全 文 ：桂西北喀斯特土壤对生态系统退化的响应*
魏亚伟1,2,3 摇 苏以荣1,3**摇 陈香碧1,2,3 摇 何寻阳1,3
( 1 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; 2 中国科学院研究生院, 北京 100039;
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)
摘摇 要摇 在桂西北喀斯特地区选取玉米鄄红薯轮作地(KMS)、放牧+冬季火烧草地(KGB)、自
然恢复地(KNR)和原生林地(KPF)4 种典型生态系统,研究了土壤有机碳、全氮、全磷,微生
物生物量碳、氮、磷和土壤结构对生态系统退化的响应.结果表明:KPF 土壤有机碳、全氮、全
磷和微生物生物量碳、氮、磷均极显著高于其他 3 种土壤;其他 3 种土壤中,有机碳和全氮为:
KNR > KGB > KMS,但差异不显著;KMS土壤全磷含量(0郾 87g·kg-1)分别是 KNR和 KGB 的
2郾 07 和 9郾 67 倍 (P<0郾 01);KGB和 KNR土壤微生物生物量碳、氮、磷含量均显著大于 KMS;
KGB中微生物生物量碳显著大于 KNR,但二者间微生物生物量氮和磷含量差异不显著.说明
减少人为干扰后喀斯特退化生态系统可以缓慢增加土壤有机碳含量,适当放牧和自然恢复都
可以作为退化生态系统恢复的方式;土壤微生物生物量对生态系统的变化响应较灵敏,可以
作为喀斯特地区土壤养分变化或生态系统退化的一个敏感指标.土壤结构以>0郾 25 mm 水稳
性大团聚体为主(>70% )(KMS除外,以 2 ~ 0郾 25 mm团聚体为主),并以>2 mm团聚体为主;
土壤结构破坏率 KMS(51郾 62% )大于 KGB(23郾 48% ),KNR 和 KPF 较小(分别为 9郾 09%和
9郾 46% ) .说明人为干扰或农业耕作破坏了土壤水稳性大团聚体,使其向小粒级转变,土壤结
构破坏率增大.对喀斯特地区退化严重的生态系统应减少人为干扰,以自然恢复等保护性措
施为主.
关键词摇 喀斯特生态系统摇 土壤有机碳摇 全氮摇 全磷摇 微生物量摇 土壤团聚体
*中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2鄄YW鄄436) 、中国科学院西部行动计划项目(KZCX2鄄XB2鄄08鄄01)和国家科技支撑计划项目
(2006BAD05B06)资助.
**通讯作者. E鄄mail: yrsu@ isa. ac. cn
2009鄄08鄄05 收稿,2010鄄03鄄06 接受.
文章编号摇 1001-9332(2010)05-1308-07摇 中图分类号摇 Sl51. 9, S152. 4摇 文献标识码摇 A
Responses of soil properties to ecosystem degradation in Karst region of northwest Guangxi,
China. WEI Ya鄄wei1,2,3, SU Yi鄄rong1,3, CHEN Xiang鄄bi1,2,3, HE Xun鄄yang1,3 ( 1Key Laboratory
for Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese A鄄
cademy of Sciences, Changsha 410125, China; 2Graduate University of Chinese Academy of Sci鄄
ences, Beijing 100039, China; 3Huanjiang Observation and Research Station for Karst Eco鄄systems,
Chinese Academy of Sciences, Huanjiang 547100, Guangxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21
(5): 1308-1314.
