李鳳霞，王學(xué)琴，郭永忠，許 興

（1．寧夏農(nóng)林科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川750002；2．寧夏大學(xué)，銀川750021；3．寧夏科技發(fā)展戰(zhàn)略與信息研究所，銀川750001；4．寧夏農(nóng)林科學(xué)院 荒漠所，銀川750002）

隨著我國人口的不斷增長，耕地資源日益緊缺，鹽漬土地的開墾利用受到高度重視。調(diào)查資料表明，寧夏銀北鹽漬化面積中重度、中度和輕度鹽漬化面積分別占11．1%，12．2%和25．2%，鹽漬化面積占總面積的50%以上［1］。土壤酶在土壤碳、氮、磷、硫等元素的循環(huán)中起著重要的生物學(xué)催化劑的作用，其活性的強弱直接與土壤肥力密切相關(guān)。土壤酶能夠反映出土壤質(zhì)量在時間序列或各種不同條件下的變化，其測定值能合理地估測某一時刻土壤質(zhì)量的狀況［2］。人們常把土壤微生物多樣性、土壤酶活性作為評價土壤肥力的重要指標(biāo)，但在評價土壤的肥力水平時，不能只著眼于單一酶活性的變化，應(yīng)考慮土壤酶的總體［3－4］。對松嫩平原和天津鹽堿地土壤酶活性有研究報道［5－6］，近年來寧夏引黃灌區(qū)在鹽堿地改良方面已開展了大量的研究工作，但關(guān)于不同程度鹽化土壤酶活性及土壤多樣性特征研究很少［7］。

本文旨在探討不同鹽化程度土壤微生態(tài)變化機理，為寧夏引黃灌區(qū)鹽化土壤監(jiān)測、調(diào)控和改良利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

試驗于2010年在寧夏石嘴山市惠農(nóng)區(qū)禮和鄉(xiāng)進行，試驗區(qū)域位于寧夏回族自治區(qū)最北端，東經(jīng)105°71′13″，北緯39°09′16″，屬于中溫帶半干旱、干旱區(qū)，年平均氣溫8．4～9．9℃，降水少，蒸發(fā)量大，年平均降水量167．5～188．8mm，年蒸發(fā)量1 708．7～2 512．6mm，晝夜溫差大［8－9］。地下水位高，土壤鹽分含量高、土壤瘠薄，是寧夏鹽漬化分布面積最大的區(qū)域。全年平均相對濕度為56%，無霜期192d［10］。環(huán)境因素以及人類活動的強烈影響，造成了生態(tài)環(huán)境惡化。土壤鹽漬化是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)最大的一項限制因子。

1．2 研究方法

1．2．1 樣區(qū)選擇及取樣 根據(jù)寧夏銀北鹽堿地區(qū)劃分布圖和鹽漬土分級標(biāo)準(zhǔn)［11］，采用GPS進行野外調(diào)查定點取樣并進行室內(nèi)測試分析，在惠農(nóng)區(qū)禮和鄉(xiāng)鹽漬化土壤區(qū)域按土壤全鹽含量選擇① 輕度鹽漬化土壤（2．0～5．0g／kg）、② 中度鹽漬化土壤（5．0～7．0 g／kg）、③ 強度鹽漬化土壤（7．0～10g／kg）共3個不同鹽化程度土壤設(shè)立采樣點進行取樣。對每種程度鹽漬化土壤樣點設(shè)立5個重復(fù)，取樣層次分為土壤剖面0—20cm和20—40cm兩個深度進行分析測定。土壤酶活性分別在2010年6月、8月和9月取樣，土壤微生物多樣性僅在8月取樣，將所取得的5個重復(fù)的土樣去除根系和石塊，充分混勻后分為兩份，一份裝入無菌自封袋帶回放入4℃冰箱保存用于測定土壤微生物多樣性，一份帶回實驗室風(fēng)干后磨碎過1 mm篩用于測定土壤酶活性及土壤理化性質(zhì)。

