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Responses of soil microorganisms and soil enzyme activities to different land use patterns in the water-level-fluctuating zone of the Three Gorges Reservoir region

三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征



全 文 :
          生 态 学 报
              (SHENGTAI XUEBAO)
    第 34卷 第 4期    2014年 2月  (半月刊)
目    次
前沿理论与学科综述
富营养化湖泊溶解性有机碳生物可利用性研究进展 叶琳琳,孔繁翔,史小丽,等 (779)………………………
黄河下游平原农业景观中非农生境植物多样性 卢训令,梁国付,汤  茜,等 (789)……………………………
个体与基础生态
锰胁迫对杠板归细胞超微结构的影响 王  钧,邬  卉,薛生国,等 (798)………………………………………
不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累 吴  川,莫竞瑜,薛生国,等 (807)…………………………………
弱光下水分胁迫对不同产地披针叶茴香幼苗生理特性的影响 曹永慧,周本智,陈双林 (814)…………………
不同分枝数对桑树幼苗生长发育的影响 郇慧慧,胥  晓,刘  刚,等 (823)……………………………………
斑膜合垫盲蝽若虫在国槐上的空间分布型及抽样技术 朱惠英,沈  平,吴建华,等 (832)……………………
连作苹果园土壤真菌的 T⁃RFLP 分析 尹承苗,王功帅,李园园,等 (837)………………………………………
棉隆对苹果连作土壤微生物及平邑甜茶幼苗生长的影响 刘恩太,李园园,胡艳丽,等 (847)…………………
两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 孙  凯,刘  娟,李  欣,等 (853)………………
种群、群落和生态系统
温度对柑橘始叶螨实验种群生长发育繁殖的影响 李迎洁,王梓英,张国豪,等 (862)…………………………
高原鼠兔有效洞穴密度对青藏高原高寒草甸群落植物生态位的影响 贾婷婷,毛  亮,郭正刚 (869)…………
三工河流域琵琶柴群落特征与土壤因子的相关分析 赵学春,来利明,朱林海,等 (878)………………………
岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响 王卫霞,罗  达,史作民,等 (890)…………………………
滩涂围垦和土地利用对土壤微生物群落的影响 林  黎,崔  军,陈学萍,等 (899)……………………………
福寿螺对稻田水生植物群落结构的影响 赵本良,章家恩,戴晓燕,等 (907)……………………………………
4种木本植物在潜流人工湿地环境下的适应性与去污效果 陈永华,吴晓芙,郝  君,等 (916)………………
基于静态箱式法和生物量评估海北金露梅灌丛草甸碳收支 李红琴,李英年,张法伟,等 (925)………………
初始 pH值对碱性和酸性水稻土微生物铁还原过程的影响 吴  超,曲  东,刘  浩 (933)……………………
景观、区域和全球生态
库姆塔格柽柳沙包年层稳定碳同位素与气候环境变化 张锦春,姚  拓,刘长仲,等 (943)……………………
资源与产业生态
大棚甜瓜蒸腾规律及其影响因子 张大龙,常毅博,李建明,等 (953)……………………………………………
盐胁迫下荒漠共生植物红砂与珍珠的根茎叶中离子吸收与分配特征 赵  昕,杨小菊,石  勇,等 (963)……
普通鹿蹄草品质与根际和非根际土壤的关系 耿增超,孟令军,刘建军 (973)……………………………………
作物种植前后土壤有机质及养分因子的空间变异分析 方  斌,吴金凤 (983)…………………………………
城乡与社会生态
城市河流健康评价指标体系构建及其应用 邓晓军,许有鹏,翟禄新,等 (993)…………………………………
西藏生态足迹与承载力动态分析 安宝晟,程国栋 (1002)…………………………………………………………
研究简报
三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征 马  朋,李昌晓,雷  明,等 (1010)……
盐胁迫对 2种栎树苗期生长和根系生长发育的影响 王树凤,胡韵雪,孙海菁,等 (1021)………………………
恒温和变温驯化对大蟾蜍蝌蚪热耐受性的影响 王立志 (1030)…………………………………………………
学术信息与动态
国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析 贺郝钰,侯春梅,迟秀丽,等 (1035)……………………………
期刊基本参数:CN 11⁃2031 / Q∗1981∗m∗16∗264∗zh∗P∗ ¥ 90􀆰 00∗1510∗30∗2014⁃02
􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒
封面图说: 大蟾蜍蝌蚪群———大蟾蜍别名癞蛤蟆,体长达 10cm以上,身体肥胖,四肢短,步态及齐足跳的姿势具特征性。 其背
部皮肤厚而干燥,通常有疣,呈黑绿色,常有褐色花斑,趾间具蹼。 毒腺在背部的疣内,受惊后毒腺分泌或射出毒液。
大蟾蜍早春在水中繁殖,可迁移至 1.5km外或更远的适合繁殖的池塘,产卵量很大,产卵数天后蝌蚪即可孵出,1—3
个月后发育为蟾。 大蟾蜍常作为实验动物或药用动物,其耳后腺和皮肤腺的白色分泌物可制成“蟾酥”,可治疗多种
疾病。 研究表明,大蟾蜍蝌蚪最高逃避温度和最高致死温度比最适温度产生的影响要大。
彩图及图说提供: 陈建伟教授  北京林业大学  E⁃mail: cites.chenjw@ 163.com
第 34 卷第 4 期
2014年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.4
Feb.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家林业公益性行业科研专项资助项目(201004039);重庆市自然科学基金重点资助项目(CSTC2013JJB00004);留学回国人员科研启
动基金资助项目(教外司留[2010鄄1561]);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(XDJK2013A011)
收稿日期:2013鄄06鄄08; 摇 摇 修订日期:2013鄄10鄄16
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: lichangx@ swu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306081443
马朋,李昌晓, 雷明, 杨予静,马骏.三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征.生态学报,2014,34(4):1010鄄1020.