Abstract: Four typical ecosystems, i. e. , maize鄄sweet potato rotational cultivated land (KMS),
grazing grassland burned annually in winter (KGB), natural restoration land (KNR), and primary
forest land (KPF), in Karst region of northwest Guangxi were selected to investigate the responses
of soil nutrients (C, N and P), soil microbial biomass, and soil structure to the degradation of eco鄄
system. The contents of soil organic C, total N and P, and soil microbial biomass C, N, and P
were significantly higher in KPF than in KMS, KGB, and KNR (P<0郾 01). In the latter three de鄄
graded ecosystems, the contents of soil organic C and total N were in the sequence of KNR>KGB>
KMS but the difference was not significant, soil total P content in KMS (0郾 87 g·kg-1) was 2郾 07
and 9郾 67 times of that in KNR and KGB, respectively (P<0郾 01), and soil microbial biomass C, N
and P contents were significantly higher in KGB and KNR than in KMS (P<0郾 05). The soil micro鄄
bial biomass C was significantly higher in KGB than in KNR (P<0郾 05), but there were no signifi鄄
cant differences in soil microbial biomass N and P between the two ecosystems. These results illus鄄
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 5 月摇 第 21 卷摇 第 5 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 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2010,21(5): 1308-1314
trated that the reduction of human activity could induce a slight increase of soil organic C in Karst
degraded ecosystems, and proper grazing and natural restoration could be the feasible modes for the
restoration of degraded ecosystem. Soil microbial biomass was more sensitive in response to the
change of ecosystem, being able to be used as a sensitive indicator to reflect the change of degraded
ecosystem in Karst region. In KPF, KNR, and KGB, soil water鄄stable macro鄄aggregates ( >0郾 25
mm) accounted for more than 70% , and dominated by >2 mm aggregates; while in KMS, soil wa鄄
ter鄄stable macro鄄aggregates only occupied 40郾 34% , and dominated by 2-0郾 25 mm aggregates. The
destruction rate of soil structure in KMS, KGB, KNR, and KPF was 51郾 62% , 23郾 48% , 9郾 09% ,
and 9郾 46% , respectively (P<0郾 05), indicating that human disturbance or farming practice de鄄
stroyed soil macro鄄aggregates, and made the destruction rate of soil structure increased. To reduce
human disturbance and implement natural rehabilitation would be the suitable ecological restoration
strategy in Karst region.
Key words: Karst ecosystem; soil organic C; total N; total P; microbial biomass; soil aggregate.
摇 摇 喀斯特地貌是世界上主要的地貌类型之一,主
要由地下水对可溶性块状石灰岩溶蚀形成,喀斯特
地区由于其成土速率低、土层发育浅、土壤渗漏性
强,岩石界面与土壤之间缺乏风化母质的过渡层,导
致其生态环境极其脆弱. 我国喀斯特主要分布在贵
州、云南、广西,总面积达 28 万 km2,是国家进行环
境治理和扶贫的重点和难点[1] . 研究该地区土壤有
机碳、氮、磷,微生物生物量碳、氮、磷和土壤结构对
生态系统退化的响应,对喀斯特退化生态系统的恢
复重建具有重要的科学意义.
人类对土地的利用方式反映了人类对各种土地
资源利用活动的结果,并由此形成了不同时间和空
间尺度上的土地覆被状况[2] . 土地覆被状况的改变
又影响生态系统的变化,最近几十年甚至百年尺度
上,由人类活动影响产生的环境变化已经超过了由
自然因素引起的环境变化[3],所以人类活动或人类
干扰已经逐渐成为改变生态系统的重要因素.
土壤有机碳、全氮和全磷是土壤肥力的主要组
成部分,为植物生长和微生物活动提供可利用的能
源.土壤有机碳和全氮作为土壤微生物的能源和最
主要的营养元素,具有驱动土壤中其他元素的转化
和循环、影响土壤性质及养分供应的能力[4] . 土壤
团聚体是土壤结构的基本单元,不仅影响土壤的孔
隙度、持水性、透水性和养分运移等物理性质,也影
响土壤碳、氮循环及养分积蓄与释放等化学性
质[5] .已有研究表明,土壤的退化首先将表现出水
稳性团聚体的减少[6] . 研究发现,人类活动所引起
的土地利用方式的改变可以导致生态系统的退化,
使土壤养分和土壤结构等许多自然现象和生态过程
发生变化[7];森林向农田转变过程中,人类活动干
扰增强使土壤有机碳和土壤质量显著降低[8];对喀
斯特地区的研究表明,生态系统变化对碳酸盐发育
的土壤的影响强度明显大于砂页岩发育的土壤[9] .
