（水土保持与荒漠化防治专业论文）华北土石山区典型植物群落土壤健康评价.pdf

西南大学硕士学位论文 摘要 华北土石山区典型植物群落土壤健康评价 水土保持与荒漠化防治专业硕士研究生：钱登峰 指导教师：史东梅副教授 杨立文研究员 周金星副研究员 摘要 土壤健康是陆地生态系统健康的基础，保持和改善土壤健康状况，对人类生存及可持续 发展至关重要，深入开展土壤健康研究对维持陆地生态系统健康具有十分重要的意义本文 选择华北土石山区典型植物群落人工侧柏林、人工油松林和灌丛为研究对象，在分析典型植 物群落物种多样性、土壤理化性质和生物学性质( 土壤呼吸) 的基础上。初步评价土壤健康状 况。应用主成分分析法对华北土石山区典型植物群落土壤健康状况进行综合评价，筛选和确 定土壤健康评价指标。主要研究结果如下： ( i ) 侧柏群落物种多样性指数h ( 2 4 8 2 ) 、d ( 0 8 9 9 ) 、j ( t 6 3 5 ) 与油松群落物种多样性指 数h ( 2 5 0 9 ) 、d ( o 8 9 2 ) 、j ( 1 6 0 0 ) 相当。灌丛群落由于特殊的环境条件，造成物种多样性指数 较低( h 1 7 7 0 、d o 7 7 3 、儿0 7 0 ) 。 ( 2 ) 典型植物群落土壤粒级主要分布在0 0 2 0 0 0 2 m m 。表层土壤容重、田间持水量、 饱和含水量以灌丛群落最大，其值分别为i 1 4 0 9 c m 3 、3 1 2 4 0 、“4 6 0 ；丽侧柏群落最小， 各指标值为1 0 5g c m 3 、2 1 5 2 0 0 0 、3 6 8 1 0 0 0 深层土壤性质变化规律没有表层土壤明显，灌丛 群落土壤容重、田间持水量、饱和含水量最大，其值分别为1 3 8 0g c m 3 、2 3 6 8 0 、4 0 9 9 0 0 4 ： 而侧柏群落最小，各指标值为1 4 5 0g c m 3 、1 8 5 6 0 、3 2 0 8 。从土壤物理性质看，侧柏群落 土壤状况最好。 ( 3 ) 捌柏群落表层土壤有机质含量最高，灌丛次之，油松群落最差，其值分别为3 9 0 9 k g 、 3 2 0 9 k g ，1 2 0 9 k g ；土壤表层全磷含量的大小顺序为：灌4 ( 0 0 3 1 9 k g ) 油松群落( o 0 2 7 9 k g ) 侧柏群落( o 0 2 9 k g ) ：碱解氮、速效磷含量表现为侧柏群落( 8 5 6 0 7 m g k g 、3 6 8 2 m g k g ) 灌丛 群落( 8 5 0 7 4 m g k g 、1 6 9 5 m g k g ) 油松群落( 4 3 5 1 6 m g k g 、1 4 0 9 m g k g ) ：全钾含量依次为油松 群落( 2 1 7 3 3 9 k g ) 侧柏群落( 2 1 2 3 3 9 k g ) 灌丛群落( 1 9 6 1 4 9 k g ) ：速效钾含量依次为灌丛群落 ( 1 0 9 5 0 m g k g ) 松群落( 9 7 0 3 m g k g ) 侧柏群落( 9 5 ，0 m g k g ) , 阳离子交换量侧柏群落( 1 9 3 8 0 m e 1 0 0 9 ) n 显大于灌丛( 9 7 4 0m e n 0 0 9 ) ，油松群落最小( 3 2 5 0m e 1 0 0 9 ) 通过土壤养分指标分 析，侧柏群落的土壤健康状况最好。油松群落和灌丛群落土壤比较差。 ( 4 ) 华北土石山区典型植物群落土壤呼吸速率具有明显的日变化和季节变化动态，土壤 i 西南大学硕十学位论文 摘要 呼吸速率与土壤温度( o - - l o c m ) 变化一致，呼吸速率峰值出现在1 5 ：0 0 左右，最小值出现在 2 ：0 0 5 ：0 0 。季节变化动态与温度密切相关，而且与降水量关系密切。土壤呼吸速率季节变化 大小顺序为夏季( 3 1 4 6 u m o l m 2 s - 1 ) 秋季( 2 4 1 7 u m o l m a s - 1 ) 春季( 1 8 1 3 u m o l m 2 s 1 ) 冬季( o 2 5 8 u m o l m - 2 s 1 ) ，不同群落类型土壤呼吸速率表现为侧柏群落( 2 6 4 2t m l o l m - 2 $ - 1 ) 灌丛 群落( 1 7 0 1u m o l m a s 1 ) 油松群落( 1 - 1 7 7 u m o l m - 2 s - 1 ) 。 ( 5 ) 通过主成分分析法筛选出l o 个华北土石山区土壤健康评价的主要指标( 总孔隙度、 有机质、全氮，全磷，速效氮。速效钾，土壤p h 值，土壤呼吸速率、指数d ，指数j ) 本 研究对华北土石山区土壤健康进行综合评价，结果为：侧柏群落土壤综合得分2 3 6 5 。油松群 落土壤综合得分- 1 4 4 8 ，灌丛群落土壤综合得分- o 9 1 7 。表明华北士石山区典型植物群落土壤 健康优劣顺序为侧柏群落 灌丛群落 油松群落。 