天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉林倒木接觸處土壤酶活性變化及其環(huán)境效應(yīng)

何東進(jìn),游惠明,肖石紅,洪 偉,游巍斌,劉進(jìn)山,蔡昌棠,詹仕華,胡哲森

1 福建農(nóng)林大學(xué)， 福州 350002 2 福建省林業(yè)科學(xué)研究院, 福州 350012 3 永安天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū), 永安 366032

天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉林倒木接觸處土壤酶活性變化及其環(huán)境效應(yīng)

何東進(jìn)1,*,游惠明2,肖石紅1,洪 偉1,游巍斌1,劉進(jìn)山3,蔡昌棠3,詹仕華1,胡哲森1

1 福建農(nóng)林大學(xué)， 福州 350002 2 福建省林業(yè)科學(xué)研究院, 福州 350012 3 永安天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū), 永安 366032

倒木是森林生態(tài)系統(tǒng)中重要的結(jié)構(gòu)性和功能性成分,但分解過程十分緩慢,目前有關(guān)土壤生物學(xué)特性對(duì)其分解影響機(jī)制的研究甚少。通過分析環(huán)境因子對(duì)選擇天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)長(zhǎng)苞鐵杉林內(nèi)倒木接觸處土壤酶活性的影響,探討酶活性對(duì)倒木分解機(jī)制、土壤進(jìn)程的影響及特定酶活性的時(shí)空分布格局。研究結(jié)果表明：天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉林內(nèi)倒木接觸處土壤酶活性的變異系數(shù)屬中高等變異程度,纖維素分解酶活性受環(huán)境影響最大,蛋白酶受影響最小;倒木的覆蓋有利于提高土壤酶活性,尤其是顯著地提高了纖維素酶活性,蛋白酶及脲酶活性隨腐爛等級(jí)升高而降低,纖維酶活性呈升高趨勢(shì);在所有環(huán)境因子中,土壤基質(zhì)環(huán)境對(duì)土壤酶活性的解釋量最大,表明化學(xué)基質(zhì)環(huán)境對(duì)土壤酶活性的影響不容忽視,土壤酶活性隨土壤SOC、TN含量的增加而升高,隨海拔升高而降低,越往南坡,土壤酶活性越高。研究揭示倒木分解與土壤酶活性之間相互促進(jìn)、相互制約,倒木的存在對(duì)驅(qū)動(dòng)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)有重要意義。

長(zhǎng)苞鐵杉;倒木;土壤酶活性;環(huán)境因子;天寶巖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)

倒木是森林生態(tài)系統(tǒng)中重要的結(jié)構(gòu)性和功能性組成要素,不僅能夠?yàn)樯稚锒鄻有蕴峁┥?而且還是重要的營(yíng)養(yǎng)庫(kù),在森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、更新演替及土壤過程等方面扮演著重要角色,對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的完整性和維持性具有重要意義[1- 2]。目前有關(guān)倒木的研究主要集中于數(shù)量特征[3-8]、苗床作用[9- 10]、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)特征[11- 13]、生物多樣性[14- 15]等方面,其中苗床作用和生物多樣性方面的研究成為近年來研究的熱點(diǎn)[10,15- 17],而有關(guān)倒木對(duì)土壤特性影響的研究較少[18- 20],且早年大多集中于對(duì)土壤化學(xué)特征的研究[11,21- 22],有關(guān)土壤生物特性及其對(duì)土壤進(jìn)程的具體影響機(jī)制還缺乏探索[19]。

土壤酶是土壤生物化學(xué)過程的主要調(diào)節(jié)者,參與著土壤環(huán)境的一切生物化學(xué)過程,與有機(jī)物質(zhì)分解、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)等密切相關(guān),且酶促分解作用是物質(zhì)循環(huán)過程的限制性步驟,其活性反映了土壤各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向,是常被用來反應(yīng)土壤質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)功能變化的敏感的生物活性指標(biāo)[23- 24]。因此,在森林生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)倒木接觸處土壤酶活性的研究,不僅有利于了解其土壤過程,也能夠?yàn)樵搮^(qū)土壤質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)變化提供早期預(yù)警和敏感信息[25]。

土壤酶是土壤中活躍的有機(jī)成分之一,其變化受外界環(huán)境影響較土壤化學(xué)特性大[23]。本文擬通過4個(gè)季度的野外調(diào)查,探討環(huán)境因子對(duì)倒木接觸處土壤酶活性的影響,試圖闡明兩個(gè)問題：(1)倒木接觸處土壤酶活性的變化特征如何？(2)環(huán)境因子如何影響倒木接觸處土壤酶活性的變化,進(jìn)而影響倒木分解及土壤進(jìn)程。

