五大連池新期火山熔巖臺地不同植被類型土壤微生物量及酶活性變化特征

曹宏杰，王立民，徐明怡，黃慶陽，羅春雨，謝立紅，倪紅偉

（1.哈爾濱師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025；2.黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，黑龍江 哈爾濱 150040）

土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的活性組成部分，是評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其參與生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動，在調(diào)控生物地球化學(xué)循環(huán)過程和維持生態(tài)系統(tǒng)功能方面起著關(guān)鍵作用[1-3]，直接或間接影響植物生長，促進(jìn)植被的演替。對生態(tài)系統(tǒng)演替過程的研究表明，土壤微生物對生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用[4]。土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)最活躍的有機(jī)組分之一，由土壤細(xì)菌、真菌和古菌產(chǎn)生的胞外酶參與無數(shù)的生物地球化學(xué)過程，是陸地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生、固持、擾動和土壤養(yǎng)分循環(huán)的核心[5]。其活性在土壤中的表現(xiàn)，在一定程度上反映了土壤所處的狀況，且對環(huán)境等外界因素引起的變化較敏感，成為土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)[6]。植被演替等環(huán)境條件的改變會對微生物數(shù)量、活性和群落組成產(chǎn)生直接的影響，進(jìn)而影響土壤酶活性[7]。

五大連池火山自然保護(hù)區(qū)，位于黑龍江省黑河市西南部，地處小興安嶺西南山麓與松嫩平原的過渡地帶，是我國保存最為完好的內(nèi)陸單成因火山群。最近的一次火山噴發(fā)活動發(fā)生在1719—1721年，期間經(jīng)歷多次大量的高鉀玄武質(zhì)熔巖流噴溢活動。灼熱的噴發(fā)物破壞土壤，影響土壤發(fā)育和水土流失狀態(tài)，噴發(fā)物冷卻后形成的火山熔巖、浮石營養(yǎng)物質(zhì)缺乏，尤其是氮缺乏，不能滿足植物生長所必需的養(yǎng)分，造成植被演替緩慢[8]，植被更新演替及生物地球化學(xué)循環(huán)都發(fā)生了改變[9-10]。近年來，國內(nèi)一些學(xué)者對該區(qū)域植被演替、物種組成、植物多樣性及植物功能性狀[11-14]等方面做了大量研究，而對微生物量及酶活性的研究較少[15]。土壤微生物和土壤酶是火山生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，其與植物生長之間存在必然的內(nèi)在聯(lián)系，植被類型是影響土壤水解酶活性的關(guān)鍵因子之一。不同植被條件下土壤微生物通過酶催化分解大分子有機(jī)物為可溶性的養(yǎng)分，供微生物同化利用[16]，影響著植物群落有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)[17]，在新期火山環(huán)境和植被演替過程中的作用尤其明顯。五大連池新期火山熔巖臺地因基質(zhì)條件、熔巖產(chǎn)狀等因素的影響，隨機(jī)分布這苔蘚地衣、草本群落、灌叢、矮曲林以及針闊混交林等不同類型的植被，不同類型植被下土壤微生物量及酶活性尚不清楚。本研究對五大連池新期火山熔巖臺地不同植被類型土壤微生物量及酶活性進(jìn)行研究，旨在探討原生演替過程中不同階段土壤微生物量及酶活性的差異和變化規(guī)律，為新期火山熔巖臺地土壤微生物與環(huán)境因子的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系研究提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

實驗地點位于五大連池火山自然保護(hù)區(qū)，區(qū)內(nèi)設(shè)有黑龍江黑河（五大連池）國家森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站。保護(hù)區(qū)位于黑龍江省黑河市西南部，地處小興安嶺西南山麓與松嫩平原的過渡地帶。地理位置126°00′～126°45′E，48°30′～48°50′N，總面積988.66 km2（圖1）。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季嚴(yán)寒漫長，夏季涼爽短促。年平均氣溫-0.5℃，無霜期121 d，年平均降水量476.33 mm，年平均相對濕度69.2%。

由于五大連池老黑山噴發(fā)時間距今只有300年，熔巖風(fēng)化速度緩慢，熔巖臺地微地形復(fù)雜，還未形成明顯的土壤層次，不同植被類型的植物呈隨機(jī)性分布，受周邊環(huán)境影響，處于不同演替階段植物群落均有分布，主要植被類型有:地衣-苔蘚群落、草本植物群落、灌木群落、矮曲林群落及針闊混交林群落等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置和樣品采集