关键词：土壤健康植物群落评价华北土石山区 西南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t s o i lh e a l t hi st h eb a s eo ft e r r e s t r i a le c o s y s t e m sh e a l t h k e e p i n ga n di m p r o v i n gs o f th e a l t hi s c r u c i a lf o rh u m a ns u r v i v i n ga n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i sp a p e rc h o s et h em a i np l a n t e o n n n u n i t i e si nr o c k ym o u n t a i na r e ao fn o r t hc h i n aa sr e s e a r c ho b j e c ti n c l u d i n ga r t i f i c i a lp i n u s ， a r t i f i c i a lp l a t y e l a d u sa n ds h r u b l a n d gb a s e d0 1 1t h ea n a l y s i so fp l a n td i v e r s i t yo ft h em a i np l a n t c o m m u n i t i e s ，s o i lp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t ya n db i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c ( s o i lr e s p i r a t i o n ) ，w e e v a l u a t e dt h es o i lh e a l t hp r e l i m i n a r y u s i n gt h em e t h o do f m a i ni n g r e d i e n ta n a l y s i st oe v a l u a t es o i l h e a l t ho ft h em a i np l a n te o m m t m i t i e sc o m p r e h e n s i v e l y w es e l e c t e dt h ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r so fs o i l h e a l t hi nr o c k ym o u n t a i na r e ao f n o r t hc h i n a t h em a i nc o n c l u s i o n sa l a sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep l a n td i v e r s i t yi n d e xo fa r t i f i c i a lp l a t y e l a d u sh ( 2 4 8 2 ) 、d ( o 8 9 9 ) 、j ( 1 6 3 5 ) w a s c l o s e dt ot h ea r t i f i c i a lp i n u sh ( 2 5 0 9 ) ，d ( 0 。8 9 2 ) 、j ( 1 6 0 ) b e c a u s eo ft h es p e c i a le n v i r o n m e n t c o n d i t i o n , t h e s h r u b l a n d s h a d l o w e r p l a n t d i v e r s i t y i n d e x ( h l l 7 7 0 、d o 7 7 3 、j 1 0 7 ) ( 2 ) t h es o i lv a r i o u sp a r t i c l e so ft h em a i np l a n tc o m m u n i t i e sa r r a n g e df r o m0 0 2 r o n a t o 0 0 0 2 r r a n t h ev a r i a t i o n g u l a r i t yo fs u b s o i lp r o p e r t y i n v i s i b l ec o m p a r e dt ot h e $ 1 1 r f a c cs o i l t h es o i lb u l kd e n s i t y 、f i e l dc a p a c i t ya n ds a t u r a t e dw a t e rc o n t e n ti ns u b s o i lo f 曲r u b a n d sw a st h e h i g h e s t , a n d t h ev a l u e w 1 3 8 0 耐、2 3 6 8 、4 0 9 9 , w h i l