1 研究區(qū)概況

福建省天寶巖自然保護(hù)區(qū)的長(zhǎng)苞鐵杉林,地理位置為北緯25°55′—25°58′,東經(jīng)117°31′—117°33.5′,是戴云山余脈,為中低山地貌,屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。保護(hù)區(qū)由于地勢(shì)高聳,峰巒疊嶂。保護(hù)區(qū)年平均溫度15 ℃左右,最冷月(1月)平均溫度5 ℃,最熱月(7月)平均溫度23 ℃,全年≥10 ℃的活動(dòng)積溫在4520—5800 ℃左右,年均降雨量2039 mm,空氣相對(duì)濕度80%左右。土壤垂直分布大致是海拔800 m以下為紅壤,800—1350 m為黃紅壤,1350 m以上為黃壤。保護(hù)區(qū)包含我國(guó)中亞熱帶地區(qū)許多典型植被類型,屬森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū),其中有大面積的長(zhǎng)苞鐵杉(Tsugalongibracteata)林和猴頭杜鵑(Rhododendronsimiarum)林。長(zhǎng)苞鐵杉林分布面積達(dá)186.7 hm2,純林20 hm2,居全國(guó)第一,其針闊混交林分布在天寶巖東北坡,海拔1300—1500 m是天然林,人為干擾較少,特別是1350 m以上基本上保持原始狀態(tài)。

2 研究方法

2.1 樣地選擇與樣品采集

在天寶巖自然保護(hù)區(qū)長(zhǎng)苞鐵杉的不同森林類型(包括長(zhǎng)苞鐵杉純林(6)、長(zhǎng)苞鐵杉+青岡(Cyclobalanopsisglauca)(6)、長(zhǎng)苞鐵杉+猴頭杜鵑(18)、長(zhǎng)苞鐵杉+糙花少穗竹(Oligostachyumscabriflorur)(6)、長(zhǎng)苞鐵杉+毛竹(Phyllostachysheterocyclapubescens)(6)混交林)內(nèi)設(shè)置10 m × 10 m的樣地共42塊,記錄各樣地的群落類型、海拔、坡度、坡向、坡位等自然因子,對(duì)樣地的倒木進(jìn)行記錄,鑒定樹種,確定腐爛等級(jí),并逐株登記其胸徑、基徑(或大頭直徑)、小頭直徑、高度等,野外劃分腐爛等級(jí)采用閻恩榮等[26]方法分為5級(jí),分別用1、2、3、4、5表示;數(shù)量特征調(diào)查后按照10月(秋)、1月(冬)、4月(春)、7月(夏)定期定點(diǎn)采集各森林類型內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)倒木接觸處土壤以及空曠地土壤帶回實(shí)驗(yàn)室備用,空曠地土壤為同一樣地內(nèi)半徑為2m的周圍均無倒木的林地土壤,采集的土壤深度為0—10 cm,其中,倒木接觸處土壤的取樣點(diǎn)位于每根倒木上中下部的中央地段的下方土壤,混合3點(diǎn)處土壤代表該根倒木接觸處土樣。

2.2 土壤指標(biāo)測(cè)定

①土壤基本理化性狀按常規(guī)分析方法測(cè)定[27]：pH值采用1∶5土液比浸提,酸度計(jì)測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法,全氮采用半微量開氏法;②土壤酶活性測(cè)定[28]：脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法,蛋白酶采用茚三酮比色法,蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法,纖維素酶采用硝基水楊酸比色法測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和檢驗(yàn),利用DPS分析倒木接觸處土壤酶活性四季變化規(guī)律,借助變異系數(shù)Cv說明其變異情況,根據(jù)變異程度分級(jí),Cv≤0.1屬于弱變異性,0.1

