三峽庫區(qū)消落帶重建植被下土壤微生物生物量碳氮含量特征

楊文航,秦 紅,任慶水,賀燕燕,李曉雪,李昌曉

西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶市三峽庫區(qū)植物生態(tài)與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400715

三峽庫區(qū)消落帶重建植被下土壤微生物生物量碳氮含量特征

楊文航,秦 紅,任慶水,賀燕燕,李曉雪,李昌曉*

西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶市三峽庫區(qū)植物生態(tài)與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400715

為探究三峽庫區(qū)消落帶植被重建后,土壤微生物生物量含量特征及影響因素,對(duì)忠縣消落帶人工重建植被土壤及裸地土壤(作為對(duì)照)微生物生物量碳氮含量進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)果表明：(1)在消落帶165—175 m高程土壤微生物生物量碳含量草地>林地>農(nóng)耕地>裸地,微生物生物量氮含量規(guī)律與微生物生物量碳一致,農(nóng)耕地明顯提高；土壤微生物生物量總體呈現(xiàn)出草地最高、林地和農(nóng)耕地次之,裸地最低的趨勢(shì),表明進(jìn)行消落帶植被恢復(fù)對(duì)土壤微生物生物量有顯著的促進(jìn)作用。(2)不同植被類型下,土壤微生物生物量碳氮比變化范圍為8.02—10.25,土壤微生物生物量碳、氮占土壤有機(jī)碳、全氮的百分比范圍分別是2.40%—4.60%和2.13%—3.58%,其中林地對(duì)土壤碳、氮庫貢獻(xiàn)顯著高于裸地 (P<0.05)。(3)土壤微生物生物量碳、氮與土壤有機(jī)碳、全氮和pH值呈現(xiàn)顯著相關(guān)性,與土壤含水量呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性,說明消落帶重建植被土壤的這些理化性質(zhì)對(duì)土壤微生物生物量碳、氮含量有強(qiáng)烈的影響。因此,在三峽庫區(qū)消落帶進(jìn)行植被恢復(fù)重建能顯著提高土壤微生物生物量及土壤質(zhì)量,對(duì)加強(qiáng)三峽庫岸生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。

植被恢復(fù)；微生物生物量碳氮；三峽庫區(qū)；消落帶

三峽水庫修建后,水位每年在145—175 m之間變動(dòng)[1],形成垂直落差達(dá)30 m,總面積約348.93 km2的消落帶[2]?！岸钕呐拧钡乃徽{(diào)節(jié)模式使消落帶大量原有植被消亡,生物多樣性降低,生態(tài)屏障功能減退[3]。為發(fā)揮消落帶植被在防治水土流失和土地退化[4]、提高土壤肥力、降低水體污染等方面的重要作用,進(jìn)行三峽庫區(qū)消落帶的植被恢復(fù)及生態(tài)系統(tǒng)重建是十分必要的[5]。消落帶植被恢復(fù)近年來受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注與重視[6],通過人工重建植被是恢復(fù)消落帶植被的有效方法之一[7]。目前已篩選出了一批耐水淹植物,木本如：池杉(Taxodiumascendens)[8]、旱柳(Salixmatsudana)[9]；草本如：扁穗牛鞭草(Hemarthriaaltissima)[10]、狗牙根(Cynodondactylon)[11]等,這些植物均能很好地適應(yīng)三峽消落帶的生態(tài)環(huán)境。選擇適生的植物在三峽消落帶進(jìn)行人工植被恢復(fù)具有重大的生態(tài)效益。然而,消落帶人工植被的恢復(fù)與重建需要土壤作為載體。消落帶土壤是連接植物與水體的介質(zhì),土壤肥力及質(zhì)量的演變對(duì)于消落帶生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。

