周 瑤，馬紅彬,2，賈希洋，張 蕊，宿婷婷，周靜靜

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不同生態(tài)恢復(fù)措施下寧夏黃土丘陵典型草原土壤質(zhì)量評價(jià)

周 瑤1，馬紅彬1,2※，賈希洋1，張 蕊1，宿婷婷1，周靜靜1

（1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；2. 寧夏大學(xué)西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，銀川 750021）

為了研究生態(tài)恢復(fù)措施對草原土壤性狀和土壤質(zhì)量的影響，2016年在寧夏黃土高原丘陵區(qū)典型草原，以放牧草地（FM）為對照，研究了封育（FY）、水平溝（SP）和魚鱗坑（YL）3種恢復(fù)措施對0～40 cm土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)特性的影響，評價(jià)了各措施下的土壤質(zhì)量。結(jié)果表明：1）FM土壤容重最高，土壤黏粒含量、田間持水量和總孔隙度較低；FY、SP和YL措施間土壤物理性質(zhì)差異不顯著（0.05）。2）土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮以FY最高，SP和YL較低；全磷與速效鉀含量以FM最高，SP最低。3）土壤蔗糖酶和脲酶活性呈FY>SP>YL>FM；蛋白酶和磷酸酶呈FY草地最高，YL最低；細(xì)菌、放線菌和真菌在各處理間變化各異，微生物總量呈FY>FM≈SP>YL，但微生物生物量碳、氮呈FY>YL≈SP>FM（0.05）；土壤因子間存在一定的相關(guān)性。4）隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析法評價(jià)的土壤質(zhì)量綜合得分為FY>SP>FM>YL。因此封育是最有利于研究區(qū)退化草地土壤質(zhì)量恢復(fù)的措施，研究結(jié)果可以為寧夏典型草原生態(tài)建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。

土壤；恢復(fù)；封育；典型草原；魚鱗坑；水平溝；土壤性狀；土壤質(zhì)量

0 引 言

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵組成，其質(zhì)量狀況是全球生物圈可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一[1-2]。土壤質(zhì)量是土壤物理、化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)特性的綜合反映，是揭示土壤條件動態(tài)的敏感指標(biāo)[3-4]，可因土地利用、生態(tài)恢復(fù)措施方式不同而異[5-6]。研究表明放牧草地實(shí)施禁牧封育后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效磷含量顯著提高[7-8]；露天礦排土場通過工程復(fù)墾、人工種植林地和天然草地恢復(fù)措施后，土壤酶活性和土壤微生物量顯著提高[9]；黃土丘陵區(qū)在撂荒地、人工草地、天然草地和灌木林地4種不同恢復(fù)措施下，微生物生物量有明顯差異[10]。土壤質(zhì)量對維持生物性能、促進(jìn)植物健康具有決定性作用，因此生態(tài)恢復(fù)方式對土壤質(zhì)量的影響引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注[11]。甘肅瑪曲退化草地圍封后，土壤質(zhì)量明顯提高[12]。沙化土壤在翻埋楊樹粉碎枝條、覆蓋楊樹粉碎枝條、翻埋楊樹粉碎枝條+覆蓋未粉碎柳樹枝條等生態(tài)恢復(fù)方式下土壤理化性狀和生物學(xué)特性得到改善，土壤質(zhì)量綜合指數(shù)以翻埋+覆蓋枝條最高[13]。土地利用方式改變了青海高寒草甸土壤質(zhì)量，評價(jià)結(jié)果表明0～10 cm土壤以矮嵩草草甸得分最高[14]。此外，一些土壤質(zhì)量評價(jià)研究還發(fā)現(xiàn)環(huán)渤海地區(qū)土壤質(zhì)量在空間上具有明顯的地帶性[15]，濕地土壤質(zhì)量在不同紅樹植被作用下存在一定差異[16]。由于土壤性狀涉及眾多因子，土壤質(zhì)量評價(jià)時(shí)一般篩選適宜的指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果可更直觀地反映土壤質(zhì)量總體狀況[15]。但是，迄今為止還沒有形成一個較為統(tǒng)一的土壤質(zhì)量評價(jià)方法，不同評價(jià)中用到的評價(jià)指標(biāo)有所不同[5,17]，一般認(rèn)為土壤有機(jī)碳是必不可少的指標(biāo)[18]。

