全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
" $% # 年 # 月 林 业 科 学 &’()*+(, &(-.,) &(*(’,) ./01!"!*/1# 2345!"$ % #
6/7"%$5%%8$89:5% $$%;8<==5"$%#$#%% 收稿日期" "$%< >%$ >%<# 修回日期" "$%! >$! >%@$ 基金项目"国家林业公益行业科研专项%"$%$$ < $$"$!& $ ! 许中旗为通讯作者$ 人工与自然植被恢复下尾矿土壤微生物 及酶活性的时空变化! 马云波%B牛聪傑"B许中旗% %%5河北农业大学林学院B河北省林木种质资源与森林保护重点实验室B保定 $8%$$ $# "5中国人民解放军第 #="%# 部队B青铜峡 8!%#$%&
摘B要!B(目的) 研究不同植被恢复模式下铁尾矿地土壤微生物数量及土壤酶活性的时空变化!为铁尾矿废弃地
的生态治理提供科学依据$(方法) 基于随机取样和跟踪观测方法!以自然恢复及人工造林 " 种不同植被恢复模 式下的唐山迁安铁尾矿废弃地的土壤生物学性质为研究对象!检测与分析不同植被恢复年限铁尾矿土壤中微生物 的数量与土壤酶活性$ (结果) 土壤微生物数量随植被恢复年限增加而增长#空间分布上!土壤中主要微生物数量
随尾矿土壤深度加大而降低#在土壤微生物总数量中!以细菌数量最多!放线菌次之!真菌数量最少#人工林地土壤
的细菌’放线菌’真菌的数量均明显高于自然恢复地!且增长速度也较快#与自然恢复地相比!在恢复 %% 年后!人工
林地 $a"$ QN土层的细菌’真菌’放线菌数量分别高出 %<1"!F!=$1!#F!8!1%@F!"$ a<$QN土层分别高出 ""18=F!%"!1=$F!$1!%F#<$ a#$QN土层分别高出 =1<%F!%1<!F!!!18$F$ 土壤酶活性随恢复年限增大而<br增加#在空间分布上!土壤酶活性随土壤深度加深而逐渐降低#土壤酶活性表现为人工林地 e自然恢复地#与自然 恢复模式相比!在恢复 %% 年后!人工林地$ a"$QN土层中土壤过氧化氢酶’蔗糖酶’脲酶’磷酸酶的活性分别高出 "#1?@F!!%1%%F!!%1#=F!<@1#$F#"$a<$ QN土层分别高出 "?1#@F!!1%?F!%@1=?F!<#1"$F#<$ a#$QN土层 分别高出 <1"#F!?1F!%1?=F!%?<1#$F$ (结论) 在尾矿地进行植被恢复可改良土壤生物学特性!自然恢复和<br人工造林均能增加土壤微生物数量’提高土壤酶活性’改善土壤生物学性质!但人工造林模式的改良效果优于自然 恢复模式$
关键词"B土壤生物性质# 土壤微生物# 酶活性# 铁尾矿# 恢复模式
中图分类号!P%8#’&%!=1?BBB文献标识码!,BBB文章编号!% $$% >8<==""$%##$# >$$ @? >$= F$JG)%&/&"-3G&#(&/X&%(&#()")*3)(/R(’%)2$6&"-E"H,J$
9’#(4(#($6("!%)"F&(/("56."-$%D&#.%&/[$6#)%&#()"&"-S/&"#&#()" CEA34T/%B*73 ’/4H:7O"BP3 kR/4Hj7% %%"E&-F3B$*3,$*-$(M&1&,0/:&+$6*/&+$()$*&+,31> )$*&+,!*$,&/,0$1 $(N&B&0!*$801/&B#$%&’&$()$*&+,*-! N&B&05’*0/6%,6*3%7108&*+0,-B@3$>01’ $8%$ $$# ""<$"#="%# 710,$(!F5BH01’,$1’403 8!%#$%& 926#%&’#"B(ST:OQU7VO)(4 ’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l7E4*E4 Q7UW\OYOUEYHOUO6! E46 TEZO6 /4 YE46/N ZENL0OZE46 UYEQ[74H/TZOYVEU7/4Z! UROZ/70N7QY/T7E0j3E4U7UWE46 Z/70O4]WNOEQU7V7U7OZ/X67XOYO4UYOZU/YEU7/4 QRY/4/ZOj3O4QOZ74 7Y/4 UE7074HZ\OYO6OUOQUO6 E46 E4E0W]O65(MOZ30U)+ROj3E4U7UW/XZ/70N7QY/TO\EZ74QYOEZO6 \7UR URO VOHOUEU7/4 YOZU/YEU7/4 WOEYZ! E46 X/YUROZLEU7E067ZUY7T3U7/4 UROj3E4U7UW\EZ6OQYOEZO6 \7UR URO6OLUR /XZ/705SXURO7YU/UE0 j3E4U7UW! URO43NTOY/XTEQUOY7E\EZURON/ZU! X/0/\O6 TWEQU74/NWQOZ! E46 URO43NTOY/XX34H7\EZURO0OEZU5D0E4UEU7/4 RE6 N/YOZ/70N7QY/T7E0j3E4U7UWE46 ER7HROYHY/\UR YEUOURE4 URO4EU3YE0WYOZU/YO6 VOHOUEU7/45,XUOY%% WOEYZ/X YOZU/YEU7/4! Q/NLEYO6 \7UR 4EU3YE0YOZU/YEU7/4! UROj3E4U7UW/XTEQUOY7E! X34H7E46 EQU74/NWQOZ74 $ >"$ QN0EWOY/XURO 林 业 科 学 !" 