e t h e v a l u e o f a r t i f i c i a l p l a t y e l a d u s w a s t h e l o w e s t ( 1 4 5 0 9 c r a 、1 8 5 6 、3 2 0 8 、s e e i n g f r o ms o i l p h y s i c a l p r o p e r t y , t h e s o i lc o n d i t i o n o f a r t i f i c i a l p l a o , e l a d u si sb e s t ( 3 ) t h eo 喀a n i cm a t t e rc , o n t e ! i l to ，a r t l f i c i a lp l a t y e l a d u s , s h r u b l a n d s , a r t i f i c i a lp i n u sw a s 3 9 ，o g m g 3 2 o g 厥g 、1 2 0 9 k gr e s p e c t i v e l y t h et o t a lpi ns 1 1 r f h s o i lw e r a n k e di nd e c r e a s i n gt r e n d 髓s h r u b l a n d s ( o 0 3 l g k g ) a r t f i c i a p i n u s ( 0 0 2 7g k g ) a r t i f i c i a lp l a t y e l a d u s ( o 0 2g k g ) t h e a v a i l a b l en 、pw e r er a n k e di nd e c r e a s i n gt r e n da sa r t t f t c i a l p l a t y e l a d u s ( 8 5 6 0 7 m g k g 、3 6 8 2 m g k g ) s h r u b l a n d s ( 8 5 0 7 4 m g k g 、1 6 9 5 m g k g ) a r t i f i c i a l p i n u s ( 4 3 5 1 6 m g k g ，1 4 0 9 m g k g ) t h et o t a lk w a sr a n k e di nd e c r e a s i n gt r e n da sa r t i f i c i a l p m ( 2 1 7 3 3 9 k g ) a r t i f l c i a l p l a t y e l a d u s ( 2 1 2 3 3 9 k g ) 曲6 缸n 凼( 1 9 6 1 4 9 k g ) t h ea v a i l a b l ekw a sr a n k e di nd e l s i n gt r e n d s h r u b l a n d s ( 1 0 9 5 0 m g l k g ) a r t i f i c i a lp i n u s ( 9 7 0 3 m g k g ) a r t i f i c i a lp 砷e l a d u s ( 9 5 o m g k g ) t h ec a t i o n i c e x c h a n g ec o n t e n tw r a n k e di nd e c r e e i n gt r e n da sa r t i f i c i a l 肋驰蛔抽( 1 9 3 8 0m e 1 0 0 9 ) l 如6 缸n 出( 9 7 4 0m e 1 0 0 9 ) a r a f i c i a lp i n u s ( 3 2 5 0m e 1 0 0 9 ) t h r o u g ht h ei n d e xa n a l y s i so fs o i l n u t r i e n t , t h es o i lh e a l t hc o n d i t i o no fa r n f i c i a lp l a t y e l a d u si sm u c hb e t t e rt h a na r t i f i c i a lp i n u sa n d 幽r u b l a n d s 。 ( 4 ) t h es o i lr e s p i r e a t i o nr a t eo f m a i np l a n tc o m m u n i t i e si nr o c k ym o u n t a i n2 r c ao f n o r t hc h i n a h a dv i s i b l ed i u r n a la n ds e a s o n a ld y n a m i cc h a n g e t h es o i lr e s p i r e a t i o nv a r i e da l o n gw i t hs o i l t e m p e r a t o r e ( 0 1 0 c m ) t h ep e a l cv a l u eo fs o i lr e s p i r e a t i o nr a t ea p p e a r e da t1 5 ：0 0a a dt h em i n i n l l l n l v a l u ea p p e a r e da t2 ：0 0 5 ：o o - t h es e a s o n a ld y n a m i cc h a n g ei sc l o s e dt ot e m p e r a t u r ea n d p r e c i p i r a t i o n s t h es o i lr e s p i r e a t i o nr a t eo fs e a s o n a lc h a n g ew a sr a n k e di nd e c r e a s i n g t r e n du s s u m m e r ( 3 1 4 6u m o l m - 2 s - ) a u t u n m ( 2 4 1 7u m o l m 2 s 1 ) s p r i n g ( 1 8 1 3u m o h n 2 s 一1 ) w i n t e r ( 0 2 5 8 u m o l m 2 s ) t h es o i l 4r e s p i r e a t i o nr a t eo fd i f f e r e n tp l a n tc o m m u n i t i e se x h i b i ta m f i c i a l 西南大学硕+ 学位论文 a b s t r a c t p l a t y e l a d u s ( 2 6 4 2n m o l m - 2 s 1 ) a h r u b l a n d a ( 1 7 0 1u m o i m 2 s - i ) a r t i f i c i a l p i n u s ( 1 1 7 7 u m o l m - 2 s - 1 1 ( 5 ) i no r d e rt oe v a l u a t es o i lh e a l t hi nr o c k ym o u n t a i na r e ao fn o r t hc h i n ac o m p r e h e n s i v e l y ，w e s e l e c t e dt e nm a i ne v a l u a t i o ni n d i c a t o r s ，i n c l u d i n g ( s o i lt o t a lp o r o s i t y , o r g a n i cm a t t e rc o n t e n t , t o t a l n 、p a v a i l a b l en 、k p h ，s o i lr e s p i r e 撕r a t e ，r i c h n e s s ，e v 咄鹤i n d e x ) t h eo o m p r e h e n s i v es c o r e w a s n l 【e di nd e c m a s i l l gh d m 叫钮 酣p l a t y e l a d u s ( 2 3 6 5 ) p i n u ss h r u b l a n d s ( - o 9 1 7 ) a r l i f i c i a l p i n u s ( - 1 4 4 8 ) k e y w o r d s ：s o hh e a l t h p l a n tc o m m u n i t i e sa s s e s s m e n tr o c k ym o u n t n i na r e lo f n o r t hc h i n a 独创性声明 学位论文题目：堡j 匕五山区基型撞堑登蕴竖健鏖迁俭 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者：葛棒摒 签字日期： 。净i 月i o 日 l l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 晕霾觳器喜张翻髟矿。导师叛怂弋 学位论文作者签名：初程髟嘞导师签名：k 。：) 签字日期：濞6 。月怕日签字日期： ，、p 降b 月f o 日 学位论文作者毕业后去向： 7 i 工作单位： 通讯地址：邮编： 两南大学硕七学付论文 1 文献综述 1 1 土壤健康的概念 1 文献综述 土壤质量( s o f tq u a l i t y ) 和土壤健康( s o f th e a l t h ) 这两个词在学术界是一对同义词土壤 质量( s o i lq u a l i t y ) 和土壤健康( s o i lh e a l t h ) 的概念是随着人口对土地压力的增大，人类对土地资 源的过度开发利用导致土壤资源退化。可持续发展造成严重威胁，尤其是近年来人们就现有 土地管理实践对土壤物理、化学和生物学性质产生影响认识不断提高的背景下而形成与发展【“ 习。