全 文 ：第 18 卷 第 3 期
Vol. 18 No. 3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2010 年 5 月
May 2010
东祁连山高寒草地牧草返青期土壤酶活性特征
杨成德1 , 陈秀蓉1, 龙瑞军2* , 满元荣1 , 张振粉1 , 张俊忠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, 中-美草地畜牧业可持续发展研究中心, 甘肃 兰州 730070;
2.兰州大学草地农业科技学院, 甘肃 兰州 730020)
摘要:对东祁连山 7 种高寒草地型土壤过氧化氢酶、脲酶、中性磷酸酶活性及其与土壤理化性质的相关性等进行了研
究,以期明确土壤酶活性的生态分布及其与土壤理化性质的相关性特征。结果表明, 土壤过氧化氢酶、脲酶和中性
磷酸酶的活性分别介于 0. 37~ 0. 49 mL g - 1 min- 1、0. 24~ 0. 42 mg g- 1 24 h- 1和 1. 14~ 3. 03 mg g - 1 ,且脲
酶和中性磷酸酶活性上层高于下层;样地间土壤酶活性差异明显,其中过氧化氢酶和中性磷酸酶活性多为草本草地
高于灌丛草地,但脲酶多为灌丛草地高于草本草地;土壤酶与土壤含水量、容重、pH 值、微生物量碳、氮和磷的相关
性在不同草地型也有差异,如土壤脲酶与土壤含水量、pH 值在珠芽蓼( Polygonum viv iparum L . )草地、沼泽草地和
嵩草(K obr esia sp. )草地呈显著(P < 0. 05)或极显著( P< 0. 01)负相关, 但在其他样地相关性不显著, 且在土壤肥力
较一致的金露梅(Dasiphora f ruticosa)灌丛和沼泽草地相关性并不一致。因此, 用土壤脲酶活性作为土壤肥力指标
具有一定局限性。
关键词:高寒草地; 返青期;酶活性; 相关性
中图分类号: S154. 2 文献标识码: A 文献编号: 1007-0435( 2010) 03-0308-06
Characteristics of Soil Enzymatic Activity during Forage Green-up Period of
Alpine Grasslands in the Eastern Qilian Mountain Areas
YANG Cheng-de
1
, CHEN Xiu-r ong
1
, LONG Ru-i jun
2*
,
M AN Yuan-rong
1
, ZHANG Zhen-fen
1
, ZHANG Jun-zhong
1
( 1. Pratacultural C ol lege, Gansu Agricu ltural U nivers ity/ Key L aboratory of Grassland Ecosystem, Minist ry
of Educat ion/ Sino-U. S. Cen ter for Graz ingland E cosystem Sustainabi lit y, Lanzh ou , Gan su Provin ce 730070, C hina; 2. College
of Pastoral Agriculture S cien ce and T echnology, Lan zhou University, L anzhou, Gansu Province 730020, China)
Abstract: Soil enzymat ic activit ies have dr aw n a lot at tent ions f rom researchers w orldw ide because they can
serve as the assessing measure on so il quality, agrotechnical eff iciency, and chang ing index of so il quality.
In this exper iment , the activit ies of soil enzymes ( including catalase, urease, and neutral pho sphatase) and
their correlat ions w ith so il physica-l chem ical proper ties w ere studied of sev en alpine g rassland types, e. g.
