鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性分布特征及其與活性有機碳表征指數的關系

崔 東，鄧 霞，劉 影，趙 玉，閆俊杰，2

（1.伊犁師范學院生物與地理科學學院，新疆 伊寧835000；2.新疆大學資源與環境科學學院／綠洲生態教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊830046；3.中國科學院新疆生態與地理研究所，荒漠與綠洲生態國家重點實驗室，新疆烏魯木齊830011）

鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性分布特征及其與活性有機碳表征指數的關系

崔 東1，2，3，鄧 霞1，劉 影1，趙 玉1，閆俊杰1，2

（1.伊犁師范學院生物與地理科學學院，新疆 伊寧835000；2.新疆大學資源與環境科學學院／綠洲生態教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊830046；3.中國科學院新疆生態與地理研究所，荒漠與綠洲生態國家重點實驗室，新疆烏魯木齊830011）

選取伊犁河谷昭蘇縣鐮葉錦雞兒濕地土壤為研究對象，研究其土壤酶活性（脲酶活性，蔗糖酶活性，過氧化氫酶活性）與土壤活性有機碳（土壤水溶性有機碳WSOC，土壤易氧化碳ROC，土壤微生物量碳MBC）的分布特征及其內在關系，分析鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性和土壤有機碳表征指數兩者的相互關系。研究表明：鐮葉錦雞兒濕地的土壤酶活性隨著土層深度的增加而下降；活性有機碳含量隨土壤深度的增加，其垂直剖面的含量呈下降趨勢。鐮葉錦雞兒濕地解放橋有錦雞兒剖面的土壤酶活性和活性有機碳表征指數的含量均大于無錦雞兒剖面，表明鐮葉錦雞兒在生長過程中可以提高土壤酶活性與活性有機碳含量；蔗糖酶，脲酶和過氧化氫酶與土壤活性有機碳呈極顯著相關關系（P＜0.01），表明土壤酶對土壤活性有機碳的遷移轉化起著重要作用。

濕地；鐮葉錦雞兒；土壤酶活性；土壤活性有機碳

濕地兼具水陸兩大生態系統的特征，因其對環境和氣候等生態因子的改變有一定的調節功能，因此被稱為“地球之腎”［1］。同時，濕地雖然面積不大，但是它卻在陸地生態系統碳匯中起著不可或缺的作用，與大氣中CO2的動態平衡密不可分。當濕地的植被減少時，碳庫中的CO2釋放增多，導致大氣中的CO2含量增多，這對全球的溫室效應有顯著影響［2］。而濕地的活性有機碳是那部分易分解，礦化的有機碳，活性有機碳在土壤中易分解礦化，在很大程度上受植物和微生物的影響，雖然其含量相對較少，但它卻可以提前反映土壤的細微變化，因此它可以作為預測土壤變化趨勢指標［3－5］。土壤酶與活性有機碳的關系十分密切，土壤酶參與土壤有機碳的分解與合成過程，同時土壤酶還參與土壤中其它的生物化學反應，并在其中起著不可或缺的作用。

伊犁河流域的濕地面積有24萬hm2，但是由于對濕地的不合理利用，導致濕地面積減少，生態環境質量下降，水源逐漸向南遷移。濕地不僅給人類提供豐富的水資源，食物等，還在維護生態平衡、保護生物多樣性等方面具有重要作用。本文以伊犁河谷昭蘇縣鐮葉錦雞兒濕地土壤為研究對象，分析了植被對濕地的土壤酶和活性有機碳的影響，以及土壤酶活性與活性有機碳含量在土壤剖面的分布特征。通過對鐮葉錦雞兒濕地土壤的研究可以為土地管理部門對濕地利用提供依據，同時也為濕地保護，維護生態平衡和控制全球的溫室效應提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區昭蘇縣（80°11′～81°31′E，42°～43°15′N），是中亞內陸腹地高山盆地。氣候以大陸冷涼型氣候為主，因冬長無夏，春秋相連，故而又是新疆有名的避暑圣地。昭蘇縣年平均氣溫2.9℃，年極端最高溫度33.5℃，最低溫度－32℃。全年無霜期平均為98 d。年平均降雨量為511.8 mm，為全疆降雨量最高的區域。