運(yùn)用軟件CANOCO5.0完成對(duì)倒木接觸處土壤酶活性的空間分布格局、環(huán)境因子與土壤酶活性分布關(guān)系的排序分析。由于DCA分析的標(biāo)準(zhǔn)離差(SD)梯度值小于4.0,因此,采用冗余分析(RDA)方法探討倒木接觸處土壤酶活性與環(huán)境因子的生態(tài)關(guān)系[19,30]。本研究的環(huán)境因子包含以下10個(gè)變量：(1)腐爛等級(jí);(2)海拔;(3)坡度;(4)坡向;(5)坡位;(6)pH 值;(7)土壤有機(jī)碳(SOC);(8)土壤全氮(TN);(9)季節(jié);(10)倒木的出現(xiàn),即有無倒木覆蓋。其中,坡位以數(shù)字表示,1—4分別代表坡谷、下坡、中坡、上坡;坡向以正北為起點(diǎn)(即0°),順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度表示,以數(shù)字1—8分別表示各等級(jí)：北坡(337.5°—22.5°)、東北坡(22.5°—67.5°)、西北坡(292.5°—337.5°)、東坡(67.5°—112.5°)、西坡(247.5°—292.5°)、東南坡(112.5°—157.5°)、西南坡(202.5°—247.5°)、南坡(157.5°—202.5°),數(shù)字越大,表示越向陽(yáng)[31- 32];春、夏、秋、冬4季節(jié)分別賦值為1、2、3、4;海拔和坡度以實(shí)際測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算;土壤是否有倒木覆蓋(有賦值為1,無則為賦值為0)。

3 結(jié)果與分析

3.1 倒木接觸處土壤酶活性的季節(jié)變化

長(zhǎng)苞鐵杉林內(nèi)倒木接觸處土壤不同季節(jié)酶活性的變異系數(shù)(表1)顯示,蛋白酶、脲酶、蔗糖酶活性均表現(xiàn)為中等程度的變異,變異程度脲酶> 蔗糖酶>蛋白酶,春冬季的變異程度小于夏秋季,不同季節(jié)間變異的波動(dòng)大小服從脲酶<蛋白酶<蔗糖酶;纖維素酶活性屬中高等變異程度,不同季節(jié)間的變異程度波動(dòng)比其它酶大,且呈現(xiàn)春冬季的變異程度大于夏秋季的相反趨勢(shì)。圖1為土壤酶活性與RDA第1和第2排序軸的關(guān)系,圈點(diǎn)大小的分布情況反映了土壤酶活性的空間分布變異性的大小[33],結(jié)果顯示土壤酶活性的空間變異圖(圖1)能夠直觀地反映土壤酶活性的空間分布格局及其變異程度,綜合表1和圖1可以看出：4種土壤酶活性均表現(xiàn)為中等以上變異,說明倒木下土壤酶活性的變化受不同環(huán)境因子影響較大,其中纖維素酶的空間分布格局變化最大,表明該酶受環(huán)境影響的程度較脲酶、蛋白酶及蔗糖酶大。

表1 不同季節(jié)間倒木接觸處土壤酶活性的變異系數(shù)

圖1 土壤酶活性的變化格局與環(huán)境因子前2個(gè)排序軸的關(guān)系Fig.1 Relationships between variation patterns of soil enzyme activity and the first two axises of environment variables

倒木接觸處土壤酶活性的四季變化(表2)顯示,脲酶、纖維素酶及蔗糖酶活性的四季變化差異極顯著(P<0.01),而蛋白酶活性變化差異不顯著;蛋白酶和脲酶活性變化服從春季>冬季>夏季>秋季的規(guī)律,蔗糖酶活性變化為春季>冬季>秋季>夏季,纖維酶活性變化呈現(xiàn)秋季>冬季>夏季>春季.

表2 倒木接觸處土壤酶活性的季節(jié)變化

同一行不同字母表示處理間差異顯著P<0.05

3.2 不同腐爛等級(jí)倒木接觸處土壤酶活性變化

長(zhǎng)苞鐵杉林內(nèi)不同腐爛等級(jí)倒木接觸處土壤酶活性的變異系數(shù)(表3)顯示,蛋白酶、脲酶、蔗糖酶活性的變異系數(shù)屬于中等變異程度,不同腐爛等級(jí)間變異系數(shù)的波動(dòng)程度,蛋白酶<蔗糖酶<脲酶,變異程度脲酶> 蔗糖酶>蛋白酶;纖維素酶活性屬中高等變異程度,腐爛等級(jí)間的變異程度波動(dòng)比其它酶大。

表3 不同腐爛等級(jí)倒木接觸處土壤酶活性的變異系數(shù)

不同腐爛等級(jí)倒木接觸處土壤酶活性的變化(表4)顯示,腐爛等級(jí)間4種酶活性的差異不顯著,蛋白酶及脲酶活性隨腐爛等級(jí)升高而降低,纖維酶活性大致隨腐爛等級(jí)升高而升高,蔗糖酶活性在第3腐爛等級(jí)處達(dá)到最大值。

