全 文 ：第 19 卷
第 4 期

Vol. 19
No. 4
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2011 年
7 月

Jul.

2011
黄土丘陵区不同植被对根际土壤微生物特性的影响
薛
萐1, 2, 刘国彬1, 2* , 张
超1, 2
( 1.西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西 杨凌
712100; 2.中国科学院水利部水土保持研究所,陕西 杨凌
712100)
摘要:为了解黄土高原植被恢复对根际土壤微生物特性的影响,以黄土丘陵区墩山小流域的 6 种植被为研究对象,
分析了不同植被根际、非根际土壤有机碳、微生物量 C、微生物量 N、基础呼吸以及酶活性的变化趋势。结果表明: 6
种植被中,柠条( Carag ana kor shinsk ii)、阿尔泰狗娃花( H eter op ap pus altaicus )和茵陈蒿( A r temis ia cap illar is )根
际土壤有机碳高于非根际;沙打旺( A s tragalus ad surg ens )、柳枝稷(P anicum virg atum)、阿尔泰狗娃花和茵陈蒿根
际 pH 值均低于非根际;除沙棘( H ipp ophae rhamno ides )外,其他植被的根际微生物量 N 高于非根际 ;沙棘、阿尔
泰狗娃花和茵陈蒿根际土壤微生物量 C 高于非根际; 6种植被的根际基础呼吸和过氧化物酶显著高于非根际( P <
0. 05) ,多酚氧化酶两者无显著差异,蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶及过氧化氢酶变化趋势不同。根际与非根际土壤有
机碳、微生物量 C、微生物量 N、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶之间呈极显著正相关( P< 0. 01) , 过氧化物酶与基础呼
吸呈显著正相关(P< 0. 05) ,与多酚氧化酶呈极显著负相关(P< 0. 01)。无论是根际土壤还是非根际土壤, 天然草
地(阿尔泰狗娃花和茵陈蒿) 的有机碳、微生物量 C、微生物量 N、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶及过氧化物酶总体高于
人工灌木(柠条和沙棘)和人工草地(沙打旺和茵陈蒿)。
关键词:不同植被; 根际;非根际; 微生物量;土壤酶
中图分类号: S154. 36



文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2011) 04
0577
07
Effects of Different Vegetation on Rhizosphere Soil Microbial Properties
in the Hilly
Gully Region of Loess Plateau
XUE Sha
1, 2
, L IU Guo
bin1, 2* , ZHANG Chao1, 2
( 1. Inst itute of S oil and Water Conservat ion Northw est A& F University, Yangling, Sh aanxi Provin ce 712100, C hina;
2. In st itu te of Soil and Water Conservation, Chin es e Acad emy of Sciences an d Min ist ry of Water Resources,
Yangling, Sh aanxi Provin ce 712100, C hina)
Abstract: In order to explore the ef fect of revegetat ion on rhizosphere soil microbial propert ies in Loess
Plateau, the changes of or ganic car bon ( C) , microbial biomass C, micr obial biomass N, basal respir at ion
and enzymes act ivit ies in both rhizosphere and bulk soil of six v egetat ion types at the Dunshan w atershed of
H illy
Gully Region w ere invest igated. Results show ed o rganic C in the rhizo sphere soil of Caragana kor

shinski i , H eteropapp us altaicus and A r tem isia cap i l lari s was higher than that in bulk soil. The pH in the
rhizosphere soil o f Ast ragalus ad sur gens, Panicum v ir gatum , H eteropapp us al taicus and A r temisia cap

i l lari s was low er than that in bulk soil. With an except ion o f H ipp ophae r hamnoides , microbial biomass
N in rhizosphere so il of five v egetat ion types w as higher than that in bulk soil. Microbial biomass C in the
rhizosphere of H ip pophae r hamnoides , H eter op ap pus altaicus and A r temisia cap il lar is was higher com

pared w ith in bulk soil. A ll plants show ed higher basal respiration and perox idase in the rhizospher e soil
than that in bulk soil. Sacchar ase, urease, alkaline phophatase and catalase had differ ent change tendency
in rhizosphere and bulk soil. Rhizosphere did not have signif icant effect on polypheno l oxidase. There w ere
posit iv ely correlation betw een soil org anic C, microbial biomass C, m icrobial biomass N, saccharase, ure

ase and catalase. Per oxidase w as positively corr elated w ith basal respiration but negatively w ith po lypheno l
ox idase. Furthermo re, natural g rassland ( H eter opap pus altaicus , A r tem isia cap il lar is ) show ed higher
org anic C, microbial biomass N, saccharase, urease, catalase and polypheno l ox idase in the both r hizo

sphere and bulk soil than art ificial shr ubland( Car agana korshinski i , H ip p ophae rhamnoid es ) and ar tif icial
grassland( A str agalus adsurg ens , Panicum v ir gatum ) .
收稿日期: 2011
02
18;修回日期: 2011
04
15
基金项目:国家自然科学基金 ( 40801094) ;国家
973
项目( 2007CB407205) ;中国科学院西部行动计划( KZCX2
XB2
05)资助
作者简介:薛萐( 1978
) ,男,陕西西安人, 博士,助理研究员, 主要从事生态恢复与土壤微生物生态研究, E
mail: xuesha100@ 163. com ;
* 通讯作者 Author for correspondence, E
mail: gbliu@ m s. isw c. ac. cn
草
地
学
报 第 19卷
Key words: Rhizo sphere; Bulk so il; M icrobial biomass; Soil enzymes


