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Study on relationship between soil enzyme and soil fertility of alpinemeadow in different carrying capacities

高寒草甸草场不同载畜量下土壤酶与土壤肥力的关系研究



全 文 :书高寒草甸草场不同载畜量下土壤酶
与土壤肥力的关系研究
焦婷1,常根柱2,周学辉2,杨红善2,侯彦会1,苗小林2,刘荣堂1,蒲小鹏1
(1.甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室(甘肃农业大学)/中-美草地畜牧业可持续发展
研究中心,甘肃 兰州730070;2.中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所,甘肃 兰州730050)
摘要:对肃北高寒草甸不同载畜量下土壤酶活性与肥力因子的关系进行了研究。结果表明,不同载畜量下不同土
壤深度草地土壤肥力不同。0~20cm土壤水分、pH和有机质随载畜量增加而下降,土壤容重则随载畜量和土层
深度增加而增加,放牧草地土壤均呈弱碱性;0~20cm土壤全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量均在高载畜量区达
到峰值(犘<0.01),其中全氮和速效钾在中载畜量区出现最低值;0~20cm土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活
性均高区高于中区和低区,随土层的加深,过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性呈逐渐降低的趋势,不同层次间显示出不
同程度的差异性。相关分析和主成分分析表明,土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶间以及它们与土壤主要肥力因子间
具一定相关性,说明土壤酶可以用来表征土壤肥力状况。
关键词:高寒草甸;载畜量;土壤酶活性;土壤肥力;主成分分析
中图分类号:S812.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)06009807
  草原是陆地生态系统中的一个重要类型,也是畜牧业发展的重要基地。正因为如此,草原生态系统由于放牧
不合理等原因引起的草原退化问题,已越来越引起人们的广泛注意。长期以来,土壤理化性质一直被作为表征土
壤质量的指标,但理化性质的变化比较缓慢,难以反映土壤遭受干扰时的各种短期的、微小的变化[1]。土壤酶是
土壤中一切生物化学过程的主要参与者,是生态系统物质循环和能量流动等过程中最活跃的生物活性物质,其活
性大小表征了土壤中物质代谢的旺盛程度[2]。作为土壤的主要组成部分,土壤酶与土壤肥力之间具有一定的关
联性,在土壤生态系统扰动后存在显著的长期与短期效应[3]。近年来,国内外学者对火烧[4]、施肥[5,6]、植被恢复
重建(补播、翻耕、围栏封育)[3,6~9]、坡向坡位和撂荒地[3]等条件下土壤酶和土壤肥力的关系研究已经作了大量工
作,而且也已涉及农田[5]、草原[6,7,10]、林地[3]、沙地[11]以及黄土丘陵区[12]等各个领域。但载畜量对肃北高寒草甸
土壤酶及土壤环境因素的影响研究较少。
肃北蒙古族自治县高寒草甸自20世纪80年代以来,由于长期超载过牧和不合理开发利用,使生态环境恶
化,草地生产力下降,本研究在肃北蒙古族自治县选择了不同载畜量下的高寒草甸为研究对象,探讨不同载畜量
对肃北高寒草甸的土壤酶活性和营养物质积累的影响以及土壤酶活性与土壤肥力之间的关系,以期为肃北退化
草地的合理利用和恢复治理提供基础资料和理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地自然概况
试验地处于肃北蒙古族自治县南部祁连山牧区,东经94°39′~98°50′,北纬38°00′,海拔2300~2600m,属
高寒半干旱气候,年日照2841.1h,年均温6.3℃,无霜期136~186d,牧草生长期60~210d,年均降水量183
mm。全县草地类型有:温性草原、温性荒漠化草原、温性草原化荒漠、温性荒漠、高寒草甸和高寒荒漠。牧草种
类包括豆科、禾本科、莎草科、菊科、藜科、杂草科和灌木等。主要家畜有绵羊、山羊、牦牛、骆驼等。
1.2 研究方法
1.2.1 试验设计 试验选择3个放牧区,放牧家畜为绵羊和山羊:其中绵羊+山羊1.5只/hm2,年出栏150只
98-104
