基于土壤微生物生物量碳和酶活性指標(biāo)的土壤肥力質(zhì)量評價(jià)初探

禹樸家，范高華，韓可欣，周道瑋

（1. 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長春 130102；2. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830011）

土壤質(zhì)量是指土壤在生態(tài)系統(tǒng)中維持生物生產(chǎn)的能力，保持和改善環(huán)境質(zhì)量的能力以及促進(jìn)人類和動(dòng)植物健康發(fā)展的能力[1]。評價(jià)并掌握土壤質(zhì)量的變化對于維持甚至提高土壤的生產(chǎn)力，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有非常重要的意義，因此土壤質(zhì)量評價(jià)被認(rèn)為是現(xiàn)代土壤學(xué)研究的主要問題之一[2-3]。

在眾多土壤質(zhì)量評價(jià)的研究中，雖然研究者將多個(gè)土壤指標(biāo)結(jié)合在一起來反映土壤質(zhì)量的變化，但這些指標(biāo)大多集中在土壤的物理和化學(xué)指標(biāo)方面，對土壤微生物學(xué)指標(biāo)則涉及的較少[3-6]。而作為對短期土地利用變化最為敏感的土壤指標(biāo)[6-8]，在進(jìn)行土壤質(zhì)量評價(jià)時(shí)土壤微生物學(xué)指標(biāo)理應(yīng)受到人們的重視。在眾多的土壤微生物學(xué)指標(biāo)中，參與到土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分循環(huán)中的土壤微生物及過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶等與土壤質(zhì)量的很多理化指標(biāo)高度相關(guān)，因此被廣泛認(rèn)為是監(jiān)測土壤質(zhì)量變化的重要指標(biāo)[5,8]。土壤質(zhì)量指數(shù)是評價(jià)土地利用方式或管理措施對土壤質(zhì)量影響的一種有用的工具，它能將不同土壤管理措施下的多個(gè)土壤指標(biāo)信息集合在一起來反映土壤質(zhì)量的變化，因此被廣泛應(yīng)用于土壤質(zhì)量評價(jià)研究中[6,9-12]。如Liu等[3]利用土壤質(zhì)量指數(shù)對中國東部具有不同生產(chǎn)力的白漿土（Albic soil）的土壤質(zhì)量進(jìn)行了研究；Guo等[6]利用土壤質(zhì)量指數(shù)法對黃河下游禹城和墾利兩個(gè)區(qū)域農(nóng)田土壤的土壤質(zhì)量進(jìn)行了研究；鄧紹歡等[12]利用土壤質(zhì)量指數(shù)法對我國南方地區(qū)冷浸田的土壤質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)。

作為我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的重要組成部分，松嫩草地在過去的幾十年中由于不合理的土地利用方式，導(dǎo)致農(nóng)田土壤發(fā)生退化，大量土地被棄耕，區(qū)域生態(tài)環(huán)境不斷惡化[13-14]。此外，近年來我國糧食產(chǎn)量不斷增加，到2014年松嫩草地所處的東北地區(qū)糧食產(chǎn)量比2003年增長了近1倍，其中高產(chǎn)的玉米產(chǎn)量占全國的比重提高了6.54%[15]。玉米產(chǎn)量的提高導(dǎo)致庫存壓力變大，價(jià)格驟減，農(nóng)民收入降低。因此，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)對于區(qū)域內(nèi)農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和種植效益的提高具有重要的意義。基于此，本研究以松嫩平原草地為研究對象，分析玉米地、苜蓿地、羊草地、羊草割草地和自然恢復(fù)草地5種短期（4年）土地利用方式變化對土壤微生物生物量碳含量和土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性的影響，同時(shí)利用Andrews等[9]提出的土壤質(zhì)量評價(jià)模型，通過線性和非線性賦分函數(shù)兩種方法計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù)，對不同土地利用方式下的土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行定量評價(jià)，探討短期土地利用方式變化對土壤肥力質(zhì)量的影響，以期為研究區(qū)內(nèi)土壤的改良、利用以及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于吉林省松原市長嶺縣境內(nèi)的中國科學(xué)院長嶺草地農(nóng)牧生態(tài)研究站（44°33′N,123°31′E），該區(qū)地處松嫩平原南部的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，區(qū)內(nèi)地勢平坦，以低平原為主，有帶狀沙丘分布，平均海拔約為145 m。氣候條件屬于溫帶半濕潤、半干旱大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，年平均降水量約為427 mm，集中在6—9月，占年降水量的70%左右，年蒸發(fā)量約為1 600 mm；年均溫約為5.9 ℃，無霜期 140 d，＞ 10 ℃的有效積溫 2 900～3 000 ℃。