目前國內(nèi)外對(duì)于土壤微生物生物量碳氮含量的研究報(bào)道已有很多,包括在不同用地類型下、不同植被類型下等[12- 13],而對(duì)于水庫消落帶這一特殊生境,相關(guān)研究多集中在自然恢復(fù)狀態(tài)下[14],尤其對(duì)于消落帶植被重建后土壤微生物生物量碳氮含量的變化研究匱乏。土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,土壤微生物生物量的多少及其變化是土壤肥力高低及其變化的重要依據(jù)之一[15]。相比土壤有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)時(shí)間5—10年,土壤微生物生物量周轉(zhuǎn)時(shí)間相對(duì)較快,少于1年[16]或1—3年[17]。在能夠精確地測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)(soil organic matter, SOM)變化之前,土壤微生物生物量動(dòng)態(tài)是土壤變化趨勢(shì)的早期指示[18]。由于土壤微生物生物量對(duì)外界反應(yīng)的靈敏性,可以作為反映環(huán)境和管理措施變化的敏感標(biāo)記,對(duì)土壤利用和管理具有重要的指示意義[19]。土壤微生物生物量中最重要的兩個(gè)指標(biāo)是土壤微生物生物量碳(SMBC)和土壤微生物生物量氮(SMBN)。土壤微生物生物量碳在土壤中的絕對(duì)數(shù)量不大,一般為土壤有機(jī)碳(SOC)的1%—5%[20],但其既能充當(dāng)碳源,又能充當(dāng)碳匯, 對(duì)土壤碳庫甚至全球大氣CO2濃度起著重要的調(diào)節(jié)作用[21]；此外,土壤微生物生物量碳(SMBC)與土壤有機(jī)碳(SOC)總量的比值[18]被稱為土壤微生物商(microbial quotient, MQ, SMBC/SOC),也可作為指示土壤碳動(dòng)態(tài)變化的靈敏指標(biāo)[22]。土壤微生物生物量氮是土壤氮素的一個(gè)重要儲(chǔ)備庫,也是土壤有機(jī)氮中最為活躍的組分,在土壤氮循環(huán)與轉(zhuǎn)化過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用[23]。對(duì)三峽庫區(qū)消落帶恢復(fù)重建植被下土壤微生物生物量碳氮含量特征進(jìn)行研究,有利于了解植被重建之后土壤質(zhì)量的演變,為消落帶植被重建后土壤肥力和土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域位于重慶市中部、三峽庫區(qū)腹心地帶,遠(yuǎn)離重慶主城區(qū)。示范基地位于長江支流汝溪河流域,地處忠縣共和村(107°32′—108°14′E,30°03′—30°35′N),面積13.3 hm2,屬亞熱帶東南季風(fēng)區(qū)山地氣候。溫?zé)岷疀?四季分明,雨量充沛,日照充足?！?0℃年積溫5787℃,年均溫18.2℃,無霜期341 d,日照時(shí)數(shù)1327.5 h,日照率29%,年降雨量1200 mm,相對(duì)濕度80%；土壤主要為發(fā)育于亞熱帶地區(qū)石灰性紫色砂頁巖母質(zhì)的紫色土,母巖風(fēng)化淺,土壤熟化度低,水土流失較為嚴(yán)重[24]。

