陶吉楊，譚軍利，2，3，鄭飛龍，王西娜，張維江，2，3

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021；2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心,寧夏 銀川 750021；3.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750021；4.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

寧南山區(qū)水土流失和土壤退化問題嚴(yán)重，適宜的植被恢復(fù)措施可以保持水土、改善生態(tài)環(huán)境[1]，建設(shè)水源涵養(yǎng)林是當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)恢復(fù)重建的重要途徑之一。在生態(tài)恢復(fù)過程中，植物與土壤相互影響、互相協(xié)調(diào)，逐漸形成了生態(tài)功能側(cè)重不同的土壤生態(tài)系統(tǒng)[2]。一方面植被的生長(zhǎng)離不開土壤中的養(yǎng)分，另一方面不同植被類型所攜帶的化學(xué)成分、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、微生物代謝活動(dòng)勻不同，推動(dòng)著土壤養(yǎng)分狀況朝不同的方向發(fā)展[3]。土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生都離不開土壤水解酶，通過酶的催化作用，土壤養(yǎng)分有效性增強(qiáng)，從而更容易被植物吸收利用[4]。劉飛渡等[5]在對(duì)亞熱帶紅壤丘陵區(qū)不同人工林型與自然恢復(fù)地的對(duì)比研究中發(fā)現(xiàn)，人工林土壤脲酶、酸性磷酸酶活性高于自然恢復(fù)地。此外，楊君瓏等[6]通過對(duì)六盤山移民遷出區(qū)7種水源涵養(yǎng)林的研究發(fā)現(xiàn)，在不同林地中土壤酶活性也存在差異，具有喬木針闊混交的林地中磷酸酶和脲酶活性最高。土壤酶作為土壤微生物活動(dòng)的產(chǎn)物，其差異的產(chǎn)生主要是由于不同植被類型下土壤微生物量、區(qū)系組成以及代謝過程改變而引起[7]。良好的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)不僅有利于土壤結(jié)構(gòu)的形成與改良，還可以促進(jìn)土壤有毒物質(zhì)降解等，而其多樣性下降對(duì)土壤的可持續(xù)利用有負(fù)面影響[8-9]。胡嬋娟等[10]研究發(fā)現(xiàn)，刺槐作為一種固氮樹種其土壤中的微生物多樣性十分豐富。除此之外，隨土層加深土壤微生物數(shù)量減少，在微生物活動(dòng)頻繁的表層土壤養(yǎng)分含量更為豐富[11]。不同植被恢復(fù)模式對(duì)土壤酶活性、土壤微生物與土壤養(yǎng)分產(chǎn)生了不同的影響，呈現(xiàn)出不同的土壤生態(tài)功能。

由于特殊的地理位置以及氣候條件，寧南山區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù)的初衷是涵養(yǎng)更多的水源，大多數(shù)學(xué)者關(guān)注其水文方面的功能，忽視了植被恢復(fù)對(duì)土壤生態(tài)功能的潛在影響。盡管也有學(xué)者專注于森林土壤酶活性、微生物多樣性以及土壤養(yǎng)分方面的研究，但對(duì)于寧南山區(qū)植被恢復(fù)模式對(duì)土壤性質(zhì)影響的定向研究較少，不同植被恢復(fù)對(duì)土壤肥力以及土壤微生物的影響還不明確。本研究采用 Illumina-Miseq高通量測(cè)序并結(jié)合生物信息學(xué)方法，研究不同植被恢復(fù)模式下土壤主要酶(脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶)活性、細(xì)菌和真菌群落組成、土壤養(yǎng)分的差異，探究植被恢復(fù)對(duì)土壤性質(zhì)的影響，揭示不同植被恢復(fù)模式下土壤生態(tài)功能的差異，為寧南山區(qū)通過人工造林進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)建設(shè)提供理論依據(jù)[12]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于寧夏回族自治區(qū)固原市涇源縣六盤山鎮(zhèn)海子流域(106°14′24.4″E，35°36′31.0″N)，面積2.3 km2，屬于黃土高原溝壑區(qū)第二副區(qū)。地勢(shì)西北高東南低，海拔高度2 186～2 835 m。多年平均氣溫5℃，多年平均降水量602 mm，夏季溫?zé)岫嘤辏竞涓稍?，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。地形溝壑縱橫，土壤以黑壚土為主，腐殖質(zhì)較多，抗侵蝕能力差。自2000年退耕還林以來，植被蓋度明顯提高，分布有大面積的落葉松、人工油松、天然沙棘等。