研究地點(diǎn)的土壤類型屬于草甸堿土。此外，研究區(qū)內(nèi)還分布著草甸土和風(fēng)沙土等土壤類型，pH值約為7.5～10.5。主要植被類型為羊草（Leymus chinensis）草甸，主要優(yōu)勢植物包括羊草（Leymus chinensis）、虎尾草（Chloris virgata）、鹽地堿蓬（Suacda salsa）和星星草（Puccinellia tenuiflora）等[16]。半個(gè)世紀(jì)以來，由于人口增長對糧食需求的增加，在草地的邊緣部分草甸被開墾成農(nóng)田，用于種植玉米、葵花、高粱等經(jīng)濟(jì)作物。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇初始演替的棄耕地約2 hm2, 去除地表所有植被和枯落物后，劃定小區(qū)；試驗(yàn)樣地布置于2010年，試驗(yàn)處理從2011年5月初開始。由于多年的土壤耕作，使得土壤比較均質(zhì)，試驗(yàn)開始前樣地0～10 cm土層的有機(jī)碳含量為7.82 g/kg, 土壤容重為1.47 g/cm3。試驗(yàn)采用區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分為4個(gè)重復(fù)區(qū)組，在每個(gè)區(qū)組內(nèi)設(shè)置了自然恢復(fù)草地、羊草地、羊草割草地、苜蓿地和玉米地5種土地利用方式的處理，總計(jì)20個(gè)小區(qū)。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)組的面積約為60 m×50 m，其中草地小區(qū)面積為6 m×50 m, 苜蓿小區(qū)及作物種植小區(qū)面積為12 m×50 m，各小區(qū)間間隔1 m，重復(fù)區(qū)組間間隔2 m。耕地的耕作方式為傳統(tǒng)耕作，作物為一年一熟制，每年于4月底或5月初進(jìn)行翻耕，施肥量為N肥 74 kg/hm2、P肥 22kg/hm2、K 肥 41 kg/hm2。

苜蓿草地建立于2014年，之前這些試驗(yàn)小區(qū)為免耕種植玉米，樣地管理情況（包括作物種植情況和化肥使用情況等）與前面的傳統(tǒng)耕作種植玉米樣地完全相同。2011年5月按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)在羊草草地小區(qū)內(nèi)進(jìn)行了補(bǔ)播處理，補(bǔ)播羊草種子的密度約為2 000粒/m2。補(bǔ)播處理促進(jìn)了羊草草地的恢復(fù)，到2011年9月，樣地內(nèi)的地上生物量就達(dá)到了100～120 g/m2左右。在每個(gè)區(qū)組的兩個(gè)羊草草地小區(qū)內(nèi)，一個(gè)小區(qū)進(jìn)行割草處理，將地上生物量移除到小區(qū)外，而另一個(gè)小區(qū)不做任何處理，讓地上生物量以枯落物的形式回歸到土壤中。自然恢復(fù)草地自2011年5月開始不進(jìn)行任何處理，讓其自然恢復(fù)。苜蓿地、羊草地、羊草割草地和自然恢復(fù)草地不施用肥料[14]。

1.3 土壤采樣與分析

2015年生長季末（8月下旬至9月初），在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇5個(gè)0.5 m×0.5 m的樣方，在每個(gè)樣方內(nèi)，首先去除地上生物量和枯落物，然后用4 cm直徑的土鉆采集0～10 cm土層深度的土壤樣品，將同一小區(qū)5個(gè)樣方采集到的土壤樣品混合為一個(gè)樣品。土壤樣品取完后分為兩部分，一部分立即存放到4 ℃的冰箱內(nèi)，用于測定土壤微生物生物量碳含量，另一部分土壤樣品在自然狀態(tài)下陰干，去除礫石和殘留的植物殘?bào)w后，過2 mm的土壤篩用于測定土壤酶活性。

