遼西地區(qū)沙地不同放牧強(qiáng)度樣地上生物結(jié)皮的理化性質(zhì)及土壤酶活變化研究

作者簡介：管穎（1988-），女，遼寧建平人，本科，林業(yè)高級工程師，現(xiàn)主要從事林業(yè)生產(chǎn)工作。E-mail：348060668@qq.com. 手機(jī)：18504216658

通訊地址：遼寧省朝陽市建平縣青松嶺鄉(xiāng)青松嶺林場 ?管穎收

摘要：對遼西地區(qū)不同放牧強(qiáng)度樣地上藻結(jié)皮、蘚結(jié)皮2類生物結(jié)皮理化性質(zhì)、土壤酶活的變化情況進(jìn)行調(diào)查研究，結(jié)果表明，不同程度放牧樣地處理恢復(fù)區(qū)內(nèi)蘚結(jié)皮的有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)皮厚度、全氮、全磷、全鉀、微生物碳、微生物氮、土壤含水量等均高于藻結(jié)皮，土壤中脲酶、蛋白質(zhì)酶活整體也是蘚結(jié)皮優(yōu)于藻結(jié)皮;且中度、輕度放牧樣地恢復(fù)區(qū)2種結(jié)皮土壤脲酶、蛋白質(zhì)酶活均高于重度放牧樣地;隨著土層的加深，酶活逐漸降低。表明了適度的放牧有助于改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤酶活。

關(guān)鍵詞：放牧強(qiáng)度;生物結(jié)皮;理化性質(zhì);酶活

Abstract： An investigation was conducted on the physical and chemical properties of two types of algal crusts and moss crusts and soil enzyme activities in different grazing intensities in western Liaoning. The results showed that the moss crusts were restored in different levels of grazing plots. The organic matter content， crust thickness， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， microbial carbon， microbial nitrogen， and soil water content are all higher than that of algae crust. The urease and protein enzyme activities in the soil are also better than algae crust. The urease and protein enzyme activities of the two crust soils in the restoration area of the moderate and light grazing plots were higher than those of the heavy grazing plots; as the soil layer deepened， the enzyme activities gradually decreased. It shows that moderate grazing can help improve soil physical and chemical properties and increase soil enzyme activity.

Keywords： grazing intensity; biological crust; physical and chemical properties; enzyme activity

隨著人們對生態(tài)環(huán)境影響程度的不斷加劇，關(guān)于人工干擾的生態(tài)學(xué)作用的研究成為了目前相關(guān)學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一[1]。干擾可以對生態(tài)環(huán)境中資源的配置情況產(chǎn)生明顯的改變，對原有的生態(tài)過程產(chǎn)生深刻影響，進(jìn)而改變一些環(huán)境中的生態(tài)格局[2]。由此可知，在生態(tài)環(huán)境較為脆弱尤其是土壤沙化現(xiàn)象嚴(yán)重的半干旱、干旱地區(qū)，干擾的影響作用要引起人們的重視[3]。

在氣候干旱的荒漠地帶，生物結(jié)皮是此種特殊環(huán)境下形成的一類有機(jī)復(fù)合生物土壤層，由一些孢子植物類群（包括真菌、苔蘚、藻類、藍(lán)藻等）、土壤共同作用形成;其作用是改良土壤、減緩?fù)寥狼治g效果、對降水資源的分配情況進(jìn)行調(diào)節(jié)、增加生物多樣性，具有明顯的生態(tài)作用，目前在我國干旱、半干旱地區(qū)廣泛分布，主要類型有藻結(jié)皮、蘚結(jié)皮2種，前者類型中優(yōu)勢生物群為綠藻、藍(lán)藻，為黑色，后者類型中優(yōu)勢生物群為苔蘚，為金黃、綠色或者黑色、棕色等[3-4]。生物結(jié)皮的特點(diǎn)為易碎，因此對外界的干擾比較敏感。常見的干擾類型有3種：放牧干擾、火燒干擾、機(jī)械性碾壓干擾;其中放牧干擾主要表現(xiàn)在人畜對生物結(jié)皮的踐踏作用，進(jìn)而對土壤的理化性質(zhì)、土壤酶活等產(chǎn)生影響[5-6]。

