黃土丘陵區(qū)不同土地利用類(lèi)型下土壤酶活性和養(yǎng)分特征

生態(tài)環(huán)境 2008, 17(5): 2050-2058 Ecology and Environment E-mail: 基金項(xiàng)目： 中國(guó)科學(xué)院西部行動(dòng)計(jì)劃（二期）（ KZCX2-XB2-05-03） ； 西北農(nóng)林科技大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（ 01140202）和拔尖人才計(jì)劃支持（ 01140102） 作者簡(jiǎn)介： 董莉 麗（ 1979 年生 ），女，博士研究生，主要從事植被恢復(fù)與土地利用變化方面的研究 。 E-mail: *通訊作者：鄭粉莉（ 1960 年生 ），女，教授，博士生導(dǎo)師，從事土壤侵蝕預(yù)報(bào)與水土保持方面的研究 。 E-mail: 收稿日期： 2008-04-24 黃土丘陵區(qū) 不同土地利用類(lèi)型下土壤 酶活性和 養(yǎng)分特征 董莉麗 1， 鄭粉莉 2， 3 1. 陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院 ， 陜西 西安 710062； 2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 ， 陜西 楊凌 712100； 3. 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ， 陜西 楊凌 712100 摘要： 研究 了 土地利用類(lèi)型對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的影響 。 首先 通過(guò) 最小顯著性差 異 （ LSD） 評(píng)價(jià) 各 樣地 之間 和 同一樣地土壤剖面 四個(gè) 不同 層 次 的 土壤 酶活性和養(yǎng)分的 差異 ，其次 分析四種 土壤酶 （ 轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、脲酶和過(guò)氧 化氫酶） 活性和土壤養(yǎng)分之間相關(guān)性 ；最后 以農(nóng)地為 對(duì)照 ，應(yīng)用 土壤 恢復(fù)指數(shù) 研究 不同 土地利用 類(lèi)型 對(duì)土壤的改良效果。 研究 結(jié)果表明 ，同農(nóng)地相比 ， 不同 土地利用類(lèi)型的 表層 （ 05 cm） 土壤 四種 酶活性 、 全氮、有機(jī)質(zhì) 和 堿解氮含量 均有所提高， 且 在同一土地利用 類(lèi)型 下 表層土壤 酶活性和 養(yǎng)分均顯著大于 下部各土 層 。 相關(guān)性分析表明 ， 土壤 四種 酶 活性 與 有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 。 同農(nóng)地相比 , 其余 土地利用 類(lèi)型 表層土壤質(zhì)量顯著 提高 ， 而以 楊樹(shù)、側(cè)柏、油松、仁用杏和刺槐 5種 人工林地 的 土壤 質(zhì)量 提高 最 為 明顯 ， 同齡樹(shù)種中 ， 楊樹(shù) 對(duì)土壤的恢復(fù)效果 大于刺槐和油松 。 關(guān)鍵詞： 土地利用類(lèi)型；土壤養(yǎng)分；土壤酶活性；剖面分布 ；黃土丘陵區(qū) 中圖分類(lèi)號(hào)： S158 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-2175（ 2008） 05-2050-09土地利用作為人類(lèi)利用土地各種活動(dòng)的綜合反映，是影響土壤肥力變化最普遍、最直接、最深刻的因素 1。 由于 在 不同 土地利用類(lèi)型下 ， 地面覆被不同， 對(duì)土壤養(yǎng)分的富集和再分配作用，以及減少水土流失引起的養(yǎng)分流失的作用不同 ，進(jìn)而會(huì)對(duì)土壤 酶活性和 養(yǎng)分 及其在土壤剖面上的分布產(chǎn)生影響。以往多數(shù)研究主要集中在利用土壤物理 2-3和化學(xué)屬性 4-5來(lái)表征土地利用類(lèi)型對(duì)土壤質(zhì)量的影響。但是，土壤中所進(jìn)行的生物和生物化學(xué)過(guò)程之所以能夠持續(xù)進(jìn)行，得益于土壤中酶的催化作用。同時(shí) ,土壤酶在與有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)等相關(guān)的催化反應(yīng)中起到重要作用 6。許多研究表明，土壤酶活性可 以指示土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性以及農(nóng)業(yè)實(shí)踐引起的土壤質(zhì)量的變化 7-9。 本 研究區(qū)位于陜北黃土高原北部 米脂縣境內(nèi) ，這里不僅水蝕和風(fēng)蝕并存，而且人口密度大（ 200人 km-2） ,可耕地面積少。 目前 ， 有關(guān) 研究區(qū) 不同 土地利用類(lèi)型 下土壤酶活性和養(yǎng)分 特征 的研究尚未見(jiàn) 報(bào)道。 本文 基于對(duì)不同土地利用類(lèi)型及同一土地利用類(lèi)型不同土壤剖面層次的 四 種 酶活性和 有機(jī)質(zhì)、 全氮、堿解氮、速效磷 的分析 ， 探討 研究區(qū) 十種典型 土地利用類(lèi)型 對(duì) 土壤酶活性和養(yǎng)分特征 的影響 ， 其研究結(jié)果 對(duì)于合理利用土壤資源、培肥地力、減少養(yǎng)分流失具有重要的意義， 并 可以評(píng)價(jià)多年來(lái) 在該研究區(qū) 實(shí)施退耕還林等水土保持工程對(duì)土壤的改良作用。 