土壤微生物生物量碳含量采用氯仿熏蒸法測定，稱取11.00 g新鮮土樣（相當(dāng)于干土10.00 g）均勻的平鋪在玻璃培養(yǎng)皿上并放入干燥器中，干燥器底部放置一瓶裝有50 ml無水氯仿的小燒杯并加入少量防爆沸的物質(zhì)，密閉熏蒸24 h后，除去氯仿并將土樣裝入塑料瓶中，按照1:5的比例加入0.50 M 的硫酸鉀溶液50 ml，在往返式振蕩器上震蕩30 min后過濾。與此同時(shí)，另外一組土樣直接加入0.50 M 的硫酸鉀溶液50 ml，震蕩過濾。濾液用TOC儀進(jìn)行測定，熏蒸與未熏蒸土樣中有機(jī)碳含量差值乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)即為土壤微生物生物量碳含量。

土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定；土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定；土壤堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[17-18]。

1.4 敏感性指數(shù)計(jì)算

土壤微生物學(xué)指標(biāo)的敏感性指數(shù)以給定的一種土地利用方式為基準(zhǔn)，通過計(jì)算其它土地利用方式與給定土地利用方式間該指標(biāo)的差異來反映土地利用變化對該土壤指標(biāo)的影響程度。本研究以玉米地為參考基準(zhǔn)（玉米地敏感性指數(shù)為1）來計(jì)算其它4種草地利用方式中土壤微生物學(xué)指標(biāo)的敏感性指數(shù)，其計(jì)算公式為：

式中：SIi是土壤i指標(biāo)的敏感性指數(shù)；Si是測定土地利用方式下土壤i指標(biāo)的含量；SRi是參考土地利用方式下土壤i指標(biāo)的含量。當(dāng)土壤指標(biāo)的敏感性指數(shù)大于1.50（增加50%）或是低于0.50（降低50%）的時(shí)候，認(rèn)為該土壤指標(biāo)對土地利用變化響應(yīng)敏感[19]。

1.5 土壤質(zhì)量指數(shù)計(jì)算

依據(jù)Andrews等[9]提出的土壤質(zhì)量評價(jià)模型（SMAF），本文將測定的5種土壤微生物學(xué)指標(biāo)作為土壤質(zhì)量指數(shù)計(jì)算的數(shù)據(jù)集，通過2個(gè)步驟計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù)，以土壤生產(chǎn)力和可持續(xù)利用作為土壤管理的最終目標(biāo)。

第一步，利用線性和非線性的賦分函數(shù)法對數(shù)據(jù)中的土壤指標(biāo)進(jìn)行賦分。根據(jù)土地管理的目標(biāo)以及土壤指標(biāo)在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的功能，將數(shù)據(jù)集中的土壤指標(biāo)分為兩類。一類是在土壤中含量越多越好的土壤指標(biāo)，一類是在土壤中含量越少越好的指標(biāo)。這兩類土壤指標(biāo)的賦分的最大值均為1。其中，線性賦分函數(shù)的公式為：

式中：SL是線性賦分函數(shù)得出的分值，其范圍為0～1；X是數(shù)據(jù)集中的土壤指標(biāo)含量值，Xmax和Xmin分別是每個(gè)土壤指標(biāo)含量的最大值和最小值；其中公式（2）應(yīng)用于土壤中含量越多越好的土壤指標(biāo)，而公式（3）應(yīng)用于土壤中含量越少越好的土壤指標(biāo)[19]。

非線性賦分函數(shù)的公式為：

式中：SNL是非線性賦分函數(shù)得出的分值，其范圍為0～1；a是土壤指標(biāo)所能得到的最大值，本研究中將a定義為1；X是數(shù)據(jù)集中的土壤指標(biāo)含量值，Xm是這個(gè)土壤指標(biāo)含量的平均值；b是這個(gè)公式中的斜率，本研究中將含量越多越好的土壤指標(biāo)的b值設(shè)定為-2.5，而含量越少越好的土壤指標(biāo)的b值設(shè)定為+2.5[19-20]。

第二步，在數(shù)據(jù)集中的土壤指標(biāo)賦分完畢后，計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù)[20]，公式為：

