全 文 ：扎龙季节性湿草甸土壤养分和土壤微生物特性*
马摇 玲1 摇 丁新华1 摇 顾摇 伟1 摇 马摇 伟2**
( 1 东北林业大学林学院, 哈尔滨 150040; 2 黑龙江中医药大学, 哈尔滨 150040)
摘摇 要摇 以扎龙自然湿地典型季节性湿草甸为试验对象,研究了土壤微生物特性和土壤养分
空间分布规律及其主要影响因子.结果表明:土壤养分、微生物群落数量、微生物量碳、氮均呈
现明显的垂直分布特征;土壤酶活性的空间分布因受多种因素影响而表现复杂.逐步线性回
归分析表明:土壤微生物生物量碳、氮均分别与 茁鄄葡萄糖苷酶、脲酶、磷酸酶显著相关
(P<0郾 05);有机碳与放线菌数量、过氧化氢酶活性显著相关(P<0郾 05);速效钾、全氮、水解性
氮、C / N分别与放线菌数量、细菌数量、茁鄄葡萄糖苷酶活性、土壤微生物生物量氮显著相关
(P<0郾 05);全 P、pH与土壤微生物活性无显著相关关系(P>0郾 05) .采用主成分分析构建了湿
地土壤养分的评价模型及微生物学预测模型.
关键词摇 湿地摇 土壤酶活性摇 土壤微生物生物量摇 土壤微生物摇 土壤养分摇 主成分分析
文章编号摇 1001-9332(2011)07-1717-08摇 中图分类号摇 S154. 3摇 文献标识码摇 A
Spatial distribution patterns of soil nutrients and microbes in seasonal wet meadow in Zha鄄
long wetland. MA Ling1, DING Xin鄄hua1, GU Wei1, MA Wei2 ( 1Northeast Forestry University,
Harbin 150040, China; 2Heilongjiang University of Chinese Medicine, Harbin 150040, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(7): 1717-1724.
Abstract: This paper studied the spatial distribution patterns of soil nutrients and biological charac鄄
teristics and related major affecting factors in seasonal wet meadow in Zhalong wetland. In the
meadow, the soil nutrients, microbial communities, and microbial biomass carbon and nitrogen
showed an obvious vertical distribution, but the soil enzyme activities had a complicated spatial dis鄄
tribution due to the effects of multi factors. Stepwise linear regression analysis showed that soil mi鄄
crobial biomass carbon and nitrogen had significant positive correlations with soil 茁鄄glucosidase,
urease, and phosphatase activities (P<0郾 05), soil organic carbon had significant correlations with
soil actinomycetes and soil catalase activity (P<0郾 05), soil available K, total N, alkali鄄hydrolyza鄄
ble N, and C / N ratio were significantly correlated with soil bacteria (P <0郾 05), actinomycetes
(P<0郾 05), 茁鄄glucosidase activity (P<0郾 05), and microbial biomass nitrogen (P <0郾 05), re鄄
spectively, whereas soil total P and pH had no significant correlations with soil microbial activity
(P>0郾 05). Two models, one for soil nutrients evaluation and another for soil microbiological pre鄄
diction, were constructed by principal component analysis.
Key words: wetland; soil enzyme activity; soil microbial biomass; soil microorganism; soil nutri鄄
ent; principal component analysis.
*国家自然科学基金项目(30870394)资助.
**通讯作者. E鄄mail: Maboshi99@ yahoo. com. cn
2010鄄10鄄22 收稿,2011鄄04鄄02 接受.
摇 摇 湿地兼有水体和陆地的双重特征,是地球上生
物多样性最丰富、生产力最高、生态服务价值最大的
生态系统[1] . 微生物作为湿地生态系统的分解者,
不仅推动着湿地生态系统的物质循环和能量流
动[2],还在湿地生物多样性维护、生态平衡等方面
起着十分重要的作用[3] .土壤酶是土壤组分中最活
跃的有机成分之一,是土壤生物化学过程的主要调
节者[4],其参与土壤环境的所有生物化学过程,并
与有机物质分解、营养物质循环、能量转移、环境质
量等密切相关.湿地微生物量碳、氮则是湿地变化的
一个敏感指标,虽然只占土壤有机质库的很小部分,
却是控制生态系统中 C、N和其他养分流的关键,它
能够反映湿地微生物的活性和数量,进而反映湿地
性质的变化[5] .因此可作为反映湿地土壤质量变化
特别是有机质含量变化的早期指示[6] .