表4 不同腐爛等級(jí)倒木接觸處土壤酶活性

3.3 環(huán)境因子對(duì)倒木接觸處土壤酶活性的影響

本研究采用Canoco中的Forward selection對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行自動(dòng)篩選,最后得到7個(gè)重要環(huán)境因子,分別為海拔、坡向、坡位、pH 值、土壤有機(jī)碳(SOC)、土壤全氮(TN)、倒木的出現(xiàn),并得到圖2的RDA分析結(jié)果,圖2顯示第1排序軸解釋了土壤酶活性分布與環(huán)境因子之間關(guān)系的58.5%,第2排序軸進(jìn)一步解釋了二者關(guān)系的30.8%,也即第1排序軸和第2排序軸共同解釋量達(dá)89.3%。其中,環(huán)境因子對(duì)土壤酶活性的影響程度：土壤有機(jī)碳>pH值>海拔>土壤全氮>坡位>坡向>倒木的出現(xiàn),就環(huán)境因子的解釋量而言,土壤化學(xué)特性(74.1%)>地形因子(24.7%),可見,土壤化學(xué)特性對(duì)土壤酶活性的差異起到了很好的解釋。排序圖上箭頭的夾角表示相關(guān)性,長(zhǎng)短表示貢獻(xiàn)率的大小,從圖2可以看出,倒木的出現(xiàn)與4種酶活性正相關(guān),說明倒木的覆蓋有利于提高土壤酶活性,4種酶中蛋白酶活性受環(huán)境的影響最小,而纖維素分解酶受環(huán)境影響最大;倒木的出現(xiàn)與全氮含量顯著相關(guān);海拔(坡位)與蛋白酶、脲酶及蔗糖酶活性負(fù)相關(guān)。結(jié)合圖2和表5可以看出,有機(jī)碳、全氮含量和倒木的出現(xiàn)與第一排序軸極顯著正相關(guān)(P<0.01),海拔和坡位與第二排序軸極顯著正相關(guān)(P<0.01),而pH值與第二排序軸極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

圖2 土壤酶活性與環(huán)境因子的RDA排序圖 Fig.2 The ordination diagram of RDA with soil enzyme activity and environmental variables

排序軸Ordinationaxis海拔Elevation坡向Slopeaspect坡位SlopepositionpHSOCTN 倒木的出現(xiàn)LogspresenceAxis1-0.0440.161*-0.034-0.2020.536**0.516**0.193**Axis20.229**-0.0780.265**-0.494**0.202*-0.023-0.012

*P< 0.05; **P< 0.01

4 討論

4.1 倒木接觸處土壤酶活性的時(shí)空分布

土壤酶是土壤組分中活躍的有機(jī)成分之一,其變化受外界環(huán)境的影響較土壤化學(xué)特性大[23],酶活性與有機(jī)物的分解緊密相關(guān)[34]。本研究以腐爛等級(jí)、地形因子、土壤化學(xué)性質(zhì)及季節(jié)等變量為環(huán)境因子,從空間和時(shí)間尺度上探討倒木分解過程中,其接觸處土壤酶活性的時(shí)空分布格局。結(jié)果表明環(huán)境因子不但導(dǎo)致土壤酶活性的時(shí)空變異,而且不同環(huán)境因子對(duì)土壤不同酶活性的影響程度不同,如不同季節(jié)間脲酶活性的變異程度波動(dòng)較小,說明季節(jié)對(duì)其影響較小,同時(shí)該酶活性的空間分布格局顯示其分布格局變化較大,受不同環(huán)境的綜合影響較大;四季間纖維素酶活性的變異系數(shù)波動(dòng)大,且空間分布格局變化較大,說明纖維素酶活性受環(huán)境的影響較大,從而也印證了與其它酶相比,纖維素酶對(duì)微生物群落變化的反應(yīng)更為敏感[35]。纖維酶活性呈現(xiàn)春、冬季的變異程度大于夏、秋季的相反趨勢(shì),可能由于纖維素酶對(duì)微生物群落變化的反應(yīng)更為敏感[38],本研究調(diào)查季內(nèi)冬季低溫且持續(xù)降雨導(dǎo)致土壤微生物量發(fā)生較大變化,且土壤微生物量通常在春季達(dá)到高峰,而在雪融化后下降[36],二者共同作用,使得纖維素酶的活性在春冬兩季呈現(xiàn)較大變異。本研究中秋季蛋白酶、脲酶及蔗糖酶活性均較低,可能由于秋季土壤有效氮含量的下降,使得某些土壤酶活性下降[37]。