1 材料與方法 1.1 樣點(diǎn)位置 研究區(qū) 樣點(diǎn)主要布設(shè)在泉家溝和艾家峁 （見(jiàn)表1） ，其隸屬 于 米脂縣橋河岔鄉(xiāng)的兩個(gè)自然村 。 多年平均降水 422 mm，年平均氣溫 8.4 ，年平均蒸發(fā)量 1 557 mm，干燥度 3.74。全年降水分布極不均勻 ，年最高降水量達(dá) 704.8 mm， 最低降水量 186.1 mm。7 9 三個(gè)月平均降水量為 291.1 mm，占全年總降水量的 64.5 ， 汛期降雨多為大雨 和 暴雨。 1.2 樣品采集與分析 根據(jù) 土地利用類(lèi)型 和分布地點(diǎn)的代表性， 選擇的樣地類(lèi)型分別為 農(nóng)地、側(cè)柏、果 園 、仁用杏、苜蓿、油松、楊樹(shù)、荒地、檸條和刺槐。 2007 年 9 月底 10 月初進(jìn)行土壤樣品采集。 每個(gè)樣地 按 S 型布設(shè) 5 個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn) 挖取 土壤 剖面，每個(gè)剖面分05 cm， 510 cm， 1020 cm, 2040 cm 四層 采集 ，將每層采集的 5 個(gè)樣點(diǎn)土壤樣品 混合均勻， 按四分法 分三袋裝，帶回實(shí)驗(yàn)室， 風(fēng) 干 后過(guò) 1 mm 和 0.25 mm 篩 。 過(guò) 1 mm 篩的土樣用于 測(cè)定 土壤酶活性、速效磷和堿解氮 ，過(guò) 0.25 mm 篩的 土 樣用于測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)和全氮 。 每一測(cè)定項(xiàng)目做三個(gè) 重復(fù) ，兩個(gè)平行 。所有試驗(yàn)在中國(guó) 科學(xué)院 水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕和 旱 地 農(nóng) 業(yè) 國(guó)家 重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室完成。 在野外利用羅盤(pán)測(cè)定樣地的坡向和坡度，利用便攜式 GPS測(cè)定樣地的海拔和經(jīng)緯度。 土壤有機(jī)質(zhì)董莉麗等：黃土丘陵區(qū)不同土地利用類(lèi)型下土壤酶活性和養(yǎng)分特征 2051 采用重鉻酸鉀 硫酸氧化法 10， 土壤全氮采用開(kāi)氏（ J. Kjedahl）消煮法 ，速效 磷采用 0.5 molL-1 NaHCO3浸提一鉬銻抗比色法 11， 堿解氮 采 用堿解擴(kuò)散法 12。 轉(zhuǎn)化酶用 3， 5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定 ， 脲酶用苯酚鈉 -次氯酸鈉比色法測(cè)定 ， 堿性磷酸酶用苯磷酸二鈉比色法測(cè)定 ， 過(guò)氧化氫酶用 KMnO4滴定法測(cè)定 。 四 種酶活性分別以葡萄糖 mgg-1d -1，酚 mgkg-1d -1， (NH3)-N mgkg-1d -1和 0.1 molL-1高錳酸鉀毫升數(shù) （ 空白 與試驗(yàn)測(cè)定的差 ） 表示。 1.3 統(tǒng)計(jì)分析 所有結(jié)果以風(fēng)干土 質(zhì) 量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。 本文給出了六個(gè)重復(fù)的算術(shù)平均值及其標(biāo)準(zhǔn) 偏 差。 利用SPSS13.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。 應(yīng)用最小顯著性差 異（ LSD） 檢驗(yàn) 不同土地利用類(lèi)型和 同一土地利用下土壤剖面 四個(gè) 層 次 土壤 酶活性和養(yǎng)分特征的差異顯著性， 具有 相同字母者 代表 0.05水平 差異不顯著。 2 結(jié)果 與討論 2.1 土地利用類(lèi)型對(duì) 土壤酶活性 的影響 土壤酶在土壤生物化學(xué)過(guò)程中，特別是在有機(jī)質(zhì)的分解和氮、磷的活化過(guò)程中具有重要作用 13。不同 土地利用類(lèi)型 對(duì)表層 （ 05 cm） 土壤酶活性有明顯影響（見(jiàn)表 2） 。 表 2列出了 10種土地利用類(lèi)型表層土壤 四種酶活性 的 平均值 、 標(biāo)準(zhǔn) 偏 差 和差異顯著性檢驗(yàn)結(jié)果 。 由 表 2可知， 農(nóng)地 表層 土壤 四 種酶活性最低，轉(zhuǎn)化 酶，堿性磷酸酶， 脲 酶和過(guò)氧化氫酶活性分別為 5.67， 1057.47， 688.60和 5.48。 各樣地 土壤剖面各 土層之間酶活性的分布特征 見(jiàn)圖 1。 轉(zhuǎn)化酶活性在 刺槐 地 和楊樹(shù)地 表層 較 高 ， 分別為農(nóng)地 表層土壤 的 5.84和 5.76倍 。 其 在仁用杏地、油 松地、苜蓿地、側(cè)柏地、荒地、檸條地和 果 園 分別為農(nóng)地的 4.44、 4.14、 3.70、 3.63、 3.39、 2.31和1.77倍。 LSD檢驗(yàn)表明 ， 轉(zhuǎn)化酶活性 除 在 刺槐和楊樹(shù)地， 苜蓿和側(cè)柏地以及側(cè)柏和 荒 地之間差異不顯著外， 在 其余各樣地 之間 ， 其 差異 均達(dá)到顯著性水平 。 