全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 01-0059-05
农牧交错带退耕还草对土壤淀粉酶和脲酶活性的影响
韩永伟,韩建国,张蕴薇,王　
(中国农业大学草地研究所, 北京　100094)
摘要:在农牧交错带以小麦为对照,研究退耕还草对 0～20 cm 土壤淀粉酶和脲酶活性的影响。结果表明: 退耕还草后,草
地土壤淀粉酶和脲酶活性都显著高于小麦地 ;冰草和无芒雀麦草地土壤淀粉酶活性和脲酶活性最高;老芒麦+ 冰草( 1∶
3)对改善土壤淀粉酶的效果较好;老芒麦+ 冰草( 1∶1)提高土壤脲酶活性的作用较大;随着利用年限的增加,老芒麦草
地土壤淀粉酶活性和脲酶活性均呈先增加, 后降低的趋势。
关键词: 农牧交错带;退耕还草; 淀粉酶;脲酶
中图分类号: S 153　　　文献标识码: A
Amylase and Urease Contents in the Soil of Cropland-Turned
Grassland in the Agro-pastoral Zone
HAN Yong-w ei, HAN Jian-guo, ZHANG Yun-w ei, WANG Kun
( I nstitute of G rassland Science, China Agr icult ur e Univ ersit y, Beijing 100094, China )
Abstract: A study comparing the soil of a plot of grassland transformed from cropland w ith that o f a w heat-
field in the ag ro-pastoral t ransitional zone r eveals that the content of amy lase and of urease in a soil depth of
0～20 cm of the former are higher than those of the latter o f the same soil depth. Land cult iv ated w ith
w heatgrass or smooth br omegrass is enriched w ith high amy lase o r ur ease content . M ix ed sow ing of Siber ian
w ildry e and wheatgr ass( 1∶3) could r aise the soil content o f amy lase, w hile Siberian w ildry e and wheatgrass
sowed in a r at io of 1∶1 could raise the so il content o f urease ef fect ively . How ever, With prolonged ut il izat ion
of the land for cult ivat ing the Siberian w ildrye, the amylse and urease contents in the so il instead of increasing
reduce w ith the passing o f t ime.
Key words : Ag ro-pastoral t ransit ional zone; Transform ing cr opland into gr assland; Amy lase; Urease
　　农牧交错带的生态系统是非常脆弱的 [ 1]。然而, 随
着人口的增加, 20世纪 50年代后期到 70年代中期仅
河北坝上草原就经历了 3次有组织的大规模垦荒。据
统计,坝上西部四县(张北、康保、沽源、尚义)在此期间
牧业用地减少 68. 18% ;丰宁坝上草场、草滩地面积减
少 79. 35% [ 2]。草原被开垦为农田后,由于掠夺式的耕
作,土壤肥力持续下降 [ 3]。
土壤是一个不断进行着复杂生物化学反应的体
系,一切生物化学过程都是在酶的作用下进行的 [ 4]。牧
草根系及其残体所分泌的酶, 能催化土壤中复杂的有
机物质转化为简单的无机化合物,供植物利用。土壤酶
活性与土壤养分供给能力相关,是土壤生物活性的综
合表现,对土壤肥力有直接影响[ 5]。目前国内外对牧草
影响土壤酶活性有所研究[ 6～10] ,关于农牧交错带退耕
还草对土壤酶活性的影响则未见报道。本项研究旨在
探索农牧交错带退耕还草地种植牧草对土壤酶活性的
影响,以期为还草恢复草原植被提供一定的理论依据。
1　材料与方法
1. 1　试验区自然概况
试验区位于河北省承德地区丰宁满族自治县西北
部坝上草原的鱼儿山牧场,地处东经 116°04′, 北纬41°
44′,海拔 1460 m。处于半干旱大陆季风气候带,年均降
水量 430. 7 mm, 主要集中在 7、8、9 三个月, 占全年的
79%,年蒸发量1735. 7 mm ,是降水量的 4倍多。因受燕
山的阻隔,仅在坝头和坝东部分地区降水量稍大,接近半
湿润。年均气温1℃, 一月和七月平均气温为- 18. 6℃
　　收稿日期: 2003-12-29; 修回日期: 2004-03-11
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目( G2000018606)资助
作者简介:韩永伟( 1973-) ,男,内蒙古人,博士,现在中国环境科学研究院生态所工作,研究方向为区域草地生态保护、生物多样性保护和土地退化
第 13卷　第 1期
　Vo l. 13　　No. 1
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2005 年　3月
　M arch 　2005
和 17. 6℃, ≥10℃积温1513. 1℃, 无霜期85 d, 年均风
速 4. 3 m / s,年均大风日数 49 d,年均沙尘暴日数 13
d,年均日照时数 2930. 9 h。土壤类型为沙质栗钙土。
试验期间气象资料见图 1、2。
图 1　1999～2001 年试验区降水量变化与多年平均降水量
Fig . 1　Mont hly r ainfall of March to Sept. of 1999,
2000 and 2001 and the past yea rs aver age monthly r ainfall
in the exper imental ar ea
图 2　1999～2001 年试验区月均温变化与多年月均温
F ig . 2　M onthly average temperat ur e of M arch to Sept .
