全 文 ：第 17 卷 第 5 期
Vol. 17 No. 5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 9 月
Sep. 2009
温性荒漠化草原不同放牧强度下土壤酶与肥力的关系
焦 婷1, 常根柱2* , 周学辉2 , 候彦会1, 杨红善2 , 苗小林2 , 刘荣堂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. 中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所, 甘肃 兰州 730050)
摘要: 为揭示放牧扰动下土壤养分供给水平的变化,对温性荒漠化草原不同放牧强度下土壤酶活性与肥力因子的
关系进行了研究。结果表明:除对照区外, 随放牧强度的增加,土壤容重增大;各层土壤含水量、全氮、速效氮、有机
质和速效磷均随放牧强度的增加而下降,且随土层深度的加深含量递减; 各层土壤速效钾则随放牧强度的增加表
现 低高低高的变化趋势,随土层深度的增加含量递减( P< 0. 01) ;放牧区土壤呈弱碱性; 除 0~ 10 cm 土壤过氧
化氢酶和碱性磷酸酶随放牧强度的增加有增加趋势外, 其他各层土壤 3 种酶活性均为 LG> M G> CK> HG ,与土
壤主要肥力因子表现出相同的变化趋势,除个别土层外, 3 种酶土体层次间差异不明显。相关分析表明, 土壤 3 种
酶间、3 种酶与土壤主要肥力因子间相关显著( P< 0. 05)或极显著( P< 0. 01) ,说明土壤酶可以用来表征土壤肥力
状况 ;主成分分析同样得出土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性与土壤肥力之间具有良好的相关性, 可以用来
指示草原退化与恢复状况。
关键词:温性荒漠化草原; 放牧强度;土壤肥力; 酶活性;主成分分析
中图分类号: S158. 3 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 05058107
Study on the Relationship between Soil Enzymes and Soil Fertilities of
Temperate Desert Steppe under Different Grazing Intensities
JIAO T ing1 , CHANG Genzhu2* , ZHOU Xuehui2 , HOU Yanhui1 ,
YANG Hongshan2 , M IAO Xiaolin2 , L IU Rongtang1
( 1. Pratacultural Col leg e, Gansu Agricultural U niver sity/ Key Laboratory of Grass lan d Ecosystem , Min ist ry of E ducation / Sino
U . S. Centers for Graz ingland E cosystem Sustainabi lit y, Lanzh ou , Gan su Provin ce 730070, C hina; 2. Lanzhou Inst itute of
Anim al H usbandry and Veterinary Pharm aceut ical Science, CAAS, Lanzh ou, Gansu Province 730050, China)
Abstract: The temperate desert steppe in Jing tai County of Gansu province deg raded ser iously because of
human act ivity and climate, etc. In order to reveal the change of supplying level o f soil nutr ients under
grazing disturbance, the r elat ionship betw een soil enzymes and fertilit ies in gr asslands w ith different gr az
ing intensities w ere analy zed. The results show that the w ater content , total nitr ogen, available nitr ogen,
org anic mat ter, and available pho spho rus of soil in each depth declined while the soil bulk density increased
along w ith the increased g razing intensities. So il av ailable potassium o f each layer show ed the trend of low
highlowhigh along w ith the grazing intensity incr easing. The content of all indices except fo r so il bulk
density and pH reduced along w ith increased soil depth ( P< 0. 01) . The soil in grazing area w as of w eak
alkalescence. The activity of catalase and alkaline phosphatase had a rising t rend in 0~ 10 cm depth w ith
increased g razing pressure w hile the act ivit ies of three so il enzymes in other soil layers show ed LG> MG>
CK> HG which w as the same as the main soil fert ilities. Generally, there w ere no obvious dif ferences of
three enzymes among so il layers except for ex cept ional layer ( P > 0. 05) . Signif icant ( P< 0. 05) or v ery
significant ( P< 0. 01) correlat ion w ere detected by correlat ion analysis among thr ee soil enzymes or be
tw een soil enzymes and the main soil fert ilit ies indicating the soil enzymes could characterize the soil fert ili
ty status. Principal component analy sis had the same result that the act iv ities o f three soil enzymes correla
ted w el l to the main soil fer tilit ies and could be the indicators of the status o f g rassland degradat ion and
restorat ion.
