甘肅省鹽堿地主要植物群落土壤理化性質(zhì)及酶活性研究

于　闖，南麗麗，魏永鵬，向　華

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州　730070)

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甘肅省鹽堿地主要植物群落土壤理化性質(zhì)及酶活性研究

于闖，南麗麗，魏永鵬，向華

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州730070)

對甘肅省鹽堿地主要植物群落土壤按S型選取0～5和5～10 cm土層樣品，測定了土壤理化性質(zhì)和土壤脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶及脫氫酶活性。結(jié)果表明：荒漠鹽堿地主要植物群落土壤理化性質(zhì)及酶活性有著較大差異，狗尾草群落的土壤容重、土壤脲酶和過氧化氫酶活性均大于其他植物群落，分別為1.55 g/cm3，0.76 mg/(g·24 h)和7.33 mg/(g·20 min)；堿性磷酸酶在冰草群落最高，為0.13 mg/g；土壤pH在甘草群落最高，為9.20；花花柴群落全鹽和電導率值均最大，分別為184.2 g/kg和57.55 MS/CM；冰草群落的土壤水分最高達26.88%，蘆葦群落的脫氫酶具最大活性，為2.65 μg/(g·24 h)；同一植物群落，除冰草、甘草和駱駝刺群落的土壤水分5～10 cm土層顯著高于0～5 cm土層之外，其余植物群落的土壤水分、pH、全鹽及電導率值均隨土層的加深而減小，土壤容重隨土層的加深而增大，土壤酶活性多表現(xiàn)為隨土層的加深而降低；不同植物群落土壤理化性質(zhì)和各種酶之間有不同程度的相關性。

鹽堿地；土壤酶活性；土壤理化性質(zhì)；甘肅?。换哪参?/p>

鹽堿土是在各種自然環(huán)境因素和人為活動因素綜合作用下，發(fā)生鹽(堿)化過程而形成的、具有鹽化層或堿化層、含有大量可溶鹽類、抑制植物正常生長的土壤。土地鹽堿化屬于土地荒漠化，是土地退化中的難題，致使土壤肥力下降，植物根系吸水困難，甚至不能生長[1]。甘肅省鹽土面積占全省耕地面積的1/5～1/4，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，生態(tài)系統(tǒng)亟待修復。

土壤肥力是土壤的基本屬性，是土壤物理、化學和生物學性質(zhì)的綜合反映，也是植物生長發(fā)育的重要因素。土壤酶活性體現(xiàn)了土壤總生物學活性，表征了土壤的綜合肥力特征及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進程并作為衡量生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化的預警和敏感指標，主要來源于微生物[2]。鹽堿地中與肥力相關的酶包括脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶、蛋白酶等。研究表明，土壤的理化性質(zhì)和酶活性之間有著密切的關系，但由于土壤酶種類的不同，與土壤理化性質(zhì)的相關性也不同[3-4]。試驗以甘肅省鹽堿地主要植物群落為研究對象，研究不同植物群落對土壤理化性質(zhì)及土壤脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和脫氫酶活性的影響，旨在為荒漠生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分的調(diào)控和植被的恢復提供理論依據(jù)。

1　材料和方法

1.1樣地概況

研究地位于甘肅省西北部的河西走廊，地理位置N 37°17′～42°48′，E 92°12′～103°48′。受大陸性氣候和青藏高原氣候綜合影響，干旱少雨、蒸發(fā)強烈。年均氣溫5～10℃，日照時間長達3 000～4 000 h/a，年太陽總輻射量為120×4 186.8 ～150×4 186.8 J/cm2，明顯高于同緯度的東北、華北地區(qū)。內(nèi)陸河流域多年平均降水量為139.2 mm，且降水分布由東到西、自南而北逐漸減少，個別地區(qū)在50 mm以下。海拔1 100～1 500 m，無霜期160～230 d，多年平均蒸發(fā)量為1 448.4 mm[5]。試驗區(qū)鹽堿化土壤主要分布著梭梭(Haloxylonammodendron)群落、鹽爪爪(Kalidiumfoliatum)群落、冰草(Agropyroncristatum)群落、甘草(Glycyrrhizauralensis)群落、狗尾草(Setariaviridis)群落、駱駝刺(Alhagisparsifolia)群落、蘆葦(Phragmitesaustralis)群落、花花柴(Kareliniacaspia)和白刺(Nitrariasibirica)群落(表1)。

