全 文 ：第 35 卷第 17 期
2015年 9月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.17
Sep.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金重点基金(41030532); 国家自然科学基金面上项目(41171226); 教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET鄄 12鄄
0479)
收稿日期:2013鄄10鄄30; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄11鄄03
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: shan@ ms.iswc.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201310302611
杨佳佳, 安韶山, 张宏, 陈亚南, 党廷辉, 焦菊英.黄土丘陵区小流域侵蚀环境对土壤微生物量及酶活性的影响.生态学报,2015,35(17):
5666鄄5674.
Yang J J, An S S, Zhang H, Chen Y N, Dang T H,Jiao J Y.Effect of erosion on soil microbial biomass and enzyme activity in the Loess Hills. Acta
Ecologica Sinica,2015,35(17):5666鄄5674.
黄土丘陵区小流域侵蚀环境对土壤微生物量及酶活性
的影响
杨佳佳1,2, 安韶山1,2,*, 张摇 宏2, 陈亚南2, 党廷辉1,2, 焦菊英1
1 西北农林科技大学, 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 杨陵摇 712100
2 西北农林科技大学资源环境学院, 杨陵摇 712100
摘要:土壤侵蚀环境直接影响土壤的特性,对土壤微生物的形成和稳定具有重要的影响。 土壤微生物量推动着土壤的物质循环
和能量流动,对土壤中各种环境的变化有很强的敏感性。 土壤酶活性能表示土壤微生物功能的多样性,与土壤微生物量有着紧
密的联系。 为了探究不同侵蚀环境对土壤微生物量和酶活性的影响,以黄土丘陵区陈家坬小流域为研究区,选择 5种不同侵蚀
环境下 0—10cm和 10—20cm土层的土壤为研究对象,对土壤微生物量及其土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性进行了研究。
结果表明:(1)土壤微生物量碳、氮、磷含量均表现为 0—10cm大于 10—20cm土层;土壤微生物量碳和磷在阴沟坡最大,在阳梁
峁坡和峁顶较小,且阴沟坡和峁顶差异显著;土壤微生物量氮在阳沟坡最大,阴阳梁峁坡最小,差异性显著(P<0.01)。 (2)土壤
脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均表现为 0—10cm大于 10—20cm 土层,且在不同侵蚀环境下均表现为阴梁峁坡最大,阳梁峁
坡最小。 (3)相关性分析表明,土壤微生物量碳、氮、磷与土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性之间均有极显著的正相关。
关键词:黄土丘陵; 侵蚀环境; 土壤微生物量; 酶活性
Effect of erosion on soil microbial biomass and enzyme activity in the Loess
Hills
YANG Jiajia1,2, AN Shaoshan1,2,*, ZHANG Hong2, CHEN Yanan2, DANG Tinghui1,2,JIAO Juying1
1 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Agriculture of Loess Plateau,Northwest A&F University,Yangling 712100, China
2 College of Resource and Environmental Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
Abstract: Erosion directly affects soil characteristics and has a significant effect on the formation and stability of the soil
microbial community. Soil microbial biomass not only plays a significant role in energy flow and nutrient cycling, but it also
shows great sensitivity to changes in soil environment. Soil enzyme activities are indicative of the functional diversity of the
soil microbial community, as they are closely associated with soil microbial biomass. To reveal the effect of different erosion
environments on soil microbial biomass and soil enzyme activities, soil samples were collected from the Chengjiawa
watershed, located in the Yanhe watershed of the hill and gully region of Ansai County, Yan忆an, Shaanxi Province, China.