土壤微生物是维持土壤生物活性的重要组分,其
生长、死亡和矿化与土壤理化性质的关系密切 [1] ,参
与土壤中多种反应过程如矿化- 同化、氧化- 还原
等,是土壤养分转化、有机碳代谢及污染物降解的主
要驱动力[ 2]。根际是指根土界面数毫米范围内受根
系影响的土壤区, 由于受根系生理活动的影响,在物
理、化学和生物学特性上不同于非根际土[ 3] ,是植物、
土壤和微生物及其环境相互作用的中心,是各种养分
和有害物质从无机环境进入生命系统参与食物链物
质循环的必经通道和瓶颈 [4] 。近年来,国内外学者就
根际土壤微生物特征进行了大量研究。Annelies和
Ridder [ 5]利用 PCR
DGGE 方法对不同地区的苔草
( Carex tr istachya)根际土壤细菌群落结构进行了研
究,结果表明苔草根际细菌的群落结构很大程度上取
决于其非根际土壤中细菌种类组成,而不是根际土壤
性质以及植被根系。Sinha 等[ 6]对不同植被的根际微
生物活性进行了综合评价,选择出当地适宜的植被恢
复物种。王群[ 7] 、刘登义等[ 8]分别研究了根际对土壤
微生物量 C、N及酶活性的影响。
黄土丘陵区地形破碎、土壤结构疏松、自然植被
遭到破坏,是我国严重的水土流失区之一,属典型的
侵蚀环境, 是国家生态建设的重点区域。恢复植被
是该区改善生态环境与水土保持的重要措施, 植被
的恢复除有效保持水土, 减少土壤侵蚀外,同时可以
通过土壤- 植物复合系统的功能改善提高土壤属
性。研究表明, 黄土丘陵区坡耕地退耕后,人工种植
草地和灌木或自然演替可恢复土壤特性和维护土壤
肥力[ 9~ 11 ]。然而,这些研究大多集中在非根际土壤
物理结构[ 12] 、养分转化 [ 13, 14]和微生物性质 [ 15, 16]等方
面,而对于土壤中物质交换最为频繁的根际区域研
究较少。本研究以黄土丘陵区典型植被的根际土壤
为研究对象,分析根际、非根际土壤微生物量、呼吸
强度以及酶活性的变化规律, 探讨不同指标之间的
关系,从而为黄土高原土壤质量评价和生态恢复的
持续健康发展提供科学依据。
1
材料和方法
1. 1
研究区概况
研究区位于中国科学院安塞水土保持实验站的
墩山( E109
19
23
, N36
51
30
) , 海拔为1330 m; 多
年平均降雨量为 510 mm, 但年际变化大且年内分
配不均, 其中 60%以上集中于 7- 9 月; 地形破碎,
沟壑纵横,属黄土高原丘陵沟壑地貌,亦为典型的侵
蚀环境;土壤为黄土母质上发育的黄绵土,土壤抗冲
抗蚀能力差,水土流失严重;土壤质地类型为粉砂壤
土,砂粒含量占 19. 0%, 粉粒占 65. 2% , 黏粒占
15
8%。流域植被属于暖温带落叶阔叶林区向暖温
带草原区过渡的森林草原植被。1938- 1973年,由
于毁林开荒及人类活动的影响, 地带性植被已经破
坏殆尽, 流域生态系统严重退化。样地基本特征及
林下植被见表 1。
1. 2
样地选择和样品采集
根据流域地貌特征、植被以及土地利用状况,以
典型性和代表性为原则, 在流域内选择种植前均为
坡耕地,坡度坡向相似, 年限均为 8年的人工灌木
林, 包括柠条林 ( Car agana kor shinskii , 缩写为
CK)、沙棘林 ( H ip pophae r hamnoides , 缩写为
HR) ; 人工草地, 包括沙打旺 ( A st ragalus adsur

gens, 缩写为 AD)、柳枝稷 ( Panicum virg atum , 缩
写为 PV) ; 天然草地, 包括阿尔泰狗娃花( H eter o

papp us al taicus , 缩写为 HA )、茵陈蒿 ( A rtemisia
cap i l lari s ,缩写为 AC) ,共 6种植被类型,其基本特
征及林下植被见表 1。
2008年 9月, 在各试验样地选取 3个 20 m

