不同土地利用方式對華西雨屏區(qū)坡地土壤肥力及土壤酶活性的影響

何聯(lián)君, 張鵬飛, 楊澤貴, 陳明忠, 林立金

（1. 綿陽市鹽亭縣水務(wù)局, 四川 綿陽 621600; 2.資陽市樂至縣水務(wù)局, 四川 資陽 641500; 3.雅安市雨城區(qū)水務(wù)局, 四川 雅安 625000; 4.雅安市水務(wù)局, 四川 雅安 625000; 5. 雅安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分站, 四川 雅安 625000）

不同土地利用方式對華西雨屏區(qū)坡地土壤肥力及土壤酶活性的影響

何聯(lián)君1, 張鵬飛2, 楊澤貴3, 陳明忠4, 林立金5

（1. 綿陽市鹽亭縣水務(wù)局, 四川 綿陽 621600; 2.資陽市樂至縣水務(wù)局, 四川 資陽 641500; 3.雅安市雨城區(qū)水務(wù)局, 四川 雅安 625000; 4.雅安市水務(wù)局, 四川 雅安 625000; 5. 雅安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分站, 四川 雅安 625000）

利用坡面徑流場, 采用修正后的內(nèi)梅羅指數(shù)法, 通過對華西雨屏區(qū)坡地不同土地利用方式、不同坡度的自然生草、黑麥草和灌木的土壤肥力及土壤酶活性影響的研究, 結(jié)果表明：5°坡度, 自然生草土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和全氮含量小于黑麥草, 而土壤全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均高于黑麥草. 15°坡度, 土壤pH值大小順序?yàn)楣嗄?黑麥草>自然生草; 全磷和有效磷含量大小順序?yàn)楣嗄?自然生草>黑麥草; 有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量大小順序?yàn)樽匀簧?灌木>黑麥草. 土壤綜合肥力系數(shù)大小為5°自然生草>5°黑麥草、15°灌木>15°自然生草>15°黑麥草,且五種土地利用方式的土壤肥力均為一般, 說明具有生物多樣性的自然生草對華西雨屏區(qū)表層土壤的肥力提高效果優(yōu)于黑麥草, 而木本植物對華西雨屏區(qū)表層土壤的肥力提高效果最好.

華西雨屏區(qū); 坡地; 土壤肥力; 土地利用方式; 土壤酶活性

土壤肥力是滿足植物正常生長的必要條件之一, 植被對土壤肥力的影響不僅表現(xiàn)在凋落物的歸還上, 還表現(xiàn)在根系的周轉(zhuǎn)上[1]. 不同植物種類對土壤養(yǎng)分的影響差異甚大[2-3]. 因此, 合理的土地利用方式對土壤的可持續(xù)生產(chǎn)利用非常重要. 研究表明, 生草覆蓋能改善根際生態(tài)環(huán)境, 促進(jìn)土壤微生物種類和數(shù)量的增加, 增加根際土壤生物多樣性[4]. 不同種類植物混種后, 其根系相互間除存在競爭之外, 根系分泌物還可能相互促進(jìn)對土壤水分和養(yǎng)分的利用效率, 達(dá)到共同抗逆的作用[5]. 作為土壤活性蛋白的土壤酶在生物地球化學(xué)循環(huán)中起著重要作用, 其來源主要是土壤微生物和植物根系分泌物[6]. 不同土地利用方式下的土壤酶活性差異顯著, 且在一定程度上能夠反映土壤肥力水平[7-8].

華西雨屏區(qū)地處四川盆地與川西高山/高原的過渡地帶, 特殊的地理位置和氣候條件使該區(qū)有著豐富的植物資源[9]. 四川省雅安市雨城區(qū)是華西雨屏區(qū)的中心地帶, 也是全四川的多雨中心[10]. 本研究以華西雨屏區(qū)中心地帶的雨城區(qū)典型水土保持監(jiān)測點(diǎn)的不同土地利用方式的土壤為研究對象, 對不同土地利用方式的土壤肥力狀況進(jìn)行評價, 并分析其土壤酶活性的差異, 以期為華西雨屏區(qū)不同土地利用方式及水土流失治理工作提供參考.