Key words: Temper ate desert steppe; Gr azing intensity; So il fert ility; Enzyme act ivity; Principal compo
nent analysis
收稿日期: 20090323; 修回日期: 20090723
基金项目:全球环境基金( GEF)项目( GEF052456CHA)
作者简介:焦婷( 1976 ) ,女,讲师,博士研究生,研究方向为反刍动物营养和草地生态学, Email : jiaot@ g sau . edu. cn; * 通讯作者 Auth or
for correspondence, Email : chan g5637@ 163. com
草 地 学 报 第 17卷
放牧扰动不仅直接导致自然植被发生相应变
化,还通过采食活动及畜体对营养物质的转化影响
草地营养物质循环,深刻影响着地下土壤生态系统
的元素分布[ 1]。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、微小的变
化[ 2]。土壤酶是土壤的一个生物指标, 它在土壤中
数量虽少, 却能敏感地揭示土壤肥力的变化[ 3] ,其活
性与土壤理化性质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 [ 4]。作
为评价土壤肥力水平的指标,国内外学者对火烧 [ 5]、
施肥[ 6, 7]、植被恢复重建 (补播、翻耕、围栏封
育) [ 3, 7~ 9] 、坡向坡位和撂荒地[ 3] 等条件下土壤酶和
土壤肥力关系作了大量工作, 而且涉及农田[ 6] 、草
原[ 7, 8, 10]、林地[ 3] 以及沙地 [ 11]生态系统等各个领域,
但放牧强度除高雪峰等 [ 4]对内蒙古荒漠草原、王启
兰等[ 10] 对海北小嵩草( K obr esia pygmaen )草甸、王
娟等[ 12] 对羊草( L eymus chinehsis )草原土壤酶活性
及土壤环境因素影响的研究, 关于不同放牧强度下
温性荒漠化草原土壤酶活性与肥力关系的研究较少。
甘肃省景泰县温性荒漠化草原由于长期超载过
牧和气候等因素, 生态环境恶化, 草地生产力下降,
特别是与邻县接壤, 混牧现象严重。本研究选择景
泰县不同放牧强度下的温性荒漠化草原为研究对
象,探讨不同放牧强度对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,
以期为退化草地生态系统的恢复重建和可持续利用
提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 试验地自然概况
甘肃省景泰县寺滩乡新墩湾村位于景泰县西南
部,地理位置为东经 10331- 10338, 北纬 3706
- 3713,属黄土高原与腾格里沙漠过渡地段, 海拔
1300~ 3321 m, 气候属温带干旱大陆性气候, 年日
照 2657. 9 h, 少雨, 多风, 气候干燥, 年平均温度
8. 3 ,年平均降雨量 185 mm, 多集中在 7- 9 月
份, 年平均蒸发量3081 mm,是降水量的 16倍,夏季
干旱酷热, 冬季少雪寒冷, 最大年温差达 63. 90 。
草原类型主要有温性荒漠化草原和高寒灌丛草甸,
其中温性荒漠草地类占草地总面积的 78. 48% , 组
成其草群的植物种以中生、中旱生为主,主要有针茅
( St ip a cap il lata L. )、扁穗冰草( Agr opy r on cr i sta
tum ( L. ) Gaer tn. )、矮嵩草( Kobresia humili s ( C.