Soil samples were collected from five erosion environments in the valley, at depths of 0—10 cm and 10—20 cm. We studied
the characteristics of soil microbial biomass including carbon, nitrogen, and phosphorus, soil enzyme activities including
soil urease, invertase, and alkaline phosphatase, and correlations between soil microbial biomass and enzyme activities. The
results showed that: (1) Soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus were significantly different between the
0—10 cm and 10—20 cm soil layers; soil microbial biomass carbon and phosphorus in the shaded lower slopes were higher
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than in the other tested environments, whereas in the sunny middle slope and the hill top they were lower than in the other
tested soil environments. The difference between the shaded lower slopes and sunny hill top were significant. Soil microbial
biomass nitrogen in the sunny lower slope was significantly higher than in the other tested soil environments. Overall, soil
microbial biomass of the ditch slope was higher than in the other tested environments. This suggested that the erosion affects
the soil microbial properties, and that soil nutrient accumulation and mineralization ability of soils on the downhill slope
were higher than in other tested locations. (2) Soil urease, sucrase, and alkaline phosphatase activities were higher in the
0—10 cm layer than in the 10—20 cm layer. In different erosion environments, soil enzyme activities were higher in the
shaded middle slope than in any other tested environments, while they were the lowest in the sunny middle slopes. Soil
alkaline phosphatase activity did not significantly differ between different soil environments. Soil invertase activity in the
shaded middle slopes was significantly different from the other four types of erosion environments. The difference in soil
urease activity between the shaded lower slope and other tested environments was significant. Comparisons showed that the
environment exposed to erosion affected the properties of soil enzyme activities; the responses of soil invertase and urease
were more sensitive to changes in the soil environment. (3) Pearson correlation analysis showed that soil microbial biomass
carbon, nitrogen, and phosphorus were significantly positively correlated with each other, as were the soil urease, sucrase,
and alkaline phosphatase activities. There was a significant positive correlation between soil microbial biomass and soil
enzyme activities, which suggested that these two properties were closely linked and inseparable components of the soil
microbial community. Different environments exposed to erosion have diverse levels of soil organic matter content, different
physicochemical properties of the soil, diverse forms of soil microbes, and differ in the amount of soil microbial biomass and
soil enzyme activities. These differences were reflected in the soil quality, vegetation types, and resistance to soil erosion.
Key Words: Loess Hills; erosion environment; soil microbial biomass; enzyme activity
土壤酶主要来源于土壤中动物、植物和微生物细胞的分泌物及其有机残体的分解物[1],土壤中各种营养
物质的转化及矿质化过程,主要取决于酶的酶促作用[2],因此土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的
强度和方向[3],对评价土壤肥力有着重要的作用[4]。 土壤微生物量是土壤活性养分的储存库,是植物养分的
有效来源[5],它是土壤中物质循环和能量流动的重要推动力[6],对土壤的各种环境变化表现出很大的敏感
性。 土壤微生物量充分反映了不同的土地利用方式、生态功能及其各种侵蚀环境的变化[7],因而具有更加灵
敏、准确的反映微生物在土壤中的含量和作用潜力[5]。
黄土丘陵区由于土壤具有特殊的形成过程和特殊的地形特点导致水土流失严重、土壤肥力贫瘠,生态环
境脆弱,而不同侵蚀地形又可以通过光照分布影响土壤水热条件[8],导致不同侵蚀地形土壤养分在降雨侵蚀
过程中发生再分配,而有研究表明土壤微生物量和土壤酶活性对环境的变化有很大的敏感性[5],因此侵蚀地
形环境的变化会对土壤微生物生物量及其土壤酶活性产生重大的影响。 目前已有学者就黄土高原植被恢复
后不同土地利用方式、不同植被类型等条件研究了其土壤微生物生物量分布的变化特征[8鄄10],而对各种侵蚀
地形条件下土壤理化性状及土壤微生物功能的研究还较少,因此,本文以黄土丘陵区陈家坬小流域为背景,研
究小流域侵蚀环境对土壤微生物量及其酶活性的影响,以期从土壤微生物学的角度研究侵蚀环境下土壤微生
物量及其酶活性的变化特征及相关关系,探讨二者对侵蚀环境的敏感性,为区域植被恢复,改善生态环境,提
高土壤质量管理提供科学的理论依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
陈家坬小流域位于延安市安塞县招安镇,属于典型的黄土丘陵沟壑区。 地处北纬 36毅49忆00义—36毅50忆54.