of 1999, 2000 and 2001 and the past av erage month years
t emperatur e in the exper imental area
1. 2　试验设计
试验于 2001年 5月 30日～8 月 30 日在丰宁县
鱼儿山牧场进行。试验选择于 1997年 7月、1998年 7
月和 1999 年 7 月在退耕地建植的老芒麦 ( Elymus
sibir icus )和 2000年 8 月 16 日种植的老芒麦、无芒雀
麦( B romus inermis)、冰草( Agr opyr on cr istatum)及老
芒麦+ 无芒雀麦、老芒麦+ 冰草、无芒雀麦+ 冰草草
地。对照区为试验当年的小麦地。
1. 2. 1　草地建植
　　选用加拿大无芒雀麦品种( Carlton )、冰草品种
( Kir ky )和老芒麦(当地品种)在退耕地单播和混播草
地,行距 25 cm ,播深2 cm。每项处理包括 3个小区, 面
积 60 m2 ( 15 m×4 m) ,间隔 50 cm ,随机排列。单播播
量为:老芒麦 22. 5 kg/ hm 2、无芒雀麦30 kg/ hm2、冰草
15 kg / hm
2; 混播设 9 个处理:老芒麦( 25% ) + 无芒雀
麦( 75%)、老芒麦( 50%) + 无芒雀麦( 50% )、老芒麦
( 75% ) + 无芒雀麦 ( 25% ) ; 老芒麦 ( 25% ) + 冰草
( 75%)、老芒麦( 50%) + 冰草( 50%)、老芒麦( 75%) +
冰草( 25%) ; 无芒雀麦( 25% ) + 冰草( 75% )、无芒雀麦
( 50%) + 冰草( 50%)、无芒雀麦( 75% ) + 冰草( 25% ) ,
混播区每种牧草播量按该单播播量×混播比例×( 1+
20%)计算。
1. 2. 2　小麦地建植
2001年 4月 20 日在上述相同地段条播小麦, 播
量 300 kg / hm2 ,播深4 cm ,行距 25 cm。小麦地分 3个
小区,面积均为 60 m2 ( 15 m×4 m ) ,随机排列。
1. 2. 3　试验区管理、利用
播种时小麦地施种肥尿素 37. 5 kg/ hm 2, 磷酸二
铵 75 kg / hm 2, 草地不施肥。试验区中耕除杂草一次。
每年秋季草地收籽后割草利用。
1. 3　测试项目及方法
于 2001 年5～8月每月末,在各试验小区按蛇形取
样法采集 0～20 cm 土壤样品,每 10 cm 为一层,用 1 m
长土钻取5个点,各层混合均匀。所取土样, 风干过1 mm
筛后用四分法取 200 g 装入纸袋,用于酶活性分析。
1. 3. 1　淀粉酶活性　二硝基水杨酸比色法 [ 11]
称取 5 g 风干土于 50 mL 三角瓶, 加入 10 mL
1%淀粉溶液和 10 mL pH= 5. 6的磷酸盐缓冲液和 5
滴甲苯;摇匀后, 在37℃恒温箱中培养24 h。培养结束
后,将悬液过滤。取 1 mL 滤液移于 50 mL 容量瓶, 加
2 mL, 3, 5二硝基水杨酸, 在沸腾水浴中加热 5 min。
冷却, 定容后在 751-GW 分光光度计(上海产) 508 nm
处比色。试验时每一土样设无基质对照,试验设无土壤
对照。淀粉酶活性,以 24 h 后 1g 土壤中麦芽糖的毫
克数表示。
淀粉酶活性( mg/ g) = a×b
式中: a-从标准曲线查得的麦芽糖毫克数　b-换
算成 1 g 土的系数
1. 3. 2　脲酶活性　比色法 [ 11]。
称取 5 g 风干土于 50 mL 三角瓶中, 加入 1 mL
甲苯。15 m in后加 10 mL 10%尿素液和 20 mL pH=
6. 7的柠檬酸盐缓冲液。摇匀后, 在37℃恒温箱中培养
24 h。培养结束后,将悬液过滤。取 3 mL 滤液移于 50
mL 容量瓶, 加蒸馏水至 20 mL。再加 4 mL 苯酚钠溶
液和 3 mL 次氯酸钠溶液,随加随摇匀。20 min 后显
色,定容。1 h 内在 751-GW 分光光度计(上海产) 578
nm 处比色。试验时每一土样设无基质对照,整个试验
设无土壤对照。脲酶活性,以 24 h 后 1 g 土壤中 NH 3
- N 的毫克数表示。
脲酶活性( mg / g ) = a×b
式中: a-从标准曲线查得的 NH3-N 的 mg 数　b-
换算成 1 g 土的系数
60 草　地　学　报 第 13卷
1. 4　资料统计