本文主要以桂西北喀斯特地区不同退化程度的
生态系统为研究对象,探讨人为干扰对生态系统中
土壤有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳、氮、磷和
土壤结构的影响,并对土壤有机碳和土壤团聚体之
间的关系进行分析,以期为改善喀斯特地区土壤退
化现状、合理利用已有的生态资源提供理论依据,为
退化生态系统的恢复重建提供参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况与土样采集
研究区位于广西壮族自治区环江毛南族自治县
(24毅44忆—25毅33忆 N,107毅51忆—108毅43忆 E,海拔 339
~ 501 m),为中亚热带湿润气候,雨热同季,无霜期
长,年均温 16郾 5 益—19郾 9 益,年均降雨量 1389
mm,多集中在 4—9 月,该区原生植被为亚热带常绿
阔叶林,土壤多为石灰岩母质发育形成,为典型的喀
斯特地貌.根据桂西北喀斯特生态系统的退化状况,
选择了 4 种典型生态系统:玉米鄄红薯轮作地
(KMS)、放牧+冬季火烧草地(KGB)、自然恢复地
(KNR)和原生林地(KPF),各样地详细状况见表 1.
摇 摇 每种生态系统类型分别选取 4 个典型样地,每
个样地随机采集 4 个表层(0 ~ 20 cm)土样,其中每
个土样采用多点(5 点)采样法采集,充分混匀后分
成两份,每份约 1郾 5 kg,一份带回室内风干,过 100
目筛,用于理化性质的测定;另一份过 2 mm筛,4 益
保存,用于土壤微生物生物量碳、氮和磷的测定. 同
时,于每个样地分别随机采集 4 个原状土样(0 ~ 20
cm),每个原状土约 2 kg,装入 20 cm伊10 cm 伊10 cm
盒子防挤压带回实验室,风干至含水量约为田间持
水量的 20%时,沿土壤缝隙将土剥开至 10 ~ 12 mm
土块,继续风干,保存,用于土壤机械稳定性和水稳
定性团聚体的测定.
90315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏亚伟等: 桂西北喀斯特土壤对生态系统退化的响应摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 样地基本概况
Tab. 1摇 The general situation of sample sites
样地编号
Sample
No郾
地 点
Site
植物种类
Plant species
地 形
Topography
覆盖度
Coverage
(% )
干扰方式
Disturbed mode
利用历史
Landuse history
KMS 下 南 乡 古 周 村
Guzhou Village,Xia爷
nan Town
玉米 Corn、红薯 Sweet potato 洼地
Depression
<30 翻耕、施肥 Plowing
and fertilization
连续耕作 100 年以
上 Continuous culti鄄
vation over 100 years
KGB 思恩镇重岭村 Zhon鄄
gling Village, Si爷 en
Town
野古草、粗毛鸭嘴草、刺子莞
Arundinella anomala, Ischaemum
bartatum, Rhynchospora rubra
中坡
Midslope
(20毅)
<50 冬季火烧,春、夏、秋
放牧 Burned in win鄄
ter, grazed in spring
summer and autumn
连续火烧 30 年以上
Continuous burning
over 30 years
KNR 下 南 乡 古 周 村
Guzhou Village, Xia爷
nan Town
灌木层:牡荆、盐肤木、八角枫;
草本层: 类芦、 芦竹、 五节芒
Shrub layer: Vitex negundo
var郾 cannabifolia, Rhus chinensis,
Choerospondias axillaris; Herbage
layer: Neyraudia reynaudiana,
Arundo donax, Miscanthus floridu鄄
lus
中坡
Midslpoe
(25毅)
>99 退耕后每年有少量
草被收割 Reaped af鄄
ter returning farmland
every year
退耕 20 年以上 Re鄄
turning farmland over
20 years
KPF 木论喀斯特自然保
护 区 Karst Nature
Reserve of Mulun
乔木层:伊桐、野桐、掌叶木;灌
木层:杜茎山、翠柏;;草本层:边
缘鳞盖蕨 Arbor layer: Itoa orien鄄
talis Hemsley, Mallotus japonicus,
Handeliodendron bodinieri; Shrub
layer: Maesa japonica, Calocedrus
macrolepis; Herbage layer: Microl鄄
epia marginata
中、下坡
Middle and
down slope
(35毅)
>99 极少干扰 Almost no
disturbance
具有长期历史 Have
a very long history
1郾 2摇 分析与测定方法
土壤微生物生物量的测定方法原理和详细步骤
参照 Wu 等[10],采用氯仿熏蒸浸提法.称取 25 g 相
当于烘干土质量的预培养湿润土壤放入 50 ml烧杯
中,与盛有 50 ml氯仿的烧杯一起放入真空干燥器,
抽真空 3 min,将干燥器放入黑暗中 25 益下 24 h,然
后再次抽真空除去土壤中的氯仿. 将土壤完全转移
至 200 ml聚乙烯提取瓶中,加入 80 ml 0郾 5 mol·L-1
K2SO4 溶液或 0郾 5 mol·L-1、pH 8郾 5 的 NaHCO3 溶
液,充分振荡 30 min 过滤,进一步处理,上机测定.