A. M ey) Serg. )、线叶嵩草( Kobresia cap i ll i f olia
( Decne. ) Clarke)、扁蓿豆( Pocockia r uthenia ( L . )
Boiss)、棘豆 ( Oxy tr op is aciphy lla Ledeb. )、苔草
( Carex l ipar ocar p os Gaudin)、珠芽蓼( Polygonum
v iv ip ar um L. )、火绒草 ( L eontop odium leontop o
dioides ( Willd. ) Beauv. )、萎陵 菜 ( Potenti l la
sp p . )、垂穗披碱草 ( Elymus nutans Griseb. ) 等。
土壤类型主要为洪积灰棕荒漠土和灰钙土。主要家
畜有滩羊、山羊和骆驼等。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 试验设计 试验草场位于甘肃省景泰县寺
滩乡新墩湾村。2003年以来, 该草场保持了相对稳
定的放牧强度,地表特征、牧草组成等方面形成了一
个明显的放牧梯度,根据荒漠草原草地植被类型、草
地产草量和现场调查牲畜数量分别标记为对照
( CK, 0只羊/ hm2 ,即封育禁牧) , 植被类型为扁穗冰
草+ 白蒿( A r temisiae siever siana Willd. ) + 垂穗披
碱草;轻牧( LG, 5只羊/ hm2 ) ,植物群落为扁穗冰草
+ 白蒿+ 垂穗披碱草; 中牧( MG, 7 只羊/ hm2 ) , 植
被类型为针茅+ 扁穗冰草+ 扁蓿豆; 重牧( H G, 10
只羊/ hm2 ) ,植被类型为火绒草+ 苔草+ 委陵菜。
1. 2. 2 采样方法 跟踪放牧羊只的放牧或采食路
线,于 2008年 8月中旬分别在 4个放牧区内随机不
同的 4 点用土钻采集土样, 按 0 ~ 10 cm, 10~ 20
cm、20~ 30 cm 和 0~ 30 cm 分层采样, 除去残根和
石块,将 4点相同土层的土样等比例混匀,避光处自
然风干后,用四分法取 200 g 左右作为分析样品,过
筛瓶装待测。
1. 2. 3 测定项目和方法 [ 13, 14] 土壤含水量测定用
烘干法;土壤容重测定用环刀法;土壤 pH 值测定用
电位法;土壤有机质用重铬酸钾容量法;全氮用半微
量凯氏定氮法;速效氮用碱解扩散法;速效磷用碳酸
氢钠浸提比色法; 土壤速效钾用 NH4OAc浸提,火
焰光度计法;土壤过氧化氢酶的测定用高锰酸钾滴
定法;土壤脲酶的测定用苯酚 次氯酸钠比色法;土
壤碱性磷酸酶的测定用磷酸苯二钠比色法。
1. 2. 4 统计分析 应用 SPSS 13. 0统计软件包中
的 Compare M eans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。用Data
Reduct ion进行主成分分析。
2 结果与分析
2. 1 放牧对温性荒漠化草原土壤肥力的影响
由表 1可知,不同放牧强度下不同土壤深度草
地土壤肥力差异显著。各层土壤水分除对照外均随
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第 5期 焦婷等:温性荒漠化草原不同放牧强度下土壤酶与肥力的关系
放牧强度的增加而极显著下降( P< 0. 01) , 且随土
层深度的增加各放牧区土壤水分增加; 土壤容重则
除对照外随着放牧强度的增加明显增大, 不同层次
之间变化不明显; 土壤 pH 除 20~ 30 cm 重牧区极
显著高于于其他放牧区外 ( P< 0. 01) , 其他各层间
无明显变化规律; 全氮、有机质、速效氮和速效磷均
表现一致的变化规律,即除对照外 LG> MG> HG,
不同层次之间差异明显; 各层土壤速效钾则随放牧
强度的增加表现低高低高的变化趋势, 且各放
牧区随土层深度的增加含量显著下降( P< 0. 01)。
2. 2 放牧强度对温性荒漠化草原土壤酶活性的影响
由表 2可知,除 0~ 10 cm 过氧化氢酶和碱性磷
酸酶随放牧强度增加有增加趋势外,其他各层土壤
3种酶活性均表现为 LG> MG> CK > HG, 且各放
牧强度间差异显著( P< 0. 05)或极显著( P< 0. 01) ,
除个别土层外, 相同放牧强度下 3种酶基本没表现
出显著的土体层次性差异。
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 从表 3可知, 温性荒漠化草原 3种酶活性间、
土壤各肥力因子间及酶活性与肥力因子间均呈不同