Rhodod endr ons simsi i Planch. brushland ( DJ) , S al ix cupular is Rehd. brushland ( GL) , Dasiphora f ru-
ticosa ( L. ) Rydb. brushland ( JL) , Polygonum viv ip ar um L. grassland ( ZY) , gr am ineous steppe ( HC) ,
sw amp g rassland ( ZZ) , and K obresia cap i ll i f olia ( Decne. ) C. B. Clarke grassland ( SC) , in the Eastern
Qilian M ountains areas of the Qingha-i T ibetan Plateau in order to understand their ecolog ical dist ribut ion
character ist ics and its relat ionship to soil pr opert ies. T he results show that the act ivit ies of soil catalase,
urease and neutral phosphatase w er e differ ent among sampling sites and varied f rom 0. 37 to 0. 49 mL g- 1
min
- 1、0. 24 to 0. 42 mg g- 1 24 h- 1 , and 1. 14 to 3. 03 mg g - 1 , espect ively. T he urease act ivity and neu-
tral phosphatase act ivity at upper soil layer w ere higher than those at the low er lay er. Soil catalase act ivity
and neutral pho sphatase activity at grassland w ere higher than those at br ushland, but the so il urease ac-
t ivity w as opposite. Soil enzymat ic act ivity show ed different ly signif icant correlat ion w ith soil w ater con-
tent, bulk density , pH value, microbial biomass car bon, m icrobial biomass nitr ogen, and microbial bio-
mass phosphor us at dif ferent sampling sites. For example, so il ur ease activ ity had signif icant ly negat ive
cor relat ion w ith so il w ater content and pH value at 0. 05 or 0. 01 levels at ZY, ZZ and SC, but no signif-i
cant corr elat ion at other g rassland types w ith disag reement betw een JL and ZZ which had appr oximate
quant ity of soil organic matter. Therefore, taking soil urease activity as the soil fert ility index has its limitat ion.
Key words: Alpine g rassland; Forage green-up per iod; Soil enzymat ic act ivity; Co rrelation
收稿日期: 2009-11-12;修回日期: 2009- 12-21
