盐池县沙化草地土壤理化性质及酶活性研究

陈丽佳，谢应忠，许冬梅

(1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2.宁夏大学西北土地退化与生态恢复重点实验室培育基地，宁夏银川 750021)



盐池县沙化草地土壤理化性质及酶活性研究

陈丽佳1，2，谢应忠1，2，许冬梅1，2

(1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2.宁夏大学西北土地退化与生态恢复重点实验室培育基地，宁夏银川 750021)

[目的]探讨盐池县沙化草地土壤理化性质和土壤酶活性的变化规律以及草地恢复和土壤恢复之间的关系, 为草地土壤系统的恢复治理和可持续利用提供可靠的依据。[方法]对宁夏盐池县北部不同深度和不同沙化程度草地的土壤养分进行统计分析。[结果]随着沙化程度的加剧,土壤全磷、全氮、全钾、速效钾、有效磷、碱解氮、土壤酶活性、土壤水分随着土壤沙化程度的加剧而降低，土壤pH随沙化程度加剧而增大，且不同沙化程度草地之间差异显著(P<0.05)。在0～60 cm土层土壤全磷、全氮、全钾、速效钾、有效磷、碱解氮、蛋白酶、磷酸酶、蔗糖酶含量随着土壤深度的增加而降低，且不同深度之间差异显著(P<0.05),土壤pH、水分、过氧化氢酶含量随深度增加而增加，且不同深度之间差异显著(P<0.05)。[结论]随着盐池县草地沙化程度的加剧,土壤理化性质和酶活性呈显著性下降趋势，而pH则呈现上升趋势。土壤养分和酶活性随着土壤深度的增加而降低，物理性质则随之增加，土壤表层理化性质及其酶活性对草地退化的影响最为显著。

草地退化;土壤深度；土壤理化性质；土壤酶活性

沙漠化是当今世界面临的主要环境问题之一。我国是受沙漠化影响严重的国家之一[1]。沙漠化的主要表现形式之一是草地退化，而沙漠化的一个重要指征就是土壤特性的变化[2-3]，也是综合反映土壤质量的重要组成部分[4]。随着沙漠化程度的加重，土壤理化性质、生物学特性都发生一系列的变化，综合影响地上植被生长、发育和分布。研究表明，随着草地沙化的加剧，土壤水分、养分含量降低，土壤生物酶活性均相应下降[5-11]，进而造成地上植被生物量的减少和结构的简单化、家畜可食牧草的减少和有毒有害草类的增加。因此，土壤理化性质、生物学特性是表征草地沙化的重要指标。此外，土壤养分状况还可以作为度量生态系统功能恢复与维持的关键指标。这主要是因为土壤参与营养物质循环、凋落物分解、水分平衡调节等生态系统中的许多生态过程[12]。通过对盐池县境内不同沙化程度草地土壤特性的分析，笔者探讨了在草地退化过程中土壤理化性质和酶活性的变化，以期为动态变化的草地的安全评价与监测预警提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况 试验地设在宁夏盐池县哈巴湖、西沙边子、余庄子、马场、魏庄子、李记海子等地，占盐池县面积的一大半，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。北部年均风速2.8 m/s，南部4.1 m/s[13]。年均温7.9 ℃，极端最高温34.9 ℃，极端最低温-24.2 ℃，年均无霜期165 d，且从南向北、从东南向西北递减，而蒸发量可超过降水量的10倍，高达2 710 mm。全县天然草原面积5 190.71 km2，其中可利用草原面积4 440.7 km2，占全县土地面积的55%[14]。研究区土壤类型为淡灰钙风沙土、灰钙土、风沙土、黄沙土、沙壤土、黏沙土以及黄土。植被以荒漠草原为主，主要植物种类有黑沙蒿(Artemisiaordosica)、猪毛蒿(A.scoparia)、长芒草(Stipabungeana)、短花针茅(S.breviliora)、赖草(Leymussecalinus)、牛枝子(Lespedeza)、白草(Pennisetum)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)和猫头刺(OxytropisaciPhylla)等。草地是盐池县最重要的生态系统，以温性草原类和温性荒漠类草原为主。

1.2 样地选择与土壤样品采集 以盐池县5条主要流沙带为研究对象，根据地表植被状况将各流沙带划分为潜在、轻度、中度、严重和极严重5种。对每种沙化程度草地，分别设置60 m×60 m的样地。在每个样地，对草本植物群落分别布设1 m×1 m的样方，对灌木植物群落分别布设10 m×10 m的样方，重复3次。

在每个1 m×1 m的样方内，利用直径为5 cm的环刀，按照三角形分别采集3个0～20 cm土层土壤样品，采集土壤样品0～5、5～10、10～15、15～20 cm，多点混合，装袋保鲜，带回实验室。部分土壤用于测定水分、电导率，其余经风干后混合，挑去土壤中的石块、根茎及侵入体，磨细，分别过2.00、1.00和0.15 mm筛，用于土壤性状的测定。

1.3 土壤理化性质的测定 土壤水分测定采用烘干法[15]。pH、电导率的测定均采用5∶1水土比的土浆浸出液。土壤有机碳的测定采用重铬酸钾法；土壤全氮的测定采用凯氏定氮法；土壤碱解氮含量的测定采用碱解扩散法；土壤全钾含量的测定采用NaOH熔融—火焰光度计法；土壤速效钾含量的测定采用NH4OAc浸提—火焰光度计法；土壤全磷含量的测定采用NaOH熔融—钼锑抗比色法；土壤速效磷含量的测定采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法[16-17]。