20 m研究小区, 在每个小区按 S 型选取 6 点, 用铁
铲挖取具有完整根系的土体(体积大小视根系本身
的范围而定) ,先轻轻抖落大块不含根系的土壤, 然
后用力将根表面附着的土壤全部抖落下来,迅速装
入塑料袋内(根际土)。同时用土钻在远离植被处钻
取 0~ 20 cm 混合土样,为非根际土。所有土壤样品
带回室内充分混匀后分为 2份,一份过 0. 25 mm筛
后风干,测定土壤有机碳和 pH 值,另一部分过 2 mm
筛后 4
冷藏,用于测定土壤微生物量和酶活性。
土壤有机碳用重铬酸钾氧化外加热法; pH 值
用 pH 计测定(水
土= 2. 5
1) ;土壤微生物量采
用氯仿熏蒸 K2 SO4 法[ 17] , 微生物量 C ( M icrobial
biomass C, MBC)采用 liquiTOC仪测定, 微生物量 N
( Microbial biomass N, MBN)采用全自动定氮仪测
定;土壤基础呼吸( Basal respiration, BS)采用室内密
闭培养, 0. 01 mol
L- 1 NaOH 碱液吸收法测
定 [ 18]。土壤酶采用关松荫[ 1 9] 方法测定, 蔗糖酶
( Saccharase, SAC)采用 3, 5
二硝基水杨酸比色法,以
1 h后 1 g 土壤中含有的葡萄糖毫克数表示; 脲酶
( Urease, URE)采用靛酚比色法, 活性以 1 h 后1 g
土壤中 NH3
N的毫克数表示; 碱性磷酸酶( Alkaline
578
第 4期 薛萐等:黄土丘陵区不同植被对根际土壤微生物特性的影响
phophatase, ALP)采用磷酸苯二钠比色法, 以 1 g 土
壤中 1 h后苯酚的毫克数表示;过氧化氢酶( Catalase,
CAT )采用滴定法( 0. 1 N 的标准 KMnO4 液滴定) ,
活性以 1 g 土壤 20 min后消耗 0
1 N KMnO4 毫升
数表示; 过氧化物酶( Per ox idase, POX)和多酚氧化
酶 ( Polyphenol ox idase, PPO)采用碘量滴定法,酶
活性用滴定相当于 1 g 土壤滤液的 0. 01 N I2 的毫
升数表示。
表 1
样地基本特征
T able 1
Description of sampling plots
植被类型
Type
主要植被
Main vegetat ion
坡向
Slope aspect
坡度
Slope degree
海拔 Alt itude
( m)
其他植被
Min or herbage
人工灌木
Art ificial s crublands
柠条
Caragana korshinskii ( CK)
N 20
1257 铁杆蒿 A r temisia sacr or um
沙棘
H ip p op hae r hamnoid es ( H R)
N 22
1220 艾蒿 A r temisia ar gy i长芒草 S tip a bung eana
人工草地
Art ificial grassland
沙打旺
A str agalus ad su rg ens ( AD)
NE 10
20
1235 兴安胡枝子 L e spedez a d avuri ca苦荬菜 I x eri s p olyce ph ala
柳枝稷
P anicum v ir gatum ( PV)
NW25
24
1282 早熟禾 P oaannua阿尔泰狗娃花 H e ter op ap p us altai cus
天然草地
Natural grassland
阿尔泰狗娃花
H ete ropap p us al tai cus ( H A)
NW10
24
1311 长芒草 S tip a bung eana铁杆蒿 A r temisia sacr or um
茵陈蒿
Ar temisia cap il lari s ( AC)
N 27
1298 兴安胡枝子 L e spedez a d avuri ca二裂委陵菜 P otent i lla bi f urca
1. 3
数据统计分析
多重比较( Duncan 法)和相关性分析( Pearson
法)均采用 SPSS 15. 0统计软件。
2
结果与分析
2. 1
不同植被根际与非根际土壤有机碳含量与
pH值
6种植被根际与非根际有机碳含量和 pH 值如
图1所示。不同植被根际非根际有机碳变化不同,柠
条、阿尔泰狗娃花和茵陈蒿根际土壤有机碳含量高于
非根际,沙棘和柳枝稷则是非根际高于根际,沙打旺
两者无显著差异。无论是根际还是非根际,阿尔泰狗
娃花和茵陈蒿的有机碳含量均高于其他植被, 其中,
阿尔泰狗娃花根际、非根际含量分别为 4. 9 g
kg- 1
和3.8 g
kg- 1 ,茵陈蒿分别为4. 6 g
kg- 1和3. 2 g
kg- 1。
6种植被除柠条和沙棘外,其余 4种非根际土壤 pH
值都显著高于根际, 表现出不同程度的酸化作用。
根际 pH 值变化范围为 8. 50~ 8
70, 柠条和沙打旺
最高,沙棘和柳枝稷其次,茵陈蒿和阿尔泰狗娃花最
低;非根际变化为 8. 56~ 8
87, 茵陈蒿和柳枝稷最
高,沙棘和阿尔泰狗娃花最低。
图 1
不同植被根际与非根际土壤有机碳和 pH值
F ig . 1
Organic C and pH value of different rhizo sphere and bulk soil
注:不同小写字母表示各植被根际之间在 0. 05 水平上差异显著。CK: 柠条; HR: 沙棘; AD: 沙打旺;
PV: 柳枝稷; H A: 阿尔泰狗娃花; AC: 茵陈蒿;下同
Note: Dif feren t sm all letters r epresen t signif icant dif feren ce b etw een dif ferent rhizospher e and bu lk s oil ( P < 0. 05) . CK: Caragana korshinskii ;
H R: H ip p op hae r hamnoid es ; AD: A str ag alus ad su rg ens; PV: Panicum v i rg atum; HA: H eteropap p us al tai cus ; AC: A rtemisia cap i llari s ;
th e same as b elow
579
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地
学
报 第 19卷
2. 2
不同植被根际与非根际基础呼吸与微生物量
不同植物根际、非根际微生物量 C和微生物量
N均存在显著差异(图 2)。茵陈蒿和阿尔泰狗娃花
根际微生物量C高于其他植被,分别为 97 mg
kg- 1
和 113 mg
kg- 1。非根际为阿尔泰狗娃花> 茵陈
蒿> 柠条、沙打旺> 柳枝稷> 沙棘,阿尔泰狗娃花最
高,为 73 mg
kg - 1 , 沙棘最低, 为 44 mg
kg - 1。
沙棘、阿尔泰狗娃花和茵陈蒿根际微生物量 C含量
高于非根际, 柠条和柳枝稷根际含量低于非根际。
根际微生物量 N含量变化与微生物量 C 相似, 茵陈
蒿和阿尔泰狗娃花高于其他植被。非根际表现为沙
打旺> 阿尔泰狗娃花、茵陈蒿> 沙棘、柳枝稷> 柠
条;除沙棘外, 其他 5种植被根际微生物量 N 均高
于非根际。
图 2
不同植被根际与非根际土壤微生物量 C, N
Fig . 2
Microbial biomass C and microbial biomass N o f different rhizospher e and bulk so il