Ma P, Li C X, Lei M, Yang Y J, Ma J.Responses of soil microorganisms and soil enzyme activities to different land use patterns in the water鄄level鄄
fluctuating zone of the Three Gorges Reservoir region .Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):1010鄄1020.
三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地
土壤微生物及酶活性特征
马摇 朋, 李昌晓*, 雷摇 明, 杨予静, 马摇 骏
(西南大学生命科学学院,三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆摇 400715)
摘要:为研究不同用地方式对三峡库区消落带土壤性质的影响,选取三峡库区重庆忠县汝溪河流域典型消落带为研究区域,研
究不同用地类型(草地、弃耕地、耕地)、不同土层间(0—10 cm、10—20 cm)土壤微生物、土壤酶活性和土壤化学性质的各自特
征及其相互关系,旨在为该地区消落带生态恢复实践提供理论依据。 研究发现:除蛋白酶活性、全磷含量、碱解氮含量外,不同
用地类型对土壤各生化特性均产生了显著影响;与之不同,土层仅对细菌数量、放线菌数量、真菌数量、蔗糖酶活性、脲酶活性以
及土壤有机质含量产生显著影响,但对其他生化性质影响不显著;用地类型与土层两者的交互作用仅对蔗糖酶活性影响显著。
同时,弃耕地土壤的细菌数量在 3种用地类型中最高;真菌、放线菌数量在草地中最高,耕地次之,弃耕地最低。 弃耕地中的过
氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶和脲酶活性与其他两种用地类型相比较高,而耕地中磷酸酶活性则显著高于弃耕地和草地土壤。 草
地土壤全氮、有效磷以及速效钾含量均显著低于耕地,而草地 0—20 cm土层的有机质含量却显著高于弃耕地和耕地;3种用地
类型的全磷、全钾、碱解氮含量差异均不显著,弃耕地的 pH值显著高于另外两种用地类型。 另一方面,三峡库区消落带土壤的
各生化指标间存在一定的相关性。 pH值和微生物数量及酶活性间的关系最为密切,土壤真菌和放线菌数量与土壤有机质含量
呈极显著正相关。 研究结果表明,与弃耕地和耕地相比,草地在稳定消落带土壤环境、固持土壤营养元素、提高土壤肥力方面作
用更为显著;相对而言,耕地的土壤微生态环境较差,故在消落带实施退耕还草、恢复草本植被等具有重要意义。
关键词:三峡库区;土壤微生物;土壤酶;消落带;农事活动
Responses of soil microorganisms and soil enzyme activities to different land use
patterns in the water鄄level鄄fluctuating zone of the Three Gorges Reservoir region
MA Peng, LI Changxiao*, LEI Ming, YANG Yujing, MA Jun
Key Laboratory for the Eco鄄Environment of the Three Gorges Reservoir Region of the Ministry of Education, College of Life Sciences, Southwest University,
Chongqing 400715, China
Abstract: The water鄄level fluctuating zone of the Three Gorges Reservoir (TGR) region contains several different land use
types which have been altered or newly established since the commencement of the dam忆s operations. This study sought to
examine the variation of soil microorganisms (the quantity of bacteria, actinomycetes and fungi), soil enzyme activity, soil
nutrient content and the relationship among these factors under three land鄄use regimes in the Ruxi river basin area:
grassland, abandoned farmland and farmland. 30 sampling plots from 11 grassland, 16 abandoned farmland and 3 farmland
in Ruxi river basin (a typical region in the TGR area) were set up. All samples were collected in the same month and from
the same elevation to control for seasonal and flooding influences on soil microbiology. Soil samples were collected from the
0—20 cm and 20—40 cm soil layers for each sampling plots. Results showed that there were significant differences among
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land uses in certain soil biochemical properties. Of the three types of land use patterns, abandoned farmland displayed the
highest quantity of bacteria, while the amounts of fungi and actinomycetes were the greatest in grassland. The activity of
hydrogen peroxidase, invertase, protease and urease were also higher in abandoned farmland than in the other two land
patterns. However, phosphatase activity was significantly higher in farmland than in abandoned farmland and grassland.