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 7 月摇 第 22 卷摇 第 7 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, Jul. 2011,22(7): 1717-1724
国内对于湿地土壤微生物的研究起步较晚,且
多集中于人工湿地土壤微生物去污机制及废水处理
等方面[7],对天然湿地土壤微生物群落结构、微生
物量以及土壤酶类等方面的研究相对较少[7-8],尚
缺乏对湿地土壤养分进行评价及预测的技术体系.
本文通过对扎龙季节性湿草甸土壤养分和土壤
微生物特性进行研究,旨在了解自然湿地季节性湿
草甸特殊生境中土壤微生物群落结构、土壤酶、微生
物量和土壤养分的空间分布规律,并探讨影响其分
布的主要因素,揭示土壤微生物特性与土壤养分间
的相互关系,以阐明该特殊生境中土壤养分与生物
因子间的互变关系及对环境变化、人为干扰等的响
应,构建湿地土壤养分的评价及微生物学预测模型,
为我国湿地土壤环境的保护提供科学指导.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究地概况
扎龙自然湿地 (46毅52忆—47毅32忆N, 123毅47忆—
124毅37忆E)位于黑龙江省西部乌裕尔河下游的齐齐
哈尔与大庆交界地域,属中温带大陆性季风气候,冬
寒漫长,春干风大,夏热多雨,秋凉霜早.年均降水量
420 mm,6—8 月降水量约占全年的 67% ,年均气温
2郾 3 益,无霜期 200 d,是我国北方最重要的芦苇自
然湿地. 区内停歇与栖息繁殖着以丹顶鹤 ( Grus
japonensis)为代表的多种珍稀水禽,芦苇沼泽、季节
性湿草甸和明水面为 3 种典型生境. 本研究选取散
布于整个保护区内的 4 个研究地(表 1),既包括中
西部盐碱化现象较轻的齐齐哈尔地区,又涵括中东
部盐碱化较严重的大庆地区.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 样品采集 摇 在各研究地分别随机设立 2 个
10 m伊10 m样方,收集各种环境参数数据、植被群落
特征以及土壤剖面信息,并自下而上设 3 个土壤剖
面(0 ~ 10 cm,10 ~ 20 cm,20 ~ 30 cm)随机采集各层
典型土样,混匀后装入封口袋带回实验室.所采土样
带回实验室后挑出可见植物残体和根屑,过 2 mm
土壤筛,分为两份,一份经风干后用于土壤化学分析
及相关酶活性的测定,另一份置于 4 益冰箱中保存,
用于土壤微生物量、部分土壤酶活性及微生物群落
数量的测定.
1郾 2郾 2 测定方法 摇 土壤微生物数量采用稀释平板
法[9]测定,其中细菌用牛肉膏蛋白胨培养基,真菌
用加入孟加拉红的马铃薯葡萄糖培养基,放线菌用
改良的高氏一号培养基.
土壤酶活性测定采用常规方法进行,其中土壤
酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、茁鄄葡萄糖苷酶活性测定采
用新鲜土样进行.酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性采用
对硝基苯磷酸氢二钠盐底物比色法,茁鄄葡萄糖苷酶
活性采用对硝基苯鄄茁鄄D鄄吡喃葡糖苷(PNPG)基质比
色法[6] .土壤脲酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性采
用风干土样进行. 脲酶活性采用靛酚蓝比色法(以
NH4 + 鄄N计),过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定
法[10],多酚氧化酶活性采用邻苯三酚比色法[11] .