基金项目:甘肃省自然科学基金( 096RJZA003)、退化草原植被恢复与碳固定之间的研究( 052456CHA- GS-Y- 4)资助
作者简介:杨成德( 1975-) , 男, 甘肃武都人,副教授, 博士, 主要从事草地微生物多样性方面的研究, E-m ail : yangcd@ gsau. edu. cn ,
ycd3003@ 163. com ; * 通讯作者 Auth or for correspon dence, E-m ail : longr j@ lzu. edu. cn
第 3期 杨成德等:东祁连山高寒草地牧草返青期土壤酶活性特征
土壤酶学研究始于 20世纪 30 年代, 50 年代以
来,由于生物化学的迅速发展,国内外关于土壤酶活
性的研究不断增加[ 1~ 4] 。土壤酶主要来自土壤微生
物、植物根系及土壤原生动物等, 参与动、植物残体
中碳水化合物的循环和土壤中各种物质的生物化学
反应[ 5] ,且随土壤剖面深度增加而降低[ 6] , 其活性的
研究与应用,已成为评价土壤质量和土壤熟化程度
及评价各种农业技术措施效果的一种手段[ 7, 8] 和作
为土壤质量改变的早期预测指标[ 9]。
东祁连山位于青藏高原边缘, 地理位置特殊, 高
寒草甸是其高寒草地生态系统的主体, 有关该区土
壤微生物多样性等方面研究报道较多[ 10, 11] , 但牧草
不同生育期土壤酶活性方面的研究未见报道。那
么,在东祁连山高寒草地特殊的生境条件下土壤酶
的活性、生态分布及其与土壤理化性质的相关性如
何? 其特征是否与其他生境条件下一致? 本试验在
东祁连山选择不同高寒草地型为样点, 对牧草返青
时不同草地型土壤过氧化氢酶、脲酶、中性磷酸酶活
性及其生态分布进行研究, 以期明确不同草地型植
物开始返青时土壤酶活性、生态分布及其与土壤微
生物量碳、氮和磷、土壤理化性质的相关性特征, 为
高寒草地的管理、退化草地的恢复和重建提供依据。
1 材料和方法
1. 1 样地概况
试验地选在祁连山东部的天祝县金强河地区,
该区年降雨量 424. 5 mm (其中 66%集中在 7、8、9
月) ; 年均温 0. 8 , 1月和 7月均温分别为- 10. 8
和 12. 4 ; 0 和10 的积温分别为 1581 和
1026 ;全年无绝对无霜期。在野外调查和查阅相
关文献的基础上于金强河地区以草地型为依据, 选
择 7种代表性草地型为本试验样点, 分别为:杜鹃灌
丛草地(编号为 DJ ) ( 10248E , 3716N , 海拔
3220 m , 优势物种为杜鹃 ( Rhododendrons simsii
Planch. ) 、高山柳灌丛草地 ( GL) ( 10248E , 37
17N ,海拔 3130 m ,优势物种为高山柳( S al ix cu-
pulari s Rehd. ) 、金露梅灌丛草地( JL ) ( 10248E ,
3718N , 海拔 3020 m , 优势物种为金露梅( Dasi-
phora f r ut icosa ( L. ) Rydb. ) 、珠芽蓼草甸( ZY)
( 10248E , 3713N ,海拔 2970 m , 优势物种为珠
芽蓼( Polygonum viviparum L. ) 、禾草草地( HC)
( 10246E, 3719N , 海拔 3000 m , 优势物种为冰
草 ( A gropy r on sp. )、嵩草 ( K obr esia sp. ) 和针茅
( S tipa sp. ) 、沼泽草地( ZZ) ( 10246E, 3711N,海
拔 2860 m ,优势物种为珠芽蓼及菊科( Compositae)
植物和嵩草草甸( SC) ( 10247E , 3711N , 海拔
2910 m , 优势物种为线叶嵩草( K obr esia cap il l if o-
lia ( Decne. ) C. B. Clarke)。7个样地的土壤基本
特征见表 1。
1. 2 取样方法
于 2005年牧草返青时( 5月)在样地内分 2层( 0
~ 10 cm和 10~ 20 cm)用土钻多点蛇形混合法采集
土样,相同土层的土壤组成一个混合土样,剔除植物
根系和石块后, 将土样分为 2部分,一部分鲜土用于
微生物量的测定,另一部分风干后进行土壤理化学性