同一土地利用 類(lèi)型 下土壤 剖面各 層次之間的LSD檢驗(yàn)表明 ， 轉(zhuǎn)化酶活性在 農(nóng)地 1020 cm處最高，但 其 在 農(nóng)地 土壤剖面 四個(gè)層次之間其 差異 不顯著 ；而在 其 余 各樣地 ， 表層 土壤 轉(zhuǎn)化酶活性均顯著大于其 下部各 土 層 。 堿性磷酸酶活性在楊樹(shù) 地和側(cè)柏地較高，分別為農(nóng)地的 2.44 和 2.32 倍。 在 油松地、仁用杏地、刺槐地、荒地、苜蓿地、檸條地和 果園 ， 表層土壤堿性磷酸酶活性分別為農(nóng)地的 2.24、 2.15、 2.03、1.96、 1.91、 1.79 和 1.08 倍。 表層土壤堿性磷酸酶活性 除 在 刺槐地和荒地以及荒地和苜蓿地之間差表 1 土壤樣地描述 Table 1 the descriptive of the soil sampling sites 地點(diǎn) 退耕時(shí)間（ yr） 樣地類(lèi)型 坡向 /坡度 海拔 /m 經(jīng)度 /緯度 泉家溝 1983 楊樹(shù) (populus) 北偏東 35/30 1014 E 1101550/N 374629 1983 刺槐 (Robinia pseudoacacia) 北偏東 55/30 1030 E 1101549/N 374629 1970 檸條 (Caragana Korshinskii) 正東 /32 1030 E 1101610/N 374604 2004 苜蓿 (Medicago sativa) 北偏西 50/25 1003 E 1101607/N 374625 1998 荒地 正北 /20 1054 E 1101551/N 374627 1983 油松 (Pinus tabulaeformis) 北偏東 35/22 1004 E 1101551/N 374629 1993 仁用杏 (Armeniaca) 北偏東 10/33 1008 E 1101553/N 374628 艾家峁 1958 側(cè)柏 (Platycladus orientalis) 北偏東 24/18 1020 E 1101734/N 374637 1986 果園 北偏東 65/0 1030 E 1101734/N 374637 農(nóng)地 北偏東 70/28 1018 E 1101733/N 374637 表 2 不同土地利用類(lèi)型下表層土壤酶活性特征 Table 2 Topsoil enzyme activities in various landuse types 土地利用類(lèi)型 轉(zhuǎn)化酶葡萄糖 /(mgg-1d -1) 堿性磷酸酶酚 /(mgkg-1d -1) 脲酶 NH3-N/(mgkg-1d -1) 過(guò)氧化氫酶 0.1 molL-1KMnO4 ml 農(nóng)地 5.67h 0.82 1057.47i47.04 688.60f109.05 5.48g0.44 側(cè)柏地 20.57de1.96 2452.56b31.09 2563.60ab274.49 14.30a0.32 果園 10.03g 1.60 1146.00h106.40 1878.00cd104.98 6.93 f0.37 仁用杏地 25.20b 0.87 2276.52 d28.87 1755.80d114.86 8.75c0.22 苜蓿地 20.97d 0.90 2023.97f41.35 1236.60e63.72 7.05ef0.57 油松地 23.47c 2.07 2365.90c58.76 2315.20b98.11 7.90d0.15 楊樹(shù)地 32.67a 1.82 2582.28a38.29 2682.20a193.19 9.57b0.40 荒地 19.20e 0.75 2076.67ef76.79 2060.80c190.53 9.17bc0.72 檸條地 13.08f 0 .087 1892.47g69.32 2439.40b158.57 7.59de0.22 刺槐地 33.13a 1.73 2144.63e44.02 2428.80b48.88 7.35def0.45 2052 生態(tài)環(huán)境 第 17 卷第 5 期（ 2008 年 9 月） 異不顯著外， 在 其余各樣地 之間差異均顯著 。土壤剖面不同土層之間的 LSD 檢驗(yàn)表明， 土壤堿性磷酸酶活性 在 農(nóng)地 1020 和 510 cm， 510 和 2040 cm以及荒地 510， 1020 和 2040 cm 差異 不顯著；其余 8 個(gè)樣地堿性磷酸酶活性隨土層的加深而降低， 且 土壤剖面 各 土層之間的 差異 顯著。 脲酶活性在 楊樹(shù) 地 和側(cè)柏地 較 高 ， 分別 為農(nóng)地的 3.90 和 3.72 倍 。 在 檸條 地 、 刺槐 地 、 油松 地 、03006009001200150018002100240027003000農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地a堿性磷酸酶活性/(酚gkg-1d-1） 0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m . 0 05 . 0 01 0 . 0 01 5 . 0 02 0 . 0 02 5 . 0 03 0 . 0 03 5 . 0 04 0 . 