卷B L0E4UEU7/4 74QYOEZO6 TW%<5"!F! =$5!#F E46 8!5%@F# UROj3E4U7UW/XTEQUOY7E! X34H7E46 EQU74/NWQOZ74 "$ ><$ QN 0EWOY/XUROL0E4UEU7/4 74QYOEZO6 TW""58=F! %"!5=$F E46 $5!%F# E46 UROj3E4U7UW/XTEQUOY7E! X34H7E46 EQU74/NWQOZ 74 <$ >#$ QN0EWOY/XUROL0E4UEU7/4 74QYOEZO6 TW=5<%F! %5<!F E46 !!58$F5+ROZ/70O4]WNOEQU7V7U7OZE0Z/<br74QYOEZO6 \7UR URO74QYOEZO/XUROYOZU/YEU7/4 WOEY! E46 6OQYOEZO6 \7UR 74QYOEZ74HZ/706OLUR5+ROZ/70O4]WNOEQU7V7U7OZ74 L0E4UEU7/4 \OYOR7HROYURE4 UREU74 4EU3YE0YOZU/YEU7/45,XUOY%% WOEYZ! Q/NLEYO6 \7UR 4EU3YE0YOZU/YEU7/4! UROEQU7V7U7OZ/X Z/70QEUE0EZO! Z/7074VOYUEZO! Z/703YOEZOE46 Z/70LR/ZLREUEZO74 $ >"$ QN0EWOY/XUROL0E4UEU7/4 74QYOEZO6 TW"#5?@F! !%5%%F! !%5#=F E46 <@5#$F# UROEQU7V7U7OZ/XZ/70QEUE0EZO! Z/7074VOYUEZO! Z/703YOEZOE46 Z/70LR/ZLREUEZO74 "$ ><$ QN0EWOY/XUROL0E4UEU7/4 74QYOEZO6 TW"?5#@F! !5%?F! %@5=?F E46 <#5"$F# E46 UROEQU7V7U7OZ/XZ/70QEUE0EZO! Z/70 74VOYUEZO! Z/703YOEZOE46 Z/70LR/ZLREUEZO74 <$ >#$ QN0EWOY/XUROL0E4UEU7/4 74QYOEZO6 TW<5"#F! ?5F! %5?=F<brE46 %?<5#$F5(’/4Q03Z7/4).OHOUEU7/4 YOQ/VOYW74 7Y/4 UE7074HZ\EZUO0E46ZQ/306 7NLY/VOZ/70T7/0/H7QE0LY/LOYU7OZ5d/UR URO4EU3YE0YOZU/YEU7/4 E46 L0E4UEU7/4 Q/306 7NLY/VOUROj3E4U7UW/XZ/70N7QY/T7E0E46 UROEQU7V7U7OZ/XZ/70O4]WNO74 7Y/4 UE7074HZ! E46 URO7NLY/VONO4UOXOQU/XL0E4UEU7/4 \EZTOUOYURE4 URO4EU3YE0YOZU/YEU7/45 :$, ;)%-6"BZ/70T7/0/H7QE0LY/LOYU7OZ# Z/70N7QY/TO#O4]WNOEQU7V7UW#7Y/4 UE7074HZ#YOZU/YEU7/4 LEUOY4 BB铁矿开采过程中形成大量尾矿废弃地!不仅 占用土地’污染水源’阻碍当地经济发展!而且带 来严重的环境问题 %束文圣等!"$$ $&$ 从物理性
质上看!铁尾矿质地粗糙!结构松散!保水能力差#
从化学性质上看!由于其有机质及其他养分元素
积累过程未经生物因素驱动!因而肥力较差#此
外!有些尾矿废弃地含高浓度的有害物质%如重金
属等& !因此!尾矿废弃地通常十分贫瘠!不利于植
物生长发育$目前国内外很多专家致力于尾矿废 弃地的植被恢复及生态治理工作!并开展了一系 列的生态恢复研究$ *EOON%%@@8&曾对可用于降
低重金属有效性’改良尾矿土壤理化性质并提供
植物生长营养的一些常见有机物进行过系统论
述$目前国内外已有个别研究从植被多样性’盖 度’土壤肥力’矿质元素含量等方面!探讨了不同 生态恢复模式下生态系统的变化过程$ 许中旗等
%" $$=&发现!在铁尾矿地引入耐贫瘠植物进行人 工造林后!随着植被恢复时间延长!尾矿废弃地的 植被多样性’盖度’土壤肥力均有明显提高$ 上述 报道仅限于对植被恢复状况和土壤性质的研究! 而对于植被恢复过程中土壤微生物数量及酶活性 演变过程的研究还鲜见报道$ 土壤微生物是土壤 有机质和养分转化’循环的动力所在!不仅参与土 壤有机质分解和腐殖质的形成与转化等过程!而 且其代谢产物也是植物的营养成分!因而土壤微 生物活动直接影响到土壤物理’化学性质 %马彦 卿!"$$ %& $土壤微生物及酶活性对土壤肥力形成 和发展的许多方面发挥着重要作用$ 本试验以唐
山迁安铁尾矿废弃地为研究对象!分析不同植被
恢复模式下的土壤微生物数量及酶活性的演变!
