黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤酶活性和养分特征

生态环境 2008, 17(5): 2050-2058 Ecology and Environment E-mail: 基金项目： 中国科学院西部行动计划（二期）（ KZCX2-XB2-05-03） ； 西北农林科技大学创新团队（ 01140202）和拔尖人才计划支持（ 01140102） 作者简介： 董莉 丽（ 1979 年生 ），女，博士研究生，主要从事植被恢复与土地利用变化方面的研究 。 E-mail: *通讯作者：郑粉莉（ 1960 年生 ），女，教授，博士生导师，从事土壤侵蚀预报与水土保持方面的研究 。 E-mail: 收稿日期： 2008-04-24 黄土丘陵区 不同土地利用类型下土壤 酶活性和 养分特征 董莉丽 1， 郑粉莉 2， 3 1. 陕西师范大学旅游与环境学院 ， 陕西 西安 710062； 2. 西北农林科技大学资源与环境学院 ， 陕西 杨凌 712100； 3. 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 ， 陕西 杨凌 712100 摘要： 研究 了 土地利用类型对土壤酶活性和土壤养分的影响 。 首先 通过 最小显著性差 异 （ LSD） 评价 各 样地 之间 和 同一样地土壤剖面 四个 不同 层 次 的 土壤 酶活性和养分的 差异 ，其次 分析四种 土壤酶 （ 转化酶、碱性磷酸酶、脲酶和过氧 化氢酶） 活性和土壤养分之间相关性 ；最后 以农地为 对照 ，应用 土壤 恢复指数 研究 不同 土地利用 类型 对土壤的改良效果。 研究 结果表明 ，同农地相比 ， 不同 土地利用类型的 表层 （ 05 cm） 土壤 四种 酶活性 、 全氮、有机质 和 碱解氮含量 均有所提高， 且 在同一土地利用 类型 下 表层土壤 酶活性和 养分均显著大于 下部各土 层 。 相关性分析表明 ， 土壤 四种 酶 活性 与 有机质、全氮、碱解氮呈极显著正相关关系 。 同农地相比 , 其余 土地利用 类型 表层土壤质量显著 提高 ， 而以 杨树、侧柏、油松、仁用杏和刺槐 5种 人工林地 的 土壤 质量 提高 最 为 明显 ， 同龄树种中 ， 杨树 对土壤的恢复效果 大于刺槐和油松 。 关键词： 土地利用类型；土壤养分；土壤酶活性；剖面分布 ；黄土丘陵区 中图分类号： S158 文献标识码： A 文章编号： 1672-2175（ 2008） 05-2050-09土地利用作为人类利用土地各种活动的综合反映，是影响土壤肥力变化最普遍、最直接、最深刻的因素 1。 由于 在 不同 土地利用类型下 ， 地面覆被不同， 对土壤养分的富集和再分配作用，以及减少水土流失引起的养分流失的作用不同 ，进而会对土壤 酶活性和 养分 及其在土壤剖面上的分布产生影响。以往多数研究主要集中在利用土壤物理 2-3和化学属性 4-5来表征土地利用类型对土壤质量的影响。但是，土壤中所进行的生物和生物化学过程之所以能够持续进行，得益于土壤中酶的催化作用。同时 ,土壤酶在与有机质分解和养分循环等相关的催化反应中起到重要作用 6。许多研究表明，土壤酶活性可 以指示土壤生态系统的健康和可持续性以及农业实践引起的土壤质量的变化 7-9。 本 研究区位于陕北黄土高原北部 米脂县境内 ，这里不仅水蚀和风蚀并存，而且人口密度大（ 200人 km-2） ,可耕地面积少。 目前 ， 有关 研究区 不同 土地利用类型 下土壤酶活性和养分 特征 的研究尚未见 报道。 本文 基于对不同土地利用类型及同一土地利用类型不同土壤剖面层次的 四 种 酶活性和 有机质、 全氮、碱解氮、速效磷 的分析 ， 探讨 研究区 十种典型 土地利用类型 对 土壤酶活性和养分特征 的影响 ， 其研究结果 对于合理利用土壤资源、培肥地力、减少养分流失具有重要的意义， 并 可以评价多年来 在该研究区 实施退耕还林等水土保持工程对土壤的改良作用。 1 材料与方法 1.1 样点位置 研究区 样点主要布设在泉家沟和艾家峁 （见表1） ，其隶属 于 米脂县桥河岔乡的两个自然村 。 多年平均降水 422 mm，年平均气温 8.4 ，年平均蒸发量 1 557 mm，干燥度 3.74。全年降水分布极不均匀 ，年最高降水量达 704.8 mm， 最低降水量 186.1 mm。7 9 三个月平均降水量为 291.1 mm，占全年总降水量的 64.5 ， 汛期降雨多为大雨 和 暴雨。 1.2 样品采集与分析 根据 土地利用类型 和分布地点的代表性， 选择的样地类型分别为 农地、侧柏、果 园 、仁用杏、苜蓿、油松、杨树、荒地、柠条和刺槐。 2007 年 9 月底 10 月初进行土壤样品采集。 