46义,东经 109毅15忆31义— 109毅19忆46义,流域总面积 11.29 km2,海拔 1056—1400 m。 此外,该流域中有少量平地,
占流域总面积的 0.55%。 该流域地形地貌复杂,从南到北呈梁、峁、塌、湾、坪、川等地貌,地形坡度主要集中在
5—45毅,占流域总面积的 94.28%,其中阴坡所占比例为 54.98%,大于阳坡 44.47%,年平均气温为 9.1 益,年平
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均降雨量 428.1 mm,土壤类型以黄绵土为主,植被群落以灌木和草本植被为主。
图 1摇 采样点分布图
Fig.1摇 Maps of sampling spots distribution
1.2摇 样点的布设与采集
在陈家坬流域研究区内,为尽量保证野外采样在地
形及其植被群落上的一致性,根据典型的植被群落选取
3个山丘的梁峁,在每个梁峁上按照不同的侵蚀环境选
取 5个地貌部位,分别为梁峁顶、阳梁峁坡、阳沟坡、阴
沟坡和阴梁峁坡;在每个地貌部位处均选取 3 个 10 m伊
10 m的样方。 采样分布图如图 1所示。
样品采集于 2012年 7月份。 土壤样品的采集是在
样方内按照随机均匀分布的原则,采用“S冶型路线选择
5— 6个点进行多点混和,用土钻分别采集 0—10 cm和
10—20 cm两层土样,分层将混匀后的土样用塑封袋装好带回实验室,一部分保存新鲜土样,存于-20益冰箱
保存测定土壤微生物量;一部分经自然风干后过 0.149 mm和 1 mm土筛测土壤理化性状和酶活性。 5种侵蚀
环境地貌部位下样地主要建群种名称:狼牙刺(Sophora davidii),丁香(Syzygium aromaticum),茭蒿(Artemisia
giraldii),达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica),铁杆蒿(Artemisia gmelinii),杠柳(Periploca sepium bunge),阿尔
泰狗娃花 (Heteropappus altaicus),沙棘 ( Elaeagnaceae Hippophae),长芒草 ( Stipa bungeana),中华隐子草
(Cleistogenes chinensis),中华卷柏(Selaginella sinenis),柠条(Caragana intermedia)。 采样点基本信息如表 1
所示。
表 1摇 采样点信息
Table 1摇 Information of sampling sites
样点号
Sample sites
侵蚀环境
Erosion
environment
海拔
Altitude / m
经度
Longitude
纬度
Latitude
坡度
Slope / (毅)
群落名称
Vegetation types
1 阳沟坡 1179 109毅17忆49.3义 36毅50忆16.6义 49 狼牙刺、丁香
+茭蒿、达乌里胡枝子、铁
杆蒿
2 1196 109毅17忆32.27义 36毅50忆14.43义 28 狼牙刺
+达乌里胡枝子、杠柳、铁杆蒿、
茭蒿
3 1133 109毅18忆20.31义 36毅50忆10.28义 35 狼牙刺、杠柳+铁杆蒿、茭蒿
4 阳梁峁坡 1198 109毅17忆49.35义 36毅50忆19.43义 30 铁杆蒿、茭蒿、达乌里胡枝子
5 1261 109毅17忆28.73义 36毅50忆17.92义 24 狼牙刺
+白羊草、铁杆蒿、达乌里胡枝子、
阿尔泰狗娃花
6 1223 109毅18忆24.95义 36毅50忆15.61义 29 沙棘
+达乌里胡枝子、铁杆蒿、阿尔泰狗
娃花
7 峁顶 1258 109毅17忆31.75义 36毅50忆23.09义 15 杠柳
+铁杆蒿、阿尔泰狗娃花、长芒草、达
乌里胡枝子
8 1251 109毅18忆21.19义 36毅50忆26.32义 10 铁杆蒿、茭蒿
9 1255 109毅18忆18.33义 36毅49忆56.25义 18 达乌里胡枝子、长芒草、铁杆蒿、阿尔泰狗娃花
10 阴梁峁坡 1212 109毅17忆37.74义 36毅50忆6.3义 30 铁杆蒿、长芒草
11 1268 109毅18忆17.78义 36毅50忆0.24义 26 杠柳+铁杆蒿、中华隐子草、茭蒿
12 1266 109毅18忆1.08义 36毅50忆5.86义 28 铁杆蒿