1.2 樣品的采集

研究地點位于昭蘇縣解放大橋與七十六團大橋附近，以鐮葉錦雞兒為優勢種群的沼澤化灌叢草地。木本植物種類極少，靠河岸處與鐮葉錦雞兒伴生的有蒿 柳 （Sɑlix viminɑlis）、沙 棘 （Hippophɑe rhɑmnoides）、伊犁忍冬（Lonicerɑiliensis）3種外，其余的 60種均為草本植物。由于過度放牧，距離河岸越遠，草地退化現象越嚴重。于2014年11月在昭蘇縣鐮葉錦雞兒濕地分布區采用五點取樣法采集了解放橋、七十六團大橋附近各三個樣帶的土壤樣品，每個樣帶為5 m×5 m。再根據有無鐮葉錦雞兒分布在解放橋、七十六團大橋附近分別采樣。土壤樣品共采集了6個樣帶，5個剖面，21個待測樣品。用密封袋將采集的土樣保存帶回實驗室，土樣于室內避光風干后去除植物殘根，石塊等雜質，研磨過100目和180目篩并裝袋備用。鐮葉錦雞兒濕地土壤基本理化性質如表1所示。

1.3 測定方法

土壤基本理化性質的測定方法：pH采用pH計測定，有機質采用重鉻酸鉀容量法，速效氮采用堿解擴散法，速效磷采用碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法，全氮采用重鉻酸鉀－硫酸消化法，全磷采用硫酸－高氯酸消煮法測定。

土壤酶活性測定方法：脲酶活性用擴散法測定，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，蔗糖酶用3，5－二硝基水楊酸比色法。其中，脲酶活性以15 h后1 g土所含NH3－N的含量所表示，過氧化氫酶活性以20min內1 g土消耗0.1mol KMnO4的量來表示，蔗糖酶活性用24 h后1 g土所生成的葡萄糖含量來表示。

土壤活性有機碳含量的測定方法：水溶性有機碳測定方法與有機質測定方法一樣，用重鉻酸鉀容量法測定，用高錳酸鉀氧化法測定樣品中易氧化碳的含量，土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸－K2SO4浸提法測定其含量。

1.4 數據處理

分析數據采用 DPS，Microsoft Excel 2013，用 DPS對土壤酶活性和活性有機碳的相關性進行雙側檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性

2.1.1 土壤脲酶 土壤脲酶是水解尿素的唯一酶，與植物的生長密切，因此，脲酶活性的強弱能反應土壤供氮能力的強弱［6－7］。如圖1a所示，解放橋樣帶的脲酶活性比七十六團大橋樣帶高出44.9%；從圖1b中可以看出在距河邊200 m處，無論是解放橋還是七十六圖大橋，0～15 cm的脲酶活性遠遠高出15～30 cm和30～50 cm；如圖1c所示有無錦雞兒對脲酶活性有一定的影響，0～15、15～30、30～50 cm三個土層中有錦雞兒的分別比無錦雞兒的高出11.4%、52.7%、71.5%；圖 1d是無錦雞兒剖面脲酶活性的比較，其中解放橋的脲酶活性比七十六團大橋的脲酶活性分別高出 26.2%、43.8%、2.9%。通過圖1a，1b，1c，1d可知解放橋的脲酶活性比七十六團大橋的脲酶活性高。從以上分析可知，鐮葉錦雞兒的生長對土壤脲酶有很大的促進作用，脲酶活性主要集中在0～15 cm的土層中，與植物根系主要分布在0～15 cm有關，并且土壤表層適合微生物生長，因此0～15 cm土層脲酶活性比其它兩個土層的高。

表1 鐮葉錦雞兒濕地土壤基本理化性質Table 1 The basic physicochemical properties ofwetland soil ofCɑrɑgɑnɑɑurɑntiɑcɑKoehne