寧夏典型草原地處干旱半干旱黃土丘陵區(qū)，干旱少雨且易發(fā)生水土流失。因此該區(qū)草原生態(tài)恢復(fù)過程中采用了禁牧封育、開挖水平溝與魚鱗坑工程措施，以期能攔蓄坡地徑流，促進(jìn)植被快速恢復(fù)。目前寧夏典型草原已全面實(shí)施了禁牧封育，而水平溝和魚鱗坑工程恢復(fù)措施的干擾面積在一些地區(qū)已占到草原面積的20%以上。針對寧夏典型草原采取的生態(tài)恢復(fù)措施，一些研究表明封育可顯著增加土壤碳氮及土壤養(yǎng)分含量[19-20]，水平溝措施雖增加了土壤養(yǎng)分[20]，但對土壤微生物特性的改善不顯著[21]。也有研究發(fā)現(xiàn)封育、水平溝和魚鱗坑措施對土壤理化性狀影響并不一致，水平溝整地對土壤的改良效果較好，魚鱗坑較差[22]。土壤質(zhì)量評價(jià)對土地利用和土地管理具有重要意義[23]，目前有關(guān)水平溝和魚鱗坑工程措施下典型草原土壤性狀方面的研究還需進(jìn)一步深入，在土壤質(zhì)量評價(jià)方面更為薄弱。因此，論文在寧夏黃土丘陵區(qū)典型草原，以放牧為對照，在比較封育、水平溝和魚鱗坑措施對土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性狀影響的基礎(chǔ)上，采用隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析法評價(jià)不同恢復(fù)措施下的土壤質(zhì)量，以期為寧夏典型草原生態(tài)建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于寧夏黃土丘陵區(qū)云霧山草原國家自然保護(hù)區(qū)，地處寧夏固原市北部45 km處，介于36°13′～36°19′N，106°24′～106°28′E，海拔在1 800～2 100 m之間，為典型的黃土低山丘陵區(qū)。氣候?qū)儆诘湫椭袦貛Т箨懶詺夂?，年均氣? ℃，≥0 ℃的積溫2 882 ℃，年無霜期137 d，年降水量445 mm。地帶性土壤為山地灰褐土，呈淺褐色或棕褐色，有機(jī)質(zhì)含量一般為2.3%～3.5%，最高達(dá)5.4%，pH為7.9～8.4。生態(tài)恢復(fù)措施實(shí)施前土壤主要性質(zhì)見表1。地帶性植被為典型草原。主要分布有本氏針茅（）、大針茅（）、百里香（）、賴草（）鐵桿蒿冷蒿（）、白草（）、阿爾泰狗哇花（）、西山委陵菜（）和星毛委陵菜（）等植物。多年的生態(tài)建設(shè)使該區(qū)天然草原中分布不同封育年限的草地、大量的水平溝和魚鱗坑。其中水平溝是在天然草地上沿著等高線人工整地后隔帶設(shè)置，溝寬1 m，上埂高0.6 m，下埂高0.2 m，溝間距4 m；魚鱗坑是在天然草地上呈“品”字形設(shè)置，坑距3 m，下埂弧長1.5 m以上，埂高0.5 m。當(dāng)?shù)厮綔虾汪~鱗坑整地時(shí)一般將表土回填，回填深度約0.4 m。雖然整地當(dāng)年在水平溝中種植了沙打旺（），魚鱗坑種植了山桃（）或山杏（，但經(jīng)自然演替，整地3a后的溝（坑）中植被已變?yōu)樽匀恢脖弧?/p>

表1 試驗(yàn)區(qū)生態(tài)恢復(fù)措施前土壤主要性質(zhì)

1.2 樣地設(shè)置

在試驗(yàn)區(qū)坡度、坡向、坡位等盡量一致的地段，選擇長期放牧草地（未封育草地，對照），2001年開始禁牧封育草地、2001整地設(shè)置的魚鱗坑和水平溝為研究對象。其中放牧草地放牧家畜為綿羊，放牧?xí)r間為全年放牧，放牧強(qiáng)度1.15只/hm2。在每個處理中設(shè)置200 m×200 m樣地，3次重復(fù)。試驗(yàn)樣地概況及植被特征見表2。

表2 供試樣地概況及植被特征

注：表中同列不同小寫字母表示處理差異性顯著（0.05），下同。

Note: Different lowercase in the same column mean significant difference at 0.05 level, the same as below.