13 阴沟坡 1134 109毅17忆36.28义 36毅50忆10.2义 22 中华卷柏、铁杆蒿
14 1191 109毅18忆19.7义 36毅50忆2.62义 32 铁杆蒿、达乌里胡枝子
15 1188 109毅18忆2.95义 36毅50忆9.62义 32 铁杆蒿、丁香、柠条、茭蒿
1.3摇 测定方法
土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸鄄K2SO4浸提法[11];微生物量碳采用 TOC 仪测定;微生物量氮采用高压
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锅鄄碱性过硫酸钾氧化[12]后,在波长 220 nm和 275 nm进行双波长比色测定(UV鄄2450紫外分光光度计)。 土
壤脲酶采用苯酚钠鄄次氯酸钠比色法测定,以 NH3鄄N mg / g (37 益,24 h)表示;土壤蔗糖酶采用 3,5鄄二硝基水
杨酸比色法测定,以葡萄糖 mg / g (37 益,24 h)表示;土壤碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法,以酚含量 mg / g
(37 益,10 h)表示[1]。 不同侵蚀环境土壤基本理化性质见表 2:
表 2摇 土壤基本理化性质
Table 2摇 Soil basic physicochemical characters
侵蚀环境
Erosion environment
土层
layers / cm
含水量
Moisture / % pH
容重
Bulk density /
(g / cm3)
有机质
Organic matter /
(g / kg)
全氮
Total nitrogen /
(g / kg)
全磷
Total
phosphorus /
(g / kg)
阳沟坡 0—10 1.37依0.35a 8.05依0.06a 1.16依0.05a 5.54依0.90a 0.55依0..90ac 0.55依0.04a
Sunny lower 10—20 1.46依0.48a 8.16依0.05a 1.25依0.04a 4.33依0.70a 0.44依0.07ac 0.53依0.05a
阳梁峁坡 0—10 1.27依0.22a 8.04依0.03a 1.26依0.06b 4.04依0.76b 0.44依0.07b 0.55依0.07ab
Sunny middle 10—20 1.39依0.40a 8.18依0.03a 1.29依0.09a 2.94依0.58b 0.31依0.06b 0.53依0.06a
峁顶 0—10 1.22依0.08a 7.99依0.06a 1.20依0.05ab 5.93依0.85a 0.53依0.04a 0.57依0.06ab
Hill top 10—20 1.33依0.09a 8.12依0.02ab 1.26依0.04a 4.11依0.38a 0.39依0.05a 0.55依0.07ab
阴梁峁坡 0—10 1.33依0.11a 8.00依0.04a 1.23依0.07ab 6.99依2.13c 0.62依0.16c 0.59依0.07b
Shady middle 10—20 1.30依0.15a 8.10依0.04b 1.25依0.07a 4.80依1.48a 0.47依0.14c 0.57依0.07ab
阴沟坡 0—10 1.41依0.38a 8.03依0.02a 1.21依0.05ab 5.49依0.87a 0.54依0.04a 0.60依0.05b
Shady lower 10—20 1.60依0.61a 8.10依0.03b 1.25依0.07a 4.22依0.49a 0.43依0.04ac 0.59依0.05b
摇 摇 不同小写字母表示同一土层土壤不同侵蚀环境下差异显著性 (P<0.05)
1.4摇 数据处理
数据处理和分析采用 Microsoft Excel 2007 和 SPAS 18. 0 软件,进行 (One鄄Way A NOVA)方差分析和相关
性分析,多重比较采用 LSD法。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同侵蚀环境下土壤微生物量的分布特征
2.1.1摇 不同侵蚀环境下土壤微生物量碳的分布特征
不同侵蚀环境下土壤微生物量碳的分布特征如图 2所示;在不同侵蚀环境下土壤微生物量碳含量变化范