2017年6月選取苔蘚（Moss）、草本（Herb）、灌叢（Shrub）、矮曲林（Dwarf forest，D-Forest）和針闊混交林（Conifer and Broadleaf Mix Forest，C&B-Forest）5 種典型的植被類型，每種植被類型設(shè)置3 塊樣地，苔蘚地衣、草本和灌叢樣地面積約100 m2，矮曲林和針闊混交林樣地面積約400 m2，樣地基本特征見表 1。在每個樣地設(shè)3 個1 m×1 m 的小樣方進(jìn)行草本層群落調(diào)查。同時在每個小樣方內(nèi)設(shè)置梅花狀采樣點，每個樣方采集5 點0～10 cm 土壤，混合為1 個土樣。樣品剔除植物碎屑后過2 mm 篩，一部分樣品4 ℃保存，用于土壤微生物生物量和酶活性等指標(biāo)的測定。一部分樣品風(fēng)干過2 mm 篩，用于測定土壤理化性質(zhì)。

圖1 研究區(qū)位置及其概況Fig.1 Location and basic information of experiment sites

表1 不同植被類型的樣地特征Table 1 Site characteristics of different vegetation types

1.2.2 土壤理化性質(zhì)的測定

土壤理化性質(zhì)測定參照魯如坤主編的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[18]和《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1210-1275-1999》[19]。土壤pH值用水浸提電位法（水土比為2.5∶1）；土壤總有機(jī)碳（Total organic carbon，TOC）和全氮（Total nitrogen，TN）采用元素分析儀測定（歐唯特 EA3000）；銨態(tài)氮（Ammonium nitrogen，-N）、硝態(tài)氮（Nitrate nitrogen，-N）采用流動分析儀測定（SKALAR SAN++）；全磷（Total phosphorus，TP）和有效磷（Available phosphorus，AP）采用鉬銻抗比色法。

1.2.3 微生物量碳、氮和磷的測定

稱取經(jīng)7 d 預(yù)培養(yǎng)的土樣30.000 g 3 份分別裝入100 mL 燒杯，并和盛有50 mL 氯仿和50 mL 1 mol·L-1NaOH 的燒杯同時置入干燥器，用真空泵抽至氯仿沸騰并保持5 min，后密封置于25℃恒溫箱中熏蒸24 h。熏蒸結(jié)束后，取出氯仿和NaOH，用真空泵反復(fù)抽氣直至土壤無氯仿味后用于微生物量的測定。將熏蒸土樣用0.5 mol·L-1K2SO4溶液震蕩浸提用于微生物量碳、氮測定或用0.5 mol·L-1NaHCO3（pH 值8.5）溶液震蕩浸提用于微生物量磷的測定。在進(jìn)行熏蒸的同時稱取同樣質(zhì)量（30.000 g左右）的土樣3 份浸提和測定，為不熏蒸對照。微生物量碳氮用總有機(jī)碳氮分析儀測定（耶拿 multi C/N 2100s），微生物量磷用分光光度計測定（賽默飛 Evolution 300）[20-22]。

1.2.4 土壤酶活性的測定

測定的土壤酶為：α-1,4-吡喃葡萄糖苷酶（α-1,4-glucopyranosidase,αG），β-D- 葡萄糖苷酶（β-1,4-glucopyranosidase,βG），纖維二糖水解酶（β-D-cellobiohydrolase,CB），β-1,4- 木糖苷酶（β-1,4- xylopyranosidase,XYL），β-1,4-N- 乙?；被咸烟擒彰福é?1,4-N-acetylglucosaminidase,NAG），亮氨酸氨基肽酶（L-Leucine aminopeptidase,LAP） 和磷酸 酶（Phosphatase,PHOS）。

