黄土丘陵区撂荒农田土壤酶活性及酶化学计量变化特征

作者：钟泽坤; 杨改河^*; 任成杰; 韩新辉

来源：环境科学, 2021, 42(01): 411-421.

DOI：10.13227/j.hjkx.202006112

• 农田撂荒
• 土壤理化性质
• 酶化学计量
• 养分限制
• 植物多样性

明确土壤胞外酶活性及酶化学计量比在农田撂荒过程中的变化特征及驱动因素,对揭示土壤养分可利用性随植被恢复的变化规律和阐明生态系统养分循环机制有重要意义.本文以黄土丘陵区不同撂荒年限坡耕地(0、10、20和30 a)为研究对象,通过测定土壤酶活性及酶计量比、土壤理化性质、植物多样性和科组成,探讨农田撂荒后土壤微生物养分限制状况及酶活性和酶计量比的主控因子.结果表明,β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和碱性磷酸酶(ALP)的活性均随撂荒年限增加而显著增加,而β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)活性则相反.土壤BG∶(NAG+LAP)和BG∶ALP呈现出与土壤BG活性相同的随撂荒年限增加而减小的趋势;而(NAG+LAP)∶ALP呈先升后降趋势,在撂荒20 a时达到最高值.酶化学计量的向量长度随撂荒年限增加而显著减小,表明撂荒过程中土壤微生物受碳(C)限制程度的减弱.撂荒前10 a酶化学计量的向量角度小于45°,后20 a大于45°,说明撂荒前期微生物受氮(N)限制,后期受磷(P)限制.冗余分析结果揭示土壤有机碳含量、总氮含量、C∶N、C∶P、p H以及植被多样性是调控酶活性和酶计量比变化的主要因子.分类变异分析表明,土壤和植物因素可解释不同撂荒年限下土壤酶活性及酶计量比差异的62.0%,植被特征与土壤理化特性之间的交互作用是土壤酶活性及酶计量比变化的主控因子,解释度为37.1%.综上所述,黄土丘陵区农田撂荒过程中应考虑外源P的投入以缓解生态系统中有效P的不足,研究结果可为理解脆弱生境恢复生态系统中微生物介导的生物地球化学循环机制以及指导土壤养分管理和生态可持续发展提供理论依据.

• 单位
  西北农林科技大学