圖1 鐮葉錦雞兒濕地土壤脲酶活性Fig.1 Urease activity ofwetland soil

2.1.2 土壤蔗糖酶 蔗糖酶與土壤中全磷，全氮等元素關系十分密切，它的水解產物是土壤微生物生長繁殖所必須的營養物質，因此蔗糖酶活性不僅能反映出土壤中微生物活動的強弱，還能反映土壤肥力的大小［8－11］。如圖 2a所示，解放橋樣帶的蔗糖酶活性比七十六團大橋樣帶的高出37.7%；在距河邊200m的剖面蔗糖酶活性如圖2b所示，解放橋的蔗糖酶活性高于七十六團大橋，解放橋的蔗糖酶活性在0～15 cm明顯高出七十六團大橋的蔗糖酶活性；圖2c是解放橋有錦雞兒和無錦雞兒兩個剖面蔗糖酶活性的比較，從圖中可以看出有錦雞兒的剖面蔗糖酶活性高于無錦雞兒剖面；圖2d是在無錦雞兒的環境中解放橋與七十六團大橋蔗糖酶活性的比較，在0～15、15～30、30～50 cm三個土層深度解放橋的土壤蔗糖酶活性高出七十六團大橋24.4%、22.3%、12.6%。綜上所述，在相同條件下，解放橋的蔗糖酶活性高于七十六團大橋的蔗糖酶活性，同時植物的種類和數量對土壤蔗糖酶活性具有明顯的影響。

圖2 鐮葉錦雞兒濕地土壤蔗糖酶活性Fig.2 Sucrase activity ofwetland soil

2.1.3 土壤過氧化氫酶 土壤中動植物及微生物所產生的H2O2被過氧化氫酶水解，從而避免H2O2對土壤中的生物體產生毒害作用，因此過氧化氫酶活性強弱在一定程度上可以反映土壤的氧化程度［12－14］。從圖3a中可以看出解放橋樣帶的過氧化氫酶活性比七十六團大橋高14.7%；如圖3b所示在距河邊200m處的過氧化氫酶活性解放橋比七十六團大橋高，0～15 cm解放橋比七十六團大橋高21%，15～30 cm七十六團大橋比解放橋低52.9%，30～50 cm解放橋比七十六團大橋高22.2%；圖3c是在不同環境下解放橋過氧化氫酶活性的比較，從圖中可知，有錦雞兒的剖面過氧化氫酶活性比沒有錦雞兒的剖面高；圖3d是在無錦雞兒的環境下解放橋樣地與七十六團大橋樣地過氧化氫酶活性的比較，在同一深度下解放橋的過氧化氫酶活性比七十六團高。總的來說，在相同條件下，解放橋樣地比七十六團大橋的過氧化氫酶活性高，同一剖面的酶活性隨著土壤深度的增加其活性隨之降低。

2.2 鐮葉錦雞兒濕地活性有機碳含量

2.2.1 土壤水溶性有機碳含量（WSOC） WSOC是指能通過0.45μm濾膜的可溶于水的有機碳，WSOC雖然在土壤中含量不多，但是它與土壤微生物的生長繁殖密不可分，同時在土壤物質遷移過程中起重要作用［15］。如圖4所示，所有剖面皆呈現出水溶性有機碳含量隨土壤深度的增加而降低的趨勢，這表明隨著土壤深度的增加，微生物數量減少，物質的遷移過程也受到阻礙；再者除了15～30 cm以外，0～15 cm和30～50 cm的水溶性有機碳含量表現為解放橋樣地高于七十六團大橋樣地。0～15 cm的水溶性有機碳含量表現為解放橋樣地有錦雞兒剖面＞解放橋距河邊200m處剖面＞解放橋樣地無錦雞兒剖面＞七十六團大橋無錦雞兒剖面＞七十六團大橋距河邊200m剖面；15～30 cm的水溶性有機碳含量呈現解放橋距河邊200m處剖面＞七十六團大橋距河邊200m剖面＞解放橋樣地有錦雞兒剖面＞解放橋樣地無錦雞兒＞七十六團無錦雞兒剖面；在30～50 cm的水溶性有機碳呈階梯趨勢，即解放橋距河邊200m處剖面＞解放橋樣地有錦雞兒剖面＞解放橋樣地無錦雞兒＞七十六團距河邊200m剖面＞七十六團無錦雞兒剖面。鐮葉錦雞兒濕地的植物種類不多，但分布不均勻，因此植被的歸還量，分解速率等導致不同樣地的水溶性有機碳存在差異。

圖3 鐮葉錦雞兒濕地土壤過氧化氫酶活性Fig.3 Catalase activity ofwetland soil

圖4 不同土壤剖面水溶性有機碳的比較Fig.4 Comparison ofwater soluble organic carbon in different soil profile