本文以遼西地區(qū)沙地圍封狀態(tài)下各種放牧強(qiáng)度樣地恢復(fù)過程中生物結(jié)皮作為研究對象，分析了不同放牧強(qiáng)度樣地上生物結(jié)皮的理化性質(zhì)以及土壤酶活變化情況，旨在為遼西干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)地位于遼西建平地區(qū)與內(nèi)蒙赤峰地區(qū)交接的沙漠地帶，平均海拔200m左右。年均溫8.5℃左右，年均降水量325mm左右，每年的6月底到7月中旬降水量整體偏少，存在較為嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)旱情，進(jìn)入到7月下旬后降水逐漸增加;日照時數(shù)年均2510h，風(fēng)速年均3.3m/s，大風(fēng)的天數(shù)年均在48.5d左右。試驗(yàn)地土壤類型以風(fēng)沙土為主，土層比較疏松，有機(jī)質(zhì)含量低，在保持肥水方面的效果不佳，中粗沙、細(xì)沙含量分別占50%、40%左右，地貌主要為固定、半固定、流動平緩沙丘。試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)植被主要有狗尾草、白草、灰綠藜、三芒草、蘆葦以及一些冷蒿、小葉錦雞兒等半灌木、灌木。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)3種強(qiáng)度的圍封放牧處理，分別為輕度放牧、中度放牧、重度放牧，放牧的密度分別為2.8萬、5.6萬、8.4萬只/hm2左右。每個處理設(shè)2個重復(fù)，重復(fù)小區(qū)的面積在1.1-1.5hm2。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2000—2008年按照試驗(yàn)設(shè)計的要求進(jìn)行不同程度的圍封放牧。2009年停止放牧，實(shí)施完全圍封恢復(fù)。2019年取樣，對不同放牧程度處理樣地上圍封恢復(fù)10年后生物結(jié)皮的變化情況[7]。

1.4調(diào)查內(nèi)容及方法

2019年在各個研究樣地上隨機(jī)選擇藻結(jié)皮、蘚結(jié)皮2種生物結(jié)皮進(jìn)行取樣，每個重復(fù)樣地內(nèi)每種生物結(jié)皮均隨機(jī)取樣3個[8-9]。取樣時，按照0-5、5-10、10-20cm土層分別用環(huán)刀取土、密封帶回分析;所有樣品分成2份，一份將同一處理的所有土層的樣品混合進(jìn)行土壤理化性質(zhì)的測定，一份按照各處理不同土層樣品進(jìn)行酶活的測定。測定的項(xiàng)目指標(biāo)包括土壤含水量、土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀、微生物量碳、微生物量氮、脲酶活性、蛋白酶活性等，具體參照魯如坤[9]、關(guān)松蔭[10]、鮑士旦[11]等方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同放牧強(qiáng)度樣地生物結(jié)皮理化性質(zhì)變化

通過對不同放牧強(qiáng)度樣地恢復(fù)區(qū)處理的2類生物結(jié)皮主要理化性質(zhì)的測定分析，結(jié)果見表1。根據(jù)表1可知，不同放牧強(qiáng)度樣地恢復(fù)區(qū)的理化性質(zhì)表現(xiàn)出不同程度的差異。與藻類結(jié)皮相比，各放牧強(qiáng)度樣地處理蘚類結(jié)皮的土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀、微生物量碳、微生物量氮、結(jié)皮厚度均要明顯更高，Ph值相對更低，整體理化性質(zhì)比藻結(jié)皮更好;2種生物結(jié)皮中，有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀、微生物量碳等指標(biāo)均以中度放牧強(qiáng)度處理恢復(fù)區(qū)為最佳，其次是輕度放牧強(qiáng)度的處理，重度放牧強(qiáng)度處理含量為最低，由此可知放牧強(qiáng)度為中度的處理有助于土壤中養(yǎng)分的積蓄與儲存。此外從表1還可以看出，2類生物結(jié)皮中，結(jié)皮厚度均隨著放牧強(qiáng)度的增加而逐漸變薄，表明了放牧干擾程度與結(jié)皮厚度之間有著緊密的關(guān)系。