土壤微生物生物量采用氯仿熏蒸鄄K2SO4 浸提
法[6]测定,其中微生物生物量碳采用熏蒸提取仪器
分析法,微生物生物量氮采用熏蒸提取鄄全氮法.
土壤养分采用常规方法测定[12-13];土壤含水率
采用烘干恒量法(105 益);pH 值采用 1 颐 2郾 5 水土
比电位法;有机碳用重铬酸钾外加热法;全氮用凯氏
定氮法;全磷用 H2SO4 鄄HCLO4 消煮鄄钼锑抗比色法;
速效钾用 NH4OAC浸提鄄火焰光度计法;水解性氮用
碱解扩散法.
1郾 3摇 数据处理
试验数据采用 SPSS 1 6 郾 0和Microsoft Excel
表 1摇 各研究地基本情况
Table 1摇 Basic information of each study area
研究地
Site
地理坐标
Geographic
coordinate
海拔
Elevation
(m)
土壤类型
Soil
type
植被类型
Vegetation
type
盐碱化程度
Saline鄄
alkaline
degree
人为干扰
Human
interference
管理局
Guanliju
47毅11忆 N,
124毅14忆 E
142 潜育草甸土
Gleying meadow soil
羊胡子 Eriophorum L. ,还阳
参 Crepis rigescens
轻度 Light 刹草(极轻)
Mowing (slightly)
吐木台
Tumutai
46毅56忆 N,
123毅57忆 E
138郾 6 黑钙土
Chernozem
苔草 Carex tristachya,芦苇
Phragmites australis
轻度 Light 放牧(严重)
Grazing(seriously)
烟筒屯
Yantongtun
47毅00忆 N,
124毅10忆 E
137郾 2 盐碱草甸土
Saline鄄alkaline mead鄄
ow soil
羊胡子 Eriophorum L. ,鹅绒
委陵菜 Potentilla anserina
中度 Middle 放牧(严重)
Grazing(seriously)
育苇场
Yuweichang
47毅04忆 N,
124毅26忆 E
140 盐碱草甸土
Saline鄄alkaline mead鄄
ow soil
羊胡子 Eriophorum L. ,碱蓼
Polygolum sibiricum
重度 Serious 放牧(严重)
Grazing(seriously)
8171 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 22 卷
2003 软件进行处理. 采用 One鄄way ANOVA 进行方
差分析,差异显著性水平采用 Duncan 法检测.采用
逐步线性回归模型分析土壤微生物特性与土壤养分
间的关系.采用主成分分析法构建湿地土壤养分评
价模型和微生物学预测模型.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土壤微生物数量、酶活性、微生物生物量和养
分的空间分布
2郾 1郾 1 土壤微生物数量的空间分布 摇 由图 1 可知,
在土壤微生物群落中,细菌数量所占比例最大
(73郾 7% ~ 91郾 6% ),在各类微生物中占绝对优势,
其次为放线菌 (0郾 3% ~ 16郾 9% ),真菌数量最少
(0 ~ 0郾 3% ).
土壤细菌菌落数在各研究地的垂直分布明显,
随土层加深逐渐减少.吐木台表现特殊,各土层细菌
菌落数依次为:10 ~ 20 cm >0 ~ 10 cm>20 ~ 30 cm,
这可能是由于取样前该地区受寒冷气流的突袭,且
表层(0 ~ 10 cm)土壤含水率较大,取样时表层土壤
出现明显的冻土现象,使表层土壤细菌大量死亡,其
他各研究地表层土壤的冻土现象较轻.此外,这一现
象还可能与该研究地特殊的植被类型有关[14],由于
地表植被高大,大量的植物须根主要分布于
10 ~ 20 cm土层中,植物的根际效应加剧了表层与中
层土壤的细菌差异[15] .
各研究地土壤真菌数量的垂直分布差异明显:
0 ~ 10 cm土层最多,随土层的加深菌落数迅速减少.