其中微生物生物量碳和氮分别用碳鄄自动分析仪
(Phoenix 8000 ) 和流动注射氮分析仪 ( FIAStar
5000)测定,微生物生物量磷用 UV8500域型分光光
度计在 882 nm波长处比色.
土壤有机质的测定采用重铬酸钾鄄硫酸加热法,
全氮用半微量开氏法,全磷用 H2SO4 鄄HClO4 消化
法[11];土壤团聚体采用干筛和湿筛法[12]:分离出>5
mm、5 ~ 2 mm、2 ~ 1 mm、1 ~ 0郾 5 mm、0郾 5 ~ 0郾 25 mm
各个粒径.
团聚体结构破坏率=(>0郾 25 mm机械稳定性团
聚体含量->0郾 25 mm水稳定性团聚体含量) / >0郾 25
mm机械稳定性团聚体含量伊100% .
1郾 3摇 数据处理
数据处理均利用 Excel 2003 软件进行,采用测
定结果的平均值,用 SPSS 13郾 0 软件进行统计分析,
差异显著性检验均采用 LSD 法,误差线均为标准误
(SE).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同生态系统土壤有机碳、全氮和全磷含量
从图 1 可以看出,桂西北喀斯特地区不同退化
程度生态系统中土壤有机碳含量为:原生林地>自
然恢复地>放牧+冬季火烧草地>玉米鄄红薯轮作地,
其中原生林地为 54郾 35 g·kg-1,与其他 3 种土壤均
有极显著差异(n = 16,P<0郾 01). 玉米鄄红薯轮作地
虽然每年施入一定量的有机肥,但有机碳含量仍然
最少,这可能是由于玉米鄄红薯轮作地作物收获减少
了有机碳的来源,而且人类耕作加速了土壤有机质
的矿化.自然恢复地和放牧+冬季火烧草地土壤有
机碳含量均高于玉米鄄红薯轮作地,但无显著差异(n
=16,P>0郾 05),说明农耕旱地退耕后自然恢复为灌
木林或草丛时土壤有机碳含量有增高趋势,但这是
一个缓慢的过程.
原生林地土壤全氮含量为 5郾 86 g·kg-1,自然
恢复地、放牧+冬季火烧草地和玉米鄄红薯轮作地则
分别减少了 72郾 87% 、74郾 57%和 78郾 84% ,均与原生
林地有极显著差异( n = 16,P<0郾 01);而自然恢复
地、放牧+冬季火烧草地和玉米鄄红薯轮作地之间差
异不显著(n=16,P>0郾 05),这与土壤有机碳含量的
变化基本一致.统计分析表明,土壤有机碳和全氮呈
0131 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 21 卷
极显著正相关( r=0郾 996,n=16,P<0郾 01),这与土壤
氮素 90%左右存在于土壤有机质中有关[13] .