程度的正相关。
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 主成分分析是一种采取降维、
将多个指标化为少数几个综合指标的统计分析方
法。这些综合指标尽可能地反映原来变量的信息
量,而且彼此之间互不相关[ 15] 。为进一步探讨土壤
酶活性与土壤肥力的关系, 对温性荒漠化草原土壤
酶活性和肥力因子之间进行了主成分分析, 以期能
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。表 4看出,
第一、第二、第三主成分的方差贡献率分别为
68. 403%、16. 435%、12. 027%, 其累积方差贡献率
为 96. 865% (大于 85%) , 且无变量丢失, 因此前 3
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。
3 讨论
3. 1 放牧强度对温性荒漠化草原土壤肥力的影响
除对照区外, 各层土壤含水量随放牧强度的增
加极显著降低。这是因为随牧压增大, 地表裸露程
度增大,地表蒸发随之增大,土壤水分不易保持, 呈
逐渐下降趋势。且牲畜践踏改变了土壤紧实度, 使
土壤孔隙度和水稳性团聚体减少,引起透水性、透气
性和水导率下降。除 10~ 20 cm 禁牧封育对照区土
壤含水量高于重牧区外,其他 2层均为对照区极显
著低于放牧区,尤其表层土壤表现更明显,这可能是
由于荒漠化草原气候干旱多风, 长期围栏封育使土
壤孔隙的空间分布发生变化,土壤变得松散从而更
容易散失水分以及在没有降水补充的作用下,植物
的快速吸收利用使土壤势值增高, 底层水分不断向
外补给的缘故[ 11]。
容重是土壤物理性质中对放牧强度较为敏感的
指标之一,与土壤孔隙度和渗透率密切相关。试验
各放牧区的土壤容重在不同土层均随着放牧强度的
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,这与文献[ 17~ 19]的研究结果
一致。对照区土壤容重高于轻牧区和中牧区,土壤
的干燥抑制了土壤微生物的生命活动及酶的活
性[ 2 0] , 从而使土壤板结, 造成土壤容重增加; 同一
放牧区不同土层之间差异不明显。
轻牧区土壤全氮、速效氮、速效磷、速效钾、有机
质含量均极显著高于对照区,证明适度放牧有助于
土壤肥力的保持[ 4] 。放牧所引发的草地补偿性生长
能够提高系统生产力水平,适度放牧是保护草地生
物多样性,维护放牧生态系统功能与健康,发展草地
生态生产力的有效途径[ 21]。放牧区除 0~ 10 cm 土
壤速效氮和 3层土壤速效钾含量重牧区极显著高于
中牧区外,其他各层土壤全氮、有机质和速效磷含量
均随放牧强度的增加而极显著降低 ( P< 0. 01) , 且
各养分均随土层深度的增加而有规律地下降,表明
高强度放牧通过家畜在草地上排泄粪尿能够逐渐增
加土壤氮素和钾素[ 22~ 24] 。试验区草地含磷量远远
低于所推荐的磷含量 0. 14%~ 0. 3% [ 25] , 说明本试
验区存在磷储量不足现象。各层土壤速效磷均随放
牧强度增加而显著降低是由于在高强度放牧条件
下,家畜频繁的采食使磷从系统中输出量增加, 从而
导致土壤全磷含量减少。轻牧草地速效磷含量较高
是由于其土壤通透性较高,从而为土壤养分的转化
创造了较好的条件 [ 25]。土壤有机质是指示土壤健
康的关键指标,以往研究对此有较多共识[ 21] 。轻牧
区土壤有机质含量极显著高于其他放牧区 ( P <
0. 01) , 并随放牧强度的增加含量急剧下降,说明随
着草场放牧强度的加重,家畜啃食牧草严重,草地的
生物量损失严重, 草地的生物量的生产与分解的平
衡状态被破坏,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的下降。与裴海昆[ 22]、
关世英等[ 26]、王玉辉等[ 19] 研究结果一致。
583
草 地 学 报 第 17卷584
第 5期 焦婷等:温性荒漠化草原不同放牧强度下土壤酶与肥力的关系
表 3 各指标间的相关系数矩阵( 0~ 30 cm)
Table 3 Co rr elation mat rix ( rvalues) among soil enzyme act ivit ies and soil fertilit y factor s for 0~ 30 cm so il depth
项目
Item
水分
Water
容重
Soil bulk
den sity
全氮