这是由于表层土壤具有丰富的营养物质、良好的光
温水气等条件,真菌可大量生长、繁殖,随着土层的
加深,土壤养分、光照、温湿等条件特别是该特殊生
境下氧浓度的迅速降低,导致真菌数量急剧下降,这
与 Bossio 等[16]研究结果一致. 管理局、吐木台表层
土壤真菌数量显著大于烟筒屯和育苇场,这主要受
各研究地土壤类型、土壤养分条件和土壤盐碱化强
度等的综合影响.
各研究地放线菌均呈现明显的垂直分布特征.
吐木台 0 ~ 10 cm 土层放线菌数量极显著大于其他
各研究地,其表层土壤中有机质等含量丰富(表 2),
具有良好的光热水气条件、适宜的季节性干湿交替,
这些均为放线菌的生长、繁殖创造了条件[17] .
2郾 1郾 2 土壤酶活性的空间分布 摇 由图 2 可以看出,
土壤脲酶活性在各研究地均随土壤深度增加逐渐降
低.烟筒屯、育苇场较特殊,脲酶活性的最大值均出
现在 10 ~ 20 cm土层,受表层土壤盐碱化的影响,其
土壤脲酶活性受到一定程度的抑制,中层土壤脲酶
活性较高,成为土壤氮素的主要供应源.
各研究地不同土层土样均呈碱性(表 2),土壤
碱性磷酸酶活性均显著大于酸性磷酸酶活性[18] .两
图 1摇 不同样地土壤可培养总菌数、细菌、真菌和放线菌的垂直分布
Fig. 1 摇 Vertical distribution of soil culturable total microorganism, bacteria, fungi and actinomycetes in different sampling sites
(mean依SD).
A:管理局 Guanliju; B:吐木台 Tumutai; C:烟筒屯 Yantongtun; D:育苇场 Yuweichang. 不同小写字母表示同一土层不同样地间差异显著
(P<0郾 05)Different small letters meant significant difference among the same soil layers of different sampling sites at 0郾 05 level. 下同 The same below.
91717 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马摇 玲等: 扎龙季节性湿草甸土壤养分和土壤微生物特性摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 不同样地土壤脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、茁鄄葡萄糖苷酶活性的垂直分布
Fig. 2摇 Vertical distribution of urease phosphatase, polyphenol oxidase, catalase, 茁鄄glucosidase activities in different sampling sites
(mean依SD).
种磷酸酶活性的垂直分布规律均较明显. 育苇场表
现特殊:10 ~ 20 cm<20 ~ 30 cm<0 ~ 10 cm,这与该
地严重的盐碱化环境和频繁的季节性淹水有关. 受
中层土壤严重淋溶和表层土壤盐碱斑形成的影响,
10 ~ 20 cm土层有机磷化合物含量降低,底层与表
层土壤中有机磷化合物含量增加,受酶作用基质浓
度梯度改变的影响,磷酸酶活性的空间分布也发生
改变.
各研究地多酚氧化酶活性均随土壤深度增加而
逐渐降低. 育苇场酶活性的最低值同样出现在
10 ~ 20 cm土层.过氧化氢酶活性的大小在各研究地
不同土层中相差不大.育苇场表现依旧特殊,过氧化
氢酶活性的最低值也出现在 10 ~ 20 cm 土层,且显
著低于其他土层.
茁鄄葡萄糖苷酶活性与土壤深度呈显著负相关,
且表层土壤中 茁鄄葡萄糖苷酶活性显著大于其他各
土层.这是由于表层土壤中植物凋落物量大,纤维
素、多聚糖等含量高,茁鄄葡萄糖苷酶活性的垂直变化
显著,与聂大刚等[19]研究结果一致.
2郾 1郾 3 土壤微生物生物量的空间分布摇 由图 3 可以
看出,土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)在各
研究地均随土层的加深显著降低, 这是由于植物凋
落物和土壤有机质主要分布于表层土壤,随着土层
加深,营养物质减少、土壤通气状况减弱,导致土壤
微生物活动减弱、微生物生物量降低.