2009年12月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第18卷 第6期
Vol.18,No.6
 收稿日期:20090518;改回日期:20090902
基金项目:世界银行全球环境基金GEF项目(GEF052456CHA)和高山草地生态系统可持续发展机理研究项目(03207)资助。
作者简介:焦婷(1976),女,甘肃靖远人,讲师,在读博士。Email:jiaot@gsau.edu.cn
通讯作者。Email:chang5637@163.com
为高载畜量区(HC,以下简称“高”),植物群落为早熟禾(犘狅犪狆狉犪狋犲狀狊犻狊)+苔草(犆犪狉犲狓狋狉犻狊狋犪犮犺狔犪)+扁穗冰草
(犃犵狉狅狆狔狉狅狀犮狉犻狊狋犪狋狌犿);绵羊+山羊0.97只/hm2,年出栏100只为中载畜量区(MC,以下简称“中”),植物群落
为早熟禾+扁穗冰草+针茅(犛狋犻狆犪犮犪狆犻犾犾犪狋犪);绵羊+山羊0.82只/hm2,年出栏60只为低载畜量区(LC,以下
简称“低”),植被类型为早熟禾+扁穗冰草+针茅。每个放牧区从2005-2007年连续放牧3年。
1.2.2 采样方法 跟踪绵羊的放牧或采食路线,于2007年8月末分别在3个放牧区内随机选4处不同采样点
用土钻采集土样,每个放牧区分别取4点的0~10,10~20,20~30及0~30cm处样品,各层取4点等比例样品
混合后为整个土层样品。避光处自然风干后,用四分法取200g左右作为分析样品,过筛瓶装待测。
1.2.3 测定指标和方法 土壤含水量用烘干法测定[13];土壤容重用环刀取样法测定[13];土壤pH值用电位法测
定[13];土壤有机质用重铬酸钾容量法测定[13];全氮用半微量凯氏定氮法[13];速效氮用碱解扩散法[13];速效磷用
碳酸氢钠浸提比色法[13];土壤速效钾用NH4-OAc浸提,火焰光度计法[13];土壤过氧化氢酶的测定采用高锰酸
钾滴定法[2];土壤脲酶的测定采用苯酚-次氯酸钠比色法[2];土壤碱性磷酸酶的测定用磷酸苯二钠比色法[2]。
1.2.4 统计分析 用SPSS13.0统计软件包中的CompareMeans法对试验数据进行单因素方差分析,差异显
著性用LSD法进行多重比较。主成分分析用DataReduction进行。
2 结果与分析
2.1 载畜量对高寒草甸草地土壤肥力的影响
不同载畜量下不同土壤深度草地土壤肥力不同(表1)。0~20cm土壤水分含量随载畜量的增加而下降,20
~30cm则相反,随载畜量增加而增加,且各载畜量间差异极显著(犘<0.01);各层土壤容重均随载畜量的增加而
增加,随着土层深度的增加,土壤容重明显增大;放牧区土壤呈弱碱性,随载畜量的增加,0~20cm土壤pH下
降;0~20cm土壤全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量均在高载畜量区达到峰值(犘<0.01),而全氮和速效钾在中
载畜量区出现最低值,即随载畜量的增加均呈“高-低-高”的变化趋势。
2.2 载畜量对草地土壤酶活性的影响
随着载畜量的增加,0~20cm土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均高载畜量区高于中区和低区(表
2);随着土层的加深,过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性呈逐渐降低的趋势,不同层次间显示出不同程度的差异性,而
脲酶则没显示一定的变化规律。
表1 载畜量对草地土壤肥力的影响
犜犪犫犾犲1 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳狋犺犲犮犪狉狉狔犻狀犵犮犪狆犪犮犻狋狔狅狀狋犺犲狊狅犻犾犳犲狉狋犻犾犻狋犻犲狊
深度
Depth
(cm)
载畜量
Carrying
capacity
水分
Water
(%)
容重
Soilbulk
density
(g/cm3)
pH 全氮
Total
nitrogen
(%)
速效氮
Available
nitrogen
(mg/kg)
有机质
Organic
matter
(%)
速效磷
Available
phosphorus
(mg/kg)
速效钾
Available
potassium
(mg/kg)
低LC19.28±0.20bA1.223±0.005A 8.39±0.02abA 0.21±0.01A 58.90±3.99A 3.45±0.04A 2.29±0.13a274.35±2.33A
0~10 中 MC19.18±0.16bA1.254±0.005B 8.37±0.02bA 0.20±0.01A 60.70±2.62A 2.65±0.08B 2.61±0.08b160.03±2.36B