T otalN 速效氮AvN 速效磷AvP 速效钾AvK 有机质OM pH 脲酶Ureas e 碱性磷酸酶Ph osphatas e过氧化氢酶C atalas e
水分
Water
1. 000
容重
S oil bulk
d ensity
- 0. 506 1. 000
全氮
TotalN 0. 875 - 0. 364 1. 000
速效氮
AvN 0. 835 - 0. 362 0. 991 1. 000
速效磷
AvP 0. 482 - 0. 199 0. 826 0. 863 1. 000
速效钾
AvK 0. 919 - 0. 272 0. 809 0. 777 0. 378 1. 000
有机质
OM
0. 897 - 0. 397 0. 992 0. 989 0. 804 0. 834 1. 000
pH 0. 160 0. 264 - 0. 120 - 0. 162 - 0. 549 0. 459 - 0. 092 1. 000
脲酶
U rease
0. 764 - 0. 290 0. 984 0. 987 0. 916 0. 697 0. 963 - 0. 251 1. 000
碱性磷酸酶
Alkaline
phospha
t ase
0. 587 0. 026 0. 806 0. 806 0. 680 0. 743 0. 782 0. 170 0. 771 1. 000
过氧化氢酶
C atalas e
0. 853 - 0. 704 0. 786 0. 786 0. 610 0. 597 0. 816 - 0. 336 0. 751 0. 342 1. 000
表 4 供试土壤主成分特征根
T able 4 P rincipal component eig envalues o f the tested soil
项目 Item 第一主成分 PC1 第二主成分 PC2 第三主成分 PC 3
特征根 Eigenvalu es 7. 524 1. 808 1. 323
方差贡献率 Proportion of variance ( % ) 68. 403 16. 435 12. 027
累计方差贡献率 Proportion of cumulat ive variance ( %) 68. 403 84. 838 96. 865
注:特征根指的是累积方差贡献
Note: eigenvalue is th e cumulat ive varian ce
表 5 供试土壤主成分的特征向量
T able 5 P rincipal component eig envalues o f the tested soil
项目 Item 第一主成分 PC1 载荷1 Loading
capacity1 第二主成分 PC2
载荷2 Loading
capacity2 第三主成分 PC3
载荷3 Loading
capacity3
水分 X1 0. 3263 0. 895 0. 1621 0. 218 - 0. 3052 - 0. 351
容重 X2 - 0. 1575 - 0. 432 0. 2893 0. 389 0. 6416 0. 738
全氮 X3 0. 3627 0. 995 0. 0126 0. 017 0. 0582 0. 067
速效氮 X4 0. 3609 0. 990 - 0. 0164 - 0. 022 0. 0982 0. 113
速效磷 X5 0. 2957 0. 811 - 0. 2834 - 0. 381 0. 3782 0. 435
速效钾 X6 0. 2986 0. 819 0. 4023 0. 541 - 0. 1608 - 0. 185
有机质 X7 0. 3631 0. 996 0. 0297 0. 04 0. 0252 0. 029
pHX8 - 0. 0448 - 0. 123 0. 7199 0. 968 - 0. 1739 - 0. 200
脲酶 X9 0. 3507 0. 962 - 0. 0744 - 0. 100 0. 1852 0. 213
碱性磷酸酶X 10 0. 2825 0. 775 0. 2662 0. 358 0. 3634 0. 418
过氧化氢酶X 11 0. 3062 0. 840 - 0. 2276 - 0. 306 - 0. 3417 - 0. 393
3. 2 放牧强度对温性荒漠化草原土壤酶活性的影响
Kandeler 等[ 27]认为,土壤酶的功能多样性与土
壤功能的多样性紧密相关, 土壤生态系统退化都伴
随着不同土壤酶活性的下降。本试验除对照区外,
放牧区 0~ 10 cm 土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活
