不同菌根类型林分土壤酶活性研究
一、土壤酶活性研究的意义
土壤酶是指土壤中的聚积酶, 包括游离酶、胞内酶和胞外酶, 主要来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解过程中释放的酶,是微生物参与生物地球化学循环过程的核心动力[1]。大量研究表明,土壤酶活性变化显示了微生物养分需求特征和土壤养分状况,微生物将分泌相应的胞外酶转化土壤有机质中 C、N、P 元素[2]。土壤胞外酶可以参与土壤中几乎所有的生化反应,在调控土壤有机质降解方面发挥着重要的作用,同时还是调控土壤养分元素循环(矿化、转化等)的关键限制因素。尽管森林生态学和土壤学中有关森林土壤酶研究的报道较多,但迄今为止, 有关不同菌根类型林分与土壤酶活性的研究有限。本课题研究不同菌根类型(外生菌根和内生菌根)优势的麻栎林、杉木林和麻栎杉木混交林下土壤作为研究对象,对不同菌根类型优势林分土壤酶的时空分布规律及其与环境因子的相互关系进行研究。探讨不同菌根类型优势林分土壤中碳、氮、磷相关酶活性的动态变化规律及关键驱动因子,为不同菌根林分类型的土壤养分循环提供数据支持。
二、国内外研究概况
1.土壤酶活性与土壤微生物之间的关系
土壤微生物与酶的关系是森林土壤酶研究的重点之一,土壤微生物的种类和数量在一定程度上决定土壤酶的来源及其活性;土壤酶活性又可代表土壤中物质代谢的旺盛程度,反映微生物对养分的吸收利用状况[15]。两者均作用于土壤物质转换、能量平衡和生物地球化学循环,对土壤养分、结构、稳定性和植被恢复有重要的影响[15]。
在张雅茜等人关于亚热带区林地微生物与酶活性的研究中发现,土壤 BC、BN、BP与酶活性呈显著或极显著正相关关系,表明酶活性与土壤微生物生物量有着紧密地联系,不可分割[4]。一方面,由于通气状况较佳、表土层水热,为土壤微生物呼吸和生长提供了很好的环境; 另一方面,土壤酶主要来源于微生物和动植物残体植物根系,表土层更易接受到凋落物、根系的补给,有机质、全氮、水分含量较高,有利于土壤微生物的生长和繁殖[4]。Sinsabaugh 等研究发现,在全球尺度上,土壤 C、N、P 酶化学计量比总体上呈 1:1:1 的关系,这一理论揭示了土壤微生物养分需求与土壤养分有效性之间生物地球化学平衡模式[7]。
2.土壤酶活性与森林植被恢复的关系
土壤酶催化具有专一性, 单一种酶并不能作为土壤肥力评价的标准,但可以用与土壤肥力因素相关的几个关键酶类的活性来表征土壤的肥力水平[12]。有研究表明, 磷酸单酯酶、磷酸二酯酶、磷酸三酯酶、土壤磷酸酶活性和焦磷酸酶活性与高山地区的森林土壤肥力密切相关 [16][17] 。Singh等研究了喜马拉雅山区不同滑坡地带的婆罗双树森林生态系统恢复过程中土壤理化特性、微生物生物量和土壤酶活性, 认为土壤酶活性可作为土壤质量的生物指标[18]。
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