由图 3可知,不同植被根际土壤基础呼吸均高
于非根际。其中, 柠条、沙打旺、柳枝稷和阿尔泰狗
娃花根际土壤基础呼吸显著大于沙棘和茵陈蒿
( P< 0. 05) ,非根际为阿尔泰狗娃花> 沙棘、柳枝
稷、茵陈蒿> 沙打旺> 柠条。
图 3
不同植被根际与非根际土壤基础呼吸
F ig. 3
Basal respiration of differ ent rhizosphere and bulk soil
2. 3
不同植被根际与非根际土壤酶活性
各种植被根际与非根际土壤酶活性变化见表 2
和表 3, 无论是根际还是非根际, 土壤蔗糖酶、脲酶、
过氧化氢酶和过氧化物酶表现为阿尔泰狗娃花和茵
陈蒿高于其他 4种植被; 根际碱性磷酸酶为沙打旺、
阿尔泰狗娃花和茵陈蒿较高, 非根际为沙打旺、阿尔
泰狗娃花> 柠条> 沙棘> 柳枝稷、茵陈蒿;沙打旺根
际多酚氧化酶活性高于其他植被, 非根际表现为柳
枝稷> 柠条、沙打旺> 沙棘、阿尔泰狗娃花、茵陈蒿。


不同植被根际、非根际土壤酶活性变化趋势不
同,其中除沙棘和柳枝稷外,其余 4种根际蔗糖酶活
性均大于非根际, 柠条、沙棘、沙打旺和茵陈根际脲
酶活性大于非根际,柳枝稷、阿尔泰狗娃花和茵陈蒿
碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性表现为根际大于非根
际, 6 种植被的根际过氧化酶活性均大于非根际。
多酚氧化酶活性除柠条和柳枝稷根际小于非根际
外,其他植被根际与非根际无明显差异。
2. 4
不同植被根际非根际土壤有机碳、微生物量及
酶活性相关性分析
对根际、非根际土壤有机碳、微生物量和土壤酶
进行相关性分析(表 4) ,结果表明,土壤有机碳与微生
物量 C、微生物量 N、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶均呈
极显著正相关关系( P< 0. 01) ,微生物量 C、微生物量
N与蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶相关系数较高, 且两
两之间呈极显著或显著正相关 ( P < 0. 01 或 P<
0
05) ,而与过氧化物酶与多酚氧化酶相关系数较小,
未达到显著水平,基础呼吸与过氧化物酶呈显著正相
关关系,过氧化氢酶与微生物量 C、微生物量 N、蔗糖
酶和脲酶均呈显著正相关( P< 0. 05) , 过氧化物酶与
多酚氧化酶呈极显著负相关关系( P< 0
01)。
580
第 4期 薛萐等:黄土丘陵区不同植被对根际土壤微生物特性的影响
表 2
不同植被根际、非根际土壤蔗糖酶、脲酶及碱性磷酸酶活性
Table 2
SAC, U RE and ALP activities in different rhizospher e and bulk so il
植被类型
Vegetat ion types
蔗糖酶 SAC
mg glu cose
g- 1
h- 1
脲酶 URE
mg NH 4
N
g- 1
h- 1
碱性磷酸酶 ALP
mg ph enol
g- 1
h- 1
根际
Rhiz osphere
非根际
Bu lk soil
根际
Rh izosphere
非根际
Bulk soil
根际
Rhizosph ere
非根际
Bu lk soil
柠条 CK 1. 12
0. 22d 0. 71
0. 18c 0. 43
0. 03 c 0. 36
0. 09d 2. 36
0. 36c 3. 27
0. 37bc
沙棘 HR 0. 85
0. 15e 1. 46
0. 25b 0. 37
0. 05 c 0. 33
0. 12d 2. 71
0. 43bc 2. 73
0. 21cd
沙打旺 AD 1. 89
0. 11c 1. 39
0. 14b 0. 82
0. 11 b 0. 47
0. 07d 4. 76
0. 32a 3. 51
0. 35ab
柳枝稷 PV 0. 83
0. 22e 1. 41
0. 20b 0. 76
0. 14 b 0. 82
0. 04c 3. 39
0. 25b 2. 53
0. 12d
阿尔泰狗娃花 HA 4. 39
0. 27a 2. 24
0. 44a 1. 25
0. 10 a 1. 50
0. 12a 4. 09
0. 39a 3. 98