每个样地 按 S 型布设 5 个样点，每个样点 挖取 土壤 剖面，每个剖面分05 cm， 510 cm， 1020 cm, 2040 cm 四层 采集 ，将每层采集的 5 个样点土壤样品 混合均匀， 按四分法 分三袋装，带回实验室， 风 干 后过 1 mm 和 0.25 mm 筛 。 过 1 mm 筛的土样用于 测定 土壤酶活性、速效磷和碱解氮 ，过 0.25 mm 筛的 土 样用于测定土壤有机质和全氮 。 每一测定项目做三个 重复 ，两个平行 。所有试验在中国 科学院 水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀和 旱 地 农 业 国家 重点 实验室完成。 在野外利用罗盘测定样地的坡向和坡度，利用便携式 GPS测定样地的海拔和经纬度。 土壤有机质董莉丽等：黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤酶活性和养分特征 2051 采用重铬酸钾 硫酸氧化法 10， 土壤全氮采用开氏（ J. Kjedahl）消煮法 ，速效 磷采用 0.5 molL-1 NaHCO3浸提一钼锑抗比色法 11， 碱解氮 采 用碱解扩散法 12。 转化酶用 3， 5-二硝基水杨酸比色法测定 ， 脲酶用苯酚钠 -次氯酸钠比色法测定 ， 碱性磷酸酶用苯磷酸二钠比色法测定 ， 过氧化氢酶用 KMnO4滴定法测定 。 四 种酶活性分别以葡萄糖 mgg-1d -1，酚 mgkg-1d -1， (NH3)-N mgkg-1d -1和 0.1 molL-1高锰酸钾毫升数 （ 空白 与试验测定的差 ） 表示。 1.3 统计分析 所有结果以风干土 质 量为基础进行计算。 本文给出了六个重复的算术平均值及其标准 偏 差。 利用SPSS13.0进行方差分析和相关性分析。 应用最小显著性差 异（ LSD） 检验 不同土地利用类型和 同一土地利用下土壤剖面 四个 层 次 土壤 酶活性和养分特征的差异显著性， 具有 相同字母者 代表 0.05水平 差异不显著。 2 结果 与讨论 2.1 土地利用类型对 土壤酶活性 的影响 土壤酶在土壤生物化学过程中，特别是在有机质的分解和氮、磷的活化过程中具有重要作用 13。不同 土地利用类型 对表层 （ 05 cm） 土壤酶活性有明显影响（见表 2） 。 表 2列出了 10种土地利用类型表层土壤 四种酶活性 的 平均值 、 标准 偏 差 和差异显著性检验结果 。 由 表 2可知， 农地 表层 土壤 四 种酶活性最低，转化 酶，碱性磷酸酶， 脲 酶和过氧化氢酶活性分别为 5.67， 1057.47， 688.60和 5.48。 各样地 土壤剖面各 土层之间酶活性的分布特征 见图 1。 转化酶活性在 刺槐 地 和杨树地 表层 较 高 ， 分别为农地 表层土壤 的 5.84和 5.76倍 。 其 在仁用杏地、油 松地、苜蓿地、侧柏地、荒地、柠条地和 果 园 分别为农地的 4.44、 4.14、 3.70、 3.63、 3.39、 2.31和1.77倍。 LSD检验表明 ， 转化酶活性 除 在 刺槐和杨树地， 苜蓿和侧柏地以及侧柏和 荒 地之间差异不显著外， 在 其余各样地 之间 ， 其 差异 均达到显著性水平 。 同一土地利用 类型 下土壤 剖面各 层次之间的LSD检验表明 ， 转化酶活性在 农地 1020 cm处最高，但 其 在 农地 土壤剖面 四个层次之间其 差异 不显著 ；而在 其 余 各样地 ， 表层 土壤 转化酶活性均显著大于其 下部各 土 层 。 碱性磷酸酶活性在杨树 地和侧柏地较高，分别为农地的 2.44 和 2.32 倍。 在 油松地、仁用杏地、刺槐地、荒地、苜蓿地、柠条地和 果园 ， 表层土壤碱性磷酸酶活性分别为农地的 2.24、 2.15、 2.03、1.96、 1.91、 1.79 和 1.08 倍。 表层土壤碱性磷酸酶活性 除 在 刺槐地和荒地以及荒地和苜蓿地之间差表 1 土壤样地描述 Table 1 the descriptive of the soil sampling sites 地点 退耕时间（ yr） 样地类型 坡向 /坡度 海拔 /m 经度 /纬度 泉家沟 1983 杨树 (populus) 北偏东 35/30 1014 E 1101550/N 374629 1983 刺槐 (Robinia pseudoacacia) 北偏东 55/30 1030 E 1101549/N 374629 1970 柠条 (Caragana Korshinskii) 正东 /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) 北偏东 35/22 1004 E 1101551/N 374629 