采用国际通用的Window s 版统计分析系统软件
SAS( Version 6. 12)对所得数据进行统计分析。
2　结果与分析
2. 1　单播牧草对土壤酶活性的影响
由表 1～2可知,单播草地土壤淀粉酶和脲酶活性
都显著高于同期相应层次小麦地( P< 0. 05)。各单播
草地0～20 cm 土壤淀粉酶活性和脲酶活性,分别以冰
草和无芒雀麦草地最高。植物生长结束时( 8 月 30
日) ,各单播草地 0～10 cm 土壤淀粉酶活性之间差异
显著( P< 0. 05) , 结果表明,草地类型对该层土壤淀粉
酶活性的影响明显。
表 1　单播牧草对土壤淀粉酶活性的影响(mg/ g)
T able 1　Effects o f sow ing a sing le g ra ss species on the so il amy lase content( mg/ g)
深度( cm)
Depth( cm )
处理
Treatment
5月 30日
30-May
6月 30日
30-Jun
7月 30日
30-Jul
8月 30日
30-Aug
0～10 无芒雀麦 Smooth bromegrass 0. 348B 0. 456C 0. 348B 0. 443C
冰草 Wheatgrass 0. 532A 0. 832A 0. 624A 0. 691A
老芒麦 Sib erian wildrye 0. 507A 0. 717B 0. 579A 0. 622B
小麦 Wheat 0. 280C 0. 351D 0. 219C 0. 291D
10～20 无芒雀麦 Smooth bromegrass 0. 279B 0. 371B 0. 280B 0. 294B
冰草 Wheatgrass 0. 348A 0. 535A 0. 464A 0. 454A
老芒麦 Sib erian wildrye 0. 331A 0. 496A 0. 303B 0. 431A
小麦 Wheat 0. 223C 0. 285C 0. 199C 0. 231C
　　注:同列中不同大写字母间差异显著( P < 0. 05)
　　Note: Th e comparison is l imited in the s ame depth range. Different capital let ter s in th e same column indicate signif icant dif ferences at a 0. 05
level
　　5月 30日～8月30日,与小麦相比, 种植牧草能使
0～20 cm 土壤酶活性提高更多。在供试草种中以冰草提
高土壤淀粉酶活性和无芒雀麦提高土壤脲酶活性的效果
最好,分别比小麦提高0. 26 mg/ g 和0. 22 mg/ g。
表 2　单播牧草对土壤脲酶活性的影响(mg/ g)
T able 2　Effects o f sowing a sing le g rass species on the so il urease content( mg/ g)
深度( cm)
Depth( cm )
处理
Treatment
5月 30日
30-May
6月 30日
30-Jun
7月 30日
30-Jul
8月 30日
30-Aug
0～10 无芒雀麦 Smooth bromegrass 1. 751A 2. 151A 1. 121A 1. 981A
冰草 Wheatgrass 1. 661AB 1. 973B 1. 044A 1. 784B
老芒麦 Sib erian wildrye 1. 458B 1. 913B 0. 958A 1. 613B
小麦 Wheat 0. 307C 0. 260C 0. 191B 0. 347C
10～20 无芒雀麦 Smooth bromegrass 1. 490A 1. 592A 1. 057A 1. 493A
冰草 Wheatgrass 1. 392A 1. 466A 0. 909A 1. 395A
老芒麦 Sib erian wildrye 0. 760B 1. 143B 0. 589B 0. 761B
小麦 Wheat 0. 174C 0. 248C 0. 131C 0. 144C
　　注:同列中不同大写字母间差异显著( P < 0. 05)