0. 22a
茵陈蒿 AC 3. 92
0. 22b 2. 20
0. 10a 1. 36
0. 10 a 1. 08
0. 14b 4. 53
0. 51a 2. 96
0. 40bcd
表 3
不同植被根际、非根际土壤过氧化氢酶、过氧化物酶及多酚氧化酶活性
Table 3
CAT , POX and PPO act ivities in different rhizospher e and bulk so il
植被类型
Vegetat ion types
过氧化氢酶 CAT
mL 0. 1N KMnO4
g- 1
过氧化物酶 POX
mL 0. 01N I2
g- 1
多酚氧化酶 PPO
mL 0. 01N I2
g- 1
根际
Rhiz osphere
非根际
Bu lk soil
根际
Rh izosphere
非根际
Bulk soil
根际
Rhizosph ere
非根际
Bu lk soil
柠条 CK 1. 09
0. 08d 1. 11
0. 02d 0. 88
0. 04 c 0. 54
0. 04b 0. 66
0. 05b 0. 78
0. 04b
沙棘 HR 1. 05
0. 06d 1. 22
0. 02ab 0. 91
0. 05 bc 0. 63
0. 06b 0. 64
0. 05b 0. 66
0. 03c
沙打旺 AD 1. 06
0. 11d 1. 16
0. 04cd 0. 81
0. 07 c 0. 59
0. 06b 0. 74
0. 02a 0. 75
0. 03b
柳枝稷 PV 1. 30
0. 14c 1. 20
0. 02bc 1. 00
0. 06 ab 0. 42
0. 05c 0. 64
0. 05b 0. 97
0. 02a
阿尔泰狗娃花 HA 1. 43
0. 11b 1. 25
0. 02a 1. 05
0. 06 a 0. 86
0. 04a 0. 66
0. 17b 0. 62
0. 03c
茵陈蒿 AC 1. 48
0. 08a 1. 25
0. 03a 1. 02
0. 02 a 0. 81
0. 08a 0. 65
0. 08b 0. 66
0. 05c
表 4
不同植被根际、非根际土壤有机碳、微生物量及酶活性相关性
T able 4
Cor relation among or ganic C, micr obial biomass and enzymes activities of different rhizo sphere and bulk soil
指标
Indicato rs
有机碳
Organic C
pH
微生物量C
MBC
微生物量 N
MBN
基础呼吸
BS
蔗糖酶
SAC
脲酶
URE
碱性磷酸酶
A LP
过氧化氢酶
CAT
过氧化物酶
POX
多酚氧化酶
PPO
有机碳 Organic C 1. 000 - 0. 318 0. 833** 0. 838** 0. 321 0. 953** 0. 864** 0. 572 0. 883** 0. 489 - 0. 200
pH 1. 000 - 0. 339 - 0. 250 - 0. 408 - 0. 335 - 0. 147 - 0. 446 - 0. 319 - 0. 516 0. 548
微生物量 C MBC 1. 000 0. 774** 0. 210 0. 898** 0. 732** 0. 642* 0. 742** 0. 478 - 0. 189
微生物量N MBN 1. 000 0. 560 0. 870** 0. 693* 0. 742** 0. 683* 0. 523 - 0. 190
基础呼吸 BS 1. 000 0. 336 0. 273 0. 437 0. 177 0. 726** - 0. 347
蔗糖酶 SAC 1. 000 0. 779** 0. 619* 0. 801** 0. 518 - 0. 250
脲酶 URE 1. 000 0. 616* 0. 721** 0. 481 - 0. 208
碱性磷酸酶 ALP 1. 000 0. 424 0. 424 - 0. 215
过氧化氢酶 CAT 1. 000 0. 471 - 0. 257
过氧化物酶 POX 1. 000 - 0. 785**
多酚氧化酶 PPO 1. 000


