矸石山不同人工沙棘林土壤酶活性及养分演变特征.pdf

第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 6-2 1 修回日期:2 0 2 2-0 7-1 8 资助项目:甘肃省青年科技资助项目(2 0 J R 1 0 RA 4 6 8,2 1 J R 7 R A 7 3 4);国家自然科学基金项目(4 2 1 6 7 0 6 9)第一作者:宋达成(1 9 9 0),男,甘肃兰州人,助理研究员,主要从事水土保持与荒漠化研究。E-m a i l:s o n g d c 9 01 6 3.c o m 通信作者:王理德(1 9 6 9),男,甘肃民勤人,研究员,主要从事生物多样性及水土保持与荒漠化防治研究。E-m a i l:w l d 6 9 t o m.c o mh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 3 6.宋达成,王理德,吴昊,等.矸石山不同人工沙棘林土壤酶活性及养分演变特征J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(5):1 6 2-1 6 8,1 7 4.S ON GD a c h e n g,WAN GL i d e,WAN GF e i,e t a l.C h a r a c t e r i s t i c so f S o i lE n z y m eA c t i v i t i e s a n dN u t r i e n t sE v o l u t i o no fD i f f e r e n tA r t i f i c i a lH i p p o-p h a eR h a m n o i d e sP l a n t a t i o n s i nC o a lG a n g u eA r e aJ.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(5):1 6 2-1 6 8,1 7 4.矸石山不同人工沙棘林土壤酶活性及养分演变特征宋达成1,2,3,王理德1,2,3,吴 昊1,3,王 飞1,3,王梓璇1,2,3,赵赫然1,2,3(1.甘肃省治沙研究所,兰州7 3 0 0 7 0;2.甘肃省河西走廊森林生态系统国家定位观测研究站,甘肃 武威7 3 3 0 0 0;3.甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室培育基地,甘肃 武威7 3 3 0 0 0)摘 要:目的 揭示哈溪双龙沟废弃矿区矸石山不同造林时期人工沙棘林土壤酶活性及养分演变特征,阐明影响区域土壤酶活性变化的主要环境因子,为祁连山及其相似山区矸石治理及生态环境的保护、修复和改善提供理论依据。方法 基于区域4个造林时期以及3个土层剖面土壤试验数据,采用多因素相关分析、冗余分析等方法,开展矸石山人工沙棘林土壤酶活性及养分演变特征研究。结果 各样地土壤酶活性差异显著,总体表现为造林1 0a 造林5a 造林2a 对照荒地。伴随人工沙棘林的恢复,土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性涨幅达到7.9 3%2 3 8.7 3%,且表聚现象明显(05c m);表层土壤有机质、全氮、有效钾、硝态氮和铵态氮含量不断升高,土壤速效磷波动性下降,土壤全磷变化不明显;土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶活性分别与铵态氮含量呈显著、极显著正相关,过氧化氢酶活性与有机质呈极显著负相关,脲酶活性与全氮、速效磷、铵态氮均呈极显著正相关;全氮为影响区域土壤酶活性的主要环境因子。结论 人工栽植沙棘能够有效提高区域物种多样性,促进植物群落构建,增加土壤养分累积及土壤酶活性提升。关键词:矸石山;植被恢复;土壤养分;酶活性;综合评价中图分类号:S 1 5 8;S 1 5 3.6 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 1 6 2-0 7C h a r a c t e r i s t i c so fS o i lE n z y m eA c t i v i t i e sa n dN u t r i e n t sE v o l u t i o no fD i f f e r e n tA r t i f i c i a lH i p p o p h a eR h a m n o i d e sP l a n t a t i o n s i nC o a lG a n g u eA r e aS ONGD a c h e n g1,2,3,WANGL i d e1,2,3,WANGF e i1,3,WU H a o1,3,Z HAO H e r a n1,2,3,WANGZ i x u a n1,2,3(1.G a n s uD e s e r tC o n t r o