0 0農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地b轉(zhuǎn)化酶活性/(葡萄糖mgg-1d-1)0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m 0500100015002000250030003500農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地c脲酶活性/(NH3-N mgkg-1 d-1）0-5cm5-10cm10-20cm20-40cm 0.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.00農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地d過(guò)氧化氫酶活性/（0.1molL-1 KMnO4 ml)0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m 圖 1 4種酶活性在不同土地利用下土壤剖面上的分布特征 Fig. 1 the profile characteristics of the four soil enzyme activities in various landuse types （ a: 堿性磷酸酶 ； b: 轉(zhuǎn)化酶 ； c: 脲酶 ； d: 過(guò)氧化氫酶） (a: alkaline phosphatase； b: invertase glucose； c: urease； d: catalase ) 董莉麗等：黃土丘陵區(qū)不同土地利用類(lèi)型下土壤酶活性和養(yǎng)分特征 2053 荒地 、 果 園 、 仁用杏 地 、 苜蓿 地 ，脲酶活性 分別為農(nóng)地的 3.54、 3.53、 3.36、 2.99、 2.73、 2.55 和 1.80倍 ， 其中 ， 脲酶活性在 楊樹(shù)和側(cè)柏地 ， 側(cè)柏、檸條、刺槐和油松 地 ， 荒地和果 園 以及果 園 和仁 用杏 地 之間 差異 不顯著。 脲酶活性在 土壤剖面各土 層 之間的LSD 檢驗(yàn)表明 ， 農(nóng)地 1020 和 2040 cm 脲 酶活性較高 ， 分別為 1 015.20 和 974.20， 而 510 和 05 cm脲酶活性較低，分別為 818.60 和 688.60， 且 1020和 2040 cm 以及 510 和 05 cm 之間脲酶活性 差異 不顯著。 脲酶活性除在 果 園 05 和 510 cm，在油松地 510 和 1020 cm 以及 在 荒地 510， 1020和 2040 cm 差異 不顯著外， 在 其余各樣地 土壤剖面不同 層 次 之間 差異 顯著。 過(guò)氧化氫酶活性 在 側(cè)柏 地 最高 ，為 農(nóng)地的 2.61倍 ， 而在 楊樹(shù) 地 、 荒地 、 仁用杏 地 、 油松 地 、 檸條地 、 刺槐 地 、 苜蓿 地 和 果 園 ，過(guò)氧化氫活性 分別為農(nóng)地 的 1.75、 1.67、 1.60、 1.44、 1.39、 1.34、 1.29和 1.26倍 。 各土地利用類(lèi)型中 ， 過(guò)氧化氫酶活性在楊樹(shù)地和荒地，荒地和仁用杏地，油松、檸條和刺槐地，檸條、刺槐和苜蓿地，刺槐、苜蓿和果 園 之間差異不顯著。 過(guò)氧化氫酶活性在 荒地僅次于側(cè)柏地和楊樹(shù)地，并 且，其在荒地 與楊樹(shù)地之間的差異不顯著。 這與 邱莉萍等 14研究 得出 撂荒未翻耕地 表層過(guò)氧化氫酶活性大于林地 的結(jié)論 相似 。 過(guò)氧化氫酶活性在 土壤剖面各 層次之間的 LSD檢驗(yàn)表明 ， 在各土地利用類(lèi)型中，土壤過(guò)氧化氫酶活性在 表層最高，除 在 農(nóng)地和荒地外，隨土層深度的 增加 ，其 活性降低。 過(guò)氧化氫酶活性在 農(nóng)地 土壤剖面 各層 次 之間差異 不顯著； 在 果 園 、苜蓿和油松地 ，其 在 510和 1020 cm差異 不顯著； 在 仁用杏和檸條地 ，其 在1020和 2040 cm差異 不顯著；在 荒地和刺槐地 ，其在 510， 1020和 2040 cm差異 不顯著。 過(guò)氧化氫酶活性 在 側(cè)柏和楊樹(shù)地 土壤剖面不同土 層之間差異 達(dá)顯著水平。 以上分析可知，幾種林地土壤酶活性 普遍 較高，這是因?yàn)榱值刂参锏蚵湮锖透捣置谖锊粌H使微生物大量繁殖，豐富了土壤酶的來(lái)源，同時(shí) 這些凋落物的分解和根系的生理代謝過(guò)程也向土壤釋放多種酶。而農(nóng)地和果 園 由于 地表 無(wú)覆被物，土壤養(yǎng)分含量少，對(duì)土壤微生物的繁衍不利，其土壤酶活性也因此較低。 2.2 土壤養(yǎng)分特征 土地利用類(lèi)型 不同，則地表覆蓋及人為干擾影響程度不同，直接影響土壤養(yǎng)分物質(zhì)的輸入和輸出，進(jìn)而深刻影響土壤的養(yǎng)分貯量和養(yǎng)分有效性等肥力狀況 4。 表 3列出了不同土地利用類(lèi)型下 表層 土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、全氮和堿解氮含量。 土壤有機(jī)質(zhì)含量在楊樹(shù)地最高 ， 為 1.685 7%，在農(nóng)地最低，為 0.507 2%； 與農(nóng)地相比， 有機(jī)質(zhì)含量在 楊樹(shù)地 、側(cè)柏地、刺槐地 、油松地、仁用杏地、荒地、檸條地、果 園 和苜蓿地分別 增加了 232.4 %、222.06 %、 191.74 %、 173.66 %、 146.94 %、 122.54 %、89.22 %、 43.34 %和 25.53 %， 并且 各樣地之間的 差異 均顯著 。 