1.3 野外調(diào)查與取樣

1.3.1 地上植被測定

在2016年7月地上生物量高峰期，記錄各樣地植物物種組成；測定各物種高度，30次重復(fù)；在每個樣地等距置3個1 m×1 m的樣方，測定各個物種蓋度、密度，然后齊地分別剪取各物種，帶回實(shí)驗(yàn)室65 ℃烘干至恒定質(zhì)量，稱取生物量。

1.3.2 土壤樣品采集

在測定地上生物量的同時(shí)，在每個樣地按“S”形五點(diǎn)采樣法采取0～40 cm土壤樣品，其中水平溝和魚鱗坑均在溝中取樣，每個樣地3次重復(fù)。將采取土樣裝在塑封袋中放入4 ℃的保溫箱帶回實(shí)驗(yàn)室，迅速去除植物凋落物和根系，過2 mm篩后將土樣分為2份，一份保存在4 ℃下用于土壤生物學(xué)特性的測定；另一份常溫存放用于土壤養(yǎng)分測定。同時(shí)，用鐵鍬挖出50 cm×50 cm×60 cm的土壤剖面，用環(huán)刀按0～10，10～20，20～30和30～40 cm土層取樣，用于土壤容重、孔隙度和田間持水量的測定，3次重復(fù)。

1.3.3 測定項(xiàng)目及方法

1）土壤理化性質(zhì)的測定[24]：土壤容重、孔隙度和田間持水量用環(huán)刀法測定；黏粒含量采用比重計(jì)法測定；有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法測定；全氮含量用全自動凱氏定氮法測定；速效鉀和全磷用近紅外光譜法測定；堿解氮含量用堿解擴(kuò)散吸收法測定，3次重復(fù)

2）土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量及微生物生物量碳、氮的測定[25]：采用平板涂布法用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基測定土壤細(xì)菌（稀釋梯度為10-2、10-3、10-4）、用高氏1號培養(yǎng)基測定放線菌（稀釋梯度為10-3、10-4、10-5）和用孟加拉紅培養(yǎng)基測定真菌（稀釋梯度為100、10-1、10-2）數(shù)量；將土樣采用氯仿熏蒸-浸提法處理后，采用重鉻酸鉀容量法測定土壤微生物生物量碳，采用全自動凱氏定氮法測定土壤微生物生物量氮，3次重復(fù)。

3）土壤酶活性的測定[26]

采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，采用福林酚法測定蛋白酶活性，采用磷酸苯二鈉比色法測定磷酸酶活性，采用靛酚比色法測定土壤脲酶活性，3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用DPS7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）檢驗(yàn)土壤各指標(biāo)的差異，選擇最小顯著性檢驗(yàn)方法（LSD）進(jìn)行顯著性多重比較。

為更直觀表明不同恢復(fù)措施對土壤性質(zhì)的綜合影響，本文采用隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析法將各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算得到一個無量綱的綜合指數(shù)—土壤質(zhì)量評分（SQAV）[16-17]，用于比較不同恢復(fù)措施對土壤質(zhì)量的影響。首先參考李志剛等[13]方法將土壤各指標(biāo)利用隸屬函數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到各指標(biāo)的隸屬度

式中為處理的指標(biāo)，即各處理下土壤性狀指標(biāo)；max和min指所有處理中指標(biāo)的最大值和最小值；(X)為處理的指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；如果某個指標(biāo)與土壤功能呈正相關(guān)則采用公式（1）；反之采用公式（2）。然后參考貢璐等[17]方法把標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析得到特征值、方差貢獻(xiàn)值、累計(jì)貢獻(xiàn)值和各因子得分，然后通過公式（3）計(jì)算不同恢復(fù)措施下土壤質(zhì)量評分（SQAV）

式中SQAV為土壤質(zhì)量評價(jià)分值；a為第個因子的方差貢獻(xiàn)值；z為第個因子的得分。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同措施下土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的差異