2郾 1郾 4 土壤养分的空间分布 摇 由表 2 可以看出,土
壤有机质在各研究地的垂直分布明显,这与土壤动
植物残体、凋落物分布量、光温水气等条件以及受其
影响而在物质循环中起关键作用的微生物群落分布
密切相关.土壤全 N随土层加深呈先增后减的分布
特点.全 P的分布除育苇场外也呈现明显的垂直分
布特点,育苇场全 P的最大值出现在 20 ~ 30 cm 土
层,与该研究地频繁的季节性淹水、强烈的人为干扰
和严重的盐碱化土壤环境有关,这些均加重了土壤
的淋溶现象,改变了土壤养分空间分布规律,加剧了
湿地土壤养分的退化与流失.土壤 pH、速效钾、水解
0271 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 22 卷
表 2摇 供试土壤基本理化性质
Table 2摇 Basic physical and chemical properties of studied soils (eman依SD)
研究地
Site
土层
Soil
layer
(cm)
有机碳
Organic
C
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
碳氮比
C / N
全磷
Total P
(g·kg-1)
水解性氮
Alkali鄄
hytrolyz abel N
(mg·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
pH
管理局 0 ~ 10 12郾 77依2郾 49b 1郾 63依0郾 05a 7郾 86 0郾 33依0郾 02a 49郾 61依10郾 02b 92郾 3依3郾 55d 9郾 99依0郾 07ab
Guanliju 10 ~ 20 13郾 27依1郾 14b 1郾 14依0郾 08c 11郾 65 0郾 32依0郾 04a 35郾 52依10郾 05ab 67郾 33依3郾 56c 9郾 31依0郾 04c
20 ~ 30 9郾 57依0郾 86a 1郾 46依0郾 04a 6郾 56 0郾 27依0郾 03b 46郾 16依5郾 02a 67郾 31依3郾 56d 9郾 17依0郾 04b
吐木台 0 ~ 10 24郾 93依3郾 62a 1郾 46依0郾 04a 17郾 10 0郾 35依0郾 13a 95郾 93依5郾 02a 238郾 72依3郾 56a 9郾 74依0郾 02c
Tumutai 10 ~ 20 10郾 37依1郾 59b 2郾 4依0郾 04a 4郾 33 0郾 33依0郾 08a 38郾 95依5郾 01ab 94郾 75依7郾 10b 9郾 24依0郾 04c
20 ~ 30 9郾 52依1郾 02a 1郾 54依0郾 16a 6郾 18 0郾 26依0郾 10b 12郾 38依2郾 50bc 77郾 12依3郾 55c 8郾 79依0郾 04c
烟筒屯 0 ~ 10 11郾 62依0郾 93b 1郾 02依0郾 19a 11郾 42 0郾 23依0郾 05b 45郾 78依4郾 98b 139郾 21依3郾 55b 9郾 92依0郾 02b
Yantongtun 10 ~ 20 4郾 39依0郾 90c 1郾 29依0郾 07c 3郾 41 0郾 23依0郾 09b 24郾 82依5郾 01b 94郾 88依3郾 55b 9郾 42依0郾 02b
20 ~ 30 3郾 18依0郾 88b 0郾 53依0郾 01c 5郾 96 0郾 22依0郾 06b 6郾 39依1郾 00c 84郾 89依7郾 10b 9郾 21依0郾 03b
育苇场 0 ~ 10 10郾 87依1郾 69b 1郾 39依0郾 44a 7郾 80 0郾 31依0郾 04a 45郾 83依4郾 99b 119郾 37依3郾 55c 10郾 04依0郾 02a
Yuweichang 10 ~ 20 17郾 54依1郾 62a 1郾 93依0郾 23b 9郾 08 0郾 31依0郾 03a 49郾 91依2郾 50a 115郾 64依3郾 56a 9郾 99依0郾 03a
20 ~ 30 11郾 40依0郾 20a 1郾 15依0郾 14b 9郾 90 0郾 39依0郾 11a 17郾 83依5郾 04b 110郾 58依3郾 56d 9郾 97依0郾 01a
同列不同小写字母表示同一土层不同样地间差异显著(P<0郾 05)Different small letters in the same column meant significant difference among the
same soil layers of different sampling sites at 0郾 05 level.