高HC17.98±0.50cB1.281±0.004C 8.16±0.04cB 0.27±0.01B104.05±3.04B 2.60±0.04B 3.08±0.21c275.13±10.93A
低LC20.18±0.30B 1.275±0.007bB 8.60±0.03abAB0.23±0.02b 59.80±3.98A 2.90±0.09a 3.14±0.28B213.16±8.51A
10~20 中 MC16.58±0.52C 1.278±0.002bcB8.54±0.04bB 0.21±0.02b 69.58±4.00B 2.84±0.03b 2.34±0.21C142.66±4.10B
高HC13.60±0.53D 1.290±0.010cB 8.06±0.05cC 0.29±0.02a140.06±1.55C 2.65±0.04c 4.13±0.34A227.21±18.08A
低LC17.72±0.26bA1.281±0.004bB 8.46±0.02A 0.29±0.01A 65.99±2.62A 2.78±0.14bB 2.48±0.43a168.86±4.75A
20~30 中 MC24.28±0.24cB1.286±0.004bcB8.87±0.01B 0.23±0.03B 74.60±1.54B 2.70±0.03bBC2.85±0.56a159.59±2.43A
高HC25.33±0.24dC1.294±0.004cB 8.41±0.02C 0.17±0.01C 83.54±1.31C 2.53±0.06cC 2.44±0.28a224.28±8.56B
 注:同列中不同大写字母间差异极显著(犘<0.01),不同小写字母间差异显著(犘<0.05),下同。
 Note:Thecomparisonsaredifferentgrazingintensitiesatthesamedepthofthesoil,themeanswithdifferentcapitallettersindicateextremelysig
nificantdifference(犘<0.01),andsmallettersforsignificantdifference(犘<0.05),thesamebelow.
99第18卷第6期 草业学报2009年
2.3 土壤酶活性与土壤肥力(养分)因子的关系
2.3.1 不同放牧强度下土壤酶与土壤肥力的相关分析 3种酶间过氧化氢酶与碱性磷酸酶活性呈正相关,脲酶
与这2种酶均呈负相关(表3)。土壤主要养分因子有机质与速效氮、速效钾、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均呈
正相关,全氮与脲酶呈正相关,速效氮与速效钾、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均呈正相关,其中有机质与速效氮
和碱性磷酸酶活性的关系尤为密切,呈正相关。
表2 载畜量对草地土壤酶活性的影响
犜犪犫犾犲2 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳狋犺犲犮犪狉狉狔犻狀犵犮犪狆犪犮犻狋犻犲狊狅狀狊狅犻犾犲狀狕狔犿犲狊
载畜量
Carrying
capacity
脲酶Urease
(mgNH3N/g土Soil)
0~10cm 10~20cm 20~30cm
过氧化氢酶Catalase
(mL0.01mol/LKMnO4/g土Soil)
0~10cm 10~20cm 20~30cm
碱性磷酸酶Alkalinephosphatase
(mg苯酚Phenol/g土Soil)
0~10cm 10~20cm 20~30cm
低LC 0.38±0.01A 0.36±0.001A0.41±0.005A0.28±0.003A0.26±0.002A0.24±0.006A0.68±0.04A0.64±0.02aA0.64±0.12
中 MC 0.33±0.06B 0.36±0.003A0.35±0.230B0.28±0.003A0.27±0.004Bb0.26±0.002B 0.65±0.02A0.70±0.08bC0.63±0.07
高 HC 0.38±0.01A 0.38±0.008B0.26±0.006C0.30±0.007B0.28±0.001Cc0.26±0.002B 1.25±0.04B0.92±0.01B 0.54±0.04
表3 各指标间的相关系数矩阵(0~30犮犿)
犜犪犫犾犲3 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犿犪狋狉犻狓(狉狏犪犾狌犲狊)犫犲狋狑犲犲狀狊狅犻犾犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋狔犪狀犱狊狅犻犾犳犲狉狋犻犾犻狋狔犳犪犮狋狅狉狊(0-30犮犿)