土壤全氮含量與有機(jī)質(zhì)含量大小順序 完全相同， 與農(nóng)地相 比， 在 楊樹(shù)地、側(cè)柏地、刺槐地、油松地、仁用杏地、荒地、檸條地、果園 和苜蓿地 ，全氮 含量分別增加了 194.90 % 、 176.53 % 、161.56 %、 122.79 %、 121.43 %、 101.36 %、 74.83 %、48.64 %和 14.63 %。 有機(jī)質(zhì)含量 除 在 油松和仁用杏地之間 差異 不顯著外，其 余 各樣地之間差異 均顯著。 與農(nóng)地相比， 在 楊樹(shù)地、刺槐地、側(cè)柏地、荒地、油松地、仁用杏地、檸條地、果 園 和苜蓿地 ，堿解氮 含量 分別 增加了 191.86 %、 178.53 %、151.90 %、 137.88 %、 121.35 %、 115.30 %、 87.90 %、39.92 %和 31.61 %， 堿解氮在 楊樹(shù)和刺槐地，側(cè)柏和荒地，油松和仁用杏地以及果 園 和苜蓿地之間 差異 不顯著。 堿解氮和有機(jī)質(zhì) 、全氮 含量 在各樣地之間的 大小順序基本相同 ， 這說(shuō)明三者之間呈 現(xiàn)很好的相關(guān)性。 表 3 不同土地利用類(lèi)型下表層土壤養(yǎng)分含量 Table 3 Topsoil nutrient contents in various landuse types 土地利用類(lèi)型 有機(jī)質(zhì) /% 全氮 /% 堿解氮 /(mgkg-1) 速效磷 /(mgkg-1) 農(nóng)地 0.5072 j0.0039 0.0294 i0.0018 23.47 f2.65 5.22 bc1.33 側(cè)柏地 1.6335 b0.0457 0.0813 b0.0026 59.12b6.60 2.25 ef0.63 果園 0.7270 h0.0299 0.0437 g0.0031 32.84 e1.06 6.64 a0.71 仁用杏地 1.2525 e0.0435 0.0651 d0.0045 50.53 c4.49 5.09 c1.18 苜蓿地 0.6367 i0.0374 0.0337 h0.0014 30.89 e2.09 4.05 d0.38 油松地 1.3880 d0.0612 0.0655d0.0024 51.95 c2.40 1.80 f0.20 楊樹(shù)地 1.6857 a0.0623 0.0867a0.0025 68.50 a4.87 1.71 f0.27 荒地地 1.1287 f0.0104 0.0592 e0.0012 55.83b1.56 1.57 f0.12 檸條地 0.9597 g0.0226 0.0514 f0.0017 44.1d2.02 5.99 ab0.55 刺槐地 1.4797 c0.0237 0.0769 c0.0035 65.37a1.46 2.71 e0.32 2054 生態(tài)環(huán)境 第 17 卷第 5 期（ 2008 年 9 月） 一般認(rèn)為黃綿土表層有機(jī)質(zhì)含量為 0.45%0.80 %， 十種 土地利用類(lèi)型中，除農(nóng)地、果 園 和苜蓿地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量在 0.507 2% 0.7270 %之間 外 ，其余七種土地利用類(lèi)型表層土壤有機(jī)質(zhì)含量在 0.959 7% 1.685 7%之間 。其中，楊樹(shù)、側(cè)柏、刺槐、油松和仁用杏地五種林地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量高， 邱莉萍等 14也 認(rèn)為 土壤有機(jī)質(zhì)在農(nóng)地含量最低，在林地含量最高。 這主要是由于 林草地枯枝落葉比較豐富 ,可以有效減少?gòu)搅?,使得表層的養(yǎng)分含量很高 ， 特別是有機(jī)質(zhì)和全氮尤為明顯 15。 而果 園和 農(nóng)地表面無(wú)草被覆蓋 ， 且作物生長(zhǎng)過(guò)程中吸收利用了大量的土壤養(yǎng)分，作物收獲后 未留 下殘茬，返還到土壤 中 的有機(jī)物很少，其土壤有機(jī)質(zhì)含量比較低 14。 鞏杰等 16研究認(rèn)為灌木林地的有機(jī)質(zhì)含量 高于 油松林地 和 山杏林地 ，而本文得出檸條地僅高于果 園 、苜蓿地和農(nóng)地，這主要是由于 當(dāng)?shù)?檸條于1970年栽種，部分已經(jīng)枯死， 地面覆蓋度低 的原因 。以上分析說(shuō)明植被對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)明顯的積累作用 , 同時(shí)也說(shuō)明多年的植樹(shù)造林工程對(duì)坡地養(yǎng)分流失有明顯的減 緩 作用 。 各樣地 表層 土壤 速 效磷含量大小順序依次為：果 園 檸條 地 農(nóng)地 仁用杏 地 苜蓿 地 刺槐地 側(cè)柏 地 油松 地 楊樹(shù) 地 荒地。 其中， 速效磷在 果 園 和檸條 地 ，檸條和農(nóng)地，農(nóng)地和仁用杏 地 ，刺槐和側(cè)柏 地 以及側(cè)柏、油松、楊樹(shù)和荒地之間 差異 不顯著。 陸安祥等 17得出果園和農(nóng)地的速效磷含量低于菜地而高于草地和林地的結(jié)論。 安韶山等 18也 認(rèn)為 與農(nóng)地、天然草地、人工草地和灌木林地相比，果 園 的速效磷含量最高，并認(rèn)為果 園 與農(nóng)地磷含量高與作物生產(chǎn)過(guò)程中的施肥及田間管理等措施有關(guān) ； 也有研究認(rèn)為 16,19速效磷在不同的土地利用類(lèi)型下沒(méi)有顯著的差異 。 圖 2為有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷在 土壤剖面上的分布特征。