仙旋旋, 孔范龙, 朱梅珂, 李 悦, 郗 敏

(青岛大学 环境科学与工程学院, 山东 青岛 266071)

滨海湿地作为一种重要的湿地类型，在生物多样性维持、污染调控、气候调节[1-2]等方面发挥着巨大的作用。相比于其他湿地类型，由于其地理位置的特殊性，容易受到海水入侵的影响。其直接影响是水分和盐分的不断增加，而这种水盐环境的变化势必会对土壤理化和生物性质产生一定的直接或间接影响。滨海湿地土壤为其生态服务功能提供了载体，是碳存储、维持生物多样性以及控制污染等功能的基础[3]。因此，充分了解水分和盐分对土壤性质的影响，对于探究土壤盐渍化的机理和科学评价海水入侵对滨海湿地土壤质量的影响具有重要意义。

关于对土壤水分和盐分含量对土壤性质影响的研究主要在农田[4-6]及滨海湿地生态系统[7]中展开。对于农田生态系统的研究主要关注了人为作用导致的农田土壤盐渍化对土壤理化性质的影响、淹水栽培对设施土壤性质的影响、咸水灌溉对作物产量及土壤理化性质的影响等方面。与农田土壤相比，滨海湿地土壤以砂粒和粉粒为主，黏粒较少，具有粒径大、孔隙度大、容重小的特点[8]，在垂直海岸线方向具有明显的水盐梯度[9]，因而滨海湿地土壤受水盐含量的影响明显，且影响机制与农田生态系统存在差异。而目前对于滨海湿地水盐含量和土壤性质的研究主要集中在闽江河口湿地、崇明滩涂湿地、黄河三角洲湿地等区域，主要关注了盐度梯度下有机碳的分布、生态化学计量特征、土壤质量指数的影响因素等方面，而关于不同水盐条件下土壤养分指标和生物性质的研究较为匮乏。

土壤养分和酶是滨海湿地生态系统重要的土壤指标，土壤养分是影响生态系统生产力的主导因素，土壤酶参与土壤中许多重要的生物化学过程和物质循环，与土壤养分密切相关，二者均可作为反映土壤质量变化、生产力和生物活性的有效指标[10]。研究表明，土壤养分和酶活性受土壤内部环境影响显著，水盐含量是土壤养分和酶活性的重要影响因素[4-5]。现有研究一般采用实地采样的方法探究土壤养分和酶等的影响因素，该方法无法避免样地间其他影响因素所造成的差异性，因此关于水盐梯度对滨海湿地土壤养分和酶活性的影响，特别是其影响机理问题需要引起关注。

胶州湾滨海湿地是山东半岛面积最大的典型河口海湾型湿地，部分区域已遭到严重的海水入侵，由此造成的土壤质量下降对当地的农业产生了不利影响。本文拟选取胶州湾湿地存在海水入侵风险的样地采集土壤样品，通过实验室控制试验对其进行不同水分和盐分处理，研究水分和盐分变化对滨海湿地土壤养分指标和酶的影响，以期为探究滨海湿地土壤质量及其影响因素提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 土壤样品采集

模拟试验所用土壤采自胶州湾滨海湿地表层土壤，原生植被为芦苇，距离海岸线垂直距离7.14 km，该区域存在海水入侵的潜在风险。土样采集回来经自然风干，剔除可见动植物残体，磨细并过筛后，将土样充分混合，保证其土壤性质相对均一，备用。样地土壤含水量28%，含盐量0.9%，属于轻度盐渍化土[9]。

1.2 试验方案设计

试验包括预试验和正式试验两部分。预试验过程中，将相同质量的土样(1 kg)分别装盆，用蒸馏水维持土壤含水量为20%，置于25 ℃培养室预培养2周，以恢复原土壤微生物环境。2周之后进入正式试验，采用海盐和去离子水配制不同浓度的“人造海水”并加入到预培养后的土壤中，设置土壤含盐量为4种盐梯度，即S1(0.9%,轻度盐渍化土)，S2(1.4%,中度盐渍化土)，S3(1.9%,重度盐渍化土)和S4(2.4%,盐土)。与4种水梯度(W1为15%，W2为30%，W3为45%，W4为60%)两两交叉，共16种处理分别加到预培养后的土壤中，每种水盐梯度处理设计2组重复试验，恒温25 ℃，每日光照12 h，培养期间每天称重并补充水分使其维持设定的土壤水分不变。分别在15，30，45 d(记为T1，T2，T3)取土样，并使其自然风干并磨细过筛，用来测定其土壤性质。