將2.75 g 的土壤樣品與91 mL 50 mmol 醋酸鈉緩沖液（pH 值6.8）在組織搗碎機(jī)上均質(zhì)化1 min，制成土壤懸濁液。

取200 μL 的土壤懸濁液加入到96 孔黑色微孔板中（每個樣品做6 個平行），樣品微孔中加入50 μL 200 μmol·L-1底物，空白微孔中加入50 μL超純水和200 μL 的土壤懸濁液，陰性對照微孔中加入50 μL 底物和200 μL 的超純水，淬火標(biāo)準(zhǔn)孔中加入50μL標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（10 μmol·L-1MUB 或MUC）和200 μL 的樣品懸濁液，參考標(biāo)準(zhǔn)微孔中加入50 μL 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和200 μL 超純水，每個樣品的空白、陰性對照、淬火標(biāo)準(zhǔn)和參考標(biāo)準(zhǔn)做6 個平行，微孔板于25 ℃避光條件下培養(yǎng)3 h，培養(yǎng)結(jié)束后在每個微孔中加入10 μL 0.5 mol·L-1的氫氧化鈉溶液中止反應(yīng)，靜置1min 后用酶標(biāo)儀測定（Biotek Cytation 5），激發(fā)光波長為365 nm，發(fā)射光波長為450 nm。具體方法見參考文獻(xiàn)[23-24]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和作圖采用SPSS 20、OriginPro8.5以及Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行。

土壤微生物量計算：土壤微生物量碳（Soil microbial biomass carbon，SMBC）=（Ec-Ec0）/ 0.38；土壤微生物量氮（Soil microbial biomass nitrogen，SMBN）=（Ec-Ec0）/0.54；土壤微生物量磷（Soil microbial biomass phosphorus，SMBP）= (Ec-Ec0)/0.40；其中Ec 為熏蒸土樣浸提液中碳、氮或磷量，Ec0 為不熏蒸土樣浸提液中碳、氮或磷量，0.38、0.54 和0.40 為校正系數(shù)。

土壤酶活性計算：

式中：Ab為土壤樣品的酶活性（nmol·g-1dry soil·h-1）；F為校正后的樣品熒光值；V為土壤懸濁液的總體積（91 mL）；v1為微孔板每孔中加入的樣品懸濁液的體積（200 μL）；t為培養(yǎng)時間（3 h）；m為干土樣的質(zhì)量（2.75 g 新鮮土樣換算成干土的結(jié)果）；f為酶標(biāo)儀讀取樣品微孔的熒光值；fb為空白微孔的熒光值；q為淬火系數(shù)；fs為陰性對照空的熒光值；e為熒光釋放系數(shù)；fr為參考標(biāo)準(zhǔn)孔的熒光值；cs為參考標(biāo)準(zhǔn)孔的濃度（10 μmol·L-1）；v2為加入?yún)⒖紭?biāo)準(zhǔn)物的體積（0.05 mL）；fq為淬火標(biāo)準(zhǔn)微孔的熒光值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物量的變化

土壤微生物是植物所需營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和轉(zhuǎn)運的重要組成部分[25]，是土壤活性養(yǎng)分的重要儲存庫，是植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源[26-27]。由圖1可知，苔蘚地衣群落的微生物量碳最低，與其它植被類型之間差異顯著（P＜0.05）（圖2-A），灌木群落和矮曲林的微生物量碳和氮無顯著差異（圖2-A,B），除針闊混交林外其它4 種植物類型微生物量磷均無顯著差異（圖2-C）；針闊混交林的微生物量最高，與其它植被類型間差異顯著（P＜0.05）；不同植被類型土壤微生物量碳、氮和磷含量均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。

2.2 微生物量對土壤營養(yǎng)庫的貢獻(xiàn)率

由圖3可知，不同植被類型土壤微生物量對土壤營養(yǎng)庫的貢獻(xiàn)率存在一定的差異，并且隨演替的進(jìn)行逐漸增加，微生物量碳與土壤有機(jī)碳比值的變化趨勢強(qiáng)于微生物量氮與土壤全氮和微生物量磷與土壤全磷的變化趨勢；苔蘚地衣群落微生物量對土壤養(yǎng)分庫的貢獻(xiàn)均低于其它植被類型，草本群落和灌木群落微生物量對土壤養(yǎng)分庫的貢獻(xiàn)率沒有顯著差異，針闊混交林的微生物量磷與土壤全磷比值顯著高于其它群落（P＜0.05）（圖3-C）。

2.3 土壤酶活性的變化

圖2 不同植被類型土壤微生物量碳、氮和磷含量Fig.2 Soil microbial biomass carbon,nitrogen and phosphorous in different vegetation types

圖3 不同植被類型土壤微生物量對土壤營養(yǎng)庫的貢獻(xiàn)率Fig.3 Contribution rate of soil microbial biomass to soil nutrient bank in different vegetation types