1993 仁用杏 (Armeniaca) 北偏东 10/33 1008 E 1101553/N 374628 艾家峁 1958 侧柏 (Platycladus orientalis) 北偏东 24/18 1020 E 1101734/N 374637 1986 果园 北偏东 65/0 1030 E 1101734/N 374637 农地 北偏东 70/28 1018 E 1101733/N 374637 表 2 不同土地利用类型下表层土壤酶活性特征 Table 2 Topsoil enzyme activities in various landuse types 土地利用类型 转化酶葡萄糖 /(mgg-1d -1) 碱性磷酸酶酚 /(mgkg-1d -1) 脲酶 NH3-N/(mgkg-1d -1) 过氧化氢酶 0.1 molL-1KMnO4 ml 农地 5.67h 0.82 1057.47i47.04 688.60f109.05 5.48g0.44 侧柏地 20.57de1.96 2452.56b31.09 2563.60ab274.49 14.30a0.32 果园 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 杨树地 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 柠条地 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 生态环境 第 17 卷第 5 期（ 2008 年 9 月） 异不显著外， 在 其余各样地 之间差异均显著 。土壤剖面不同土层之间的 LSD 检验表明， 土壤碱性磷酸酶活性 在 农地 1020 和 510 cm， 510 和 2040 cm以及荒地 510， 1020 和 2040 cm 差异 不显著；其余 8 个样地碱性磷酸酶活性随土层的加深而降低， 且 土壤剖面 各 土层之间的 差异 显著。 脲酶活性在 杨树 地 和侧柏地 较 高 ， 分别 为农地的 3.90 和 3.72 倍 。 在 柠条 地 、 刺槐 地 、 油松 地 、03006009001200150018002100240027003000农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 刺槐地a碱性磷酸酶活性/(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农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 刺槐地b转化酶活性/(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农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 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农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 刺槐地d过氧化氢酶活性/（0.1molL-1 KMnO4 ml)0 - 5 c m5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m2 0 - 4 0 c m 图 1 4种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: 碱性磷酸酶 ； b: 转化酶 ； c: 脲酶 ； d: 过氧化氢酶） (a: alkaline phosphatase； b: invertase glucose； c: urease； d: catalase ) 董莉丽等：黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤酶活性和养分特征 2053 荒地 、 果 园 、 仁用杏 地 、 苜蓿 地 ，脲酶活性 分别为农地的 3.54、 3.53、 3.36、 2.99、 2.73、 2.55 和 1.80倍 ， 其中 ， 脲酶活性在 杨树和侧柏地 ， 侧柏、柠条、刺槐和油松 地 ， 荒地和果 园 以及果 园 和仁 用杏 地 之间 差异 不显著。 脲酶活性在 土壤剖面各土 层 之间的LSD 检验表明 ， 农地 1020 和 2040 cm 脲 酶活性较高 ， 分别为 1 015.20 和 974.20， 而 510 和 05 cm脲酶活性较低，分别为 818.60 和 688.60， 且 1020和 2040 cm 以及 510 和 05 cm 之间脲酶活性 差异 不显著。 