可以看出 ,不同 土地利用類(lèi)型 下土壤養(yǎng)分含量變化基本上呈現(xiàn)出隨著 土壤 剖面深度的增加 而 降低的規(guī)律。 有機(jī)質(zhì)含量在 農(nóng)地 各土層排 序依次為 1020 cm（ 0.560 2） 2040 cm (0.509 8) 05 cm (0.507 2) 510 cm (0.497 8), 其中，后三層之間 差異 不顯著。 有機(jī)質(zhì)含量在 荒地各 土 層 排 序依次為： 05 cm (1.128 7) 2040 cm (0.652 2)1020 cm（ 0.622 7） 510 cm (0.601 2)， 且 其在各層次之間 差異 顯著 ， 其中，有機(jī)質(zhì)含量在 2040 cm和 1020 cm高 于 510 cm，這與采樣時(shí)發(fā)現(xiàn) 20 cm土層 處 有約 10 cm厚的草根有關(guān) 。 其 余 7種土地利用類(lèi)型土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨土層深度的增加而降低 ,并且各層之間的 差異 達(dá)顯著水平。 全 氮在 農(nóng)地 各土層 的 排 序依次為： 1020 cm（ 0.030 3） 05 cm (0.029 4) 510 cm (0.028 5)2040 cm (0.027 4)， 且 其 在四個(gè) 土 層 間 差異 不顯著。全氮在 油松 510 cm 和 1020 cm 差異 不顯著。 全氮在 荒地 土壤 剖面 各 土層排 序依次為： 05 cm (0.059 2) 2040 cm (0.035 5) 1020 cm（ 0.034 8）=510 cm (0.034 8)，后三層之間 差異 不顯著。 土壤全氮含量在 其 余 各樣地均隨土層深度的增加而降低，且各 土 層之間 差異 顯著。 堿解氮在 農(nóng)地 表層 大于 下部各土 層，但 其 在 各土層 之間的 差異 不顯著 ； 而 堿解氮在 其 余 九個(gè)樣地表層均顯著大于 下部土 層。在 側(cè)柏、仁用杏和刺槐地 ， 堿解氮在 1020、 2040 cm之間的 差異 不顯著；堿解氮在 油松地 510、 1020 cm之間，以及 在 荒地510、 1020和 2040 cm之間 的 差異 不顯著； 堿解氮在 苜蓿、楊樹(shù)以及檸條地在 剖面 各層次之間 差異均達(dá)到顯著性水平。 速效磷 除在 油松地 1020 cm土層 大于 510 cm土層外 ，其 余 各樣地速效磷均隨土層 深度的增加 而降低 。速效磷在 農(nóng)地和楊樹(shù)地 510、 1020 cm 以及 1020、 2040 cm 之間 ， 在 側(cè)柏、仁用杏、油松、荒地和刺槐地 510、 1020 和 2040 cm 之間 ， 在苜蓿、果 園 和檸條地 1020 和 2040 cm 之間 差異不顯著。 土壤酶活性和養(yǎng)分在土壤剖面上的分布表明 ，土層深度對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分有影響。除農(nóng)地外，其 余 各土地 利用類(lèi)型下表層土壤酶活性和養(yǎng)分均大于 下部土層 ，這和 zhang yongmei等 8研究認(rèn)為土壤轉(zhuǎn)化酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶活性和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、速效磷在 020 cm處高于 2040 cm處相一致。土壤酶活性及其養(yǎng)分的分布模式表明，土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率及養(yǎng)分循環(huán)依賴(lài)于土層深度 ，這 主要是由于枯枝落葉或植物殘?bào)w在地表聚集的原因。 另外 ，由于農(nóng)地翻耕、播種、施肥等因素，層次之間的土壤各屬性差異小。 2.3 土壤酶活性和土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性 分析 轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、 脲 酶 、 過(guò)氧化氫酶活性以及 有機(jī)質(zhì)、 全氮、堿解氮之間的相關(guān)性 （見(jiàn)表 4）均達(dá)到極 顯 著水平 。 速效磷與過(guò)氧化氫酶、 有機(jī)質(zhì) 、全氮 的相關(guān)性不顯著 ， 與堿性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶和 脲 酶活性呈顯著性正相關(guān) 。 堿性磷酸酶活性與有機(jī)質(zhì)和全氮成極顯著正相關(guān)，這是由于有機(jī)質(zhì)會(huì)吸附大量的有機(jī)磷，進(jìn)而增加堿性磷酸酶活性，這與前人的研究結(jié)論 20相一致 。 除過(guò)氧化氫酶與速效磷不相關(guān)外，其余 三種酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和堿解氮顯著相關(guān)，這表明土壤酶對(duì)土壤肥力的形成非常重要 ， 不僅提供了植物所需要的養(yǎng)分，并可積累有機(jī)物質(zhì) 8。董莉麗等：黃土丘陵區(qū)不同土地利用類(lèi)型下土壤酶活性和養(yǎng)分特征 2055 有機(jī)質(zhì)和全氮含量相關(guān)系 數(shù)為 0.987， Liu Cunqi 等20也發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)和全氮存在正相關(guān)性。 