围在 122.54—380.18 mg / kg之间,并且随着土层的加深表现为 0—10 cm层大于 10—20 cm层,即微生物量碳
含量显著减小。 对不同的侵蚀环境,土壤微生物量碳对其响应不同,在 0—10 cm土层微生物碳含量变化范围
在 278.93—380.18 mg / kg之间,最大值是最小值的 1.36 倍,极差为 101.25 mg / kg,表现为阴沟坡、阳沟坡>阴
梁峁坡>阳梁峁坡、峁顶;在 10—20 cm土层土壤微生物量碳含量变化范围在 122.54—208.81 mg / kg 之间,最
大值是最小值的 1.70倍,极差是 86.27 mg / kg,表现为阴沟坡、阳沟坡>阴梁峁坡>峁顶、阳梁峁坡。 差异性分
析表明,微生物量碳 0—10 cm土层和 10—20 cm土层差异性极为显著,且阴沟坡和峁顶差异显著,而阳梁峁
坡和阴梁峁坡差异不显著。
2.1.2摇 不同侵蚀环境下土壤微生物量氮的分布特征
土壤微生物量氮含量分布特征如图 2 所示。 在不同的侵蚀环境下,土壤微生物量氮的变化范围在
27.58—76.17 mg / kg之间,并随着土层的加深微生物量氮含量显著减小。 对不同的侵蚀环境,不同土层的响
应不同,在 0—10 cm土层微生物量氮最小值和最大值分别是 69.31 mg / kg 和 76.17 mg / kg,极差是6.86,表现
为阳沟坡最大,阴梁峁坡最小,5种侵蚀环境差异不显著。 10—20 cm土层土壤微生物量氮含量最小值和最大
值 27.58—38.51 mg / kg,极差 10.93,表现为阳沟坡最大,阳梁峁坡和阴沟坡最小。 土壤微生物量氮含量整体
表现为 0—10 cm土层大于 10—20 cm土层,且差异极显著。 差异性分析表明,不同侵蚀地形对微生物量氮的
影响较小,仅 10—20 cm土层的微生物量氮在阳沟坡与阳梁峁坡和阴沟坡有显著差异性。
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图 2摇 不同侵蚀环境下土壤微生物量碳、氮含量
Fig.2摇 Soil microbial biomass C and N content in different erosion environment
不同大(小)写字母表示 0—10 cm(10—20cm)土壤不同侵蚀环境下差异显著性 (P<0.05)
2.1.3摇 不同侵蚀环境下土壤微生物量磷的分布特征
图 3摇 不同侵蚀环境下土壤微生物量磷含量
摇 Fig.3摇 Soil microbial biomass P content in different erosion
environment摇
土壤微生物量磷含量分布如图 3 所示。 在不同的
侵蚀环境下,土壤微生物量磷含量变化范围 1. 78—
10.19 mg / kg之间,且 0—10 cm 土层土壤微生物量磷含
量显著高于 10—20 cm 土层。 具体地说,在 0—10 cm
土层微生物量磷含量最大值和最小值分别为 5.25 mg /
kg和 10.19 mg / kg,其最大值是最小值的 1.94 倍。 在不
同的侵蚀环境下微生物量磷表现为阴沟坡>阴梁峁坡>
峁顶>阳梁峁坡>阳沟坡,且阴坡微生物量磷含量大于
阳坡。 10—20 cm 土层微生物量磷含量最大值和最小
值分别为 5.85 mg / kg和 1.84 mg / kg,最大值是最小值的
3.28倍,表现为阴沟坡最大,阳梁峁坡最小。 土壤微生
物量磷含量整体表现为 0—10 cm 土层>10—20 cm 土
层,且差异显著;方差分析表明,除阴沟坡与其它 4 种侵
蚀环境有显著的差异之外,其余侵蚀环境差异均不
显著。
2.2摇 不同侵蚀环境下土壤酶活性分布特征
土壤脲酶是一种高度专一性的水解酶,它能促进尿素水解生成氨、二氧化碳和水,加速土壤中潜在养分的
有效化,对提高氮肥利用率有重要的意义。 土壤脲酶在不同侵蚀环境下的分布特征如表 3所示。 随着土层的
加深,土壤脲酶活性降低即 0—10 cm土层高于 10—20 cm 土层。 在 0—10 cm 土层,脲酶含量最大值和最小
值分别为 1.14 mg g-1 24 h-1和 0.612 mg g-1 24 h-1,不同的侵蚀环境下脲酶表现为阴梁峁坡逸峁顶>阳沟坡>阳
梁峁坡>阴沟坡,且阴坡脲酶含量大于阳坡。 在 10—20 cm土层,土壤脲酶最大值是 0.734 mg g-1 24 h-1,最小