1.4 土壤酶活性的测定 蔗糖酶活性的测定采用硫代硫酸钠滴定法(以对照与试验试剂滴定消耗的0.1 mol/L Na2S2O3毫升数之差表示)[18]。过氧化氢酶的测定采用高锰酸钾滴定法，以单位土质消耗KMnO4毫升数(对照与试验测定的差)表示。蛋白酶的测定采用福林法；磷酸酶的测定采用磷酸苯二钠比色法。

1.5 数据统计分析 数据通过Excel整理后，采用DPS7.05进行方差分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质的变化 由图1可知，盐池县沙化草地土壤含水量总体较低，且随着沙化程度的加重，水分含量下降，最高的是潜在沙化草地平均土壤含水量，在沙化初始阶段草地土壤水分含量下降幅度较大，轻度沙化草地土壤水分含量较潜在沙化草地下降了0.57个百分点，到极严重沙化草地下降至1.26%(P<0.05)。由图2可知，随着沙化程度的加重，土壤电导率降低，最高的是潜在沙化草地平均土壤电导率，最低的是极严重沙化草地平均土壤电导率，且潜在沙化草地、中度沙化草地、极严重沙化草地之间差异显著(P<0.05)。由图3可知，随着沙化程度的增加，土壤pH增加，最低的是潜在沙化草地平均土壤pH，最高的是极严重沙化草地平均土壤pH。同时，轻度沙化草地、中度沙化草地、严重沙化草地之间差异化显著(P<0.05)。

2.2 土壤养分含量的变化 由表1可知，土壤各养分含量总体随土壤沙化程度的加重而降低。除有效磷含量大小顺序为潜在沙化草地>轻度沙化草地>严重沙化草地>中度沙化草地>极严重沙化草地(但严重与中度之间差异不显著)外，其他土壤养分含量均为潜在沙化草地>轻度沙化草地>中度沙化草地>严重沙化草地>极严重沙化草地。潜在沙化草地的有效磷和碱解氮含量显著高于中度沙化草地、严重沙化草地和极严重沙化草地(P<0.01)，而轻度沙化草地、中度沙化草地、严重沙化草地之间差异不显著(P>0.05)。对于有机碳和全钾含量，潜在沙化草地、轻度沙化草地以及极严重沙化草地两两之间差异极显著(P<0.01)，中度沙化草地和严重沙化草地差异不显著(P>0.05)。对于全磷、全氮和速效钾含量，潜在沙化草地、中度退化草地和极严重沙化草地两两差异极显著(P<0.01)。

表1 不同沙化程度草地土壤养分含量

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。*和**分别表示处理效应显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)。

表2 不同沙化程度草地土壤酶活性含量

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。*和**分别表示处理效应显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)。

2.3 土壤酶活性的变化 由表2可知，所测的4种土壤酶活性含量均随土壤退化程度加重而降低。在潜在沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地过氧化氢酶活性显著高于严重沙化草地和极严重沙化草地(P<0.05)。磷酸酶和蔗糖酶活性均在潜在沙化草地显著高于其他沙化草地(P<0.05)，而磷酸酶在轻度沙化草地、中度沙化草地、严重沙化草地、极严重沙化草地之间差异不显著(P>0.05)，蔗糖酶活性在轻度沙化草地和中度沙化之间差异不显著(P>0.05)。蛋白酶活性在轻度沙化草地和中度沙化草地显著高于其他沙化草地(P<0.05)。

2.4 土壤酶活性与土壤养分的相关性分析 由表3可知，土壤过氧化氢酶与有机碳、全钾含量相关性不显著(P>0.05)，但与其他养分含量相关均达到显著或极显著水平(P<0.05或P<0.01)，而蛋白酶、磷酸酶、蔗糖酶与土壤养分含量相关性也达到显著或极显著水平(P<0.05或P<0.01)。这说明在草地恢复的过程中土壤酶活性与其他肥力因素的变化一致。

表3 土壤酶活性与土壤养分的相关系数

注：ns表示P>0.05；*表示P<0.05；**表示P<0.01。

3 结论与讨论

(1)随着土壤沙化程度的增加，土壤pH增加，土壤水分、电导率以及土壤养分含量均呈下降趋势。土壤过酶活性均随退化程度的增加而降低。宋炳奎[19]在沙漠化对土壤肥力影响的研究中认为，沙化程度越高，土壤中营养物质的含量越低。这与该研究结果一致。土壤环境的恶化首先威胁土壤微生物和土壤动物的生存与繁衍，使得酶活性下降[20]。

(2)土壤酶活性是各理化因子综合作用的结果[21]。土壤生物学指标能较好地反映土壤肥力状况，因此土壤酶活性是草地沙化的一项重要指标。由于沙地的蒸发量大，水分在表层不宜保持，且土壤养分在0～30 cm最丰富，所以剖面10～30 cm最适宜植物生长。这对研究草地恢复过程中草种的选择有巨大的帮助。

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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

陈丽佳(1988- )，女，宁夏银川人，硕士研究生，研究方向：草地生态学。

2015-04-22

S 812.2

A

0517-6611(2015)17-109-03