脲酶活性除在 果 园 05 和 510 cm，在油松地 510 和 1020 cm 以及 在 荒地 510， 1020和 2040 cm 差异 不显著外， 在 其余各样地 土壤剖面不同 层 次 之间 差异 显著。 过氧化氢酶活性 在 侧柏 地 最高 ，为 农地的 2.61倍 ， 而在 杨树 地 、 荒地 、 仁用杏 地 、 油松 地 、 柠条地 、 刺槐 地 、 苜蓿 地 和 果 园 ，过氧化氢活性 分别为农地 的 1.75、 1.67、 1.60、 1.44、 1.39、 1.34、 1.29和 1.26倍 。 各土地利用类型中 ， 过氧化氢酶活性在杨树地和荒地，荒地和仁用杏地，油松、柠条和刺槐地，柠条、刺槐和苜蓿地，刺槐、苜蓿和果 园 之间差异不显著。 过氧化氢酶活性在 荒地仅次于侧柏地和杨树地，并 且，其在荒地 与杨树地之间的差异不显著。 这与 邱莉萍等 14研究 得出 撂荒未翻耕地 表层过氧化氢酶活性大于林地 的结论 相似 。 过氧化氢酶活性在 土壤剖面各 层次之间的 LSD检验表明 ， 在各土地利用类型中，土壤过氧化氢酶活性在 表层最高，除 在 农地和荒地外，随土层深度的 增加 ，其 活性降低。 过氧化氢酶活性在 农地 土壤剖面 各层 次 之间差异 不显著； 在 果 园 、苜蓿和油松地 ，其 在 510和 1020 cm差异 不显著； 在 仁用杏和柠条地 ，其 在1020和 2040 cm差异 不显著；在 荒地和刺槐地 ，其在 510， 1020和 2040 cm差异 不显著。 过氧化氢酶活性 在 侧柏和杨树地 土壤剖面不同土 层之间差异 达显著水平。 以上分析可知，几种林地土壤酶活性 普遍 较高，这是因为林地植物凋落物和根系分泌物不仅使微生物大量繁殖，丰富了土壤酶的来源，同时 这些凋落物的分解和根系的生理代谢过程也向土壤释放多种酶。而农地和果 园 由于 地表 无覆被物，土壤养分含量少，对土壤微生物的繁衍不利，其土壤酶活性也因此较低。 2.2 土壤养分特征 土地利用类型 不同，则地表覆盖及人为干扰影响程度不同，直接影响土壤养分物质的输入和输出，进而深刻影响土壤的养分贮量和养分有效性等肥力状况 4。 表 3列出了不同土地利用类型下 表层 土壤有机质、速效磷、全氮和碱解氮含量。 土壤有机质含量在杨树地最高 ， 为 1.685 7%，在农地最低，为 0.507 2%； 与农地相比， 有机质含量在 杨树地 、侧柏地、刺槐地 、油松地、仁用杏地、荒地、柠条地、果 园 和苜蓿地分别 增加了 232.4 %、222.06 %、 191.74 %、 173.66 %、 146.94 %、 122.54 %、89.22 %、 43.34 %和 25.53 %， 并且 各样地之间的 差异 均显著 。 土壤全氮含量与有机质含量大小顺序 完全相同， 与农地相 比， 在 杨树地、侧柏地、刺槐地、油松地、仁用杏地、荒地、柠条地、果园 和苜蓿地 ，全氮 含量分别增加了 194.90 % 、 176.53 % 、161.56 %、 122.79 %、 121.43 %、 101.36 %、 74.83 %、48.64 %和 14.63 %。 有机质含量 除 在 油松和仁用杏地之间 差异 不显著外，其 余 各样地之间差异 均显著。 与农地相比， 在 杨树地、刺槐地、侧柏地、荒地、油松地、仁用杏地、柠条地、果 园 和苜蓿地 ，碱解氮 含量 分别 增加了 191.86 %、 178.53 %、151.90 %、 137.88 %、 121.35 %、 115.30 %、 87.90 %、39.92 %和 31.61 %， 碱解氮在 杨树和刺槐地，侧柏和荒地，油松和仁用杏地以及果 园 和苜蓿地之间 差异 不显著。 碱解氮和有机质 、全氮 含量 在各样地之间的 大小顺序基本相同 ， 这说明三者之间呈 现很好的相关性。 表 3 不同土地利用类型下表层土壤养分含量 Table 3 Topsoil nutrient contents in various landuse types 土地利用类型 有机质 /% 全氮 /% 碱解氮 /(mgkg-1) 速效磷 /(mgkg-1) 农地 0.5072 j0.0039 0.0294 i0.0018 23.47 f2.65 5.22 bc1.33 侧柏地 1.6335 b0.0457 0.0813 b0.0026 59.12b6.60 2.25 ef0.63 果园 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 杨树地 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 柠条地 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 生态环境 第 17 卷第 5 期（ 2008 年 9 月） 一般认为黄绵土表层有机质含量为 0.45%0.80 %， 十种 土地利用类型中，除农地、果 园 和苜蓿地表层土壤有机质含量在 0.507 2% 0.7270 %之间 外 ，其余七种土地利用类型表层土壤有机质含量在 0.959 7% 1.685 7%之间 。