不同恢復年限紫花苜蓿土壤養分及酶活性研究
——以黃土丘陵區神木縣為例

雷 瓊

(楊凌職業技術學院，陜西 楊凌 712100)

退耕還林的目的是使該地區植被得到恢復，土壤質量和生態環境得到改善。紫花苜蓿是我國種植面積最大的人工草地，因其具有很強的保持水土和土壤養分的能力[1, 2]，因此也成為黃土高原地區重要的人工草地恢復類型之一。

土壤養分與植物的生長發育關系密切。土壤養分的數量和供應對全球生物地球化學循環具有重要意義[3, 4]。土壤酶對土壤中的生化過程具有重要的作用，同時會加速土壤中營養元素的循環，可以反映土壤中生物的代謝和物質的轉化情況[5]。土壤養分含量與土壤酶活性關系密切[6]，并可將土壤酶活性與土壤養分作為評價土壤質量、土壤肥力的高低和生態環境質量的重要指標[7, 8]。

恢復年限對紫花苜蓿地土壤的養分、質量和土壤的酶活性具有重要的影響。前人通過對干旱和半干旱地區草地進行研究發現植被恢復的過程中，植物與土壤的關系會發生不斷的變化，植物與土壤關系的變化又反過來對土壤養分、土壤質量和土壤酶產生影響[9]。筆者研究中選取黃土高原不同恢復年限的紫花苜蓿地為研究對象，重點研究不同恢復年限的土壤養分含量和土壤酶活性變化特征及相關關系，旨在揭示植被恢復后不同恢復年限的土壤的營養狀況和微生物活性，為黃土高原植被恢復的質量評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

我們選擇陜西省神木縣為我們的研究區域(圖1)，該區域屬于溫帶大陸性氣候，年均溫8.9℃，年降水量422.7 mm，該地區地貌復雜，土壤類型以風砂土為主，這種土壤特點是土壤養分含量較低，易發生土壤侵蝕。

圖1 研究區地理位置示意

1.2 土壤樣品的采集

2018年6月，我們在神木縣選取不同恢復年限(0 a，5 a，10 a，15 a，25 a和30 a)的紫花苜蓿地為研究區域。6個恢復年限共選擇18個樣地，54個樣方。在每個恢復年限的紫花苜蓿地選擇3個樣地，每個樣地選取3個樣方。在每個樣方按“S”型取樣法采集土壤樣品，每個樣方采集9個土壤樣品(0～20 cm土壤深度)，然后將同一個樣方的土壤樣品混合，帶回實驗室。在實驗室將土壤樣品分成兩部分，一部分自然風干，主要測定土壤養分含量，另一部分存儲于-80℃冰箱中，主要測定土壤酶活性。

1.3 土壤樣品的測定

土壤pH：pH計測定法[10]。

土壤有機質：重鉻酸鉀外加熱法[10]。

土壤全氮：凱氏定氮法[10]。

土壤全磷：鉬銻抗比色法[10]。

土壤速效磷：鉬銻抗比色法測定[10]。

土壤速效鉀：乙酸銨提取-火焰光度法[10]。

土壤堿解氮：康維皿堿解擴散法[10]。

土壤酶活性參考前人文獻進行[11]。

1.4 數據處理

采用Excel 2013和SPSS 21.0對數據進行統計分析，采用Duncan法進行土壤養分含量和土壤酶活性在不同恢復年限的差異顯著性檢驗(p<0.05)。采用SPSS 21.0采用pearson相關分析法進行各指標間的相關性分析。

2 結果與分析

2.1 紫花苜蓿土壤養分含量和pH隨恢復年限變化特征

圖2表明，恢復年限對紫花苜蓿土壤養分含量和pH的影響在p<0.05水平上有較顯著差異。土壤有機質和全氮含量在紫花苜蓿地恢復的初期顯著增加，5 a后無明顯變化，其中有機質含量在10 a時達到最大，占0 a的406.96%，全氮含量在15 a達到最大，占0 a的498.37%(圖2a, b)；土壤全磷含量在恢復初期逐漸增加(0～10 a)，之后有降低的趨勢(10～25 a)，在30 a顯著增加，其中30 a的全磷含量占0 a的393.52%(圖2c)；土壤速效磷含量隨恢復年限無明顯趨勢變化(圖2d)；土壤堿解氮含量恢復初期逐漸增加(0～10 a)，10 a后顯著降低，15 a后趨于穩定(圖2e)，在10 a時達到最大，占0 a的324.44%。土壤速效鉀含量隨恢復年限先增加后趨于穩定，在30 a顯著降低(圖2f)，其中有機質在10 a時達到最大，占0年的232.72%。