1．2．2 測定項目及方法 土壤微生物多樣性測定采用有31種碳源的Biolog ECO－plate方法，每個生態(tài)板上微生物群落活性用平均顏色變化率（Average Well Color Development，AWCD）表達［12］。土壤脲酶活性采用苯酚鈉比色法測定（1h后每百克土的NH3—N毫克數(shù)表示），反應(yīng)底物為尿素；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定（以單位土重的0．1 mol／L高錳酸鉀對照與測定差值毫升數(shù)表示）；轉(zhuǎn)化酶采用滴定法（以1h后單位土重的0．1mol／L硫代硫酸鈉與對照測定差值毫升數(shù)表示）；土壤堿性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉法（以1h后每克干土釋放的酚的毫克數(shù)表示）。有研究表明，這4個酶活性與土壤質(zhì)量關(guān)系較密切［13］，其測定方法均見文獻［14］。土壤其它化學(xué)性質(zhì)測定采用常規(guī)分析法［15］。

1．2．3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 實驗數(shù)據(jù)采用Excel和DPS V 9．5軟件進行統(tǒng)計和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同鹽化程度土壤微生物群落多樣性指數(shù)分析

隨著現(xiàn)代微生物生態(tài)研究方法的出現(xiàn)，越來越多的學(xué)者應(yīng)用單一碳源微生物群落（Biolog）技術(shù)來研究不同農(nóng)業(yè)措施對土壤微生物群落多樣性的影響［16］。土壤微生物在Biolog Eco微平板反應(yīng)中，其新陳代謝過程中產(chǎn)生的脫氫酶能降解四氮疊茂，使四氮疊茂變成紫色，根據(jù)每孔顏色變化程度可以反映土壤微生物對31種不同單一碳源的代謝能力高低。

于培養(yǎng)第7天測定不同鹽化土壤微生物對不同碳源利用的反應(yīng)孔數(shù)、微生物群落多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)（表1）。由表1可知，0—20cm強度鹽化土壤的反應(yīng)孔數(shù)、Simpson（J）指數(shù)、Shannon（H）多樣性指數(shù)、Brillouin指數(shù)、McIntosh指數(shù)和均勻度指數(shù)都較中度和輕度鹽化土壤低，分別為25，0．972，4．177，3．243，0．922，0．882；其中均勻度指數(shù)表現(xiàn)為輕度＞中度＞強度，McIntosh指數(shù)和Shannon（H）多樣性指數(shù)表現(xiàn)為中度＞輕度＞強度，但Simpson（J）指數(shù)McIntosh指數(shù)和Shannon（H）多樣性指數(shù)在輕度鹽化土壤和中度鹽化土壤之間差異不顯著。20—40cm各程度鹽化土壤之間反應(yīng)孔數(shù)、多樣性指數(shù)及均勻度指標(biāo)都達到顯著差異水平（P＜0．01）。其中反映孔數(shù)、Shannon（H）多樣性指數(shù)、Brillouin指數(shù)均表現(xiàn)為輕度＞中度＞強度，Simpson（J）指數(shù)和 McIntosh指數(shù)表現(xiàn)為中度鹽化土壤最低。說明隨著鹽化程度的增加，土壤微生物多樣性指數(shù)降低，微生物活性也逐漸降低。

表1 不同程度鹽化土壤微生物平均顏色變化率（AWCD）多樣性指數(shù)

2．2 不同鹽化程度土壤酶活性研究

土壤酶參與土壤的許多重要生物化學(xué)過程和物質(zhì)循環(huán)，可以客觀地反映土壤肥力狀況。土壤微生物與土壤酶密切相關(guān)，土壤酶活性常被作為微生物活性的指示物［17－18］。

2．2．1 過氧化氫酶 過氧化氫酶能夠促進過氧化氫對各種化合物的氧化，其活性與土壤微生物活動相關(guān)，在一定程度上反映了土壤微生物學(xué)過程的強度。研究結(jié)果表明（表2），隨著鹽化程度的增加0—20cm和20—40cm土壤過氧化氫酶活性基本呈現(xiàn)降低的趨勢。在季節(jié)變化方面各個土層間差異顯著，0—20cm鹽化土壤表現(xiàn)為8月＞6月＞9月。20—40 cm鹽化土壤體現(xiàn)為6月＞8月＞9月。不同程度鹽化土壤之間過氧化氫酶活性的差異性顯著（p＜0．05），鹽化土壤過氧化氫酶活性在不同土層深度間差異不顯著。