项目
Item
水分
Water
容重
Soilbulk
density
pH 全氮
Total
nitrogen
速效氮
Available
nitrogen
有机质
Organic
matter
速效磷
Available
phosphorus
速效钾
Available
potassium
脲酶
Urease
过氧化氢酶
Catalase
碱性磷酸酶
Alkaline
phosphatase
水分 Water 1
容重Soilbulkdensity -0.875 1
pH 0.692 -0.816 1
全氮Totalnitrogen 0.431 -0.301 -0.111 1
速效氮Availablenitrogen -0.674 0.787 -0.984 0.124 1
有机质Organicmatter -0.877 0.909 -0.931 -0.090 0.925 1
速效磷Availablephosphorus 0.377 -0.503 0.751 -0.147 -0.705 -0.546 1
速效钾Availablepotassium -0.386 0.521 -0.913 0.377 0.892 0.728 -0.771 1
脲酶Urease 0.960 -0.921 0.697 0.391 -0.696 -0.895 0.269 -0.368 1
过氧化氢酶Catalase -0.841 0.737 -0.338 -0.535 0.354 0.633 0.115 -0.043 -0.904 1
碱性磷酸酶
Alkalinephosphatase
-0.944 0.905 -0.831 -0.230 0.826 0.968 -0.395 0.576 -0.966 0.783 1
2.3.2 不同放牧强度下土壤酶活性与土壤肥力因子
间的主成分分析 为了进一步探讨土壤酶活性与土壤
肥力的关系,对肃北高寒草甸草场土壤酶活性与肥力
因子之间进行了主成分分析,以便能筛选出产生影响
的主要因子群。
根据主成分分析原理,当累积方差贡献率大于
85%时,即可用于反映系统的变异信息。第一、第二主
成分的方差贡献率分别为70.256%和21.168%,其累
积方差贡献率为91.424%(大于85%),且无变量丢
失,因此前2个主成分能完全反应土壤肥力系统的变
异信息,即可反映土壤肥力的提高与退化状况(表4)。
表4 供试土壤主成分特征根
犜犪犫犾犲4 犘狉犻狀犮犻狆犪犾犮狅犿狆狅狀犲狀狋犲犻犵犲狀狏犪犾狌犲狊
狅犳狋犺犲狊狅犻犾狊狋犲狊狋犲犱
项目Item 第一主成分PC1 第二主成分PC2
特征根Eigenvalues 8.431 2.540
方差贡献率
Proportionofvariance(%)
70.256 21.168
累计方差贡献率Proportion
ofcumulativevariance(%)
91.424
 注:特征根指的是累积方差贡献。
 Note:Eigenvaluesisthecumulativevariance.
001 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.6
  第一主成分反映的信息量占总体信息量的70.256%(表5),土壤容重、速效氮、有机质、速效钾、过氧化氢酶
及碱性磷酸酶对它有较大的正向载荷。高区的综合得分最高(表6),低区次之。
表5 供试土壤主成分的特征向量
犜犪犫犾犲5 犘狉犻狀犮犻狆犪犾犮狅犿狆狅狀犲狀狋犲犻犵犲狀狏犪犾狌犲狊狅犳狋犺犲狊狅犻犾狊狋犲狊狋犲犱
项目Item 第一主成分特征向量PC1 载荷1Loadingcapacity1 第二主成分特征向量PC2 载荷2Loadingcapacity2
水分 Water(犡1) -0.314 -0.913 0.208 0.331
容重Soilbulkdensity(犡2) 0.325 0.943 -0.089 -0.141
pH (犡3) -0.316 -0.916 -0.246 -0.392
全氮Totalnitrogen(犡4) -0.061 -0.177 0.483 0.770
速效氮Availablenitrogen(犡5) 0.312 0.905 0.238 0.379
有机质Organicmatter(犡6) 0.341 0.990 0.039 0.063
速效磷Availablephosphorus(犡7) -0.195 -0.567 -0.385 -0.614
速效钾Availablepotassium(犡8) 0.236 0.698 0.438 0.684