土壤磷主要来自含磷矿物的分解和人类施肥,
所以土壤全磷含量与有机碳、全氮的变化规律不同
(图 1),但仍以原生林地土壤含量最高(1郾 30 g·
kg-1),并与其他 3 种土壤达极显著差异(n = 16,P<
0郾 01). 3 种退化生态系统土壤中,玉米鄄红薯轮作地
土壤全磷含量最高,为 0郾 87 g·kg-1,分别是自然恢
复地和放牧+冬季火烧草地的 2郾 07 和 9郾 67 倍,差异
极显著(P<0郾 01),这与玉米鄄红薯轮作地每年施入
大量的有机肥和磷肥有关. 自然恢复地高于放牧+
冬季火烧草地,并有极显著差异(P<0郾 01),可能是
由于自然恢复地以前进行耕种时,施入了磷肥,而磷
肥的利用率较低,且在土壤中移动性较小,因此残留
下来.放牧+冬季火烧草地则由于冬季火烧,春、夏、
图 1摇 不同生态系统土壤有机碳、全氮和全磷含量及有机碳
和全氮的相关性
Fig. 1摇 Contents of soil organic C, total N and total P in differ鄄
ent ecosystems and the correlation between organic C and total
N.
秋季放牧,土壤磷的输出量大于输入量,不断消耗,
导致全磷含量极低.
2郾 2摇 不同生态系统土壤微生物生物量碳、氮和磷含
量
土壤微生物生物量虽然只占土壤养分的很小部
分,但它是土壤养分的活性指标,反映了土壤养分的
可利用程度,并且与土壤养分有密切的相关性[14] .
统计分析表明,土壤微生物生物量碳、氮、磷分别与
土壤有机碳、全氮、全磷呈极显著的正相关,相关系
数分别为 0郾 966、0郾 967 和 0郾 708 (P<0郾 01).
摇 摇 由图 2 可以看出,原生林地土壤微生物生物量
碳、氮和磷含量均最高,分别为 1535郾 64、278郾 32 和
25郾 46 mg·kg-1,并与其他 3 种土壤均有极显著差
异(P<0郾 01).其他 3 种退化生态系统中,土壤微生
物生物量碳表现为:放牧+冬季火烧草地显著大于
图 2摇 不同生态系统土壤微生物生物量碳、氮、磷含量及微
生物生物量碳、氮的相关性
Fig. 2摇 Contents of soil microbial biomass C, N, P in different
ecosystems and the correlation between microbial biomass C and
microbial biomass N.
11315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏亚伟等: 桂西北喀斯特土壤对生态系统退化的响应摇 摇 摇 摇 摇 摇
自然恢复地(P<0郾 05),两者又显著高于玉米鄄红薯
轮作地(P<0郾 05),这与土壤有机碳的变化规律不
同.如果说土壤有机碳的积累比较缓慢,微生物生物
量碳的变化则十分灵敏,它能迅速对土壤有机碳的
积累及环境条件的变化作出反应.一般情况下,土壤
微生物生物量碳含量与土壤总有机碳呈正比,但不
同的土地利用方式或生态系统下,这种关系相差甚
远[15] .
土壤微生物生物量氮不仅是土壤氮素的重要储
备库,同时也是植物有效氮的活性源[16],因此,土壤
微生物生物量氮也可以作为评价土壤肥力的生物学
指标,反映土壤氮素的供应能力[17] . 自然恢复地和
放牧+冬季火烧草地土壤微生物生物量氮分别是玉
米鄄红薯轮作地(28郾 59 mg·kg-1 )的 1郾 78 和 1郾 46
倍,差异达显著水平(P<0郾 05),而自然恢复地和放
牧+冬季火烧草地之间无显著差异(P>0郾 05). 土壤
微生物生物量磷表现为:自然恢复地>放牧+冬季火
烧草地>玉米鄄红薯轮作地,其中放牧+冬季火烧草地
和自然恢复地分别与玉米鄄红薯轮作地有显著差异
(P<0郾 05),但放牧+火烧草地和自然恢复地间差异
不显著(P>0郾 05),表明玉米鄄红薯轮作地中土壤磷
的利用率较低.
2郾 3摇 不同生态系统土壤团聚体的分布
土壤结构主要包括土壤结构的形态、稳定性和
复退性 3 个方面[13],是维持土壤肥力和土壤功能的
基础.研究表明,原生林地、自然恢复地、放牧+冬季
火烧草地和玉米鄄红薯轮作地中>0郾 25 mm机械稳定
性团聚体总量均在 90%以上(玉米鄄红薯轮作地除
外,为 83郾 38% ),其中,>5 mm 团聚体含量最高,分
别占> 0郾 25 mm 团聚体总量的 63郾 66% 、83郾 24% 、
77郾 61%和 45郾 42% ;5 ~ 2 mm团聚体在 9% ~ 23% ,
仍以原生林地最高;2 ~ 0郾 25 mm 团聚体均以玉米鄄
红薯轮作地最高,并与其他 3 种土壤类型有显著差
异(P<0郾 05);说明农业耕作或人为干扰破坏了机械
稳定性大团聚体,使其向小粒级(2 ~ 0郾 25 mm)转化
(表 2).