Total nitrogen (TN), available phosphorus (AP) and available potassium (AK) concentrations were significantly lower in
grasslands compared to farmland, while the organic matter (OM) content was significantly higher there than in abandoned
farmland and farmland. There were no significant differences among total potassium ( TK), total phosphorus ( TP) or
available nitrogen (AN) content or protease activity under the three kinds of land use patterns. Soil depth only had a
significant impact on the quantity of soil microbes, invertase activity, urease activity and OM content. Furthermore, the
effect exerted by land use type in combination with soil depth was only significant in invertase activity. The pH value of the
abandoned farmland was significantly higher than the other two patterns of land use. An analysis of correlation of the
relationships among the soil biochemical characteristics indicated that the most significant association existed between the
pH value and the soil biological characteristics, suggesting that pH is a decisive influence on the other biochemical
parameters in this region. In addition, the quantity of fungi and actinomycetes in soil were significantly positively correlated
with OM content underling the important role these species play in improving soil fertility in this area. Compared to
abandoned farmland and farmland, grassland plays an important role in stabilizing the soil environment by retaining soil
nutrients and improving soil fertility in the fluctuating zone of the TGR region. Therefore, it is suggested that more land
should be converted from farmland to grassland.
Key Words: Three Gorges Reservoir region; soil microorganism; soil enzyme; water鄄level鄄fluctuating zone; agricultural
activity摇
摇 摇 三峡水库完成蓄水后,形成了总面积约 440 km2
的水陆交错地带,库区水位每年在 145 m 与 175 m
之间变化[1鄄2],该消落带土壤在库区水土流失防治、
养分循环和对非点源污染的缓冲与过滤等方面具有
重要意义[3]。 然而,伴随着当地突出的人地矛盾[4],
居住于消落带上部的村民仍采用传统的农耕方式进
行耕作活动,而农耕活动却将频繁而强烈影响消落
带的土壤环境[5鄄7]。
土壤酶是土壤环境的重要组成部分,主要来源
于植物根系分泌物和土壤微生物的增殖及其死亡残
体的胞溶[8],其活性变化规律研究引起众多学者的
重视[9鄄13]。 土壤微生物是土壤中最活跃的组分之
一,通过参与土壤形成[14]、有机质分解、腐殖质形
成、土壤养分转化和循环等影响调节土壤环境与质
量[15鄄18]。 通过对不同土壤微生物种群和群落进行调
查,可为评估土壤的退化程度以及生态重建提供量
化指标[19]。 作为土壤中分布广泛的三大菌群,细
菌、放线菌、真菌在土壤有机物和无机物转化、分解
动植物组分从而形成土壤腐殖质、分解转化氮素等
无机营养等方面发挥重要作用[20],因而其数量分布
特征通常可作为表征土壤生物活性高低的重要标志
之一。
由于不同土地利用方式和土壤水分含量影响土
壤的土壤质量和理化性质[21鄄24],因此,在三峡库区消
落带特殊的水文条件、人地矛盾突出、用地方式多样
的背景下,对土壤性质的研究将有助于了解当地消
落带的土壤环境,指导消落带的生态恢复实践活动。
尽管对于消落带土壤性质的研究不断深入,但是目
前有关三峡库区消落带土壤微生物与土壤酶活性受
不同土地利用方式影响的研究还少见报道。 为进一
步阐明农事活动对消落带土壤环境的影响,对土壤
微生物、酶活性和化学性质的系统综合研究显得至
关重要。 因此,本研究以三峡库区典型消落带(重庆
忠县汝溪河流域)为研究区域,选取 3 种不同用地类
型,通过分析土壤微生物数量、土壤酶活性、以及土
壤元素含量对三峡库区消落带不同用地类型环境的
反馈机制,了解弃耕时间长短及农事活动对土壤性