图 3摇 不同样地土壤微生物生物量碳、氮的垂直分布
Fig. 3 摇 Vertical distribution of soil microbial biomass carbon
and nitrogen in different sampling sites (mean依SD).
性氮均随土壤深度增加逐渐降低.
2郾 2摇 土壤微生物、酶活性、微生物生物量和土壤养
分的相互关系
2郾 2郾 1 土壤微生物生物量碳、氮与土壤酶、微生物数
量、土壤养分的关系摇 以土壤脲酶(x1)、酸性磷酸酶
(x2)、碱性磷酸酶(x3)、多酚氧化酶(x4)、过氧化氢
酶(x5)、茁鄄葡萄糖苷酶( x6 )、细菌数( x7 )、真菌数
(x8)、放线菌数(x9)、总菌数(x10)、有机碳(x11)、全
N(x12)、全 P( x13 )、水解性氮( x14 )、速效钾( x15 )、
C / N值(x16)、pH 值( x17)为自变量,将土壤微生物
生物量碳(MBC,Y1)、微生物生物量氮(MBN,Y2)作
为因变量,使用逐步线性回归模型模拟它们之间的
关系.得出最佳模型如下:
Y1 = - 330郾 024 + 23郾 725x1 + 2郾 225x3 + 3郾 933x6 +
13郾 086x11,R=0郾 997
Y2 = - 31郾 629 + 1郾 188x1 + 0郾 296x2 + 0郾 636x6 +
2郾 767x16,R=0郾 992
结果表明: 土壤微生物生物量碳(MBC)与 茁鄄葡
萄糖苷酶、脲酶、碱性磷酸酶和有机碳含量的相关性
显著(P<0郾 05);土壤微生物生物量氮(MBN)则与
茁鄄葡萄糖苷酶、脲酶、酸性磷酸酶和 C / N值的相关性
显著(P<0郾 05).这是由于它们分别控制着微生物生
长和繁殖过程所需的各种营养物质和微量元素.
2郾 2郾 2 土壤养分与土壤微生物特性的关系摇 以土壤
脲酶(x1)、酸性磷酸酶(x2)、碱性磷酸酶(x3)、多酚
氧化酶(x4)、过氧化氢酶(x5)、茁鄄葡萄糖苷酶(x6)、
MBC(x7)、MBN(x8)、细菌数(x9)、真菌数(x10)、放
线菌数(x11)和总菌数(x12)为自变量,有机碳(Y1)、
全 N(Y2)、全 P(Y3)、水解性氮(Y4)、速效钾(Y5)、
C / N(Y6)、pH值(Y7)为因变量,采用逐步线性回归
模型模拟它们之间的关系,结果如下:
Y1 = -18郾 453+3郾 341x5+0郾 040x11,R=0郾 864
Y2 =1郾 254+0郾 005x9,R=0郾 688
Y4 =17郾 606+0郾 489x6,R=0郾 845
Y5 =94郾 942+0郾 381x11,R=0郾 889
Y6 =5郾 592+0郾 072x8,R=0郾 816
以上各模型均使用 T 检验(琢 = 0郾 05)进行测
试,结果表明,这些模型均显著而可靠,且共线性诊
12717 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马摇 玲等: 扎龙季节性湿草甸土壤养分和土壤微生物特性摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 主成分分析的特征根和方差贡献率
Table 3摇 Eigenvalue and variance contribution of principal component analysis
项目
Item
指标
Index
第 1 主成分
Component
1
第 2 主成分
Component
2
第 3 主成分
Component
3
第 4 主成分
Component
4
土壤总养分 特征根 Eigenvalue 4郾 67 1郾 29
Total soil nutrient 方差贡献率 Variance contribution (% ) 66郾 7 18郾 4
累计方差贡献率 Total variance contribution (% ) 66郾 7 85郾 1
土壤总微生物 特征根 Eigenvalue 5郾 17 2郾 62 1郾 61 1郾 05
Soil microorganism 方差贡献率 Variance contribution (% ) 43郾 1 21郾 8 13郾 4 8郾 7
累计方差贡献率 Total variance contribution (% ) 43郾 1 64郾 9 78郾 3 87郾 1
断表明它们均不存在共线性问题.由模型可知:有机
碳与放线菌数量、过氧化氢酶活性的相关性显著
(P<0郾 05),与刘建新[20]、陆梅等[21]研究结果一致;
速效钾、全 N、水解性 N 则依次分别与放线菌数、细
菌数、茁鄄葡萄糖苷酶活性相关性显著(P<0郾 05),这
是因为在以植物凋落物为主要外来营养物质补入的
湿地生态系统中,茁鄄葡萄糖苷酶活性的高低和某些
特殊微生物群落数量影响并制约着土壤中 C、N、K
等元素的循环过程,与姚槐应等[22]在对黑麦草系统
肥力的研究中所得结果一致;C / N 则与 MBN 的相
关性显著(P<0郾 05),这可能由于土壤 C / N 的高低
影响土壤微生物活动能力,并最终影响土壤微生物
生物量氮的大小[23];土壤全 P、pH 与土壤微生物活
性的相关关系不显著(P>0郾 05).