4.2 倒木接觸處土壤酶活性與腐爛等級(jí)的關(guān)系

長(zhǎng)苞鐵杉林內(nèi)不同腐爛等級(jí)倒木接觸處土壤酶活性的變異規(guī)律(表3)與季節(jié)對(duì)酶活性的影響規(guī)律(表1)相類似,受選取變量的制約因素的影響,季節(jié)變量主要體現(xiàn)于溫濕度,而腐爛等級(jí)還包含微生物及化學(xué)物質(zhì)等影響,且時(shí)間尺度大于季節(jié)效應(yīng),導(dǎo)致腐爛等級(jí)間的變異波動(dòng)有所不同;倒木分解過程中向下淋溶化學(xué)物質(zhì),會(huì)降低其下土壤的N含量[38],土壤的N含量下降又間接影響土壤相關(guān)酶的活性[11],使得與氮循環(huán)有關(guān)的蛋白酶和脲酶活性均出現(xiàn)隨腐爛等級(jí)升高而下降的趨勢(shì);伴隨腐爛等級(jí)的升高,積累于倒木下方的纖維素不斷增加,相應(yīng)的纖維酶活性也升高[39],說明隨腐爛等級(jí)升高,碳素循環(huán)加快,經(jīng)倒木覆蓋后土壤纖維素分解酶活性顯著升高,可見,倒木在森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制方面具有重要意義;Junninen等[40]總結(jié)得出中等腐爛等級(jí)倒木上的菌種多于低腐爛等級(jí)和高腐爛等級(jí),且一些菌種能夠利用有機(jī)碳,并產(chǎn)生有利于獲取碳的酶[39],由此可以推測(cè)蔗糖酶活性在中等腐爛等級(jí)(Ⅲ)處達(dá)到峰值;Marina等[41]的研究發(fā)現(xiàn),倒木有明顯的鄰近效應(yīng),能增強(qiáng)降解酶的活性。

4.3 倒木接觸處土壤酶活性與環(huán)境因子的關(guān)系

森林生態(tài)系統(tǒng)中,養(yǎng)分的流失也將導(dǎo)致土壤酶活性的降低,進(jìn)而影響碳氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)及土壤進(jìn)程的發(fā)展,在所有環(huán)境因子中,土壤基質(zhì)環(huán)境對(duì)土壤酶活性的解釋量最大,且脲酶、蛋白酶及纖維酶活性隨土壤有機(jī)碳、全氮含量的增加而升高(圖2),該結(jié)論與Iyyemperumal等[35]及Yao等[37]相符。Wang等[19]研究顯示樹樁的年齡對(duì)土壤酶活性的解釋量最低,土壤化學(xué)特性的解釋量大于樹樁,脲酶活性與土壤pH值正相關(guān),這些結(jié)論與本研究類似(圖2)。坡向與土壤酶活性正相關(guān),說明越往南坡,越向陽(yáng),土壤酶活性升高的同時(shí),也促進(jìn)倒木的分解。整體看來,天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉林倒木與土壤酶活性相互影響,倒木的覆蓋,有利于提高土壤酶活性,既促進(jìn)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;倒木接觸土壤酶活性的分布格局特征,某種程度上也反映了該研究區(qū)倒木分解特征的分布。

目前有關(guān)倒木分解對(duì)土壤性質(zhì)的影響研究,大多集中于某些土壤化學(xué)物質(zhì)的變化[11- 12,21- 22],且較少探討環(huán)境因子對(duì)該變化的影響機(jī)制[19,42]。土壤酶活性與有機(jī)物的腐朽速率相聯(lián)系[43],研究倒木接觸處土壤酶活性的變化,不僅有利于了解土壤進(jìn)程,也為了解倒木分解動(dòng)態(tài)提供可靠依據(jù)。本研究在Wang等[19]的基礎(chǔ)上擴(kuò)充環(huán)境因子,添加地形因子及季節(jié)因子,探討環(huán)境因子對(duì)倒木接觸處土壤酶活性變化的影響機(jī)制,研究雖有進(jìn)一步深化,但仍存在有待完善的地方：(1)由于土壤酶在有機(jī)物分解及碳、氮、磷和硫等營(yíng)養(yǎng)元素的生物循環(huán)過程中起著重要的作用[24,44],此次研究主要針對(duì)與C、N循環(huán)有關(guān)的土壤酶、土壤化學(xué)特性展開研究,未涉及磷、硫元素及與此有關(guān)的土壤酶;(2)倒木的分解需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程,現(xiàn)有多數(shù)報(bào)道顯示木質(zhì)體分解掉95%所需的時(shí)間均長(zhǎng)于10 a[45],伴隨分解進(jìn)程的發(fā)展,其對(duì)森林土壤影響的深度和廣度都在擴(kuò)大,文章僅針對(duì)倒木接觸處的土壤展開分析,借鑒現(xiàn)有研究[19- 20],有必要擴(kuò)大研究范圍,比較探討倒木分解對(duì)倒木接觸處、倒木附近及遠(yuǎn)離倒木處的土壤特性的影響效應(yīng);(3)土壤酶主要來源于微生物[46],微生物量的變化也顯著影響著酶活性的變化,本研究未考慮微生物方面指標(biāo)的影響,這些均有待后期研究可以繼續(xù)擴(kuò)展完善。