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置與樣品采集

于2019年7月在研究區(qū)域選擇7 a生油松(PinustabuliformisCarr.)、落葉松(Larixgmelinii(Rupr.) Kuzen.)、刺槐(Robiniapseadoacacia)和相同退耕年限的荒地，不同植被恢復(fù)模式樣地基本情況如表1所示。在每種植被恢復(fù)模式的樣地中設(shè)3個(gè)10 m×10 m的樣方，每個(gè)樣方中隨機(jī)選取3處具有代表性的取樣點(diǎn)，刨開表面枯落物與草本植物，用土鉆分別鉆取0～15 cm、15～30 cm土層根際土壤，將同一土層3個(gè)取樣點(diǎn)的土混合均勻作為1個(gè)樣品，去掉石礫與動(dòng)植物殘?bào)w，裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室平均分成兩份，一份自然風(fēng)干用于土壤養(yǎng)分、酶活性的測(cè)定，另一份立即過2 mm篩用于土壤微生物多樣性測(cè)定，每個(gè)樣品測(cè)3次。

表1 不同植被恢復(fù)模式樣地概況表

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分 全氮-凱氏定氮法、全磷-鉬銻比色法、堿解氮-擴(kuò)散法、速效磷-NaHCO3提取法、速效鉀-NH4AC-火焰光度法、有機(jī)質(zhì)-K2Cr2O7容量法等具體方法參照《土壤農(nóng)化分析》[13]，pH采用意大利HANNA公司HI2221型pH/ORP測(cè)定儀測(cè)定，電導(dǎo)率采用上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司雷磁DDS-307A型電導(dǎo)率儀測(cè)定。

1.3.2 土壤酶活性(在不同的培養(yǎng)時(shí)間、溫度、基質(zhì)下進(jìn)行土樣培養(yǎng)測(cè)定) 土壤脲酶-苯酚鈉-次氯酸鈉比色法、蔗糖酶-3，5二硝基水楊酸比色法、堿性磷酸酶-磷酸苯二鈉比色法、過氧化氫酶-高錳酸鉀滴定法具體方法參見《土壤與環(huán)境微生物研究法》[14]。

1.3.3 土壤微生物生物量(在真空干燥器中進(jìn)行氯仿熏蒸測(cè)定) 土壤微生物生物量碳-氯仿熏蒸-FeSo4滴定法、微生物生物量氮-氯仿熏蒸-凱氏定氮法具體步驟參見《土壤與環(huán)境微生物研究法》[14]。

1.3.4 土壤微生物多樣性 基于Illumina-HiSeq測(cè)序平臺(tái)(北京百邁克生物科技有限公司)，利用雙末端測(cè)序(Paired-End)方法，構(gòu)建小片段文庫(kù)進(jìn)行測(cè)序。根據(jù)對(duì)不同土壤樣本的OUT進(jìn)行分析，得到土壤微生物在界、門、綱、目、科、屬、種分類水平上的分析結(jié)果以及基于Alpha多樣性分析下各樣品在97%相似度水平下的物種多樣性指數(shù)。相關(guān)指數(shù)含義如下：

度量菌群豐度的指標(biāo)：ACE和Chaol

度量菌群多樣性的指標(biāo)：

Shannon指數(shù)：

H=-∑PilnPi

(1)

Simpson指數(shù)：

(2)

其中，Pi為第i個(gè)分類單元中個(gè)體占微生物總個(gè)體數(shù)量的比例。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用OriginPro 8繪圖。采用單因素方差分析(Duncan法)評(píng)價(jià)植被恢復(fù)模式間土壤養(yǎng)分、酶活性以及微生物多樣性的差異(P<0.05)，采用Pearson相關(guān)分析研究土壤微生物多樣性與土壤養(yǎng)分、酶活性的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被恢復(fù)模式下主要土壤酶活性

