于　闯，南丽丽，魏永鹏，向　华

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州　730070)



甘肃省盐碱地主要植物群落土壤理化性质及酶活性研究

于闯，南丽丽，魏永鹏，向华

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州730070)

对甘肃省盐碱地主要植物群落土壤按S型选取0～5和5～10 cm土层样品，测定了土壤理化性质和土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶及脱氢酶活性。结果表明：荒漠盐碱地主要植物群落土壤理化性质及酶活性有着较大差异，狗尾草群落的土壤容重、土壤脲酶和过氧化氢酶活性均大于其他植物群落，分别为1.55 g/cm3，0.76 mg/(g·24 h)和7.33 mg/(g·20 min)；碱性磷酸酶在冰草群落最高，为0.13 mg/g；土壤pH在甘草群落最高，为9.20；花花柴群落全盐和电导率值均最大，分别为184.2 g/kg和57.55 MS/CM；冰草群落的土壤水分最高达26.88%，芦苇群落的脱氢酶具最大活性，为2.65 μg/(g·24 h)；同一植物群落，除冰草、甘草和骆驼刺群落的土壤水分5～10 cm土层显著高于0～5 cm土层之外，其余植物群落的土壤水分、pH、全盐及电导率值均随土层的加深而减小，土壤容重随土层的加深而增大，土壤酶活性多表现为随土层的加深而降低；不同植物群落土壤理化性质和各种酶之间有不同程度的相关性。

盐碱地；土壤酶活性；土壤理化性质；甘肃省；荒漠植物

盐碱土是在各种自然环境因素和人为活动因素综合作用下，发生盐(碱)化过程而形成的、具有盐化层或碱化层、含有大量可溶盐类、抑制植物正常生长的土壤。土地盐碱化属于土地荒漠化，是土地退化中的难题，致使土壤肥力下降，植物根系吸水困难，甚至不能生长[1]。甘肃省盐土面积占全省耕地面积的1/5～1/4，生态环境比较脆弱，生态系统亟待修复。

土壤肥力是土壤的基本属性，是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映，也是植物生长发育的重要因素。土壤酶活性体现了土壤总生物学活性，表征了土壤的综合肥力特征及土壤养分转化进程并作为衡量生态系统土壤质量变化的预警和敏感指标，主要来源于微生物[2]。盐碱地中与肥力相关的酶包括脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、蛋白酶等。研究表明，土壤的理化性质和酶活性之间有着密切的关系，但由于土壤酶种类的不同，与土壤理化性质的相关性也不同[3-4]。试验以甘肃省盐碱地主要植物群落为研究对象，研究不同植物群落对土壤理化性质及土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性的影响，旨在为荒漠生态系统土壤养分的调控和植被的恢复提供理论依据。

1　材料和方法

1.1样地概况

研究地位于甘肃省西北部的河西走廊，地理位置N 37°17′～42°48′，E 92°12′～103°48′。受大陆性气候和青藏高原气候综合影响，干旱少雨、蒸发强烈。年均气温5～10℃，日照时间长达3 000～4 000 h/a，年太阳总辐射量为120×4 186.8 ～150×4 186.8 J/cm2，明显高于同纬度的东北、华北地区。内陆河流域多年平均降水量为139.2 mm，且降水分布由东到西、自南而北逐渐减少，个别地区在50 mm以下。海拔1 100～1 500 m，无霜期160～230 d，多年平均蒸发量为1 448.4 mm[5]。试验区盐碱化土壤主要分布着梭梭(Haloxylonammodendron)群落、盐爪爪(Kalidiumfoliatum)群落、冰草(Agropyroncristatum)群落、甘草(Glycyrrhizauralensis)群落、狗尾草(Setariaviridis)群落、骆驼刺(Alhagisparsifolia)群落、芦苇(Phragmitesaustralis)群落、花花柴(Kareliniacaspia)和白刺(Nitrariasibirica)群落(表1)。