2郾 3摇 湿地土壤养分评价及微生物学预测模型的构
建
2郾 3郾 1 土壤养分评价模型摇 对不同土样各土壤养分
指标进行主成分分析(表 3),根据主成分分析的原
理,当累计方差贡献率大于 85%时,即可代表研究
样本的总体变异率[24] . 由表 3 可知,土壤养分的第
一、二主成分可代表土壤肥力系统内的总体变异信
息,反映土壤肥力的退化与恢复状况.由各土壤养分
的变量载荷因子权系数和特征根,可计算得到土壤
总养分信息系统的第一、二主成分方程:
Y1 = 0郾 4551x1 +0郾 1444x2 +0郾 3032x3 +0郾 4139x4 +
0郾 3810x5+0郾 4551x6+0郾 3954x7 (1)
Y2 = 0郾 0449x1 +0郾 8000x2 +0郾 3459x3 +0郾 0062x4 -
0郾 2860x5+0郾 0449x6-0郾 3916x7 (2)
利用上述两个主成分方程,分别结合方差贡献
率(表 3),最终构建出湿地土壤总养分状况的综合
评价模型:
Y= 0郾 3116x1 +0郾 2438x2 +0郾 2659x3 +0郾 2770x4 +
0郾 2012x5+0郾 3116x6+0郾 1913x7 (3)
式中:Y1、Y2、Y 为土壤总养分值;x1 为有机质含量;
x2 为全 N含量;x3 为全 P含量;x4 为水解性氮含量;
x5 为速效钾含量;x6 为有机 C含量;x7 为 C / N.
2郾 3郾 2 土壤养分微生物学预测模型摇 对所有供试土
样各微生物活性指标进行主成分分析并分别结合方
差贡献率(表 3),构建衡量土壤总微生物活性的综
合评价模型:
Y= 0郾 0952x1 +0郾 1146x2 -0郾 0363x3 +0郾 1085x4 +
0郾 1288x5 +0郾 2039x6 +0郾 1681x7 +0郾 1758x8 +
0郾 1747x9+0郾 1361x10+0郾 1410x11+0郾 1935x12
(4)
式中:Y为土壤总微生物活性;x1 为脲酶活性;x2 为
酸性磷酸酶活性;x3 为碱性磷酸酶活性;x4 为多酚
氧化酶活性;x5 为过氧化氢酶活性;x6 为 茁鄄葡萄糖
苷酶活性;x7 为微生物生物量碳(MBC);x8 为微生
物生物量氮(MBN);x9 为细菌数;x10为真菌数;x11
为放线菌数;x12为总菌数.
