 Canonical correlation analysis of soil nutrients and microorganisms under different land use patterns
类型
Type
典型向量
Typical
vector
典型相关系数
Canonical correlation
coefficient
特征值
Eigenvalue
卡方值
Chi鄄square
value
自由度
df
显著水平
Significant
level
累积贡献率
Accumulative
percentage (% )
玉 1 0. 889 5. 146 139. 333 48 0. 0001 36. 7
2 0. 653 2. 445 65. 024 35 0. 0015 54. 2
3 0. 584 1. 345 38. 614 24 0. 0300 63. 8
4 0. 446 0. 977 18. 836 15 0. 2213 70. 8
域 1 0. 739 5. 697 71. 895 48 0. 0143 40. 7
2 0. 581 1. 908 35. 203 35 0. 4586 54. 3
3 0. 458 1. 295 16. 031 24 0. 8869 63. 6
4 0. 266 1. 019 5. 096 15 0. 9913 70. 8
芋 1 0. 743 4. 917 78. 416 48 0. 0036 35. 1
2 0. 591 2. 473 44. 287 35 0. 1351 52. 8
3 0. 489 1. 231 26. 002 24 0. 3530 61. 6
4 0. 387 1. 080 14. 415 15 0. 4943 69. 3
郁 1 0. 753 3. 642 89. 265 48 0. 0003 26. 0
2 0. 652 1. 937 49. 574 35 0. 0523 39. 8
3 0. 456 1. 524 23. 235 24 0. 5059 50. 7
4 0. 362 1. 272 12. 193 15 0. 6644 59. 8
吁 1 0. 731 4. 057 80. 724 48 0. 0022 29. 0
2 0. 609 2. 385 44. 432 35 0. 1319 46. 0
3 0. 444 2. 047 22. 467 24 0. 5514 60. 6
4 0. 368 1. 277 12. 033 15 0. 6765 69. 8
遇 1 0. 722 3. 349 73. 014 48 0. 0115 23. 9
2 0. 629 2. 219 38. 023 35 0. 3334 39. 8
3 0. 386 1. 691 14. 134 24 0. 9436 51. 8
4 0. 278 1. 184 6. 471 15 0. 9707 60. 3
6651 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 5摇 不同土地利用方式土壤养分与微生物典型变量构成
Table 5 摇 Canonical variables composition of soil nutrients
and microorganisms under different land use patterns
类型
Type
典型变量组成
Composition of canonical variables
玉 U1 = 0. 258X2 + 0. 301X3 - 0. 440X4 - 0. 823X5 - 0. 033X6 -
0郾 262X7– 0. 011X8
U2 = -0. 001X1 - 0. 335X2 +0. 164X3 +0. 422X4 -0. 539X5 -
0郾 502X6 +0. 896X7 -0. 225X8
U3 = 0. 853X1 - 0. 057X2 + 1. 359X3 - 0. 772X4 + 0. 500X5 -
0郾 389X6 +0. 315X7 -0. 810X8
V1 = - 0. 479Y1 + 0. 217Y2 - 0. 581Y3 + 0. 052Y4 + 0. 063Y5 +
0郾 027Y6
V2 = 0. 758Y1 + 0. 316Y2 - 0. 750Y3 + 0. 106Y4 - 0. 371Y5 -
0郾 298Y6
V3 = - 0. 078Y1 - 0. 160Y2 - 0. 204Y3 + 0. 451Y4 - 0. 605Y5 +
0郾 818Y6
域 U1 =-0. 387X1 -0. 475X2 +0. 693X3 -0. 170X4 +0. 323X5 +
0郾 165X6 +0. 195X7 +0. 463X8
V1 = 0. 653X1 + 0. 022X2 + 0. 273X3 + 0. 244X4 + 0. 255X5 +
0郾 116X6
芋 U1 = 0. 118X1 + 0. 029X2 - 0. 106X3 - 0. 155X4 + 0. 363X5 +
0郾 803X6 +0. 083X7 -0. 131X8
V1 = 0. 427Y1 + 0. 563Y2 + 0. 213Y3 - 0. 031Y4 + 0. 040Y5 -
0郾 013Y6
郁 U1 = 1. 163X1 - 0. 164X2 + 0. 052X3 + 0. 116X4 + 0. 025X5 +
0郾 583X6 +0. 060X7 -0. 005X8
V1 = - 0. 636Y1 + 0. 001Y2 + 0. 087Y3 + 0. 001Y4 - 0. 659Y5 +
0郾 137Y6
吁 U1 = 0. 481X1 - 0. 814X2 + 1. 197X3 - 0. 411X4 - 0. 247X5 -
0郾 048X6 +1. 095X7 -0. 103X8
V1 = - 0. 349Y1 + 0. 518Y2 - 0. 715Y3 - 0. 432Y4 - 0. 297Y5 +
0郾 020Y6
遇 U1 = 0. 930X1 - 0. 849X2 - 0. 004X3 - 0. 084X4 + 0. 114X5 +
0郾 418X6 -0. 274X7 -0. 076X8
V1 = 0. 282Y1 - 0. 112Y2 - 0. 010Y3 - 0. 267Y4 - 0. 790Y5 +
0郾 749Y6
X1: pH; X2:有机碳 Soil organic carbon; X3:全氮 Total nitrogen; X4:
全磷 Total phosphorus; X5: 全钾 Total potassium; X6: 碱解氮 Availa鄄
ble nitrogen; X7: 速效磷 Available phosphorus; X8: 速效钾 Available
potassium; Y1:土壤微生物生物量碳Microbial biomass carbon; Y2:土
壤微生物生物量氮 Microbial biomass nitrogen; Y3:土壤微生物生物量
磷 Microbial biomass phosphorus; Y4: 真菌 Fungi; Y5: 细菌 Bacteria;
Y6: 放线菌 Actinomycetes.