lR e s e a r c hI n s t i t u t e,L a n z h o u7 3 0 0 7 0,C h i n a;2.G a n s uH e x iC o r r i d o rF o r e s tE c o s y s t e m N a t i o n a lR e s e a r c hS t a t i o n,W u w e i,G a n s u7 3 3 0 0 0,C h i n a;3.S t a t eK e yL a b o r a t o r yB r e e d i n gB a s eo fD e s e r t i f i c a t i o na n dA e o l i a nS a n dD i s a s t e rC o m b a t i n g,W u w e i,G a n s u7 3 3 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h i ss t u d ya i m st oi n v e s t i g a t et h ec h a r a c t e r i s t i c so fs o i le n z y m ea c t i v i t ya n dn u t r i e n te v o l u t i o n i na r t i f i c i a l l yp l a n t e dH i p p o p h a er h a m n o i d e sf o r e s t sd u r i n gd i f f e r e n ta f f o r e s t a t i o np e r i o d s i nt h ea b a n d o n e dm i n i n ga r e ao fS h u a n g l o n g g o u,H a x i.T h em a i ne n v i r o n m e n t a l f a c t o r sa f f e c t i n gc h a n g e si ns o i le n z y m ea c t i v i t i e s i nt h er e g i o na r ee l u c i d a t e d,p r o v i d i n gat h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ep r o t e c t i o n,r e s t o r a t i o n,a n di m p r o v e m e n to ft h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fQ i l i a n M o u n t a i n sa n ds i m i l a rm o u n t a i n o u sa r e a sw i t hm i n i n gw a s t e.M e t h o d sB a s e do ns o i l t e s td a t a f r o mf o u r a f f o r e s t a t i o np e r i o d s a n d t h r e e s o i l p r o f i l e s i nt h er e g i o n,m u l t i p l e f a c t o rc o r r e l a t i o na n a l y s i sa n dr e d u n d a n c ya n a l y s i sw e r eu s e dt o i n v e s t i g a t e t h ec h a r a c t e r i s-t i c so fs o i le n z y m ea c t i v i t ya n dn u t r i e n te v o l u t i o ni nH i p p o p h a er h a m n o i d e sf o r e s t si nt h em i n i n gw a s t eh i l l s.R e s u l t sS i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i ns o i l e n z y m e a c t i v i t i e sw e r eo b s e r v e da m o n g t h ed i f f e r e n t a r e a s,w i t hag e n e r a l t r e n do fa f f o r e s t a t i o nf o r1 0y e a r sa f f o r e s t a t i o nf o r5y e a r sa f f o r e s t a t i o nf o r2y e a r sc o n t r o lb a r r e