黄土高原退耕还林树种与林龄对土壤团聚体养分及碳氮磷循环酶活性的影响机制

针对黄土高原生态恢复中土壤功能提升的关键问题，本研究通过对比豆科（刺槐）与非豆科（油松）树种在不同林龄（10/20/30年）下对土壤团聚体稳定性、有机碳(SOC)、氮磷含量及碳氮磷获取酶活性(EEAC /EEAN /EEAP )的影响，揭示>2mm团聚体主导酶活性分布（贡献54%-60%），为退化农田生态修复的树种选择与林龄管理提供理论依据。

　　

黄土高原作为全球水土流失最严重的生态脆弱区之一，长期农业活动导致土壤退化问题突出。自20世纪80年代起，大规模退耕还林工程成为该区域生态恢复的核心策略，但不同树种与林龄如何通过调控土壤微观结构（尤其是团聚体）影响养分循环与微生物功能，仍是亟待破解的“黑箱”。尤其当土壤酶作为养分转化的“生物催化剂”，其活性在团聚体尺度的响应规律尚未明晰，严重制约着精准化生态管理决策的制定。

为破解这一难题，中国科学院相关团队在陕西富平冶峪河流域展开研究，选取典型豆科树种刺槐（Robinia pseudoacacia）10/20/30年林龄与非豆科油松（Pinus tabuliformis）30年林龄样地，通过对比相邻农田土壤，首次从团聚体尺度揭示退耕还林对碳氮磷循环酶活性的调控机制。研究成果发表于《Agriculture, Ecosystems & Environment》，为退化生态系统修复的树种配置与林龄管理提供了科学范式。

研究采用湿筛法分离>2mm、1-2mm、0.25-1mm及<0.25mm团聚体，测定各组分质量占比及平均重量直径(MWD)；利用微孔板荧光法检测β-葡萄糖苷酶(EEA_C
)、N-乙酰葡糖胺糖苷酶(EEA_N
)和酸性磷酸酶(EEA_P
)活性；结合SOC、全氮(TN)、全磷(TP)化学分析，解析团聚体尺度下酶-养分-树种-林龄的互作网络。

研究结果

1. 退耕还林树种与林龄对土壤团聚体的影响
   刺槐显著增加>2mm团聚体比例（33%-78%）及MWD，而油松则降低该比例达25%-40%。林龄效应显示，刺槐随林龄增长持续优化团聚体结构，30年林龄较农田提升MWD达52%。

2. 土壤养分对退耕还林的响应
   退耕还林普遍提升0-10cm土层SOC（+18%-35%）与TN（+15%-30%），但降低TP（-12%-25%）。豆科树种在<0.25mm组分中养分富集效应最强，且随林龄增长呈线性增加。

3. 酶活性的团聚体分布特征
   EEA_C
   与EEA_N
   在<0.25mm组分活性最高，而EEA_P
   无粒径依赖性。>2mm团聚体贡献了整体酶活性的54%-60%，成为主导功能单元。

4. 树种与林龄的差异化调控
   油松显著刺激EEA_N
   （+40%），而刺槐更促进EEA_C
   （+32%）与EEA_P
   （+28%）。30年刺槐林使EEA_C
   /EEA_P
   比农田提升1.8倍，反映豆科树种对碳磷循环的强化作用。

结论与意义
该研究首次阐明黄土高原退耕还林通过重塑团聚体结构驱动酶活性再分布的内在机制。刺槐通过根系分泌物与高氮凋落物促进大团聚体形成，创造“酶活性热点”；而油松根系机械扰动破坏团聚体稳定性，但特异性激活氮循环酶。研究发现>2mm团聚体作为酶功能载体，其比例变化可解释68%的酶活性变异，这为基于土壤结构的生态功能评估提供了新指标。实践层面，建议在黄土高原生态修复中优先选择刺槐并延长轮伐期至30年，以协同提升土壤固碳与养分周转效率。理论层面，建立的“树种-林龄-团聚体-酶活性”四维模型，为全球变化背景下陆地生态系统功能预测提供了新框架。