消落帶30 m落差內(nèi)經(jīng)歷周期性水淹,研究周期內(nèi)175 m高程短時(shí)間淹水約0 d,165 m高程中期淹水約175 d,155 m高程長期淹水約260 d。為進(jìn)行三峽水庫消落區(qū)的生態(tài)恢復(fù),課題組于2012年3—4月在重慶忠縣石寶鎮(zhèn)汝溪河流域構(gòu)建流域生態(tài)修復(fù)示范基地,示范基地原為棄耕梯田,在示范基地內(nèi)165—175 m海拔高程按1 m × 1 m的株行距帶狀(垂直于河流方向)栽植落羽杉(Taxodiumdistichum)、旱柳(Salixmatsudana)木本植被林地,落羽杉和旱柳均為單一林地植被構(gòu)建。所選岸坡樣地平均坡度為26°,岸坡上接受光照輻射強(qiáng)度大致相同,土壤預(yù)熱條件基本一致。所栽植苗木的規(guī)格均為兩年生健康苗木。取樣時(shí)苗木成活率均為100%,生長狀況良好。利用狗牙根、扁穗牛鞭草進(jìn)行草地植被構(gòu)建,狗牙根以匍匐莖為繁殖體,行距為20 cm×20 cm；扁穗牛鞭草割取孕穗前的地上莖,埋土至3節(jié)位,行距為30 cm×30 cm。栽植時(shí)相同物種的生長狀況基本一致。狗牙根和扁穗牛鞭草種植按塊狀混交模式進(jìn)行。研究區(qū)域內(nèi),還有農(nóng)耕地(Cropland)和裸地(Unplanted soil)不同用地類型,農(nóng)耕地為當(dāng)?shù)厝藶楣芾淼母鞯?裸地為原廢棄梯田進(jìn)行人工除雜后未進(jìn)行人工植被恢復(fù)的遺留地。土壤取樣時(shí)對(duì)各物種植被生長狀況進(jìn)行測(cè)定(表1)。

表1 植被生長狀況(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

1.2 樣品采集測(cè)定與數(shù)據(jù)處理

于2016年6月在三峽庫區(qū)消落帶試驗(yàn)樣地165—175 m海拔進(jìn)行采樣(圖1),此時(shí)植被已恢復(fù)生長兩個(gè)月。每種植被類型下隨機(jī)選擇5 m×5 m的樣地,林地植被類型中包括落羽杉和旱柳兩種喬木,共6塊樣地；草地植被類型中包括狗牙根和牛鞭草兩種草本,共6塊樣地；農(nóng)耕地為單一玉米種植地,3塊樣地；選裸地進(jìn)行對(duì)照(CK),3塊樣地。采集表層(0—20 cm)土樣,每塊樣地進(jìn)行梅花形5點(diǎn)取樣,剔除可見雜物后混合均勻,用四分法裝袋迅速帶回實(shí)驗(yàn)室,一部分土樣自然風(fēng)干,碾磨并過100目篩,用于測(cè)定土樣含水量、pH值、有機(jī)碳及全氮等理化性質(zhì)。另一部分土樣過2 mm篩后,用蒸餾水調(diào)節(jié)至飽和持水量的40%,25℃、相對(duì)濕度100%條件下預(yù)培養(yǎng)10 d,用于分析土壤微生物生物量碳和氮。

圖1 位于重慶忠縣的三峽水庫消落帶樣地分布示意圖Fig.1 Sketch map of sampling sites of the hydro-fluctuation belt of the Three Gorges Reservoir in Zhong County, Chongqing Municipality

SMBC的測(cè)定采用氯仿熏蒸提取重鉻酸鉀氧化法,稱取 25 g(烘干重)預(yù)培養(yǎng)土樣,在真空干燥器中用去乙醇氯仿蒸汽熏蒸24 h后,再反復(fù)抽真空,除去熏蒸土樣殘存氯仿,每一份土樣做不熏蒸對(duì)照,用80 mL 0.5 mol/L K2SO4溶液振蕩提取30 min,過濾,用重鉻酸鉀法測(cè)定提取液中的有機(jī)碳[25]；SMBN測(cè)定采用氯仿熏蒸提取凱氏定氮法,濾液用凱氏定氮儀蒸餾測(cè)氮[26]。土樣中SOC和TN采用元素分析儀(Elementar Vario EL,Germany)[27]測(cè)定。采用土∶水=1∶2.5水浸提,酸度計(jì)法測(cè)定土壤pH值,采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重。采用烘干法測(cè)定土壤含水量[28]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行單因素方差(One-way ANOVA)統(tǒng)計(jì)分析,并用LSD法檢驗(yàn)不同植被類型土壤間的差異性(α=0.05),土壤碳氮和微生物生物量碳氮的相關(guān)關(guān)系采用Pearson相關(guān)系數(shù)法評(píng)價(jià),圖像用Origin8.5制圖。

