麻瘋樹不同蓋度對土壤的影響

摘要：通過樣方法對攀枝花地區(qū)金沙江干熱河谷麻瘋樹（Jatropha curcas L.）群落進(jìn)行野外實地調(diào)查，初步分析了土壤理化性質(zhì)、土壤Pb、Cd含量、土壤酶活性和群落蓋度的關(guān)系。結(jié)果表明，有麻瘋樹覆蓋的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型的土壤pH比裸土Ⅳ型的高；隨著麻瘋樹蓋度的增加，有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷含量總體呈現(xiàn)減少的趨勢。與裸土Ⅳ型相比，Ⅰ型、Ⅱ型的土壤速效鉀含量均高于裸土；除Ⅲ型、Ⅴ型外，其他類型土壤緩效鉀含量均高于裸土。樣地中土壤Pb含量基本保持自然背景水平；有3個樣地Cd含量高于國家允許安全限量指標(biāo)。麻瘋樹在群落中的覆蓋度增加總體上提高了土壤酶活性，包括脲酶、磷酸酶和蔗糖酶，說明麻瘋樹使土壤環(huán)境條件向著有利于麻瘋樹自身生長的方向演變。

關(guān)鍵詞：麻瘋樹（Jatropha curcas L.）；蓋度；土壤重金屬；土壤酶活性；土壤理化性質(zhì)；影響

中圖分類號：S792.99；S714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）03-0545-03

攀枝花市位于中國西部，是重要的礦業(yè)城市[1]，在礦山開采過程中，大量的礦石、尾礦沿江堆放，采礦廢水和選礦廢液的直接排放對河水和沿河土壤都造成了嚴(yán)重污染。土壤對重金屬污染物的累積富集作用使得重金屬污染日趨嚴(yán)重[2-5]。麻瘋樹（Jatropha curcas L.）作為生物燃料樹種，種子榨油后油中的重金屬含量是否超標(biāo)應(yīng)引起重視。

攀枝花市位于長江上游金沙江段，是麻瘋樹適宜的生長區(qū)域。這個區(qū)域的麻瘋樹群落結(jié)構(gòu)和種群分布格局尚不清楚，不利于麻瘋樹生物多樣性的保護(hù)和開發(fā)利用。麻瘋樹跨地區(qū)、跨生態(tài)系統(tǒng)引種對新的地區(qū)可能形成入侵的問題正逐漸受到重視。所以對攀枝花金沙江干熱河谷麻瘋樹群落進(jìn)行調(diào)查，獲得麻瘋樹生物地理特點、有害特征以及生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特征等方面的資料顯得非常迫切。

本研究對攀枝花市仁和工業(yè)區(qū)、新鹽邊縣麻瘋樹群落進(jìn)行調(diào)查，對麻瘋樹所生長的土壤重金屬含量進(jìn)行測定并對土壤肥力、土壤酶活性的變化情況進(jìn)行分析，以期為麻瘋樹野外環(huán)境調(diào)查提供參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

攀枝花市位于四川省西南部（101°15′-102°08′ E，26°05′-27°21′ N），地處川、滇南北構(gòu)造帶中段的安寧河構(gòu)造帶，東臨攀西地區(qū)會理，南靠云南省永仁縣，西臨云南省華坪縣和寧蒗縣，北與涼山州地區(qū)德昌縣、鹽源縣接壤，地形切割強(qiáng)烈，垂直分異顯著。攀枝花市是川西南重要的礦業(yè)城市，被稱為中國的釩鈦之都。幾十年的開發(fā)建設(shè)使該區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但同時引發(fā)的環(huán)境問題也比較嚴(yán)重，如植被破壞、土壤和水體污染、生態(tài)環(huán)境惡化等，其中礦渣場對生態(tài)系統(tǒng)的破壞尤為嚴(yán)重[1，6-8]。

1.2 麻瘋樹群落蓋度分布研究方法

2010年4月在攀枝花市新鹽邊縣、仁和工業(yè)區(qū)進(jìn)行采樣，采樣土壤有6種類型，表層（0～20 cm）取樣，根據(jù)麻瘋樹的不同演替階段、裸土區(qū)以及麻瘋樹和其他植物混生劃分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ型。Ⅰ型，麻瘋樹為優(yōu)勢種群，蓋度約達(dá)90%；Ⅱ型，零星有當(dāng)?shù)刂参锷L，麻瘋樹蓋度在60%左右；Ⅲ型，麻瘋樹與當(dāng)?shù)刂参锾幱诟偁幧L，麻瘋樹蓋度在10%～30%；Ⅳ型（CK），裸土區(qū)，幾乎無任何植物成株生長；Ⅴ型，當(dāng)?shù)刂参飫β椋w度50%，沒有麻瘋樹的生長；Ⅵ型，當(dāng)?shù)刂参锘旌仙L，單種植物各自的蓋度均小于1%。將采集的土樣風(fēng)干、研磨、過篩，將過篩后的土樣約500 g于室溫保存，用于土壤各指標(biāo)的測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)的測定 土壤基本化學(xué)性質(zhì)測定均采用土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法[9]，其中有機(jī)質(zhì)采用電熱板加熱-K2Cr2O7容量法，水解性氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，緩效鉀采用1 mol/L HNO3煮沸浸提-火焰光度法，速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法。

1.3.2 土壤酶活性的測定 脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[10]。

1.3.3 土壤重金屬Pb、Cd含量測定 土壤樣品Pb、Cd的全量經(jīng)過濃HNO3∶HF∶HClO4（2∶1∶2）消化后用瑞利WFX-120A原子吸收分光光度計測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

