伊犁河谷不同土地利用方式對(duì)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(guó)

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(duì)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(guò)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(jī)質(zhì)和速效氮最高；土壤酶活性和土壤養(yǎng)分呈正相關(guān)，其中林地土壤的蔗糖酶活性與速效氮呈極顯著相關(guān)，過(guò)氧化氫酶活性與有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀呈極顯著相關(guān)，脲酶活性與速效氮和速效磷呈極顯著相關(guān)；耕地土壤蔗糖酶活性與速效氮和速效磷成極顯著相關(guān)，脲酶活性與有機(jī)質(zhì)，速效氮和速效鉀呈極顯著相關(guān)；草地土壤蔗糖酶活性和過(guò)氧化氫酶活性與養(yǎng)分的4個(gè)指標(biāo)均呈極顯著相關(guān)；園地土壤的蔗糖酶活性、過(guò)氧化氫酶活性和脲酶與有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷呈極顯著相關(guān)。以上結(jié)果表明，土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分與酶活性有顯著影響。

關(guān)鍵詞：土地利用方式；土壤養(yǎng)分；土壤酶活性；相關(guān)性

中圖分類號(hào)： S158.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）02-0371-04

收稿日期：2015-03-17

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)高校科研計(jì)劃（編號(hào)：XJEDU2014S060）。

作者簡(jiǎn)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(xué)與科研工作。E-mail：cuidongw@126.com。土壤是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，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(zhǎng)必不可缺的生長(zhǎng)因子，同時(shí)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(lái)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(yīng)重要的組成部分，也是分解有機(jī)質(zhì)和物質(zhì)循環(huán)等中不可或缺的一部分，同時(shí)環(huán)境變化對(duì)酶活性影響顯著，而且其測(cè)定方法簡(jiǎn)單易操作，因此常被用作反映土壤質(zhì)量?jī)?yōu)劣和作為生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與否的預(yù)警[1-4]。土地利用是人類因經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等因素，經(jīng)長(zhǎng)期作用改變地表覆被狀況，同時(shí)也影響了土壤中的各種理化性質(zhì)[5-6]。很多學(xué)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(guān)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(yáng)利永等研究了對(duì)土地利用方式全磷、全氮、有機(jī)質(zhì)的影響[8] ，任勃等研究了土地利用方式對(duì)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(duì)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(guò)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(jìn)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(guó)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(rùn)，降水量充足，是中國(guó)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(huì)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(dá)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(gè)剖面，32個(gè)樣品；耕地17個(gè)剖面，68個(gè)樣品；草地5個(gè)剖面，20個(gè)樣品；園地3個(gè)剖面，12個(gè)樣品（表1）。采集的樣品放于室內(nèi)避光風(fēng)干，風(fēng)干后，去除草根，石塊等雜質(zhì)，研磨過(guò)1、0.25 mm的篩子，裝袋備用。

1.3土壤養(yǎng)分與酶活性的測(cè)定方法

土壤養(yǎng)分的測(cè)定方法：有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷采用火焰光度計(jì)法。

土壤酶活性的測(cè)定方法：采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤蔗糖酶活性，脲酶活性用靛酚比色法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法（容量法）測(cè)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(jìn)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(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要組成，因此有機(jī)質(zhì)是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一，并且與多種養(yǎng)分關(guān)系密切[11-13]。本研究發(fā)現(xiàn)，同一深度有機(jī)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(jī)肥，草地和林地沒(méi)有施用有機(jī)肥，只靠覆被植物自身殘枝落葉通過(guò)腐殖質(zhì)作用來(lái)增加土壤肥力。同時(shí)，因?yàn)楦乇砻鏇](méi)有大量的作物殘根，再加上耕作方式的影響，有機(jī)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(jī)質(zhì)含量隨土壤有機(jī)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(duì)明顯，因而有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高[14]。