土壤酶對(duì)土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)具有催化效應(yīng)，在土壤C、N、P等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化中土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶起著舉足輕重的作用[15]。如圖1所示，在0～15 cm土層落葉松與油松的脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性均無顯著差異，兩者的蔗糖酶活性顯著低于刺槐，分別僅占刺槐的38%和42%，堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性較高，其中油松的堿性磷酸酶活性為刺槐的4.5倍，過氧化氫酶活性為荒地的3.1倍。刺槐的酶活性最接近荒地，蔗糖酶活性及其離散程度均最高。除脲酶和蔗糖酶活性外，荒地其他兩種酶活性均較低，說明在以草本為主的自然恢復(fù)模式中，草本植物的固氮作用強(qiáng)于木本植物，氮素周轉(zhuǎn)速度更快。

注:不同字母表示不同植被恢復(fù)模式間差異顯著(P<0.05)，下同。

在15～30 cm土層，落葉松與油松的4種酶活性均無顯著性差異，荒地的過氧化氫酶活性顯著低于其他3種人工植被恢復(fù)模式。與0～15 cm土層酶活性相比，刺槐的脲酶活性顯著提高了167%，油松的堿性磷酸酶活性降低了43.6%。土壤酶活性基本隨土層加深而降低，其中堿性磷酸酶的變化最為顯著，變化范圍由原來的1.03～4.63 mg·g-1·d-1變?yōu)?.21～2.61 mg·g-1·d-1，減小了61%。

2.2 不同植被恢復(fù)模式下土壤微生物生物量碳氮與微生物多樣性

微生物生物量與有機(jī)質(zhì)和氮素周轉(zhuǎn)密切相關(guān)，表征著土壤肥力以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，在有關(guān)土壤微環(huán)境的研究中通常作為一種生態(tài)學(xué)指標(biāo)[16-17]。如表2所示，荒地的微生物生物量C最低，隨土層加深，4種植被恢復(fù)模式的微生物生物量C減小，其中油松減小幅度最大為32.73%。油松的微生物生物量N最低，隨土層加深，落葉松的微生物生物量N顯著增高，含量達(dá)到了油松的6.16倍，而其他植被恢復(fù)模式的微生物生物量N都在減小。研究表明微生物生物量C/N比表征了單位重量土壤有機(jī)質(zhì)中微生物生物量碳與氮的比值，影響著微生物的群落結(jié)構(gòu)[18-19]。油松土壤微生物生物量C/N在0～30cm土層最高，說明這一恢復(fù)模式下土壤微生物生物量碳含量在微生物生物量中占比較大，微生物利用碳源的能力較強(qiáng)，也能更好地促進(jìn)N的礦化，有利于微生物多樣性發(fā)展。隨土層加深，油松和刺槐的C/N比顯著增大，落葉松、荒地有所減小?？偟膩碚f，人工植被恢復(fù)模式較自然恢復(fù)為微生物多樣性發(fā)展創(chuàng)造了更有利的條件。

表2 不同植被恢復(fù)模式下土壤微生物生物量C、N

如表3所示，在0～15 cm土層4種植被恢復(fù)模式土壤真菌的ACE和Chaol指數(shù)均表現(xiàn)為荒地>油松>落葉松>刺槐，其中刺槐的上述兩個(gè)指數(shù)均顯著低于荒地。Simpson指數(shù)作為逆向指數(shù)，其值越高表明土壤真菌群落中某種或某幾種真菌占明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)資源的利用程度強(qiáng)于其他真菌群落。落葉松的Simpson指數(shù)顯著高于刺槐和荒地，分別為刺槐和荒地的4.2倍和3.1倍，并不利于土壤真菌多樣性的發(fā)展，Shannon指數(shù)最低，不到刺槐的2/3。在15～30 cm土層4種植被恢復(fù)模式間土壤真菌的ACE和Chaol指數(shù)大小規(guī)律與0～15 cm土層相同，荒地的ACE指數(shù)顯著高于落葉松和刺槐，Chaol指數(shù)達(dá)刺槐的1.5倍以上，Simpson和Shannon指數(shù)在4種植被恢復(fù)模式間均未出現(xiàn)顯著性差異。隨土層加深，ACE和Chaol指數(shù)減小，其中刺槐減小幅度最大，分別為24.63%和19.2%。除落葉松外其他3種植被恢復(fù)模式的Simpson指數(shù)均隨土層加深而增大，Shannon指數(shù)隨土層加深而減小。