由圖4可知，不同植被類型下七種土壤酶活性均存在差異，苔蘚地衣和草本群落與碳循環(huán)相關(guān)的酶活性無顯著差異，但均低于灌木群落、矮曲林群落和針闊混交林群落的酶活性，差異顯著（P＜0.05）（圖4-A，B，C 和D）；草本群落NAG 和PHOS 的活性也低于其它植被類型；除αG 活性外，針闊混交林的酶活性均處于最高水平；CB、XYL、LAP 和PHOS 的活性隨演替的進(jìn)行呈逐漸增加的趨勢。

圖4 不同植被類型土壤酶活性Fig.4 Soil enzymes acquisition activity in different vegetation types

2.4 微生物量與酶活性的相關(guān)性

由表2可知，土壤微生物量碳和氮與酶活性之間均具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。微生物量磷與NAG 和PHOS 活性之間也存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），而與其它5 種酶之間相關(guān)性不明顯。

2.5 微生物量及酶活性與土壤環(huán)境因子的冗余分析

2.5.1 微生物量碳、氮和磷與土壤環(huán)境因子的冗余分析

5 種植物類型土壤微生物量碳、氮和磷與土壤環(huán)境因子的冗余分析表明，前兩個排序軸共解釋了72.58%的土壤微生物量信息和99.88%的土壤微生物量與土壤環(huán)境因子的關(guān)系（圖5-A）。土壤全氮、全磷和硝態(tài)氮與第一排序軸呈負(fù)相關(guān)，與第二排序軸呈正相關(guān)；pH 值與第一排序軸呈正相關(guān)，與第二排序軸呈負(fù)相關(guān)；土壤總有機(jī)碳、速效磷、銨態(tài)氮和C∶N 與第一和二排序軸呈正相關(guān)。土壤微生物量與土壤總有機(jī)碳、速效磷、銨態(tài)氮和C∶N 具有顯著地正相關(guān)關(guān)系。

表2 土壤微生物量與酶活性的相關(guān)性?Table 2 The correlation between soil microbial biomass and soil enzyme acquisition activity

2.5.2 酶活性與土壤環(huán)境因子的冗余分析

由圖5-B 可知，前兩個排序軸共解釋了72.18%的土壤酶活性信息和94.71%的土壤微生物量與土壤環(huán)境因子的關(guān)系。土壤全氮和硝態(tài)氮與第一排序軸呈負(fù)相關(guān)，與第二排序軸呈正相關(guān)；pH 值、速效磷和C∶N 與第一排序軸呈正相關(guān)，與第二排序軸呈負(fù)相關(guān)；土壤全磷與第一和二排序軸呈負(fù)相關(guān)；土壤總有機(jī)碳和銨態(tài)氮與第一和二排序軸呈正相關(guān)。αG、βG、CB、XYL 和LAP與土壤銨態(tài)氮具有顯著的正相關(guān)關(guān)系；NAG 和PHOS 與速效磷和C∶N 具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，與硝態(tài)氮具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖5 土壤微生物量及酶活性與土壤環(huán)境因子的冗余分析Fig.5 RDA of soil microbial biomass,soil enzyme acquisition activity and environmental variables of soil

3 討 論

3.1 土壤微生物量與植被類型的關(guān)系

不同植物類型可以代表不同的演替階段，由于地表覆蓋狀況與物種組成不同，影響生態(tài)過程及養(yǎng)分循環(huán)，決定著植被演替的發(fā)展方向與速度，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的改變[28]。微生物作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量必然會受到影響。研究表明，在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)或發(fā)育初期土壤微生物量的值呈增加趨勢[29]，土壤微生物量會隨著生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)年限增加而增加[30-31]，這些與本文的研究結(jié)果一致，這說明在相對較短的時間尺度上在植物群落一個演替過程中土壤微生物量的變化趨勢具有相似性[32]。根源在于原生演替過程中，在演替初期，地表裸露較大土壤微生物的繁殖代謝受到強(qiáng)烈干擾，造成演替初期微生物量的含量顯著低于其它演替階段。隨著演替的深入植被凋落物的數(shù)量會逐漸增加，為微生物的生長提供豐富的碳源，植物根系也會分泌更多的次生產(chǎn)物供微生物利用，并改善根際微環(huán)境，促進(jìn)微生物繁殖，因此，隨著演替的進(jìn)行微生物量呈逐漸增加的趨勢。