結(jié)果計(jì)算：

土壤微生物量碳：

SMBC =EC/kEC

式中，EC= 熏蒸土壤提取的有機(jī)碳-不熏蒸土壤提取的有機(jī)碳；kEC為轉(zhuǎn)換系數(shù),本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)方法測(cè)定有機(jī)碳,取值0.38[29]。

土壤微生物量氮：

SMBN =EN/kEN

式中，EN= 熏蒸土壤提取的全氮-不熏蒸土壤提取的全氮；kEN為轉(zhuǎn)換系數(shù),目前大多數(shù)研究者都采用Jenkinson建議的kEN,取值0.45[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 消落帶不同植被類型下土壤理化性質(zhì)的差異

裸地和草地pH值無顯著性差異,但均顯著高于林地,農(nóng)耕地與其他植被類型pH值均無顯著性差異(表2)。土壤含水量趨勢(shì)為草地>林地>農(nóng)耕地>裸地,其中林地和農(nóng)耕地土壤含水量差異不顯著,裸地與其他植被類型土壤含水量均呈現(xiàn)出顯著性差異。土壤容重裸地>林地>草地>農(nóng)耕地,各植被類型間均呈現(xiàn)出顯著性差異。土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為草地>農(nóng)耕地>裸地>林地,其中草地顯著高于其他植被類型,農(nóng)耕地和裸地差異不顯著,但顯著高于林地。土壤全氮含量在各植被類型間差異顯著,草地全氮含量最高,裸地全氮含量最低。

表2 消落帶不同植被類型下土壤的理化性質(zhì)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

SOC:有機(jī)碳,Soil organic carbon; TN:全氮,Total nitrogen;同列不同小寫字母代表不同植被類型的土壤理化性質(zhì)間差異顯著(P<0.05)

2.2 消落帶不同植被類型下土壤微生物生物量碳氮差異

不同植被類型土壤微生物生物量碳含量從裸地、農(nóng)耕地、林地到草地呈遞增趨勢(shì),草地與林地分別是裸地的1.95倍和1.61倍,但草地和林地之間微生物生物量碳差異性不顯著(圖2)。林地和農(nóng)耕地土壤微生物生物量碳含量均顯著高于裸地。對(duì)于土壤微生物生物量氮含量,除農(nóng)耕地明顯升高,遞增規(guī)律與微生物生物量碳一致,其中草地與其他植被類型差異顯著,農(nóng)耕地和林地沒有顯著性差異,但均顯著高于裸地。草地、林地和農(nóng)耕地土壤微生物生物量氮含量分別為裸地的2.76、1.93倍和1.67倍。

圖2 消落帶不同植被類型下土壤微生物生物量碳、氮Fig.2 The soil microbial biomass carbon and nitrogen under different vegetation typesUS:裸地,Unplanted soil; TF:林地,Timber forest; GL:草地,Grassland; CL:農(nóng)耕地,Cropland; 不同小寫字母代表不同植被類型間的差異顯著(P<0.05)

2.3 消落帶不同植被類型下土壤微生物生物量碳氮對(duì)土壤碳庫和氮庫的影響

在不同植被類型中,SMBC/SMBN表現(xiàn)為：草地、農(nóng)耕地和裸地相互之間分別無顯著性差異,但均顯著高于林地(表3)。SMBC/SOC表現(xiàn)為 林地>草地>農(nóng)耕地>裸地,林地顯著高于其他植被類型；草地和農(nóng)耕地之間無顯著差異,但均顯著高于裸地。SMBN/TN呈現(xiàn)與SMBC/SOC一樣的規(guī)律,其中林地與草地差異不顯著,農(nóng)耕地和裸地差異不顯著,但林地與草地SMBN/TN分別顯著高于農(nóng)耕地和裸地。SOC/TN裸地最高,顯著高于其他植被類型,林地最低,且與草地差異顯著。

表3 消落帶不同植被類型土壤微生物生物量對(duì)土壤碳庫和氮庫的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