表3 不同植被恢復(fù)模式下土壤真菌多樣性

如表4所示，4種植被恢復(fù)模式土壤細(xì)菌各項(xiàng)指數(shù)均未出現(xiàn)顯著性差異，荒地各項(xiàng)指數(shù)的離散程度在兩個(gè)土層中均為最大，這直接導(dǎo)致了荒地與其他3種人工植被恢復(fù)模式差異不顯著。油松的ACE、Chaol指數(shù)隨土層加深而增大，Simpson指數(shù)隨土層加深而減小，呈現(xiàn)出與其他3種植被恢復(fù)模式不同的規(guī)律。4種植被恢復(fù)模式的Shannon指數(shù)隨土層的加深減小12%左右，除Simpson指數(shù)外土壤細(xì)菌的其他3種指數(shù)均高于土壤真菌，ACE和Chaol指數(shù)更是高出2倍以上。

表4 不同植被恢復(fù)模式下土壤細(xì)菌多樣性

為了更好地探究土壤微生物的物種多樣性，使土壤養(yǎng)分差異的成因具體化，分別繪制4種不同植被恢復(fù)模式在真菌和細(xì)菌門水平上排名前9和前11的微生物群落。如圖2所示，4種不同植被恢復(fù)模式土壤微生物群落組成隨土層加深沒有發(fā)生太大變化，在0～15 cm土層土壤真菌優(yōu)勢(shì)群落主要是子囊菌門(35.32%～60.11%)和擔(dān)子菌門(15.22%～47.24%)，此外還有被孢菌門(1.28%～9.84%)、球囊菌門(0.06%～0.65%)、壺菌門(0.03%～0.31%)、油壺菌門(0.08%～0.22%)、羅茲菌門(0.06%～0.14%)和游動(dòng)菌門(0.01%～0.05%)。與荒地相比，刺槐的子囊菌門的相對(duì)豐度有所提高，落葉松和油松的相對(duì)豐度較荒地分別降低了39.32%和30.60%，原因可能是子囊菌大都與植物根系形成共生或與動(dòng)植物殘?bào)w形成腐生，刺槐和荒地中根系分布廣泛且枯落物更多，更適宜子囊菌的生存與繁殖。刺槐的擔(dān)子菌門相對(duì)豐度較荒地有所減小，落葉松和油松分別較荒地增長(zhǎng)2.03倍和1.46倍，3種人工植被恢復(fù)模式的被孢菌門相對(duì)豐度較荒地都有所降低。土壤細(xì)菌中相對(duì)豐度超過10%的微生物群落主要是變形菌門(29.83%～38.42%)、酸桿菌門(17.38%～20.19%)、放線菌門(11%～12.89%)、擬桿菌門(6.57%～11.04%)和厚壁菌門(0.68%～11.04%)，3種人工植被恢復(fù)模式的變形菌門和放線菌門相對(duì)豐度較荒地均有提高，擬桿菌門和厚壁菌門相對(duì)豐度較荒地分別降低34.51%和89.04%以上，酸酐菌門在4種植被恢復(fù)模式間變化不大。

