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植被恢复是退化土壤质量恢复的重要措施。不同植被类型下土壤质量不同,但作用机制尚不清楚。土壤微生物及其功能的的变异可能是重要的影响因素。本研究利用中国科学院红壤生态实验站18年利用先锋树种马尾松林和胡枝子以及地方树种樟树恢复侵蚀劣地的长期定位实验,目标是研究侵蚀红壤区不同植被恢复下1)土壤肥力质量及其恢复程度;2)细菌群落及影响因素;3)生物功能稳定性及其影响因素。本研究测定的肥力质量指标有:土壤有机碳、全氮、全磷、有效钾、微生物生物量碳、转化酶、多酚氧化酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和酸性磷酸酶:细菌群落采用末端限制性片段长度多态性( T-RFLP)方法进行测定分析;土壤生物功能稳定性用新鲜有机物料分解能力表示,结构破坏用干土快速湿润加搅拌使糊化,土壤生物胁迫包括铜胁迫(500 mg Cu2+ g-1)和热胁迫(500C for 24h)。主要研究结果有:
一)侵蚀裸地植被恢复18年后,土壤出现了明显分层,其中表层(约0-1.5cm)、亚表层(约1.5-6.0cm)和底层(约6.0-13. Ocm)土壤养分含量较裸地均有显著提高.其中豆科灌木胡枝子恢复的侵蚀红壤有机碳、全氮含量提高幅度最大。从以养分含量、微生物生物量碳和土壤酶权重计算的土壤肥力综合指标值(IFI)来看,胡枝子恢复的侵蚀红壤的土壤IFI值都显著高于马尾松林和樟树林地。和非侵蚀地相比,胡枝子恢复的侵蚀红壤IFI恢复程度最高,表层、亚表层和底层分别达到91%、86%和71%。此外,与樟树和马尾松相比,胡枝子凋落物量最大,叶片木质素含量最低,最容易分解,而且表层土壤最厚,综合来看,三种植被中对侵蚀红壤肥力重建效果最好的为胡枝子。
二)侵蚀红壤植被恢复后18年后的细菌群落结构和群落多样性与相同植被下非侵蚀红壤相比基本恢复,结合研究结果(一)来看,土壤酶活性和微生物生物量并没有恢复,说明侵蚀红壤植被恢复过程中,细菌群落最先恢复,而细菌生物量及活性恢复较慢。此外表层、亚表层和底层土壤的细菌群落结构有明显分异,从表层到底层的土壤养分含量的减少以及土壤质地由松软到坚硬的变化可能是导致群落结构出现分异的原因。
对于细菌群落结构而言,土壤深度是主要的影响因素;对于细菌群落多样性而言,土壤pH的影响达到极显著水平,而土壤有机碳和全氮的影响则不显著。
三)热胁迫下,非侵蚀地马尾松林土壤和侵蚀裸地生物功能稳定性最高,并且生物功能基本恢复。铜胁迫下,胡枝子林恢复的侵蚀地和侵蚀裸地土壤生物功能稳定性最高,并且生物功能基本恢复。T-RFLP分析结果表明热胁迫和铜胁迫导致了和对照有明显分异的细菌群落,其中铜胁迫对细菌群落的改变比热胁迫更加深刻,并且铜胁迫后不同植被类型下细菌群落趋于相似。和对照相比,热胁迫和铜胁迫不同程度的增加了土壤细菌群落多样性。在未破坏团粒结构的情况下,三种植被类型土壤微生物群落结构差异显著,但在破坏团粒结构后,微生物群落结构却显示出趋于相似,表明土壤团粒结构对形成微生物群落结构具有重要作用。此外,破坏土壤团粒结构还能显著影响热胁迫条件下土壤生物功能稳定性和细菌群落结构,但对铜胁迫下生物功能稳定性和细菌群落结构没有显著影响。
本文通过土壤肥力、细菌群落和生物功能稳定性三个方面的研究,评价了植被恢复效果,综合来看,马尾松、樟树和胡枝子在恢复效果上各有优势,总体来说,胡枝子的优势更明显。但作者建议在选用植被种类对侵蚀红壤进行恢复时,还应全面比较其利弊,做到因地制宜,合理选择。