外來植物火炬樹rhp混交林的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤酶活性

外來植物火炬樹rhp混交林的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤酶活性

生物入侵嚴重威脅著當?shù)厣锒鄻有裕淖兞松鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，給社會經(jīng)濟帶來了巨大的經(jīng)濟損失。已成為日益嚴重的全球問題。有證據(jù)表明,外來植物可以通過改變?nèi)肭值氐纳L環(huán)境為自身創(chuàng)造新的生存條件火炬樹(RhustyphinaL.)別名鹿角漆,屬漆樹科(Anacardiaceae)鹽膚木屬(Rhus)落葉灌木或小喬木,原產(chǎn)于北美洲?；鹁鏄湓谖覈耘嗍加?959年,最早作為觀賞樹種引入?；鹁鏄渚哂袃?yōu)良的生物學特性,適應能力強,耐旱,耐瘠薄,根系發(fā)達,生長快,根蘗萌發(fā)力強,因此在最近半個世紀的生態(tài)建設中受到極大歡迎,成為中國北方主要造林樹種之一1材料和方法1.1體深剖面位置研究區(qū)煙臺蓁山屬山東半島北部黃海沿岸丘陵,暖溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫12℃,年平均降雨量740.3mm。蓁山最高點海拔327.6m,山峰平均高度在230—250m之間。山體沿多方向延伸,崎嶇起伏,生境多樣。棕壤,成土母質(zhì)為花崗巖,土為棕黃色,弱酸性。植被以華北區(qū)系為主,因人類活動頻繁,原始植被被破壞,現(xiàn)存均為次生類型,常見優(yōu)勢樹種有刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、麻櫟(QuercusacutissimaCarruth.)等1.2林型及樣品采集2012年4月,在蓁山選取火炬樹單優(yōu)林和火炬樹入侵形成的常見闊葉混交林型(火炬樹+刺槐混交林、火炬樹+麻櫟混交林、火炬樹+銀白楊(PopulusalbaL.)混交林)等4種林型。4種林型在蓁山呈連續(xù)斑塊狀分布,生境特征較為一致(表1)。每種林型隨機取30個采樣點,取0—20cm表層土壤,每5個采樣點土壤混合成一個土樣。去除根系、石子等雜物,將土壤分為兩部分,第一部分約100g立即放4℃冰箱中保存,用于土壤微生物分析和土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮測定;第二部分(約500g)風干,過2mm篩,室溫保存,用于土壤酶活性分析和土壤其它化學性質(zhì)測定。1.3指標和方法的測量1.3.1土壤微生物分析土壤微生物群落組成采用平板涂抹法1.3.2土壤酶法各土壤酶活性的測定均參照關(guān)松蔭1.3.3土壤全碳、全氮的測定土壤pH值用電極法測定,土壤懸濁液為水土質(zhì)量比1∶2.5;土壤全碳和全氮采用元素分析儀(VarioMACROcube,Elmentar)測定;土壤銨態(tài)氮采用靛酚藍比色法測定,硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法測定;土壤全磷和有效磷采用鉬銻抗比色法。以上指標測定均參考鮑士旦1.4處理數(shù)據(jù)采用SPSS16.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析(One-WayANOVA),采用SNK法進行多重比較。2結(jié)果2.1不同林型對土壤放線菌數(shù)量的影響火炬樹單優(yōu)林與3種混交林的土壤微生物組成差異顯著(表2)?；鹁鏄鋯蝺?yōu)林細菌數(shù)量明顯高于各混交林,較火炬樹+刺槐林、火炬樹+麻櫟林、火炬樹+銀白楊林分別高出225%、86%、117%,3種混交林型間沒有顯著差異。各林型對土壤放線菌數(shù)量的影響差異顯著,其中以火炬樹單優(yōu)林放線菌數(shù)量最高,火炬樹+刺槐林最低,火炬樹+麻櫟林和火炬樹+銀白楊林之間沒有顯著差異。各林型土壤真菌數(shù)量差異不顯著(P>0.05)。2.2樹+麻櫟林、火炬樹+銀白楊林火炬單優(yōu)林與各混交林型的土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性差異顯著。