性出现相反的变化,即重牧区极显著高于轻牧区和
中牧区( P< 0. 01) ,轻牧区和中牧区差异不显著,而
各层土壤脲酶和 10~ 30 cm 过氧化氢酶和碱性磷酸
酶活性则随放牧强度的增加极显著降低 ( P <
0. 01)。前人研究表明[ 28] , 土壤过氧化氢酶活性受
温度和水分的协同调节, 即与土壤温度同土壤含水
量的乘积相关显著。重牧区表层土壤含水量虽较
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草 地 学 报 第 17卷
表 6 各主成分得分及综合得分
Table 6 Sco re and gener al scor e of the pr incipal components o f samples
处理
Treatm ent
F1
Score of PC1
F2
Score of PC2
F3
Score of PC3
F 综
General s core
排名
Order
CK - 0. 5266 - 1. 1949 1. 5388 - 0. 371521 2
LG 4. 3031 0. 6914 - 0. 1355 3. 040784 1
M G - 1. 0044 - 1. 2295 - 1. 3671 - 1. 05353 3
HG - 2. 7722 1. 7332 - 0. 0356 - 1. 6157 4
低,但由于退化严重, 地表裸露斑块面积大, 采样时
间在 8月中旬, 当地气候炎热干旱,草地土壤地表温
度高,从而导致荒漠化草原重牧区表层土壤过氧化
氢酶活性极显著高于其他放牧区。脲酶活性与有机
质含量关系密切, 会随有机质的减少而活性降低。
表层土壤碱性磷酸酶活性略高, 这可能与土壤的速
效磷变化有关[ 29] 。3种酶的活性在土壤剖面上无明
显递减规律,这与何跃军等[ 30] 对石灰岩退化生态系
统不同恢复阶段土壤酶活性的研究结果一致。说明
土壤酶活性的高低不仅与土壤生态系统的退化有
关,而且可能还与土壤类型、植被特征、土壤微生物
和土壤动物类群、数量和多样性、土壤水分、温度、容
重、pH 值以及酶类自身性质等有关[ 31]。
轻牧区和中牧区 3种土壤酶活性较对照区均呈
不同程度的提高,和土壤主要养分因子的变化规律
一致, 这是研究过程中发现的一个重要现象。温性
荒漠化草原干旱条件下, 对照区土壤水分含量较低,
从而影响土壤通气状况、土壤微生物对养分因子的
利用等,土壤微生物向土壤分泌的酶数量和酶活性
较低,从而较为强烈地抑制了土壤有机残体的分解,
致使土壤有机质形成过程受阻, 大量有机残体累积
于土体。而在轻牧区和中牧区, 随着土壤通透性能
的显著改善,尚存的大量有机残体为土壤微生物提
供了充足的能源物质, 显著改善并提高了土壤微生
物区系组成、微生物量及其代谢过程,从而使主要由
土壤微生物分泌的土壤酶数量和活性不断增加, 并
进而导致土壤生物化学反应强度及养分循环速度上
升,促进土壤有机物质分解、腐殖质再合成和养分释
放。这是试验条件下土壤有机碳、全氮、有效氮、速
效磷、有效钾含量随土壤酶活性提高而在总体上呈
不同程度增加的一个重要原因。也与彭岳林等 [ 32]
在西藏不同退化高寒草地上的研究结果相似。
3. 3 土壤酶活性与土壤肥力(养分)因子的关系
3. 3. 1 不同放牧强度下土壤酶与土壤肥力的相关
分析 温性荒漠化草原干旱环境下, 所测 3种土壤
酶活性间均呈正相关,土壤酶活性与土壤有机质、主
要土壤养分间亦具有密切的关系( P< 0. 05)。可
知,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。这不仅在总
体上反映了温性荒漠化草原环境对各种土壤酶活性
相对一致的影响和土壤有机物质降解、氮素循环与
有机磷转化之间的密切关系,亦体现了具共性关系
的土壤酶类的总体活性对土壤肥力的贡献,表明温
性荒漠化草原干旱条件下 3种土壤酶活性不仅可以
反映草场土壤肥力水平的差异, 也可作为评价土壤
肥力的基本指标。
土壤过氧化氢酶活性与土壤水分和有机质相关
性最高,相关系数分别为 0. 853和 0. 816, 说明水分
是影响土壤过氧化氢酶活性的一个重要因素,鲁萍
等[ 2 8]也有相似研究结果。
3. 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 第一主成分反映的信息量占总
体信息量的 68. 403%,土壤 3种酶及水分、全氮、速
效氮、速效磷、速效钾和有机质对其有较大的正向载
荷,这些因素在主成分中的载荷量,代表与主成分关
系的密切程度,值越大则与主成分关系越密切, 越能