质的影响,以期为三峡库区消落带土地的合理利用
提供科学理论依据。
1101摇 4期 摇 摇 摇 马朋摇 等:三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征 摇
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1摇 材料与方法
1.1摇 研究区域概况
本研究区域位于三峡库区重庆忠县境内的汝溪
河流域消落带(108毅 0忆803义—108毅 08忆21义E, 30毅 24忆
16义—30毅24忆56义N),平均坡度为 35毅;年积温 5891.4
益,年均温 18.2 益,无霜期 341 d,日照时数 1327.5
h,日照率 29%,年降雨量 1172. 1 mm,相对湿度
80%,降雨多集中在 6—8月,降雨量占全年的 40%。
地带性森林植被为亚热带常绿阔叶林,原生植被破
坏殆尽,消落带现有植被以少量灌丛和草被为主;土
壤主要为中性紫色土,质地为中壤或轻壤,土层厚度
变异很大[16],水土流失、崩塌现象较严重[17]。
1.2摇 样地设置
在具有相同坡度的消落带区域内,选定具有典
型代表性的样地开展试验研究。 2011 年 8 月,通过
实地踏查,发现该区域内主要用地类型包括草地、弃
耕地与耕地。 其中,草地、弃耕地由三峡工程动工前
的一部分耕地停耕后转变而来,而其余耕地则一直
保留至今。
本研究中,所选样地所受光照辐射强度大致相
同,土壤预热条件基本一致。 根据试验地实际情况、
植被类型和受干扰情况,设置 3 种用地类型共 30 个
样地,包括 11 个草地、16 个弃耕地以及 3 个耕地。
草地优势种为狗牙根(Cynodon dactylon),夹杂少量
香附子(Cyperus rotundus),总盖度约为 90%,三峡水
库消落带形成前,主要为水土流失严重的耕地,弃耕
时间约为 5—6 a;弃耕地的弃耕时间约为 2—3 a,主
要植被为香附子,间杂少量苍耳(Xanthium sibiricum)、
狗尾草(Setaria faberii),总盖度约为 55%;采样时,耕
地样地内所种玉米(Zea mays L.)已收获,只留下玉
米秸秆,受人为松土、施肥、收获等管理活动影响
严重。
1.3摇 样品采集
在采样区域内,每个样地随机设 3 条 S 型样带,
每条样带设 5 个取样点。 每个采样点分 0—10 cm
及 10—20 cm 土层采样,并将每条样带的相同土层
样品按四分法混合后,用聚乙烯自封袋带回实验室,
风干后以供土壤养分及酶活性分析。 同时,取 0.5 kg
新鲜土样于已消毒的聚乙烯自封袋中,冷藏运输,用
于土壤微生物的测定,各微生物指标在样品取回 14
d内完成测定。
1.4摇 土壤指标测定方法
土壤细菌、放线菌、真菌采用稀释平板法测定;
细菌用牛肉膏蛋白胨培养基,真菌用马丁培养基,放
线菌用改良高氏 1 号+3%KCr2O4培养基[25鄄26];土壤
酶的测定参照林先贵[27]的测定方法:过氧化氢酶采
用高锰酸钾滴定法测定,结果以单位土重消耗 0.1
mol / L KMnO4的体积(mL)表示;用 3,5鄄二硝基水杨
酸比色法测定蔗糖酶活性,以 24 h 后 1 g 土壤葡萄
糖的毫克数表示;脲酶采用苯酚钠比色法测定,其活
性以 3 h 后每单位土重产生的 NH+4 鄄N 的微克数表
示;用茚三铜比色法测定蛋白酶活性,以 24 h 后 1 g
土壤中氨基氮的毫克数表示;采用磷酸苯二钠比色
法测定磷酸酶活性,以单位土重单位时间形成酚的
质量( 滋g)表示。 土壤 pH 值测定采用电位计法
(土颐水 = 1颐2.5);土壤有机质测定采用重铬酸钾外
加热法;土壤全 N 含量测定采用全自动凯氏定氮仪
(瑞士 B俟chi公司生产的 Distillation Unit B鄄 324);用
碱解-扩散法测定土壤碱解氮含量;土壤全 P、速效 P
利用钼锑抗比色法;全 K、速效 K 含量采用原子吸收
光谱仪(美国 PE公司生产的 AA800) [28]。
1.5摇 数据处理
根据测定土壤指标,采用双因素方差分析(Two鄄
way ANOVA)分析不同用地类型、不同土层以及两者
的交互作用对土壤微生物数量、酶活性和化学性质
的影响。 采用单因素方差分析(One鄄way ANOVA)分
析不同用地类型对同一土层土壤性质的影响,并用
Duncan检验法检验每个指标在不同用地类型间的
差异性(琢= 0.05)。 采用独立样本 T 检验分析同一
用地类型下,不同土层各生化指标的差异显著性。
并采用 Pearson相关系数评价土壤各生化特性之间
的相关关系。 本研究采用 SPSS 20.0 软件进行数据
分析,用 Origin 8.6 软件制图。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同用地类型、不同土层对土壤生化性质的
影响
除蛋白酶活性、土壤全磷含量、碱解氮含量外,
不同用地类型对土壤生化特性均产生显著影响;与
之不同,土层仅对细菌、放线菌、真菌数量、蔗糖酶活
性、脲酶活性及有机质含量产生显著影响,然而对其
2101 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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它土壤生化特性影响不显著;而用地类型和土层深
度的交互作用仅对土壤蔗糖酶活性产生显著的影响
(表 1)。
表 1摇 用地类型及土层对土壤生化特性影响的双因素方差分析
Table 1摇 Two鄄way ANOVA of soil biochemical propertites in different land use patterns and soil layers
F值(概率)F value (Probability)
用地类型
Land use pattern
土层
Soil layer
用地方式伊土层
Land use pattern伊Soil layer
细菌数量 Quantity of bacteria 39.364(0.000)*** 10.123(0.004)** 2.745(0.082) ns
