伊犁河谷不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分與酶活性的影響

崔東++鄧霞++閆俊杰++孟祥霞++羅青青++肖治國

摘要：采集伊犁河谷不同土地利用方式下的土壤樣品，研究林地、耕地、草地、園地4種不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分、土壤酶活性的影響及其變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分隨著土壤深度增加而減少，土壤酶活性隨著土層厚度增加而減弱。林地土壤的蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶比耕地、草地、荒地高；園地土壤的速效磷、速效鉀比林地、耕地、草地高，耕地有機質(zhì)和速效氮最高；土壤酶活性和土壤養(yǎng)分呈正相關，其中林地土壤的蔗糖酶活性與速效氮呈極顯著相關，過氧化氫酶活性與有機質(zhì)、速效磷和速效鉀呈極顯著相關，脲酶活性與速效氮和速效磷呈極顯著相關；耕地土壤蔗糖酶活性與速效氮和速效磷成極顯著相關，脲酶活性與有機質(zhì)，速效氮和速效鉀呈極顯著相關；草地土壤蔗糖酶活性和過氧化氫酶活性與養(yǎng)分的4個指標均呈極顯著相關；園地土壤的蔗糖酶活性、過氧化氫酶活性和脲酶與有機質(zhì)、速效氮和速效磷呈極顯著相關。以上結(jié)果表明，土地利用方式對土壤養(yǎng)分與酶活性有顯著影響。

關鍵詞：土地利用方式；土壤養(yǎng)分；土壤酶活性；相關性

中圖分類號： S158.3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0371-04

收稿日期：2015-03-17

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏媱潱ň幪枺篨JEDU2014S060）。

作者簡介：崔東（1984—），男，新疆烏魯木齊人，碩士，講師，主要從事干旱區(qū)土壤地理與環(huán)境變化等方面的教學與科研工作。E-mail：cuidongw@126.com。土壤是植物生長的基礎，是物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)化和信息傳遞的重要區(qū)域，土壤養(yǎng)分是植物生長必不可缺的生長因子，同時也影響土壤質(zhì)量與生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力；而由土壤中的微生物分泌出來的具有高效性的活性物質(zhì)土壤酶是土壤中各種生化反應重要的組成部分，也是分解有機質(zhì)和物質(zhì)循環(huán)等中不可或缺的一部分，同時環(huán)境變化對酶活性影響顯著，而且其測定方法簡單易操作，因此常被用作反映土壤質(zhì)量優(yōu)劣和作為生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與否的預警[1-4]。土地利用是人類因經(jīng)濟、社會等因素，經(jīng)長期作用改變地表覆被狀況，同時也影響了土壤中的各種理化性質(zhì)[5-6]。很多學者研究了不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分和土壤酶活性特征及其相關性[7-10]，如李明珠等研究了土地利用方式下的土壤養(yǎng)分特征[7] ，陽利永等研究了對土地利用方式全磷、全氮、有機質(zhì)的影響[8] ，任勃等研究了土地利用方式對蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶的影響[9] 。本研究以伊犁河谷地區(qū)為研究區(qū)域，選擇林地、耕地、草地、園地為研究對象，分析表層及0～20、20～40、40～60 cm各深度的土壤養(yǎng)分和土壤酶的變化狀況。通過研究不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分和酶活性變化規(guī)律，旨在為伊犁河谷地區(qū)如何進行土地管理方式提供思路，也給防治土地荒漠化和生態(tài)系統(tǒng)平衡提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)伊犁河谷位于中國天山山脈西部，三面環(huán)山，地處80°9′42″～91°1′45″E、40°14′16″～49°10′45″N，平均海拔高度為477～1 701 m，氣候溫和濕潤，降水量充足，是中國唯一的溫帶大陸性氣候地區(qū)，部分地區(qū)屬于高山氣候。伊犁河谷地域遼闊，資源豐富，素有“塞外江南”的美稱。它的土壤類型多樣，包括潮土、灌耕土、草甸圖、黑鈣土、栗鈣土、灰鈣土、沼澤土等，其中與人類社會活動和經(jīng)濟活動緊密聯(lián)系的是黑鈣土、栗鈣土、灰鈣土、沼澤土。豐富的土壤類型孕育了土地利用方式的多樣化，有草地、耕地、林地、園地，以及未利用土地，其中草地和林地的植被覆蓋率高達67.7%。

1.2樣品的采集

采集林地、耕地、草地、園地4種土地利用方式的表層、0～20、20～40、40～60 cm各1 kg左右土壤樣品。其中林地8個剖面，32個樣品；耕地17個剖面，68個樣品；草地5個剖面，20個樣品；園地3個剖面，12個樣品（表1）。采集的樣品放于室內(nèi)避光風干，風干后，去除草根，石塊等雜質(zhì)，研磨過1、0.25 mm的篩子，裝袋備用。

1.3土壤養(yǎng)分與酶活性的測定方法

土壤養(yǎng)分的測定方法：有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定，速效氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用火焰光度計法。

土壤酶活性的測定方法：采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶活性，脲酶活性用靛酚比色法測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法（容量法）測定。