质(化学性质用于基本特征描述)及土壤酶活性测定。
表 1 样地土壤基本特征
Table 1 Basic soil char acteristics o f sev en sampling sites
草地类型
Grassland type
深度( cm)
Depth
有机质
( g kg- 1 )
Organic
m at ter
全氮
( g kg- 1 )
T otal
n itr ogen
全磷
( g k g- 1)
T otal
phosph orus
速效钾
( mg kg- 1)
Available
potas sium
速效磷
( mg kg- 1 )
Available
ph osphorus
土温( )
S oil
t em perature
杜鹃灌丛 ( DJ)
Rhod od end rons simsi i shrub
0~ 10 207. 2 7. 2 1. 1 109. 9 26. 3 4
10~ 20 178. 1 6. 5 1. 2 74. 4 16. 4 2
高山柳灌丛 GL
Sa lix cup ular i s shrub
0~ 10 185. 2 7. 7 1. 5 95. 6 21. 2 6
10~ 20 177. 5 7. 0 1. 6 70. 9 18. 1 4
金露梅灌丛 ( JL)
Dasip hora f rut i cosa shrub
0~ 10 145. 8 5. 7 1. 0 102. 7 28. 9 8
10~ 20 112. 6 5. 1 1. 3 86. 8 27. 6 4
珠芽蓼草地 ( ZY)
Polyg onum v iv ipar um shrub
0~ 10 164. 7 7. 4 1. 5 200. 6 48. 3 10
10~ 20 133. 4 6. 9 1. 6 109. 8 36 7
禾草草地 ( H C)
Gras sland
0~ 10 85. 2 5. 3 1. 2 185. 8 15. 9 15
10~ 20 82. 3 4. 2 1. 3 180. 4 14. 3 13
沼泽草地 ( ZZ)
Marsh grassland
0~ 10 150. 5 7. 2 2. 0 215. 4 41. 2 10
10~ 20 115. 9 4. 6 1. 6 126. 6 26. 8 7
嵩草草地 ( SC)
K obr esia sh rub
0~ 10 166. 6 7. 9 1. 7 193. 6 52. 9 11
10~ 20 155. 0 7. 6 1. 6 135. 7 47. 2 8
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草 地 学 报 第 18卷
1. 3 分析方法
1. 3. 1 土壤理化性质测定 土壤 pH 值( pH va-l
ue)用酸度计法[ 12] ; 土壤含水量 ( w ater content ,
WC)用烘干法 [ 12] ;土壤容重( bulk density, BD)用
环刀法 [ 12] ;土壤微生物量碳( m icrobial biomass car-
bon, MBC )、氮 ( microbial biomass nit rog en,
MBN)和磷( microbial biomass phosphorus, M BP)
的测定采用氯仿熏蒸浸提法[ 11] 。
1. 3. 2 土壤酶活性测定 中性磷酸酶活性(酚, mg
g- 1土, 37 、12 h ) 采用赵兰坡等 [ 13] 改进后的
Hoffman法测定;过氧化氢酶活性( 0. 02 mol L - 1
K2MnO 4 , mL g- 1 min- 1 )和脲酶活性( NH3-N,
mg g- 1 24 h- 1 )分别采用高锰酸钾滴定法和奈氏
比色法[ 14]。
1. 3. 3 数据分析 试验数据使用 SPSS 13. 0进行
显著性及相关性分析, 使用 Excel 2003 作图; 所有
结果以干土表示。
2 结果与分析
2. 1 土壤理化性质分异特征
东祁连山高寒草地牧草返青期土壤 pH 值介于
5. 6- 7. 7,除杜鹃灌丛草地、高山柳灌丛草地和禾草
草地外下层高于上层, 且在杜鹃灌丛草地差异显著
( P< 0. 05) , 说明不同样地土层间土壤 pH 分布也