放线菌数量数量 Quantity of actinomycetes 20.588(0.000)*** 6.692(0.015)* 0.841(0.442) ns
真菌数 Quantity of fungi 34.692(0.000)*** 9.910(0.004)** 3.167(0.058) ns
过氧化氢酶活性 Hydrogen peroxidase activity 11.386(0.000)*** 1.537(0.226) ns 1.423(0.258) ns
蔗糖酶活性 Invertase activity 10.72(0.000)*** 22.754(0.000)*** 8.779(0.001)**
脲酶活性 Urease activity 14.531(0.000)*** 7.389(0.011)* 2.784(0.080) ns
蛋白酶活性 Peroxidase activity 0.586(0.563) ns 0.139(0.712) ns 0.030(0.970) ns
磷酸酶活性 Phosphatase activity 19.635(0.000)*** 3.765(0.063) ns 0.473(0.628) ns
全氮含量 Total nitrogen (TN) content 11.583(0.000)*** 1.997(0.169) ns 2.505(0.101) ns
全磷含量 Total p hosphorus (TP) content 0.275(0.761) ns 0.163(0.690) ns 0.496(0.614) ns
全钾含量 Total potassium (TK) content 3.718(0.037)* 0.876(0.358) ns 2.234(0.126) ns
碱解氮含量 Available nitrogen (AN) content 1.173(0.325) ns 0.067(0.798) ns 0.079(0.924) ns
有效磷含量 Available phosphorus (AP) content 47.097(0.000)*** 1.671(0.207) ns 1.045(0.365) ns
速效钾含量 Available potassium (AK) content 9.509(0.001)** 0.670(0.420) ns 0.411(0.667) ns
有机质含量 Organic matter(OM) content 5.759(0.008)** 14.091(0.001)** 0.070(0.933) ns
pH值 pH value 15.379(0.000)*** 0.830(0.370) ns 0.075(0.928) ns
摇 摇 *** P < 0.001;** P < 0.01;* P < 0.05;ns P > 0.05
2.2摇 不同用地类型对土壤微生物数量的影响
在细菌、放线菌、真菌三大土壤菌群中,数量最
多的细菌在弃耕地中显著高于相同土层的草地和耕
地土壤细菌数量,而在草地和耕地中却无显著差异
(图 1)。 除表层土(0—10 cm)的草地与耕地间的
真菌数量无显著差异外,草地中真菌和放线菌数量
图 1摇 不同用地类型对土壤细菌、放线菌、真菌数量的影响(平均值依标准差)*
Fig.1摇 Effects of different land use patterns on the quantity of soil bacteria, actinomycetes, and fungi (Mean依SD)
不同字母表示不同用地类型、相同土层的土壤性质间差异显著(P < 0.05)
3101摇 4期 摇 摇 摇 马朋摇 等:三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征 摇
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均分别显著高于弃耕地和耕地(图 1)。 不同土层之
间,与耕地的 3种土壤微生物数量、草地的细菌数量
均无显著差异,草地 0—10 cm 土层的放线菌数量、
弃耕地中细菌、放线菌数量均较 10—20 cm 土层有
显著差异(P<0.05),草地和弃耕地表层土的真菌数
量均极显著高于次表层土壤(P<0.01)(图 1)。
2.3摇 不同用地类型对土壤酶活性的影响
3 种用地类型中,弃耕地表层土壤的过氧化氢
酶、蔗糖酶、脲酶活性、蛋白酶活性均分别显著高于
草地和弃耕地,而草地与弃耕地间并无显著差异;与
之不同,耕地中的磷酸酶活性却显著高于其他两种
用地类型的磷酸酶活性(表 2);在次表层土壤,3 种
用地类型蔗糖酶、蛋白酶活性无显著差异,弃耕地中
过氧化氢酶、脲酶活性显著高于草地,而耕地与草地
却无显著性差异。 在不同土层间,除了表层草地中
过氧化氢酶活性以及弃耕地过氧化氢酶、蔗糖酶活
性显著高于次表层 (P<0.05)外,其余酶活性在上下
两层土中差异并未达到显著水平(P>0.05)。
表 2摇 不同用地类型中的土壤酶活性(平均值依标准差)*
Table 2摇 Effects of different land use patterns on soil enzyme activities (Mean依SD)
用地类型 Land use patterns 0—10 cm 10—20 cm
过氧化氢酶活性 / (mL / g) 草地 Grassland 11.665依0.605b 9.033依0.853b
Hydrogen peroxidase activity 弃耕地 Abandoned farmland 15.502依0.391a 13.674依0.780a
耕地 Farmland 9.571依1.946b 10.796依1.701ab
蔗糖酶活性 / (mg g-1 h-1) 草地 Grassland 0.003依0.000b 0.003依0.000a
Invertase activity 弃耕地 Abandoned farmland 0.008依0.001a 0.004依0.001a