2.2 不同恢復年限紫花苜蓿土壤pH變化

恢復年限對紫花苜蓿土壤pH的影響有較顯著差異(p<0.05)(圖3)。結果表明：土壤pH隨恢復年限整體呈降低趨勢，且植被恢復的0～15 a存在較大的波動，在植被恢復15～25 a間土壤pH無顯著差異。

圖2 土壤養分含量隨恢復年限的變化

圖3 土壤pH隨退耕年限的變化

2.3 不同恢復年限紫花苜蓿土壤酶活性變化

圖4表明，恢復年限對紫花苜蓿土壤酶活性的影響在p<0.05水平上有較顯著差異。土壤過氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶活性在紫花苜蓿地恢復的25 a前逐漸增加，在25 a后有降低的趨勢，且均在25 a時達到最大，分別占0 a土壤過氧化氫酶活性、土壤磷酸酶活性和土壤蔗糖酶活性的843.15%、785.12%和1028.68%(圖4a，c，e)；土壤多酚氧化酶活性隨恢復年限先降低后增加，但各恢復年限酶活性均低于0 a，且在10 a達到最低值，占0 a的44.38%(圖4b)；土壤脲酶活性隨恢復年限先增加后降低再增加，在15 a后趨于穩定，且在15 a達到最大，占0 a土壤脲酶活性的467.76%(圖4d)。

圖4 土壤酶活性隨恢復年限的變化

2.4 土壤養分含量、pH與土壤酶活性相關性分析

對紫花苜蓿地各土壤養分指標、pH與土壤酶活性進行相關性分析，用于研究不同的土壤養分含量、pH與土壤酶活性的關系。表2表明：土壤有機質、土壤全氮含量、土壤堿解氮含量、土壤速效鉀含量與土壤過氧化氫酶活性和土壤蔗糖酶活性呈顯著正相關，而與土壤多酚氧化酶活性顯著負相關；土壤pH與土壤多酚氧化酶活性顯著正相關，與土壤過氧化氫酶活性顯著負相關。

表1 土壤養分含量、pH與土壤酶活性相關性分析

注：**：p<0.01；*：p<0.05

3 討論與結論

筆者研究發現土壤養分含量除土壤速效磷外隨恢復年限整體呈增加的趨勢，說明植被恢復后紫花苜蓿土壤養分的富集作用逐漸增強，土壤質量得到改善，與前人研究結果相似[12, 13]。首先，植被恢復后紫花苜蓿植物生物量、植被蓋度和植物多樣性逐漸增加[14]。其次，植被恢復改善了土壤結構，土壤侵蝕減弱[15]，從而導致土壤養分流失減少。第三，已有研究表明植被恢復后隨恢復年限的增加土壤微生物量和活性逐漸增強[16]，從而有利于土壤養分的形成與轉化。我們還發現，在紫花苜蓿恢復后期土壤養分含量有降低的趨勢。可能原因是在紫花苜蓿恢復25 a后，進入衰敗期，植物生長停止，根系退化，根系分泌物減少，植物蓋度和生物量開始降低，不利于土壤養分的形成。筆者研究發現土壤酶活性除土壤多酚氧化酶外，其他四種酶活性隨恢復年限增加整體增加，與前人研究結果相同[17]。原因是隨恢復年限的增加，紫花苜蓿地表枯落物逐漸增加，植物生長需要更多的養分含量，從而使得土壤中微生物的數量和種類不斷的增加，進而分泌的酶也逐漸增加。同時，土壤酶活性的提高說明紫花苜蓿地的碳素、氮素和磷素分解能力逐漸增強[18]。土壤多酚氧化酶的主要功能是轉化土壤中芳香族化合物，植被恢復積累的酚類物質會抑制水解酶活性[19]，植被恢復后多酚氧化酶活性的降低可能增加該區域土壤中水解酶的活性。我們還發現，土壤中酶活性與不同的土壤養分含量存在一定的關系，在我們的研究中，酶活性除了多酚氧化酶外整體均與土壤的養分含量呈現正相關關系。一般認為，土壤的養分含量越高，土壤中轉化酶的活性就越強。

綜上所述，土壤養分含量除土壤速效磷外和土壤酶活性除土壤多酚氧化酶活性外隨恢復年限增加整體增加，但在25 a后整體存在降低的現象。我們還發現土壤酶活性(除多酚氧化酶外)整體與土壤的養分含量存在正相關關系。