土壤物理性質(zhì)受恢復(fù)方式影響變化見表3。各處理下放牧土壤容重最高，土壤黏粒含量、田間持水量和總孔隙度顯著低于其他處理（0.05），封育、水平溝和魚鱗坑各處理間上述物理性質(zhì)差異不顯著（0.05）；土壤毛管孔隙度在各處理下差異不顯著（0.05）。

土壤化學(xué)性質(zhì)受恢復(fù)方式影響明顯（表3）。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量表現(xiàn)為封育最高，放牧次之，水平溝最低；全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)放牧和封育較高，分別為0.67、0.65 g/kg，水平溝最低，為0.57 g/kg。速效鉀含量呈現(xiàn)放牧最高，封育次之，魚鱗坑含量最低；土壤速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)以封育最高，為161.75 mg/kg，水平溝最低，為77.17 mg/kg。

表3 不同恢復(fù)措施下土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的差異

2.2 不同土地利用方式下土壤生物學(xué)特性

從圖1可知，不同恢復(fù)措施下土壤酶活性存在顯著差異（0.05）。土壤蔗糖酶活性以封育最高，達(dá)到373.20 mg/kg，水平溝次之，放牧最低，僅為135.75 mg/kg；蛋白酶活性封育最高，水平溝次之，魚鱗坑最低，僅為204.38g/g；磷酸酶活性呈FY>SP≈FM>YL；脲酶活性與蔗糖酶活性有相同的趨勢。

從圖2來看，各處理下土壤3大菌類以放線菌占主要地位，微生物總量呈FY>FM≈SP>YL。不同恢復(fù)措施下，封育和水平溝土壤細(xì)菌數(shù)量較高，放牧最低，為16.58×102cfu/g；放線菌數(shù)量以封育最高，放牧次之，魚鱗坑處理最低；真菌數(shù)量以封育和水平溝較高，魚鱗坑顯著低于其他處理（0.05）；微生物生物量碳和生物量氮含量均呈現(xiàn)為FY>YL≈SP>FM（0.05）。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05），下同。

圖2 不同恢復(fù)措施下土壤微生物量及微生物生物量碳氮的差異

2.3 土壤性狀間相關(guān)性分析

土壤各因子間密切相關(guān)（表4）。整體上，土壤容重與其他指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，與黏粒含量、田間持水量、總孔隙度、蔗糖酶活性、脲酶活性、微生物生物量碳和微生物生物量氮呈極顯著性負(fù)相關(guān)（0.01）。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮之間呈極顯著性正相關(guān)（0.01）。土壤酶活性與土壤微生物數(shù)量之間整體上呈顯著相關(guān)（0.05）。土壤毛管孔隙度除微生物生物量氮外，與其他指標(biāo)均不相關(guān)（0.05）。速效鉀與其他指標(biāo)均不相關(guān)（0.05）。

表4 土壤性狀間相關(guān)性分析

注：*<0.05，**<0.01. BD: bulk density; Fc: feild capacity; Cp: capillary porosity; Tpo: total porosity; OM: organic matter; TN: total nitrogen; TP: total phosphorus;AK: available potassium; AN: alkali-hydrolyzale nitrogen; SA: sucrase activity; Pra: protease activity; Pha: phosphatase activity; UA: urease activity; Am: actinomycetes; Fu: fungus; Tm: total amount of microorganisms; SMBC: soil microbial biomass carbon.

2.4 不同恢復(fù)方式下土壤質(zhì)量評價(jià)

對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO和Bartlett球形檢驗(yàn)（表5），表明數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析。從得到的各因子特征值、方差貢獻(xiàn)值、累計(jì)貢獻(xiàn)值和因子載荷矩陣可知（表6），特征值因子1>因子2>因子3>因子4，且前4個因子的累計(jì)貢獻(xiàn)值達(dá)到87.08%，可以代表原來的18個指標(biāo)。與因子1相關(guān)性較高的指標(biāo)有5、9、10、17和18，包括有機(jī)質(zhì)、速效氮、蔗糖酶、微生物生物量碳和微生物生物量氮；因子2與7和8相關(guān)性較高，為全磷和速效鉀；因子3與4相關(guān)性較高，為毛管孔隙度；因子4與12相關(guān)性較高，為磷酸酶活性。

通過因子得分矩陣得到前四個因子在不同恢復(fù)措施下的得分，然后由各因子得分和方差貢獻(xiàn)值加權(quán)得到不同恢復(fù)措施下的土壤質(zhì)量得分（表7），土壤質(zhì)量綜合得分依次為：FY>SP>FM>YL。