式中：SQIA是計(jì)算得出的土壤質(zhì)量指數(shù)；Si為土壤i指標(biāo)的得分值；n為數(shù)據(jù)集中土壤指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本研究中所有的數(shù)據(jù)分析均在SPSS 16.0（SPSS 16.0 for Windows, Inc., Chicago, IL, USA）軟件中完成。單因素方差分析被用來分析土地利用方式對土壤微生物學(xué)指標(biāo)和土壤質(zhì)量指數(shù)的影響；不同土地利用方式下土壤指標(biāo)和土壤質(zhì)量指數(shù)的均值比較通過LSD法進(jìn)行分析。Pearson相關(guān)系數(shù)被用來分析2個(gè)土壤質(zhì)量指數(shù)之間的相關(guān)性。所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的顯著性水平設(shè)定為P = 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物生物量碳含量與土壤酶活性

5種土壤微生物學(xué)指標(biāo)均對土地利用方式響應(yīng)敏感，但在不同的土地利用方式下，不同指標(biāo)的響應(yīng)程度有所不同。土地利用方式對土壤微生物生物量碳含量、脲酶活性和蔗糖酶活性均具有極顯著（P ＜ 0.01）的影響（表1）。其中，土壤蔗糖酶活性在4種草地利用方式間沒有顯著差異，但其值均顯著高于玉米地；土壤微生物生物量碳含量和脲酶活性均在苜蓿地中達(dá)到最高，分別為533.3 mg C/kg和1.17 mg NH3-N/g soil/24h，其值顯著高于自然恢復(fù)草地和玉米地，而與羊草地沒有顯著差異。羊草割草地中土壤微生物生物量碳含量為427.6 mg C/kg，其顯著高于玉米地，而土壤脲酶活性為0.78 mg NH3-N/g soil/24h，其與玉米地沒有顯著差異。雖然土地利用方式對土壤過氧化氫酶活性和堿性磷酸酶活性沒有顯著影響，但草地利用方式與玉米地間仍存在一定程度的差異。

土壤過氧化氫酶活性在自然恢復(fù)草地和羊草割草地中的值分別為0.95和0.93 ml KMnO4/g soil，其顯著高于玉米地，與羊草地和苜蓿地沒有顯著差異，而土壤堿性磷酸酶活性在苜蓿地、羊草地和自然恢復(fù)草地中的值分別為1.21、1.09和1.08 mg phenol/g soil/12h，其顯著高于玉米地，而與羊草割草地沒有顯著差異。

表1 不同土地利用方式下土壤微生物學(xué)指標(biāo)的變化及ANOVA分析結(jié)果Table 1 Changes of soil microbial indicators and ANOVA results for the changes under five land use types

2.2 土壤微生物學(xué)指標(biāo)的敏感性指數(shù)

耕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾螅?種土壤微生物學(xué)指標(biāo)的敏感性指數(shù)均大于1.0（圖1），表明它們均呈現(xiàn)出一定程度的增加趨勢。其中，土壤蔗糖酶活性的增加幅度最大，其敏感性指數(shù)值均大于1.94，對土地利用變化的響應(yīng)最為敏感；而土壤過氧化氫酶活性的增加幅度最小，其敏感性指數(shù)均小于1.13，對土地利用變化的響應(yīng)也最小。不同土地利用方式下，苜蓿地中土壤微生物學(xué)指標(biāo)響應(yīng)最為敏感，其中有微生物生物量碳含量、脲酶活性、蔗糖酶活性和堿性磷酸酶活性4個(gè)指標(biāo)的敏感性指數(shù)值大于1.50；羊草割草地中土壤微生物指標(biāo)響應(yīng)最小，其中僅有蔗糖酶活性1個(gè)指標(biāo)的敏感性指數(shù)值大于1.50；而自然恢復(fù)草地和羊草地中土壤指標(biāo)的響應(yīng)程度居中，分別有脲酶活性、蔗糖酶活性和堿性磷酸酶活性3個(gè)和蔗糖酶活性和堿性磷酸酶活性2個(gè)土壤指標(biāo)的敏感性指數(shù)值大于1.50。

圖1 不同土地利用方式下土壤微生物生物量碳和土壤酶活性的敏感性指數(shù)Fig. 1 Sensitivity indices of soil microbial biomass carbon and soil enzyme activities under five land use types

2.3 土壤質(zhì)量指數(shù)