2.2 不同放牧強(qiáng)度樣地生物結(jié)皮酶活變化

以土壤中脲酶、蛋白酶2種酶的活性為指標(biāo)，對不同放牧強(qiáng)度樣地恢復(fù)區(qū)處理的2類生物結(jié)皮下土壤酶活進(jìn)行測定分析，結(jié)果見表2。

根據(jù)表2可知，不同放牧強(qiáng)度樣地恢復(fù)區(qū)的2種酶的活性表現(xiàn)出不同程度的差異。蛋白酶、脲酶2種酶活整體表現(xiàn)為蘚結(jié)皮土壤高于藻結(jié)皮土壤，可知前者在改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力方面有著更好的效果，此結(jié)論很好地印證了表1中的結(jié)論;究其原因，主要在于蘚結(jié)皮土壤的有機(jī)質(zhì)、碳氮磷鉀等養(yǎng)分以及含水量均更佳，為微生物、維管植物的生長創(chuàng)造了良好的條件，進(jìn)而表現(xiàn)為酶活更高。2類結(jié)皮土壤中，輕度放牧、中度放牧2個處理的酶活整體表現(xiàn)為高于重度放牧處理，由此可知，土壤酶活與放牧強(qiáng)度之間的影響比較明顯，雖然放牧均會對生物結(jié)皮產(chǎn)生破壞作用，但是適度的放牧處理恢復(fù)期間有助于理化性質(zhì)的改善、土壤肥力水平的提高，重度放牧可對土壤酶活產(chǎn)生明顯的降低作用。

根據(jù)表2可知，2類結(jié)皮土壤中，隨著土層的加深，各放牧強(qiáng)度處理的脲酶、蛋白酶活性均呈降低趨勢，上層土的活性明顯比下層土壤高，由此可知生物結(jié)皮對土壤酶活的影響主要集中在上層的結(jié)皮層土壤。

3 結(jié)論

通過采取不同程度的放牧措施后圍封禁牧10年，調(diào)查了各放牧程度處理恢復(fù)區(qū)生物結(jié)皮理化性質(zhì)以及土壤酶活變化情況，結(jié)果表明，不同放牧程度處理恢復(fù)區(qū)的蘚結(jié)皮理化性質(zhì)優(yōu)于藻結(jié)皮，在改善土壤結(jié)構(gòu)、提高養(yǎng)分等方面效果更佳;2種結(jié)皮土壤中，輕度、中度放牧恢復(fù)樣地的脲酶活、蛋白酶活比重度放牧區(qū)高，表明了適度程度的放牧有助于土壤酶活性的提高;隨著土層的加深，脲酶活、蛋白酶活均呈降低態(tài)勢。

參考文獻(xiàn)

[1]王閃閃，趙允格，石亞芳， 等.短期放牧干擾對黃土丘陵區(qū)生物結(jié)皮土壤氮素累積的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2017，28（12）：3848-3854.

[2]徐杰，寧遠(yuǎn)英.科爾沁沙地放牧恢復(fù)過程中生物結(jié)皮對土壤酶活性的影響[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)漢文版），2010，39（3）：302-307.

[3]段倩雯.灘羊輪牧對隴東典型草原生物土壤結(jié)皮及其下層土壤理化性質(zhì)的影響[D].甘肅：蘭州大學(xué)，2017.

[4]李新凱.毛烏素沙地生物結(jié)皮的空間分布及多種生態(tài)功能研究[D].中國科學(xué)院大學(xué)，2018.

[5]張軍紅.毛烏素沙地油蒿群落生物結(jié)皮的分布特征[J].水土保持通報，2014，34（3）：227-230.

[6]李新凱，卜崇峰，李宜坪， 等.放牧干擾背景下蘚結(jié)皮對毛烏素沙地土壤水分與風(fēng)蝕的影響[J].水土保持研究，2018，25（6）：22-28.

[7]熊好琴，段金躍，王妍， 等.毛烏素沙地生物結(jié)皮對水分入滲和再分配的影響[J].水土保持研究，2011，18（4）：82-87.

[8]梁少民，吳楠，王紅玲， 等.干擾對生物土壤結(jié)皮及其理化性質(zhì)的影響[J].干旱區(qū)地理，2005，28（6）：818-823.

[9] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社， 1999.

[10]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社， 1986.

[ 11]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2000.