注: *表示差异达显著水平( P< 0. 05) , ** 表示差异达极显著水平( P< 0. 01)
Not e:* Correlation is significantly diff erent ( P< 0. 05) ( 2
t ailed) ; ** Correlation is significantly diff erent ( P< 0. 01) ( 2
t ailed)
3
讨论
有机碳是构成土壤肥力的核心物质,不仅为根
际微生物活动提供丰富碳源, 而且极大改善了根际
微区及其化学环境, 对植被生长产生重大影响 [ 20]。
众多研究表明, 多种植物的根际土壤有机碳含量均
要高于非根际土壤 [ 21] , 本研究在柠条、阿尔泰狗娃
花和茵陈蒿 3种植物中发现了类似的现象, 这是由
于根系分泌物和根组织的脱落物是土壤有机碳的重
要来源,相比于非根际土壤,根际土壤中庞大的根系
增加了土壤有机碳的含量,进而表现出强烈的富集
作用,但是由于不同植被在生理特性以及组织成分
的差异,沙棘、柳枝稷和沙打旺并未表现出有机碳根
际富集趋势。根际土壤 pH 值是目前根际特征研究
最多的方面,一般认为,由于根系呼吸作用释放 CO2
以及在离子的主动吸收和根尖细胞伸长过程中分泌
质子和有机酸作用, 引起根际 pH 值较非根际降
低[ 2 2] ,但是本研究发现, 并非所有植物的根际 pH
581
草
地
学
报 第 19卷
值都低于非根际, 柠条和沙棘 2 种灌木的根际 pH
值较非根际显著增加, 这可能与这 2种植物对土壤
阴阳离子的吸收有关。
土壤微生物是生态系统的重要组成部分, 参与
土壤碳、氮等元素的循环过程和土壤矿物质的矿化
过程, 对有机物质的分解转化起主导作用。土壤微
生物量对土壤条件变化非常敏感,能在短时间内发
生大幅度变化, 因此土壤微生物量的变化能够作为
衡量土壤状况的重要依据[ 23]。本研究发现,不同植
物根际土壤与非根际土壤的微生物量和基础呼吸均
存在显著差异, 这与杨刚等[ 24] 的研究结果一致。在
本研究中, 除沙棘的根际微生物量 N 小于非根际
外,其他植被的根际微生物量 N和基础呼吸都高于
非根际。相关研究表明, 在植物生长过程中, 有机物
以及根系分泌物的不断增多为根际周围的微生物提
供了充足的碳源和氮源, 刺激了微生物的生长,因此
与非根际相比, 植物根际土壤中的微生物数量要远
远高于非根际[ 25, 26] 。微生物量 C则只有沙棘、阿尔
泰狗娃花和茵陈蒿根际土壤含量高于非根际。郑华
等[ 27]发现土壤微生物量与植物根系关系密切, 根系
庞大的植物土壤微生物量较小根系植物高; F inzi
等[ 28]结果表明土壤微生物量 C与土壤理化性质、凋
落物质量及植物生长特性有关,可见,土壤微生物量
是一个众多因素综合的结果。
土壤酶主要来源于植物根系和微生物的活动,
它参与土壤各种生物化学过程和物质循环。根际内
微生物数总是比根际外要高得多,当微生物受到环
境因素刺激时, 便不断向周围介质分泌酶,致使根际
内外酶活性存在很大的差异 [ 4]。陈闳竣等 [ 29] 在对
杉木根际土壤的研究中发现, 脲酶、土壤磷酸酶、过
氧化氢酶和过氧化物酶的活性都高于非根际土壤。
周国英[ 25] 、张学利等 [ 30] 发现了类似的结果, 但本研
究表明,除过氧化物酶外,并不是所有根际土壤酶都
高于非根际。例如, 柠条、沙打旺、阿尔泰狗娃花和
茵陈蒿根际蔗糖酶活性均大于非根际, 柳枝稷、阿尔
泰狗娃花和茵陈蒿的根际碱性磷酸酶和过氧化氢酶
活性大于非根际。Buee 等[ 31] 认为土壤酶具有专一
性,土壤中每一种酶活性是由每一类微生物群落所
产生。Koranda [ 32] 研究也发现,过氧化物酶是由生
活史为 k对策的微生物所产生, 主要是腐生营养型
真菌群落,磷酸酶是由菌根真菌产生。由此可知, 土
壤酶的活性与微生物群落组成密切相关。不同植被
根际与非根际土壤性质以及根系分泌物的差异, 其
微生物群落组成不同,从而造成根际、非根际土壤酶
活性变化趋势的不同。多酚氧化酶表现为根际、
非根际无显著差异, 而吉艳芝等[ 26] 发现不同组成
的混交林根际、非根际多酚氧化酶活性变化不同,
而纯林则根际小于非根际,可见, 对于根际多酚氧
化酶的研究结果并不统一,可以推测出多种因素,
因此对于不同植被类型下根际多酚氧化酶的变化
还有待进一步研究。
不同植被根际、非根际土壤有机碳与微生物量
C、N 之间具有显著或极显著正相关性, 这与李国辉
等[ 3 3]研究结果一致,这表明微生物量在一定程度上
可以反映土壤有机碳的状况。微生物量 C、N 之间
达到极显著相关关系,说明这 2种指标在反映土壤
质量时具有一定协同性。微生物量 C、微生物量 N
与蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶相关性较
高,表明土壤微生物量的增加在一定程度上促进了
土壤酶的产生。本研究中, 与其他酶活性不同, 多酚
氧化酶作为反映土壤腐殖化程度的指标, 与微生物
量以及其他土壤酶相关性较弱, 不同学者对其的研
究结果差异较大[ 29, 34, 35] , 具体原因可能与其不同植
被的腐殖化途径有关。此外,本研究发现,无论是根
际还是非根际土壤,天然草地(阿尔泰狗娃花和茵陈
蒿)的有机碳、微生物量 C、微生物量 N、蔗糖酶、脲
酶、过氧化氢酶及过氧化物酶总体高于其他植被。
与人工灌木(柠条、沙棘)和人工草地(沙打旺、柳枝
稷)相比,天然植被群落往往物种较多, 结构较为复
杂,丰富的根系分泌物为更多的微生物提供了生存
环境,从而提高了了土壤微生物量、酶活性等特性。
4
结论
黄土丘陵区坡耕地退耕后, 不同植被根际、非根
际土壤微生物特性差异显著。
4. 1
6 种植被中,柠条、阿尔泰狗娃花和茵陈蒿根
际土壤有机碳高于非根际, 除柠条和沙棘外,其余 4
种非根际土壤 pH 值都显著高于根际。
4. 2
除沙棘外,其他植被的根际微生物量 N 都高
于非根际。微生物量 C则只有沙棘、阿尔泰狗娃花
和茵陈蒿根际土壤含量高于非根际, 6 种植被的根
际基础呼吸和过氧化物酶显著高于非根际,多酚氧
化酶两者无显著差异, 根际蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸
酶及过氧化氢酶变化趋势不同。
4. 3
根际与非根际土壤有机碳、微生物量 C、微生
物量 N、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶之间呈极显著正
相关;过氧化物酶与基础呼吸呈显著正相关,与多酚
582
第 4期 薛萐等:黄土丘陵区不同植被对根际土壤微生物特性的影响
氧化酶呈极显著负相关。
4. 4
无论是根际还是非根际土壤, 天然草地(阿尔
泰狗娃花和茵陈蒿)的有机碳、微生物量 C、微生物
量 N、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶及过氧化物酶总体
高于人工灌木和人工草地。
参考文献
[ 1]
Steenw erth K L, Jackson L E, Calder on F J, et al . Soil m icro

