论文部分内容阅读
土壤微生物和酶是陆地生物多样性的重要组成部分,驱动着土壤中几乎所有的生物化学反应,在改善土壤结构、提升土壤健康上发挥着重要的作用。土壤微生物和酶在土壤生态系统中均扮演着十分重要的角色,在反映土壤质量和健康状况的同时,也易受到地形(如海拔、坡度)、植被类型、土壤性质等多重因子的调控。目前有关花岗岩山地不同海拔带土壤酶活性和微生物群落研究相对较少且研究结果不一,驱动土壤酶活性和微生物群落特征地理分布格局的主要影响因子也各不相同。为了解中亚热带中山土壤酶活性、微生物群落的垂直地带性分布规律和土壤质量与健康状况。本研究选取中亚热带湘东幕阜山和湘南莽山不同海拔带的表层土壤(0~20 cm),通过野外土壤调查与室内土壤生物学分析(如磷脂脂肪酸技术)相结合,分析土壤酶活性、土壤微生物群落特征以及土壤基本理化性质,比较不同海拔带、土壤类型和植被下土壤酶活性、微生物群落及土壤理化性质的差异,探索土壤酶活性、土壤微生物群落与土壤环境因子的关系。结果表明:(1)花岗岩中山不同海拔带表层土壤蔗糖酶、脲酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性分别介于0.50~9.89 mg g-1、0.06~0.57 mg g-1、0.03~0.51 mg g-1和0.46~30.38 ml(h g)-1。土壤蔗糖酶、脲酶和纤维素酶活性均随海拔升高有上升的趋势,而过氧化氢酶活性与海拔之间无相关性。在不同土壤类型中,土壤蔗糖酶、脲酶和纤维素酶活性均以低海拔带的红壤相对最低,高海拔带山地草甸土相对较高,土壤过氧化氢酶活性在各土壤类型之间无显著差异。相关分析发现,土壤含水量、SOC、CEC、HN和pH是影响不同海拔土壤蔗糖酶活性的最主要驱动因子;土壤MBC、ROC、SOC、TN、AP、CaEx和MgEx是导致土壤脲酶活性在中山呈现出垂直地带性分异规律的主要影响因素;土壤纤维素酶活性的主要影响因子是MBC、LFOC、ROC、SOC、TN、AP、CaEx、MgEx、容重和AK;土壤过氧化氢酶则与f POC、TN和MgEx呈极显著正相关,与MBN、容重、pH、TK和AK呈显著负相关。(2)中山不同海拔带表层土壤MBC和MBN含量分别介于105.75~1143.50mg kg-1和14.26~399.45 mg kg-1。随海拔升高,MBC和MBN含量均有线性递增趋势。高海拔带山地草甸土MBC含量(743.98~888.52 mg kg-1)明显高于低海拔带红壤MBC含量(241.79~255.59 mg kg-1),而MBN含量则以中高海拔带的黄棕壤最高(189.44~318.93 mg kg-1)。LFOC和ROC含量分别介于0.98~6.07g kg-1和0.19~30.70 g kg-1。幕阜山和莽山土壤LFOC和ROC含量随海拔升高也有线性递增的趋势。幕阜山DOC和DON平均含量分别为150.87±22.27 mg kg-1和33.57±9.10 mg kg-1,明显低于莽山土壤DOC和DON含量,莽山土壤DOC和DON平均为264.97±19.37 mg kg-1和67.85±5.65 mg kg-1。这可能与莽山土壤有机碳和全氮含量高于幕阜山有关。此外,c POC和f POC均呈现出中海拔带含量较高的趋势。(3)幕阜山和莽山不同海拔梯度土壤PLFA种类较丰富,分别检测到29和25种PLFA生物标记。土壤总微生物生物量分别介于61.92~320.13 nmol g-1和79.12~301.32 nmol g-1,以细菌的含量最高(51.43~237.53 nmol g-1、63.82~214.18 nmol g-1),其次为真菌(5.37~38.17 nmol g-1、7.01~51.44 nmol g-1)、放线菌(3.65~47.04 nmol g-1、3.16~35.70 nmol g-1)。原生动物绝对含量较低,仅在高海拔带土壤中,检测土壤原生动物的指纹PLFA。细菌群落中,以革兰氏阴性菌为主;真菌群落中,以腐生真菌为主。随着海拔梯度的升高,土壤GN、GP、细菌、真菌、放线菌、总PLFA和多样性指数一致性的升高,表明高海拔带土壤的微生物数量更多,多样性也更为丰富。此外,幕阜山和莽山土壤F:B随海拔升高呈逐渐升高趋势。其中,幕阜山土壤F:B介于0.08~0.19,莽山土壤F:B介于0.08~0.26。土壤GP:GN随海拔升高呈线性递减趋势。其中,幕阜山土壤GP:GN介于0.78~1.60,莽山土壤GP:GN介于0.60~2.32。Pearson相关分析分析表明,土壤蔗糖酶、MBC、LFOC、MBN、脲酶、纤维素酶、DON、AN、TP、TN、CEC、AP、CaEx和有机碳含量很好地解释了土壤微生物群落特征的垂直带分布差异。土壤微生物总PLFA及各类群PLFA含量多元线性回归模型的拟合优度比一元线性回归模型的拟合优度要高。并且环境因子的不同组合对不同海拔带土壤总PLFA、细菌、真菌和放线菌含量变异的解释量分别为80%、65%、70%和74%。此外,在幕阜山和莽山不同海拔梯度上,随着海拔升高,土壤微生物生物量和多样性指数均逐渐增加,这可能是因为山地小气候、土壤养分数量和质量综合作用的结果。