摇 摇 水稳定性团聚体( >0郾 25 mm)含量表现为:原
生林地和自然恢复地最高,分别为 86郾 44% 和
86郾 32% ,并分别与放牧+冬季火烧草地和玉米鄄红薯
轮作地有显著差异(P<0郾 05);放牧+冬季火烧草地
(70郾 36% )显著 (P < 0郾 05)高于玉米鄄红薯轮作地
(37郾 74% ). >5 mm水稳性团聚体含量表现为:自然
恢复地最高(66郾 47% ),与其他 3 种土壤差异显著
(P<0郾 05);原生林地和放牧+冬季火烧草地次之,分
别为 35郾 16%和 34郾 61% ,无显著差异(P>0郾 05),玉
米鄄红薯轮作地含量为零,说明农业耕作完全破坏了
水稳性大团聚体(>5 mm). 5 ~ 2 mm 水稳性团聚体
含量表现为:原生林地最高,达 34郾 48% ,与其他 3
种土壤有显著差异(P<0郾 05),自然恢复地和放牧+
冬季火烧草地分别为 11郾 28%和 8郾 35% ,与玉米鄄红
薯轮作地(4郾 93% )有显著差异(P<0郾 05). 2 ~ 0郾 25
mm水稳性团聚体总量以玉米鄄红薯轮作地最多
(32郾 81% ),放牧+冬季火烧草地次之(27郾 40% ),与
原生林地和自然恢复地均有显著差异(P<0郾 05);其
中,放牧+冬季火烧草地中 2 ~ 1 mm、1 ~ 0郾 5 mm 和
0郾 5 ~ 0郾 25 mm水稳性团聚体含量均显著高于自然
恢复地(P<0郾 05);玉米鄄红薯轮作地 0郾 5 ~ 0郾 25 mm
水稳性团聚体含量占>0郾 25 mm含量的 48郾 89% ,说
明农耕地中水稳性小团聚体较多,农业耕作或人类
干扰不仅破坏了机械稳定性大团聚体,而且加速了
水稳性大团聚体向小团聚体的转化.
章明奎等[17]研究指出,土壤团聚体结构破坏率
表 2摇 不同生态系统土壤团聚体的粒径分布
Tab. 2摇 Distribution of soil aggregates in different ecosystems (mean依SE)
土地利用类型
Land use
type
方法
Method
土壤团聚体粒级 Soil aggregates size fraction
>5 mm 5 ~ 2 mm 2 ~ 1 mm 1 ~ 0郾 5 mm 0郾 5 ~ 0郾 25 mm >0郾 25 mm
破坏率
Damage
rate (% )
KPF 干筛 DS 60郾 87B依5郾 38 22郾 76A依3郾 74 3郾 95B依0郾 69 5郾 79B依0郾 89 2郾 25B依0郾 21 95郾 62A依0郾 19 9郾 60C依0郾 46
湿筛 WS 35郾 16b依3郾 15 34郾 48a依2郾 70 8郾 44a依0郾 81 5郾 12b依0郾 49 3郾 24c依0郾 36 86郾 44a依0郾 61
KNR 干筛 DS 79郾 64A依1郾 14 9郾 48C依0郾 75 1郾 92C依0郾 12 3郾 21C依0郾 15 1郾 43B依0郾 04 95郾 68A依0郾 71 9郾 81C依0郾 92
湿筛 WS 66郾 47a依2郾 39 11郾 28b依0郾 77 3郾 31c依0郾 20 2郾 81c依0郾 14 2郾 46c依0郾 24 86郾 32a依1郾 48
KGB 干筛 DS 71郾 01AB依1郾 55 12郾 64BC依0郾 49 2郾 35C依0郾 07 3郾 90C依0郾 32 1郾 61B依0郾 15 91郾 50A依0郾 88 23郾 16B依2郾 75
湿筛 WS 34郾 61b依6郾 70 8郾 35bc依1郾 90 6郾 84ab依1郾 50 8郾 59a依1郾 66 11郾 97b依1郾 19 70郾 36b依2郾 98
KMS 干筛 DS 37郾 87C依4郾 36 17郾 97AB依1郾 28 6郾 83A依0郾 43 14郾 57A依0郾 51 6郾 14A依0郾 61 83郾 38B依4郾 83 54郾 86A依1郾 91
湿筛 WS 0郾 00c 4郾 93c依1郾 12 5郾 31bc依0郾 46 9郾 06a依0郾 95 18郾 45a依3郾 49 37郾 74c依3郾 13
DS: Dry鄄sieving; WS: Wet鄄sieving. 同列不同大、小写字母分别表示各土壤类型间机械稳定性或水稳定性团聚体含量差异显著(P<0郾 05,邓肯
法) Different capital or small letters meant significant difference among contents of mechanical stability or water鄄stability aggregates at 0郾 05 level by Dun鄄
can爷s multiple range test.