耕地 Farmland 0.005依0.002b 0.002依0.001a
脲酶活性 / (滋g g-1 h-1) 草地 Grassland 0.194依0.050b 0.138依0.028b
Urease activity 弃耕地 Abandoned farmland 1.147依0.181a 0.675依0.159a
耕地 Farmland 0.480依0.126b 0.171依0.051ab
蛋白酶活性 / (滋g g-1 h-1) 草地 Grassland 0.200依0.014b 0.074依0.028a
Peroxidase activity 弃耕地 Abandoned farmland 0.231依0.011a 0.046依0.014a
耕地 Farmland 0.217依0.019b 0.054依0.031a
磷酸酶活性 / (滋g g-1 h-1) 草地 Grassland 0.658依0.127b 0.468依0.093b
Phosphatase activity 弃耕地 Abandoned farmland 0.352依0.097b 0.212依0.091b
耕地 Farmland 1.689依0.462a 1.197依0.382a
摇 摇 不同字母表示不同用地类型、相同土层的土壤酶活性差异显著(P < 0.05)
2.4摇 不同用地类型对土壤化学性质的影响
在不同用地类型和不同土层中,土壤氮、磷、钾、
有机质含量和 pH 值均呈现规律性分布(图 2)。 在
相同土层,草地的土壤全氮(TN)、有效磷(AP)及速
效钾(AK)含量均显著低于耕地,而其 10—20 cm 土
层有机质(OM)含量却显著高于弃耕地和耕地;3 种
用地类型对土壤全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)
含量均不产生显著影响,弃耕地的 pH值显著高于另
外两种用地类型。 在不同土层间,除耕地的次表层
土壤有效磷含量显著低于表层土壤外(P < 0.05),
其它土壤营养元素含量间差异不显著(图 2)。
2.5摇 土壤生化特性间的相关性分析
三峡库区汝溪河流域消落带不同用地类型的土
壤生化特性相关性分析(表 3)表明土壤细菌数量与
过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性、pH 值、AK、TN 含量
呈极显著正相关,而与真菌、放线菌数量以及磷酸酶
活性呈显著或极显著负相关;放线菌数量与 pH 值、
AK、TN含量极显著负相关,而与 OM含量、真菌数量
呈极显著正相关;真菌数量与 OM 含量之间呈现极
显著的正相关关系,而与过氧化氢酶、脲酶活性、TN、
AK含量、pH值却呈现极显著负相关。 同时,过氧化
氢酶活性与蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性、TN、
AK含量、pH值呈显著或极显著相关;蔗糖酶活性与
脲酶活性、TN、AK含量、pH值呈极显著正相关;脲酶
活性与 TN、AK 含量、pH 值呈极显著相关。 另一方
面,三峡库区汝溪河流域消落带土壤化学性质间,TN
含量极显著正相关于 AK含量、pH值之间具有;AN、
AP、OM含量显著或极显著负相关于土壤 pH 值;而
AN与 OM含量、AK 含量与 pH 值间分别呈现显著、
极显著的正相关关系。
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图 2摇 不同用地类型对土壤 pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量的影响(平均值依标准差)
Fig.2摇 Effects of different land use patterns on pH value, OM, TN, TP, TK, AN, AP, AK contents (Mean依SD)
3摇 讨论
3.1摇 不同用地类型对土壤生化特性的影响
土壤微生物参与完成土壤中的各种复杂生化反
应过程[29鄄30],其微生物群落受土壤质地、酸碱度、有
机质含量、植物根系分泌物、根系脱落物等多种因素
的影响[31鄄32]。 研究发现,三大土壤微生物(细菌、真
菌、放线菌)数量在不同用地类型和不同土层之间呈
现出数量差异。 可能由于表层土壤有机质的含量高
于次表层(图 2),易于微生物生存,其三大微生物均
呈现表层多于下层的规律。 细菌在三大菌群中数量
最多,这主要是由不同种类微生物的生物学特性决
定的,细菌不仅呼吸机制复杂,营养类型多,而且适
应能力强,代谢旺盛,繁殖快速,往往成为土壤中的
优势群[33]。 较草地和耕地而言,弃耕地细菌数量最
高(图 1),这极有可能与土壤 pH值有关。 弃耕地中
pH值处于中性,更适于细菌生长[34]。 经过淹水,土
壤将趋近于中性[6鄄7];本研究中,弃耕地由于缺乏植
被覆盖,其 pH 值更易与江水同步;草地由于大量植
被覆盖,具有一定的自我调节能力;而耕地受施肥、
翻耕等人为因素影响,pH 值趋于酸性。 同时,草地
在 3 种用地类型中的真菌和放线菌数量最高,耕地
次之,弃耕地最低(图 1),可能是由于弃耕地土壤中
动植物残体和植物枯落物较少,从而导致依赖于分
解土壤中动植物残体和植物枯落物中某些难分解的
组分的真菌和放线菌[35鄄38]数量较低。
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摇 摇 除土壤微生物直接参与土壤中各种生化反应
外,土壤酶还参与土壤中各种代谢过程和能量转化,
这些来源于植物根系及其残体、土壤动物及其残骸
以及土壤微生物分泌的土壤酶系,可以表征土壤生
物活性的高低,对土壤质量有重要影响[39鄄41]。 过氧
化氢酶是合成土壤腐殖质和防止过氧化氢对生物毒
害的重要氧化还原酶系[42];土壤蔗糖酶是土壤中广
泛存在的酶,能促进蔗糖分解,是土壤中碳循环的关
键酶[43];前人发现,脲酶活性与全氮质量分数具有
明显的正相关关系[44鄄45]。 研究发现,弃耕地中过氧
化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性均较高(表 2)。 弃耕地土