土壤健康一直以来都是土壤学领域科研工作者研究的热点问题，一般定义为：土壤在生态 系统的范围内。维持生物的生产力、保护环境质量以及促进动植物与人类健康行为的能力。 通常。科学家偏向于使用“土壤质量”。因为他们注重土壤的分析性和数量化的特征以及不 同土壤功能之间这些特征的量化联系；生产者倾向于使用“土壤健康”。并用描述性的和定 性的特征为基础，用直接的价值评断( 从不健康到健康) 来刻画其性质 3 1 。多数研究者认为土壤 质量与土壤健康这两个概念可以通用，在学术界一些学者强调土壤健康是因为他们将土壤看 成是行使整体功能的活跃和动态的有机体，另一些学者采用土壤质量术语，主要用于描述其 内在可计量的物理、化学和生物学特征，但多数学者更愿意使用土壤健康这一术语 4 1 国外从2 0 世纪9 0 年代初明确提出了土壤质量的概念，此后，关于土壤质量或土壤健康出 现了各种不同的看法p 6 1 。 美国土壤学会( 1 9 8 7 ) 把土壤质量定义为：由土壤特点或间接观测( 如紧实性、侵蚀性 和肥力) 推论的土壤的内在特性【”。 w h i t e 博士在一次土壤健康会议中建议将土壤健康定义为：反映出土壤作为一个生物系 统；说明土壤在景观中的基本功能；比较特定土壤对其在气候、景观和植被格局中独特 潜能的条件；设法能够提出有意义的趋势评价1 8 】。 p o w e r f 阳m y e r s ( 1 9 8 9 ) 认为土壤质量是土壤供养维持作物生长的能力，包括耕性、团聚 作用，有机质含量、土壤深度、持水能力、渗透速率、p h 变化、养分能力等。p o w e r s ( 1 9 9 2 ) 定义为：土壤长期持续生产安全营养的作物，提高人类和动物健康，并不破坏自然资源或环 境的能力吲。 l a r s o n 和p i e r c e ( 1 9 9 1 ) 把土壤质量定义为土壤在以下方面的物理，化学和生物的特征： 为植物生长提供生育的基质；调节和分配环境中水的运动；作为环境中有害化合物形 成、减少和退化的缓冲剃”。 d o r a n 和p a r k i a ( 1 9 9 4 ) 将土壤质量和土壤健康看成是相同的术语，从生产力、环境质量 和动物健康三个角度给土壤健康定义为：土壤在生态系统边界内行使维持生物生产力、改善 环境质量和促进植物和动物健康机能的能力f l ” 澳大利亚学者p a n k h u r s t 等( 1 9 9 5 ) 也采纳了d o r a n 和p a r k i n 的定义，并且指出土壤质量一土 壤健康的定义应包括持续的生物生产力、植物和动物健康水平的提高、环境质量的维持3 个部 分【1 2 1 我国学者曹志洪等( 2 0 0 1 ) 从土壤功能的角度将土壤质量定义为：土壤提供植物养分和 西南大学硕+ 学位论文1 文献综述 生产生物物质的土壤肥力质量，容纳、吸收、净化污染物的土壤环境质量，以及维护保障人 类和动植物健康的土壤健康质量的综合量度【l “。 以上各种土壤健康定义的共同之处在于均包含了土壤在目前和未来其功能正常运行的能 力，混淆之处在于无法确认土壤功能的主要内容这一问题于1 9 9 2 年在美国召开的土壤质量 会议上得到澄清，认为土壤的主要功能包括三个方面：一是生产力，即土壤提高植物和生物 生产力的能力；二是环境质量。即土壤降低环境污染物和病菌损害的能力；三是动物健康， 即土壤质量影响动植物和人类健康的能力”4 j 。 因此，目前国际上比较通用的土壤健康概念为：土壤生态系统维持生物生产力、改善环 境质量和促进动植物健康的能力。它深刻地影响植物、动物和人类的健康，并决定着农业、 林业的可持续发展和未来的环境质量。分为三个主要组成部分：一是土壤肥力质量；二是土 壤环境质量；三是土壤健康质量肥力质量主要强调土壤的可持续生产能力，以高产为主要 目标：环境质量则主要强调土壤中容纳和清除有害有毒物质的能力，以及对整个生态环境的 效应；健康质量则强调满足前两个条件下，土壤对人类健康和生活质量的影响，包括有毒和 有益物质两大类【l ”。 1 2 植物群落对土壤健康的影响 土壤是由固态、液态和气态三相物质构成的有机生命体，是植物群落的主要环境因子之 一，土壤的理化性质与植物群落组成结构和植物多样性有着密切的关系“”植被与土壤互为 环境因子的关系多年来一直是生态学家研究的热点。随着对土壤与植被之间关系研究的发展， 可用植被判别土壤的一系列特征。从土壤的总肥力看，可以把植物分为4 类：( i ) 富养植物， 在肥沃土壤上发育最好并具有最大的多度，它们是肥沃土壤的指示植物；( 2 ) 中养植物，多 分布于中等肥力的土壤上，例如莲子菜；( 3 ) 贫养植物，仅出现在贫瘠土壤上的植物，例如 分布于苏联欧洲部分和北欧一带的那杜草是典型的贫瘠土壤指示植物：( 4 ) 随遇广养植物， 在肥沃土壤、贫瘠土壤或中等肥力土壤上都可以出现，如灯心草。但土壤的肥沃性常与土壤 中硝酸盐的含量相联系。有些植物在含氮丰富的土壤上，可以达到最大的多度和体积；而在 含氮中等的土壤上很少；在缺氮的土壤上完全没有。例如西风古、骆驼蓬、大叶藜等，它们 可作为土壤中含氮丰富的指示植物i l 哪。 