旨在了解不同植被恢复模式下的土壤演变过程!
以期为铁尾矿的生态治理提供科学依据$%B研究区域概况 试验地位于唐山市迁安县马兰庄镇!?@o!%p- <$o!%p*!%%=o"@p-%%=o!#p)#属暖温带大陆性季风
气候!年均气温 %$1%q!年均降水量 8"" NN$ 春季
干燥多风!夏季闷热多雨!秋季昼暖夜凉!冬季寒冷
少雪$当地对铁尾矿的治理主要采取了 " 种植被恢 复模式"一是自然恢复!即不采取任何人工措施!使 其在自然状态下恢复植被#二是人工造林!即在尾矿 废弃 地 引 入适 宜生长 的 植物 种 类! 如 紫 穗 槐 %5?$*C23 (*6,0/$+3 &’沙棘 %N0CC$C23&*23?1$0>&+& 等!营造人工林群落!对尾矿废弃地进行植被恢复$
本试验样地分为人工林/" $$" 年夏季按 % Nn % N株行距植苗营造沙棘’紫穗槐混交林!混交比为 %s%0和自然恢复地 %零星分布着一些草本植物&$ 表 % 为 "$%? 年观测时各样地的情况$ 表 <>各试验样地概况 F&2M<>F8$’)"-(#()"6)*-(**$%$"#$OG$%(J$"#&/G/)#6 类型 +WLOZ 坡向 ,ZLOQU 坡度 &0/LO6OHYOO9%o& 海拔 )0OVEU7/49N 覆盖度 ’/VOYEHO 高度 iO7HRU9N 地径 KY/346 67ENOUOY9 QN 草本植物盖度 ’/VOYEHO/X ROYT%F& 自然恢复 *EU3YE0YOZU/YEU7/4 东北 */YUROEZU "" %@# - - - %$ 人工造林 D0E4UEU7/4 东北 */YUROEZU "# %=" $1=$ "1"? b$1"= "18% b$1<" #$ <@ B第 # 期 马云波等" 人工与自然植被恢复下尾矿土壤微生物及酶活性的时空变化 "B研究方法 ?=<>土壤采样 从 "$$ ? 开始到 "$%? 年!在每 " 年的 = 月份进 行 % 次采样!共 # 次$ 在自然恢复和人工林地内!均
按随机抽样布点方法!随机划出 ! 个 ! Nn! N样
方!在每个样方的不同位置设置 ! 个样点!采用环刀
取样!取样深度为 $a"$’"$a<$’<$a#$ QN!每个
土层取土共计约 % [H$将土样迅速带回实验室!测 定其微生物数量及酶活性$
?=?>土壤微生物数量测定
细菌’真菌’放线菌分别采用牛肉膏蛋白胨培养
基’马丁氏 >孟加拉红培养基’改良高氏 % 号培养
基!稀释平板计数法测定细菌’真菌’放线菌的数量
%许光辉等! %@=#&$所得数据最后通过计算土壤含 水率换算为每克风干土的微生物含量$
?=@>土壤酶活性测定
土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测
定!脲酶活性采用 i/XNE44 比色法测定!蔗糖酶活
性采用二硝基水杨酸比色法测定!磷酸酶活性采用
苯磷酸二钠比色法测定%关松荫!%@=#&$?=A>数据处理方法 采用 )JQO0"$$8 以及 &D&&%?1$ 数据处理软件
进行统计分析$?B结果与分析 @=<>不同恢复模式土壤细菌%真菌及防线菌数量的 时空变化 细菌数量在自然恢复地’人工林地不同土层随 生态恢复年限的变化见图 %E!随恢复年限的增加!" 种恢复模式 ? 个土层中的细菌数量均呈逐年递增趋 势!在不同恢复模式间细菌数量增长速度无明显差 异$ 另外!" 种恢复模式下的土壤细菌数量均随土
壤深度增加而降低!以 %% 年生人工林为例!其 $a "$’"$a<$ 和 <$a#$ QN 的细菌数量分别为
"@#1#@!%#@1"8!=?1$? 万 QX3.H>%$
图 %B" 种不同恢复模式土壤细菌’真菌放线菌数量的变化