将经 SPSS数据标准化处理后的不同土样各指
标依次代入模型(3)和模型(4)中,得到各土样对应
的土壤总养分值和土壤总微生物活性值. 相关分析
表明:土壤总养分与总微生物活性间存在显著的线
性相关关系(R2 =0郾 640),
在类似自然湿地季节性湿草甸的特定生境下,
运用主成分分析法构建土壤总微生物活性评价模型
可表征土壤养分状况,对湿地土壤养分的退化及变
化趋势进行预测.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 土壤微生物与土壤养分
3郾 1郾 1 土壤微生物群落摇 对扎龙湿地季节性湿草甸
土壤微生物群落结构的研究发现,细菌占绝对优势,
其次为放线菌,真菌数量最少,与赵先丽等[25]研究
结果一致,而徐惠风等[3]对乌拉苔草(Carex meyeri鄄
ana)湿地土壤微生物群落进行研究发现:细菌数>
真菌>放线菌. 产生这一差异的原因可能与各研究
2271 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 22 卷
地土壤酸碱环境有关,扎龙湿地土壤整体偏盐碱性,
更有利于细菌和放线菌的繁殖,且季节性积水导致
的通气不良也在一定程度上抑制了真菌的繁殖.
3郾 1郾 2 土壤酶摇 我国有关森林[26-27]、草原[28]以及农
田生态系统[29-30]土壤酶活性的报道较多,而对于湿
地生态系统土壤酶活性的研究相对较少[7] . 湿地特
别是天然湿地,土壤酶活性受诸多环境因子共同影
响[5,31],如土壤理化性质、土壤类型、植被、气候、干
湿交替、冻融以及光温水气、人为干扰等.
研究发现,多数土壤酶呈现较明显的垂直分布
特征,与关松荫[11]研究结果一致.烟筒屯、育苇场表
现特殊,脲酶活性最大值均分布于 10 ~ 20 cm土层,
与关松荫[11]和薛文悦等[32]的研究结果不同,这可
能与当地的盐碱化土壤环境及季节性淹水有关. 在
各研究地中育苇场表现特殊,土壤酶活性(脲酶除
外)均在 10 ~ 20 cm土层达到最低,这可能与其中层
土壤存在严重的淋溶现象及表层土壤的盐碱斑有
关.
3郾 1郾 3 土壤养分 摇 有机质、氮、磷、钾元素是湿地生
态系统重要的生态因子,对湿地生态系统的生产力
具有显著影响.此外,湿地营养元素的含量也是湿地
类型划分的重要依据[33] . 研究发现,季节性淹水对
扎龙自然湿地影响显著.一方面,季节性淹水导致的
干湿交替加速了土壤有机质的分解矿化,而有机质
的分解矿化又在很大程度上导致土壤养分淋失、含
量下降、土层变薄,进而使土壤结构、土壤保肥供肥
性能等发生退化[33];另一方面,季节性淹水导致的
干湿交替将地下盐碱带到地表,加剧了土壤的盐碱
化程度,最终抑制并改变土壤酶活性的空间分布规
律.此外,刹草、放牧等人为干扰破坏了地表植被,减
少了土壤营养物质的补入,加剧了该地区土壤的退
化流失.
3郾 2摇 湿地土壤养分评价模型
以往对森林、草原等生态系统土壤养分的评价
多以一种土壤酶或几种土壤酶的总体活性定性表
征[18,27] .不少学者对此持不同见解,认为土壤酶活
性不稳定,不能全面反映土壤的生物学状况,更不能
作为评价土壤肥力水平的指标[34] .
我国对湿地土壤微生物研究起步较晚,且多集
中于对人工湿地土壤微生物去污机制的研究,而对
于天然湿地土壤微生物的研究较少[7-8] .目前,我国
尚缺乏用于对湿地土壤养分进行评价及预测的模型
方法.本研究将土壤酶与微生物学特性结合[35],构
建出湿地土壤养分评价及微生物学预测模型,可为
我国湿地特别是扎龙湿地土壤环境的保护提供更多
科学指导.
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作者简介 摇 马 摇 玲,女,1963 年生,教授,博士生导师. 主要
从事森林有害生物综合治理和湿地生态学研究, 发表论文
40 余篇. E鄄mail: Maling63@ 163. com
责任编辑摇 肖摇 红
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