脲酶Urease(犡9) -0.318 -0.924 0.231 0.368
过氧化氢酶Catalase(犡10) 0.234 0.679 -0.440 -0.701
碱性磷酸酶Alkalinephosphatase(犡11) 0.336 0.975 -0.095 -0.151
3 讨论
3.1 放牧对肃北高寒草甸土壤肥力的影响
大量研究结果表明[14],放牧家畜通过采食、践踏
影响土壤的物理结构,如紧实度、含水量、渗透率、孔隙
度等,同时使植物数量减少,降低了有机质返还土壤的
数量,还由于放牧中的家畜对营养物质的转换和代谢
废物排泄等影响草地营养物质的循环,从而导致土壤
理化性质发生变化。
表6 各主成分得分及综合得分
犜犪犫犾犲6 犛犮狅狉犲犪狀犱犵犲狀犲狉犪犾狊犮狅狉犲狅犳狆狉犻狀犮犻狆犪犾
犮狅犿狆狅狀犲狀狋狊狅犳狊犪犿狆犾犲狊
处理
Treatment
F1
ScoreofPC1
F2
ScoreofPC2
F综
Generalscore
排序
Order
LC -1.993 1.747 -1.031 2
MC -1.866 -1.787 -1.689 3
HC 3.860 0.039 2.720 1
  0~20cm土壤含水量随载畜量的增大总体上呈降低趋势。这是因为随载畜量增大,家畜践踏作用增加,草
地土壤表面硬度增大,土壤孔隙度减小,土壤的渗透阻力加大,从而导致土壤保水和持水能力下降,从而降低土壤
含水量。这与董全民等[15]、戎郁萍等[16]的研究结果一致。20~30cm土层土壤的含水量随载畜量的增加而有升
高的趋势,经分析可能是由于载畜量增大,土壤孔隙度减少,毛管持水量下降,地上生物量减少,蒸发时水分向上
传导速度要慢些,而蒸腾量又减少,所以水分才略有升高。这与红梅等[17]对锡林郭勒盟典型草原的研究结果
相似。
容重是土壤物理性质中对载畜量较为敏感的指标之一。它与土壤孔隙度和渗透率密切相关。试验地各放牧
区的土壤容重在不同土层均随着载畜量的增加而增加,主要因为家畜的反复践踏导致土壤紧实度增加,容重上
升,张蕴薇等[18]、王玉辉等[19]得到了相同的结果。结果显示下层土壤的容重也增大,说明土壤容重具有累积效
应。周丽艳等[20]在内蒙古贝加尔针茅草原上和董全民等[15]在青藏高原的研究也证实了这一点。随着载畜量的
增大,0~20cm土层pH值逐渐减小。这是因为高寒草甸寒冷阴湿,土壤水分蒸发量较小,载畜量大的土壤中盐
基离子受到的淋溶作用大,故而表现出低pH值的特点。
各层土壤有机质均随载畜量的增大而减小,草地表层土壤有机质含量受放牧干扰影响最大[21]。由于土壤有
机质的总量取决于生物量的生产与分解的平衡状态以及土壤储存有机质的能力,随着草场载畜量的增加,家畜啃
食牧草量增加,草地的生物量的生产与分解的平衡状态失衡,归还给土壤的有机质含量减少,从而导致土壤有机
质含量及质量下降。裴海昆[21]、关世英等[22]、王玉辉等[19]也有同样的研究结果。
101第18卷第6期 草业学报2009年
放牧区0~10和10~20cm土壤全氮和速效氮均高区显著(犘<0.05)或极显著(犘<0.01)高于低和中区,
表明高载畜量草地家畜通过排泄粪尿能够逐渐增加土壤氮素[22,23]。20~30cm处土壤速效氮也表现相同的变化
规律,只是含量较表层土壤有所下降。世界上多数草地普遍缺磷,放牧区草地含磷量远远低于所推荐的磷含量
0.14%~0.30%[24],说明本试验区存在磷储量不足现象。0~10cm土壤速效磷随载畜量增加而增加,但对10~
30cm土壤速效磷影响不大,主要是土壤速效磷除了气候因素影响外,还与土壤温度有关。
土壤钾素是植物体内许多酶的活化剂,可提高植物对病虫害和不良环境的抵抗力[25]。各放牧区土壤钾素贮
量丰富,是由于受土壤母质特性的影响,绝大部分以无机态存在,加之土壤有机质中钾素以离子态存在,比较容易
释放[26],因此钾素供应的绝对量和有效率均较大,与王启兰等[10]在海北高寒草甸所测结果接近。试验区各层土
壤速效钾均随载畜量的增加呈“高-低-高”的变化趋势,且均为高区极显著高于中区(犘<0.01),但各层含量变
化不大,造成土壤速效钾含量随载畜量增加的也可能与放牧家畜排泄的粪便中含有大量钾有关,高载畜量草地单
位面积放牧家畜头数多,所以每天通过粪便排泄到草地上的钾量也相应较大[27]。
3.2 载畜量对草地土壤酶活性的影响
试验区表层土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性基本上表现为高区>中区>低区,表明随着单位面积草
地放牧动物头数的增加3种酶活性增加。土壤酶在促进土壤有机物转化中不仅显示专性特性,同时也存在共性
关系,其专性作用反映了土壤中与某类酶相关的有机化合物的转化过程,而有共性关系酶的总体活性在一定程度