單因素方差分析結(jié)果表明，線性土壤質(zhì)量指數(shù)（F=8.55，P＜0.01）和非線性土壤質(zhì)量指數(shù)（F=9.59，P＜0.01）在不同土地利用方式間均存在極顯著差異。雖然線性土壤質(zhì)量指數(shù)在數(shù)值上顯著高于非線性土壤質(zhì)量指數(shù)，但2種土壤質(zhì)量指數(shù)指示的不同土地利用方式間土壤質(zhì)量的變化趨勢完全一致（圖2）。5種土地利用方式中，玉米地的土壤質(zhì)量指數(shù)均顯著低于草地利用方式，其線性和非線性土壤質(zhì)量指數(shù)分別為0.55和0.30；而在4種草地利用方式中，苜蓿地的線性土壤質(zhì)量指數(shù)和非線性土壤質(zhì)量指數(shù)均最高，分別為0.89和0.60，其顯著高于羊草地，而與自然恢復(fù)草地和羊草割草地沒有顯著差異。

圖2 不同土地利用方式下的土壤質(zhì)量指數(shù)Fig. 2 Soil quality indices under five land use types

以線性土壤質(zhì)量指數(shù)值為橫坐標(biāo)，以非線性土壤質(zhì)量指數(shù)值為縱坐標(biāo)對2種土壤質(zhì)量指數(shù)間的線性相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明線性與非線性土壤質(zhì)量指數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.93，顯著性水平P＜0.001（圖3），表明兩者間存在極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系。

圖3 線性與非線性土壤質(zhì)量指數(shù)的相關(guān)性Fig. 3 Pearson’s correlation between linear and nonlinear soil quality indices

3 討論

3.1 土地利用方式對土壤微生物學(xué)指標(biāo)的影響

土壤微生物生物量碳含量和土壤酶活性對外界環(huán)境因素和土壤質(zhì)量的變化響應(yīng)快速且準(zhǔn)確，常被用來作為土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的早期指示指標(biāo)[21]。與玉米地相比，苜蓿地、羊草割草地、羊草地和自然恢復(fù)草地中土壤微生物生物量碳含量分別提高了79.5%、44.1%、31.9%和33.3%，表明草地恢復(fù)顯著提高了研究區(qū)內(nèi)土壤微生物生物量碳的含量（表1）。這主要是由于草地恢復(fù)以后向土壤中輸入的枯落物和根系的量增加，從而為土壤微生物的生長提供了充足的基質(zhì)和能量，進(jìn)而促進(jìn)了微生物種群數(shù)量的增加和活性的提高[22-23]。

與土壤微生物生物量碳含量的變化趨勢相同，草地利用方式中4種土壤酶的活性也均顯著高于玉米地，表明草地恢復(fù)對土壤酶活性的提高具有積極的作用。草地恢復(fù)后土壤微生物數(shù)量和活性增加是導(dǎo)致土壤酶活性提高的主要原因。此外，草地恢復(fù)后土壤中有機(jī)碳含量的增加（苜蓿地、羊草割草地、羊草地和自然恢復(fù)草地土壤有機(jī)碳含量比樣地處理前增加了2.4、1.8、2.5和3.0 g C/kg），促進(jìn)了土壤有機(jī)碳與土壤酶的結(jié)合，減少了土壤酶的水解[24]，也在一定程度上提高了土壤酶的活性。4種草地利用方式中，苜蓿地、自然恢復(fù)草地、羊草地和羊草割草地中分別有4個(gè)、3個(gè)、2個(gè)和1個(gè)土壤微生物學(xué)指標(biāo)的敏感性指數(shù)高于1.50，表明苜蓿地和自然恢復(fù)草地對土壤微生物學(xué)指標(biāo)的影響明顯高于羊草地和羊草割草地。

從土壤微生物學(xué)指標(biāo)的絕對含量上來看，自然恢復(fù)草地中僅有土壤過氧化氫酶活性達(dá)到最高，而苜蓿地中則有土壤微生物生物量碳含量、土壤脲酶活性和堿性磷酸酶活性3個(gè)指標(biāo)達(dá)到最高，表明苜蓿地對土壤微生物學(xué)指標(biāo)的影響顯著高于自然恢復(fù)草地。土地利用和管理方式的差異是導(dǎo)致土壤微生物學(xué)指標(biāo)出現(xiàn)差異的主要原因。苜蓿作為一種豆科植物，具有生物固氮作用，它不僅能夠增加土壤中有機(jī)物的輸入，還能增加土壤中氮素的輸入[25]，從而為微生物群落的生長提供了更好的生存環(huán)境，因此比其它3種草地利用方式更有利于土壤微生物量和土壤酶活性的增加。在自然恢復(fù)草地中，由于群落的物種多樣性顯著高于單一物種的羊草地和羊草割草地，所以向土壤中輸入的有機(jī)質(zhì)的種類也會(huì)明顯高于羊草地和羊草割草地，從而為土壤中多種微生物種群的生存提供適宜的環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致自然恢復(fù)草地對土壤微生物指標(biāo)的影響高于羊草地和羊草割草地。