b ial comm unity composit ion and land use his tory in cult ivated
and grassland ecosys tems of coas tal Calif ornia[ J] . S oil Biology
and Biochemist ry, 2002, 34( 11) : 1599
1611
[ 2]
Dick R P. Soil enzyme act ivit ies as integrat ive in dicators of soil
health [ A] . In: Pankhu rst C E, Doub e B M, Gupta V V S R,
Eds. Biological indicators of s oil h ealth[ C] . CAB Internat ion

al, Wall ingford, 1997. 121
156
[ 3]
张学利,杨树军,张百习. 我国林木根际土壤研究进展 [ J] . 沈
阳农业大学学报, 2002, 33( 6) : 461
465
[ 4]
杨玉盛,何宗明,邹双全,等. 格氏栲天然林与人工林根际土壤微
生物及其生化特性的研究[ J] . 生态学报, 1998, 18( 2) : 20
23
[ 5]
Annelies S , Ridder
Duine D E, George A, et al . Rhiz osphere
bacterial community composit ion in natural stands of Carex
arenaria ( s and sedge) is determin ed by bulk s oil community
composit ion [ J ] . S oil Biology & Bioch emist ry, 2005, 37: 349

357
[ 6]
S inha S , Masto R E, Ram LC, et al . Rhiz osphere soil m icrobial
index of t ree species in a coal mining ecosystem[ J] . S oi l Biolo

gy & Biochemist ry, 2009, 41: 1824
1832
[ 7]
王群,尹飞,郝四平,等. 下层土壤容重对玉米根际土壤微生物
数量及微生物量碳、氮的影响 [ J ] . 生态学报, 2009, 29 ( 6) :
3096
3104
[ 8]
刘登义,沈章军,严密,等. 铜陵铜矿区凤丹根际和非根际土壤
酶活性[ J] . 应用生态学报, 2006, 17( 7) : 1315
1320
[ 9]
薛萐,李占斌,李鹏,等. 不同植被恢复模式对黄土丘陵区土壤
抗蚀性的影响[ J ] . 农业工程学报, 2009, 25(增刊 1) : 69
72
[ 10] 胡婵娟,刘国华,傅伯杰,等. 黄土丘陵沟壑区典型人工林土壤
CO2 释放规律及其影响因子 [ J ] . 生态学报, 2009, 29 ( 9 ) :
4700
4708
[ 11] 温仲明,焦峰,刘宝元. 黄土高原森林草原区退耕地植被自然
恢复与土壤养分变化[ J ] . 应用生态学报, 2005, 16( 11) : 2025

2029
[ 12] 安韶山,张扬,郑粉莉. 黄土丘陵区土壤团聚体分形特征及其
对植被恢复的响应[ J ] . 中国水土保持科学, 2008, 6( 2) : 66
70
[ 13] 张成娥, 陈小利. 黄土丘陵区不同撂荒年限自然恢复的退化
草地土壤养分及酶活性特征[ J] . 草地学报, 1997, 5 ( 3) : 195