表1　樣地基本特征

1.2樣品采集及分析

2014年10月25～30日，分別在試驗地各處理小區(qū)按S型選取不同植物群落的土壤，用土鉆法取0～5、5～10 cm土層土樣，重復4次，封袋保存。土壤全鹽含量采用無CO2去離子水，按土水比1∶5提取，振蕩5 min，過濾后用質(zhì)量法測定；土壤pH用土水比1∶5懸液，由PHS-4智能酸度計測定；土壤容重用環(huán)刀法測定；土壤含水率用稱量法測定；土壤電導率用電導率儀測定；土壤脲酶采用靛酚藍比色法測定，以24 h后1 g土壤中NH3-N質(zhì)量(mg)表示[6]；堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉(用硼酸緩沖液)比色法測定，以24 h后1 g土壤中釋放出的酚質(zhì)量表示[6]；過氧化氫酶采用紫外分光亮度法測定，以20 min內(nèi)1 g土壤中分解的過氧化氫的質(zhì)量表示[7]；脫氫酶采用三苯基四氮唑氯化物(TTC)比色法測定，以24 h后1 g土壤生成TTC的質(zhì)量分數(shù)表示[6]。

1.3數(shù)據(jù)處理

用Excel和SPSS統(tǒng)計軟件進行分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同植物群落土壤化學特征分析

合適的土壤酸堿度可以增強土壤養(yǎng)分的有效釋放能力，增加土壤中微生物的數(shù)量和種類，促進土壤中養(yǎng)分的循環(huán)利用，進而促進地表植物生長發(fā)育[8-9]。不同植物群落土壤pH、全鹽及電導率的變化表現(xiàn)見表2，其中不同植物群落0～10 cm土層的pH均表現(xiàn)為甘草(9.20)>冰草=梭梭(8.97)>鹽爪爪(8.93)>狗尾草(8.89)>白刺(8.81)>駱駝刺(8.73)>蘆葦(8.70)>花花柴(8.62)；且5～10 cm土層顯著<0～5 cm土層。土壤含鹽量既可以反映土壤中的鹽分狀況，也可以用來指示土壤的鹽漬化程度。不同植物群落0～10 cm 土層花花柴群落全鹽含量(184.2 g/kg)顯著高于其他植物群落，之后依次是白刺(178.8 g/kg)>駱駝刺(95.3 g/kg)>蘆葦(59.4 g/kg)>冰草(57.0 g/kg)>狗尾草(32.9 g/kg)>甘草(24.7 g/kg)>梭梭(23.8 g/kg)>鹽爪爪(20.1 g/kg)；且0～5 cm土層明顯高于5～10 cm土層。土壤電導率是反映土壤質(zhì)量及土壤物理性質(zhì)的參數(shù)之一[10]，其大小可以用來表征土壤含鹽類化合物的量。經(jīng)相關分析表明，電導率值與全鹽含量呈極顯著正相關關系，電導率在不同植物群落間及不同土層間的變化趨勢與全鹽一致。

表2　不同植物群落土壤化學性質(zhì)

注:同列不同小寫字母表示不同土層間差異顯著(P<0.05)，同行不同大寫字母表示不同植物群落間差異顯著(P<0.05)。下同

2.2不同植物群落土壤物理性質(zhì)變化

土壤水分是河西地區(qū)植被生長，恢復和土壤改良的重要限制因素，主要受降水量、土壤性質(zhì)及植被類型的影響[11]。冰草、甘草和駱駝刺群落5～10 cm土層的含水量顯著高于0～5 cm土層，其他植物群落與此相反；不同植物群落間土壤含水量也有顯著差異，0～10 cm土層冰草群落的土壤水分含量為26.88%，顯著高于其他植物群落，依次為狗尾草(21.91%)>鹽爪爪(9.59%)>蘆葦(8.25%)>駱駝刺(8.20%)>梭梭(8.05%)>白刺(2.67%)>花花柴(2.57%)>甘草(2.49%)(表3)。土壤容重可用于監(jiān)測土壤的緊實程度，對土壤的水肥供應能力、通氣性及植物根系穿透土壤所產(chǎn)生的阻力等性狀都會產(chǎn)生一定的影響[12]，是評價土壤微環(huán)境優(yōu)劣的指標之一。不同植物群落的土壤容重隨土層深度的增加而增加(表3)，在0～10 cm土層土壤容重均值為狗尾草(1.55 g/cm3)>梭梭(1.51 g/cm3)>鹽爪爪(1.44 g/cm3)>蘆葦(1.40 g/cm3)>甘草(1.31 g/cm3)>冰草(1.26 g/cm3)>白刺(1.04 g/cm3)>花花柴(0.96 g/cm3)>駱駝刺(0.82 g/cm3)。

