鹽池縣沙化草地土壤理化性質及酶活性研究

陳麗佳，謝應忠，許冬梅

(1.寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021；2.寧夏大學西北土地退化與生態恢復重點實驗室培育基地，寧夏銀川 750021)

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鹽池縣沙化草地土壤理化性質及酶活性研究

陳麗佳1，2，謝應忠1，2，許冬梅1，2

(1.寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021；2.寧夏大學西北土地退化與生態恢復重點實驗室培育基地，寧夏銀川 750021)

[目的]探討鹽池縣沙化草地土壤理化性質和土壤酶活性的變化規律以及草地恢復和土壤恢復之間的關系, 為草地土壤系統的恢復治理和可持續利用提供可靠的依據。[方法]對寧夏鹽池縣北部不同深度和不同沙化程度草地的土壤養分進行統計分析。[結果]隨著沙化程度的加劇,土壤全磷、全氮、全鉀、速效鉀、有效磷、堿解氮、土壤酶活性、土壤水分隨著土壤沙化程度的加劇而降低，土壤pH隨沙化程度加劇而增大，且不同沙化程度草地之間差異顯著(P<0.05)。在0～60 cm土層土壤全磷、全氮、全鉀、速效鉀、有效磷、堿解氮、蛋白酶、磷酸酶、蔗糖酶含量隨著土壤深度的增加而降低，且不同深度之間差異顯著(P<0.05),土壤pH、水分、過氧化氫酶含量隨深度增加而增加，且不同深度之間差異顯著(P<0.05)。[結論]隨著鹽池縣草地沙化程度的加劇,土壤理化性質和酶活性呈顯著性下降趨勢，而pH則呈現上升趨勢。土壤養分和酶活性隨著土壤深度的增加而降低，物理性質則隨之增加，土壤表層理化性質及其酶活性對草地退化的影響最為顯著。

草地退化;土壤深度；土壤理化性質；土壤酶活性

沙漠化是當今世界面臨的主要環境問題之一。我國是受沙漠化影響嚴重的國家之一[1]。沙漠化的主要表現形式之一是草地退化，而沙漠化的一個重要指征就是土壤特性的變化[2-3]，也是綜合反映土壤質量的重要組成部分[4]。隨著沙漠化程度的加重，土壤理化性質、生物學特性都發生一系列的變化，綜合影響地上植被生長、發育和分布。研究表明，隨著草地沙化的加劇，土壤水分、養分含量降低，土壤生物酶活性均相應下降[5-11]，進而造成地上植被生物量的減少和結構的簡單化、家畜可食牧草的減少和有毒有害草類的增加。因此，土壤理化性質、生物學特性是表征草地沙化的重要指標。此外，土壤養分狀況還可以作為度量生態系統功能恢復與維持的關鍵指標。這主要是因為土壤參與營養物質循環、凋落物分解、水分平衡調節等生態系統中的許多生態過程[12]。通過對鹽池縣境內不同沙化程度草地土壤特性的分析，筆者探討了在草地退化過程中土壤理化性質和酶活性的變化，以期為動態變化的草地的安全評價與監測預警提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區自然概況 試驗地設在寧夏鹽池縣哈巴湖、西沙邊子、余莊子、馬場、魏莊子、李記海子等地，占鹽池縣面積的一大半，位于37°10′29″～38°5′22″N ，106°51′36″～107°30′23″E，海拔1 297～1 793 m。年降水量250～350 mm，主要集中在7、8、9月。北部年均風速2.8 m/s，南部4.1 m/s[13]。年均溫7.9 ℃，極端最高溫34.9 ℃，極端最低溫-24.2 ℃，年均無霜期165 d，且從南向北、從東南向西北遞減，而蒸發量可超過降水量的10倍，高達2 710 mm。全縣天然草原面積5 190.71 km2，其中可利用草原面積4 440.7 km2，占全縣土地面積的55%[14]。研究區土壤類型為淡灰鈣風沙土、灰鈣土、風沙土、黃沙土、沙壤土、黏沙土以及黃土。植被以荒漠草原為主，主要植物種類有黑沙蒿(Artemisiaordosica)、豬毛蒿(A.scoparia)、長芒草(Stipabungeana)、短花針茅(S.breviliora)、賴草(Leymussecalinus)、牛枝子(Lespedeza)、白草(Pennisetum)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)和貓頭刺(OxytropisaciPhylla)等。草地是鹽池縣最重要的生態系統，以溫性草原類和溫性荒漠類草原為主。