表1　样地基本特征

1.2样品采集及分析

2014年10月25～30日，分别在试验地各处理小区按S型选取不同植物群落的土壤，用土钻法取0～5、5～10 cm土层土样，重复4次，封袋保存。土壤全盐含量采用无CO2去离子水，按土水比1∶5提取，振荡5 min，过滤后用质量法测定；土壤pH用土水比1∶5悬液，由PHS-4智能酸度计测定；土壤容重用环刀法测定；土壤含水率用称量法测定；土壤电导率用电导率仪测定；土壤脲酶采用靛酚蓝比色法测定，以24 h后1 g土壤中NH3-N质量(mg)表示[6]；碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠(用硼酸缓冲液)比色法测定，以24 h后1 g土壤中释放出的酚质量表示[6]；过氧化氢酶采用紫外分光亮度法测定，以20 min内1 g土壤中分解的过氧化氢的质量表示[7]；脱氢酶采用三苯基四氮唑氯化物(TTC)比色法测定，以24 h后1 g土壤生成TTC的质量分数表示[6]。

1.3数据处理

用Excel和SPSS统计软件进行分析。

2　结果与分析

2.1不同植物群落土壤化学特征分析

合适的土壤酸碱度可以增强土壤养分的有效释放能力，增加土壤中微生物的数量和种类，促进土壤中养分的循环利用，进而促进地表植物生长发育[8-9]。不同植物群落土壤pH、全盐及电导率的变化表现见表2，其中不同植物群落0～10 cm土层的pH均表现为甘草(9.20)>冰草=梭梭(8.97)>盐爪爪(8.93)>狗尾草(8.89)>白刺(8.81)>骆驼刺(8.73)>芦苇(8.70)>花花柴(8.62)；且5～10 cm土层显著<0～5 cm土层。土壤含盐量既可以反映土壤中的盐分状况，也可以用来指示土壤的盐渍化程度。不同植物群落0～10 cm 土层花花柴群落全盐含量(184.2 g/kg)显著高于其他植物群落，之后依次是白刺(178.8 g/kg)>骆驼刺(95.3 g/kg)>芦苇(59.4 g/kg)>冰草(57.0 g/kg)>狗尾草(32.9 g/kg)>甘草(24.7 g/kg)>梭梭(23.8 g/kg)>盐爪爪(20.1 g/kg)；且0～5 cm土层明显高于5～10 cm土层。土壤电导率是反映土壤质量及土壤物理性质的参数之一[10]，其大小可以用来表征土壤含盐类化合物的量。经相关分析表明，电导率值与全盐含量呈极显著正相关关系，电导率在不同植物群落间及不同土层间的变化趋势与全盐一致。

表2　不同植物群落土壤化学性质

注:同列不同小写字母表示不同土层间差异显著(P<0.05)，同行不同大写字母表示不同植物群落间差异显著(P<0.05)。下同

2.2不同植物群落土壤物理性质变化

土壤水分是河西地区植被生长，恢复和土壤改良的重要限制因素，主要受降水量、土壤性质及植被类型的影响[11]。冰草、甘草和骆驼刺群落5～10 cm土层的含水量显著高于0～5 cm土层，其他植物群落与此相反；不同植物群落间土壤含水量也有显著差异，0～10 cm土层冰草群落的土壤水分含量为26.88%，显著高于其他植物群落，依次为狗尾草(21.91%)>盐爪爪(9.59%)>芦苇(8.25%)>骆驼刺(8.20%)>梭梭(8.05%)>白刺(2.67%)>花花柴(2.57%)>甘草(2.49%)(表3)。土壤容重可用于监测土壤的紧实程度，对土壤的水肥供应能力、通气性及植物根系穿透土壤所产生的阻力等性状都会产生一定的影响[12]，是评价土壤微环境优劣的指标之一。不同植物群落的土壤容重随土层深度的增加而增加(表3)，在0～10 cm土层土壤容重均值为狗尾草(1.55 g/cm3)>梭梭(1.51 g/cm3)>盐爪爪(1.44 g/cm3)>芦苇(1.40 g/cm3)>甘草(1.31 g/cm3)>冰草(1.26 g/cm3)>白刺(1.04 g/cm3)>花花柴(0.96 g/cm3)>骆驼刺(0.82 g/cm3)。