圖2 不同植被恢復(fù)模式下土壤微生物群落組成

15～30 cm土層土壤真菌和細(xì)菌群落組成較0～15 cm土層沒有明顯變化，4種植被恢復(fù)模式土壤真菌中子囊菌門和擔(dān)子菌門相對(duì)豐度總占比均達(dá)到了80%以上，擔(dān)子菌門與子囊菌門作為分布最為廣泛的兩類菌種，在資源利用上往往具有趨同性，這就導(dǎo)致子囊菌門相對(duì)豐度越高的植被恢復(fù)模式，其擔(dān)子菌門相對(duì)豐度越低。其中，除落葉松子囊菌門相對(duì)豐度較0～15 cm土層有所降低外，其他3種植被恢復(fù)模式子囊菌門相對(duì)豐度都有所提高，油松增幅最大為26.63%，此外，4種植被恢復(fù)模式被孢菌門的變化范圍較0～15 cm土層縮小了將近1/2。土壤細(xì)菌中相對(duì)豐度超過10%的微生物群落中除擬桿菌門和厚壁菌門外，其他菌門的相對(duì)豐度在3種人工植被恢復(fù)模式下較荒地均有所提高。隨土層加深，4種植被恢復(fù)模式變形菌門的相對(duì)豐度降低，其中荒地變化最為顯著，降低了一半以上，原因可能是隨土層加深變形菌利用光合作用儲(chǔ)能受到抑制，導(dǎo)致菌落減??；厚壁菌門的相對(duì)豐度提高，其中落葉松和刺槐分別達(dá)到了0～15 cm土層的9.3倍和9.1倍，此外，荒地?cái)M桿菌門相對(duì)豐度的增長(zhǎng)也較為顯著。

2.3 不同植被恢復(fù)模式下土壤養(yǎng)分特征

土壤養(yǎng)分主要來源于土壤本身、植物凋落物以及植物根系分泌物，在不同植被恢復(fù)模式下存在顯著差異[20]。如圖3所示，0～15 cm土層落葉松與油松的各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均未出現(xiàn)顯著性差異，其中落葉松的堿解氮含量最高，可達(dá)115.73 g·kg-1，為荒地的1.63倍。刺槐的速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他3種植被恢復(fù)模式，除土壤全氮、速效鉀含量外，荒地的其他養(yǎng)分含量均顯著低于其他3種人工植被恢復(fù)模式，有機(jī)質(zhì)、速效磷、全磷含量分別為刺槐的1/5、2/5、1/2。4種植被恢復(fù)模式土壤全磷和速效磷含量大小基本一致性，均為刺槐>油松>落葉松>荒地，3種人工植被恢復(fù)模式這兩個(gè)指標(biāo)的含量均達(dá)到了荒地的1.5倍以上。

圖3 不同植被恢復(fù)模式下土壤養(yǎng)分

隨土層加深，除pH和電導(dǎo)率以外，4種植被恢復(fù)模式的養(yǎng)分含量均有減小的趨勢(shì)，且差異性基本不變。其中荒地的全氮含量減小幅度最大為31.88%，其他3種人工植被恢復(fù)模式的變幅維持在11%以內(nèi)，刺槐的速效鉀含量減小幅度最大，超過了其他3種植被恢復(fù)模式變幅的1.25倍以上。0～15 cm和15～30 cm土層pH值的范圍維持在7.5～8.0之間，土壤呈弱堿性，不同植被恢復(fù)模式間電導(dǎo)率的差異性隨土層加深而增加。