代表土壤系统内肥力的变异状况。全氮、速效氮、速
效磷、速效钾和有机质是土壤碳、氮、磷养分直接供
应的主体,含量高说明土壤养分供应能力强; 脲酶、
碱性磷酸酶和过氧化氢酶是土壤碳、氮、磷转化的直
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就大,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, 这与众多前人
研究结论一致[ 5, 6, 12] 。所以将第一主成分命名为土
壤肥力综合制约因子。而第二、第三主成分则只分
别显示了土壤 pH 和容重的变异信息。它们在第
二、第三主成分上有较大的正向载荷, 说明其对第
二、第三主成分所反映的肥力演化过程的作用较大。
第二主成分命名为土壤酸碱性制约因子, 第三主成
分命名为土壤容重制约因子。
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 [ 16] :
特征向量= 载荷/特征根1/ 2 (结果见表 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、三主成分函数表达式:
F1 = 0. 3263X 1 - 0. 1575X2 + 0. 3627X3 +
0. 3609X4 + 0. 2957X5 + 0. 2986X6 + 0. 3631X7 -
0. 0448X8+ 0. 3507X9 + 0. 2825X 10+ 0. 3062X11
586
第 5期 焦婷等:温性荒漠化草原不同放牧强度下土壤酶与肥力的关系
F2 = 0. 1621X1 + 0. 2893X2 + 0. 0126X3 -
0. 0164X 4 - 0. 2834X 5 + 0. 4023X 6 + 0. 0297X7 +
0. 7199X8 - 0. 0744X 9+ 0. 2662X10 - 0. 2276X 11
F3 = - 0. 3052X1 + 0. 6416X2 + 0. 0582X 3 +
0. 0982X4 + 0. 3782X 50. 1608X6 + 0. 0252X 7 -
0. 1739X8 + 0. 1852X 9+ 0. 3634X10 - 0. 3417X 11
将标准化数据分别代入相应主成分函数表达
式,得到不同放牧强度在各自 3个主成分上的得分,
根据综合主成分函数模型 F 综= bjF j= b1F1 +
b2F 2+ + bmFm ( b 为贡献率) [ 6] , 计算出综合主
成分值并排序, 即可对 4种放牧强度进行综合评价。
从表 6 可知, 轻牧区综合得分最高, 对照次之,
与本文之前所得轻牧区土壤酶活性和土壤肥力因子
均高于其他放牧区甚至围栏封育区的结论吻合, 再
次说明适当放牧的积极意义, 也证明采用主成分组
成的土壤肥力信息系统更加说明土壤酶可作为评价
土壤肥力水平的重要依据。
4 结论
4. 1 不同放牧强度下不同土壤深度温性荒漠化草
原土壤肥力差异显著。除对照区外,随放牧强度增
加,土壤容重增大,硬度增大, 透气性变差,含水量下
降,呈弱碱性;各层土壤全氮、有机质、速效氮和速效
磷均随放牧强度增加而下降, 且随土层深度增加而
含量递减,尤其全氮表现明显;各层土壤速效钾则随
放牧强度的增加表现低高低高的变化趋势, 且
各放牧区随土层深度的增加含量显著下降。
4. 2 除 0~ 10 cm土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶随
放牧强度增加有增加趋势外, 其他各层土壤 3 种酶
活性均表现为 LG> MG> CK> HG, 与土壤主要肥
力因子表现出相同的变化趋势, 且各放牧强度间差
异显著或极显著;除个别土层外,相同放牧强度下不
同土层 3种酶活性基本未表现出显著性差异。
4. 3 相关分析表明土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化
氢酶活性与主要肥力因子间相关显著或极显著, 说
明土壤酶可以用来表征土壤肥力状况。主成分分析
同样得出 3 种酶与土壤肥力之间具有良好的相关
性,可用来指示草原退化与恢复状况。
4. 4 围栏封育可以提高土壤肥力,但本试验表明放
牧具有积极意义,所以建议进行适当放牧。
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(责任编辑 邵新庆 李 扬)
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