表2 銀川平原不同程度鹽化土壤酶活性分析結(jié)果

2．2．2 轉(zhuǎn)化酶 土壤的轉(zhuǎn)化酶活性與土壤中的腐殖質(zhì)、水溶性有機質(zhì)黏粒含量及微生物的數(shù)量及其活動成正相關(guān)。常用土壤的轉(zhuǎn)化酶來表征土壤的熟化程度和肥力水平。研究結(jié)果表明（表2），不同程度鹽化土壤隨著鹽化程度的加劇土壤轉(zhuǎn)化酶呈現(xiàn)明顯降低的趨勢。同時，土壤轉(zhuǎn)化酶活性隨著取樣時間的推移而逐漸增加，即9月＞8月＞6月。其中，6月和8月的轉(zhuǎn)化酶之間差異不大，而9月的轉(zhuǎn)化酶顯著高于兩者。0—20cm不同程度鹽化土壤之間差異達到顯著水平（p＜0．05），但20—40cm輕度和中度鹽化土壤之間的差異未達到顯著水平。

2．2．3 堿性磷酸酶 磷酸酶活性能夠促進有機磷化合物的水解，土壤微生物對于土壤含磷有機物質(zhì)的礦化起著主導(dǎo)作用。不同程度鹽漬化土壤堿性磷酸酶活性見表2。由表2可見，隨著土壤鹽化程度的加劇，土壤堿性磷酸酶活性表現(xiàn)顯著降低的趨勢。除中度和強度鹽化土壤堿性磷酸酶活性在9月的差異沒有達到顯著水平外，其余0—20cm和20—40cm鹽化土壤的堿性磷酸酶活性在不同鹽化程度土壤之間的差異顯著（p＜0．01），0—20cm 輕度、中度和強度鹽化土壤其堿性磷酸酶活性季節(jié)變化表現(xiàn)為9月＞8月＞6月。20—40cm不同鹽化土壤隨著取樣時間的推移，堿性磷酸酶活性表現(xiàn)逐漸降低的趨勢，即6月＞8月＞9月。

2．2．4 脲酶 土壤脲酶是一種酰胺酶，能夠促進有機質(zhì)分子中酞鍵的水解。0—20cm和20—40cm不同程度鹽漬化土壤脲酶活性見表2。表2說明，不同鹽化程度土壤脲酶活性隨著鹽化程度的加重表現(xiàn)出顯著降低的趨勢，0—20cm土壤脲酶活性降低的幅度高于20—40cm。在季節(jié)變化上，0—20cm和20—40cm鹽化土壤脲酶季節(jié)變化波動很大，沒有明顯的規(guī)律，20—40cm土層深度輕度和中度鹽漬化土壤脲酶活性為6月＞8月＞9月，而強度鹽化土壤脲酶活性為9月＞6月＞8月。

2．3 土壤不同鹽化程度與土壤酶活性之間的關(guān)系

對土壤不同鹽化程度與土壤酶活性之間的相關(guān)關(guān)系進行分析（表3），結(jié)果表明，土壤不同鹽化程度與土壤不同酶活性之間的關(guān)系不同。不同鹽化程度與土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶活性達之間達到顯著正相關(guān)關(guān)系，與過氧化氫酶活性之間成正相關(guān)關(guān)系，但是沒有達到顯著水平，與土壤脲酶活性之間關(guān)系不明顯。而土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶活性之間互成顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤微生物多樣性指數(shù)與土壤土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性之間達到極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤不同鹽化程度、土壤脲酶活性之間達到顯著正相關(guān)關(guān)系。