火炬樹單優(yōu)林脲酶活性最高,較火炬樹+刺槐林、火炬樹+麻櫟林、火炬樹+銀白楊林分別高出65%、67%、45%(圖1)。磷酸酶活性,火炬樹+銀白楊林>火炬樹+刺槐林>火炬樹+麻櫟林>火炬樹單優(yōu)林(圖2)。過氧化氫酶活性,火炬樹單優(yōu)林明顯高于各混交林型,較火炬樹+刺槐林、火炬樹+麻櫟林、火炬樹+銀白楊林分別高出14%、8%、12%(圖3)。2.3火炬樹單優(yōu)林與混交林土壤養(yǎng)分因子的關(guān)系火炬樹單優(yōu)林與各混交林型的土壤pH值、全碳、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷的含量差異顯著(表3)。土壤pH值,以火炬樹+銀白楊林最高,火炬樹單優(yōu)林次之,火炬樹+刺槐林和火炬樹+麻櫟林最低。土壤養(yǎng)分因子方面,土壤全碳、全氮、硝態(tài)氮、全磷的含量,火炬樹單優(yōu)林均明顯高于各混交林。其中,火炬樹單優(yōu)林全碳較火炬樹+刺槐林、火炬樹+麻櫟林、火炬樹+銀白楊林分別高出71%、38%、27%;全氮較上述混交林分別高出67%、59%、52%;硝態(tài)氮含量,火炬樹單優(yōu)林分別為上述混交林的2.9倍、11.7倍、5.8倍;全磷較上述混交林分別高出37%、14%、37%。另一方面,火炬樹單優(yōu)林銨態(tài)氮含量明顯低于各混交林型,較火炬樹+刺槐林、火炬樹+麻櫟林、火炬樹+銀白楊林分別降低80%、94%、69%。各林型有效磷含量差異不顯著(P>005)。3討論3.1火炬樹入侵對不同林型土壤微生物的影響植物與土壤之間的相互作用在決定植物的競爭力以及分布格局中起到重要作用,是植被生態(tài)學的熱點研究領(lǐng)域本研究中,火炬樹單優(yōu)林土壤微生物數(shù)量,如土壤細菌、放線菌等,顯著高于其他林型,這與前期對火炬樹凋落物化感物質(zhì)對土壤微生物性質(zhì)的影響研究結(jié)果3.2火炬樹入侵對不同林型土壤酶活性的影響土壤酶是存在于土壤中的具有生物活性的蛋白質(zhì),參與碳、氮、磷等元素的循環(huán),在土壤生態(tài)過程中發(fā)揮重要作用脲酶參與土壤氮素的分解轉(zhuǎn)化,為植物和微生物生長提供氮源。在本研究中,土壤脲酶的活性以火炬樹單優(yōu)林為最高,可見火炬樹同紫莖澤蘭(Ageratinaadenophora)磷酸酶能夠催化土壤有機磷化合物的分解反應,其活性高低直接影響土壤有機磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性在生物體(包括土壤)中,過氧化氫酶的作用在于破壞對生物體有毒的過氧化氫。它可以表示土壤氧化過程的強度,而土壤氧化過程的強度又形成了與土壤有機質(zhì)合成及其有效性有關(guān)的土壤動力學現(xiàn)象,所以過氧化氫酶活性與土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化速度密切相關(guān)3.3火炬樹對土壤養(yǎng)分含量的影響外來植物入侵對土壤養(yǎng)分含量的影響有不同格局,其中很多外來植物被證明具有改善土壤有效養(yǎng)分的能力,從而為自身生長提供有利條件,如入侵新西蘭的綠毛山柳菊(Hieraciumpilosella)另外,火炬樹入侵顯著提高土壤硝態(tài)氮含量的同時,明顯降低了土壤銨態(tài)氮含量。有研究發(fā)現(xiàn),一些外來入侵植物周圍土壤硝態(tài)氮含量高,比如Kourtev等4火炬樹入侵對不同立地條件下土壤微生物群落組成、土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量的影響外來入侵植物與土壤之間的相互作用是影響外來植物入侵力和生態(tài)系統(tǒng)可入侵性的一個重要方面,目前有關(guān)研究已成為植被生態(tài)學與入侵生態(tài)學的研究熱點。本研究比較了火炬樹單優(yōu)林與火炬樹入侵形成的常見闊葉混交林型的土壤性質(zhì)差異。結(jié)果表明,火炬樹入侵對土壤微生物群落組成、土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量均有顯著影響?；鹁鏄淙肭挚梢愿淖兺寥郎鷳B(tài)系統(tǒng)的微生物組成和土壤酶活性并影響土壤相關(guān)營養(yǎng)元素循環(huán)。研究證實,外來植物火炬