值是 0.278 mg g-1 24 h-1,在不同侵蚀环境下表现为阴梁峁坡最大,阳梁峁坡最小。 在不同的侵蚀环境下,阴
沟坡和阳梁峁坡与其它 3种侵蚀环境均有显著的差异性。
土壤蔗糖酶对增加土壤中易溶性的营养物质和促进土壤碳循环有着重要的作用。 在不同侵蚀环境下土
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壤蔗糖酶的分布特征如表 3所示。 随着土层的加深,0—10 cm土层高于 10—20 cm土层。 在 0—10 cm土层,
最大值是 22.469 mg g-1 24 h-1,最小值是 9.230 mg g-1 24 h-1,表现为阴梁峁坡最大,阳梁峁坡最小。 在 10—20
cm土层,最大值是 9.69 mg g-1 24 h-1,最小值是 2.458 mg g-1 24 h-1,5种侵蚀环境的变化与 0—10 cm土层的
变化一致。 显著性分析表明,0—10 cm土层阴梁峁坡与其余 4 种侵蚀环境均有显著的差异性,10—20 cm 土
层峁顶、阴梁峁坡和阴沟坡与阳梁峁坡和阳沟坡有显著的差异性。
土壤碱性磷酸酶能水解土壤中有机磷化合物并生成被植物直接吸收利用的无机态磷,对土壤中磷的循环
有重要的作用。 如表 3所示,在不同的侵蚀环境下,土壤碱性磷酸酶的活性表现为 0—10 cm土层高于 10—20
cm土层。 在 0—10 cm土层磷酸酶的变化范围在 0.264—0.332 mg g-1 10 h-1,10—20 cm土层磷酸酶的变化范
围在 0.118—0.198mg g-1 10 h-1,5种侵蚀环境下碱性磷酸酶在 0—10 cm土层与 10—20 cm土层的变化一致,
均表现为阴梁峁坡最大,阳梁峁坡最小。 差异性分析表明,土壤碱性磷酸酶在 5种侵蚀环境下差异不显著。
表 3摇 不同侵蚀环境下土壤酶活性的分布特征
Table 3摇 Soil enzyme activities during different erosion environment
侵蚀环境
Erosion environment
土壤层次 / cm
Soil layers
脲酶
Urease /
(mg g-1 24 h-1)
蔗糖酶
Invertase /
(mg g-1 24 h-1)
碱性磷酸酶
Alkaline phosphatase /
(mg g-1 10 h-1)
阳沟坡 0—10 0.930依0.320a 10.570依4.046bc 0.310依0.067a
Sunny lower 10—20 0.695依0.258a 4.327依2.537bc 0.180依0.042a
阳梁峁坡 0—10 0.633依0.195b 9.230依3.527c 0.264依0.044a
Sunny middle 10—20 0.278依0.108b 2.458依0.902c 0.118依0.014b
峁顶 0—10 1.083依0.244a 12.950依2.303bc 0.285依0.078a
Hill top 10—20 0.704依0.186a 6.477依2.153ab 0.184依0.045a
阴梁峁坡 0—10 1.14依0.578a 22.469依10.571a 0.332依0.122a
Shady middle 10—20 0.734依0.415a 9.690依7.185a 0.198依0..101a
阴沟坡 0—10 0.612依0.236b 14.578依2.916b 0.331依0.086a
Shady lower 10—20 0.358依0.189b 7.468依3.659ab 0.166依0.034a
摇 摇 不同小写字母表示 0—10 cm(10—20cm)土壤不同侵蚀环境下差异显著性 (P<0.05)
2.3摇 土壤微生物量与酶活性的相关性分析
将不同侵蚀环境下土壤微生物量碳、氮、磷与土壤酶活性进行 Pearson 相关性分析,结果如表 4 所示。 可
以看出,土壤微生物量与土壤酶活性之间有极显著的相关性,其中,土壤微生物量碳、氮、磷彼此之间呈极显著
的正相关,且土壤微生物量碳、氮、磷均与土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性表现出了极显著的正相关。 土壤
脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性之间也表现出了极显著的正相关。 这说明土壤微生物量与土壤酶活性有着紧
密的联系,不可分割。