nl a n d.W i t ht h er e s t o r a t i o no f t h ea r t i f i c i a l l yp l a n t e dH i p p o p h a er h a m n o i d e sf o r e s t s,t h ea c t i v i t i e so fs u c r a s e,a l k a l i n ep h o s p h a t a s e,c a t a l a s e,a n du r e a s e i nt h es o i l i n c r e a s e db y7.9 3%t o2 3 8.7 3%,a n da g g l o m-e r a t i o np h e n o m e n o nw a so b s e r v e d i nt h es u r f a c es o i l(05c m).T h ec o n t e n t so fs o i lo r g a n i cm a t t e r,t o t a ln i t r o g e n,a v a i l a b l ep o t a s s i u m,n i t r a t en i t r o g e n,a n da mm o n i u m n i t r o g e ni n c r e a s e dc o n t i n u o u s l yi nt h es u r f a c es o i l,w h i l e t h e f l u c t u a t i o no f a v a i l a b l ep h o s p h o r u sd e c r e a s e da n dt h ec h a n g e i nt o t a l p h o s p h o r u sw a sn o t s i g n i f i c a n t.S o i l s u c r a s ea n da l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t i e sw e r es i g n i f i c a n t l ya n de x t r e m e l ys i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d w i t ha mm o n i u m n i t r o g e nc o n t e n t,r e s p e c t i v e l y,a n dc a t a l a s ea c t i v i t y w a se x t r e m e l ys i g n i f i c a n t l yn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ho r g a n i cm a t t e r.U r e a s ea c t i v i t yw a se x t r e m e l ys i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht o t a ln i t r o g e n,a v a i l a b l ep h o s p h o r u s,a n da mm o n i u mn i t r o g e n.T o t a ln i t r o g e nw a s i d e n t i f i e da s t h em a i ne n v i r o n m e n t a l f a c t o r a f f e c t i n gs o i l e n z y m ea c t i v i t y i nt h e r e g i o n.C o n c l u s i o nA r t i f i c i a l p l a n t i n go fH i p p o p h a er h a m n o i d e sc a ne f f e c t i v e l y i m p r o v e s p e c i e sd i v e r s i t y,p r o m o t ep l a n t c o mm u n i t yc o n s t r u c t i o n,i n c r e a s es o i ln u t r i e n t a c c u m u l a t i o n,a n de n h a n c es o i l e n z y m ea c t i v i t y i nt h er e g i o n.K e y w o r d s:c o a l g a n g u e;v e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n;s o i ln u t r i e n t;e n z y m ea c t i v i t y;c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 我国每年因矿山开采产生的固体废弃物占全国工业固废产生量的8 0%以上1。