壤全氮等营养元素含量丰富,在弃耕以后,形成了比
较稳定的土壤结构,通气状况良好,能够维持较高的
土壤酶活性。 土壤磷酸酶是一类催化土壤有机磷化
合物矿化的酶,其活性高低直接影响着土壤中有机
磷的分解转化及其生物有效性[43]。 耕地中磷酸酶
活性最高,在磷酸酶作用下,转化生成的有效磷含量
也最高(表 2),但是由于耕地中人为翻耕、施肥,产
生大量的速效营养物质。 对于磷酸酶活性较高的草
地土壤,有效磷含量却相对较低,可能是由于草地中
大量的植被可将有效磷固定、转移至植物体而造
成的。
3种不同用地类型对土壤的化学性质也产生较
大影响。 其中,可能受于人为干扰(如施肥等)的影
响,耕地和弃耕地中 TN 含量显著高于草地;而由于
地表植被的大量吸收,草地中土壤有效养分含量与
耕地差异不显著,这对减少进入水体的营养物质的
量、降低水体富营养化等起到关键作用。 另外,弃耕
地和耕地中 OM 含量也较低,可能是由于在人工翻
耕后,土壤有机质更易于分解,促进了土壤的有机碳
循环;与之不同,草地土壤有机质较稳定,土壤有机
碳循环过程受到抑制,使其有机质含量较高。
3.2摇 土壤生化特性的相关性
作为土壤环境的重要组分,土壤微生物与土壤
酶之间存在着不可分割的关系[46]。 细菌在土壤微
生物中数量最多,繁殖最快,在新陈代谢中产生大量
过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶等;这些酶强烈作
用于底物,而这些底物正是真菌和放线菌所需的物
质来源[47],导致真菌和放线菌数量与过氧化氢酶、
蔗糖酶、脲酶和蛋白酶的活性呈负相关,这种负相关
关系在真菌数量与过氧化氢酶、脲酶活性之间以及
放线菌数量和过氧化氢酶活性之间表现尤为突出
(表 3)。 蔗糖酶、蛋白酶、磷酸酶的活性与真菌、放
线菌数量相关性不显著,可能是由于蔗糖酶主要来
源于植物根系、土壤动物和数量更多的细菌,而真菌
和放线菌分泌的酶量未达到显著水平的原因;氮素
土壤微生物中与磷酸酶最为相关的是磷细菌,有研
究发现土壤中解磷细菌的数量受土壤物理组成、腐
殖酸质量分数、氮磷质量分数等因素的影响,尤其是
土壤类型和耕作方式对其数量的影响最大[48鄄49],而
在本研究区域,可能由于在消落带特殊的土壤环境
中,土壤受水淹和人为影响较大,磷细菌通过磷酸酶
的解磷作用越强,土壤流失掉的磷素就会越多,刺激
其产生强烈的反馈机制,抵消了这种作用,从而导致
细菌与磷酸酶呈显著负相关。
土壤酶活性和微生物数量与土壤化学性质间也
存在一定的相关性,其中,pH 值和各生物指标间的
关系最为密切(表 3)。 除磷酸酶外,其余四种土壤
酶均与土壤 pH 值呈显著或极显著正相关。 通过改
变土壤酶中用于结合和催化的氨基酸功能基团的空
间结构,土壤 pH值干扰了土壤酶对土壤酸碱环境的
敏感性,从而影响酶活性;另外,土壤 pH值还可通过
改变土壤溶液中的抑制剂或催化剂的浓度、底物的
有效浓度影响土壤酶的活性[50]。 同时,磷酸酶与速
效磷含量呈极显著正相关,这是因为土壤有机磷化
合物在酶促水解的作用下,磷酸根解脱转化为植物
可以利用的形态,导致磷酸酶活性越高,土壤速效磷
含量越低。 在三大微生物中,只有细菌数量与 pH值
呈极显著正相关,而真菌与放线菌数量均与 pH值呈
极显著负相关关系,这是因为 pH值影响土壤氧化还
原电位,从而影响土壤微生物的活动。 另外,真菌数
量和放线菌数量与有机质含量呈极显著正相关,而
细菌数量与有机质含量之间并未有相关性关系存
在,说明该地区决定土壤有机质含量的主要菌群是
真菌和放线菌。
4摇 结论
消落带内强烈的水文效应和人为活动影响着土
壤微生物和土壤酶活性的状况。 弃耕地中细菌数量
在 3种用地类型中最高;草地中的真菌、放线菌数量
最高,耕地次之,弃耕地最低。 弃耕地中的过氧化氢
酶、蔗糖酶、蛋白酶和脲酶活性较其它两种用地类型
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高,而耕地中磷酸酶活性则显著高于弃耕地和草地。
在土壤营养元素含量方面,草地中 TN、AP 以及 AK
含量显著低于耕地,而草地中 OM 含量却显著高于
弃耕地和耕地。 同时,三峡库区消落带土壤的各生
化指标间存在一定的相关性。 其中,pH 值和微生物
数量及酶活性间的关系最为密切,土壤真菌和细菌
数量与有机质含量呈极显著正相关。 因此,与弃耕
地和耕地相比,草地在稳定消落带土壤环境、固持土
壤营养元素、提高土壤肥力等方面具有重要作用;相
对而言,耕地的土壤微生态环境较差,故在消落带实
施退耕还草、恢复草本植被等具有重要意义。
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0201 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol.34,No.4 Feb.,2014(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
The bioavailability of dissolved organic carbon in the eutrophic lakes YE Linlin, KONG Fanxiang, SHI Xiaoli,et al (779)…………
Plant species of the non⁃agricultural habitats in the lower reaches of the Yellow River plain agro⁃landscape
LU Xunling, LIANG Guofu, TANG Qian, et al (789)
…………………………
………………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Manganese stress on the ultrastructures of a manganese tolerant plant,Polygonum perfoliatum L.