王國(guó)梁等 21研究認(rèn)為土壤全氮含量與土壤有機(jī)質(zhì)的含量有很好的相關(guān)性 , 并可以用線(xiàn)性關(guān)系式表示，這充分證明了 土壤全氮來(lái)源于有機(jī)質(zhì)。另外，有機(jī)質(zhì)與四種酶活性以及堿解氮也呈極顯著正相關(guān)，可以認(rèn)為有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分和酶活性的源和庫(kù)。 2.4 土壤 恢復(fù)指數(shù) 0 . 0 00 . 2 00 . 4 00 . 6 00 . 8 01 . 0 01 . 2 01 . 4 01 . 6 01 . 8 02 . 0 0農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地a土壤有機(jī)質(zhì)（%）0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m 00 . 0 10 . 0 20 . 0 30 . 0 40 . 0 50 . 0 60 . 0 70 . 0 80 . 0 90 . 1農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地 檸條 刺槐b土壤全氮含量（%）0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m 0 . 0 01 0 . 0 02 0 . 0 03 0 . 0 04 0 . 0 05 0 . 0 06 0 . 0 07 0 . 0 08 0 . 0 0農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地c土壤堿解氮含量/mgkg-1 0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m 0 . 0 01 . 0 02 . 0 03 . 0 04 . 0 05 . 0 06 . 0 07 . 0 08 . 0 0農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地d土壤速效磷含量/mgkg-1 0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m 圖 2 土壤養(yǎng)分在不同土地利用下土壤剖面上的分布特征 Fig. 2 the profile characteristics of the four soil nutrients in various landuse types （ a: 有機(jī)質(zhì) ； b: 全氮 ； c: 堿解氮 ； d: 速效磷） （ a: organic matter； b: total nitrogen； c: alkali-hydrolyzed nitrogen； d: available phosphorus） 2056 生態(tài)環(huán)境 第 17 卷第 5 期（ 2008 年 9 月） 許多學(xué)者 14,19-22以林地為對(duì)照， 分別 計(jì)算了 其它土地利用類(lèi)型下的 土壤退化指數(shù)。 本文引用土壤恢復(fù)指數(shù)， 即以農(nóng)地為對(duì)照，計(jì)算土壤各屬性在其它土地利用類(lèi)型與農(nóng)地之間的差異，最后將各 屬性的差異求和平均 ， 以 定量描述由于各種植被恢復(fù)措施 對(duì) 土壤 的改良作用 。 本文 選取 轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、 脲酶、過(guò)氧化氫酶、有機(jī)質(zhì)、全氮、 堿解氮、速效磷 計(jì)算 土壤恢復(fù)指數(shù) （ 見(jiàn)圖 3） 。從 圖 3可知：與農(nóng)地相比， 所有樣地 表層 土壤恢復(fù)最為明顯，其中 楊樹(shù)、刺槐和側(cè)柏地恢復(fù)指數(shù)分別達(dá)到 1.921、1.700和 1.653； 仁用杏、油松、荒地、檸條、苜蓿、果 園 恢復(fù)指數(shù)分別為： 1.385、 1.241、 1.115、 0.963、0.651、 0.554。 510 cm各樣地恢復(fù)指數(shù)明顯降低 ，但各土地利用類(lèi)型下 土壤 恢復(fù)指數(shù)為正 值 。 果 園 、苜蓿、檸 條和刺槐地在 1020 cm和 2040 cm，以及側(cè) 柏和楊樹(shù)地在 2040 cm恢復(fù)指數(shù)為負(fù)值。 這主要是由于植物根系對(duì)下層土壤中養(yǎng)分吸收利用后又以有機(jī)物的形式累積在土壤表面，而當(dāng)?shù)貧夂蚋珊?，養(yǎng)分不易向下淋溶，且樣地沒(méi)有人為翻動(dòng)過(guò)程。 不同土地利用類(lèi)型通過(guò)植被及其枯枝落葉以及根系統(tǒng)和根際分泌物對(duì)土壤酶活性及養(yǎng)分產(chǎn)生影響。五種林地對(duì)土壤表層的改良作用較永久性荒地 、檸條和苜蓿地明顯。其中，楊樹(shù)、油松與刺槐為同齡樹(shù)種 ,對(duì)土壤改良作用的順序?yàn)闂顦?shù) 刺槐 油松，鄭順安等 23也得出刺槐對(duì)土壤改良的效果大于同齡油松 的結(jié)論 。但油松對(duì) 1020 cm和 2040 cm土壤的改良作用優(yōu)于楊樹(shù)和刺槐，這可能是由于三個(gè)樹(shù)種所輸入的植物殘?bào)w及其根系的差異造成。 