1.2 樣地選擇與土壤樣品采集 以鹽池縣5條主要流沙帶為研究對象，根據地表植被狀況將各流沙帶劃分為潛在、輕度、中度、嚴重和極嚴重5種。對每種沙化程度草地，分別設置60 m×60 m的樣地。在每個樣地，對草本植物群落分別布設1 m×1 m的樣方，對灌木植物群落分別布設10 m×10 m的樣方，重復3次。

在每個1 m×1 m的樣方內，利用直徑為5 cm的環刀，按照三角形分別采集3個0～20 cm土層土壤樣品，采集土壤樣品0～5、5～10、10～15、15～20 cm，多點混合，裝袋保鮮，帶回實驗室。部分土壤用于測定水分、電導率，其余經風干后混合，挑去土壤中的石塊、根莖及侵入體，磨細，分別過2.00、1.00和0.15 mm篩，用于土壤性狀的測定。

1.3 土壤理化性質的測定 土壤水分測定采用烘干法[15]。pH、電導率的測定均采用5∶1水土比的土漿浸出液。土壤有機碳的測定采用重鉻酸鉀法；土壤全氮的測定采用凱氏定氮法；土壤堿解氮含量的測定采用堿解擴散法；土壤全鉀含量的測定采用NaOH熔融—火焰光度計法；土壤速效鉀含量的測定采用NH4OAc浸提—火焰光度計法；土壤全磷含量的測定采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法；土壤速效磷含量的測定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法[16-17]。

1.4 土壤酶活性的測定 蔗糖酶活性的測定采用硫代硫酸鈉滴定法(以對照與試驗試劑滴定消耗的0.1 mol/L Na2S2O3毫升數之差表示)[18]。過氧化氫酶的測定采用高錳酸鉀滴定法，以單位土質消耗KMnO4毫升數(對照與試驗測定的差)表示。蛋白酶的測定采用福林法；磷酸酶的測定采用磷酸苯二鈉比色法。

1.5 數據統計分析 數據通過Excel整理后，采用DPS7.05進行方差分析和相關分析。

2 結果與分析

2.1 土壤物理性質的變化 由圖1可知，鹽池縣沙化草地土壤含水量總體較低，且隨著沙化程度的加重，水分含量下降，最高的是潛在沙化草地平均土壤含水量，在沙化初始階段草地土壤水分含量下降幅度較大，輕度沙化草地土壤水分含量較潛在沙化草地下降了0.57個百分點，到極嚴重沙化草地下降至1.26%(P<0.05)。由圖2可知，隨著沙化程度的加重，土壤電導率降低，最高的是潛在沙化草地平均土壤電導率，最低的是極嚴重沙化草地平均土壤電導率，且潛在沙化草地、中度沙化草地、極嚴重沙化草地之間差異顯著(P<0.05)。由圖3可知，隨著沙化程度的增加，土壤pH增加，最低的是潛在沙化草地平均土壤pH，最高的是極嚴重沙化草地平均土壤pH。同時，輕度沙化草地、中度沙化草地、嚴重沙化草地之間差異化顯著(P<0.05)。

2.2 土壤養分含量的變化 由表1可知，土壤各養分含量總體隨土壤沙化程度的加重而降低。除有效磷含量大小順序為潛在沙化草地>輕度沙化草地>嚴重沙化草地>中度沙化草地>極嚴重沙化草地(但嚴重與中度之間差異不顯著)外，其他土壤養分含量均為潛在沙化草地>輕度沙化草地>中度沙化草地>嚴重沙化草地>極嚴重沙化草地。潛在沙化草地的有效磷和堿解氮含量顯著高于中度沙化草地、嚴重沙化草地和極嚴重沙化草地(P<0.01)，而輕度沙化草地、中度沙化草地、嚴重沙化草地之間差異不顯著(P>0.05)。對于有機碳和全鉀含量，潛在沙化草地、輕度沙化草地以及極嚴重沙化草地兩兩之間差異極顯著(P<0.01)，中度沙化草地和嚴重沙化草地差異不顯著(P>0.05)。對于全磷、全氮和速效鉀含量，潛在沙化草地、中度退化草地和極嚴重沙化草地兩兩差異極顯著(P<0.01)。