表5 KMO和Bartlett球形檢驗(yàn)結(jié)果

表6 各因子特征值，累計(jì)貢獻(xiàn)值及因子載荷矩陣

表7 不同恢復(fù)措施下下土壤質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

3 討 論

土壤是植物賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]，土壤性狀與植被相互作用相互影響，形成強(qiáng)烈的反饋機(jī)制[10]。黃土丘陵區(qū)典型草原在放牧、封育、水平溝和魚鱗坑措施下土壤性狀變化表明，人為干擾不僅影響植被特征，而且對土壤性狀產(chǎn)生了影響[27]。容重、孔隙度、有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等是土壤理化性狀的重要指標(biāo)[28]，結(jié)合研究區(qū)樣地植被特征可見（表2），放牧草地由于家畜的采食踐踏，植物生物量、高度和枯枝落葉減少，土壤容重增加，黏粒含量、田間持水量和總孔隙度下降[20]。但有的植物在放牧干擾下會從株叢中部開始破碎，形成小株叢，增加植物密度和蓋度[29]。有研究表明適度放牧草地土壤有機(jī)質(zhì)和全氮會增加[16]。本研究中，放牧草地全磷、速效鉀含量較高，有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮介于封育草地與水平溝和魚鱗坑之間，這與一定程度的家畜采食加快了系統(tǒng)元素循環(huán)、家畜排泄物返還使一些養(yǎng)分處在較高水平有關(guān)[30]。同時(shí)，試驗(yàn)區(qū)放牧羊只在冷季（11月-翌年4月）和母畜產(chǎn)羔前后要進(jìn)行補(bǔ)飼，補(bǔ)飼也可能會給放牧草地帶入外來元素。長期封育草地外界干擾很少，競爭力強(qiáng)的植物物種優(yōu)勢地位更加明顯，占據(jù)群落內(nèi)大部分空間，表現(xiàn)為體積和生物量最大[31]，進(jìn)入土壤的枯枝落葉增加，土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷和黏粒含量以及田間持水量、總孔隙度增加，容重下降。魚鱗坑和水平溝經(jīng)過15 a較長時(shí)期的恢復(fù)，植物地上生物量和高度都有了一定程度恢復(fù)，土壤容重、孔隙度等接近了封育草地，但這2種措施在整地時(shí)使原先的植被和土壤遭到一定程度破壞[24]，地上植被仍沒有達(dá)到相同年限的封育草地，養(yǎng)分含量較放牧草地低，這亦與生態(tài)系統(tǒng)植被-土壤變化中，一些土壤性狀的變化要滯后于植被變化，其退化后的恢復(fù)時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于植物的恢復(fù)時(shí)間有關(guān)[20]。

土壤酶是土壤重要的組成之一，主要來源于植物根系和土壤生物，可促進(jìn)土壤中一切生化反應(yīng)，是土壤肥力和土地利用評價(jià)的重要指標(biāo)[32-33]。本研究中封育草地土壤蔗糖酶活性最高，放牧草地最差，與封育草地植被較好、土壤熟化程度和土壤肥力水平最好有關(guān)[34]。草地封育情況下，土壤蛋白酶和脲酶活性增加，與其全氮含量最高具有一致性[26]，說明封育草地能提供較多的氮。不同土地利用方式下，土壤微生物區(qū)系組成和數(shù)量有較大差異，微生物生命活動影響著微生物生物量[35-36]。禁牧封育后，土壤結(jié)構(gòu)得到改善，植物生物量增加，可有效提高土壤微生物數(shù)量[37-38]。本研究中魚鱗坑和水平溝微生物總數(shù)量低于封育草地，與沈艷等的研究結(jié)果具有一定相似性[21]，但與一些研究發(fā)現(xiàn)森林實(shí)施水平溝和魚鱗坑整地后土壤微生物數(shù)量上升的結(jié)果并不一致[39]。同時(shí)，本研究中魚鱗坑雖微生物數(shù)量最低，但其微生物生物量碳氮居中，也與有的研究結(jié)果存在一定差異[35]，這可能與森林和草地在植被根系分布和凋落物輸入土壤存在差異、以及魚鱗坑整地時(shí)地上植被被回填和魚鱗坑自身的小環(huán)境有關(guān)，還有待于進(jìn)一步研究。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)土壤因子間存在一定的相關(guān)性，與前人研究結(jié)果具有一定的類似性[20-21]，說明土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀間彼此聯(lián)系、相互作用，共同影響并決定著土壤質(zhì)量。