有差异,但在深度差异 10 cm 时多不显著;在灌丛草
地土壤 pH 土层平均值小于 7, 在草本草地中均大
于 7(表 1)。显著性分析表明,灌丛草地与草本草地
间差异显著( P< 0. 05) ,灌丛草地内 3 个样地间也
差异显著( P< 0. 05) , 说明样地间土壤 pH 值差异
较大,特别是植被类型差别大时这种差异更明显(如
灌丛草地和草本草地)。
土壤容重介于 0. 53~ 1. 06 g cm- 3 , 下层高于
上层,显著性分析表明,除杜鹃灌丛和高山柳灌丛草
地外其他样地差异均不显著。草本草地与灌丛草地
间差异显著( P < 0. 05) ; 杜鹃灌丛和高山柳灌丛草
地显著高于金露梅灌丛草地( P< 0. 05) , 禾草草地
和沼泽草地显著高于珠芽蓼草地和嵩草草地 ( P<
0. 05) (表 2)。
土壤含水量介于 7. 2% ~ 50. 2%, 除含水量较
低的珠芽蓼、禾草和嵩草草地外上下层间差异不显
著,说明土壤中水分较少时分布不均匀,而较多时土
壤表层垂直分布不明显。灌丛草地较高, 草本草地
较低,灌丛草地内或草本草地内样地间差异显著( P
< 0. 05) (表 1) ,但灌丛草地与草本草地间规律性不
明显。
表 2 土壤理化性质分布特征
T able 2 Dist ribution characterist ics o f soil phy sica-l chemical proper ties at seven sampling sites
样地
Site
pH 值 ( pH value)
0~ 10 10~ 20 平均值 Mean
容重 BD ( g/ cm3)
0~ 10 10~ 20 平均值 Mean
含水量 WC ( % )
0~ 10 10~ 20 平均值 M ean
DJ 6. 4a 6. 0b 6. 2 0. 25A 0. 53a 0. 65b 0. 59 0. 08A 48. 6a 48. 0a 48. 3 0. 01A
GL 5. 7a 5. 6a 5. 7 0. 06B 0. 56a 0. 71b 0. 64 0. 05A 50. 2a 47. 4a 25. 1 0. 08B
JL 6. 6a 6. 7a 6. 7 0. 10C 1. 04a 1. 06a 1. 05 0. 03B 34. 7a 35. 0a 34. 9 0. 01C
ZY 7. 0a 7. 3a 7. 2 0. 19D 0. 70a 0. 74a 0. 72 0. 07C 24. 1a 29. 6b 26. 9 0. 03B
HC 7. 5a 7. 4a 7. 5 0. 08D 0. 92a 0. 98a 0. 95 0. 04D 7. 2a 12. 7b 10. 0 0. 03D
ZZ 7. 3a 7. 7b 7. 5 0. 21D 0. 85a 0. 93a 0. 89 0. 06D 31. 9a 31. 1a 31. 5 0. 01C
SC 6. 9a 7. 3b 7. 1 0. 18D 0. 69a 0. 76a 0. 73 0. 05C 13. 9a 20. 5b 17. 2 0. 04E
注:同列不同小写字母者代表不同土层间差异显著( P< 0. 05) ;同一列平均值后具不同大写字母者为样地间差异显著( P< 0. 05)
Note: Mean s w ith dif feren t small let ters between soil layers in th e sam e row for a given site are signif icant ly dif ferent at th e 0. 05 level ;
m ean valu es w ith dif f erent capital let ters in th e sam e colum n among sites are sign ificant ly dif feren t at the 0. 05 level
2. 2 土壤酶分异特征
土壤脲酶活性介于 0. 24~ 0. 42 mg g - 1 24
h- 1 ,上层高于下层,除珠芽蓼草地、禾草草地和嵩草
草地外差异不显著; 灌丛草地高于草本草地, 且高山
柳灌丛草地和金露梅灌丛草地显著高于草本草地
( P< 0. 05)。灌丛草地中,高山柳灌丛最高,杜鹃灌