3摇 讨摇 摇 论
喀斯特峰丛洼地主要母质纯碳酸盐岩的 CaO
和 MgO含量很高,但以硅酸盐矿物为主的不溶物含
量很低,岩石风化的养分输入极为有限.但喀斯特峰
丛洼地属亚热带季风气候,温、湿条件优越,极有利
于生物的繁衍和生长,生物自肥作用十分强烈,同时
加速了岩石的溶蚀风化和土壤的形成发育进程,与
同纬度地区红壤相比,土壤养分含量均很高[20] . 受
下伏碳酸盐岩的强烈影响,由白云岩发育的石灰土
的土 壤 CaO、 MgO 含 量 高 达 118郾 0 和 67郾 4
g·kg-1[21],远高于同区域石灰岩发育的石灰土;土
壤呈微碱性,pH达 7. 83 ~ 7. 98,也远高于石灰岩发
育的石灰土(7. 0 左右).研究区的土壤母质为白云
岩,其土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷的含
量远高于同区域石灰岩发育的石灰土,全钾、速效钾
的含量虽然高于同区域的红壤,但远低于同区域石
灰岩发育的石灰土[20,22] .不同土地利用方式对土壤
养分的影响不同,其中有机碳、全氮、全磷、碱解氮等
均随人为干扰的减少而增大,顺坡种植玉米和牧草
两种土地利用方式由于收获和垦殖的原因,土壤养
分急剧减少[23],即使进行了施肥补偿,其有机碳、全
氮、全磷和碱解氮仍然较低,而种植玉米的全钾和速
效磷、种植牧草的速效钾较高.所有土壤养分指标除
pH呈弱变异外,其他均呈中等至强变异,其中钾和
速效磷的变异较大.
土壤养分与微生物、植被相互作用,土壤各种矿
质养分形成土壤的物质基础,增强土壤肥力,改善土
壤的微生物性状,共同调控植被的物种组成、群落类
型和生长发育状况,植物旺盛的生物量累积和凋落
物返还过程反过来不断地改善土壤肥力和微生物性
状[19,21] .喀斯特峰丛洼地景观异质性强,生态系统
类型复杂,影响因子众多,不同生态系统的影响因子
不同.喀斯特峰丛洼地 6 种不同土地利用方式土壤
养分(8 个)、土壤微生物(6 个)共计 14 个指标的主
成分分析显示,前 7 ~ 8 个主成分方程累积贡献率接
近或分别达到 80% ,各主成分的贡献率都比较低,
降维效果差,土地利用方式对土壤肥力的影响广泛,
不同土地利用方式对土壤肥力影响的因子不同. 总
的趋势是:首先影响土壤有机碳、全氮和碱解氮等主
要养分,土壤有机碳、全氮和碱解氮的提高促进了氮
素转化为可供植物利用的有效态养分,提高氮素利
用效率,加速了土壤氮素循环[24],有利于土壤微生
物生物量碳、氮的积累[25-26];其次是影响了土壤微
生物尤其是放线菌.典范相关分析表明,火烧土地利
用方式下土壤养分与土壤微生物前 3 对典型变量相
关系数显著,其中全磷与土壤微生物生物量磷、全钾
与土壤微生物生物量碳、全氮与放线菌的相互影响
最大,刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草 5
种土地利用方式土壤养分与土壤微生物只有第 1 对
典型变量相关系数显著,其中土壤全氮与土壤微生
物生物量碳,土壤速效磷与土壤微生物生物量氮,
pH与土壤微生物生物量碳、真菌,全氮、全钾与土壤
微生物生物量磷,pH 与真菌、放线菌之间的相互影
响最大.
参考文献
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作者简介摇 刘艳,女,1980 年生,博士研究生.主要从事水土
保持及生态恢复研究. E鄄mail: liuyan201206@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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