2.4 土壤主要酶活性、微生物多樣性與土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

土壤中的養(yǎng)分、酶活性與土壤微生物是相輔相承的關(guān)系，一方面土壤養(yǎng)分為土壤微生物的生長(zhǎng)提供食物，為土壤膠結(jié)提供腐殖質(zhì)改變微生物的活動(dòng)場(chǎng)所，另一方面土壤養(yǎng)分的積累與消耗離不開一系列的酶促反應(yīng)，而微生物則是各種水解酶的來源[21-22]。如表5所示，脲酶能夠加快氮的周轉(zhuǎn)，在0～15 cm土層中與全氮極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與堿解氮、速效磷極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，過氧化氫酶同樣與上述3種土壤養(yǎng)分極顯著相關(guān)(P<0.01)，且相關(guān)性與脲酶相反。蔗糖酶與土壤速效鉀、pH顯著正相關(guān)(P<0.05)，堿性磷酸酶與土壤養(yǎng)分無顯著相關(guān)性。真菌ACE、Chaol指數(shù)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性較Simpson、Shannon指數(shù)更強(qiáng)，均與堿解氮、速效磷顯著負(fù)相關(guān) (P<0.05)，分別與土壤有機(jī)質(zhì)極顯著正相關(guān)(P<0.01)和顯著正相關(guān)(P<0.05)，其中ACE指數(shù)還與全氮具有顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。說明真菌豐度與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)為微生物提供生存的食物，是其中極為重要的因素。土壤細(xì)菌ACE、Chaol指數(shù)與土壤養(yǎng)分無顯著相關(guān)性，Simpson指數(shù)與土壤全氮顯著正相關(guān)(P<0.05)，與全磷極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，Shannon指數(shù)與上述兩種養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系顯著性與Simpson指數(shù)相同，相關(guān)關(guān)系與Simpson指數(shù)相反。

表5 0～15 cm土層土壤酶活性、微生物多樣性與土壤養(yǎng)分相關(guān)性

如表6所示，在15～30 cm土層，土壤脲酶與速效鉀、pH值極顯著正相關(guān)(P<0.01)，堿性磷酸酶和過氧化氫酶均與全磷、堿解氮、速效磷顯著正相關(guān)(P<0.05)，與速效鉀、pH值顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，其中與速效鉀的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)。這是因?yàn)橥寥棱浐窟^高易造成土壤板結(jié)，不利于微生物活動(dòng)分泌土壤酶，且堿性條件下會(huì)抑制堿性磷酸酶與過氧化氫酶活性。土壤真菌ACE和Chaol指數(shù)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性隨土層加深基本呈增強(qiáng)趨勢(shì)，Simpson和Shannon指數(shù)與土壤養(yǎng)分無顯著相關(guān)性。土壤細(xì)菌Simpson指數(shù)與全氮、全磷、pH值的相關(guān)性隨土層加深而減弱，與堿解氮、速效磷的相關(guān)性達(dá)到了極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

表6 15～30 cm土層土壤酶活性、微生物多樣性與土壤養(yǎng)分相關(guān)性

3 討 論

3.1 植被恢復(fù)模式對(duì)土壤酶活性、微生物多樣性的影響

植被恢復(fù)模式對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性等有著較大影響?；牡刈鳛橐环N自然生態(tài)恢復(fù)方式，其土壤狀況更符合自然演替規(guī)律[23-24]。土壤酶使土壤的各種養(yǎng)分有效化，酶活性越大催化作用越強(qiáng)，各種酶協(xié)同作用維護(hù)了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[25-26]。土壤中脲酶活性能夠反映氮素周轉(zhuǎn)速率，由于草本植物的固氮作用強(qiáng)于木本植物，因此荒地的脲酶活性較強(qiáng)[27]。凋落物化學(xué)組成和根系分泌物影響了土壤有機(jī)質(zhì)的輸入，蔗糖酶在植物碳水化合物代謝中發(fā)揮著重要作用[28]，因此刺槐恢復(fù)模式土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，蔗糖酶活性也最強(qiáng)。油松作為一種油料植物，其葉片中含有大量磷素，根系分泌產(chǎn)生磷酸酶，故土壤中堿性磷酸酶活性最強(qiáng)。過氧化氫酶是一種還原酶，其穩(wěn)定性較強(qiáng)，隨土層加深酶活性變化不大，這與黃懿梅等[29]研究結(jié)果一致，但其活性的大小與土壤pH的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律，即土壤pH值越高，過氧化氫酶活性越低，這可能是過氧化氫酶活性在堿性條件下受到抑制所導(dǎo)致[30]。