煤矸石是煤炭开采和洗选过程中排放的工业固体废弃物,是矿区主要污染源之一,在我国最常见的处理方法就是将废弃煤矸石露天堆存2-3。目前,我国煤矸石累积堆放量超7 0亿t,且仍保持每年1.5亿t的增幅4。煤矸石山不仅占用土地资源,还会因自燃与淋溶作用导致空气、土壤和水体多重污染,引发诸多环境问题5。植被恢复措施具有成本低,效果好等优势,现已经成为矸石山土壤质量改良主要措施之一,也是矿区生态修复重建领域重要研究方向6。废弃矿区内植被自然恢复过程极其缓慢,往往需要5 0a至数百年时间7。实行人工栽植植被措施干预生态恢复过程,已成为改善矿区生态状况,保护矿区环境的重要途径8。土壤酶作为参与土壤生态系统重要组成部分,是评价生态系统生态功能健康发展与恢复中不可或缺的重要指标9。一定程度上可以反映土壤的肥力状况,常作为土壤污染程度的指示物1 0。针对废弃矿区开展土壤酶活性研究有助于区域土壤污染及植物恢复进程的量化评价。双龙沟作为石羊河上游的主要集水区,其生态状况的好坏直接影响到下游居民的用水安全。但多年的矿产资源开采已经直接对周边区域土壤健康与生态安全产生影响,而且还严重威胁着黄羊河流域环境质量与生态系统功能。目前,针对这一区域土壤退化及污染问题研究仍鲜见报道,仅有研究也主要聚焦于废弃矿区的土壤理化特性等,而很少结合不同造林时期样地变化来分析土壤理化特性及土壤酶活性的变化规律,不足以理解人工恢复措施对区域土壤演变及物质循环过程的影响。因此,本研究以双龙沟废弃矿区内造林2,5,1 0a人工沙棘林(H i p p o p h a er h a m-n o i d e sL i n n.)为研究对象,采用时空替代法,以未受人为干预的煤矸石荒地作为对照,研究不同造林时期沙棘林土壤酶和养分演变特征,研究结果将为我国相似矿区土壤修复提供理论依据和实践指导。1 研究区概况研究区位于甘肃省天祝县哈溪镇境内双龙沟废弃矿区,地处祁连山北坡东段(3 7 2 2 6 3 7 2 3 4 9 N,1 0 2 2 2 5 3 1 0 2 2 9 1 5 E),地势南高北低,沟谷纵横,海拔23 4 7 43 8 0m。属高原大陆性气候,年平均气温-1.8,年降水量约3 3 04 5 0mm,年蒸发量约12 0 0mm。土壤以亚高山草甸土、亚高山黑钙土等为主。受高山地貌影响,区域天然林景观格局垂直梯度较为明显,乔木以青海云杉(P i c e ac r a s s i f o l i aK o m.)为建群种,混交少量祁连圆柏(S a b i n ap r z e w a l s k i iK o m.)、红桦(B e t u l aa l b o s i n e n s i sB u r k.)和 山 杨(P o p u l u sd a v i d i a n aD o d e)等,灌木以金露梅(P o t e n t i l l a f r u t i-c o s aL.)、银露梅(P o t e n t i l l ag l a b r aL o d d.)、高山绣线菊(S p i r a e aa l p i n aP a l l.)等为主。矿产资源丰富,以金、铜、铁和煤炭等矿藏资源占比较高1 1。2 材料与方法2.1 样地布设2 0 2 1年8月,对煤矸石地段不同造林时期植被组成和土壤特性等因素进行综合调查,在保证造林初期整地、覆土、施肥、苗木选取、造林规格(2m 2m)、抚育措施、栽后管理等均保持一致的前提下,采用时空互代法,选择地形平坦、植被生长均匀、受人为因素影响较小、具备区域典型性的地段作为试验区域。按照不同造林时期选取2,5,1 0a人工沙棘林地各3块作为试验样地,以未受人为干预的煤矸石荒地作为对照361第5期 宋达成等:矸石山不同人工沙棘林土壤酶活性及养分演变特征(表1),在每块样地内分别布设6块样方(2m2m,1m1m)用于灌木、草本植被调查。表1 样地基本情况样地编号恢复年限/a海拔/m纬度经度0 a-103 1 1 33 7 2 2 1 3 N1 0 2 2 2 5 3 E0 a-203 0 5 03 7 2 2 1 7 N1 0 2 2 3 6 E0 a-303 0 5 23 7 2 2 1 4 N1 0 2 2 3 7 E2 a-123 0 4 83 7 2 2 1 6 N1 0 2 2 3 9 E2 a-223 0 4 83 7 2 2 1 6 N1 0 2 2 3 9 E2 a-323 0 4 83 7 2 2 1 6 N1 0 2 2 3 9 E5 a-153 0 0 33 7 2 2 6 N1 0 2 2 3 4 5 E5 a-252 9 6 63 7 2 2 7 N1 0 2 2 3 4 7 E5 a-352 6 6 33 7 2 3 4 9 N1 0 2 2 9 1 2 E1 0 a-11 02 9 5 93 7 2 2 1 8 N1 0 2 2 3 5 5 E1 0 a-21 02 8 6 83 7 2 2 2 6 N1 0 2 2 5 2 3 E1 0 a-31 02 6 5 23 7 2 3 4 9 N1 0 2 2 9 1 5 E2.2 植被调查与土壤样品采集野外调查与样品采集于2 0 2 1年9月进行。