SMBC:微生物生物量碳,Soil microbial biomass carbon; SMBN:微生物生物量氮,Soil microbial biomass nitrogen; SOC:有機(jī)碳,Soil organic carbon; TN全氮,Total nitrogen; 同列不同小寫字母代表不同植被類型的土壤理化性質(zhì)間差異顯著(P<0.05)

2.4 微生物生物量碳與土壤有機(jī)碳及微生物生物量氮與土壤全氮的關(guān)系

如表4所示,SMBC和SMBN均與土壤含水率呈極顯著正相關(guān),與SOC、TN和pH值呈顯著正相關(guān)；土壤微生物生物量碳氮含量和土壤容重均未達(dá)到顯著相關(guān)。說明在消落帶植被淹水后進(jìn)行初期恢復(fù)生長的過程中,土壤微生物生物量碳氮含量與土壤含水率、SOC、TN和pH值存在緊密聯(lián)系。

3 討論

土壤微生物生物量是驅(qū)動(dòng)植物養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的關(guān)鍵,在植被恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。研究土壤微生物生物量對(duì)了解土壤肥力、土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)以及環(huán)境變化具有重要意義[30]。植被恢復(fù)對(duì)土壤微生物有積極影響,土壤微生物生物量的增加歸因于土壤碳氮的增加[31]。何振立[32]、趙先麗等[33]研究表明,在各植被類型中,微生物生物量碳的順序一般為：草地>林地>耕地,微生物生物量氮的順序一般為：草地>耕地>林地。本研究中草地土壤微生物生物量碳氮含量最高,林地和農(nóng)耕地次之,裸地最低,與一般規(guī)律相似。就消落帶人工草地而言,在淹水期,草本面對(duì)不同水淹環(huán)境具有不同的適應(yīng)策略以增加對(duì)水淹的耐受性。而在落干生長期,相比與林地與農(nóng)耕地,草地種群密度大,凋落物更多,并且表層密集了發(fā)達(dá)的根系,根系的分泌物和衰亡的根更是微生物的能源物質(zhì),因此,向土壤微生物提供的能源是草地>林地>耕地>裸地,從而導(dǎo)致土壤微生物生物量的變化也是草地>林地>耕地>裸地[34]。但本研究中林地和農(nóng)耕地土壤微生物生物量差異較小,這可能是由于在三峽水庫水位退水初期,各人工植被處于生長恢復(fù)初期,漲落過程中,林地凋落物易懸浮在水體表面,并且隨著水流離開土壤,生物量向地下的輸出較少所致。而農(nóng)耕地作物由于人為施肥管理等原因已經(jīng)處于生長旺盛期,有機(jī)碳和全氮都維持在較高的水平,對(duì)于土壤微生物生物量貢獻(xiàn)提高。

表4 不同植被類型下土壤微生物生物量碳氮含量與土壤碳氮相關(guān)性

**和*分別表示極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)相關(guān); SMBC:微生物生物量碳,Soil microbial biomass carbon; SMBN:微生物生物量氮,Soil microbial biomass nitrogen; SOC:有機(jī)碳,Soil organic carbon; TN:全氮,Total nitrogen