上述試驗均為3次重復(fù)，計算平均值，并采用SAS 8.2 軟件和Excel進(jìn)行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)、重金屬含量與麻瘋樹群落蓋度的關(guān)系

分別對6種不同群落形式的表層土壤pH、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀和重金屬鉛、鎘含量進(jìn)行了比較，結(jié)果見表1。

土壤pH是土壤重要的化學(xué)指標(biāo)，植被狀況也對土壤pH產(chǎn)生一定的影響作用[11]。表1表明，pH在6種不同的群落形式上變化不同，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型的pH均高于裸土Ⅳ型，且隨著麻瘋樹蓋度的增加而增加，各類型間pH差異顯著，Ⅴ型pH顯著低于對照。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的一個重要指標(biāo)[12-15]，是植物營養(yǎng)的主要來源，但是在短時間內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)的變化不大。與裸土Ⅳ型相比，除了Ⅰ型外，其他類型的土壤表層有機(jī)質(zhì)均顯著高于裸土Ⅳ型，隨麻瘋樹蓋度的增加有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)減少趨勢。土壤氮素供應(yīng)能力的高低主要取決于水解性氮的多少，土壤的礦化作用和植物對氮素的吸收直接影響著水解性氮的增減[16]，因而不同植被類型下水解性氮含量的增減情況有所差異。除Ⅲ型外，其他類型的土壤表層水解性氮均比裸土Ⅳ型減少，且Ⅰ型與裸土Ⅳ型差異顯著。隨麻瘋樹蓋度的增加水解性氮含量逐漸減少。土壤磷素供應(yīng)狀況主要由土壤有效磷含量來表示。土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)的含量以及土壤的分解狀況和微生物的活動等因素共同影響土壤有效磷的含量[17-20]。與裸土Ⅳ型相比，除Ⅰ型外，其他類型的土壤有效磷均顯著高于裸土Ⅳ型；隨麻瘋樹蓋度的增加有效磷含量先增加后減少。各種類型的群落與裸土Ⅳ型相比，除Ⅴ型外，其他類型的土壤緩效鉀含量均高于裸土Ⅳ型；Ⅰ型、Ⅱ型的土壤速效鉀含量均顯著高于裸土Ⅳ型，其他類型的土壤速效鉀含量均低于裸土Ⅴ型。所調(diào)查樣地內(nèi)土壤重金屬Pb、Cd含量參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)中土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995），Pb屬于一級（Pb≤35 mg/kg），土壤Pb含量基本保持自然背景水平；有3個樣地Cd含量高于國家允許安全限量（Cd>0.3 mg/kg）[21，22]。

2.2 土壤酶活性與麻瘋樹群落蓋度的關(guān)系

土壤脲酶直接參與土壤中含氮有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化[23]，其活性強(qiáng)度常用來表征土壤氮。表2表明，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型土壤表層脲酶活性分別比裸土Ⅳ型升高了78.9%、39.5%和89.5%，差異達(dá)顯著水平。土壤中蔗糖酶直接參與土壤碳素循環(huán)[24]，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型土壤表層的蔗糖酶活性分別比裸土Ⅳ型升高了244.3%、115.9%和186.6%，差異達(dá)顯著水平。酸性磷酸酶酶促作用能加速土壤有機(jī)磷的脫磷速度，從而提高磷的有效性和供應(yīng)強(qiáng)度[25]，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型土壤表層的酸性磷酸酶活性分別比裸土Ⅳ型升高了266.7%、125.0%和208.3%，差異達(dá)顯著水平。隨麻瘋樹蓋度的增加，酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。

3 結(jié)論

有麻瘋樹分布的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型土壤的緩效鉀含量高于裸土Ⅳ型和單一劍麻Ⅴ型。pH在6種不同的群落形式上變化不同，與裸土Ⅳ型相比，隨麻瘋樹蓋度的增加pH逐漸上升趨于堿性，土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷含量總體呈現(xiàn)減少的趨勢，速效鉀、緩效鉀含量有所提高。樣地中土壤Pb含量基本保持自然背景水平；有3個樣地Cd含量高于國家允許安全限量標(biāo)準(zhǔn)。

隨著麻瘋樹在群落中的蓋度增加，土壤酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。土壤酶活性與植被蓋度和生物量呈較高的相關(guān)性，土壤酶主要來自群落中植物的殘體分解，結(jié)果表明土壤酶活性隨麻瘋樹蓋度的增加總體呈升高趨勢，說明麻瘋樹使土壤環(huán)境條件向著有利于其自身生長的方向演變。麻瘋樹生長需要消耗大量的碳、氮、磷元素，從而導(dǎo)致了隨麻瘋樹蓋度的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷含量呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢；有麻瘋樹覆蓋的土壤酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均較裸土顯著增加，從而有利于土壤中碳、氮、磷循環(huán)。

重金屬的污染對土壤酶活性多表現(xiàn)為抑制作用，在Cd含量超標(biāo)較嚴(yán)重的Ⅱ型樣地中，酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性受到明顯抑制，其抑制機(jī)理可能是重金屬與酶分子中的活性部位結(jié)合形成較穩(wěn)定的絡(luò)合物產(chǎn)生了與酶活底物的競爭性抑制作用，或可能由于重金屬通過抑制土壤微生物的生長和繁殖，減少微生物體內(nèi)酶的合成和分泌，最后導(dǎo)致土壤酶活性下降。

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