1.4數(shù)據(jù)處理

分析數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0和Excel 2013軟件進行處理。

2結(jié)果與分析

2.1不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分含量

有機質(zhì)是土壤肥力的重要組成，因此有機質(zhì)是評價土壤肥力的重要指標之一，并且與多種養(yǎng)分關系密切[11-13]。本研究發(fā)現(xiàn)，同一深度有機質(zhì)含量為園地>耕地>草地>林地（表2），這是由于園地和耕地施用有機肥，草地和林地沒有施用有機肥，只靠覆被植物自身殘枝落葉通過腐殖質(zhì)作用來增加土壤肥力。同時，因為耕地表面沒有大量的作物殘根，再加上耕作方式的影響，有機質(zhì)礦化分解速率加快，所以園地高于耕地，而在0～60 cm的有機質(zhì)含量隨土壤有機質(zhì)深度增加而減少，在土壤表層枯枝落葉聚集較多，腐殖質(zhì)作用相對明顯，因而有機質(zhì)含量相對較高[14]。

植物的生長離不開氮、磷、鉀，速效氮、速效磷、速效鉀是植物所需氮素、磷素、鉀素的直接來源，也體現(xiàn)了土壤實際提供氮肥、磷肥和鉀肥的能力[12]。同一土層深度速效氮含量為耕地>園地>林地>草地，速效磷含量為園地>耕地>草地>林地，速效鉀含量為園地>林地>耕地>草地（表2），這一方面可能與覆被植物種類不同有關，另一方面可能與相關微生物活動強弱有關[12]。

2.2不同土地利用方式不同深度下土壤酶活性

2.2.1蔗糖酶土壤蔗糖酶是轉(zhuǎn)化酶中的一種，與土壤中的養(yǎng)分含量關系十分密切，微生物數(shù)量和土壤呼吸強度對土壤蔗糖酶的影響較大，水解產(chǎn)物葡萄糖為植物與部分微生物提供營養(yǎng)源[15]。本研究發(fā)現(xiàn)蔗糖酶含量隨土壤深度增加而降低，并且在0～20 cm與20～40 cm之間落差相對較大，這是由于枯枝落葉和植物殘根主要在20 cm以上（圖1）。表層林地比耕地、草地、園地分別高4.54%、8.54%、5.58%，0～20 cm 林地比其他3種土地利用方式分別高出4.10%、7.85%、4.77%，20～40 cm林地比其他3種土地利用方式分

2.2.2過氧化氫酶土壤過氧化氫酶是反映土壤中微生物活動強弱與氧化程度的一種水解酶，其酶活性強弱體現(xiàn)了土壤能量和物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化[16]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著土層厚度增加，過氧化氫酶含量隨之降低，除耕地外，林地、草地、園地在20～40、40～60 cm過氧化氫酶含量變化較大，其中耕地和草地在表層和0～20 cm相差不大（圖2）。表層林地比其他3種利用方式分別高0.71%、1.51%、0.99%，0～20 cm林地比其他3種利用方式分別高0.73%、1.47%、1.01%，20～40 cm林地比其他3種利用方式分別高0.60%、1.42%、1.12%，40～60 cm林地比其他3種利用方式分別高0.4%、1.25%、0.97%（圖2），這表明林地的土壤中微生物活動較強，其氧化能力較其他3種土地利用方式強。

2.2.3脲酶土壤脲酶是一種重要的土壤酶，土壤中的尿素只有在脲酶的存在下才能被植物吸收，而它的活性可以反映土壤氮素狀況[2，17]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著土壤深度增加，脲酶隨之減少，4種土地利用方式在0～20 cm和20～40 cm落差較大（圖2）。表層林地比耕地、草地、園地的分別高0.17%、0.72%、0.37%，0～20 cm林地比其他3種土地利用方式分別高0.11%、0.67%、0.32%，20～40 cm林地比其他3種土地利用方式分別高0.01%、0.48%、0.18%，40～60 cm林地比其他3種土地利用方式分別高0.01%、0.43%、0.14%（圖2），這表明林地的覆被植物吸收氮的能力較強，耕地和園地由于耕作方式、種植作物不同等因素使其脲酶活性比草地高。

2.3不同土地利用方式養(yǎng)分和酶活性的相關性分析

大量研究表明土壤養(yǎng)分與土壤酶活性之間存在不同的相關性。本研究分別對林地、耕地、草地、園地4種不同土地利

用方式下的酶活性和養(yǎng)分進行了相關性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)林地的蔗糖酶活性與速效氮呈極顯著相關，與有機質(zhì)、速效磷和速效鉀呈顯著相關；過氧化氫酶活性與速效磷相關性不顯著，與有機質(zhì)、速效磷和速效鉀呈極顯著相關；脲酶活性與速效氮和速效磷呈極顯著相關，與有機質(zhì)和速效鉀呈顯著相關。耕地蔗糖酶活性與速效氮和速效磷成極顯著相關，與有機質(zhì)和速效鉀呈顯著相關；過氧化氫酶活性與速效磷呈顯著相關，與有機質(zhì)、速效氮和速效鉀相關性不顯著；脲酶活性與速效磷呈顯著相關，與有機質(zhì)、速效氮和速效鉀呈極顯著相關。草地蔗糖酶活性和過氧化氫酶活性與養(yǎng)分的4個指標皆呈極顯著相關，脲酶活性與養(yǎng)分的4個指標皆呈顯著相關。園地的蔗糖酶活性、過氧化氫酶活性、脲酶與有機質(zhì)、速效氮和速效磷呈極顯著相關，與速效鉀呈顯著相關（表3）。由此可知，在4種不同土地利用方式下蔗糖酶活性和脲酶活性均與養(yǎng)分（有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀）聯(lián)系密切，而過氧化氫酶活性隨著土地利用方式的改變，其與養(yǎng)分的相關性也隨之改變，但都呈正相關。

