宋铁红，陈家旭,，王立冬，吴秋堂，吴梦迪，韩广轩，王光美*，管 博*

（1.吉林建筑大学 市政与环境工程学院，吉林 长春 130118；2.中国科学院 海岸带环境过程与生态修复重点实验室/山东省海岸带环境过程重点实验室/中国科学院 烟台海岸带研究所，山东 烟台 264003；3.山东黄河三角洲国家级自然保护区管理委员会，山东 东营 257091；4.烟台大学 生命科学学院，山东 烟台264005；5.烟台大学 环境材料与工程学院，山东 烟台 264005）

黄河三角洲滨海湿地地处黄海入口，受陆地、海洋、河流的三重影响，由于黄河泥沙量巨大，黄河三角洲成为世界上造陆速度最快的河口三角洲之一［1-2］。该区域属于冲积平原，以盐渍化湿地、芦苇沼泽、盐沼和河漫滩等湿地类型为主［3］。芦苇具有较广的耐涝、耐盐碱阈值，是被广泛用于湿地修复的首选物种，也正因为如此，芦苇群落是黄河三角洲分布面积最大的群落类型，芦苇具有较高的经济价值，如何平衡生态功能与经济价值是芦苇湿地管理的研究热点；然而当前不同的湿地管理方式对生态系统功能的影响并没有得到正确的评估，再加上近年来气候变化的加剧和人类活动的干扰，滨海湿地生物多样性减少，生态系统功能严重退化［4］。滨海湿地生态系统的退化不仅制约了湿地资源的可利用性［5-6］，而且还威胁着人类社会经济的可持续发展［7-8］。

在“绿水青山就是金山银山”的发展理念下，如何有效协调经济社会发展与生态保护成为新的主题，这就需要在湿地管理过程中采取多样化的手段，合理协调湿地资源的保护与利用。湿地生态工程的成功实施必须与科学的管理技术相匹配，但目前的总体情况是恢复重于管理，难以有效地发挥湿地恢复工程的综合效益［9］。不同的管理方式对芦苇湿地功能有着显著影响，其中以刈割为代表的管理方式对滨海湿地芦苇的生长、发育以及优化有重要作用［10-11］。

土壤酶是土壤中最活跃的有机成分之一［12］，它的活性不仅能反映土壤物质和能量代谢的旺盛程度，也是评价土壤肥力与生态环境质量的重要指标［13-15］。土壤的理化因子也能够反映出土壤质量和土壤的生产力水平，是研究土壤性质变化最直接的指标［16］。有研究表明，刈割处理的芦苇茎、叶及地上部分的生物量与其氮、磷储量均呈现显著的正相关［17］；另有研究发现，芦苇刈割引起的土壤养分含量的变化可能是土壤酶活性变化的主要原因之一［18］。在以往的研究中，很少有人研究刈割对滨海芦苇湿地土壤的理化因子及酶活性的影响，而科学有效地管理芦苇湿地能够有效地促进黄河三角洲滨海湿地的高质量发展。本文以黄河三角洲滨海湿地为研究区，通过分析黄河三角洲芦苇湿地的土壤理化性质、土壤酶活性的变化，探讨了不同刈割方式对滨海芦苇湿地土壤功能的影响，以期为黄河三角洲滨海芦苇湿地的管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验在中国科学院黄河三角洲的滨海湿地生态试验站（37°45＇52＂N，118°58＇52＂E）开展。该区域地处暖温带，属于季风型大陆性气候，四季分明，年均气温 12.6 ℃，年均降水量为550~640 mm，降水主要集中于5~9月，其中6~9月有积水；年均蒸发量为1962 mm［19］。土壤类型主要为潮土和盐碱土，芦苇为主要优势物种。

1.2 试验设计及土样采集

试验区布置于2017年，选择长势均匀的芦苇群落样地，进行围栏并布设实验小区，实验采取随机设计，共设3个处理：自然保留（CK，无任何处理）；刈割归还（M，刈割后将所有植物平铺回原样地）；刈割移除（MR，刈割后移除植物地上部分），每个处理4次重复，共分为12个实验小区。