表1 不同沙化程度草地土壤養分含量

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。*和**分別表示處理效應顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。

表2 不同沙化程度草地土壤酶活性含量

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。*和**分別表示處理效應顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。

2.3 土壤酶活性的變化 由表2可知，所測的4種土壤酶活性含量均隨土壤退化程度加重而降低。在潛在沙化草地、輕度沙化草地、中度沙化草地過氧化氫酶活性顯著高于嚴重沙化草地和極嚴重沙化草地(P<0.05)。磷酸酶和蔗糖酶活性均在潛在沙化草地顯著高于其他沙化草地(P<0.05)，而磷酸酶在輕度沙化草地、中度沙化草地、嚴重沙化草地、極嚴重沙化草地之間差異不顯著(P>0.05)，蔗糖酶活性在輕度沙化草地和中度沙化之間差異不顯著(P>0.05)。蛋白酶活性在輕度沙化草地和中度沙化草地顯著高于其他沙化草地(P<0.05)。

2.4 土壤酶活性與土壤養分的相關性分析 由表3可知，土壤過氧化氫酶與有機碳、全鉀含量相關性不顯著(P>0.05)，但與其他養分含量相關均達到顯著或極顯著水平(P<0.05或P<0.01)，而蛋白酶、磷酸酶、蔗糖酶與土壤養分含量相關性也達到顯著或極顯著水平(P<0.05或P<0.01)。這說明在草地恢復的過程中土壤酶活性與其他肥力因素的變化一致。

表3 土壤酶活性與土壤養分的相關系數

注：ns表示P>0.05；*表示P<0.05；**表示P<0.01。

3 結論與討論

(1)隨著土壤沙化程度的增加，土壤pH增加，土壤水分、電導率以及土壤養分含量均呈下降趨勢。土壤過酶活性均隨退化程度的增加而降低。宋炳奎[19]在沙漠化對土壤肥力影響的研究中認為，沙化程度越高，土壤中營養物質的含量越低。這與該研究結果一致。土壤環境的惡化首先威脅土壤微生物和土壤動物的生存與繁衍，使得酶活性下降[20]。

(2)土壤酶活性是各理化因子綜合作用的結果[21]。土壤生物學指標能較好地反映土壤肥力狀況，因此土壤酶活性是草地沙化的一項重要指標。由于沙地的蒸發量大，水分在表層不宜保持，且土壤養分在0～30 cm最豐富，所以剖面10～30 cm最適宜植物生長。這對研究草地恢復過程中草種的選擇有巨大的幫助。

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Study on Soil Nutrient Content and Enzyme Activities of Desertificated Grassland in Yanchi County

CHEN Li-jia1，2, XIE Ying-zhong1，2, XU Dong-mei1，2

(1.School of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan, Ningxia 750021; 2.Breeding Base of State Key Laboratory for Preventing Land Degradation and Ecological Restoration，Ningxia University，Yinchuan, Ningxia 750021)

[Objective] The change rules of soil nutrient content and enzyme activities of desertificated grassland in Yanchi County and the relationship between the grassland desertification and soil degradation were discussed to provide a reliable basis for the phytoremediation and the sustainable utilization of grassland soil system. [Method] The depth and the degree of desertification on soil nutrients in the north of Yanchi County were statistically analyzed. [Result]The content of soil total P, total N, total K, available K, available P, available N and soil enzyme activities, soil moisture decreased with the exacerbation of the desertification of grassland, however soil pH increased, and there were significant differences between different levels of desertificated grassland(P<0.05). Within depth of 0-60 cm，the content of soil total P, total N, total K, available K, available P, available N and protease, phosphatase, invertase reduced with the exacerbation of the depth of soil, while soil pH, soil moisture and catalase increased, and there were significant difference between different depth of soil (P<0.05). [Conclusion]Soil nutrient content and enzyme activities significantly reduced with the exacerbation of desertification for grassland, while soil pH increased. Soil nutrient and enzyme activity were decreased with the increase of soil depth, while physical properties increased. The effects of soil physical and chemical properties and its enzyme activity in the surface on grassland degradation were the most significant.

Grassland desertification; Soil depth; Soil nutrient content; Soil enzyme activity

陳麗佳(1988- )，女，寧夏銀川人，碩士研究生，研究方向：草地生態學。

2015-04-22

S 812.2

A

0517-6611(2015)17-109-03