h7H5%B.EY7EU7/4 /XZ/70TEQUOY7E! X34H7! EQU74/NWQOUOj3E4U7UW346OYU\/67XOYO4UVOHOUEU7/4 YOZU/YEU7/4 NOUR/6Z
BB真菌数量在自然恢复地’人工造林地随恢复年
限的变化见图 %T$随植被恢复年限的增加!$ a"$’ "$ a<$’<$ a#$QN土层的真菌数量均逐年递增!其 中人工造林模式下土壤真菌数量的增长速度较自然 恢复模式快#另外!" 种恢复模式下土壤真菌数量也 有随采样深度增加而降低的趋势$
土壤放线菌数量在 " 种植被恢复模式下的 $a "$ QN土层中均随植被恢复年限的增加而递增%图
%Q&!其中人工造林模式下增长速度快于自然恢复
模式#在 "$a<$ QN土层!自然恢复模式下放线菌数
量随恢复年限增长呈递增趋势!人工造林模式下前
8 年呈明显递增趋势!之后基本不再增长#在 <$a#$
!@
林 业 科 学 !" 卷B
QN土层!放线菌数量在自然恢复模式下呈较缓慢的
递增趋势!人工造林恢复在第 ! 年后基本不再增长$此外!" 种植被恢复模式下土壤放线菌数量均随土 层深度的增加而降低$
@=?>不同恢复模式对土壤微生物数量的影响
利用恢复 %% 年后%即 "$%? 年&的观测数据对 比分析自然恢复和人工造林 " 种植被恢复模式对 土壤微生物数量的影响%表 " &$ 在自然恢复和人
工林地中!细菌数量最多!占到土壤微生物总量的
@!F以上#真菌数量最少!只占不足 $1!F$ 土壤
微生物数量以表土层 %$a"$ QN&最多!并随土层
深度增加而明显减少!由于土壤表层有机质含量
较高!加之水热条件和通气状况较好!有利于微生
物生长!而土层加深后土壤密度变大’孔隙度变
小’有机质含量下降!因而微生物数量也随之下降
%王岩! "$%"# 王艳超等! "$$=&$ 结合图 %E! T! Q
可看出!随恢复年限增加!土壤微生物数量均递
增!但人工林林地增加更快!在恢复 %% 年后!表层
土壤微生物数量除细菌外!真菌’放线菌数量均与
自然恢复地存在显著差异$恢复 %% 年后!人工造 林模式$ a"$!"$ a<$!<$ a#$QN土层中的真菌 数 量 分 别 较 自 然 恢 复 模 式 高 出 =$1!#F!
%"!1=$F!%1<!F#人工造林模式下 $ a"$ QN<br土层中放线菌数量较自然恢复地高出 8!1%@F$
由于人工造林改善了尾矿地局部小环境!促进了
地上植被生长!使得地上植被生物多样性及草本
植物盖度都明显增加!同时改善了土壤环境!使之
更利于微生物生长$表 ?>不同恢复模式恢复 << 年后的土壤微生物数量和所占比例! F&2M?>3)(/J(’%)2(&/N.&"#(#, &"-G%)G)%#()"."-$%4&%().64$5$#&#()"
%$6#)%&#()";8$"%$6#)%$-<< ,$&%6 n%$
< QX3.H>%
样地
&ENL0OL0/U
深度
IOLUR9
QN
微生物总量
C7QY/T7E0
U/UE0EN/34U
细菌数量
,N/34U/X
TEQUOY7E
比例
DOYQO4UEHO
%F&
真菌数量
,N/34U/X
X34H7
比例
DOYQO4UEHO
%F&
放线菌数量
,N/34U/X
EQU74/NWQOZ
比例
DOYQO4UEHO
%F&
人工林地
$a"$ ?%%5#" "@#5#@ b<#5%%,E @!5"% %5?$b$5%8,E $5<" %?5#? b"5%$,E <5?=
D0E4UEU7/4 "$a<$ %8?5== %#@5"8 b"?5$?d @85?!$58$b$5$=d$5<$?5@? b$5@!d "5"!
