三峡水库建成以后,由于其“冬蓄夏排”的特殊水文调度方式,在库区形成了垂直落差达30 m的消落带。其长达半年的水淹,导致库岸带原生植被逐渐退化消失,并引发水土流失、生物多样性降低、库岸生态系统退化等生态环境问题,严重威胁了三峡工程的安全运行。科学的植被恢复与重建、防治水土流失等环境问题已成为三峡库区消落带研究的重点。而消落带土壤是保证库区生态服务及功能正常发挥的前提,尤其植被栽植后,根系分泌物、凋落叶的输入,将引起土壤性质的一系列时空变异,如理化性质、生物特性等。因此,有必要对三峡库区重建植被重建后的土壤性质进行具体分析。本研究针对具体植被类型,探究土壤性质的动态变化,并对土壤生物群落多样性进行深入探究。为揭示三峡库区消落带植被构建后,不同人工植被、不同水文条件下,土壤性质的时空变化规律,深入了解三峡库区消落带植被重建之后土壤质量及生境状况,提供三峡库区消落带土壤环境评价指标,为三峡库区消落带环境恢复、管理提供参考。本研究在重庆忠县汝溪河流域展开,选取了落羽杉(Taxodium distichum)、池杉(Taxodium ascendens)、旱柳(Salix matsudana)、旱柳与狗牙根混植、狗牙根(Cynodon dactylon)几种不同的植被土壤进行研究,并选取裸地土壤(未进行植被恢复)作为对照。消落带内取样海拔分为160-165 m,165-170 m,170-175 m三个海拔段,并以消落带以上(180-185 m)未经历水淹土壤为对照。分别于2014-2017年6月、9月进行原位取样,采集0-20 cm表层土,测定了土壤物理性质、化学性质及生物性质共35个指标,得到主要研究结果如下:(1)乔木植被在三峡库区消落带长势良好,落羽杉、池杉、旱柳三者株高分别增长了173%、138%、148%,胸径、冠幅均呈现增加趋势;草本植被狗牙根与牛鞭草之间存在竞争,狗牙根群落盖度小幅度增加,总盖度达到90%以上,而牛鞭草盖度缩减,且逐渐被狗牙根取代。(2)理化性质分析结果表明:6月份与9月份消落带内土壤性质具有相同趋势。人工植被土壤物理性质,如土壤含水量、孔隙度、密度等显著高于裸地土壤;化学性质,如有机质、全氮含量等也高于裸地土壤。植被栽植后,降低了土壤pH值,且其他性质如土壤温度、速效氮、速效磷含量也整体低于裸地土壤。而植被种类的差异,也会导致土壤理化性质的不同,在170-175 m、165-170 m海拔高程,落羽杉、池杉有机质含量均高于旱柳林土壤;而旱柳林土壤TN含量则高于落羽杉与池杉林土壤(165-170 m海拔9月份除外);旱柳与狗牙根混植土壤与其他植被类型土壤指标基本持平;165-170 m狗牙根土壤在6月份时具有较高的TN、TP含量,9月份TP含量也在人工植被土壤中居于首位。180-185 m未经历水淹土壤相比消落带土壤具有较低的氧化还原电位,有较高pH值、TN、TP含量。人工植被土壤结构与裸地相比具有明显改善。(3)采用T-RFLP技术研究土壤微生物群落多样性结果表明:裸地土壤物种丰度在不同取样时间、不同海拔高程均低于10,且在存在明显波动,没有明显规律;落羽杉、池杉林土壤细菌丰度在14左右波动,旱柳、旱柳与狗牙根混植及狗牙根土壤细菌丰度则略低于落羽杉与池杉;其他指数不同植被类型下差异不大,并且波动较小,在不同取样时间内几乎不存在显著差异(p>0.05)。消落带以上土壤裸地土壤细菌S值在10-11之间变化,H在2.4左右,D、E值处于0.9左右,均高于消落带内裸地土壤;柏木林土壤细菌群落多样性与消落带内人工植被土壤类似,存在较小的波动,柏木林土壤细菌香农指数与消落带内人工植被土壤有明显提升,其均值在2.4左右,相比消落带内人工植被香农指数增加约13%。除细菌外,土壤真菌、放线菌群落在裸地及人工土壤内变化规律与细菌类似。(4)RDA分析土壤微生物群落与土壤环境因子的关系,发现:在人工植被类型下,不同海拔样品分布集中,但不同时期的点总体较为分散;不同人工植被受到土壤化学性质的影响不同,落羽杉、池杉受到土壤pH、TN、AN、AP的显著影响,除此之外,C/N对落羽杉微生物群落、OM对池杉微生物群落也具有显著效应。旱柳林土壤微生物群落仅对土壤AN含量最为敏感。旱柳与狗牙根混植土壤中微生物群落受到多数化学性质的显著影响,包括pH、OM、TN、AP及C/N;狗牙根土壤也受到OM与TN的显著影响,而TK、AN及AK也显著改变狗牙根土壤微生物群落。消落带以上土壤中,柏木受土壤化学性质限制较少,仅pH、C/N对其有显著影响。土壤物理性质中,温度与含水量对微生物群落影响最多,温度主要显著影响落羽杉、旱柳、狗牙根三种植被类型下土壤微生物群落(p<0.05或p<0.01),而水分则对落羽杉、旱柳及旱柳与狗牙根混植土壤微生物群落具有显著效应(p<0.05)。除此之外,池杉林土壤微生物主要受孔隙度、土壤密度及土壤容重的极显著影响(p<0.01);柏木林土壤微生物则受电导率影响明显。