表 4摇 土壤微生物量与土壤酶活性的相关性分析
Table 4摇 Correlation coefficients of soil microbial biomass and soil enzyme activities
相关系数
Correlation coefficients
微生物量碳
Microbial
biomass C
微生物量氮
Microbial
biomass N
微生物量磷
Microbial
biomass P
脲酶
Urease
蔗糖酶
Invertase
碱性磷酸酶
Alkaline
phosphatase
微生物量碳 Microbial biamass C 1 0.763** 0.807** 0.421** 0.577** 0.508**
微生物量氮 Microbial biamass N 1 0.634** 0.550** 0.511** 0.595**
微生物量磷 Microbial biamass P 1 0.314** 0.433** 0.399**
脲酶 Urease 1 0.699** 0.667**
蔗糖酶 Invertase 1 0.762**
碱性磷酸酶 Alkalinephosphatase 1
摇 摇 ** P<0.01; n= 90
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3摇 讨论
3.1摇 不同侵蚀环境对土壤微生物量的影响
土壤微生物在土壤生态系统参与所有有机物质的分解和转化[5], 对土壤生态环境的变化极为敏感,可以
反映土壤质量的变化和人类活动的干扰。 不同侵蚀地形上土壤性质的差异可以用来评价不同坡位土壤对外
界环境变化和的响应能力[13]。 土壤微生物在不同的侵蚀地形上由于土壤水分、养分、光照、植被等因素的差
异会影响土壤微生物对资源的利用策略,从而影响土壤微生物生物量的大小[14]。 本研究结果表明,土壤微生
物量碳、氮、磷在不同侵蚀地形下表现不同,土壤微生物量碳表现为阴沟坡、阳沟坡较大,峁顶较小,整体上表
现为阴坡大于阳坡,这一方面是受植被类型的影响,有研究表明,土壤微生物量受优势植物群落的影响较
大[15],本研究中阴坡和阳坡有着不同的植物群落;另一方面是受坡向坡位的影响,本研究区土壤的含水量、土
壤有机碳含量均表现阴坡大于阳坡,说明阴坡有着相对阳坡较好的水热条件、土壤容重、土壤养分等环境因
子[16],物种生物多样性高[17],土壤质量较高,使得阴坡微生物生长分泌较阳坡好;土壤地形的影响主要是因
为随着坡面的径流和侵蚀,养分含量较高的表土及细小的土壤颗粒最易流失,在不同坡面地形部位沉积[18],
最终导致在沟坡地形即阴沟坡养分富集,使得微生物量含量增加。 土壤微生物量氮含量在阳沟坡最大,与微
生物量碳和磷在不同侵蚀环境表现出不一致。 有研究表明,从草本群落到乔灌草群落,土壤氮素含量增
加[19],这与本研究的结果相符。 本研究中阳沟坡的植物群落主要以狼牙刺群落为主的灌草群落,其狼牙刺的
根瘤可以固氮,增加了土壤氮素含量,而阴坡主要是以铁杆蒿为主的草本群落,土壤氮素含量较低。 随植被恢
复的进行,植物生长所产生的根系分泌物以及枯枝落叶等在土壤中经过积累、矿化,改善土壤的物理性质和同
期状况,导致土壤微生物活动性增强,对氮素的固定、转化能力增强[20]。 就土壤湿度而言,大多数学者认为湿
度是氮素矿化的最重要的环境因子,会强烈影响土壤微生物量氮的含量[21],本研究中阳沟坡较梁峁坡和峁顶
的土壤含水量略高,因此土壤微生物量氮含量略大。 研究指出,不同侵蚀地形上的土壤养分在降雨侵蚀再分
配过程会导致坡面沟坡较峁坡土壤养分含量高[22],继而造成了土壤微生物量在不同侵蚀环境下表现不同。
土壤微生物量碳、氮、磷含量在不同侵蚀环境下均表现为 0—10 cm 土层高于 10—20 cm 土层,这一方面是由
于植物枯落物分布在土壤表层,表层养分含量较高;另一方面该区植被主要以草本和灌木为主,根系及根系分
泌物、有机残体等主要集中在土壤表层,因此使得土壤表层的微生物量高于下层。
3.2摇 不同侵蚀环境对土壤酶活性的影响
土壤酶参与生物体内一切化学反应,酶能够反映土壤肥力的高低,其活性受多种因素的影响[23鄄24],其中
土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性是参与土壤中碳、氮、磷转化和循环的重要水解酶类,对提高土壤氮素利用
率,增加土壤中易溶性的营养物质,加速有机磷的脱磷速率,提高磷素的有效性都有着重要的作用。 在本研究