以样方为单位开展植被调查,主要涉及:(1)灌木植物种类、个体数、株高、冠幅、盖度和高度等;(2)草本植物种类、个体数、株高、冠幅和盖度等;每块样方内布设2个土壤样品采集点,分别对表层(05c m)、次表层(2 02 5c m)、深层(4 04 5c m)3个深度土壤取样,每层3次重复。以样地为单位,将同一土层深度土壤样品混合均匀后分为二份,一份装入无菌袋中用于土壤理化性质相关指标测定,一份装入无菌袋保存在冷藏箱内带回实验室,用于土壤酶活性测定。每份土样测定3次,取平均值作为分析数据。2.3 测定指标及方法2.3.1 重要值计算 对每个样方植被调查数据进行整理,计算各样地灌木、草本植物重要值1 2,方法如下:重要值=(相对多度+相对高度+相对盖度)/3相对多度=(某一物种的多度/某一物种的多度总和)1 0 0%相对高度=(某一物种的高度/全部物种的高度总和)1 0 0%相对盖度=(某一物种的盖度/全部物种的盖度总和)1 0 0%2.3.2 土壤理化性质测定 土壤理化性质采用常规方法1 3进行测定。采用电位法测定土壤p H值、采用烘干法测定水分、采用环刀法测定容重、采用重铬酸钾氧化分光光度法测定有机碳、采用半微量凯氏定氮法测定全氮、采用消煮钼锑抗比色法测定全磷、采用浸提钼锑抗比色法测定速效磷、采用四苯硼钠法测定有效钾、采用氯化钾溶液提取分光光度法测定硝态氮、采用氯化钾溶液提取分光光度法测定铵态氮。2.3.3 土壤酶活性测定 采用容量法1 4对土壤过氧化氢酶活性进行测定、采用靛酚蓝比色法1 5对土壤脲酶活性进行测定、采用3,5-二硝基水杨酸比色法1 5对土壤蔗糖酶活性进行测定、采用磷酸苯二钠比色法1 5对土壤磷酸酶活性进行测定。2.4 数据统计处理采用E x c e l 2 0 0 3对研究区植物重要值、土壤理化性质、土壤酶活性等数据进行计算、分析及作图;A r c G I S1 0.6被用于绘制研究区样地位置示意图;利用S P S S2 6.0,C a n o c o5.0等软件进行描述统计和因子分析。3 结果与分析3.1 植被群落物种组成特征人工沙棘林和对照荒地在群落外观和主要物种组成上均有明显差异(表2)。从群落外观来看,人工沙棘林的垂直分层较为明显,已有草本层和灌木层发育,而对照荒地植被稀疏,尚未出现灌木 草本分层现象。从物种组成来看,人工沙棘林恢复1 0a后由重要值相对较大的沙棘(3 2.2 3)、垂穗披碱草(1 1.2 2)、早熟禾(1 9.5 7)等物种组成灌木 草本复合群落。灌木层中除人工栽植沙棘外,存在自然更新的西北沼委陵菜、银露梅、忍冬等灌木。草本层则出现早熟禾、垂穗披碱草、蒙古蒿等物种。而对照荒地物种组成相对简单,植被盖度也较低。只形成以还阳参(1 6.5 6)为优势种的草本植物群落,灌木也仅以银露梅(1 8.2 2)、山莓(3 2.2 6)为主。3.2 土壤养分含量特征不同恢复年限样地土壤基本因子的变化规律由表3所示,研究区各土壤样品p H值均高于7,为碱性土壤,恢复1 0a样地土壤p H平均值(7.8 0)高于对照荒地(7.7 3),土壤碱性化程度有所增强;在表征土壤养分的7个指标中,土壤有机质含量是恢复样地与对照荒地相比差值最大指标,恢复1 0a样地土壤有机质S OM平均含量(2 5.5 6g/k g)显著低于对照荒地(7 0.5 4g/k g)(p0.0 5),这种差异性主要体现在较深层土壤(2 02 5c m,4 04 5c m),而表层土壤(05c m)在1 0a间上升了1.8 0倍,显著高于对照荒地(p0.0 5),主要以深层(4 04 5c m)急剧下降为主,降幅达到4 9.6 8%,在表层(05c m)和次表层(2 0461 水 土 保 持 研 究 第3 0卷2 5c m)差异性不显著(p0.0 5);与土壤有机质S OM和速效磷A P变化趋势相反,恢复1 0a后,土壤有效钾AK、硝态氮NN、铵态氮AN平均含量(2 5 4.0 8m g/k g,3.2 2 m g/k g,3.4 7 m g/k g)均 较 对 照 荒 地(2 3 5.1 2m g/k g,2.3 5m g/k g,2.5 1m g/k g)显著升高(p 0.0 5),但不同土层间差异较大。具体表现为表层(05c m)急剧增长,涨幅达到8 2.6 7%,次表层(2 02 5c m)与深层(4 04 5c m)急剧下降,1 0a间分别降低了约1/3,2/5;土壤全磷在表层(05c m)和平均含量等方面均与对照荒地差异性不显著(p0.0 5),恢复期内仅由0.4 1g/k g上涨至0.4 3g/k g。表2 不同样地植物群落主要物种及重要值物种科生活型重要值0a2a5a1 0a西北沼委陵菜(C o m a r u ms a l e s o v i a n u m)蔷薇科灌木3.8 61.2 41.2 4沙棘(H i p p o p h a er h a m n o i d e sL i n n.)