1.3 土壤指标测定

1.4 数据处理

采用Excel 2013和SPSS 20.0软件对数据进行分析。采用单因素(one-way ANOVA)和Duncan检验对不同水盐梯度及时间梯度下的各指标含量进行方差分析和多重比较。用Pearson法对土壤各指标进行相关分析。采用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 水盐梯度对土壤pH值和容重的影响

pH值和容重是最基本的土壤理化性质，与土壤养分含量及酶活性大小密切相关。pH值是土壤养分和酶的重要影响因素，水盐含量可以通过影响pH值大小对二者产生直接或间接作用[13]；容重能够反映土壤肥力的高低、通透性的强弱，其大小会对水分入渗与土壤侵蚀产生影响[4]。土壤中水分和盐分的变化影响了其pH值和容重(表1和图1)。随水分增加，土壤pH值升高，但增长趋势不显著；且同一水梯度下pH值随时间增加均不显著。随盐分增加，土壤pH值显著降低；同一盐梯度下pH值随时间增加而增加，除S1梯度增加不显著外，其余3个梯度从T1到T2显著增加(表1)。土壤容重(BD)随含水量增加呈现先增加后降低的趋势，在W2水梯度下土壤容重最大，W1梯度最小，除W2和W3梯度下土壤容重差异不显著外，其余水梯度间差异显著；不同采样时间土壤容重变无明显化规律。含盐量增加，土壤容重减小，但不同盐梯度下容重差异不显著；且随时间增加土壤容重变化不显著。

表1 土壤指标含量及差异性在不同取样时间和不同水盐梯度下的变化情况

土壤pH值随含水量的增加而升高，可能是不同含水量对土壤缓冲物质冲击作用不同，导致土壤出现不同程度的轻微碱化[14]。盐度增加使得土壤pH值降低，原因可以从两方面分析，一是因为可溶性盐阳离子和阴离子的加入可以将土壤表面上吸附的H+，Al3+和OH-代换出来，当代换出的H+和Al3+数量大于的OH-数量，土壤pH值会下降[15]。

注：图中S为土壤含盐量4种盐梯度，即S1(0.9%,轻度盐渍化土)，S2(1.4%,中度盐渍化土)，S3(1.9%,重度盐渍化土)和S4(2.4%,盐土)；W为4种水梯度(W1为15%，W2为30%，W3为45%，W4为60%)。下同。

图1滨海湿地不同水盐梯度条件对土壤pH值和容重(BD)的影响

2.2 水盐梯度对土壤养分指标的影响

2.3 水盐梯度对土壤酶活性的影响

土壤中不同酶活性在水盐梯度上表现出相似的变化规律(图3)。随水分增加，酶活性先升高后降低，表明酶在一定的含水量范围内具有较高的活性；随盐度增加，则表现出不同程度的降低趋势，说明盐分的增加对酶活性具有抑制作用。SA和APA在水梯度W2，盐梯度S1处理下活性最高，在水梯度W4，盐梯度S4处理下活性最低，也反映出土壤中过多的水分和盐分对蔗糖酶和碱性磷酸酶活性的抑制作用。而UA在水梯度W3，盐梯度S1处理下活性最高；且在同一水梯度上，UA先升高后降低，在W3水梯度达到最高。除W1和W3水梯度上，高盐度(S4)和低盐度(S1)下的SA具有显著差异外，3种酶活性在不同盐度上均无显著性差异。3种酶活性的平均值在盐度梯度上分别降低41.0%，28.2%和9.1%，这说明APA比SA和UA具有更高的耐盐性。在盐梯度S2上，不同水梯度之间SA差异不显著；在盐梯度S1和S4上，不同水梯度之间UA差异不显著；其余情况下，各水梯度上最高酶活性均显著高于最低酶活性。不同酶在水盐梯度上的显著性差异分析表明，在本研究水盐含量跨度上，水分对酶活性的影响大于盐度对酶活性的影响。