其中，杨树、侧柏、刺槐、油松和仁用杏地五种林地表层土壤有机质含量高， 邱莉萍等 14也 认为 土壤有机质在农地含量最低，在林地含量最高。 这主要是由于 林草地枯枝落叶比较丰富 ,可以有效减少径流 ,使得表层的养分含量很高 ， 特别是有机质和全氮尤为明显 15。 而果 园和 农地表面无草被覆盖 ， 且作物生长过程中吸收利用了大量的土壤养分，作物收获后 未留 下残茬，返还到土壤 中 的有机物很少，其土壤有机质含量比较低 14。 巩杰等 16研究认为灌木林地的有机质含量 高于 油松林地 和 山杏林地 ，而本文得出柠条地仅高于果 园 、苜蓿地和农地，这主要是由于 当地 柠条于1970年栽种，部分已经枯死， 地面覆盖度低 的原因 。以上分析说明植被对土壤有机质明显的积累作用 , 同时也说明多年的植树造林工程对坡地养分流失有明显的减 缓 作用 。 各样地 表层 土壤 速 效磷含量大小顺序依次为：果 园 柠条 地 农地 仁用杏 地 苜蓿 地 刺槐地 侧柏 地 油松 地 杨树 地 荒地。 其中， 速效磷在 果 园 和柠条 地 ，柠条和农地，农地和仁用杏 地 ，刺槐和侧柏 地 以及侧柏、油松、杨树和荒地之间 差异 不显著。 陆安祥等 17得出果园和农地的速效磷含量低于菜地而高于草地和林地的结论。 安韶山等 18也 认为 与农地、天然草地、人工草地和灌木林地相比，果 园 的速效磷含量最高，并认为果 园 与农地磷含量高与作物生产过程中的施肥及田间管理等措施有关 ； 也有研究认为 16,19速效磷在不同的土地利用类型下没有显著的差异 。 图 2为有机质、全氮、碱解氮、速效磷在 土壤剖面上的分布特征。可以看出 ,不同 土地利用类型 下土壤养分含量变化基本上呈现出随着 土壤 剖面深度的增加 而 降低的规律。 有机质含量在 农地 各土层排 序依次为 1020 cm（ 0.560 2） 2040 cm (0.509 8) 05 cm (0.507 2) 510 cm (0.497 8), 其中，后三层之间 差异 不显著。 有机质含量在 荒地各 土 层 排 序依次为： 05 cm (1.128 7) 2040 cm (0.652 2)1020 cm（ 0.622 7） 510 cm (0.601 2)， 且 其在各层次之间 差异 显著 ， 其中，有机质含量在 2040 cm和 1020 cm高 于 510 cm，这与采样时发现 20 cm土层 处 有约 10 cm厚的草根有关 。 其 余 7种土地利用类型土壤有机质含量均随土层深度的增加而降低 ,并且各层之间的 差异 达显著水平。 全 氮在 农地 各土层 的 排 序依次为： 1020 cm（ 0.030 3） 05 cm (0.029 4) 510 cm (0.028 5)2040 cm (0.027 4)， 且 其 在四个 土 层 间 差异 不显著。全氮在 油松 510 cm 和 1020 cm 差异 不显著。 全氮在 荒地 土壤 剖面 各 土层排 序依次为： 05 cm (0.059 2) 2040 cm (0.035 5) 1020 cm（ 0.034 8）=510 cm (0.034 8)，后三层之间 差异 不显著。 土壤全氮含量在 其 余 各样地均随土层深度的增加而降低，且各 土 层之间 差异 显著。 碱解氮在 农地 表层 大于 下部各土 层，但 其 在 各土层 之间的 差异 不显著 ； 而 碱解氮在 其 余 九个样地表层均显著大于 下部土 层。在 侧柏、仁用杏和刺槐地 ， 碱解氮在 1020、 2040 cm之间的 差异 不显著；碱解氮在 油松地 510、 1020 cm之间，以及 在 荒地510、 1020和 2040 cm之间 的 差异 不显著； 碱解氮在 苜蓿、杨树以及柠条地在 剖面 各层次之间 差异均达到显著性水平。 速效磷 除在 油松地 1020 cm土层 大于 510 cm土层外 ，其 余 各样地速效磷均随土层 深度的增加 而降低 。速效磷在 农地和杨树地 510、 1020 cm 以及 1020、 2040 cm 之间 ， 在 侧柏、仁用杏、油松、荒地和刺槐地 510、 1020 和 2040 cm 之间 ， 在苜蓿、果 园 和柠条地 1020 和 2040 cm 之间 差异不显著。 土壤酶活性和养分在土壤剖面上的分布表明 ，土层深度对土壤酶活性和土壤养分有影响。