<$a#$ =<5!? =?5$? b%"5%8d @=5"?$5"8 b$5$<’ $5?" %5"? b$5?%d %5<#
自然恢复 $a"$ "#=5%@ "!@5#@ b%"5%#,E @#5=? $58" b$5"#,T $5"8 858= b%5=",T "5@$
*EU3YE0 "$a<$ %<"5%% %?85=8 b"85!?,d @85$"$5?% b$5$8,d $5"" ?5@% b$5%=d "588
YOZU/YEU7/4 <$a#$ 885<@ 8#5!@ b%"5=@d @=5=< $5%% b$5$!d$5%< $58@ b$5%?d %5$" BB"不同大写字母表示同一恢复模式不同土层间$1$% 水平差异显著!不同小写字母表示不同恢复模式间$ a"$QN土层$1$! 水平差异显 著$ 下同$I7XOYO4UQEL7UE00OUOYZYOLYOZO4UZ7H47X7QE4U67XOYO4QOEUURO0OVO0/X%g$1$% EN/4H67XOYO4U0EWOYZ346OYUROZENOYOZU/YEU7/4 LEUOY4! E46 67XOYO4U0/\OYQEZO0OUOYZYOLYOZO4UZ7H47X7QE4U67XOYO4QOEUURO0OVO0/X%g$1$! EN/4H67XOYO4UYOZU/YEU7/4 LEUOY4Z346OY$ >"$QN0EWOY5+ROZENO TO0/\5 @=@>不同植被恢复模式下土壤酶活性的时空变化 过氧化物酶是土壤中的一种氧化还原酶!其活 性与土壤呼吸强度及土壤微生物的活动有关$ 自然
恢复’人工林地 " 种恢复模式下的土壤过氧化氢酶
活性的时空变化规律如图 "E所示$" 种恢复模式 下!土壤过氧化氢酶活性均随恢复年限增加而增加! 但各土层增加速度均较缓慢!在恢复 %% 年后!自然 恢复’人工造林地$ a"$QN土层中过氧化氢酶活性 较恢复初始状态分别增加了 ?<1@@F!8$1%?F$另 外!" 种恢复模式下的土壤过氧化氢酶活性均随土 壤深度增加而降低!以人工造林 %% 年后的尾矿土壤 为例!其$ a"$!"$ a<$和 <$ a#$QN土层的过氧化 氢酶活性分别为 "<1$%$土壤蔗糖酶活性反映了土壤中碳的转化程度和 吸收强度$ 由图 "T 可知!" 种植被恢复模式下!$a "$ QN土层中土壤蔗糖酶活性随恢复年限增加而逐
渐递增!且人工造林模式下递增趋势更明显!自然恢
复模式及人工造林模式 %% 年后!$a"$ QN土层蔗
糖酶活性分别较恢复初始时增加了 "!1 $$F! ==1=@F#"$ a<$ QN和 <$ a#$ QN土层中土壤蔗糖 酶活性变化不大$ 此外!随土壤采样深度增加!土壤 蔗糖酶活性下降$ 脲酶是土壤水解酶类的一种!与某些营养元 素的转化利用与植物营养状况密切相关$ 不同生 态恢复年限对土壤脲酶活性的影响如图 "Q所示" 随着恢复年限增加!" 种恢复模式中 $ a"$ 和 "$ a <$ QN土层中细菌数量显示出逐年递增趋势!其中 人工造林的增长趋势更明显#<$ a#$ QN土层中脲 酶活性无大的变化$ 此外!土壤脲酶活性随土壤 深度的加深而降低!以人工造林后 %% 年为例!其 $ a"$!"$ a<$ 和 <$ a#$ QN土层深度的土壤脲酶 活性分别为 "=1@%!"%1$@!"1@? !H.H>% $ 以上结 果说明!不同恢复措施对土壤脲酶活性的影响主 要发生在浅层$ #@ B第 # 期 马云波等" 人工与自然植被恢复下尾矿土壤微生物及酶活性的时空变化 土壤磷酸酶与土壤中磷的转化过程’方向和强 度相关$ 不同恢复年限对土壤磷酸酶活性的影响如 图 "6 所示$ 可以看出!各土层磷酸酶活性均随恢复 年限增加而递增!其中人工造林增速更快!在恢复 %% 年后!人工造林地 $ a"$!"$ a<$ 和 <$ a#$ QN土 层的磷酸酶活性较自然恢复模式分别增长了 <=1=#F!<#1"$F!%?<1#$F#此外!土壤磷酸酶活性 随土层加深而降低$ 图 "B" 种不同恢复模式土壤过氧化氢酶’蔗糖酶’脲酶和磷酸酶活性的变化 h7H5"B.EY7EU7/4 /XZ/70QEUE0WZO! 74VOYUEZO! 3YOEZOE46 LR/ZLREUEZOEQU7V7UW346OYU\/67XOYO4UVOHOUEU7/4 YOZU/YEU7/4 NOUR/6Z @=A>不同恢复模式对土壤酶活性的影响 利用恢复 %% 年后%即 "$%? 年&的观测数据对 比分析不同恢复模式对土壤酶活性的影响 %表 ?& $ 在恢复 %% 年后!土壤中 < 种酶的活性均以人 工造林模式的表层土壤最高#自然恢复地与人工 造林地相比!表层土壤 %$ a"$ QN&的蔗糖酶与磷 酸酶活性有显著差异!过氧化氢酶与脲酶活性的 差异不显著$ 人工造林地的土壤表层蔗糖酶与磷 酸酶的活性显著高于自然恢复地!由于土壤酶活 性与植被生境联系紧密!土壤的物理’化学及生物 特性以及植物的生理生化特性不同!以及不同植 物在生长过程中新陈代谢的差异!必然会造成某 些土壤酶活性的差异 %张崇邦!"$$ <#李俊!" $$!# 蒋智林!"$$ =& $@=B>土壤微生物数量与酶活性的相关性 相关分析%表 <&表明!土壤微生物类群与几种 酶活性之间均存在极显著正相关$ 对于脲酶活性!