图2 滨海湿地不同水盐梯度条件对土壤养分指标的影响

图3 滨海湿地不同水盐梯度条件对土壤酶的影响

酶是土壤组分中最活跃的有机成分之一，具有很强的生物催化能力，它参与了土壤中几乎全部的物理化学反应过程和物质循环，对土壤代谢过程的推进具有重要的作用，其活性反映了土壤微生物的活性和各种生物化学过程的方向和强度，故经常被用来作为评估养分循环和土壤质量的指标。SA，UA和APA是土壤碳、氮、磷等元素转化的重要参与者，土壤水分和盐分是酶活性大小的主要影响因素，且不同酶的最适水分和盐分区间具有差异[22,25]。本研究中，土壤中过多的水分和盐分都对3种酶活性的大小产生了抑制作用，同时土壤水分过低也会对酶活性产生不利影响。朱同彬等人对不同水分条件下土壤酶活性的变化进行了研究[26]，结果表明，与70%的田间持水量相比，过高的水分会显著抑制土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶的活性。万忠梅等[27]的研究也证明了酶活性会随水分增加而降低这一结论。而在水分为限制因子的干旱地区，水分缺乏导致土壤酶活性会随土壤水分的增加而增加，在田幼华等[28]的研究中，脲酶、各种磷酸酶的活性均随土壤水分含量的增加而显著增加，这与本文中W2和W3水梯度土壤酶活性高于W1水梯度的结果一致。而盐分对土壤酶的影响主要包括两个方面，一是高浓度的盐分会通过离子毒害和渗透胁迫等效应直接对酶产生抑制作用，二是盐分通过影响其他因素对酶产生间接影响，如土壤理化性质、养分有效性、微生物的活性及数量等。关于盐分对土壤酶活性的抑制作用，在大部分的研究中都印证了这一结论[25，28-29]。冯棣等[25]在研究咸水灌溉对土壤酶活性的影响中发现，咸水灌溉会导致土壤中盐分增加且积累，使得土壤酶活性受到抑制。在田幼华等[28]的研究中，高盐分含量限制过氧化氢酶和脲酶的活性，增加中性磷酸酶和碱性磷酸酶的活性，这说明不同酶的耐盐性及适宜生长的盐分区间不同，与本文的研究结果一致。

2.4 养分指标与酶活性的相关性分析

研究表明，土壤养分水平会对酶活性产生直接影响，同时，土壤酶也对养分水平具有一定的作用，二者之间存在紧密的联系。相关分析表明土壤SA，UA，APA活性均与土壤养分含量具有一定的相关关系。SA是转化酶中的一种，与土壤中的养分含量关系十分密切[30]。通过对SA和养分指标的相关分析可以发现，SA不仅与土壤有机质和速效养分显著相关，也与APA极显著相关；同时APA和TOM，AP，AK之间也具有相关关系，说明SA和APA均会在土壤碳、磷、钾元素的转化中起着非常重要的作用，崔东[30]等人的研究也说明了这一结论。而相比之下，UA与土壤TOM及速效养分等相关系数很低，但受土壤理化指标pH值和BD影响较大，可能是因为土壤理化性质会对UA产生直接影响，而模拟试验土壤无植被生长，土壤养分含量对脲酶活性的间接影响会相对减弱，从而出现UA与pH值，BD显著相关但与养分指标相关系数极低的情况。

图4 土壤养分指标和酶活性的典型对应分析表2 土壤养分指标和酶活性的相关性分析

指标pHBDTOMNH+4-NAPAKSAUAAPApH值1BD0.300∗1TOM 0.426∗∗0.2721NH+4-N-0.358∗ -0.147 -0.426∗∗1AP0.302∗0.204 0.522∗∗-0.167 1AK0.0440.287∗ 0.465∗∗-0.373∗∗ 0.481∗∗1SA0.1350.236 0.472∗∗0.027 0.513∗∗ 0.458∗∗1UA0.292∗ 0.523∗∗-0.113 0.0850.066-0.137 -0.264 1APA0.064 0.475∗∗ 0.513∗∗0.063 0.565∗∗ 0.401∗∗ 0.658∗∗0.0451

注：“**”表示差异极显著；“*”表示差异显著。SA为蔗糖酶活性；UA为脲酶活性；APA为碱性磷酸酶活性。

3 结 论