表3　不同植物群落土壤物理性質(zhì)

2.3不同植物群落土壤酶活性變化

脲酶活性的高低在一定程度上反應了土壤的供氮水平狀況[13]。冰草、蘆葦、白刺群落脲酶活性5～10 cm土層>0～5 cm土層，其他群落與此相反(表4)。在0～10 cm土層冰草和狗尾草群落顯著高于其他植物群落，分別為0.78 mg/kg和0.76 mg/kg，其次蘆葦群落為0.21 mg/kg，花花柴群落最低，為0.09 mg/kg。過氧化氫酶活性可以用來表征土壤氧化強度，其在有機質(zhì)氧化和腐殖質(zhì)形成過程中起重要作用[14]。鹽爪爪、甘草、狗尾草、花花柴、白刺群落的過氧化氫酶活性上層>下層，其余植物群落則相反；不同植物群落間，過氧化氫酶活性鹽爪爪群落最低，為3.21 mg/g，依次為白刺(3.22mg/g)<甘草(3.43 mg/g)<冰草(3.53 mg/g)<駱駝刺(4.07 mg/g)<花花柴(4.09 mg/g)<梭梭(4.26 mg/g)<蘆葦(4.28 mg/g)<狗尾草(7.33 mg/g)。磷酸酶是評價土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向與強度的指標，其活性的高低直接影響著土壤中有機磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[15]，可分為酸性，中性和堿性磷酸酶，在鹽堿土中以堿性磷酸酶活性為主。駱駝刺和蘆葦群落的堿性磷酸酶活性土壤下層顯著大于上層，其余恰好相反；不同植物群落間，堿性磷酸酶活性最高是冰草群落0.13 mg/g，最低的是花花柴群落，僅為0.015 mg/g。脫氫酶能催化有機物質(zhì)脫氫，起著氫的中間轉(zhuǎn)化傳遞作用，其活性高低直接反映了土壤微生物的活動強度[16]。在0～10 cm土層，蘆葦群落的脫氫酶活性最大為2.65 μg/g，駱駝刺和甘草群落脫氫酶活性最小(0.04 μg/g)，其他植物群落介于它們之間。隨著土層深度增加脫氫酶活性呈現(xiàn)出遞減的規(guī)律，即0～5 cm土層顯著高于5～10 cm土層。

表4　不同植物群落土壤酶活性

2.4土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的相關性

通過相關分析表明(表5)，土壤水分與脲酶呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.958，與堿性磷酸酶、脫氫酶呈顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.794、0.389；過氧化氫酶與電導率、全鹽呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.942、0.940，與pH呈顯著負相關，相關系數(shù)為-0.808，其余指標間的相關性均不顯著。

表5　土壤理化性質(zhì)與土壤酶相關關系

注：*表示差異顯著，**表示差異極顯著

3　討論與結(jié)論

3.1討論

甘肅荒漠鹽堿地主要植物群落0～5 cm土層的全鹽含量、pH和電導率值均顯著高于5～10 cm土層，這是由于河西地區(qū)蒸發(fā)量高，地下水分攜鹽上移，而水分蒸發(fā)，鹽則留在上層土壤中；土壤容重0～5 cm土層顯著低于5～10 cm土層，是因為上層土壤有植物群落生長，植物根系對土壤有疏松作用，使土壤容重降低，此結(jié)果與邵玉翠等[17]的研究結(jié)果一致。