3 結(jié)論 本文 探討 了農(nóng)地、側(cè)柏地、果園、仁用杏地、苜蓿地、油松地、楊樹(shù)地、荒地、檸條地和刺槐地十種土地利用類(lèi)型以及各土地利用類(lèi)型下土壤剖面四個(gè)層次的土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、脲酶和過(guò)氧化氫酶活性及有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效磷 分布 特征， 得出如下結(jié)論： （ 1） 十種土地利用類(lèi)型表層土壤中，農(nóng)地土壤速效磷 含量 較 高 （僅次于果樹(shù)和檸條地） ， 而轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、脲酶和過(guò)氧化氫酶活性和有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮 含量 卻最低 。 楊樹(shù)、側(cè)柏、刺槐、仁用杏和油松五種林地的土壤酶活性和有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量普遍較高 ，說(shuō)明植被恢復(fù)使水土流失得到一定的控制 。另外，除農(nóng)地外， 其它九種土地利用類(lèi)型 土壤 表層 轉(zhuǎn)化酶 、堿性磷酸酶、 脲酶（除果 園 ）、 過(guò)氧化氫酶、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮 和速效磷 含量均顯著大于底層 ，說(shuō)明 植被恢復(fù)過(guò)程中，對(duì) 土壤酶活性和養(yǎng)分具有一定的表聚性。 （ 2） 四種 酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷之間， 除過(guò)氧化氫酶與速效磷不相關(guān)外， 其它各養(yǎng)分和酶活性之間均達(dá) 顯著相關(guān) 。 表明土壤酶對(duì)土壤肥力的形成非常重要，并可認(rèn)為有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分和酶活性的源和庫(kù) 。 （ 3） 與農(nóng)地相比 ， 植被恢復(fù) 對(duì) 05 cm土壤培肥作用 明顯 ，而 同齡樹(shù)種中，楊樹(shù)對(duì)土壤的恢復(fù)效果大于刺槐和油松。 植被恢復(fù) 對(duì) 510 cm土壤培肥作用明顯降低 ,而果園、苜蓿、檸條和刺槐地在 1020 cm和 2040 cm，以及側(cè)柏和楊樹(shù)地在 2040 cm恢復(fù)指數(shù)為負(fù)值。 致謝： 感謝 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原 土壤侵蝕和 旱 地 農(nóng)業(yè) 國(guó)家 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳小利老師，吳 瑞雯 老師在室內(nèi)分析中 給予的幫助 。 感謝西北農(nóng)林科技大學(xué)校外管理中心米脂試驗(yàn)站王延平 老師 在樣地選取中給予的幫助 。 表 4 土壤酶活性和養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù) Table 4 Correlation coefficients among soil enzyme activities and soil nutrient 項(xiàng)目 轉(zhuǎn)化酶 堿性磷酸酶 脲酶 過(guò)氧化氫酶 有機(jī)質(zhì) 全氮 堿解氮 速效磷 轉(zhuǎn)化酶 1.000 堿性磷酸酶 0.910* 1.000 脲酶 0.781* 0.842* 1.000 過(guò)氧化氫酶 0.445* 0.616* 0.555* 1.000 有機(jī)質(zhì) 0.894* 0.919* 0.893* 0.643* 1.000 全氮 0.895* 0.920* 0.885* 0.653* 0.987* 1.000 堿解氮 0.909* 0.929* 0.903* 0.629* 0.975* 0.967* 1.000 速效磷 0.350* 0.453* 0.395* 0.122 0.312 0.258 0.320* 1.000 注： *： 0.01 水平上顯著相關(guān)； *： 0.05 水平上顯著相關(guān) - 0 . 4 0 00 . 0 0 00 . 4 0 00 . 8 0 01 . 2 0 01 . 6 0 02 . 0 0 02 . 4 0 0農(nóng)地側(cè)柏地 果樹(shù)地仁用杏地苜蓿地 油松地 楊樹(shù)地荒地檸條地 刺槐地樣地類(lèi)型恢復(fù)指數(shù)0 - 5 c m 5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m 2 0 - 4 0 c m 圖 3 不同土地利用類(lèi)型下的土壤恢復(fù)指數(shù) Fig. 3 soil restoration index under various landuse types 董莉麗等：黃土丘陵區(qū)不同土地利用類(lèi)型下土壤酶活性和養(yǎng)分特征 2057 參考文獻(xiàn) ： 1 朱祖祥 . 土壤學(xué) M. 北京 : 農(nóng)業(yè)出版社 , 1983: 276-279. 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