盡管土壤微生物量碳只占土壤有機(jī)碳的1.92%左右[33]，但其在生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)轉(zhuǎn)化中卻起著重要的作用[25]。Jenkison[34]認(rèn)為，在分析土壤微生物量絕對含量的同時，還應(yīng)該考慮微生物量碳和微生物量氮在土壤有機(jī)碳和全氮中的比例，因為在無外界干擾的情況下，土壤微生物量并不能完全反映土壤微生物的功能、結(jié)構(gòu)和活性。土壤微生物量對土壤營養(yǎng)庫的貢獻(xiàn)率反映了土壤單位營養(yǎng)所負(fù)載的微生物量，貢獻(xiàn)率高說明有較多礦物質(zhì)被微生物固定，是潛在的有效營養(yǎng)源；貢獻(xiàn)率低說明微生物具有潛在固定礦物質(zhì)的能力，成為潛在的營養(yǎng)庫。本研究中，不同植被類型土壤微生物量對土壤營養(yǎng)庫的貢獻(xiàn)率存在一定的差異，并且具有明顯的變化趨勢，即隨演替的深入逐漸增加，說明隨著演替的進(jìn)行土壤微生物量具有增加趨勢，可以為植物生長提供更多的有效養(yǎng)分。矮曲林和針闊混交林的微生物量碳和微生物量氮對土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率沒有明顯的差異，說明隨著生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)年限的增加，微生物量達(dá)到一個最大值后會呈現(xiàn)一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)[28]。

3.2 土壤微生物量與酶活性的關(guān)系

本研究中熔巖臺地不同植被類型土壤微生物量與土壤酶活性之間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系（表2）。研究表明，土壤微生物的數(shù)量和組成不同，會引起土壤酶活性在質(zhì)和量上的差異[35]，同時土壤微生物對土壤有機(jī)質(zhì)的分解及養(yǎng)分循環(huán)受到土壤環(huán)境中胞外酶的調(diào)節(jié)，微生物在代謝過程中通過和胞外酶之間建立的養(yǎng)分元素、能量物質(zhì)傳輸與土壤、植被和大氣間完成物質(zhì)能量循環(huán)過程[36]，而且，微生物對無機(jī)鹽的吸收需要通過胞外酶的調(diào)控[37]，胞外酶在傳遞微生物與外界物質(zhì)、能量交換中起著關(guān)鍵作用[38]，說明土壤酶活性與土壤微生物生物量間有著不可分割的關(guān)系[39]，

3.3 土壤酶活性與植被類型的關(guān)系

α-1,4-吡喃葡萄糖苷酶、β-D-葡萄糖苷酶、纖維二糖水解酶、β-1,4-木糖苷酶，β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和磷酸酶分別能夠表征土壤C、N 和P 的供應(yīng)程度，土壤酶活性是土壤質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價中極為重要的指標(biāo)之一[40-42]。土壤酶系統(tǒng)是土壤中生物活性最強(qiáng)的部分，其與植物生長之間存在必然的內(nèi)在聯(lián)系，植被類型是影響土壤水解酶活性的關(guān)鍵因子之一。熔巖臺地植物演替過程中，不同植被類型的植被條件存在顯著差異，凋落物數(shù)量和質(zhì)量不同，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳數(shù)量和質(zhì)量不同，從而改變土壤微生物可以利用C、N、P 等底物和養(yǎng)分的數(shù)量和質(zhì)量，而土壤中微生物通過酶催化分解大分子有機(jī)物為可溶性的養(yǎng)分，供微生物同化利用[16]，影響著不同植物群落有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)[17]，進(jìn)而影響土壤酶活性[43]。因此，營養(yǎng)物質(zhì)周轉(zhuǎn)能力和微生物同化能力的差異可能是土壤酶活性在不同植被類型存在差異，且呈現(xiàn)一定的規(guī)律性的原因。