本研究中植被恢復(fù)模式對(duì)土壤細(xì)菌多樣性無顯著影響，而對(duì)真菌影響較大，說明了土壤細(xì)菌對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，土壤真菌對(duì)于植被類型的選擇較細(xì)菌更為嚴(yán)苛。3種人工植被恢復(fù)模式并未顯著提高土壤微生物的多樣性，其中刺槐還降低了土壤真菌的ACE、Chaol指數(shù)，這可能是由于土壤孔隙度較小，不利于土壤微生物的活動(dòng)，抑制了微生物的代謝過程和群落結(jié)構(gòu)的發(fā)展?；牡赝寥勒婢鄻有宰顬樨S富，這可能與土壤水分有關(guān)，在適宜的水分條件下真菌種類及數(shù)量最多，且荒地的氮素儲(chǔ)量和周轉(zhuǎn)速率最快，這都為土壤真菌的生存提供了必要條件[31]。此外，土壤真菌多樣性還與有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量越高可供微生物利用的碳源越多，但在本研究中有機(jī)質(zhì)含量最高的刺槐土壤微生物多樣性并非最大，原因可能在于人工種植刺槐對(duì)土壤中原本的微生物群落結(jié)構(gòu)造成了擾動(dòng)，新的微生物群落不成熟，舊的群落遭到破壞，且由于植物特性土壤中固氮微生物較多，制約了利用其他資源的微生物的發(fā)展，所以土壤微生物多樣性不及荒地。土壤真菌以子囊菌門和擔(dān)子菌門為主要優(yōu)勢(shì)菌種，子囊菌門作為全球土壤生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)類群，能夠利用多種養(yǎng)分供其自身發(fā)展，而擔(dān)子菌門的一些類群對(duì)環(huán)境擾動(dòng)十分敏感，因此可以作為土壤擾動(dòng)強(qiáng)弱的指示真菌[32]。兩種針葉林的擔(dān)子菌門較荒地均有所提高，說明人工植被恢復(fù)在一定程度上減小了外界環(huán)境對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)。

3.2 植被恢復(fù)模式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

不同植被恢復(fù)模式下生物量、植被蓋度、根系分泌物與枯落物的化學(xué)組成，以及根系周轉(zhuǎn)速率均存在差異[33]，土壤酶活性以及微生物種類不同，這些因素增強(qiáng)了工植被恢復(fù)對(duì)土壤養(yǎng)分的改善效果[34]。其中刺槐是固氮植物在改善土壤養(yǎng)分上表現(xiàn)最好，蔗糖酶活性強(qiáng)，加快了土壤中碳的運(yùn)轉(zhuǎn)，加上刺槐凋落物產(chǎn)量大，闊葉分解較針葉更快，有機(jī)質(zhì)積累迅速，繼而增加了土壤中其他元素的有效性?；牡氐娜孔罡?，因?yàn)榛牡夭荼局参锞佣嗲腋刀喾植荚?～15 cm土層，細(xì)菌中的擬桿菌門常與根系形成共生固氮，且大量植被在一年內(nèi)衰敗很快歸于土壤，周而復(fù)始。在荒地中土壤脲酶活性強(qiáng)加速了氮的轉(zhuǎn)化，堿解氮常常供不應(yīng)求，因此積累較少[35]，且荒地沒有冠層遮蔽，降雨對(duì)養(yǎng)分的淋溶更嚴(yán)重，導(dǎo)致荒地的養(yǎng)分含量較低[36]。落葉松、油松兩種針葉林屬于油料植物，其枯落物化學(xué)組成中磷素含量較為豐富，枯落物分解營(yíng)養(yǎng)元素回歸土壤，全磷和速效磷含量升高，再加上植被根系分泌物以及根際微生物作用，堿性磷酸酶活性強(qiáng)，促進(jìn)了土壤磷素有效性。

4 結(jié) 論

人工植被恢復(fù)模式對(duì)于養(yǎng)分的改善效果較自然恢復(fù)更為顯著，其中刺槐模式對(duì)提高土壤養(yǎng)分的作用明顯。荒地雖然提高了土壤微生物多樣性，但土壤養(yǎng)分條件較差。綜合土壤養(yǎng)分、主要酶活性及微生物多樣三個(gè)方面看，在今后營(yíng)造水源涵養(yǎng)林時(shí)，刺槐類的固氮闊葉樹種可以作為寧南山區(qū)營(yíng)造水源涵養(yǎng)林的優(yōu)先選擇的樹種。