WANG Jun, WU Hui, XUE Shengguo, et al (798)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (Oryza sativa L.) genotypes with different radial oxygen loss
WU Chuan, MO Jingyu, XUE Shengguo, et al (807)
……
………………………………………………………………………………
Effects of water stress on physiological characteristics of different Illicium lanceolatum ecotypes under low light intensity
CAO Yonghui, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin (814)
……………
……………………………………………………………………………
Effect of branch number on the growth and development of Morus alba saplings HUAN Huihui, XU Xiao, LIU Gang, et al (823)…
Spatial distribution pattern and sampling technique for Orthotylus (O.) sophorae nymphs on Sophora japonica
ZHU Huiying, SHEN Ping,WU Jianhua, et al (832)
…………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of fungal diversity in apple replanted orchard soils by T⁃RFLP analysis
YIN Chengmiao, WANG Gongshuai, LI Yuanyuan, et al (837)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of dazomet on edaphon and growth of Malus hupehensis rehd. under continuous apple cropping
LIU Entai, LI Yuanyuan, HU Yanli, et al (847)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Isolation, identification, and performance of two pyrene⁃degrading endophytic bacteria SUN Kai, LIU Juan, LI Xin, et al (853)……
Population, Community and Ecosystem
Effects of different temperatures on the growth and development of Eotetranychus Kankitus (Ehara)
LI Yingjie,WANG Ziying,ZHANG Guohao,et al (862)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of available burrow densities of plateau pika (Ochotona curzoniae) on plant niche of alpine meadow communities in the
Qinghai⁃Tibet Plateau JIA Tingting, MAO Liang, GUO Zhenggang (869)…………………………………………………………
Correlation between characteristics of Reaumuria soongarica communities and soil factors in the Sangong River basin
ZHAO Xuechun, LAI Liming, ZHU Linhai, et al (878)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of Minjiang River
WANG Weixia, LUO Da, SHI Zuomin, et al (890)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of reclamation on tidal flat and land use on soil microbial community
LIN Li, CUI Jun, CHEN Xueping, FANG Changming (899)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Effects of Pomacea canaliculata on aquatic macrophyte community structure in paddy fields
ZHAO Benliang, ZHANG Jiaen, DAI Xiaoyan, et al (907)
…………………………………………
………………………………………………………………………
The adaptability and decontamination effect of four kinds of woody plants in constructed wetland environment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, HAO Jun, et al (916)
………………………
………………………………………………………………………………
Carbon budget of alpine Potentilla fruticosa shrubland based on comprehensive techniques of static chamber and biomass harvesting
LI Hongqin, LI Yingnian, ZHANG Fawei, et al (925)

……………………………………………………………………………
Effect of initial pH value on microbial Fe (Ⅲ) reduction in alkaline and acidic paddy soils WU Chao,QU Dong,LIU Hao (933)…
Landscape, Regional and Global Ecology
Climate environmental change and stable carbon isotopes in age layers of Tamarix sand⁃hillocks in Kumtag desert
ZHANG Jinchun,YAO Tuo, LIU Changzhong, et al (943)
……………………
…………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
The critical factors of transpiration on muskmelon in plastic greenhouse ZHANG Dalong,CHANG Yibo, LI Jianming,et al (953)……
Ion absorption and distribution of symbiotic Reaumuria soongorica and Salsola passerina seedlings under NaCl stress
ZHAO Xin, YANG Xiaoju, SHI Yong, et al (963)
…………………
…………………………………………………………………………………
The relationship between selected rhizosphere and non⁃rhizosphere soil properties and the quality of Pyrola decorata
GENG Zengchao,MENG Lingjun,LIU Jianjun (973)
…………………
………………………………………………………………………………
Spatial variation analysis of soil organic matter and nutrient factor for before and after planting crops
FANG Bin, WU Jinfeng (983)
…………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Establishment and application of the index system for urban river health assessment
DENG Xiaojun,XU Youpeng,ZHAI Luxin,et al (993)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Dynamic analysis of the ecological footprint and carrying capacity of tibet AN Baosheng, CHENG Guodong (1002)…………………
Research Notes
Responses of soil microorganisms and soil enzyme activities to different land use patterns in the water⁃level⁃fluctuating zone of
the Three Gorges Reservoir region MA Peng, LI Changxiao, LEI Ming, et al (1010)……………………………………………
Effects of salt stress on growth and root development of two oak seedlings
WANG Shufeng, HU Yunxue, SUN Haijing, et al (1021)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
The effects of constant and variable thermal acclimation on thermal tolerance of the common giant toad tadpoles (Bufo gargarizans)
WANG Lizhi (1030)

…………………………………………………………………………………………………………………
2401   生  态  学  报      34卷 
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
全国各地邮局均可订阅袁也可直接与编辑部联系购买遥 欢迎广大科技工作者尧科研单位尧高等院校尧图书
馆等订阅遥
通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 董摇 鸣摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
地址院北京海淀区双清路 员愿号
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泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶
主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
中国科学院生态环境研究中心
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印摇 摇 刷摇 北京北林印刷厂
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订摇 摇 购摇 全国各地邮局
国外发行摇 中国国际图书贸易总公司
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许 可 证摇 京海工商广字第 愿园员猿号
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