1 研究點(diǎn)概況

研究點(diǎn)為全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)二期工程——雅安市北郊坡面徑流場(FC5121517150), 地理位置東經(jīng)103°42′00″, 北緯29°11′00″[11]. 項(xiàng)目位于四川省雅安市雨城區(qū)北郊鎮(zhèn), 2010年7月建成, 觀測小區(qū)共計(jì)5個, 其中坡度為15°的小區(qū)三個, 坡度為5°的小區(qū)兩個. 三個15°的小區(qū)位于同一坡面上, 順坡向布設(shè), 每個小區(qū)寬5m, 長20.71m, 小區(qū)四周邊墻寬0.12m, 高0.6m, 中間兩道隔墻寬0.24m, 高0.6m. 兩個5°的小區(qū)位于同一坡面上, 順坡向布設(shè), 每個小區(qū)寬5m,長20.08m, 小區(qū)四周邊墻寬0.12m, 高0.6m, 中間兩道隔墻寬0.24m, 高0.6m. 在種植植物前將所有小區(qū)內(nèi)的土壤全部翻耕, 清除所有雜草. 15°小區(qū)的土地利用方式為自然生草、種植黑麥草(Lolium perenneL.)、栽植灌木水麻(Debregeasia orientalisC. J. Chen), 5°小區(qū)的土地利用方式為自然生草、種植黑麥草.所有小區(qū)的土壤均為紫色土, 自然生草主要有絲茅(Imperata koenigii(Retz.) Beauv.)、蛇莓(Duchesnea indica(Andr.) Focke)、野棉花(Anemone vitifoliaBuch.-Ham.)、白蒿(Artemisia sieversianaEhrhart ex Willd.)、千里光(Senecio scandensBuch.-Ham. ex D. Don)、馬蘭(Kalimeris indica(L.) Sch. -Bip.).

2 研究方法

2.1 土樣采集與保存

2013年3月, 采用“S”型采樣法在每個小區(qū)內(nèi)的四角及中心采集0-20cm的表層土壤, 混勻后分成兩份. 一份土樣在室內(nèi)進(jìn)行風(fēng)干、粉碎、過篩, 用于測定土壤基本理化性質(zhì); 另一份土樣用塑料袋封裝后置于4℃冰箱中保存, 用于測定土壤酶活性.

2.2 土壤基本理化性質(zhì)及土壤酶活性的測定

土壤基本理化性質(zhì)按照《土壤農(nóng)化分析(第三版)》[12]的方法測定, 即pH采用酸度計(jì)測定, 有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測定, 全氮采用凱氏定氮法測定, 堿解氮采用擴(kuò)散皿法測定, 全磷及有效磷采用鉬銻抗比色法測定, 全鉀及速效鉀采用火焰光度法測定. 土壤酶活性按照《土壤酶學(xué)》[6]的方法測定, 其中, 土壤中性磷酸酶活性以每克土在37℃培養(yǎng)24h釋放酚的毫克數(shù)表示, 土壤脲酶活性以每克土在37℃培養(yǎng)24h釋放NH3-N的毫克數(shù)表示, 土壤蔗糖酶活性以每克土在37℃培養(yǎng)24h釋放葡萄糖的毫克數(shù)表示, 土壤纖維素酶活性以每克土在37℃培養(yǎng)24h生成葡萄糖的毫克數(shù)表示, 土壤過氧化氫酶活性以每克土壤在室溫下(20min)消耗0.02mol/L KMnO4的毫升數(shù)表示.

2.3 土壤肥力評價

土壤基本肥力的單項(xiàng)指標(biāo)根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級進(jìn)行評價(表1). 土壤肥力綜合評價采用修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算, 得出土壤綜合肥力系數(shù). 綜合評價參數(shù)為pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀, 并采用標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行無量綱化處理(表2)[13-14]. 之后, 用修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法對不同土地利用方式的土壤肥力進(jìn)行綜合評價[13].

表1 全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification standard of the Second National Soil Nutrient Census

表2 土壤各屬性無量綱化處理分級標(biāo)準(zhǔn)[14]Tab.2 Dimensionless processing classification standard of soil's attributes

3 結(jié)果與分析

3.1 不同土地利用方式對5°坡地土壤肥力的影響

從表3可以看出, 在5°坡度, 自然生草的土壤pH值小于黑麥草, 這與不同物種根系分泌的有機(jī)酸種類和多少有關(guān). 自然生草的土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量均小于黑麥草, 而土壤全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均高于黑麥草, 這說明自然生草提高了土壤養(yǎng)分有效性, 有利于植物從土壤吸收養(yǎng)分.