表3　不同植物群落土壤物理性质

2.3不同植物群落土壤酶活性变化

脲酶活性的高低在一定程度上反应了土壤的供氮水平状况[13]。冰草、芦苇、白刺群落脲酶活性5～10 cm土层>0～5 cm土层，其他群落与此相反(表4)。在0～10 cm土层冰草和狗尾草群落显著高于其他植物群落，分别为0.78 mg/kg和0.76 mg/kg，其次芦苇群落为0.21 mg/kg，花花柴群落最低，为0.09 mg/kg。过氧化氢酶活性可以用来表征土壤氧化强度，其在有机质氧化和腐殖质形成过程中起重要作用[14]。盐爪爪、甘草、狗尾草、花花柴、白刺群落的过氧化氢酶活性上层>下层，其余植物群落则相反；不同植物群落间，过氧化氢酶活性盐爪爪群落最低，为3.21 mg/g，依次为白刺(3.22mg/g)<甘草(3.43 mg/g)<冰草(3.53 mg/g)<骆驼刺(4.07 mg/g)<花花柴(4.09 mg/g)<梭梭(4.26 mg/g)<芦苇(4.28 mg/g)<狗尾草(7.33 mg/g)。磷酸酶是评价土壤磷素生物转化方向与强度的指标，其活性的高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性[15]，可分为酸性，中性和碱性磷酸酶，在盐碱土中以碱性磷酸酶活性为主。骆驼刺和芦苇群落的碱性磷酸酶活性土壤下层显著大于上层，其余恰好相反；不同植物群落间，碱性磷酸酶活性最高是冰草群落0.13 mg/g，最低的是花花柴群落，仅为0.015 mg/g。脱氢酶能催化有机物质脱氢，起着氢的中间转化传递作用，其活性高低直接反映了土壤微生物的活动强度[16]。在0～10 cm土层，芦苇群落的脱氢酶活性最大为2.65 μg/g，骆驼刺和甘草群落脱氢酶活性最小(0.04 μg/g)，其他植物群落介于它们之间。随着土层深度增加脱氢酶活性呈现出递减的规律，即0～5 cm土层显著高于5～10 cm土层。

表4　不同植物群落土壤酶活性

2.4土壤酶活性与土壤理化性质的相关性

通过相关分析表明(表5)，土壤水分与脲酶呈极显著正相关，相关系数为0.958，与碱性磷酸酶、脱氢酶呈显著正相关，相关系数分别为0.794、0.389；过氧化氢酶与电导率、全盐呈极显著正相关，相关系数分别为0.942、0.940，与pH呈显著负相关，相关系数为-0.808，其余指标间的相关性均不显著。

表5　土壤理化性质与土壤酶相关关系

注：*表示差异显著，**表示差异极显著

3　讨论与结论

3.1讨论

甘肃荒漠盐碱地主要植物群落0～5 cm土层的全盐含量、pH和电导率值均显著高于5～10 cm土层，这是由于河西地区蒸发量高，地下水分携盐上移，而水分蒸发，盐则留在上层土壤中；土壤容重0～5 cm土层显著低于5～10 cm土层，是因为上层土壤有植物群落生长，植物根系对土壤有疏松作用，使土壤容重降低，此结果与邵玉翠等[17]的研究结果一致。