丛显著低于高山柳灌丛和金露梅灌丛( P< 0. 05) ;
草本草地中,禾草草地和嵩草草地较高,珠芽蓼草地
和沼泽草地较低, 样地间差异不显著。土壤上层脲
酶活性依次为:高山柳> 金露梅> 禾草> 蒿草> 珠
芽蓼> 杜鹃> 沼泽;下层为:高山柳> 金露梅> 杜鹃
> 沼泽> 蒿草> 禾草> 珠芽蓼(图 1)。
土壤过氧化氢酶活性介于 0. 37~ 0. 49 mL
g
- 1 min- 1 ,在沼泽草地和蒿草草地土壤上下层间
基本一致,在杜鹃灌丛草地、高山柳灌丛草地、珠芽
蓼草地和禾草草地下层高于上层, 且在杜鹃灌丛草
地和禾草草地差异显著 ( P < 0. 05)。除沼泽草地
外,草本草地高于灌丛草地,但差异不显著。灌丛草
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第 3期 杨成德等:东祁连山高寒草地牧草返青期土壤酶活性特征
地中,金露梅灌丛最高, 杜鹃灌丛最低, 样地间差异
不显著;草本草地中,禾草草地最高,沼泽草地最低,
样地间差异不显著。土壤上层过氧化氢酶活性依次
为:蒿草> 珠芽蓼> 禾草> 金露梅> 沼泽> 高山柳
> 杜鹃;下层为:禾草> 珠芽蓼> 蒿草> 高山柳> 沼
泽> 金露梅> 杜鹃(图 2)。
土壤中性磷酸酶活性介于 1. 14~ 3. 03 mg
g
- 1
,上层高于下层,除金露梅灌丛草地和禾草草地
外差异显著( P< 0. 05) ; 除禾草草地外, 草本草地显
著高于灌丛草地( P< 0. 05)。灌丛草地中, 杜鹃灌
丛显著高于高山柳灌丛和金露梅灌丛, 后二者间差
异不显著;草本草地中,蒿草草地显著高于珠芽蓼草
地、禾草草地和沼泽草地,禾草草地显著低于其他 3
样地( P< 0. 05)。土壤上层中性磷酸酶活性依次
为:蒿草> 沼泽> 珠芽蓼> 杜鹃> 高山柳> 禾草>
金露梅;下层为:蒿草> 禾草> 杜鹃> 金露梅> 珠芽
蓼> 沼泽> 高山柳(图 3)。
图 3 土壤性磷本科分布特征
F ig . 3 The char acter istics of so il neutral phosphatase
2. 3 土壤酶与土壤物理性质及微生物量相关性
过氧化氢酶在杜鹃灌丛草地与土壤含水量、pH
值及微生物量碳、氮和磷呈极显著负相关 ( P <
0. 01) , 在高山柳灌丛草地与这些指标相关性不显
著,在金露梅灌丛草地与 pH 值、微生物量碳氮和磷
显著相关( P< 0. 05) , 与土壤含水量和容重相关性
不显著;中性磷酸酶在杜鹃灌丛草地与土壤含水量、
pH 值及微生物量碳、氮和磷呈极显著正相关 ( P<
0. 01) , 在金露梅灌丛草地与这些指标相关性不显
著,在高山柳灌丛与含水量、pH、容重和微生物量氮
和磷相关性显著( P< 0. 05) , 与微生物量碳呈极显
著相关( P< 0. 01) ; 脲酶在三灌丛草地与这些指标
相关性均不显著 (表 3)。
过氧化氢酶在珠芽蓼草地和蒿草草地与土壤含
水量、pH 值、容重和微生物量碳氮和磷相关性均不
显著,在禾草草地和沼泽草地(除土壤容重外)与这
些指标均呈极显著相关( P< 0. 01)。脲酶和中性磷
酸酶在四草本草地与土壤容重相关性均不显著。脲
酶在珠芽蓼草地和嵩草草地与土壤含水量和 pH 值
呈极显著负相关, 与微生物量碳氮和磷呈极显著正
相关( P< 0. 01) ; 在沼泽草地与这些指标呈显著负
相关( P< 0. 05) ; 在禾草草地与这些指标相关性均
不显著。中性磷酸酶在珠芽蓼草地与土壤含水量和
pH 值呈显著负相关, 与微生物量碳氮和磷呈显著
正相关( P< 0. 05) ; 在沼泽草地和嵩草草地与土壤
含水量和 pH 值呈极显著负相关,与微生物量碳氮
和磷呈极显著正相关( P< 0. 01) ; 在禾草草地与这
些指标相关性均不显著。
该结果表明,不同植物群落土壤酶与土壤物理
性质及土壤微生物量碳氮和磷的相关性不同。从植
物群落看,灌丛草地相关性较复杂; 高山柳灌丛、金
露梅灌丛和禾草草地土壤酶与土壤物理性质和微生
物量碳氮和磷相关性最差; 从土壤酶种类看,脲酶和
过氧化氢酶相关性较差, 中性磷酸酶与土壤物理性
质相关性较好;从物理性质看, 与容重相关性最差,
与土壤含水量和 pH 相关性基本一致。