上反映土壤肥力水平的高低[28]。由此可以初步证明本试验高载畜量区土壤肥力高于中区高于低区,即载畜量越
高,肃北高寒草甸土壤肥力越高,与前一节对土壤有效养分的分析结果相近。
综合以上土壤肥力和酶活性指标,肃北高寒草甸0~20cm土壤除水分、pH值和有机质含量随载畜量的增
加有所下降外,其他所有土壤有效养分均在高载畜量区达到峰值。近几年大量研究结果表明草原低载畜量甚至
围栏禁牧可以有效遏制草原退化,提高草地生产力,改善草地土壤肥力状况。本试验在肃北所选3个载畜量区表
现相反的变化规律,只能说明如果继续提高该地草场载畜量会造成草地退化还是可提高草地土壤质量将有待于
进一步验证。
3.3 不同载畜量下土壤酶活性与土壤肥力的关系
3.3.1 不同载畜量下土壤酶与土壤肥力的相关分析 郭彦军和韩建国[29]研究结果显示,酶活性与土壤肥力具
有高度的相关性。土壤中可供植物利用的营养元素的多少,与土壤酶活性的高低直接相关。在良好的有机养分
状况下,土壤酶活性较高,其对土壤中营养元素的矿质化作用强度愈大,愈有利于系统内的营养物质循环[5]。可
见,不同酶活性间、不同酶活性与肥力因子间的相互作用机制共同影响并决定着土壤有机物质的转化过程、转化
效率和土壤肥力的演化方向。这一结果不仅在总体上反映了草地环境对各种土壤酶活性相对一致的影响和土壤
有机物质的降解、氮素循环与有机磷转化之间的密切关系,亦体现了这些具共性关系的土壤酶类的总体活性对土
壤肥力的贡献,表明高寒草甸土壤酶活性不仅可以反映草场土壤肥力水平的差异,同时亦可作为评价土壤肥力的
一个基本指标。
3.3.2 不同载畜量下土壤酶活性与土壤肥力因子间的主成分分析 土壤容重、速效氮、有机质、速效钾、过氧化
氢酶及碱性磷酸酶在主成分中的载荷量代表与主成分关系的密切程度,值越大与主成分关系越密切(表5),越能
代表土壤系统内肥力的变异状况。速效氮、速效钾和有机质是土壤碳、氮养分直接供应的主体,含量高说明土壤
养分供应能力强;过氧化氢酶和碱性磷酸酶是土壤碳、氮转化的直接参与者,其数值大说明对土壤肥力的贡献率
大,对土壤肥力所起的作用也大,即土壤酶活性能够和土壤肥力因子共同评价土壤肥力水平,这与许多文献中的
结论一致[4,5,30]。所以将第一主成分命名为土壤肥力综合制约因子。而第二主成分则显示了土壤水分、全氮和脲
酶变异信息。它们在第二主成分上有较大的正向载荷,说明其对第二主成分所反映的肥力演化过程所起的作用
较大。
将土壤主成分进行分权计算,根据初始因子载荷量计算主成分的特征向量[31]。特征向量=载荷/特征根1/2
(表5)。再根据特征向量和因子载荷量,可以分别得到反映土壤肥力水平的第一、二主成分函数表达式:
犉1=-0.314犡1+0.325犡2-0.316犡3-0.061犡4+0.312犡5+0.341犡6-0.195犡7+0.236犡8-0.318犡9+
201 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.6
0.234犡10+0.336犡11
犉2=0.208犡1-0.089犡2-0.246犡3+0.483犡4+0.238犡5+0.039犡6-0.385犡7+0.438犡8+0.231犡9-
0.440犡10-0.095犡11
将标准化数据分别代入相应主成分函数表达式中,得到不同载畜量在各自2个主成分上的得分,根据综合主
成分函数模型犉综=∑犫犼犉犼=犫1犉1+犫2犉2+……+犫犿犉犿(犫为贡献率)[5],计算出综合主成分值并进行排序,即可
对载畜量进行综合评价。高区的综合得分最高,低区次之(表6),与本研究之前所得在肃北高寒草甸所选3个放
牧区土壤肥力水平随载畜量增加而提高,但到底载畜量可增加到什么程度才可达到临界值,还有待于进一步验证
的结果。
4 结论
不同载畜量对肃北高寒草甸土壤肥力的影响程度有所不同,但总的趋势是随载畜量的增加,土壤容重增大,
硬度增大,透气性变差,含水量下降;放牧对土壤容重的影响具有累积效应;放牧区土壤呈弱碱性;土壤有机质随
载畜量和土层深度的增加而递减;高载畜量区0~20cm土壤全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量极显著高于中区
和低区(犘<0.01);各层土壤速效钾含量均呈“高-低-高”趋势。高寒草甸的速效养分以多氮少磷富钾为特点。
随载畜量增加,0~20cm土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均高区高于中区和低区;与全氮、速效氮、
速效磷和速效钾养分变化基本一致,这可能与高区放牧家畜排泄的粪便增加了土壤中的速效养分有关。