1 2 1 对土壤物理性质的影响 土壤的物理特性主要包括：( 1 ) 土壤的机械组成和土壤结构：( 2 ) 土壤的通气状况；( 3 ) 土壤的水分状况。植被对土壤物理健康的影响主要包括两个方面，一是对水稳性团聚体、孔 隙度、容重等土壤物理结构属性的影响，一是对土壤持水性能、水分有效性及入渗特征等土 壤物理功能属性的影响。 入渗是地表水渗入土壤的过程，是土壤水分循环的重要环节，土壤水分的来源，运动、 保持和贮存等都与土壤入渗有关。渗入土壤的水分也是植物根系吸收利用的重要来源；土壤 水分渗透在水分循环中的作用实际上是在地表径流和地下径流之间分配降水的过程；在土壤 水分渗透过程中渗透速度随着时间的变化比较明显，前期土壤水分含量、地表植被状况、土 2 西南大学硕+ 学位论文 1 文献综述 地利用方式，地面坡度等因素也都影响着降水或有压积水进入土壤的速度和数量，还决定着 地表径流的大小和土壤侵蚀强度的大小，不同植被类型不同土壤发生层次的入渗能力差异显 著。 对土壤的含水量与持水性的影响。植被类型主要是通过提高土壤有机质含量，改善土壤 结构，降低土壤容重和增加土壤毛管孔隙度等土壤物理特性对土壤的蓄水和持水性能产生作 用。地上植被覆盖率较高的土壤，在丰雨季节，储存水分较多，在干旱季节储存水分最好， 植被覆盖率低的土壤则相反 2 0 l 。杨小波等( 2 0 0 2 ) 对几种不同植被类型下土壤持水性能的研 究结果表明：灌丛、甘蔗和相思林持水较好，而桉树林地土壤含水量较差，木本植被型储水 顺序为：灌丛 相思林 木麻黄林 林下多植物的接树林 林下少植物的桉树林。植物生长 使根层土壤含水量下降，而且不同植物利用水的土层及利用土壤水的量不同。在干旱半干旱 地区，植被影响着降水在土层中的分布及地表的蒸散条件，使土壤有效水向浅层分配，而降 水在土壤不同深度的分配及入渗深度，决定着地表植被的生活型，从而影响地表植被的演替 方向及顶级类型1 2 l i 土壤水稳性团聚体的数量和组成决定土壤物理结构的稳定性，影响土壤的通气性和抗蚀 性，是土壤健康评价的重要指标之一。土壤的体积质量、通气度以及非毛管孔隙度、总孔隙 度等土壤物理性质决定土壤的通气性、透水性和植物根系的穿透性，是土体构造的重要指标。 植被对土壤物理结构性能的影响主要是通过增加土壤团聚体的含量而产生的，土壤团粒结构 的多少及其稳定性在很大程度上影响土壤的物理健康的状态或趋势2 ”j 。 植物生长过程中根系对土壤的穿插分割作用能使土体碎裂，形成裂隙。以及根系死亡分 解后形成的通道。可以增加土壤孔隙度。降低土壤容重，特别是增加非毛管孔隙度和深层土 壤的孔隙度，有利于土壤的气体交换和渗透性能的提高 植被每年形成的枯枝落叶以及死亡 根系分解后形成的有机质进入土体后使土体质地变轻；根系和其分泌物以及植被形成的有机 质能固结团聚土粒使其形成稳定的团粒结构。 在上述作用的基础上，土壤团聚体的大量形成使土壤结构进一步改善，土壤孔隙进一步 增加：改善土壤环境，土壤中微生物数目增加，进而可以加大对土壤的分解作用。伴随着土 壤容重的减小，土壤总孔隙度和活性孔隙度也明显增加。 1 2 2 对土壤化学性质的影响 土壤有机质是评价土壤化学健康的重要指标，它不仅能增强土壤的保肥和供肥能力，提 高土壤养分的有效性，而且可促进团粒结构的形成，改善土壤的透水性、蓄水能力及通气性， 增强土壤的缓冲性等。土壤有机质主要来源于植被凋落物和根系，分泌物及动物尸体，而土 壤中的动物和大多数微生物的作用主要是分解有机物质。土壤有机质含量随土层深度增加而 减小，由于植物种类、年龄，土壤类型不同，植物组织中所含的灰分及组成灰分的元素含量 均有显著差异，致使不同植被类型的土壤有机质含量也不相同，并且不同土层深度有机质含 量也不相同，表层最丰富，随着土层加深，有机质含量降低脚1 ( 1 ) 植被对土壤养分含量变化的影响 植物群落对土壤养分含量变化有明显影响。在植被作用下。土壤有机质、全氮、水解氮、 全磷、速效磷等向土壤上层富集，但不周植被对养分的影响不同。从土壤剖面来看。植被对o 3 西南大学硕士学位论文 1 文献综述 2 0 c m 土壤养分作用大于2 0 4 0 c m ；从植被生活型来看。草本对0 4 0 c m 土壤养分的提高作用 大于乔木和灌木。 土壤磷素主要来源于有机质和母质，土壤全磷含量与两者显著相关。近1 2 的土壤磷素以 有机磷的形态存在，其含量随土壤有机质的增加而增加。土壤速效磷的含量不严格与土壤全 磷量正相关，但与有机质含量呈极显著正相关。不同植被类型土壤速效磷增幅较小，土壤全 磷含量与物种多样性有一定关系。 土壤钾素可以分为水溶性钾、交换性钾和矿物钾，其中9 0 0 , 6 以上是矿物钾。土壤速效钾主 要包括水溶性钾和交换性钾，并以交换性钾为主体。土壤全钾的含量主要与母质类型有关； 土壤有机质中的含钾量较母质低很多，且易淋失，湿润地区还与成土过程的淋洗作用有关； 土壤含钾量与质地也有很大关系，因为粘粒具有吸附和固定钾的能力。土壤速效钾主要来源 于矿物钾的风化，与全钾的相关系数不高；土壤非交换性钾与交换性钾存在动态平衡，平衡 速度的快慢取决于粘粒矿物的种类；土壤交换性钾是交换性阳离子的组成部分，阳离子交换 量大，交换性钾的含量相应也大，但交换性阳离子的组成也影响钾的有效性【2 6 】。 