2.2.2 土壤易氧化碳含量（ROC） 易氧化碳在土壤中含量相對較少，但是它卻是土壤生態系統最重要的動力來源，同時它也是表征土壤有機碳早期變化的敏感指標，對在人為干擾和環境變化背景下的土壤碳庫的動態變化有重要的指示意義［16］。圖5比較了不同剖面的易氧化碳含量，結果表明，同一土壤剖面的易氧化碳含量的變化趨勢與水溶性有機碳的變化趨勢一致，但只有0～15 cm表現為解放橋樣地大于七十六團大橋樣地。在0～15 cm的易氧化碳含量表現為解放橋樣地有錦雞剖面＞解放橋距河邊200m處剖面＞解放橋樣地無錦雞剖面＞七十六團大橋距河邊200 m剖面＞七十六團無錦雞剖面；在15～30 cm易氧化碳含量表現為解放橋樣地有錦雞剖面＞解放橋樣地無錦雞剖面＞七十六團無錦雞剖面＞解放橋距河邊200m處剖面＞七十六團大橋距河邊200m剖面；在30～50 cm的易氧化碳含量表現為解放橋距河邊200m剖面＞解放橋樣地有錦雞剖面＞七十六團大橋距河邊200m剖面＞解放橋樣地無錦雞剖面＞七十六團無錦雞剖面。植物的落葉及殘根等是土壤活性有機碳的來源，在鐮葉錦雞兒濕地靠近河邊的鐮葉錦雞兒生長茂盛，而遠離河邊的鐮葉錦雞兒生長稀疏，微生物活動減弱，活性有機碳的生成過程減緩［17］。

2.2.3 土壤微生物量碳含量（MBC） 土壤微生物量碳是土壤生物易于利用的養分庫和碳礦化的能量來源，雖然含量少，但卻與養分關系密切，從而反映濕地系統的動態變化［18］。從圖6可以看出，在同一土壤剖面的微生物量碳的含量也與水溶性有機碳的變化趨勢一致，但七十六團大橋距河邊200 m剖面的微生物量碳與解放橋距河邊200m剖面的幾乎持平。在0～15 cm的微生物量碳表現為解放橋樣地有錦雞剖面＞解放橋樣地無錦雞剖面＞七十六團無錦雞剖面＞解放橋距河邊200m剖面＞七十六團大橋距河邊200m剖面；在15～30 cm的微生物量碳表現為解放橋樣地有錦雞剖面＞解放橋樣地無錦雞剖面＞七十六團無錦雞剖面＞七十六團距河邊200 m剖面＞解放橋距河邊200m剖面；在30～50 cm的微生物量碳含量表現為解放橋樣地無錦雞剖面＞解放橋樣地有錦雞剖面＞七十六團無錦雞剖面＞七十六團距河邊200 m剖面＝解放橋距河邊200 m剖面。隨著土壤深度的增加，營養物質等微生物生長繁殖所必須的物質逐漸減少，微生物活動減弱，微生物量碳的含量隨之降低，再者河邊的水資源豐富，不適合好氧微生物生長繁殖。

2.3 鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性與活性有機碳的相關性分析

將鐮葉錦雞兒濕地0～50 cm垂直剖面的脲酶與WSOC，ROC和MBC進行相關性分析，如表2所示，脲酶與WSOC、ROC和MBCC呈顯著相關關系，其相關系數為 0.931、0.835和 0.837。隨著土壤深度的增加，脲酶活性對WSOC的影響增大。

蔗糖酶與WSOC、ROC和MBC呈極顯著相關關系，相關系數為 0.853、0.831和 0.690。蔗糖酶的水解產物可以成為WSOC的一部分，故隨著土層深度的增加，蔗糖酶對WSOC的影響增大。

圖5 不同土壤剖面易氧化碳的比較Fig.5 Comparison of carbon dioxide in different soil profile

圖6 不同土壤剖面微生物量碳的比較Fig.6 Comparison ofmicrobial biomass carbon in different soil profile

表2 鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性與活性有機碳之間的相關性Table 2 Correlation between enzyme activity and active organic carbon of thewetland of Sickle leaf Caragana

隨著土壤深度的增加，過氧化氫酶活性與WSOC、ROC和 MBC呈極顯著相關（P＜0.01），相關系數為 0.863、0.823和 0.731。隨著土層深度的增加，過氧化氫酶活性降低，分解過氧化氫的能力降低，微生物會產生中毒反應，從而抑制其生長繁殖。