植物的生長(zhǎng)離不開(kāi)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(lái)源，也體現(xiàn)了土壤實(shí)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(guān)，另一方面可能與相關(guān)微生物活動(dòng)強(qiáng)弱有關(guān)[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(guān)系十分密切，微生物數(shù)量和土壤呼吸強(qiáng)度對(duì)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(yíng)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(duì)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(guò)氧化氫酶土壤過(guò)氧化氫酶是反映土壤中微生物活動(dòng)強(qiáng)弱與氧化程度的一種水解酶，其酶活性強(qiáng)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(guò)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(guò)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(dòng)較強(qiáng)，其氧化能力較其他3種土地利用方式強(qiáng)。

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(qiáng)，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(guān)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(guān)性。本研究分別對(duì)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(jìn)行了相關(guān)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(guān)，與有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀呈顯著相關(guān)；過(guò)氧化氫酶活性與速效磷相關(guān)性不顯著，與有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀呈極顯著相關(guān)；脲酶活性與速效氮和速效磷呈極顯著相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)和速效鉀呈顯著相關(guān)。耕地蔗糖酶活性與速效氮和速效磷成極顯著相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)和速效鉀呈顯著相關(guān)；過(guò)氧化氫酶活性與速效磷呈顯著相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效鉀相關(guān)性不顯著；脲酶活性與速效磷呈顯著相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效鉀呈極顯著相關(guān)。草地蔗糖酶活性和過(guò)氧化氫酶活性與養(yǎng)分的4個(gè)指標(biāo)皆呈極顯著相關(guān)，脲酶活性與養(yǎng)分的4個(gè)指標(biāo)皆呈顯著相關(guān)。園地的蔗糖酶活性、過(guò)氧化氫酶活性、脲酶與有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷呈極顯著相關(guān)，與速效鉀呈顯著相關(guān)（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(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀）聯(lián)系密切，而過(guò)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(guān)性也隨之改變，但都呈正相關(guān)。

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(guò)氧化氫酶、脲酶活性為林地>耕地>園地>草地。林地由于樹(shù)葉凋落、累積，為微生物提供大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使微生物大量繁殖，與之相關(guān)的酶也隨之增加；耕地和園地因?yàn)楦鞣绞胶褪┓薁顩r使之3種酶活性不弱。有機(jī)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(duì)較高。

根據(jù)對(duì)3種土壤酶的分析可知，土壤酶的活性與土層深度有關(guān)，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(guān)。而通過(guò)對(duì)不同土地利用方式養(yǎng)分和酶活性的相關(guān)性分析可知土壤酶活性與有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀有一定的相關(guān)，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(duì)土壤養(yǎng)分含量高低和土壤酶活性強(qiáng)弱會(huì)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(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，增加覆被植物種類可以間接提高土壤肥力，進(jìn)而提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]王瑩，劉淑英，王平，等. 不同土地利用方式對(duì)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(xué)學(xué)報(bào)，2013（5）：107-113.

[3]薛萐，李占斌，拳鵬，等. 不同土地利用方式對(duì)干熱河谷地區(qū)土壤酶活性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(guān)性研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（6）：64-68.

[5]桂東偉，雷加強(qiáng)，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(xué)，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(píng)價(jià)[J]. 資源科學(xué)，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(guó)水土保持，2009（9）：8-10.

[8]陽(yáng)利永，吳獻(xiàn)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(duì)土壤酶活性的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，25（4）：8-11.

[10]劉夢(mèng)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(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，14（3）：67-70.

[11]陳新燕. 不同土壤管理方式對(duì)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(xué)，2012.

[12]王瑩. 秦王川灌區(qū)不同土地利用方式土壤活性有機(jī)碳庫(kù)、土壤酶活性和土壤養(yǎng)分研究[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，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(xué)，2014，41（17）：69-73.

[14]王莉，張強(qiáng)，牛西午，等. 黃土高原丘陵區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，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(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)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(guān)系研究[J]. 北方園藝，2014（12）：159-161.

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