從土壤養(yǎng)分含量分級來看, 在5°坡度(表3), 兩種利用方式的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量均處于全國三級水平; 自然生草全氮含量處于全國五級水平, 黑麥草全氮含量處于四級水平; 自然生草全磷含量處于全國四級水平, 黑麥草全磷含量處于全國五級水平; 自然生草全鉀含量處于全國一級水平, 黑麥草全鉀含量處于全國二級水平; 自然生草有效磷含量處于全國四級水平, 黑麥草有效磷含量處于全國五級水平. 因此, 在5°坡度下的氮和磷兩種元素含量偏低.

表3 不同土地利用方式對5°坡地土壤肥力的影響Tab.3 Effects of soil fertility on 5 °sloping fields in different land use pattern

3.2 不同土地利用方式對15°坡地土壤肥力的影響

在15°坡度(表4), 土壤pH值大小順序?yàn)楣嗄?黑麥草>自然生草, 這與5°坡度下的pH值大小順序相同, 反映了不同植物物種對土壤pH值影響的差異. 與5°坡度的養(yǎng)分指標(biāo)不同, 自然生草的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效磷和速效鉀含量高于黑麥草, 而堿解氮含量低于黑麥草, 這進(jìn)一步體現(xiàn)了自然生草對土壤養(yǎng)分提高的優(yōu)越性. 灌木的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量介于自然生草和黑麥草之間, 而全磷和有效磷含量均最大, 這說明灌木對土壤養(yǎng)分的提高優(yōu)于黑麥草.

從土壤養(yǎng)分含量分級來看, 在15°坡度(表4), 自然生草和灌木的土壤有機(jī)質(zhì)含量處于全國一級水平, 黑麥草的土壤有機(jī)質(zhì)含量處于全國二級水平; 自然生草的土壤全氮含量處于全國一級水平, 黑麥草的土壤全氮含量處于全國三級水平, 灌木的土壤全氮含量處于全國二級水平; 自然生草的土壤全磷含量處于全國四級水平, 黑麥草的土壤全磷含量處于全國五級水平, 灌木的土壤全磷含量處于全國三級水平; 自然生草的土壤全鉀含量處于全國一級水平, 黑麥草和灌木的土壤全鉀含量處于全國二級水平; 自然生草的土壤堿解氮含量處于全國四級水平, 黑麥草的土壤堿解氮含量處于全國二級水平, 灌木的土壤堿解氮含量處于全國三級水平; 自然生草和灌木的土壤有效磷含量處于全國四級水平, 黑麥草的土壤有效磷含量處于全國五級水平; 三種利用方式的土壤速效鉀含量均處于全國三級水平. 因此, 15°坡度的磷元素含量偏低.

表4 不同土地利用方式對15°坡地土壤肥力的影響Tab.4 Effects of soil fertility on 15 °sloping fields in different land use pattern

3.3 不同土地利用方式的土壤肥力綜合評價

從表5可以看出, 土壤綜合肥力系數(shù)(P)的大小順序?yàn)?5°灌木>15°自然生草>15°黑麥草>5°自然生草>5°黑麥草, 說明不同坡度對土壤肥力影響較大. 從同一坡度的土壤綜合肥力系數(shù)大小來看, 兩種坡度下的自然生草土壤綜合肥力系數(shù)均大于黑麥草, 說明生物多樣性增加了土壤綜合肥力水平. 由于本試驗(yàn)所取的土樣為0-20cm表層土, 而灌木的根系分布較深, 大部分側(cè)根分布在20cm以下的土層中, 因而對表層土壤養(yǎng)分的吸收較少. 同時, 灌木的落葉分解后主要在表層土壤積累, 因而使得灌木的土壤綜合肥力最高. 此外, 從土壤綜合肥力系數(shù)大小來看, 本研究的五種土地利用方式的土壤肥力均為一般, 這可能與土壤背景值的肥力有關(guān).