实验于2017年11月进行首次刈割，齐地面刈割，留茬0 cm。之后每年冬季（11月末~12月初）均进行刈割处理。每个处理的小区面积为3.4 m×3.4 m，不同小区之间保留1 m的间隙以消除小区间的影响。

本研究于2020年9月18日和2021年3月30日分别进行两次土壤采样及调查工作。在每个处理小区内随机选取4个采样点（采样时在小区中央3 m×3 m范围内进行，以排除边缘效应），根据剖面将每个采样点的土壤分为表层（0~10 cm）、中层（10~20 cm）和下层（20~30 cm），将每个小区4个采样点的土样分层混合均匀后装入自封袋，带回实验室；土样自然风干后过筛，用于土壤理化指标和酶活性的测定。

1.3 指标测定及数据处理

土壤样品测定包含土壤理化性质（pH值、电导率、总氮、总碳、总磷、有机质、氨态氮以及硝态氮含量）和酶活性（蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶以及碱性磷酸酶）。其中pH值、电导率采用便携式电导率仪测定；土壤总氮、总碳、有机质的含量采用元素分析仪测定，有机质含量=有机碳含量×1.724；土壤总磷含量采用消煮法测定；氨态氮、硝态氮的含量采用2 mol/L KCl浸提后利用流动分析仪测定。土壤蔗糖酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法［20］；过氧化氢酶活性的测定采用紫外分光光度法［21］；土壤脲酶活性的测定采用苯酚钠比色法［20］；土壤碱性磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法［20］。

采用Office-Excel进行数据处理、计算平均值与标准差；用Origin 2021制图；用SPSS 24.0软件中的最小显著差异法（LSD）检验处理间的差异性；用Pearson双尾检验土壤性状间的相关性，显著水平均为P = 0.05。

2 结果与分析

2.1 不同刈割管理方式对土壤理化性质的影响

3个土层之间土壤的pH值均没有显著性差异（表2）；随着土层的加深，土壤电导率呈现显著升高的趋势（P<0.05）；而2021年3月份刈割移除处理的土壤电导率则表现出相反的趋势，即随土层的加深而降低；除2020年9月的氨态氮含量和2021年3月的总磷含量外，土壤总碳、总氮、总磷、有机质、氨态氮和硝态氮等的含量均随着土层的加深而降低，且表层含量均显著高于下层（P<0.05）。

与自然保留处理相比，2020年9月的刈割归还处理的土壤pH值在下层的差异显著（表1）；而2021年3月的刈割移除处理则显著提高了土壤表层和中层的电导率，分别提高了130.56%、54.00%；2020年9月的刈割归还和刈割移除处理的下层土壤总氮、有机质含量显著降低；而刈割归还处理的表层土壤总碳含量显著升高，刈割归还和刈割移除处理的总氮含量分别减少了28.30%、30.19%；有机质含量分别减少了29.32%、27.11%；同时2021年3月刈割移除处理的下层土壤总氮含量显著降低了32.08%；2020年9月刈割移除处理的土壤表层与中层的硝态氮含量显著降低，分别下降了38.85%和72.13%，2021年3月刈割移除处理和刈割归还处理显著降低了土壤表层的硝态氮含量，分别下降了40.22%和45.92%。