土壤微量元素与土壤有机质关系密切，提高土壤有机质含量水平，可提高土壤微量元素 的有效性在林地土壤富含有机质的情况下，混交林可改善林地土壤微量元素状况。在落叶 松人工林不同发育阶段下，根际土壤有效铜和有效铁的含量。从幼龄林到中龄林先降低，后 随年龄的增加而增加，而非根际土壤有效铜和有效铁、根际与非根际土壤有效锌随年龄的增 加而降低。 ( 2 ) 对土壤p h 值的影响 土壤微生物的活动，土壤矿质营养元素的转移，以及土壤发生过程中的元素迁移都和土 壤p h 值有关不同类型植被的生长、发育与演替都有适宜的p h 值范围，超出这一范围。植物 将受到不良影响。土壤的p h 值是由母质、生物，气候以及农林业措施条件所综合控制的地 带性土壤的成土母质对土壤酸碱性的影响最明显在自然植被的覆盖下，有机质的积累和分 解也影响土壤盐基组成，从而影响土壤的酸碱性。由于枯枝落叶的分解会产生有机酸，因此 荒地的p o 值均比有植被覆盖土壤的p h 值稍高。 1 2 3 对土壤生物学性质的影响 ( 1 ) 对土壤微生物的影响 土壤微生物包括细菌、真菌、放线菌、藻、原生动物和病毒，是构成土壤及整个生态系 统的重要部分，其空间分布特征决定了植物与土壤之问作用的大小不同植被类型、不同植 物群落或同一群落不同发育阶段下，对土壤微生物有不同的生态效应。 植物多样性对土壤微生物的影响 植物多样性通过增加枯枝落叶的多样性，土壤微环境的不同成分，或从植被流入土壤的 能量和物质的不同来影响土壤微生物。地上的生物数量随着植物物种丰富度的增加而增加， 从而也提高流向土壤的微生物数量。植物物种丰富度的减少直接影响微生物，一个原因可能 是资源异质的减少。植物多样性直接影响分解者的另一个方式可能是通过在时间和空间上提 供酶作用物，该作用物在低物种多样性上比相对高的物种多样性是更不调和，所以能有助于 每单位土壤较低的微生物生物量。 4 西南大学硕士学位论文1 文献综述 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼目皇詈皇r a m 曼曼! 曼量曼鼍曼曼鼍曼曼曼量舅曼! 墨詈鼍曼曼曼量暑曼曼置量詈曼曼曼皇曼蔓量曼曼曼曼曼曼曼量| 曼曼曼皇岂曼曼曼量 不同生态系统对土壤微生物的影响 不同生态系统的土壤中，微生物的数量、种群组成和活性有相当大的差异土壤微生物 大多以有机异养型为主，而土壤中的有机物却主要以不能直接利用的腐殖质的形式存在，并 且这些腐殖质在土壤中的分解速度很慢，因而，能量不足是限制土壤微生物生长与活性的主 要因素。草本植物地上部分生长量大，可为土壤微生物提供大量凋落物，并且根系发达，密 集于土壤表层，根系的分泌物和死亡的根更是微生物丰富的能源物质。 相同植物不同阶段对土壤微生物的影响 同种植物在它的不同发育阶段对土壤微生物都存在不同的影响，微生物数量和微生物种 类都有很大的不同： 植物根系分泌物对土壤微生物和酶的影响 植物根系分泌物是在一定的生长条件下，活的且未被扰动的根释放到根际环境中的有机 物的总称。根系分泌的有机物中，可溶性物质包括碳水化合物、氮基酸和有机酸，天然化合 物中有肽、维生素、核苷酸、脂肪酸和酶类等。不同植物及同种植物在不同的发育阶段根系 分泌物的种类与数量均有差异。根系分泌物不仅为根际微生物提供所需的能源，而且直接影 响其数量和种群结构。此外，对微生物的生长和代谢也有一定的影响。这些影响有时起到促 进作用，有时是抑制作用。 植物根系分泌物是土壤酶的重要来源。植物根系分泌物还可为根际生物提供氨基酸、糖 类及维生素等养料，改善了根系微生态环境，间接提高了土壤酶活性。此外，植被类型、生 长量与土壤酶活性密切相关，植物分泌胞外酶，刺激微生物分泌酶，也可通过对土壤动物和 微生物区系的作用而间接影响到土壤酶活性。徐秋芳等( 2 0 0 2 ) 对马尾松林、毛竹林和杉木 林3 种林分土壤的酶活性的研究结果表明。毛竹林土壤的蔗糖酶和磷酸酶活性显著高于马尾松 林和杉木林。土壤中酶的活性与植物生长过程和季节性的变化亦有一定的相关性。在作物生 长最旺盛的时期，酶的变化也最为活跃 2 7 1 对土壤动物的影响 土壤动物是指终生或某一发育阶段在土壤中度过且对土壤有一定影响的动物。不同植被 类型对土壤动物群落多样性的影响也不同。土壤动物的多样性与丰富度、均匀度呈正相关， 与优势度呈负相关 对土壤呼吸的影响 土壤呼吸是土壤微生物活性和土壤肥力的一个重要指标，是土壤碳流通的一个重要过程， 也是陆地生态系统碳循环的一个关键部分，对研究全球变化有非常重要影响【2 删土壤呼吸 是当前碳循环研究领域中的一个热点问题，而且目前土壤呼吸已经成为陆地生态系统中向大 气释放c 锡最大的源p ”4 j 。土壤呼吸量与植物群落生长之问的关系进行分析比较。是理解森林 生态系统碳素平衡的核心。植物群落对土壤呼吸的影响是多方面的： a 植被类型 植被类型不周土壤温度、湿度、土壤有机质含量和p h 值等生态环境因子各不相同，因 而土壤呼吸的强度也不同。另外，不同植被的凋落物的质量和储量、纤维素含量也不样， 这都会影响土壤表层微生物或真菌进行异氧呼吸的分解时间。植被覆盖度不同还会影响土壤 的湿度和温度，进而间接影响着土壤呼吸。