表5 不同土地利用方式的土壤肥力綜合評價Tab.5 Comprehensive evaluation of soil fertility in different land use pattern

3.4 不同土地利用方式的土壤酶活性

在5°和15°坡度下, 自然生草的土壤中性磷酸酶活性、土壤尿酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤纖維素酶活性和土壤過氧化氫酶活性均高于黑麥草(表6), 說明在自然生草條件下, 植物物種的生物多樣性促使土壤酶活性提高, 土壤環(huán)境更加良好. 在15°坡度下, 土壤中性磷酸酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤過氧化氫酶活性的大小順序?yàn)樽匀簧?灌木>黑麥草, 而土壤尿酶活性和土壤纖維素酶活性的大小順序?yàn)樽匀簧?黑麥草>灌木(表6),這說明灌木的土壤酶活性也低于具有生物物種多樣性的自然生草, 灌木與黑麥草的土壤酶活性因植物物種的不同而存在差異. 因此, 自然生草的利用方式對土壤環(huán)境的改善效果最好.

表6 不同土地利用方式的土壤酶活性Tab.6 Soil enzyme activity in different land use pattern

4 結(jié)論

1)該區(qū)域5°坡度的自然生草土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和全氮含量小于黑麥草, 而土壤全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均高于黑麥草. 15°坡度的土壤pH值大小順序?yàn)楣嗄?黑麥草>自然生草, 全磷和有效磷含量大小順序?yàn)楣嗄?自然生草>黑麥草, 有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量大小順序?yàn)樽匀簧?灌木>黑麥草.

2)土壤綜合肥力系數(shù)大小為5°自然生草>5°黑麥草、15°灌木>15°自然生草>15°黑麥草, 且五種土地利用方式的土壤肥力均為一般.

3)具有生物多樣性的自然生草對華西雨屏區(qū)表層土壤的肥力提高效果優(yōu)于黑麥草, 而木本植物對華西雨屏區(qū)表層土壤的肥力提高效果最好, 更有利于該區(qū)域土地的永續(xù)利用.

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Effects of different land use patterns on soil fertility and Soil Enzyme Activity of sloping fields in Rainy Screen Area of West China

HE Lian-jun1, ZHANG Peng-fei2, YANG Ze-gui3, CHEN Ming-zhong4, LIN Li-jin5
（1. Mianyang Yanting Water Conservancy Bureau, Mianyang 621600, P.R.C.; 2. Ziyang Lezhi Water Conservancy Bureau, Ziyang 641500, P.R.C.；3. Ya'an Yucheng Water Conservancy Bureau, Ya'an 625000, P.R.C.；4. Ya'an Water Conservancy Bureau, Ya'an 625000, P.R.C.；5. Ya’an Soil and Water Conservation Monitoring Substation, Ya'an 625000, P.R.C.）

Based on the observation of slope runoff fields, the revised inside mei luo index method is adopted to do study on the effects of different land use patterns and different slopes of natural grass, perennial ryegrass and shrubs on the soil fertility and soil enzyme activity in the rainy screen area of West China. The results showed that in the case of 5° slope runoff fields, natural grass soil pH, organic matter and total nitrogen content are less than the perennial ryegrass, and soil total phosphorus, total potassium, alkali solution nitrogen, available phosphorus and available potassium content higher than that of perennial ryegrass. In the case of 15° slope runoff field, soil pH value size order for shrubs is higher than perennial ryegrass and perennial ryegrass is higher than natural grass; Total phosphorus and effective phosphorus content size order for shrubs is higher than natural grass and natural grass is higher than perennial ryegrass. The organic matter, total nitrogen, total potassium, alkali solution nitrogen, rapidly-available potassium content size order for natural grass > shrub > perennial ryegrass. Coefficient of soil integrated fertility of size 5° natural born grass > 5° ryegrass 15°, 15° shrubs > natural grass > 15° ryegrass, and the soil fertility of five kinds of land use pattern is the same. It illustrates in the rainy screen area of West China the effect of surface soil fertility of natural grass with biodiversity is better than that of perennial ryegrass area, and woody plants is the best.

Huaxi rain screen area; sloping field; soil fertility; land use pattern; soil enzyme activity

S15

A

1003-4271(2014)04-0613-05

10.3969/j.issn.1003-4271.2014.04.28

2014-05-28

何聯(lián)君(1974-), 男, 漢族, 四川鹽亭人, 工程師; 研究方向: 水土保持項(xiàng)目管理、水土保持方案編制等工作.

林立金(1980-), 男, 漢族, 四川龍泉驛人, 工程師, 博士研究生; 研究方向: 水土保持和污染生態(tài)學(xué)研究.