其与细菌数量的相关性最高 %$1@?!&#对于磷酸酶 活性!其与细菌’真菌’放线菌数量的相关性都很高! 均高于$1@#对于土壤蔗糖酶活性!其与放线菌数量
的相关性最高%$1@<=&#对于土壤过氧化氢酶活性! 其与放线菌数量的相关系数最高%$1@=%&$由此认 为!土壤主要微生物类群及数量的改变!势必会引起 土壤酶活性的变化$
8@
林 业 科 学 !" 卷B
表 @>不同恢复模式恢复 << 年后的土壤酶活性
F&2M@>3)(/$"H,J$&’#(4(#($6."-$%4&%().64$5$#&#()"%$6#)%&#()"J$#8)-6;8$"%$6#)%$-<< ,$&%6
样地
&ENL0OL0/U
深度
IOLUR9QN
过氧化氢酶
’EUE0EZO9%N-.H>% &
蔗糖酶
(4VOYUEZO9%N-.H>% &
脲酶
cYOEZO9%!H.H>% &
磷酸酶
DR/ZLREUEZO9%!H.H>% &
人工林地
$a"$ "<5$< b!5%$,E $5#= b$5%%,E "=5@% b!5!!,E ?$5$< b!58!,E
D0E4UEU7/4 "$a<$ "$5"# b!5@@,$5<% b$5%$,d "%5$@ b?5<<, "#5?? b<5@%, <$ a#$%#5== b!5!%,$5?$b$5$8d "5@? b$5!%d %!5?@ b?588,
自然恢复
$a"$ %@5$" b#5?#,E$5*EU3YE0YOZU/YEU7/4 "$a<$ %#5?= b?58#, $5?@ b$5$!, %85#$ b!5%8,d %=5$% b<5$<,
<$a#$ %#5%@ b?5$!,$5"@ b$5$=d "5=@ b$5<@d #5!# b"5<#d 表 A>铁尾矿中土壤微生物数量与酶活性的相关性! F&2MA>1)%%$/&#()"2$#;$$"6)(/J(’%)2$G)G./&#()"6&"-$"H,J$&’#(4(#($6("(%)"#&(/("56 变量 .EY7ET0O 过氧化氢酶 ’EUE0EZO 蔗糖酶 (4VOYUEZO 脲酶 cYOEZO 磷酸酶 DR/ZLREUEZO 细菌 dEQUOY7E$1=$@!!$1@%"!! $1@?!!!$1@%?!!
真菌 h34H7 $1@$=!! $1==!!!$1==%!! $1@$8!!
放线菌 ,QU74/NWQOZ $1@=%!!$1@<=!! $1=%?!!$1@?%!!
BB"!!"极显著相关%!f$1$%& &7H47X7QE4UQ/YYO0EU7/4 EU$1$% 0OVO05
本研究发现!不同植被恢复模式下铁尾矿废弃
地土壤微生物数量以细菌所占比例最大!放线菌次
之!真菌数量最少!这与他人研究结果相似%郑雪芳
等! "$%$# 宋海燕等! " $$8&$ 土壤微生物数量随土 壤深度增加而降低!细菌’真菌’放线菌均是如此$ 随着植被恢复年限增加!地上植被多样性增加!逐步 改善了土壤理化性质及养分含量!使微生物数量不 断增加!同时!随土壤层次加深!土壤的水热状况’透 气性’养分含量等都下降 %姚斌等! "$$ ## 王岩!
"$%"&!因而微生物数量也随之下降$ 本试验发现!
