三峡库区消落带不同海拔梯度土壤微生物量和酶活性特征

摘要

消落带是水位季节性涨落，在水周边土地周期性淹没和出露而形成的特殊的干湿交替的水陆衔接地带，是三峡库区生态系统中重要的生态交错过渡带。土壤是消落带生态系统中重要的构成要素，而土壤微生物量和酶活性作为土壤微生物特征指标之一，对生态系统的变化、土壤环境的胁迫反应灵敏，不仅可以较早的指示生态系统功能与结构的变化情况，而且能够表征土壤质量的优劣。因此，研究消落带不同海拔土壤微生物量和酶活性特征及其与土壤理化特性之间的相关性，对于揭示三峡库区不同海拔梯度的土壤质量具有重要意义。
　　本文以三峡库区童庄河和香溪河带消落带为研究对象，按照消落带淹没持续时间的长短划分样地，即145-155m(淹没持续时间较长，LI)，155-165m（年淹没和排干持续时间近似相等，MI）、165-175m（淹没持续时间较短，SI），以从未淹没的175-185m的样地作为对照（NI）。结合土壤野外调查情况与土壤理化性质室内分析数据，运用土壤学及统计学等的理论基础和研究方法，研究消落带不同海拔梯度土壤微生物量和酶活性特征、分析土壤微生物量和酶活性与土壤理化性质之间的相关性，主要结论如下：
　　(1).消落带土壤颗粒以砂粒为主。消落带不同海拔梯度土壤分形维数的大小顺序分别为NI>MI>SI=LI，且土壤分形维数在NI和MI之间无显著性差异，但是与其他样地之间具有显著的差异，LI和SI样地之间也无显著性的差异，这说明消落带湿地淹没持续时间较长和较短的区域都显著降低分形维数，而年淹没和出露持续时间近似相等的区域反而保持了分形维数的稳定。保持了土壤结构的稳定性。
　　(2).土壤微生物生物量碳氮，有机碳及其活性组分、土壤全氮，四种酶的活性及其四种酶的几何平均数都是消落带样地小于从未淹没的对照样地。在消落带区域，微生物生物量碳、有机碳和四种酶的几何平均数都是淹没时间较长的样地小于年淹没和排干持续时间近似的样地和淹没时间较短区域，而年淹没和排干持续时间近似的样地和淹没时间较短区域之间无显著性的差异。水溶性有机碳、水溶性碳水化合物、全氮、微生物生物量氮和四种酶活性在三个消落带样地之间都无显著的差异。土壤pH值和代谢墒（qCO2）都是淹没时间较长的样地显著的大于其他样地，而其他样地之间并无显著性的差异，土壤呼吸也是淹没时间较长的区域显著大于其他样地。这意味着消落带水位消涨确实显著的降低了土壤微生物生物量碳氮、四种酶的活性、有机质及其有机碳的活性组分，但是在消落带区域，土壤微生物生物量碳、有机碳和四种酶的几何平均数随着淹没时间长短而发生显著的变化，特别是淹没持续时间较长又处于水位波动期的样地降低最显著。
　　(3).相关性分析的结果表明，微生物氮与有机碳及其组分、全氮有极显著正相关性（p<0.01），与代谢熵有极显著性负相关性（p<0.01）；微生物碳与有机碳及其组分、全氮有极显著正相关性（p<0.01），与土壤颗粒分型维数有显著正相关性(p<0.05)，与微生物熵、代谢熵有极显著负相关性（p<0.01）；酶的几何平均数与微生物氮、微生物碳、全氮、有机碳及其组分有极显著正相关性（p<0.01），与土壤颗粒分形维数有显著正相关性(p<0.05)。而它与土壤代谢熵、微生物熵有极显著负相关性（p<0.01）；磷酸酶（PNP）、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）、芳基硫酸酯酶(PNS)三种酶都是与微生物氮、微生物碳、全氮、有机碳及其组分存在极显著正相关性（p<0.01），与土壤代谢熵、微生物熵有极显著负相关性（p<0.01）；而?-糖苷酶（PAG）与土壤颗粒分形维数、水溶性有机碳有显著正相关性（p<0.05），与全氮、有机碳、水溶性碳水化合物、易氧化碳、微生物氮之间有极显著正相关性。
　　(4).在主成分分析中，第一主成分贡献率最大，其综合了微生物碳、微生物氮、有机碳、全氮、MBN/TN、碳氮比、硝态氮、水溶性碳水化合物、水溶性有机碳、易氧化碳、各种酶的信息。说明土壤微生物生物量和酶活性在土壤质量评价中起着重要的作用。对四个海拔的土壤进行综合得分评价，发现从未淹没的样地NI的主成分综合得分情况显著高于消落带区域样地的主成分得分，而海拔梯度LI、MI、SI的主成分综合得分之间并无显著性差异。表明水位消涨确实降低了土壤质量，而淹没持续时间长短对土壤质量的影响并不显著。

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1 绪论

1.1 研究目的

1.2土壤微生物量的研究

1.3土壤微生物活性的研究

1.4土壤理化特性的研究

1.5土壤主成分分析的研究

1.6本论文的研究内容、拟解决的关键问题

2研究区域概况及试验方法

2.1研究区域概况

2.2试验方法

3.三峡库区消落带不同海拔梯度土壤物理化学特性研究

3.1不同海拔梯度土壤pH值

3.2三峡库区消落带不同海拔梯度土壤有机碳及其组分分析

3.3. 三峡库区消落带不同海拔梯度土壤氮特性分析

3.4不同海拔梯度土壤颗粒组成的分析

3.5 本章小结

4. 三峡库区消落带不同海拔梯度土壤微生物生物量研究

4.1土壤微生物氮分析

4.2土壤微生物碳与微生物氮的比值（MBC/MBN）分析

4.3土壤代谢墒、微生物熵分析

4.4本章小结

5. 三峡库区消落带不同海拔梯度土壤酶活性研究

5.1土壤酶的绝对活性

5.2土壤酶的几何平均数

5.3土壤酶的具体活性

5.4本章小结

6. 土壤酶活性、土壤微生物量和土壤理化性质间的相关性分析

7. 土壤主成分研究

7.1不同海拔梯度土壤主成分分析

7.2 不同海拔高度土壤质量综合指数

7.3本章小结

8.结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著