不同植物群落對土壤理化性質(zhì)及酶活性有明顯影響。其中，花花柴群落的全鹽和電導率最大，其脲酶和堿性磷酸酶活性均最低，由于鹽度增大抑制了土壤酶活性，這與李鳳霞等[18]的研究結(jié)論一致，鹽爪爪群落的全鹽和電導率值最小，這是由于鹽爪爪屬于肉質(zhì)的真鹽生植物，具有更高攝取鹽的能力，并將其運輸?shù)降厣喜糠諿19]，即鹽爪爪群落土壤中的鹽分會隨著生長而逐漸向體內(nèi)積累，從而降低了土壤中的鹽分；鹽爪爪群落土壤含水率高，說明有鹽爪爪生長的地區(qū)有助于其他植物的生長。狗尾草群落土壤容重最大，駱駝刺群落土壤容重最小。由于駱駝刺地上部分長的矮小，地下根系非常發(fā)達，是地上莖葉生長區(qū)直徑的2～3倍[20]。駱駝刺發(fā)達的根系使它生長區(qū)域的土壤變得疏松，使土壤容重變小。試驗中的4種土壤酶活性多表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而降低，這與前面報道的研究結(jié)果一致[21-22]，這主要是因為土壤的表層積累了大量枯枝落葉，經(jīng)過微生物分解形成腐殖質(zhì)，使得表層土壤中的有機質(zhì)含量相對較高，再加上土壤表層水熱條件和通氣性能好，為微生物的生長提供了有利的環(huán)境與物質(zhì)能源，有利于微生物的活動，使得土壤酶活性也較高。

3.2結(jié)論

甘肅荒漠鹽堿地主要植物群落土壤理化性質(zhì)及酶活性有較大差異，狗尾草群落的土壤容重、土壤脲酶和過氧化氫酶活性均大于其他植物群落，堿性磷酸酶在冰草群落最高，土壤pH在甘草群落最高，花花柴群落的全鹽和電導率值均最大，冰草群落的土壤水分最高，蘆葦群落的脫氫酶具最大活性；同一植物群落，除冰草、甘草和駱駝刺群落的土壤水分下層土顯著高于上層土之外，其余植物群落的土壤水分、pH、全鹽及電導率值均隨土層的加深而減小，土壤容重隨土層的加深而增大，土壤酶活性多表現(xiàn)為隨土層的加深而降低；不同植物群落土壤理化性質(zhì)和各種酶之間有不同程度的相關性。

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Study on soil enzyme activities and soil physicochemical properties of main plant communities in saline and alkaline land in Gansu Province

YU Chuang，NAN Li-li，WEI Yong-peng，XIANG Hua

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

The samples from 0 to 5 and 5 to 10 cm layers were used to study the soil physicochemical properties and activities of soil urease,catalase,alkaline phosphatase and dehydrogenase of main plant communities in saline and alkaline soil of Gansu.The results showed that the soil physicochemical properties and soil enzyme activities of the main plant communities were quite different,the soil bulk density,the activities of urease and catalase ofSetariaviridiscommunity were higher than other plant communities,and they were 1.55 g/cm3,0.76 mg/(g·24 h) and 7.33 mg/(g·20 min);the activity of alkaline phosphatase was the highest inAgropyroncristatumcommunity which was 0.13 mg/g;the pH was the highest (9.20) inGlycyrrhizauralensiscommunity;total salt content and conductivity were the highest inKareliniacaspiacommunity (184.2 g/kg and 57.55 MS/CM);The soil water content inAgropyroncristatumcommunity was the highest (26.88%);dehydrogenase had the maximum activity 2.65 μg/(g·24 h) inPhragmitesaustraliscommunity.In the same plant community,soil water content,pH value,total salt content,conductivity and activities of soil enzyme decreased with the soil depth,and the soil bulk density increased with soil depth except for soil water content inAgropyroncristatumcommunity,Glycyrrhizauralensiscommunity andAlhagisparsifoliacommunity.

saline and alkaline land;soil enzyme activity;soil physicochemical property;Gansu Province;eremophytes

2015-08-23；

2015-09-25

國家自然科學基金(31460630)；甘肅省高等學校科研項目(2014A-055)資助

于闖(1992-)，男，內(nèi)蒙古包頭人，在讀碩士。

E-mail：410039614@qq.com

S 154.2

A

1009-5500(2016)03-0072-06

南麗麗為通訊作者。