不同植物群落对土壤理化性质及酶活性有明显影响。其中，花花柴群落的全盐和电导率最大，其脲酶和碱性磷酸酶活性均最低，由于盐度增大抑制了土壤酶活性，这与李凤霞等[18]的研究结论一致，盐爪爪群落的全盐和电导率值最小，这是由于盐爪爪属于肉质的真盐生植物，具有更高摄取盐的能力，并将其运输到地上部分[19]，即盐爪爪群落土壤中的盐分会随着生长而逐渐向体内积累，从而降低了土壤中的盐分；盐爪爪群落土壤含水率高，说明有盐爪爪生长的地区有助于其他植物的生长。狗尾草群落土壤容重最大，骆驼刺群落土壤容重最小。由于骆驼刺地上部分长的矮小，地下根系非常发达，是地上茎叶生长区直径的2～3倍[20]。骆驼刺发达的根系使它生长区域的土壤变得疏松，使土壤容重变小。试验中的4种土壤酶活性多表现为随着土层深度的增加而降低，这与前面报道的研究结果一致[21-22]，这主要是因为土壤的表层积累了大量枯枝落叶，经过微生物分解形成腐殖质，使得表层土壤中的有机质含量相对较高，再加上土壤表层水热条件和通气性能好，为微生物的生长提供了有利的环境与物质能源，有利于微生物的活动，使得土壤酶活性也较高。

3.2结论

甘肃荒漠盐碱地主要植物群落土壤理化性质及酶活性有较大差异，狗尾草群落的土壤容重、土壤脲酶和过氧化氢酶活性均大于其他植物群落，碱性磷酸酶在冰草群落最高，土壤pH在甘草群落最高，花花柴群落的全盐和电导率值均最大，冰草群落的土壤水分最高，芦苇群落的脱氢酶具最大活性；同一植物群落，除冰草、甘草和骆驼刺群落的土壤水分下层土显著高于上层土之外，其余植物群落的土壤水分、pH、全盐及电导率值均随土层的加深而减小，土壤容重随土层的加深而增大，土壤酶活性多表现为随土层的加深而降低；不同植物群落土壤理化性质和各种酶之间有不同程度的相关性。

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Study on soil enzyme activities and soil physicochemical properties of main plant communities in saline and alkaline land in Gansu Province

YU Chuang，NAN Li-li，WEI Yong-peng，XIANG Hua

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

The samples from 0 to 5 and 5 to 10 cm layers were used to study the soil physicochemical properties and activities of soil urease,catalase,alkaline phosphatase and dehydrogenase of main plant communities in saline and alkaline soil of Gansu.The results showed that the soil physicochemical properties and soil enzyme activities of the main plant communities were quite different,the soil bulk density,the activities of urease and catalase ofSetariaviridiscommunity were higher than other plant communities,and they were 1.55 g/cm3,0.76 mg/(g·24 h) and 7.33 mg/(g·20 min);the activity of alkaline phosphatase was the highest inAgropyroncristatumcommunity which was 0.13 mg/g;the pH was the highest (9.20) inGlycyrrhizauralensiscommunity;total salt content and conductivity were the highest inKareliniacaspiacommunity (184.2 g/kg and 57.55 MS/CM);The soil water content inAgropyroncristatumcommunity was the highest (26.88%);dehydrogenase had the maximum activity 2.65 μg/(g·24 h) inPhragmitesaustraliscommunity.In the same plant community,soil water content,pH value,total salt content,conductivity and activities of soil enzyme decreased with the soil depth,and the soil bulk density increased with soil depth except for soil water content inAgropyroncristatumcommunity,Glycyrrhizauralensiscommunity andAlhagisparsifoliacommunity.

saline and alkaline land;soil enzyme activity;soil physicochemical property;Gansu Province;eremophytes

2015-08-23；

2015-09-25

国家自然科学基金(31460630)；甘肃省高等学校科研项目(2014A-055)资助

于闯(1992-)，男，内蒙古包头人，在读硕士。

E-mail：410039614@qq.com

S 154.2

A

1009-5500(2016)03-0072-06

南丽丽为通讯作者。