200
[ 14] J ia G M, Cao J , Wang C Y, et a l . M icrobial b iom as s and nut ri

ents in soil at the different s tages of secondary forest su cces

s ion in Ziw ulin g, northw est Ch ina[ J] . Forest E cology Manag e

m ent , 2005, 217: 117
125.
[ 15] 安韶山,黄懿梅,郑粉莉. 黄土丘陵区草地土壤脲酶活性特征
及其与土壤性质的关系[ J] . 草地学报, 2005, 13( 3) : 233
237
[ 16] 王兵,刘国彬,薛萐,等. 黄土丘陵区撂荒对土壤酶活性的影响
[ J] . 草地学报, 2009, 17( 3) : 282
287
[ 17] Vance E D, Br ook es P C, Jenkins on D. An ext ract ion method
for m easuring microbial biom as s carbon[ J] . S oil Biology & Bi

ochemist ry, 1987, 19: 703
707
[ 18] Jenkin son D S, Pow lson D S. The ef fects of b iocidal t reatments
on metaboli sm in soils
a meth od for measu ring soil biomass
[ J] . Soil Biology & Biochem ist ry, 1976, 8: 167
177
[ 19] 关松荫. 土壤酶及其研究法[ M ] . 北京:农业出版社, 1986
[ 20] Marschner,Romheld, Zhan g F S, et al . Mobil izat ion of mineral
nut rients in th e rhizosph ere[ J] . Soil S cien ce, 1990, ( 2) : 158

163
[ 21] 詹媛媛,薛梓瑜,任伟,等. 干旱荒漠区不同灌木根际与非根际
土壤氮素的含量特征[ J] . 生态学报, 2009, 29( 1) : 59
66
[ 22] 厉婉华. 栓皮栎,杉木和火炬松根际与非根际土壤氮素及 pH
值差异的研究[ J] . 南京林业大学学报, 1996, 20( 2) : 49
52
[ 23] Jenkins on D S , Ladd J N. M icrobial biomass in soil: Measure

ment and tu rnover[ A] . In : Paul E A, Ladd J N, M arcel Dek

ker. S oil b iochemist ry[ C] . New York , 1981. 415
417
[ 24] 杨刚,何寻阳,王克林,等. 不同植被类型对土壤微生物量碳氮
及土壤呼吸的影响[ J] . 土壤通报, 2008, 39( 1) : 189
191
[ 25] 周国英,陈小艳,李倩茹,等. 油茶林土壤微生物生态分布及土
壤酶活性的研究[ J] . 经济林研究, 2001, 19( 1) : 9
12
[ 26] 吉艳芝,冯万忠,陈立新,等. 落叶松混交林根际与非根际土壤
养分、微生物和酶活性特征[ J] . 生态环境, 2008, 17( 1 ) : 339

343
[ 27] 郑华,欧阳志云,王效科,等. 不同森林恢复类型对土壤微生物
群落的影响[ J] . 应用生态学报, 2004, 15( 11) : 2019
2024
[ 28] Finzi A C , Br eem en N, Canbarn C D. Canopy t ree
soil interac

t ions w ithin temp erate forest s: S pecies ef fect s on s oil carb on
and n it rog en[ J] . Ecological Appl icat ion, 1998, 8: 440
446
[ 29] 陈闳竣,李传涵. 杉木根际与非根际土壤酶活性比较[ J] . 林业
科学, 1994, 30( 2) : 170
175
[ 30] 张学利,杨树军,张百习,等. 不同林龄樟子松根际与非根际土
壤的对比[ J] . 福建林学院学报, 2005, 25( 1) : 80
85
[ 31] Buee M , De Boer W, Mart in F, et al . Th e rhiz osphere z oo: an
over view of plant
ass ociated communit ies of m icroorganisms ,
including phages , b acteria, arch aea, and fungi, and of some of
their st ructuring factors[ J ] . Plan t an d Soil, 2009, 321: 189
212
[ 32] Koranda M, S chnecker J, Kais er C, et al . M icrobial pr oces ses
and comm unity comp os iti on in the rhiz osphere of European
beech
The in fuen ce of plant C ex udates [ J ] . Soil Biology &
Bioch emist ry, 2010, doi: 10. 1016/ j. soilbio. 2010. 11. 022
[ 33] 李国辉,陈庆芳,黄懿酶,等. 黄土高原典型植物根际对土壤微
生物生物量碳、氮、磷和基础呼吸的影响[ J] . 生态学报, 2010,
30( 4) : 0976
0983
[ 34] 张超,刘国彬,薛萐,等. 黄土丘陵区不同林龄人工刺槐林土壤
酶演变特征[ J] . 林业科学, 2010, 46( 12) : 23
29
[ 35] 谭芳林,林捷,张水松. 沿海沙地湿地松林地土壤养分含量及
酶活性研究[ J] . 林业科学, 2003, 39( 1) : 170
173
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