胡颓子科灌木2 7.4 12 6.2 93 2.2 3银露梅(P o t e n t i l l ag l a b r aL o d d.)蔷薇科灌木1 8.2 25.1 81.71.9 5车前(P l a n t a g oa s i a t i c aL i n n.)车前科多年生草本1.1 82.1 6金露梅(P o t e n t i l l af r u t i c o s aL i n n.)蔷薇科灌木2.6 47.4 3垂穗披碱草(E l y m u sn u t a n sG r i s e b.)禾本科多年生草本1 2.9 51 8.3 46.6 41 1.2 2早熟禾(P o aa n n u aL i n n.)禾本科多年生草本1.2 71.1 81 9.5 7蕨麻(P o t e n t i l l aa n s e r i n aL.)蔷薇科多年生草本9.90.8 41.0 6蒙古蒿(A r t e m i s i am o n g o l i c a(F i s c h.e xB e s s.)N a k a i)菊科多年生草本0.82.5 4忍冬(L o n i c e r aj a p o n i c aT h u n b.)忍冬科灌木1.4 1还阳参(C r e p i s r i g e s c e n sD i e l s)菊科多年生草本1 6.5 61.0 5鼬瓣花(G a l e o p s i s b i f i d aB o e n n.)唇形科一年生草本1.8 80.9 7甘青铁线莲(C l e m a t i s t a n g u t i c a(m a x i m.)K o r s h.)毛茛科多年生藤本0.0 23.1 3多茎委陵菜(P o t e n t i l l am u l t i c a u l i sB g e.)蔷薇科多年生草本1.9 14.9 8天山千里光(S e n e c i o t i a n s h a n i c u sR e g e l&S c h m a l h a u s e n)菊科多年生草本3.2 52.6 6山卷耳(C e r a s t i u mp u s i l l u mS e r i n g e)石竹科多年生草本3.6 21高原毛茛(R a n u n c u l u s t a n g u t i c u s(m a x i m.)O v c z.)毛莨科多年生草本3.5 40.7 1沼生柳叶菜(E p i l o b i u mp a l u s t r eL i n n.)柳叶菜科多年生草本0.0 20.5 9风毛菊(S a u s s u r e aj a p o n i c a(T h u n b.)D C.)菊科二年生草本4.5 41.3 8山生柳(S a l i xo r i t r e p h aS c h n e i d.)杨柳科灌木1.9 8臭蒿(A r t e m i s i ah e d i n i iO s t e n f.e tP a u l s.)菊科一年生草本3.6 70.0 2山莓(R u b u s c o r c h o r i f o l i u sL.f.)蔷薇科灌木3 2.2 6 此外,对研究区土壤各因子特征进行综合分析可知,恢复前期(02a),土壤养分各因子总体以深层(4 04 5c m)土壤为主要聚集区域,4 0c m以下土层深度含量相对较高;恢复5a后,各因子总体在次表层(2 02 5c m)土壤含量较高,相对恢复前期出现不同程度“浅层化”现象;恢复1 0a后,各因子均以表层(05c m)土壤含量最高,“表聚现象”明显,且与其余土层相比,差异明显。3.3 土壤酶活性分布特征由图1所示,不同植被恢复样地各土层深度土壤蔗糖酶活性总体变化幅度不大,保持在0.1 3 30.1 9 9m g/g,恢复5a、恢复1 0a样地土壤蔗糖酶活性在表层(05c m)显著高于对照荒地和恢复2a样地,较深土层深度(2 02 5c m,4 04 5c m)各样地间差异性不显著。恢复5a,1 0a样地蔗糖酶表聚现象明显,均以表层(05c m)土壤酶活性最强,显著高于较深层(2 02 5c m,4 04 5c m)土壤,对照荒地和恢复2a样地不同土层深度下土壤蔗糖酶活性差异性不显著;土壤碱性磷酸酶活性呈大幅升高趋势,总体保持在0.0 8 22.7 3 3m g/g,恢复5a、恢复1 0a样地土壤碱性磷酸酶活性在各土层深度中均显著高于对照荒地和恢复2a样地,且表层(05c m)差异最大,恢复1 0a后较对照荒地和恢复2a样地分别提高了3.3 9倍、5.1 2倍。各样地不同土层深度酶活性总体表现一致,均呈现表层(05c m)次 表 层(2 02 5c m)深 层561第5期 宋达成等:矸石山不同人工沙棘林土壤酶活性及养分演变特征(4 04 5c m)的趋势;随着恢复年限的延长,土壤过氧化氢酶活性总体表现为波动性上升趋势,且深层土壤所受影响更强烈。