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土壤有机质分解是大气CO2的主要来源,也是生态系统内部碳、氮、磷等物质循环的关键步骤。土壤中的有机质需要经过胞外酶(除非特别说明,以下所指的土壤酶均指胞外酶)的解聚作用(Depolymerization)生成小分子或单分子有机物后,微生物才能直接吸收利用,土壤碳、氮、磷等物质循环的后续过程才能顺利进行。正因为如此,由土壤酶主导的土壤大分子有机质解聚这一步骤往往成为土壤碳、氮、磷循环的限制性环节。可见,土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中扮演着重要角色,深入认识土壤酶活性对于理解生态系统碳、氮、磷元素生物地球化学循环过程具有重要意义。 喀斯特生态系统是地球表层系统的重要组成部分。由于其地质背景的特殊性,喀斯特生态系统的生物地化循环存在特异性,这可能导致土壤胞外酶活性及其主控因素有别于其它生态系统。然而,目前对西南喀斯特山区典型生态系统土壤胞外酶活性及其主控因素的研究非常缺乏。本研究以西南喀斯特山区典型生态系统为研究对象,基于微孔荧光法测定了与碳、氮、磷循环相关的胞外酶活性及相关土壤理化性质;采用方差分解、多响应置换过程、冗余分析、方差分析以及随机森林等多种统计方法分析了喀斯特山区土壤胞外酶活性变化特征、主控因素及化学计量学特征;从生态系统至区域尺度探讨了喀斯特山区土壤胞外酶活性的主控因素。研究得到的主要结论如下: (1)选取典型喀斯特山区(广西木论国家级自然保护区)的森林为研究对象,分析了地形、树种和土壤理化性质对土壤酶活性的影响。结果表明,坡位对土壤酶活性有显著影响。树种和坡向对土壤酶活性的影响不显著。方差分解结果表明,地形、树种和土壤理化性质共同解释了土壤酶活性变化的55.3%,其中土壤因子是影响酶活性改变的主要因子,解释了44.2%的变异。而冗余分析的结果进一步表明在土壤因子中,pH、总氮和无机氮是影响土壤酶活性变化的主要指标。 (2)以桂西北峰丛洼地区域二种岩性和四种土地利用类型为研究对象,分析了土壤酶活性的主控因素。结果表明,白云岩和石灰岩之间或四种土地利用类型之间的酶活性特征有显著差异。方差分解结果表明,土壤性质,空间变量和土地利用共同解释了土壤胞外酶活性变化的43%。其中,土壤理化性质解释了酶活性变化的36.5%。空间因素和土地利用变化对酶活性变化的解释主要由土壤理化性质引起,土地利用方式净解释率为5.5%,而空间因素净解释率仅为2.2%。在土壤性质中,土壤含水量,土壤粉砂和总氮是影响土壤酶活性变化的主要因素。 (3)以桂西北峰丛洼地区域二种岩性和四种土地利用类型为研究对象,分析了土壤酶活性化学计量学特征,结果表明,坡位和土地利用类型对土壤酶活性比值有显著影响,岩性对土壤酶活性比值无显著影响。碳磷酶活性比和碳氮酶活性比以及向量VectorL的值上坡显著高于下坡,次生林显著高于草丛,这说明上坡和次生林可能存在碳限制。