除农地外，其 余 各土地 利用类型下表层土壤酶活性和养分均大于 下部土层 ，这和 zhang yongmei等 8研究认为土壤转化酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、过氧化物酶活性和土壤有机质、全氮、水解氮、速效磷在 020 cm处高于 2040 cm处相一致。土壤酶活性及其养分的分布模式表明，土壤有机质的分解速率及养分循环依赖于土层深度 ，这 主要是由于枯枝落叶或植物残体在地表聚集的原因。 另外 ，由于农地翻耕、播种、施肥等因素，层次之间的土壤各属性差异小。 2.3 土壤酶活性和土壤养分之间的相关性 分析 转化酶、碱性磷酸酶、 脲 酶 、 过氧化氢酶活性以及 有机质、 全氮、碱解氮之间的相关性 （见表 4）均达到极 显 著水平 。 速效磷与过氧化氢酶、 有机质 、全氮 的相关性不显著 ， 与碱性磷酸酶活性呈极显著正相关，与转化酶和 脲 酶活性呈显著性正相关 。 碱性磷酸酶活性与有机质和全氮成极显著正相关，这是由于有机质会吸附大量的有机磷，进而增加碱性磷酸酶活性，这与前人的研究结论 20相一致 。 除过氧化氢酶与速效磷不相关外，其余 三种酶活性与土壤有机质、全氮、速效磷和碱解氮显著相关，这表明土壤酶对土壤肥力的形成非常重要 ， 不仅提供了植物所需要的养分，并可积累有机物质 8。董莉丽等：黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤酶活性和养分特征 2055 有机质和全氮含量相关系 数为 0.987， Liu Cunqi 等20也发现有机质和全氮存在正相关性。 王国梁等 21研究认为土壤全氮含量与土壤有机质的含量有很好的相关性 , 并可以用线性关系式表示，这充分证明了 土壤全氮来源于有机质。另外，有机质与四种酶活性以及碱解氮也呈极显著正相关，可以认为有机质是土壤养分和酶活性的源和库。 2.4 土壤 恢复指数 0 . 0 00 . 2 00 . 4 00 . 6 00 . 8 01 . 0 01 . 2 01 . 4 01 . 6 01 . 8 02 . 0 0农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 刺槐地a土壤有机质（%）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农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地 柠条 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农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 刺槐地c土壤碱解氮含量/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农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 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 图 2 土壤养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: 有机质 ； b: 全氮 ； c: 碱解氮 ； d: 速效磷） （ a: organic matter； b: total nitrogen； c: alkali-hydrolyzed nitrogen； d: available phosphorus） 2056 生态环境 第 17 卷第 5 期（ 2008 年 9 月） 许多学者 14,19-22以林地为对照， 分别 计算了 其它土地利用类型下的 土壤退化指数。 本文引用土壤恢复指数， 即以农地为对照，计算土壤各属性在其它土地利用类型与农地之间的差异，最后将各 属性的差异求和平均 ， 以 定量描述由于各种植被恢复措施 对 土壤 的改良作用 。 本文 选取 转化酶、碱性磷酸酶、 脲酶、过氧化氢酶、有机质、全氮、 碱解氮、速效磷 计算 土壤恢复指数 （ 见图 3） 。从 图 3可知：与农地相比， 所有样地 表层 土壤恢复最为明显，其中 杨树、刺槐和侧柏地恢复指数分别达到 1.921、1.700和 1.653； 仁用杏、油松、荒地、柠条、苜蓿、果 园 恢复指数分别为： 1.385、 1.241、 1.115、 0.963、0.651、 0.554。 510 cm各样地恢复指数明显降低 ，但各土地利用类型下 土壤 恢复指数为正 值 。 