表1 不同刈割管理方式下芦苇湿地土壤的基本理化性质（2020年9月）

表2 不同刈割管理方式下芦苇湿地土壤的基本理化性质（2021年3月）

2.2 不同刈割管理方式对土壤酶活性的影响

两次采样的结果显示，土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶以及碱性磷酸酶的活性整体均随着土层加深呈现逐渐降低的趋势，且在表层与下层间存在显著性差异（P<0.05）。2020年9月份采样结果显示，在同一土层下，与自然保留处理相比，刈割处理显著增加了表层的土壤蔗糖酶活性（P<0.05）（图1），2021年3月份土壤蔗糖酶活性则呈现了相反的趋势（图1）。同一土层不同处理间的土壤过氧化氢酶活性差异不显著（P>0.05）（2021年3月土壤表层结果除外）（图2）。相比于自然保留处理，2020年9月刈割移除处理表层土壤脲酶活性显著降低（P<0.05）（图3）。而2021年3月刈割归还处理的土壤脲酶活性在土壤各层均显著降低（图3）。土壤碱性磷酸酶活性整体表现为自然保留>刈割移除>刈割归还处理，与自然保留处理相比，2020年9月刈割移除和刈割归还处理下表层土壤碱性磷酸酶活性分别显著减少了18.28%、24.64%（图4）。

图1 不同处理下土壤蔗糖酶的活性变化

图2 不同处理下土壤过氧化氢酶的活性变化

2.3 土壤理化性质与酶活性间的相关性

对土壤理化性质与酶活性进行Pearson相关性分析，结果如表3、表4所示。2020年9月结果显示，4种酶活性均与土壤总氮、总碳、有机质以及硝态氮含量呈极显著正相关（P<0.01），与土壤电导率呈极显著负相关（P<0.01）。脲酶活性、碱性磷酸酶活性与土层之间呈极显著负相关（P<0.01），该结果体现了酶活性随着土层的加深呈现逐渐降低的趋势。蔗糖酶活性与过氧化氢酶活性、脲酶活性以及碱性磷酸酶活性呈极显著正相关（P<0.01）；脲酶活性与碱性磷酸酶活性呈极显著正相关（P<0.01），而与过氧化氢酶活性呈极显著负相关；碱性磷酸酶与过氧化氢酶活性呈极显著正相关（P<0.01）。2021年3月采样结果显示，蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性与土壤总氮、总碳、总磷、有机质、氨态氮以及硝态氮含量之间呈极显著正相关关系（P<0.01）；与电导率显著负相关（P<0.05）。过氧化氢酶活性与土壤总氮、总碳以及有机质含量之间呈极显著正相关（P<0.01），与氨态氮含量呈显著正相关（P<0.05）。4种酶活性都与土层显著负相关，说明随着土层深度的加深，酶活性逐渐降低。除pH值与氨态氮含量外，其余理化性质与土层也均呈显著负相关。蔗糖酶活性与脲酶以及碱性磷酸酶活性呈极显著正相关（P<0.01），此外碱性磷酸酶活性与过氧化氢酶活性以及脲酶活性之间呈显著正相关（P<0.05）。

图3 不同处理下土壤脲酶活性的变化

3 讨论

3.1 土壤理化性质

在盐渍化区域，“盐随水来、盐随水去”是一种动态的平衡，土壤盐分在各土层之间的变动受季节变化影响显著。在本研究中，2020年9月采样的各处理的土壤电导率均显示出表层低、下层高的趋势，主要是因为本次采样时间为9月，雨季降雨量较多导致土壤盐分被雨水淋洗至下层；而2021年3月采样的刈割移除处理的电导率随土层的加深而降低，这可能是因为刈割移除处理移除了地表植被与凋落物，致使土壤表层蒸发速率较高，使土壤反盐现象严重。两个季节结果土壤中的总碳、总氮、有机质、硝态氮含量均表现为表层最高，随土层加深而降低，这可能与土壤表层植物残体的长期积累有关［22］。也有研究认为芦苇在生长发育过程中其根部吸收了大量深层土壤的营养物质而导致下层养分含量降低［23］。姜翠玲等［24］研究发现，芦苇刈割会对湿地土壤40 cm以内的总氮含量有明显影响，本研究结果证实了该结论。与自然保留处理相比，2020年9月的刈割归还处理的表层土壤总碳含量显著增加了9.40%，这可能是由刈割归还处理的地上生物量的留存和刈割后芦苇生长受到刺激而将下层养分向上层吸收所致。两次采样结果均显示刈割移除处理的土壤表层硝态氮含量显著低于自然保留处理，这可能与刈割移除处理使地上生物量减少有关。