土壤質(zhì)量是土壤諸多物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合反映[40]。影響土壤質(zhì)量的因子很多，一個統(tǒng)一的、無量綱的綜合指標(biāo)可更加直觀表現(xiàn)土壤質(zhì)量總體情況[17]，一些數(shù)學(xué)方法對土壤質(zhì)量綜合評價(jià)起到了重要作用[41]。但是，到目前為止，土壤質(zhì)量評價(jià)還處于相對薄弱的領(lǐng)域[41-42]，仍沒有統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[5,17,42]，不同研究者評價(jià)的目的性和針對性不同，選用的評價(jià)方法和指標(biāo)亦有差異[2,42]。本研究中，各措施下土壤性狀變化并不一致，采用隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析法篩選了有機(jī)質(zhì)、速效氮、蔗糖酶、微生物生物量碳和氮、全磷、速效鉀、毛管孔隙度和磷酸酶活性9個指標(biāo)，對黃土丘陵區(qū)典型草原土壤質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)嘗試。從評價(jià)結(jié)果看，土壤質(zhì)量以封育草地最高，與沈艷等[20-21,37]的研究結(jié)果具有相似性，亦與當(dāng)?shù)貙?shí)際較為相符。這一評價(jià)為當(dāng)?shù)剡M(jìn)行草原土壤質(zhì)量評價(jià)提供了方法和指標(biāo)的借鑒，評價(jià)結(jié)果對該區(qū)退化草地生態(tài)建設(shè)具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。本文中，魚鱗坑工程措施土壤質(zhì)量得分最低，水平溝土壤質(zhì)量亦低于封育草地，這與水平溝和魚鱗坑整地時(shí)破壞了原有土層結(jié)構(gòu)和地上植被，使得土壤恢復(fù)速度減慢有關(guān)[28]。水平溝和魚鱗坑措施是實(shí)踐中寧夏黃土丘陵區(qū)典型草原坡地廣泛采取的一種草地生態(tài)恢復(fù)工程措施，一個重要原因是它們能夠攔蓄一定的坡地徑流、減少水土流失。因此，雖然本文中土壤質(zhì)量評價(jià)以封育草地最高，但是實(shí)踐中應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)仄露取⒔涤甏笮?、水土流失發(fā)生難易等因素，因地制宜實(shí)施封育、魚鱗坑和水平溝措施。

位置相鄰，環(huán)境因子相同的地段是最理想的研究樣地。但是，由于永久研究樣地建立或提前建立研究樣地受諸多客觀因素限制，環(huán)境因子完全一致的樣地在研究實(shí)踐中往往較難獲得[43]，本研究中，力爭選擇環(huán)境因子一致的地段作為試驗(yàn)樣地，但受客觀原因影響，不同措施下的樣地在海拔上并不完全一致，海拔最大高差為248 m。雖有研究表明，較小海拔差異（300 m）內(nèi)，0～40 cm土壤全氮、全鉀等性狀的變化無明顯差異[44]，但是，條件允許的話應(yīng)提前建立樣地或建立永久研究樣地，對減少試驗(yàn)誤差更具重要意義，這還有待于今后進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 結(jié) 論

1）黃土高原丘陵區(qū)典型草原放牧干擾下土壤容重最高，土壤黏粒含量、田間持水量和總孔隙度較低；封育、水平溝和魚鱗坑措施下上述土壤物理性質(zhì)差異不顯著。

2）土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮以封育最高，魚鱗坑和水平溝較低，全磷與速效鉀含量以放牧地最高，水平溝最低。

3）土壤蔗糖酶和脲酶活性呈現(xiàn)封育>水平溝>魚鱗坑>放牧；蛋白酶和磷酸酶活性呈封育草地最高、魚鱗坑最低；細(xì)菌、放線菌和真菌在各處理間變化各異，微生物總量呈封育>放牧≈水平溝>魚鱗坑，但微生物生物量碳、量氮呈現(xiàn)封育最高，魚鱗坑次之，放牧草地最低。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)土壤因子間存在一定的相關(guān)性。