Note: Th e comparison is l imited in the s ame depth range. Different capital let ter s in th e same column indicate signif icant dif ferences at a 0. 05
level
2. 2　混播牧草对土壤酶活性的影响
混播草地土壤淀粉酶和脲酶活性在同期内, 均比
单播草地和小麦地高(表 1～4)。0～20 cm 土层,同一
草种组合,不同混播比例及同一比例,不同混播组合草
地土壤脲酶活性之间有所差异, 但不显著, 表明混播比
例及草种组合对 0～20 cm 土壤脲酶活性影响不显著。
混播比例相同者, 老芒麦+ 冰草 0～20 cm 土壤淀粉酶
活性和脲酶活性, 在多数情况下高于其它混播草地, 表
明老芒麦+ 冰草在改善土壤酶活性方面效果较好, 且
分别以混播比例为 1∶3和 1∶1者提高土壤淀粉酶活
性和脲酶活性的作用最大。
2. 3　不同年限老芒麦对土壤酶活性的影响
随着老芒麦利用年限的增加, 0～20 cm 土层淀粉
酶活性、脲酶活性随之增加,到第 3、4年时淀粉酶活性
和脲酶活性分别达到最高(图 3)。到第 5年时开始降
低且已与小麦地相差不大(表 1、2) ,可见此时老芒麦
草地已退化, 应及时更新。由图 3可知,各生长年限间
脲酶活性的差异大于淀粉酶活性,结果表明利用年限
61第 1期 韩永伟等:农牧交错带退耕还草对土壤淀粉酶和脲酶活性的影响
对脲酶活性的影响大于淀粉酶。
表 3　混播牧草对土壤淀粉酶活性的影响(mg/ g)
T able 3　Effects o f mix ed sowing for ag es on the so il amylase content( mg/ g)
深度( cm)
Depth( cm )
混播比例
M ixing
proport ion
老芒麦+ 冰草
S iberian
w ildrye+ w heatgrass
老芒麦+ 无芒雀麦
Siberian w ildr ye+ sm ooth
bromegras s
无芒雀麦+ 冰草
Smooth
b romegrass+ w heatgrass
0～10 1∶1 0. 765Ba 0. 663Ab 0. 754Ba
1∶3 0. 922Aa 0. 653Ac 0. 831Ab
3∶1 0. 831Ba 0. 699Ab 0. 717Bb
10～20 1∶1 0. 725Aa 0. 594Ab 0. 639Ab
1∶3 0. 763Aa 0. 628Ab 0. 671Ab
3∶1 0. 725Aa 0. 631Ab 0. 635Ab
　　注:测定日期为 8月 30日。同列中不同大写字母间和同行间不同小写字母间差异显著( P < 0. 05)
Note: Th e test ing date w as 30-Aug . T he comparis on is limited in the s ame depth range. Different capical let ters ( small letters ) in the s ame
column( lin e) indicate sign ifican t dif f erences at a 0. 05 level
表 4　混播牧草对土壤脲酶活性的影响(mg/ g)
T able 4　Effects o f mix ed sowing for ag es on the so il urease content( mg/ g)
深度( cm)
Depth( cm )
混播比例
M ixing
proport ion
老芒麦+ 冰草
S iberian
wildrye+ Wheatgrass
老芒麦+ 无芒雀麦
Sib erian w ildrye+ Smooth
bromegras s
无芒雀麦+ 冰草
Smooth
bromeg ras s+ Wheatgras s
0～10 1∶1 2. 272Aa 2. 038Aa 2. 008Aa
1∶3 2. 073Aa 2. 009Aa 2. 047Aa
3∶1 2. 055Aa 1. 992Aa 2. 066Aa
10～20 1∶1 1. 908Aa 1. 637Aa 1. 678Aa
1∶3 1. 927Aa 1. 797Aa 1. 705Aa
3∶1 1. 761Aa 1. 638Aa 1. 880Aa
　　注:测定日期为 8月 30日。同列中不同大写字母间和同行间不同小写字母间差异显著( P < 0. 05)