表4 土壤理化性质与酶活性Pearson相关性分析结果（2021年3月）

3.2 土壤酶活性

在此次研究中，土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶以及碱性磷酸酶活性都在表层最高，且随着土层深度的加深而降低，这主要是由于土壤表层养分状况好，其动植物凋落物、残体和腐殖质较多，土壤酶活性较强。随着土层深度的增加，有机质含量逐渐下降，土壤通气条件变差，地下生物量也随之减少，土壤酶活性降低，这与众多研究结果相一致［25-27］。蔗糖酶活性可以反映土壤生物群落代谢状态和土壤主要营养元素碳的转化效率［28］，通过水解蔗糖为微生物提供能量，参与土壤有机质的矿化和分解，有助于增加土壤中的可溶性营养物质［29］。在本研究中，2020年9月采样的表层土壤蔗糖酶活性在刈割移除处理和刈割归还处理中显著增加，但2021年3月采样的刈割归还处理的土壤蔗糖酶活性则显著降低，可能是由于刈割使得地上生物量碳输入减少，土壤表层有机质含量发生变化，而土壤蔗糖酶活性与有机质含量呈极显著正相关。过氧化氢酶的活性表征土壤腐殖质化强度和有机质积累程度［30］，但本研究中，除2021年3月刈割移除处理和刈割归还处理显著提高了表层土壤过氧化氢酶活性外，同一土层的过氧化氢酶活性在不同处理之间差异都不显著，表明刈割管理措施对土壤过氧化氢酶活性影响较小。土壤脲酶在土壤氮素转化中起重要作用，能分解有机氮中的化合物，从而为植被提供氮素营养［25］，其活性是表征土壤供氮能力的重要指标［31］。土壤碱性磷酸酶能够促进土壤有机磷化合物的水解，使之转化为植物可吸收利用的无机磷，其活性反映了土壤供应有效磷的能力［20］，能提高适生植物种群对可利用态磷的利用［32］。在本研究中，与自然保留处理相比，土壤脲酶以及碱性磷酸酶活性在受到刈割处理后（刈割移除和刈割归还）整体呈下降趋势，表明刈割处理使得土壤氮、磷的转化效率降低，这可能是由于刈割对芦苇地上部的损伤引起地下部根系的生理生态性质（如根系活力、根系分泌物等）发生改变［33］，导致土壤微生物活动减弱，进而使土壤脲酶活性降低。

3.3 土壤酶活性与理化性质的关系

在本研究中，除2021年3月采样的土壤过氧化氢酶活性外，土壤电导率与土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性以及碱性磷酸酶活性呈显著的负相关，这与景宇鹏等［34］的研究结果相似，这表明土壤盐渍化程度的加剧会显著降低土壤酶的活性，从而影响土壤中碳、氮、磷元素的有效转化，降低土壤肥力［35］。有相关研究表明，在可利用养分含量较低时，土壤微生物可通过增强相关土壤酶活性来分解有机质，释放养分，满足其自身生长的需求［36-40］。另有研究显示，上述4种酶活性与土壤有机碳、全氮含量有关［41］。在本研究中，土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性以及碱性磷酸酶活性与土壤总氮、总碳、有机质、硝态氮含量呈极显著正相关，符合这一结论，在一定程度上可以表征土壤有机质和氮、磷的积累情况，也表明芦苇刈割后，土壤酶活性受土壤理化性质的影响。同时，不同酶活性之间也呈现出不同的相关性，这与刘艳等［42］在黄河三角洲冲积平原湿地的研究结果相近。芦苇根系可以吸收土壤深层的营养元素，并使其在土壤表层累积［43］，不仅增强了土壤酶的活性，还促进了养分循环。

4 结论

无论是刈割归还还是刈割移除，刈割处理都能够显著影响土壤表层理化因子及土壤酶活性。但总体来说，3年的刈割处理并没有对土壤功能产生显著性影响。因此，综合生态和经济两方面，有必要对滨海芦苇湿地进行适当的刈割管理。