表3 銀川平原不同程度鹽化土壤與土壤酶活性關(guān)系

3 結(jié) 論

本研究表明，隨著鹽化程度的降低，土壤微生物群落多樣性指數(shù)降低，強度鹽化土壤的反應(yīng)孔數(shù)、各多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都較中度和輕度鹽化土壤低，但是Simpson（J）指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Shannon（H）多樣性指數(shù)在輕度和中度鹽化土壤之間差異不顯著。另外，土壤過氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶和脲酶活性均隨著鹽化程度的增加基本呈現(xiàn)降低的趨勢。過氧化氫酶活性季節(jié)變化在不同土層深度不一致，0—20cm表現(xiàn)為8月＞6月＞9月，20—40cm表現(xiàn)為6月＞8月＞9月。土壤轉(zhuǎn)化酶活性隨著取樣時間的推移而逐漸增加，即9月＞8月＞6月，不同鹽化程度土壤轉(zhuǎn)化酶活性在0—20cm土層內(nèi)的差異達到顯著水平（p＜0．05）。除中度和強度鹽化土壤堿性磷酸酶活性在9月差異沒有達到顯著水平外，其余土壤的堿性磷酸酶活性在不同鹽化程度土壤之間的差異性顯著（p＜0．01），不同鹽化程度土壤堿性磷酸酶活性季節(jié)變化在0—20cm土層表現(xiàn)為9月＞8月＞6月，在20—40cm土層表現(xiàn)為6月＞8月＞9月。且0—20cm土壤脲酶活性隨著鹽化程度降低的斜率顯著高于20—40cm土壤，0—20cm和20—40cm鹽化土壤季節(jié)變化波動很大且沒有明顯的規(guī)律。土壤不同鹽化程度與土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶活性達之間達到顯著正相關(guān)關(guān)系，而土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶活性之間互成顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤微生物多樣性指數(shù)與土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性之間達到極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤不同鹽化程度、土壤脲酶活性之間達到顯著正相關(guān)關(guān)系。說明土壤酶活性，尤其是土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶及微生物多樣性指數(shù)可以作為鹽堿地退化程度評價的生物指標(biāo)。

4 討 論

土壤微生物積極參與陸地生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)及能量轉(zhuǎn)化，與土壤理化性質(zhì)和環(huán)境條件密切相關(guān)，成為表征土壤肥力的重要指標(biāo)之一［18］。土壤中微生物多樣性及酶活性的變化可以從一個方面反映出土壤性狀的改變，因為鹽分影響了土壤的理化性狀以及生長在其間的植物根系、枝葉，反過來對土壤產(chǎn)生一定的影響，包括土壤酶、微生物、腐殖質(zhì)含量、肥力狀況等。土壤是各種植物、土壤動物和微生物生長繁衍的基地，土壤生態(tài)條件直接影響到植物、土壤動物和微生物等的生物多樣性。同時，土壤的形成和演替直接受到植物、土壤動物和微生物的控制，直接或間接地影響到土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)特征［19］。研究表明，土壤轉(zhuǎn)化酶和過氧化氫酶活性在低鹽脅迫強度時略高于對照組，但隨鹽脅迫強度的加重，轉(zhuǎn)化酶和過氧化氫酶活性相應(yīng)降低，鹽含量越高，酶活性越低；土壤鹽脅迫強度與土壤脲酶、蛋白酶、轉(zhuǎn)化酶和過氧化氫酶活性均呈高度線性負(fù)相關(guān)［20］。土壤酶活性不僅與土壤鹽脅迫有關(guān)，還與土壤根系分泌物有關(guān)。另外，有研究表明，土壤酶活性與其它因素如土壤質(zhì)量、地形（坡位）等密切相關(guān)［21－22］。低濃度根系分泌物使土壤酶活性增強，對鹽脅迫有緩解作用［23］；高濃度根系分泌物抑制土壤酶活性，抑制植物幼苗生長，加重了鹽分脅迫。相同處理條件下耐鹽品種土壤酶活性較鹽敏感品種受抑制度輕，受鹽害程度低，耐鹽品種可通過改善土壤微環(huán)境來加強其自身的耐鹽性。土壤微生物與土壤酶活性對鹽脅迫反應(yīng)極為敏感，并與棉花產(chǎn)量密切相關(guān)，是鹽脅迫下棉花顯著減產(chǎn)的一個重要原因，可作為土壤鹽脅迫過程中的重要指標(biāo)［5］。土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶活性之間關(guān)系顯著，土壤微生物多樣性指數(shù)與土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性之間達到極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤不同鹽化程度、土壤脲酶活性之間達到顯著正相關(guān)關(guān)系。說明鹽堿地土壤轉(zhuǎn)化酶、堿性磷酸酶與鹽漬化程度密切相關(guān)，鹽漬化程度的強弱直接抑制著土壤有機磷化合物的水解或土壤微生物對于土壤含磷有機物質(zhì)的礦化作用和土壤有機碳、累積、分解和轉(zhuǎn)化過程。而且4種酶之間互相影響，互相制約，共同推動土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程。土壤酶活性越高，微生物作用越活躍，土壤微生物多樣性指數(shù)就越高，加速土壤有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

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