对照荒地表层至深层土壤过氧化氢酶活性依次为0.1 7 9 m l/g,0.1 4 3 m l/g,0.1 2 4m l/g,恢复1 0a后分别上涨至0.1 9 3 m l/g,0.1 8 4m l/g,0.1 7 8m l/g,显著高于对照荒地,涨幅分别达到了7.2 5%,2 8.6 7%,4 3.5 5%。土壤过氧化氢酶活性在不同土层深度仍表现为表层深层。表3 不同样地土壤理化特征土层深度/c m恢复年限/ap H电导率/(8 1 308538Sc m-1)有机质/(gk g-1)全氮/(gk g-1)全磷/(gk g-1)速效磷/(m gk g-1)有效钾/(m gk g-1)硝态氮/(m gk g-1)铵态氮/(m gk g-1)0507.7 08 62 1.9 31.1 3 c0.7 50.0 2 c0.6 20.0 9 a1 0.3 44.0 2 a2 3 3.9 19.3 1 b3.3 20.1 2 b2.6 40.1 5 c27.8 91 1 51 8.4 80.5 9 c0.3 50.0 5 d0.5 40.0 1 b3.6 10.8 5 b2 3 9.1 51 4.5 8 b2.3 20.5 6 c1.7 60.1 0 d57.6 91 2 92 9.6 41.1 2 b1.0 20.0 2 b0.4 80.0 1 c8.6 62.7 4 a2 4 2.7 51 4.7 5 a b1.7 11.1 4 d4.5 10.1 2 b1 07.7 81 0 13 9.4 33.6 7 a1.3 70.0 3 a0.6 00.0 2 a1 0.0 11.5 9 a2 5 2.9 81 6.5 5 a4.4 80.4 1 a5.4 60.0 9 a2 02 507.7 98 76 6.1 33.0 3 a0.9 30.0 5 a0.3 30.0 1 c6.1 90.3 4 a2 3 6.8 01 0.9 2 b2.0 30.0 9 c2.3 80.1 2 b27.8 91 1 31 7.7 90.1 2 b0.3 50.0 2 d0.3 70.0 2 b6.3 04.3 3 a2 4 3.6 51 4.1 5 a b0.9 70.0 3 d1.6 20.1 2 c57.6 79 31 4.1 30.5 9 c0.4 60.0 4 c0.5 10.0 1 a5.7 43.0 2 a2 5 3.6 31 9.8 5 a4.4 20.1 0 a2.6 40.0 9 a1 07.7 79 91 9.5 10.5 1 b0.6 10.0 0 b0.2 80.0 1 d3.1 60.8 9 a2 4 0.3 31 4.8 6 a b2.8 00.1 1 b2.3 30.4 8 b4 04 507.6 99 41 2 3.5 65.2 4 a0.8 40.0 2 a0.2 70.0 1 d4.7 30.1 9 a2 3 4.6 46.7 0 c1.6 90.2 0 c2.5 00.2 2 a27.9 71 0 91 5.6 10.5 8 b0.2 50.0 1 d0.5 60.0 1 a5.6 31.6 6 a2 4 7.9 21 7.5 0 b0.9 30.0 6 d1.7 50.2 8 c57.5 71 5 71 3.0 90.1 6 b0.3 70.0 0 c0.3 40.0 1 c2.4 91.4 7 b2 4 4.4 81 2.5 6 b c2.8 90.0 4 a2.2 50.1 6 b1 07.8 51 0 51 7.7 40.1 2 b0.4 70.0 1 b0.4 20.0 1 b2.3 80.1 9 b2 6 8.9 41 7.6 9 a2.3 70.1 2 b2.6 30.1 3 a注:不同小写字母表示差异显著(p0.0 5),下同。以恢复2a为时间节点,各样地不同土层深度土壤脲酶活性均呈现“U”字形变化,具体表现为先下降(恢复02a)再上升(恢复21 0a)的趋势,且以表层(05c m)土壤变化幅度最明显。1 0a恢复周期内,表层土壤脲酶表现为恢复0a(0.3 4 8m g/g),2a(0.1 1 5m g/g),5a(0.5 3 2m g/g),1 0a(0.5 6 6m g/g),且恢复5a后变化基本趋于稳定。与其他3种土壤酶表现一致,土壤脲酶活性同样以表层土壤高于深层土壤,且随恢复年限的延长而逐渐显著。注:不同大写字母表示同一退耕年限不同土层深度间显著性差异,不同小写字母表示同一土层深度不同退耕年限间显著性差异(p0.0 5)。图1 不同样地土壤酶活性变化特征3.4 土壤酶活性与土壤养分相关性分析对土壤酶活性和土壤养分等1 3种指标进行相关性分析(表4),结果表明二者间存在不同程度相关性。其中蔗糖酶与铵态氮呈显著正相关(p0.0 5);661 水 土 保 持 研 究 第3 0卷碱性磷酸酶与铵态氮呈极显著正相关(p0.0 1);过氧化氢酶与有机质呈极显著负相关(p0.0 1);脲酶与全氮、速效磷、铵态氮均呈极显著正相关(p 0.0 1),其余指标之间相关性不显著。表4 土壤理