(5)采用高通量进行土壤细菌群落多样性分析发现:在不同人工植被及裸地土壤中,变形菌门及酸杆菌门在细菌群落中占有最高丰度;细菌群落NMDS分析表明,170-175 m海拔,落羽杉细菌群落与池杉细菌群落趋于聚集在一起,而旱柳林土壤细菌群落未与落羽杉、池杉聚集;裸地土壤细菌群落则独立与人工植被土壤,165-170 m海拔狗牙跟土壤细菌群落与裸地也存在明显差异。热图分析结果发现,170-175 m海拔落羽杉与池杉林土壤细菌群落在科水平具有更高的相似性,而旱柳林土壤则与裸地更为相似。不同细菌在不同土壤中相对丰度也不尽相同;165-170 m海拔狗牙根土壤与裸地土壤也根据科水平丰度的差异,将两种土壤明显的区别开来。由相关性分析可知,在170-175 m海拔高程以及165-170海拔,细菌群落的系统发育距离均与土壤pH,有机质含量,AN、Eh及土壤温度显著相关。除此之外。在170-175 m海拔,细菌群落还与土壤含水量密切相关。(6)采用高通量进行土壤真菌群落多样性分析发现:子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)相对丰度在真菌序列中占主导地位,分别占总序列的77%和11%。NMDS结果表明,170-175 m海拔高程落羽杉、池杉与旱柳林土壤分别相对集中,尤其是落羽杉林土壤样点位于池杉与旱柳林土壤中间,表明可能落羽杉林土壤与旱柳林土壤均有一定的相似性,而裸地土壤与人工植被未明显聚集;而165-170 m海拔高程狗牙根土壤真菌群落则与裸地土壤完全区分开来,说明二者真菌群落差异性较大。热图分析结果显示,落羽杉与池杉林土壤真菌群落在科水平上相似性较高,裸地则与人工植被土壤相似性较差。真菌在不同土壤中相对丰度有所差异。相关性分析结果表明,170-175 m海拔高程,土壤真菌与土壤OM含量及Eh显著相关,而165-170 m海拔高程,土壤真菌除与OM、Eh密切关联外,还与AP含量及CN比显著相关。(7)对土壤微生物生物量的研究结果表明:人工植被土壤微生物量碳、氮、磷在年际间整体呈现6月份较低、9月份较高的趋势,而裸地土壤无明显规律。落羽杉林土壤SMC在170-175 m、165-170 m均具有最高值,而SMN与SMP与池杉、旱柳差异不大;165-170 m海拔高程,狗牙根SMC含量高于混植土壤,而SMN与SMP与混植土壤相仿。与消落带内土壤相比,柏木林土壤具有较高的SMP含量,但SMC含量低于消落带内人工植被整体水平,尤其是9月份差值尤为明显。就不同土壤微生物生物量碳氮磷比值而言,在165-170 m、170-175 m海拔,落羽杉与池杉林土壤微生物量比值整体高于旱柳与裸地土壤,而旱柳林土壤微生物量比值高于裸地;165-170 m海拔,狗牙根土壤微生物量比值与裸地相比具有明显优势。消落带以上土壤微生物生物量比值与消落带内有所不同,柏木林土壤与裸地土壤微生物生物量比值整体差异不大,但在个别比值上各有优劣。此外,人工植被土壤中强烈的群落水平元素稳态。(8)对土壤酶活性进行分析结果表明,人工植被土壤酶活性变化趋势相对一致,表现为6月较低,9月较高,且均高于裸地土壤。在170-175 m海拔高程,落羽杉林土壤磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均在人工植被中居于首位,池杉次之,旱柳低于落羽杉与池杉,过氧化氢酶活性在落羽杉、池杉林土壤中相对一致,但高于旱柳林土壤。165-170 m,落羽杉林土壤酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性均高于其他植被及裸地土壤,池杉仅次于落羽杉林土壤,而旱柳则低于池杉林土壤;与之不同,蔗糖酶在池杉林土壤中具有最高活性,明显优于落羽杉与旱柳林土壤;而三种人工植被土壤中的脲酶活性相差不大,基本保持在相同水平。混植土壤磷酸酶活性与乔木植被土壤(落羽杉、池杉)类似,无明显的波动,基本保持在均一水平,而狗牙根虽然波动也不大,但整体呈现上升趋势。160-165 m海拔,过氧化氢酶与脲酶活性在狗牙根土壤中均显著高于裸地土壤。消落带以上柏木林土壤磷酸酶活性均与人工恢复植被土壤;过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶则整体高于消落带内165-170 m、160-165 m海拔高程,但与170-175 m海拔乔木土壤相差不大,尤其是土壤脲酶活性,甚至低于高海拔乔木土壤。(9)土壤质量指数分析结果表明:库区土壤质量指数普遍不高,170-175 m海拔SQI均在0.5以下;165-170 m海拔高程,人工植被土壤质量指数从高到低依次为池杉林地土壤,狗牙根草地土壤,落羽杉林地土壤,旱柳+狗牙根混植土壤,旱柳林地土壤,且分别比裸地土壤增加了74%、70%、63%、52%及48%。同样,160-165 m海拔,狗牙根土壤SQI值也较裸地呈现增长趋势,并为裸地土壤的1.48倍。就180-185 m海拔高程而言,其柏木林土壤与消落带内人工植被土壤差异不大,而裸地则稍高于消落带内裸土区域。