4）隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析法評價(jià)的土壤質(zhì)量綜合得分大小依次為：封育、水平溝、放牧和魚鱗坑，土壤質(zhì)量評價(jià)結(jié)果比較符合當(dāng)?shù)貙?shí)際，說明封育是最有利于研究區(qū)退化草地土壤質(zhì)量恢復(fù)的措施，這一結(jié)果對該區(qū)退化草地生態(tài)建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。

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Soil quality assessment under different ecological restoration measures in typical steppe in loess hilly area in Ningxia

Zhou Yao1, Ma Hongbin1,2※, Jia Xiyang1, Zhang Rui1, Su Tingting1, Zhou Jingjing1

(1.,750021,; 2.,750021)

In this paper, the experiment area is dry and prone to soil erosion, in order to stop slope runoff and promote rapid vegetation restoration, a restoration program was implemented. So it is significant for grassland ecological construction to study on the effects of ecological restoration measures on soil properties and soil quality. A study had been done to investigate the different of 0-40 cm soil depth of soil properties and assessment of soil quality under different restoration measures in typical steppe grassland in Ningxia. We selected the sites that has been subject to enclosure(FY), contour trench(SP), fish-scale pits(YL), which were implement in 2001 and grazed(FM) (as a reference, traditional grazing with some supplement) grassland. The results showed that: 1) Soil bulk density of grazing grassland was the highest (<0.05) whereas the soil clay content, field water holding capacity and total porosity were the lowest (<0.05), and there was no significant difference (> 0.05) in soil physical properties between enclosure, contour trench, and fish-scale pits grassland. 2) Soil organic matter and total nitrogen were the highest (< 0.05) in enclosure grassland, followed by grazed grassland, and the lowest in contour trench. The content of total phosphorus was higher (= 0.05) in grazed and enclosure grassland, but was the lowest (< 0.05) in contour trench grassland. The available K content was the highest in grazed grassland the lowest in fish-scale pits grassland (0.05). The content of available N was highest in enclosure grassland but lowest in contour trench grassland which were 161.75 mg/kg and 77.17 mg/kg respectively (0.05). 3) Soil sucrase and urease activity showed FY>SP>YL>FM; protease and phosphatase activity both showed the highest (<0.05) in enclosure grassland and the lowest (<0.05) in the fish-scale pits grassland; the bacteria, actinomycetes and fungi were varied in each treatment; the amount of microorganisms showed FY>FM≈SP>YL whereas microbial biomass carbon and nitrogen showed FY>YL≈SP>FM (0.05). 4). As a whole, soil bulk density was negatively correlated with other indexes, and negatively correlated with clay content, field water holding capacity, total porosity, sucrase activity, urease activity, microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen (<0.01). There was a significant positive correlation between soil organic matter, total nitrogen and available nitrogen (<0.01) and the correlation between soil enzyme activity and soil microbial population (<0.05). Soil capillary porosity (except soil microbial biomass nitrogen) and available potassium were not correlated with other indexes (>0.05). 5) The comprehensive score of soil quality evaluated by the membership function factor analysis method was: enclosure> grazed> contour trench>fish-scale pits grassland. In summary, the enclosure grassland was more conducive to the restoration of typical grassland. Based on the study of the effects of enclosure, contour trench and fish-scale pits on the soil physical and chemical properties and biological traits, the membership quality of soil under different restoration measures was evaluated by membership function and factor analysis and can provide the basis for the ecological construction of typical grassland in Ningxia. The results showed that the enclosure was the most beneficial to the restoration of soil quality in degraded grassland in the study area.

soil; restoration; enclosures; typical steppe; fish-scale pits; contour trench; soil properties; soil quality

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.18.014

S283

A

1002-6819(2017)-18-0102-09

2017-05-30

2017-09-04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31460632，31360582），中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)引進(jìn)計(jì)劃項(xiàng)目（XAB2015A10）

周 瑤，主要從事草地生態(tài)與資源環(huán)境方面的研究。Email：782421997@qq.com

馬紅彬，博士，教授，主要從事草地生態(tài)與草地管理方面的研究。Email：ma_hb@nxu.edu.cn