3.4 土壤微生物量與土壤環(huán)境因子的關(guān)系

土壤微生物量是土壤有機(jī)質(zhì)中最活躍和最易變化的部分，極易受土壤環(huán)境因子的影響，其含量與土壤類型和植被等有關(guān)[44]。由于不同植被類型地表覆蓋狀況、物種組成與結(jié)構(gòu)不同，影響微生物代謝和繁殖的影響因素存在差異，從圖5-A 不同植被類型樣點在圖中的分布可以看出，影響不同植被類型的土壤因子存在顯著的差異，苔蘚地衣、草本群落和灌木群落更易受土壤全磷、全氮和硝態(tài)氮的影響，而針闊混交林的主要影響因子包括土壤有機(jī)碳、銨態(tài)氮、速效磷和C∶N，說明不同的植被類型生態(tài)過程、養(yǎng)分循環(huán)及演替方式可能存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能發(fā)生響應(yīng)的改變。因此可以認(rèn)為，不同植被類型使得土壤理化因子對土壤微生物量的影響程度存在差異。從圖5-A 還可以看出，土壤有機(jī)碳和C∶N 與微生物量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。研究表明，土壤有機(jī)碳控制著土壤中能量和營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，是微生物群落穩(wěn)定的能量和營養(yǎng)物質(zhì)來源，是微生物量形成的重要控制因素[45]，微生物在代謝過程中除利用碳源外還需要吸收相應(yīng)比例氮[46]。氨態(tài)氮含量和C∶N 與土壤微生物量之間已存在顯著的相關(guān)性，說明火山熔巖臺地在土壤發(fā)育過程中，初期積累的碳顯著高于氮，氮素也可能成為土壤中微生物生長的限制因素[47]，因此后續(xù)需要開展氮素添加實驗來進(jìn)行驗證。

3.5 土壤酶活性與土壤環(huán)境因子的關(guān)系

土壤微生物和植物分泌的胞外酶是土壤有機(jī)質(zhì)分解的關(guān)鍵媒介，是細(xì)胞代謝的產(chǎn)物，其活性與產(chǎn)量和土壤碳底物及氮、磷養(yǎng)分有效性密切相關(guān)[48-50]。本研究中，影響酶活性的關(guān)鍵因素是土壤銨態(tài)氮、C∶N、速效磷和和硝態(tài)氮，同時磷酸酶活性受pH影響較大。研究表明，在巖溶生態(tài)系統(tǒng)中，磷是決定土壤生產(chǎn)力和功能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素，對土壤細(xì)菌生物量具有顯著影響[51]，但巖溶區(qū)全磷不易轉(zhuǎn)化為速效磷，有效性又較低[52]，當(dāng)微生物存在磷限制時，微生物就會分泌更多的磷酸酶促進(jìn)土壤有機(jī)磷礦化，緩解自身的磷限制[43]。由于研究中只對全磷和速效磷進(jìn)行了分析，不同磷素組成及活性對土壤酶活性的影響如何還不清楚需要作進(jìn)一步的探討。同時，土壤酶活性也會受到土壤養(yǎng)分化學(xué)計量比的影響，其可能原因是土壤酶主要來源于土壤微生物、植物根系分泌、植物降解的產(chǎn)物以及動物殘體[53]，微生物生物量化學(xué)計量比隨土壤和植物組織養(yǎng)分化學(xué)計量比的改變而改變，而土壤酶活性與土壤微生物量之間存在顯著的相關(guān)性，因此土壤酶活性亦能夠受土壤養(yǎng)分化學(xué)計量比的影響[49]。而土壤pH 主要通過影響土壤微生物生物量和群落組成、酶的空間構(gòu)象以及酶與土壤顆粒之間的結(jié)合狀態(tài)，從而調(diào)控土壤酶活性[54]。

4 結(jié) 論

隨著演替的進(jìn)行，土壤微生物量和土壤微生物量對土壤營養(yǎng)庫的貢獻(xiàn)率均隨演替的深入逐漸增加；不同植被類型土壤微生物量與土壤酶活性之間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系；土壤酶活性在不同植被類型間存在差異，酶活性總體表現(xiàn)為：針闊混交 林＞矮曲林＞灌叢＞苔蘚＞草本，營養(yǎng)物質(zhì)周轉(zhuǎn)能力和微生物同化能力的差異可能是造成上述差異的主要原因；不同植被類型土壤微生物量和酶活性受土壤環(huán)境和土壤養(yǎng)分的影響程度存在明顯差異，土壤pH 值、土壤全磷、速效磷、土壤全氮和速效氮對土壤微生物量和酶活性均具有顯著影響。

同時，植被類型通過改變微生物的生存環(huán)境來影響土壤微生物生物量、群落組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響土壤酶活性，因此后續(xù)研究需要對影響微生物生存環(huán)境的因素進(jìn)行細(xì)致研究并結(jié)合Biolog 方法、酶動力學(xué)、分子生物學(xué)尤其是高通量測序等手段，深入研究生態(tài)系統(tǒng)演化過程中地上植被類型、組成、多樣性以及根系分泌物等與土壤微生物結(jié)構(gòu)、功能以及酶活性的關(guān)系，闡明植被演替進(jìn)程對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能、酶活性的相對作用。