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草 地 学 报 第 18卷
表 3 土壤酶与土壤理化性质及微生物量相关性
Table 3 Co rr elation betw een soil enzyme and soil phy sica-l chemical proper ties and micr obial biomass at sev en sampling sites
样地
Site
土壤酶
S oil enzyme
含水量
WC
容重
BD
pH 值
pH value
微生物量碳
MBC
微生物量氮
MBN
微生物量磷
M BP
DJ 过氧化氢酶 Catalase - 0. 944** NS - 0. 936** - 0. 953** - 0. 918** - 0. 943**
脲酶 Ureas e NS NS NS NS NS NS
中性磷酸酶 Neut ral phosph atase 0. 917** NS 0. 858** 0. 924** 0. 936** 0. 905**
GL 过氧化氢酶 Catalase NS NS NS NS NS NS
脲酶 Ureas e NS NS NS NS NS NS
中性磷酸酶 Neut ral phosph atase 0. 908* - 0. 846* 0. 838* 0. 924** 0. 887* 0. 897*
JL 过氧化氢酶 Catalase NS NS - 0. 860* 0. 870* 0. 870* 0. 870*
脲酶 Ureas e NS NS NS NS NS NS
中性磷酸酶 Neut ral phosph atase NS NS NS NS NS NS
ZY 过氧化氢酶 Catalase NS NS NS NS NS NS
脲酶 Ureas e - 0. 923** NS - 0. 943** 0. 928** 0. 928** 0. 928**
中性磷酸酶 Neut ral phosph atase - 0. 854* NS - 0. 846* 0. 858* 0. 858* 0. 858*
HC 过氧化氢酶 Catalase 0. 915** 0. 870* - 0. 933** - 0. 918** - 0. 928** - 0. 918**
脲酶 Ureas e NS NS NS NS NS NS
中性磷酸酶 Neut ral phosph atase NS NS NS NS NS NS
ZZ 过氧化氢酶 Catalase 0. 916** NS - 0. 918** 0. 921** 0. 921** 0. 921**
脲酶 Ureas e - 0. 860* NS - 0. 870* - 0. 866* - 0. 866* - 0. 866*
中性磷酸酶 Neut ral phosph atase 0. 941** NS - 0. 930** 0. 929** 0. 927** 0. 922**
SC 过氧化氢酶 Catalase NS NS NS NS NS NS
脲酶 Ureas e - 0. 911** NS -0. 902** 0. 924** 0. 930** 0. 904**
中性磷酸酶 Neut ral phosph atase - 0. 929** NS -0. 920** 0. 917** 0. 847** 0. 923**
注: * : P< 0. 05; ** : P< 0. 01; NS:相关性不显著
Note: * : signif icant at the 0. 05 level ; ** : signif icant at th e 0. 01 level; NS: not s ignif ican t
3 讨论
3. 1 土壤酶作为土壤肥力指标的探讨
土壤酶活性可以反映土壤中生物代谢和物质转
化过程,对土壤肥力具有直接影响 [ 15]。如土壤脲酶
活性强度可以解释土壤有机残体的分解强度, 它能
促进有机质分子中肽键的水解, 可将有机态氮素水
解为铵态氮, 为植物提供氮素营养源[ 16] ;中性磷酸
酶可将复杂有机磷水解生成不同有机集团和磷酸
盐,增加土壤中磷素及易溶性营养物质[ 17] , 所以, 中