果 园 、苜蓿、柠 条和刺槐地在 1020 cm和 2040 cm，以及侧 柏和杨树地在 2040 cm恢复指数为负值。 这主要是由于植物根系对下层土壤中养分吸收利用后又以有机物的形式累积在土壤表面，而当地气候干旱，养分不易向下淋溶，且样地没有人为翻动过程。 不同土地利用类型通过植被及其枯枝落叶以及根系统和根际分泌物对土壤酶活性及养分产生影响。五种林地对土壤表层的改良作用较永久性荒地 、柠条和苜蓿地明显。其中，杨树、油松与刺槐为同龄树种 ,对土壤改良作用的顺序为杨树 刺槐 油松，郑顺安等 23也得出刺槐对土壤改良的效果大于同龄油松 的结论 。但油松对 1020 cm和 2040 cm土壤的改良作用优于杨树和刺槐，这可能是由于三个树种所输入的植物残体及其根系的差异造成。 3 结论 本文 探讨 了农地、侧柏地、果园、仁用杏地、苜蓿地、油松地、杨树地、荒地、柠条地和刺槐地十种土地利用类型以及各土地利用类型下土壤剖面四个层次的土壤转化酶、碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性及有机质、全氮、碱解氮和速效磷 分布 特征， 得出如下结论： （ 1） 十种土地利用类型表层土壤中，农地土壤速效磷 含量 较 高 （仅次于果树和柠条地） ， 而转化酶、碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性和有机质、全氮、碱解氮 含量 却最低 。 杨树、侧柏、刺槐、仁用杏和油松五种林地的土壤酶活性和有机质、全氮和碱解氮含量普遍较高 ，说明植被恢复使水土流失得到一定的控制 。另外，除农地外， 其它九种土地利用类型 土壤 表层 转化酶 、碱性磷酸酶、 脲酶（除果 园 ）、 过氧化氢酶、有机质、全氮、碱解氮 和速效磷 含量均显著大于底层 ，说明 植被恢复过程中，对 土壤酶活性和养分具有一定的表聚性。 （ 2） 四种 酶活性与土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷之间， 除过氧化氢酶与速效磷不相关外， 其它各养分和酶活性之间均达 显著相关 。 表明土壤酶对土壤肥力的形成非常重要，并可认为有机质是土壤养分和酶活性的源和库 。 （ 3） 与农地相比 ， 植被恢复 对 05 cm土壤培肥作用 明显 ，而 同龄树种中，杨树对土壤的恢复效果大于刺槐和油松。 植被恢复 对 510 cm土壤培肥作用明显降低 ,而果园、苜蓿、柠条和刺槐地在 1020 cm和 2040 cm，以及侧柏和杨树地在 2040 cm恢复指数为负值。 致谢： 感谢 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原 土壤侵蚀和 旱 地 农业 国家 重点实验室陈小利老师，吴 瑞雯 老师在室内分析中 给予的帮助 。 感谢西北农林科技大学校外管理中心米脂试验站王延平 老师 在样地选取中给予的帮助 。 表 4 土壤酶活性和养分之间的相关系数 Table 4 Correlation coefficients among soil enzyme activities and soil nutrient 项目 转化酶 碱性磷酸酶 脲酶 过氧化氢酶 有机质 全氮 碱解氮 速效磷 转化酶 1.000 碱性磷酸酶 0.910* 1.000 脲酶 0.781* 0.842* 1.000 过氧化氢酶 0.445* 0.616* 0.555* 1.000 有机质 0.894* 0.919* 0.893* 0.643* 1.000 全氮 0.895* 0.920* 0.885* 0.653* 0.987* 1.000 碱解氮 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 水平上显著相关； *： 0.05 水平上显著相关 - 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农地侧柏地 果树地仁用杏地苜蓿地 油松地 杨树地荒地柠条地 刺槐地样地类型恢复指数0 - 5 c m 5 - 1 0 c m1 0 - 2 0 c m 2 0 - 4 0 c m 图 3 不同土地利用类型下的土壤恢复指数 Fig. 3 soil restoration index under various landuse types 董莉丽等：黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤酶活性和养分特征 2057 参考文献 ： 1 朱祖祥 . 土壤学 M. 北京 : 农业出版社 , 1983: 276-279. 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