2131 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 21 卷
越大,土壤结构越易崩解破碎,土壤越容易被侵蚀.
从表 2 可以看出,原生林地和自然恢复地的土壤团
聚体结构破坏率均小于 10% ;放牧+冬季火烧草地
为 23郾 48% ,与原生林地和自然恢复地有极显著差
异(P<0郾 01);玉米鄄红薯轮作地最大,为 54郾 86% ,与
其他 3 种土壤均达极显著差异水平(P<0郾 01).说明
玉米鄄红薯轮作地和放牧+冬季火烧草地较原生林地
和自然恢复地易发生土壤侵蚀和水土流失,而人类
干扰减少以后,土壤水稳性大团聚体含量增加,稳定
性和抗侵蚀性得到极显著增强.
已有研究表明,土壤团聚体的形成与有机碳密
切相关[18],而微生物生物量碳与有机碳呈显著正相
关[19];土壤微生物在团聚体的形成过程和稳定机制
中有重要作用[20] . 本研究结果表明,喀斯特地区土
壤有机碳和微生物生物量碳分别与>0郾 25 mm 水稳
性团聚体呈显著正相关 ( r = 0郾 56, r = 0郾 50, P <
0郾 05),与 5 ~ 2 mm 呈极显著正相关( r = 0郾 97,r =
0郾 94,P< 0郾 01),与 2 ~ 1 mm 呈显著正相关 ( r =
0郾 55,r=0郾 60,P<0郾 05),说明土壤有机碳和土壤微
生物可以促进水稳性大团聚体( >0郾 25 mm)的形
成,对 5 ~ 2 mm和 2 ~ 1 mm 2 个粒级的促进作用比
较明显.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量对生
态系统退化的响应
原生林地植被丰富,极少被人为干扰,含有较高
的土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量碳、氮、
磷,且均极显著(P<0郾 01)高于 3 种退化生态系统,
说明喀斯特地区原生生态系统含有丰富的土壤养分
和较高的微生物活性,但原生生态系统比较脆弱,极
易被破坏,当受到人为干扰被破坏以后,土壤有机
碳、全氮、全磷和微生物生物量碳、氮、磷均显著降
低.退化生态系统中,自然恢复地、放牧+冬季火烧
草地和玉米鄄红薯轮作地之间土壤有机碳和全氮并
没有显著差异(P>0郾 05),说明喀斯特地区退化生态
系统的恢复是一个非常缓慢的过程,这与许联芳
等[21]研究结果一致.虽然放牧+冬季火烧草地每年
春、夏、秋季放牧,冬季火烧,并连续 30 年以上,而自
然恢复地退耕 20 多年以来,每年仅有少量的野草被
收割,但两者在有机碳和全氮方面仍没有显著差异
(P>0郾 05),这可能是由于放牧+冬季火烧草地放牧
时会有动物粪便进入土壤,而放牧或火烧虽然破坏
了地上植被,但是会刺激新的地下根的形成和生长,
从而补充了土壤有机碳来源,加速了土壤养分的循
环利用;自然恢复地人为干扰减少以后,生态系统处
于相对稳定的状态,干枯落叶和死亡根系相对较少,
土壤有机碳增加、积累缓慢.这说明在喀斯特退化生
态系统地区可以进行放牧,适当的发展畜牧业可以
考虑作为增加当地居民收入和改变当地贫困落后现
状的一个有效措施.