就植被根系来说，根系的密度、分布深度也会影响 5 西南大学硕七学位论文1 文献综述 根系的呼吸强度植被类型发生变化，则土壤与大气之间的c o ：通量也会发生变化。这是由于 不同植被类型间的碳循环方式的不同造成的；相对于森林，灌木植被会把大部分的光合产物分 配到根系，尤其在高寒地区更是如此；针叶林有着比阔叶林较为缓慢的碳循环周期，而造成 这种结果的部分原因是松柏林和阔叶林之间凋落物的质量不同r a i c h 等( 2 0 0 0 ) 总结了许多研 究成果后指出，在全世界范围内，典型热带低洼森林、温带森林和热带草原有着最高的土壤呼 吸强度；其次是耕作的农田、温带草原和寒带森林：沙漠灌木丛、沼泽和湿地以及苔原有着 最低的土壤呼吸速度m 】。随后，m o s c a t e n imc 比较了不同植被类型下的土壤呼吸速度差异。 在他的比较中，草地的土壤呼吸速度最大，其次是森林，最后是农田根系呼吸在土壤总呼 吸中占有很大的比例p q ，死根及根系分泌物也可以直接影响土壤中有机质的含量，从恧影响 土壤的物理化学性质。研究发现，土壤呼吸和根系生物量之间呈正相关【”捌各类生态系统 中根系呼吸占土壤总呼吸的比例大致为：苔原带5 0 9 3 ，温带森林4 0 5 0 ，草地 1 7 6 0 p 叫。在温带混交林中，对温度最为敏感的土壤呼吸部分是根系和根际衍生物产 生的呼吸【叼。叶面积指数是衡量植被覆盖度的一个指标不仅与植被类型有关而且反映了植 被的生物生产力状况。叶面积指数大小可以直接影响到植被覆盖下土壤的微气候，也是影响 植被碳固定的重要因素。叶面积指数的季节性变化会导致土壤c 0 2 通量模式的变化，s i m s 等选 取2 0 天的日平均土壤c 0 2 通量值和同时测量的叶面积指数值进行线性回归后发现有显著的相 关性1 4 l l 。f r a n k 发现，日平均土壤c 0 2 通量与叶面积指数和生物量的年变化趋势一致，而且有 很好的正相关关系 4 2 1 凋落物层作为生态系统中独特的结构层次。它对生态系统的环境、土 壤和植被均有一定的塑造作用。首先，凋落物层的微生物控制着土壤中的主要的生物化学过 程。表层土壤最具生物活性，表层土壤较下层土壤经历着更为剧烈的温度和湿度变化，而且 更容易受到分解物和根系分泌物的影响。其次，凋落物作为土壤有机质输入的主要来源，是 真菌或微生物进行生命活动的物质基础，而且对土壤的温度、湿度也会产生影响，进而影响 到土壤呼吸草地生态系统地表凋落物层有减缓土壤向大气排放c 0 2 的作用。而r a i c h 等发现， 近熟林土壤呼吸随着凋落物的增加而增加，除去表层的凋落物或有机质层也会使土表层的呼吸 减弱进而影响土壤呼吸总量。在德国东部的斐克特高原的挪威云杉林中，移除凋落物层以后 土壤呼吸呈明显减少的趋势咿】。 b 根系生物量 根系呼吸在土壤总呼吸中占有很大的比例，死根及根系分泌物也可以直接影响土壤中有 机质的含量，从而影响土壤的物理化学性质。研究发现，土壤呼吸和根系生物量之间呈正相 关。 c 叶面积指数 叶面积指数是衡量植被覆盏度的一个指标，不仅与植被类型有关，而且反映了植被的生 物生产力状况。叶面积指数大小可以直接影响到植被覆盖下土壤的微气候，也是影响植被碳 固定的重要因素。f r a n k 发现。日平均土壤c o ：通量与叶面积指数和生物量的年变化趋势一致， 而且有很好的正相关关系。叶面积指数的季节性变化会导致土壤c 0 2 通量模式的变化m 1 s m s 等选取2 0 天的日平均土壤c 0 2 通量值和同时测量的叶面积指数值进行线性回归后发现有显著 的相关性。 d 凋落物 6 西南大学硕士学位论文 1 文献综述 凋落物层作为生态系统中独特的结构层次，它对生态系统的环境、土壤和植被均有一定 的塑造作用。首先，凋落物层的微生物控制着土壤中的主要的生物化学过程。表层土壤最具 生物活性，表层土壤较下层土壤经历着更为剧烈的温度和湿度变化，而且更容易受到分解物 和根系分泌物的影响。其次，凋落物作为土壤有机质输入的主要来源，是真菌或微生物进行 生命活动的物质基础，而且对土壤的温度、湿度也会产生影响，进而影响到土壤呼吸。草地 生态系统地表凋落物层有减缓土壤向大气捧放c 0 2 的作用。而r a i c h 等发现，近熟林土壤呼吸 随着凋落物的增加而增加，除去表层的凋落物或有机质层也会使土表层的呼吸减弱进而影响 土壤呼吸总量一j 。 1 3 土壤健康评价的基本问题 1 3 1 评价尺度与指标度量标准 土壤性质具有复杂的时间和空间变异性，性质变异影响着对土壤健康的评价。不同的时 间和空间尺度下，对土壤健康的要求也不尽相同。土壤健康评价必须确定合适的时间和空间 尺度。 1 3 1 1 土壤健康评价尺度 ( 1 ) 时间尺度 土壤性质并非固定不变，外部因子的变化都可能导致土壤性质发生变化，土壤内部各种 因子的相互作用也增强了土壤性质的变化。根据土壤性质随时间变化的速率和频度可以区分 为“短期的”、“动态的”和“长期的”、“静态的”。p a p e n d i c k ( 1 9 9 4 ) 等认为土壤健康评价应该是土 壤“动态”和“静态”属性的混合( 4 6 1 。c