中,从前面的分析可以看出,不同侵蚀环境在不同的土层中土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性均随着土层的
加深而降低。 许多研究者也表明,土壤酶活性会随着土层深度的增加而降低[25],这与本研究的结果相符。 这
是因为土壤表层聚集了更多释放酶的植物、动物、微生物等分泌物及其有机残体,土壤动物、植物、微生物的种
类和数量增多,生理活性增强导致释放出更多的酶[26],导致土壤表层酶活性高于下层。 在不同的侵蚀环境下
土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶均表现出一致的规律性,即阴梁峁坡最大,阳梁峁坡较小。 高雪松等的研究发
现[27],3个坡面地形位置,下坡位土壤的物理性状良好,土壤养分易积累,导致土壤养分含量较高。 而本研究
中,土壤酶活性在阴坡和阳坡的分布不太一样,说明不同坡位的土壤酶活性分布不仅与坡向有关,而且与环境
因素、植被类型、土壤质量等综合因素紧密相关。 碱性磷酸酶在 5种侵蚀环境下差异不显著,碱性磷酸酶与土
壤中磷的转化密切相关,而本研究中土壤磷的含量差异不显著,说明碱性磷酸酶活性对地形环境变化的响应
程度较低。 而脲酶在阴沟坡表现出与其它几种侵蚀环境有差异性,蔗糖酶在阴梁峁坡表现出与其它 4种侵蚀
环境有显著差异性,土壤蔗糖酶和脲酶是与土壤中碳、氮转化相关的酶,且本研究中土壤碳、氮含量在阴坡和
阳坡有差异,说明土壤脲酶和蔗糖酶对地形环境变化的响应较为敏感。 邱莉萍等研究表明[28],草地不同坡向
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上土壤酶活性表现为阴坡大于阳坡,这与本研究的结论相符。 一般来讲,阴坡酶活性较好的原因可能是与阴
坡上水分条件较好,植物生长旺盛,凋落物增加促进微生物群落不断繁衍,从而酶活性提高。
土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性均与土壤微生物量碳、氮、磷呈极显著的正相关,Eivazi等发现脲酶活
性与微生物量显著相关[29],这与本研究的结果相一致,说明土壤微生物量和土壤酶活性都可作为微生物学指
标反映土壤环境的变化。 土壤酶活性作为微生物的功能多样,与土壤微生物量相互联系,相互影响,使土壤微
生物生成的酶催化土壤中生物化学过程,成为土壤微生物功能多样性的前提和基础[4]。 Frankenberger等研究
了 10种土壤中的 11 种酶,发现碱性磷酸酶与微生物呼吸、 生物量之间显著相关并且存在密切联系[30],这与
本研究相一致。 也有研究表明[31],脲酶、磷酸酶与微生物量有着显著地正相关性,而蔗糖酶活性与土壤微生
物有直接的依赖性[1]。 土壤酶活性之间表现出极显著的正相关,说明土壤中多糖的转化循环、有机磷的脱磷
与转化、不同氮素的转化利用之间关系密切并且相互影响[32]。
4摇 结论
通过对黄土丘陵区陈家坬小流域 5种不同侵蚀环境下土壤微生物量和土壤酶活性的研究分析和测定,揭
示了不同侵蚀环境对土壤微生物量及其酶活性的影响,现得出以下结论:
(1) 土壤微生物量碳和磷含量表现为阴沟坡最大,阳梁峁坡较小,整体表现为阴坡含量高于阳坡,且阴沟
坡和峁顶差异显著。 土壤微生物量氮含量在 0—10 cm 和 10—20 cm 土层表现为阳沟坡最大。 总体上来看,
沟坡的土壤微生物量较大,说明下坡位的土壤养分积累、矿化能力较强。
(2) 土壤脲酶活性在不同侵蚀环境下表现为阴梁峁坡最大,且阴沟坡和阳梁峁坡与其它侵蚀环境有显著
差异性。 土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶 0—10 cm土层和 10—20 cm土层均表现为阴梁峁坡最大,阳梁峁坡最小。
土壤碱性磷酸酶在不同侵蚀环境下差异不显著,而土壤蔗糖酶活性表现为阴梁峁坡与其它 4种侵蚀环境差异
显著。 说明蔗糖酶和脲酶对环境变化的响应更为敏感。
(3) 相关性分析表明,土壤微生物量碳、氮、磷与土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性之间及两两之间均有
极显著的正相关,说明酶活性与微生物量的关系非常密切。
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