土壤微生物生物量碳、氮和磷表现为:放牧+冬
季火烧草地和自然恢复地均显著(P<0郾 05) 高于玉
米鄄红薯轮作地,说明土壤微生物生物量的变化比较
敏感,可以作为指示喀斯特地区生态系统退化的一
个灵敏指标.玉米鄄红薯轮作地土壤微生物生物量含
量最低,这与喀斯特地区农耕旱地土壤极度干旱和
人类翻耕有关.自然恢复地土壤微生物生物量显著
高于玉米鄄红薯轮作地(P<0郾 05),说明玉米鄄红薯轮
作地抛荒或减少人为干扰以后土壤养分利用率和土
壤肥力得到显著改善,所以对喀斯特地区农耕旱地
可以实行少耕或免耕,可以增加土壤微生物生物量,
提高土壤肥力和养分利用率. 放牧+冬季火烧草地
微生物生物量碳显著(P<0郾 05)高于自然恢复地,这
可能与水溶性有机碳含量有关.统计分析表明,放牧
+冬季火烧草地水溶性有机碳含量 (63郾 82 mg·
kg-1)显著(P<0郾 05)高于自然恢复地(28郾 90 mg·
kg-1),且土壤水溶性有机碳与微生物生物量碳呈极
显著的正相关( r = 0郾 84,P<0郾 01),这说明放牧+冬
季火烧草地中土壤碳周转较快,可利用碳含量较高,
这可能与该草地放牧时动物产生的粪便、尿液等刺
激了地下微生物的生长有关,关于这方面的研究还
有待进一步加强.
3郾 2摇 土壤结构对生态系统退化的响应
原生林地和自然恢复地土壤含有较多的水稳性
大团聚体( >2 mm),显著高于放牧+冬季火烧草地
和玉米鄄红薯轮作地,并且原生林地和自然恢复地土
壤结构破坏率较小,均与放牧+冬季火烧草地和玉
米鄄红薯轮作地有极显著差异(P<0郾 01),说明原生
林地和自然恢复地土壤结构稳定性和抗侵蚀性较
好,而人为干扰破坏了土壤水稳性大团聚体和土壤
结构,使土壤抗侵蚀性下降、水土流失严重. 所以对
喀斯特地区退化生态系统应该减少人为干扰,加强
保护,免受或少受人类破坏.自然恢复地较放牧+冬
季火烧草地土壤结构稳定性和抗侵蚀性更好,这可
能是因为自然恢复地在人类抛荒以后,人为干扰减
少,地上植被生长比较完整,地上生物量较大、地表
覆盖率较高,而放牧+冬季火烧草地不仅地上草本
31315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 魏亚伟等: 桂西北喀斯特土壤对生态系统退化的响应摇 摇 摇 摇 摇 摇
稀疏而且植被矮小.因此,喀斯特地区退化生态系统
中自然恢复地土壤结构稳定性和抗侵蚀性较放牧+
冬季火烧地更好,对退化严重的生态系统应该以自
然恢复为主.
总之,喀斯特生态系统由于其独特的地质背景,
生态环境极其脆弱,受人为活动干扰后极易退化,土
壤作为最重要的生态因子,也会随生态系统的退化
而严重退化.与原生林地土壤相比,喀斯特退化生态
系统中土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量碳、
氮、磷的含量均显著降低. 所以,对喀斯特地区原生
生态系统应该以保护为主,对退化严重的生态系统,
以自然恢复等保护性措施为主,在某些生态系统退
化地区可以适当地发展畜牧业,作为退化生态系统
恢复重建的一个有效要措施,但是关于这方面的具
体实施还有待进一步研究.
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作者简介摇 魏亚伟,男,1983 年生,硕士研究生.主要从事土
壤与环境生态研究. E鄄mail: 2000wyw@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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