土壤微生物生物量碳氮在土壤碳庫、氮庫中所占比例較小,但至關(guān)重要[41],并且在標(biāo)記土壤過程或土壤健康變化時(shí)要比單獨(dú)使用微生物生物量或土壤養(yǎng)分的值更有效[42- 43]。首先,土壤微生物生物量碳氮比可以反映土壤微生物種類和區(qū)系[44],一般情況下,細(xì)菌碳氮比在5∶1 左右,放線菌在6∶1 左右,真菌在10∶1 左右[45- 46]。三峽庫區(qū)消落帶165—175 m高程植被恢復(fù)初期土壤微生物群落可能以真菌為主。本研究發(fā)現(xiàn)裸地的微生物生物量碳氮比高于其他植被類型,這可能歸因于裸地生物量周轉(zhuǎn)慢,氮素含量少,與楊予靜等[38]的研究結(jié)果一致。其次,本研究中各植被類型土壤微生物生物量對(duì)土壤碳、氮庫的貢獻(xiàn)率與前人對(duì)碳、氮庫的研究結(jié)果1.0%—5.3%、2.0%—7.8%相符[26,47]。本研究中林地的SOC最低,主要由于種植林木后消落帶土壤親水性及通透性增強(qiáng),江水浸泡后易發(fā)生軟化,江水、雨水的淘蝕沖擊作用加大,極易導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的流出[37],進(jìn)而降低土壤中SOC的含量,SMBC/SOC的比值變大。就SMBN/TN比值而言,農(nóng)耕地由于人為施肥的干擾TN含量升高,裸地由于缺乏植被SMBN最低,進(jìn)而直接導(dǎo)致后兩處理組的SMBN/TN變小?？傮w上,因?yàn)橹脖活愋偷牟煌?輸入有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量不同,造成微生物種類和數(shù)量差異,導(dǎo)致恢復(fù)過程中土壤生物學(xué)質(zhì)量差異[48]。

本研究中各植被類型土壤微生物生物量碳、氮與土壤有機(jī)碳和全氮之間具有顯著正相關(guān)性,與已有研究結(jié)果一致[49]。進(jìn)一步表明在消落帶土壤微生物生物量碳、氮也可以作為土壤肥力的判斷指標(biāo),為探究植被土壤肥力恢復(fù)效果提供依據(jù)。土壤微生物生物量碳與氮含量呈極顯著正相關(guān),這是由于土壤微生物生物量的大小決定土壤微生物對(duì)氮素的固持作用,土壤氮的輸出主要是土壤中有機(jī)質(zhì)的分解[50]。研究還發(fā)現(xiàn),各植被類型土壤微生物生物量碳、氮均與土壤含水率呈極顯著正相關(guān),與pH值呈顯著正相關(guān),表明土壤微生物生物量除了受到有機(jī)物質(zhì)的影響還與無機(jī)環(huán)境緊密相關(guān),在消落帶165—175 m高程中,合適的水分條件有利于微生物生物量的積累,然而pH值升高有助于微生物繁殖與以往研究結(jié)果有所不同[51],消落帶土壤在水淹后pH值有從弱酸向中性發(fā)展的趨勢(shì),表明該區(qū)域土壤微生物可能更適應(yīng)趨于中性的土壤環(huán)境,為深入闡明這一現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理,還需要對(duì)微生物種類進(jìn)行具體的研究。

就研究工作而言,前期課題組進(jìn)行了適生物種的篩選以及大面積的植被構(gòu)建,經(jīng)過5年原位生長,植被仍良好生長。針對(duì)構(gòu)建植被對(duì)消落帶環(huán)境的適應(yīng)與響應(yīng),本課題組相繼開展了一系列實(shí)驗(yàn)研究。在前期研究基礎(chǔ)上,本研究重點(diǎn)探究消落帶特殊生境下不同人工重建植被類型對(duì)土壤微生物生物量碳氮含量的影響(自然環(huán)境下消落帶內(nèi)不存在林地),以期為定量評(píng)價(jià)消落帶植被恢復(fù)后土壤質(zhì)量和肥力的變化提供依據(jù)。然而,本研究僅涉及到單一時(shí)間內(nèi)取樣測(cè)試,缺乏多時(shí)段的連續(xù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià),因此開展長期的連續(xù)動(dòng)態(tài)跟蹤研究十分重要,這也是課題組目前正在進(jìn)行的工作。