3.2 土地利用方式對土壤肥力質(zhì)量的影響

本研究中，通過線性和非線性賦分函數(shù)獲得的2個(gè)土壤質(zhì)量指數(shù)間具有極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系（圖3），表明它們均能準(zhǔn)確的反映出土地利用方式變化對土壤質(zhì)量的影響。雖然線性土壤質(zhì)量指數(shù)值顯著高于非線性土壤質(zhì)量指數(shù)值，但在不同土地利用方式下2種土壤質(zhì)量指數(shù)指示的土壤質(zhì)量的差異是一致的（圖2），表明應(yīng)用2種方法中的任何一種方法對土壤質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)均是可行的。這與Raiesi[19]在伊朗的研究得出的結(jié)論一致，他們也發(fā)現(xiàn)這2種土壤質(zhì)量指數(shù)間具有較好的相關(guān)性，且均能反映出不同管理方式下土壤質(zhì)量的變化。

與玉米地相比，苜蓿地、羊草割草地、羊草地和自然恢復(fù)草地中的線性土壤質(zhì)量指數(shù)分別提高了61.8%、40.0%、36.4%和43.6%；而非線性土壤質(zhì)量指數(shù)分別提高了100.0%、70.0%、63.3%和73.3%（圖2）。2種土壤質(zhì)量指數(shù)的分析結(jié)果均表明，草地恢復(fù)顯著提高了研究區(qū)內(nèi)0～10 cm土層的土壤肥力質(zhì)量，即草地利用方式要比耕地更適合于研究區(qū)內(nèi)土壤生產(chǎn)力的提高和土地的可持續(xù)利用。

4種草地利用方式中，苜蓿地的2種土壤質(zhì)量指數(shù)值均明顯高于其它3種草地利用方式（圖2），表明種植苜蓿對于土壤肥力質(zhì)量的改善要優(yōu)于自然恢復(fù)草地和羊草地。此外，作為一種優(yōu)良的飼草，苜蓿種植還能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)今研究區(qū)所處的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶出現(xiàn)玉米賣糧難，庫存壓力大，種植效益大幅降低[15]，國家大力鼓勵(lì)糧改飼的大背景下，在作物產(chǎn)量較低且土壤條件較差的區(qū)域?qū)⒏剞D(zhuǎn)變?yōu)檐俎ｏ暡莸乜赡苁且环N“雙贏”的土地利用方式，既能增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的收入，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，又能提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)土地的可持續(xù)利用。

4 結(jié)論

研究表明，土地利用方式對土壤微生物生物量碳含量、脲酶活性和蔗糖酶活性具有極顯著影響。雖然土地利用方式對土壤過氧化氫酶活性和堿性磷酸酶活性沒有顯著影響，但4種草地利用方式中的過氧化氫酶活性和堿性磷酸酶活性均明顯高于玉米地，表明土地利用方式變化對這2種土壤酶活性也具有一定的影響。因此，土壤微生物生物量碳含量、脲酶活性、蔗糖酶活性、過氧化氫酶活性和堿性磷酸酶活性均對土地利用方式變化具有一定的敏感性，均可以作為不同土地利用方式下土壤肥力質(zhì)量評價(jià)的敏感性指標(biāo)。

線性與非線性土壤質(zhì)量指數(shù)間存在極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，表明兩者均能準(zhǔn)確的反映出土地利用變化對土壤質(zhì)量的影響。耕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸仫@著提高了土壤微生物生物量碳的含量和4種土壤酶的活性，進(jìn)而提高了土壤的肥力質(zhì)量，即草地利用方式要比耕地更適合于研究區(qū)內(nèi)土壤的可持續(xù)利用和生產(chǎn)力的提高。5種土地利用類型中苜蓿地的土壤質(zhì)量指數(shù)最高，自然恢復(fù)草地、羊草地和羊草割草地次之，而玉米地的土壤肥力質(zhì)量最低，表明種植苜蓿對于研究區(qū)內(nèi)土壤肥力質(zhì)量的改善要明顯優(yōu)于其它土地利用方式。

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