性磷酸酶反映的是土壤中有效磷的积累; 过氧化氢
酶能催化过氧化氢成水和分子氢,有利于防止它对
生物体的毒害作用,其强度可表征土壤腐殖化程度
大小和有机质积累程度[ 18] ,即过氧化氢酶活性与土
壤有机质转化速度密切相关 [ 19]。因此, 土壤酶活性
可客观地评价土壤生物活性和土壤肥力 [ 20]。但是,
本试验中,土壤脲酶活性在土壤肥沃情况差异很大
的杜鹃灌丛、高山柳灌丛、金露梅灌丛和禾草草地与
土壤含水量、pH 值、容重、土壤微生物量碳氮和磷
相关性均不显著,很难用此表征草地土壤肥力或草
地健康状况。所以,在东祁连山高寒草地用单个土
壤脲酶作为土壤肥力指标有其局限性, 与文献报道
的[ 2 1, 22]认为土壤脲酶可作为土壤肥力指标不一致,
但此结果与朱丽等 [ 23]的报道一致。这种差异可能
与不同学者研究的地点及取样时间等有关。因此,
土壤脲酶是否可作为土壤肥力的指标及在何种情况
下可作为土壤肥力指标还需在不同时间段和不同气
候条件下进一步研究。
3. 2 土壤酶的生态分布
牧草返青期土壤过氧化氢酶活性在杜鹃灌丛、
高山柳灌丛、珠芽蓼草地和禾草草地下层高于上层,
说明此时土壤下层氧化还原能力较上层强,土壤有
机质转化速度较上层快,在金露梅灌丛、沼泽草地和
嵩草草地则相反。土壤中性磷酸酶和脲酶均表现为
上层高于下层,其垂直生态分布与文献[ 1, 24]报道一
致,说明土壤上层有机氮及有机磷降解速度较下层快。
植物向土壤中分泌酶的种类和数量不同,同时,
植物向土壤中释放的化学物质种类和数量的差异致
土壤微生物数量和结构不同,进而影响微生物向土
壤所分泌酶在数量或种类上的差异, 即受植物群落
影响,草地型间土壤酶数量和种类的生态分布差异
较大(图 1、图 2和图 3) , 这与白翠霞等 [ 1] 的研究结
果一致;过氧化氢酶和中性磷酸酶多为草本草地高
312
第 3期 杨成德等:东祁连山高寒草地牧草返青期土壤酶活性特征
于灌丛草地,此可能与草本草地土壤中植物根系小
但多,致其表面积较大,因此其向土壤释放的分泌物
种类和数量较多所致;另外,草本草地和灌丛草地在
海拔、地温、土壤含水量、土壤 pH 值及其他土壤理
化性质间均存在较大差异(表 1和表 2) , 可能也是
造成这种差异的原因之一。
3. 3 土壤酶与土壤理化性质相关性特征
土壤过氧化氢酶、脲酶和中性磷酸酶都可加速
土壤营养元素循环,所以酶活性的变化趋势与土壤
营养元素具有一定相关性[ 17, 18] 。土壤含水量对酶
活性也有影响, 一方面,土壤水分是维持土壤生物正
常生理代谢不可缺少的物质, 能通过影响土壤通气
状况、温度、土壤酸碱性等方式作用于土壤生物来影
响酶活性;另一方面,土壤水分是土壤酶在分解有机
质等化学过程中的必需条件之一,是影响土壤酶活
性的一个重要环境因子[ 24]。但在东祁连山高寒草
地中,土壤酶与土壤含水量的相关性差异较大,如过
氧化氢酶和中性磷酸酶与土壤含水量在不同样地呈
相关性不显著、显著负相关或极显著正相关, 脲酶与
土壤含水量相关性在不同样地表现为相关性不显著
或呈显著负相关; 土壤酶活性与 pH 值也表现出相
似的特点。说明土壤理化性质与土壤酶活性的相关
性在不同草地型间并不一致, 这可能是由于土壤酶
活性具有较强的专一性, 它们在土壤生物代谢和物
质转化中受土壤理化性质制约的程度不同, 而不同
草地型土壤理化性质均存在较大差异, 导致样地间
土壤酶活性与土壤理化性质的相关性各异;另外,可能
也与样地土壤酶的数量有关,但具体机理仍需进一步
研究。
4 结论
东祁连山高寒草地土壤过氧化氢酶、脲酶和中
性磷酸酶活性分别介于 0. 37 ~ 0. 49 mL g- 1
min
- 1、0. 24~ 0. 42 mg g- 1 24 h- 1和 1. 14 ~
3. 03 mg g - 1 , 且后二者为上层高于下层; 样地间
土壤酶活性差异明显, 其中过氧化氢酶和中性磷酸
酶活性多为草本草地高于灌丛草地,但脲酶多为灌
丛草地高于草本草地;土壤酶与土壤含水量、容重、
pH 值、微生物量碳、氮和磷的相关性在不同草地型
也有差异,且在土壤肥力较一致的金露梅灌丛和沼
泽草地相关性并不一致。因此, 用土壤脲酶活性作
为土壤肥力指标有其局限性。
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