4 結(jié)論

在三峽庫區(qū)消落帶165—175 m高程,植被類型對(duì)土壤微生物生物量有顯著影響,其中草地土壤微生物生物量最高,人工林地和農(nóng)耕地次之,裸地最低。表明在消落帶進(jìn)行人工植被恢復(fù)能顯著提高土壤微生物生物量,對(duì)土壤微生物資源具有重要意義。不同植被類型對(duì)土壤碳、氮庫貢獻(xiàn)差異顯著；土壤微生物生物量碳、氮與土壤有機(jī)碳、全氮和pH值呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性,在適宜的水分條件下與土壤含水量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性,說明植被類型對(duì)土壤碳庫和氮庫的貢獻(xiàn)有顯著影響,并且消落帶重建植被的土壤的這些理化性質(zhì)對(duì)土壤微生物生物量也有強(qiáng)烈的影響。因此,在三峽庫區(qū)消落帶進(jìn)行植被恢復(fù)重建能顯著提高土壤微生物生物量及土壤質(zhì)量,對(duì)加強(qiáng)三峽庫岸生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。

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CharacteristicsofsoilmicrobialbiomassCandNunderrevegetationinthehydro-fluctuationbeltoftheThreeGorgesReservoirRegion

YANG Wenhang, QING Hong, REN Qingshui, HE Yanyan, LI Xiaoxue, LI Changxiao*

KeyLaboratoryofEco-environmentintheThreeGorgesReservoirRegionoftheMinistryofEducation,ChongqingKeyLaboratoryofPlantEcologyandResourcesResearchintheThreeGorgesReservoirRegion,SchoolofLifeSciences,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

Operation of the Three Gorges Dam Reservoir on the Yangtze River, China, has formed a hydro-fluctuation belt with an annual water level change of near 30 m spanning and an area of 350 km2. Such a change in water level has led to a direct shift in plant community composition within the hydro-fluctuation belt. Different vegetation types alter the riparian soil environment to varying extents, via their influence on the biogeochemical cycles of materials such as soil microbial biomass carbon and nitrogen. Accordingly, by determining the relationship between soil physicochemical properties and soil microbial biomass under different vegetation types, we can provide useful information for vegetation restoration in the hydro-fluctuation belt of the Three Gorges Reservoir Region. To explore the changes in re-vegetated soil quality in the hydro-fluctuation belt of the Three Gorges Reservoir, we examined the contents of soil microbial biomass carbon (SMBC) and soil microbial biomass nitrogen (SMBN) in this region. Soils under four typical vegetation types (natural grassland, artificial timber forest, crop land, and unplanted soil) were investigated in the reservoir riparian region of Zhong County (107°32′—108°14′E, 30°03′—30°35′N), located in the center of Chongqing Municipality. The results showed that both SMBC and SMBN content was the highest in natural grassland and the lowest in unplanted soil. Under different types of vegetation, the ratio of SMBC/SMBN ranged from 8.02 to 10.25, the ratio of SMBC/soil organic carbon (SOC) was 2.40%—4.60%, and the ratio of SMBN/total nitrogen (TN) was 2.13%—3.58%. The SMBC/SOC and SMBN/TN ratios of forest soils were significantly higher than those of the unplanted soil (bothP< 0.05). Soil microbial biomass was significantly correlated with SOC, TN, and soil pH, and very significantly correlated with soil moisture. Our study showed that the physical and chemical properties of soil under revegetation had a significant impact on both SMBC and SMBN. Thus, revegetation facilitated an increase soil microbial biomass and enhanced soil quality in the hydro-fluctuation belt of the Three Gorges Reservoir Region.

vegetation restoration; soil microbial biomass carbon, nitrogen; Three Gorges Reservoir; hydro-fluctuation belt

重慶市林業(yè)重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(渝林科研2016- 8；2015- 6)；國家國際科技合作專項(xiàng)(2015DFA90900)；中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目(渝林科推[2014- 10])；重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CYS2015068)；重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CYB16066)

2016- 10- 27; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 08- 14

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lichangx@swu.edu.cn

10.5846/stxb201610272191

楊文航,秦紅,任慶水,賀燕燕,李曉雪,李昌曉.三峽庫區(qū)消落帶重建植被下土壤微生物生物量碳氮含量特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(23):7947- 7955.

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