人工造林模式下土壤中主要微生物类群的数量高于
自然恢复模式!由于人工造林能有效改善林内环境
和小气候!有利于更多草本植物在此定居!因而对土
壤理化性质改良作用也更强 %吴伟林等! "$%$# 许
中旗! " $$=# 王艳超等! "$$ =&!更利于微生物生长
繁殖$土壤酶是土壤中的活性物质!它与微生物协同 作用!参与和推动土壤的物质循环!其活性可反映土 壤生物化学过程的方向及强度!也反映了土壤对植 物供应养分的潜在能力%姚胜蕊等! %@@@&$ 森林土
壤酶系主要来源于植物分泌的次生代谢产物’动植
物残体的腐败分解以及微生物的生化活动 %龙健
等! " $$?&$ 本研究发现!铁尾矿废弃地的土壤酶活 性随恢复年限增加而逐渐增强!并且人工造林模式 下的酶活性显著高于自然恢复地$ 杨万勤等 %"$$ <&研究发现!土壤酶活性高低与植被的物种组
成和多样性相关!地上植被越丰富!多样性指数越
高!土壤酶活性也就越高!这与本研究结果相似$本 研究中!人工造林后形成相对稳定的人工林群落!生 物多样性有了明显提高!同时土壤中主要微生物类 群的数量及土壤酶活性也明显增强$ 同时!本研究
发现!土壤酶活性表现随土层加深而降低!由于表层
土壤受植物根系生长及凋落物分解影响最大%李媛
媛等! "$%$&!而深层土壤的透气性’水热状况等变
差!植物根系’土壤有机质含量减少!制约着土壤微
生物的生长繁殖%陶宝先等! " $$@&!进而影响到土 壤酶活性$ 一些研究 %赵林森等! %@@!#刘梦云等! "$$ #&
指出!土壤微生物与土壤酶有密切关联!土壤酶与土
壤肥力之间也有密切关系!因此通过土壤微生物总
数的测定可初步判断土壤肥力高低$本研究表明! 在铁尾矿上进行人工植被恢复不仅可促进群落物种 多样性增加!同时也改善了植被赖以生存的土壤环 境!植被恢复后的土壤微生物数量和酶活性都表现 为人工造林地 e自然恢复地!说明人工造林更利于 增加土壤肥力!因此存在人工造林干预下林地土壤 修复的必要性%薛立等!"$$?&$
植被恢复下的土壤质量演变是个漫长过程$随 恢复时间推移!尾矿地的植物多样性’养分含量’微 生物多样性及酶活性等均会发生演变!因此有必要 对其进行长期跟踪监测$ 在评价修复效果的时间变
化上!很多研究都采用空间替代时间的方式进行
%许中旗等! " $$=# 王艳超等! "$$ =# 孙翠玲等!
" $$!&!这种研究方式存在较大局限性!可能不会真 实反映土壤的改善过程!仅能反映最终的结果差异$ 相比之下!本研究采取了长期跟踪监测的研究方法! =@ B第 # 期 马云波等" 人工与自然植被恢复下尾矿土壤微生物及酶活性的时空变化 能较好反映出土壤修复效果的演变过程!从而为铁 尾矿的生态治理提供科学依据$ !B结论 %&尾矿地人工造林后!草本植物多样性有明显 提高$ "&自然恢复与人工造林恢复方式均可提高尾 矿地的土壤微生物数量及酶活性$ ?&与自然恢复相比!人工造林改善尾矿土壤中 主要微生物类群的数量及土壤酶活性的作用更明 显$ 以表层土壤为例!恢复 %% 年后!细菌’真菌’放 线菌数量分别较自然恢复模式增长了 %<1"!F! =$1!#F!8!1%@F!土壤过氧化氢酶’蔗糖酶’脲酶’ 磷酸酶活性分别较自然恢复模式增长了 "#1?@F! !%1%%F!!%1#=F!<=1=#F$ 本研究表明!在瘠薄的尾矿废弃地引入耐贫瘠’ 耐干旱的植被种类进行人工造林!一方面可形成相 对适宜的群落环境!为更多种类植物定居创造条件! 另一方面可逐步改良尾矿废弃地土壤!提高土壤微 生物多样性及酶活性!从而逐步实现对尾矿废弃地 的治理$ 参 考 文 献 关松荫5%@=#5土壤酶及其研究法5北京" 中国农业出版社5 %K3E4 & A5%@=#5&/70O4]WNOZE46 YOZOEYQR NOUR/65dO7:74H" ’R74E ,HY7Q30U3YODYOZZ5/74 ’R74OZO0 & 蒋智林! 刘万学! 万方浩! 等5"$$ =5紫茎泽兰与非洲狗尾草单’混
种群落土壤酶活性和土壤养分的比较5植物生态学报! ?"%<& "
@ $$>@$85 %27E4Hk-! -73 G P! GE4 hi! &,3%""$$ =5’/NLEYEU7VOZU367OZ/4
ZOEZ/4E06W4EN7QZ/XZ/70O4]WNEU7QEVU7V7U7OZE46 Z/7043UY7O4U
EVE70ET707UW74 N/4/;E46 N7JO6;Q30U3YO L0E4UQ/NN347U7OZ/X
5’&*3,013 3>&1$C2$*3 E46 .&,3*03 +C23/%3,3" 2/3Y4E0/XD0E4U
)Q/0/HW! ?"%<& " @ $$>@$85/74 ’474OZO0 & 李B俊! 舒为群! 陈济安! 等5"$$ !5垃圾填埋场土壤酶活性与化学
性质和微生物数量的关系研究5生态学杂志! "< %@& " %$? %$<85