3結(jié)論

不同土地利用方式下土壤酶與土壤養(yǎng)分含量存在一定的差異性。蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶活性為林地>耕地>園地>草地。林地由于樹葉凋落、累積，為微生物提供大量營養(yǎng)物質(zhì)，使微生物大量繁殖，與之相關的酶也隨之增加；耕地和園地因為耕作方式和施肥狀況使之3種酶活性不弱。有機質(zhì)和速效氮含量為耕地>園地>林地>草地，速效磷含量為園地>耕地>草地>林地，速效鉀含量為園地>林地>耕地>草地，園地和耕地因定期施肥和定期翻耕，因此養(yǎng)分相對較高。

根據(jù)對3種土壤酶的分析可知，土壤酶的活性與土層深度有關，酶活性在0～60 cm隨土層增加而降低，這與植物枯枝落葉和殘根集中在土壤表層有關。而通過對不同土地利用方式養(yǎng)分和酶活性的相關性分析可知土壤酶活性與有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀有一定的相關，這與薛萐等[3]和梁毅等[15]的結(jié)論基本相符。

土地的利用方式對土壤養(yǎng)分含量高低和土壤酶活性強弱會有影響，因此合理的土地管理方式和施肥可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，為防止土地荒漠化、鹽堿化等土地問題提供科學依據(jù)。同時，增加覆被植物種類可以間接提高土壤肥力，進而提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]趙瑞芬，張一弓，張強，等. 不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分狀況的影響——以太原市為例[J]. 中國農(nóng)學通報，2011，27（14）：262-266.

[2]王瑩，劉淑英，王平，等. 不同土地利用方式對秦王川灌區(qū)土壤酶活性及土壤養(yǎng)分的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2013（5）：107-113.

[3]薛萐，李占斌，拳鵬，等. 不同土地利用方式對干熱河谷地區(qū)土壤酶活性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2011，44（18）：3768-3777.

[4]陳彩虹，葉道碧. 4種人工林土壤酶活性與養(yǎng)分的相關性研究[J]. 中南林業(yè)科技大學學報，2010，30（6）：64-68.

[5]桂東偉，雷加強，曾凡江，等. 綠洲邊緣不同土地利用方式下的土壤質(zhì)量變化及分析[J]. 環(huán)境科學，2010，31（9）：2248-2253.

[6]貢璐，張雪妮，呂光輝，等. 塔里木河上游典型綠洲不同土地利用方式下土壤質(zhì)量評價[J]. 資源科學，2012，34（1）：120-127.

[7]林明珠，謝世友，林玉石. 喀斯特山地不同土地利用方式土壤養(yǎng)分特征研究[J]. 中國水土保持，2009（9）：8-10.

[8]陽利永，吳獻花，趙斌，等. 滇池柴河流域不同土地利用方式土壤養(yǎng)分剖面分異[J]. 水土保持研究，2012，19（5）：95-99.

[9]任勃，楊剛，謝永宏，等. 洞庭湖區(qū)不同土地利用方式對土壤酶活性的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2009，25（4）：8-11.

[10]劉夢云，常慶瑞，齊雁冰，等. 寧南山區(qū)不同土地利用方式土壤酶活性特征研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2006，14（3）：67-70.

[11]陳新燕. 不同土壤管理方式對南疆干旱區(qū)梨園土壤性質(zhì)的影響[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學，2012.

[12]王瑩. 秦王川灌區(qū)不同土地利用方式土壤活性有機碳庫、土壤酶活性和土壤養(yǎng)分研究[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學，2013.

[13]高勇，伍宇春，黎磊，等. 巖溶區(qū)不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分的剖面分布特征[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學，2014，41（17）：69-73.

[14]王莉，張強，牛西午，等. 黃土高原丘陵區(qū)不同土地利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2007，15（4）：53-56.

[15]梁毅，楊慧，曹建華，等. 不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分和酶活性的變化[J]. 廣西師范大學學報：自然科學版，2013，31（1）：125-129.

[16]李文鳳，房翠翠，牛玉昊，等. 高原地區(qū)不同農(nóng)作物土壤酶活性與土壤養(yǎng)分關系研究[J]. 北方園藝，2014（12）：159-161.

[17]王兵，劉國彬，薛萐. 退耕地養(yǎng)分和微生物量對土壤酶活性的影響[J]. 中國環(huán)境科學，2010，30（10）：1375-1382.