5 結(jié)論

本研究得出天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉林內(nèi)倒木接觸處土壤酶活性的變異系數(shù)屬中高等變異程度,纖維酶的空間分布格局變化最大,而脲酶、蛋白酶、蔗糖酶的變化較小;蛋白酶及脲酶活性隨腐爛等級(jí)升高而降低,纖維酶活性呈升高趨勢(shì);蔗糖酶和脲酶與地形因子呈負(fù)相關(guān),脲酶、蛋白酶及纖維酶活性隨土壤有機(jī)碳、全氮含量的增加而升高,纖維酶活性與季節(jié)高度相關(guān),在所有環(huán)境因子中,土壤基質(zhì)環(huán)境對(duì)土壤酶活性的解釋量最大,表明化學(xué)基質(zhì)環(huán)境對(duì)土壤酶活性的影響不容忽視。

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Soil enzyme activities under fallen logs and their environmental gradient analysis in theTsugalongibracteataforest, Tianbaoyan National Nature Reserve, China

HE Dongjin1,*, YOU Huiming2, XIAO Shihong1, HONG Wei1, YOU Weibin1, LIU Jinshan3,CAI Changtang2, ZHAN Shihua1, HU Zhesen1

1FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,China2FujianAcademyofForestry,Fuzhou350012,China3TianbaoyanNationalNatureReserve,Yong′an366032,China

Fallen logs are essential structural and functional components of the forest ecosystem, but the decomposition of fallen logs is very slow. Until recently, there has been a lack of knowledge about the effect of fallen logs on soil biological properties. The objective of this study was to determine the temporal and spatial distribution patterns of soil enzyme activities under fallen logs and how they were influenced by environmental variables during log decomposition in the Tianbaoyan National Nature Reserve. A multivariate analysis was performed to investigate the connections between environmental variables and soil enzyme activity. This study took place inTsugalongibracteataforest, which is in the Tianbaoyan National Nature Reserve, Fujian Province, China. In the forest, the coefficient of variance for soil enzyme activity shows a high degree of variation. The cellulase spatial distribution pattern showed the greatest change, whereas changes to protease, urease, and invertase activities were lower. The increase in decay class caused a decreasing trend in protease and urease activities, but cellulase activity increased. Soil enzyme activities were positively associated with soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN). Among the environmental variables, soil chemical properties had the greatest effect on soil enzyme activities, which suggested that soil chemical properties should be taken into account when assessing the effect of fallen logs on soil enzyme activity. These activities were positively associated with TN, SOC, elevation, and slope. We identified the interactive relationship between fallen logs and soil enzyme activities and showed that the presence of fallen logs plays an important role in forest C recycling.

Tsugalongibracteata; fallen logs; soil enzyme activity; environmental variables; Tianbaoyan National Nature Reserve

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31370624)；國(guó)家教育部博士科學(xué)點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(20103515110005)；福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(08J0116,2011J01071)

2016- 08- 03;

2016- 09- 05

10.5846/stxb201608031600

*通訊作者Corresponding author.E-mail: fjhdj1009@126.com

何東進(jìn),游惠明,肖石紅,洪偉,游巍斌,劉進(jìn)山,蔡昌棠,詹仕華,胡哲森.天寶巖長(zhǎng)苞鐵杉林倒木接觸處土壤酶活性變化及其環(huán)境效應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(1):118- 126.

He D J, You H M, Xiao S H, Hong W, You W B, Liu J S,Cai C T, Zhan S H, Hu Z S.Soil enzyme activities under fallen logs and their environmental gradient analysis in theTsugalongibracteataforest, Tianbaoyan National Nature Reserve, China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(1):118- 126.