3 討 論

由圖1，圖2和圖3可以看出在同一土壤剖面的蔗糖酶活性，脲酶活性和過氧化氫酶活性皆隨土壤深度的增加而降低，這與王瑩等的研究結果一致［19－20］；此外，在一定條件下，解放橋樣地的酶活性顯著高于七十六團大橋的酶活性，有錦雞兒樣地的酶活性高于無錦雞兒樣地。這主要是因為土壤表層聚集著大量的枯枝落葉及腐殖質等物質，氧氣、光熱等自然條件相對較好，適宜微生物生長繁殖，同時土壤的呼吸強度增強，故表層的酶活性較高。而隨著土壤深度的增加，pH值變大，氧氣、腐殖質等營養元素含量降低，故酶活性受到抑制。

土壤活性有機碳的來源有很多，但與植物和微生物之間的關系十分密切［21－22］。如圖4，圖5和圖6可知，解放橋有錦雞兒樣地的酶活性與WSOC，ROC和MBC含量均大于解放橋無錦雞兒樣地，這表明錦雞兒這種植物在一定范圍內可以增加活性有機碳的含量并增強酶活性，這可能與錦雞兒的凋落物給微生物提供生存條件，同時根系或微生物會分泌酶和分泌物又會產生一定量的活性有機碳有關。而WSOC，ROC和MBC與蔗糖酶，脲酶和過氧化氫酶呈正相關關系，表明土壤酶活性在一定程度上對活性有機碳的影響顯著，與活性有機碳的礦化分解關系密切。

4 結 論

1）鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性表現出解放橋樣地大于七十六團大橋樣地；鐮葉錦雞兒濕地解放橋有錦雞兒剖面酶活性高于無錦雞兒剖面酶活性含量，說明鐮葉錦雞兒的生長可以增加土壤酶活性。

2）在土壤剖面的分析中，隨著土層深度的增加，土壤酶活性和活性有機碳含量皆呈顯著下降趨勢；同時，有機質及其它養分指標也呈下降趨勢。

3）鐮葉錦雞兒濕地土壤酶活性與活性有機碳的相關性分析表明蔗糖酶對WSOC影響顯著，過氧化氫酶對ROC和MBC影響顯著。

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The relationships between distribution of enzyme activities and characterization of active organic carbon index in the wetland soil of Caragana aurantiaca Koehne

CUIDong1，2，3，DENG Xia1，LIU Ying1，ZHAO Yu1，YAN Jun-jie1，2
（1.College of Biologyɑnd Geogrɑphy，Yili Normɑl University，Yining，Xinjiɑng 835000，Chinɑ；2.College of Resourcesɑnd Environment，Xinjiɑng University／Key Lɑborɑtory of Oɑsis of Ministry of Educɑtion，Urumqi，Xinjiɑng 830046，Chinɑ；3.Stɑte Key Lɑborɑtory of Desertɑnd Oɑsis Ecology，Xinjiɑng Institute of Ecology ɑnd Geogrɑphy，Chinese Acɑdemy of Sciences，Urumqi，Xinjiɑng 830011，Chinɑ）

Selecting thewetland soil of CɑrɑgɑnɑɑurɑntiɑcɑKoehne as the research object in Yili valley of Zhaosu County，the distribution characteristics and their intrinsic relationship of activities of soil enzyme（urease activity，invertase activity，catalase activity），and soil labile organic carbon（soilwater soluble organic carbonWSOC，soil labile carbon ROC，soilmicrobial biomass carbon MBC）were studied，the relationships between enzyme activities and soil organic carbon characterization indexwas analysed.The results showed that the activities of soil enzyme declined with soil depth increasing.with the increasing of the soil depth，the contentof the vertical profile of the active organic carbon decreased.Sickle leaf Caragana could improve activities of soil enzyme and content of active organic carbon；Invertase，urease and catalasewere significantly correlated with soil labile organic carbon（P＜0.01），in conclusion，the soil enzyme played an important role in themigration and transformation of soil active organic carbon.

thewetland；CɑrɑgɑnɑɑurɑntiɑcɑKoehne；activities of soil enzyme；active carbon of soil

S154.2

A

1000-7601（2017）05-0195-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.29

2016-07-11

2016-10-12

伊犁師范學院植物生態學重點學科科研項目（YLUPE201601T）

崔 東（1984—），男，烏魯木齊人，講師，博士研究生，研究方向為干旱區土壤地理與環境變化等。E-mail：cuidongw＠126.com。

趙 玉（1978—），男，安徽人，博士，教授，主要從事植物生態學方面研究工作。E-mail：2001zhaoyu＠sohu.com。