Note: Th e test ing date w as 30-Aug . T he comparis on is limited in the s ame depth range. Different capical let ters ( small letters ) in the s ame
column( lin e) indicate sign ifican t dif f erences at 0. 05 level
图 3　不同年限老芒麦对土壤酶活性的影响
Fig . 3　Effects of the age of cult iva ted Siber ian w ildr ye
on the soil enzyme activ ities
3　讨　论
3. 1　土壤酶活性受土壤物理性质、化学性质及耕作管
理措施等环境条件的影响较大。牧草可以通过改善土
壤的物理、化学性质进而改善土壤的酶活性 [ 5]。退耕还
草比小麦能更好的改善土壤的容重、孔隙度、磷含量、
钾含量等理化性质[ 12, 13] ,这可能是退耕还草后土壤酶
活性比小麦地高的重要原因之一。此外,不同草种、不
同混播比例的混播组合对土壤理化性质影响不同, 所
以对土壤酶活性的影响也不同。
3. 2　植物特性和气象因素(水热条件) ,是促进酶活性
季节变化的主要因子[ 14]。单播草地土壤酶活性季节变
化明显,以 6和 8月较高。如不考虑植物特性, 土壤脲
酶和淀粉酶活性的变化趋势与降水量季节变化(图 1)
基本一致, 而与气温变化(图 2)不尽一致,因此可以认
为,该区土壤脲酶和淀粉酶活性的季节变化可能主要
受降水的影响。
3. 3　有研究认为老芒麦的生物学特性及群落结构特
征随着利用年限的增加而发生了明显的变化[ 15] ,这可能
是不同年限老芒麦对土壤理化性质的影响各异, 从而对
土壤酶活性也就有不同的影响。推测这是本试验为得出
退耕种植老芒麦随着利用年限的不同,淀粉酶、脲酶活性
有不同表现的原因之一,对此尚有待进一步试验。
4　结　论
(下转第74页)
62 草　地　学　报 第 13卷
测报站配备用于数据处理分析的计算机。特别应发挥
地理信息系统和遥感图片的作用,使得省(自治区)及
其主管部门能够迅速准确地掌握害情。建立鼠虫害通
报制度,通过网络对害情做出快速反应。改变目前被动
防治的局面。
2. 4　建立健全管理制度和技术标准
1990 年农业部下发了《草原鼠虫害预测预报规
程》, 此后青海、河北等省也陆续颁布了本省的预测规
程。可见制定规范的重要性已经得到认可, 并做了许多
具体工作。如前所述,实际上农业部1990年的《规程》并
没有得到执行。而根据测报工作的需要和发展来看,有
针对性地制定各种害鼠、害虫以及其他草原有害生物的
调查规程、预测预报分析方法以及测报站管理规程是非
常必要的。对此,农业部重新修订了调查规程。相信这些
工作对于提高草原鼠虫害测报水平将起到积极的作用。
草原生物灾害出现的根本原因在于不合理的开发
利用造成草原环境中物流和能流循环过程中植物的初
级营养积累被阻断,导致本来就很脆弱的生态环境质量
下降。这种质量的下降表现为植被退化, 使得适宜鼠虫
等有害生物种群的栖息环境大面积出现, 有害生物种群
得以超正常增长。而鼠虫种群的“爆发”进一步导致草场
载畜量下降, 草-畜-鼠虫及其它有害生物的矛盾突出。
植被不仅出现草群高度、覆盖度和生产量下降, 而且呈
现沙化、荒漠化。加强对家畜和鼠虫害的调控已成为保
持草原畜牧业生产和保证草原生态健康的迫切任务。而
实施对鼠虫害预测预报就是其中的具体措施之一。
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(上接第 62页)
4. 1　单播草地土壤淀粉酶和脲酶活性,都显著高于小
麦地。且不同草种对土壤淀粉酶和脲酶活性影响不同,
以冰草和无芒雀麦草地 0～20 cm 土壤淀粉酶活性和
脲酶活性最高。
4. 2　混播草地 0～20 cm 土壤淀粉酶和脲酶活性, 均
比相应的单播草地高。老芒麦+ 冰草在改善土壤酶活
性方面效果较好,其中以混播比例为 1∶3和 1∶1者
提高土壤淀粉酶活性和脲酶活性的作用较大。
4. 3　随着利用年限的增加,老芒麦草地 0～20 cm 土
壤淀粉酶活性、脲酶活性均呈先增加,后降低的趋势。
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74 草　地　学　报 第 13卷