%-72! &R3 G l! ’RO4 2,! &,3%"" $$!5MO0EU7/4ZR7LZTOU\OO4 E4]WNO EQU7V7U7OZE46 QRON7QE0LY/LOYUWE46 N7QY/T7E0j3E4U7UW74 0E46X70 Z/705’R74OZO2/3Y4E0/X)Q/0/HW! "< % @ & " %$? %$<85 / 74 ’R74OZO0 & 李媛媛! 周运超! 邹B军! 等5"$%$5黔中石灰岩地区典型灌木林土 壤酶活性与植物物种多样性研究5水土保持研究! %8%?& " "<br>"<@5 %-7AA! kR/3 A’! k/3 2! &,3%""$%$5,ZU36W/4 Z/70O4]WNOE46 L0E4UZLOQ7OZ67VOYZ7UW/XUWL7QE0ZRY3T 74 URO07NOZU/4OEYOE/X ’O4UYE0K37]R/35MOZOEYQR /X&/70E46 GEUOY’/4ZOYVEU7/4! %8%?& " " "<@5/74 ’R74OZO0 & 刘梦云! 常庆瑞! 齐雁冰! 等5"$$ #5宁南山区不同土地利用方式土
壤酶活性特征研究5中国生态农业学报! %<%?& " #8 >8$5 %-73 CA! ’RE4HlM! l7Ad! &,3%""$$#5hOEU3YOZ/XZ/70O4]WNO EQU7V7UW346OY67XOYO4U0E46 3ZOZ74 *74H4E4 C/34UE74 EYOE5’R74OZO 2/3Y4E0/X)Q/;,HY7Q30U3YO! %<%?& " #8 >8$5/74 ’R74OZO0 &
龙B健! 黄昌勇! 滕B应! 等5" $$?5矿区废弃地土壤微生物及其生 化活性5生态学报! "?%?& " <@# >!$?5 %-/4H2! i3E4H’A! +O4HA! &,3%5"$$ ?5DYO07N74EYWZU36W/4 Z/70
N7QY/TOZE46 Z/70T7/QRON7QE0EQU7V7U7OZ74 N7474H\EZUO0E465,QUE
)Q/0/H7QE&747QE! "?%?& " <@# >!$?5/74 ’R74OZO0 & 马彦卿5"$$%5微生物复垦技术在矿区生态重建中的应用5采矿技 术! %%"& " ## >#=5 %CEAl5"$$%5,LL07QEU7/4 /XN7QY/TOYOZU/YEU7/4 UOQR4/0/HW74 N7474H OQ/0/H7QE0YOQ/4ZUY3QU7/45C7474H+OQR4/0/HW! %%"& " ## >#=5/74 ’R74OZO0 & 宋海燕! 李传荣! 许景伟! 等5"$$85滨海盐碱地枣园土壤酶活性与 土壤养分’微生物的关系5林业科学! ?%%& " "= ?"5 % &/4HiA! -7’M! P3 2G! &,3%""$$85’/YYO0EU7/4Z/XZ/70O4]WNO EQU7V7UWE46 N7QY/TOZ! 43UY7O4UZ74 Z/70/X:3:3TO/YQREY6 74 Q/EZUE0 ZE074O0E465 &Q7O4U7E&70VEO&747QEO! ? % % & " "= ?"5 / 74 ’R74OZO0 & 束文圣! 张志权! 蓝崇钰5"$ $$5中国矿业废弃地的研究5生态科 学! %@%"& " "< >"@5 % &R3 G &! kRE4Hk l! -E4 ’ A5"$$ $5+ROZU36W/XN7474H \EZUO0E46Z5)Q/0/H7Q&Q7O4QO! %@%"& " "< >"@5/74 ’R74OZO0 & 孙翠玲! 苏铁成! 郭玉文5"$$!5矿山矸石台地植被恢复栽培模式 研究5林业科学研究! %=%?& " ?!# >?#%5 % &34 ’-! &3 +’! K3/AG5"$$!5MOZOEYQR /4 Q30U7VEU7/4 LEUOY4 /X VOHOUEU7/4 YOQ/VOYWEU\EZUOROEL L0EUX/YN /XQ/E0N74O5h/YOZU MOZOEYQR! %=%?& " ?!# >?#%5/74 ’R74OZO0 & 陶宝先! 张金池! 崔志华! 等5"$$@5苏南丘陵区林地土壤酶活性及 其与土壤理化性质的相关性5生态与农村环境学报! "! %" & " << ><=5 %+E/dP! kRE4H2’! ’37ki! &,3%""$$@5&/70O4]WNOEQU7V7UW346OY 67XOYO4UX/YOZUZUE46ZE46 7UZQ/YYO0EU7/4 \7UR Z/70LRWZ7QE0E46 QRON7QE0LY/LOYU7OZ74 UROZ/3UR R70WYOH7/4 /X27E4HZ3 DY/V74QO5 2/3Y4E0/X)Q/0/HWE46 M3YE0)4V7Y/4NO4U! "! %" & " << ><=5/74 ’R74OZO0 & 王B岩5"$%"5铁尾矿不同植被恢复模式的效益分析5保定" 河北
农业大学硕士学位论文5
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种多样性的影响5林业科学! <<%%"& " %!% >%!#5
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生物和酶活性的研究5应用生态学报! %<%%& " %!8 >%!@5
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特征调查研究5林业科学研究! %@%?& " < $$><$?5 %AE/d! &RE4Hi! -73 ’k! &,3%5"$$ #5’REYEQUOY7ZU7QZ/XZ/70N7QY/TOZ
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