黄土丘陵区封禁对侵蚀土壤微生物生物量的影响

作者:戴全厚;薛萐;刘国彬;勃海峰;张健 刊名:土壤学报 上传者:颜彦

【摘要】采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域不同封禁年限的狼牙刺群落和杂灌群落为研究对象,选取放牧地和天然次生林为参照,分析了生态恢复过程中土壤微生物生物量、呼吸强度、代谢商及理化性质的演变特征。结果表明,封禁后土壤理化性质明显改善;微生物生物量随封禁年限的延长变化显著,阳坡随封禁年限增加土壤微生物生物量逐渐增加,25 a后微生物生物量碳、氮、磷较封禁前分别增加252%、161%和174%,但显著低于天然侧柏林,仅为其39.0%、41.8%和53.7%;阴坡封禁前10年微生物生物量迅速增加,随后增加幅度减缓,呈波动式缓慢上升趋势;封禁25 a后微生物生物量碳、氮、磷分别增加108%、93%和102%,但明显低于天然杂灌丛群落和辽东栎林,仅为辽东栎林的54.4%、49.1%和40.1%。土壤呼吸强度在封禁5 a后增大明显,且随着年限增加逐渐上升,阳坡25 a时达到最大值,而阴坡15 a时达到最大值,随后开始有所下降,25 a后降至最低点,但仍显著高于放牧地,相同封禁年限的土壤呼吸强度阴坡明显高于阳坡。qCO2随着封禁进程逐渐降低,25 a后达到最低值。相关性分析显示微生物生物量碳、氮、磷、呼吸强度、qCO2与土壤养分和恢复年限相关性密切,达到显著(p<0.05)或极显著水平(p<0.01)。

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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[1]。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质量[2]。土壤微生物直接参与了养分循环、有机质分解等诸多生态过程,是土壤中物质转化和养分循环的驱动力,其指标已经被用来评价退化生态系统中生物群系与恢复功能之间的关系[3]。土壤微生物生物量是表征土壤生态系统中物质和能量流动的一个重要参数,被认为是土壤活性养分的储备库,是植物生长和吸收可利用养分的重要来源[4]。同时,微生物生物量周转周期短,能灵敏地反映环境因子、土地经营模式和生态功能的变化,因此,可作为评价土壤质量和反映微生物群落状态和功能的重要指标之一[5~11]。以往研究证明植物群落封禁后,植物物种多样性增加,生物量和生产力得到极大提高,生态功能得到恢复[12,13],然而关于封禁措施对侵蚀土壤微生物生物量方面的研究少见报道。本文旨在从土壤微生物学角度研究封禁后生态恢复过程中侵蚀土壤微生物学质量的演变,揭示植被恢复与重建对改善土壤生态环境的作用机制,为评价自然生态恢复效果、土壤质量管理和山川秀美工程建设提供科学依据。1材料与方法11研究区概况研究区位于陕西省安塞县纸坊沟流域(E1091346~1091603,N364642~364628),该区地形破碎,沟壑纵横,属黄土高原丘陵沟壑地貌,暖温带半干旱季风气候,海拔1010~1400m,年均气温88,年均降水量5053mm。土壤类型以黄土母质上发育而成的黄绵土为主,抗冲抗蚀能力差,植被类型处于暖温带落叶阔叶林向干草原过渡的森林草原带。纸坊沟流域是中国科学院安塞水土保持试验站生态恢复定位试验研究小流域。该流域生态系统先后经历严重破坏期(1938~1958年)、继续破坏期(1959~1973年)、不稳定期(1974~1983年)、稳定恢复改善期(1983~1990年)和良性生态初步形成期(1991年至今)。经过30多年的水土保持综合治理,通过林草植被和工程等措施建设,有效遏制了该流域的土壤侵蚀,成功地恢复了退化生态系统,林地面积从1980年的不足5%增加到40%以上,流域生态经济系统进入良性循环阶段[14]。采用时空互代法在流域内选择成土母质类型相同,坡位相似、不同封禁年限的灌木林8块,其中阳坡3块,为狼牙刺(Sophoradavidii)灌丛,土壤主要为黄土正常新成土(LoessalOrthicEntisols),阴坡5块,主要为杂灌丛群落,土壤主要为黄土-石质湿润正常新成土(Los-LitUdicOrthicEntisols)。同时选取放牧地两块(CK1、CK2),天然次生狼牙刺群落(Sophoradavidii,SD)、杂灌丛群落(mixedshrubforest,MS)、刺柏林(Platycladusorientailis,PO)和辽东栎林(Quercusliaotungensis,QL)各一块为对照样地,主要为灰色黄土正常新成土(GrayLoessalOrthicEntisols),其基本特征如表1。表1样地基本特征Table1Basicinformationofthesamplingplots坡向Slopeaspect样地Sites封禁年限Year(a)地貌Relief坡度Slopedegree()海拔Altitude(m)土壤类型Soiltype灌木及林下草本类型Undergrowthvegetation阳坡CK10GS

参考文献

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