相关分析和主成分分析表明,土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶间以及它们与土壤主要肥力因子间具一定相关
性,说明土壤酶可以用来表征土壤肥力状况。
本试验研究结果证明在肃北高寒草甸应以高载畜量放牧为宜,即放牧率为绵羊+山羊1.5只/hm2,年出栏
150只,以提高草地生产力来获取较大的生态效益和经济效益,至于在本地区是否可以继续提高载畜量还有待于
进一步验证。
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犛狋狌犱狔狅狀狉犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀狊狅犻犾犲狀狕狔犿犲犪狀犱狊狅犻犾犳犲狉狋犻犾犻狋狔狅犳犪犾狆犻狀犲
犿犲犪犱狅狑犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮犪狉狉狔犻狀犵犮犪狆犪犮犻狋犻犲狊
JIAOTing1,CHANGGenzhu2,ZHOUXuehui2,YANGHongshan2,HOUYanhui1,
MIAOXiaolin2,LIURongtang1,PUXiaopeng1
(1.ColegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem
(GansuAgriculturalUniversity),MinistryofEducation/SinoU.S.CentersforGrazinglandEcosystem
Sustainability,Lanzhou730070,China;2.LanzhouInstituteofAnimalHusbandryand
VeterinaryPharmaceuticalScience,CAAS,Lanzhou730050,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:ThesoilenzymesandsoilfertilitiesinalpinemeadowunderdifferentcarryingcapacittyinSubeicoun
tyofGansuprovincewereanalyzed.Thesoilbulkdensityincreasedwhilethewater,pHandorganicmatter
declinedwiththeincreasingofcarryingcapacity,thesoilwasweakalkalineingrazingarea;Thecontentof
totalnitrogen,availablenitrogen,availablephosphorusandavailablepotassiumofsoilin0-20cmdepthgetto
themaximuminHC(犘<0.01),whilethecontentoftotalnitrogenandavailablepotassiumlieinminimumin
MC;Thesameasfourindexesabove,theurease,catalase,alkalinephosphataseactivityofsoilin0-20cm
depthincreasedwiththeincreasingofcarryingcapacity;Correlationanalysisshowedtheywereinsignificantly
positivecorrelationbetweenthecatalase,alkalinephosphataseactivity,thethreeenzymesandthemainsoilfer
tilities,whichshowedthesoilenzymescanbeusedtocharacterizethesoilfertilitystatus;Principalcomponent
analysiscangetthesameresult:Theyhavethegoodcorrelationbetweensoilalkalinephosphataseandcatalase
activitiesandsoilfertilitieswhichcanbeusedtoindicatethestatusofgrasslanddegradationandrecovery.
犓犲狔狑狅狉犱狊:alpinemeadow;carryingcapacity;soilfertility;enzymeactivity;principalcomponentanalysis
401 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.6