不同施肥組合對高寒礦區(qū)土壤理化性質及酶活性的影響

摘要：本研究以青海木里江倉礦區(qū)渣山表層基質為研究對象，開展顆粒有機肥和羊板糞混施的雙因素隨機區(qū)組試驗，探討不同處理下土壤脲酶、堿性蛋白酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性以及土壤理化性質的變化特征，旨在為高寒礦區(qū)植被恢復提供理論依據(jù)。結果表明：施用羊板糞40 kg·m^-2能顯著提高土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性（Plt;0.05）；施用羊板糞40 kg·m^-2和顆粒有機肥3 kg·m^-2能顯著提高土壤堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性及全氮、速效氮、速效磷、有機質含量（Plt;0.05）。由冗余分析可知，有機質是影響土壤酶活性的關鍵因子；由相關性分析可知，土壤含水量、容重、速效磷、全氮、全磷、有機質是影響土壤酶活性的主要因子。綜上所述，在礦區(qū)植被恢復中，混合配施顆粒有機肥3 kg·m^-2和羊板糞40 kg·m^-2左右即可明顯改善礦區(qū)土壤理化性質和土壤酶活性。

關鍵詞：羊板糞；顆粒有機肥；高寒礦區(qū)；土壤酶活性

中圖分類號：S812.2 "nbsp;"""""文獻標識碼：A """""""文章編號：1007-0435（2025）03-0984-08

Effects of Different Fertilization Combinations on Soil Physicochemical Properties and Enzyme Activities in Alpine Mining Area

AN Xiao-ting¹，"YU Zhong-yang¹，"HU Sheng-bin¹，"ZHANG Xu²，"LI Chang-hui^1*，"YANG Ming-chun¹，"JING Guo-ning¹

（1.Qinghai University，"Xining，"Qinghai Province 810016，"China；2.Wuhai Natural Resources Development Center，"Wuhai，"Inner Mongolia 016000，"China）

Abstract：In the experiment，"the surface matrix of the slag hill in Jiangcang mining area of Muli Coalfield in Qinghai Province was taken as the research object，and the two-factor randomized block experiment with mixed application of granular organic fertilizer and sheep manure was carried out，"The changes of soil urease，"alkaline protease，"alkaline phosphatase，"catalase activity and soil physical and chemical properties under different treatments were discussed，"aiming to provide theoretical basis for the vegetation restoration of the alpine mining area. The results showed that the application of sheep manure 40 kg·m^-2 significantly increased the activities of soil catalase，"alkaline phosphatase and alkaline protease（Plt;0.05）；"The application of 40 kg·m^-2"sheep manure and 3 kg·m^-2"granular organic fertilizer significantly increased the activities of alkaline phosphatase and alkaline protease and the contents of total nitrogen，"available nitrogen，"available phosphorus and organic matter in soil （Plt;0.05）. RDA analysis showed that organic matter was the key factor affecting soil enzyme activity；correlation analysis showed that soil water content，"bulk density，"available phosphorus，"total nitrogen，"total phosphorus and organic matter were the main factors affecting soil enzyme activity. In summary，"in the vegetation restoration of mining area，"the mixed application of granular organic fertilizer 3 kg·m^-2"and sheep manure 40 kg·m^-2"significantly improved the soil physical and chemical properties and soil enzyme activity in the mining area.

Key words：Sheep board manure；Granular organic fertilizer；High cold mining area；Soil enzyme activity

江倉煤礦區(qū)域是青海省占地面積最為廣闊的礦區(qū)，平均海拔約為3800 m，冷季持續(xù)時間較長，氧氣較為匱乏，植物的生長周期較短^［1］。由于長期開采，煤礦區(qū)原有的高寒草地生態(tài)系統(tǒng)受到嚴重破壞^［2］，引發(fā)了一系列的環(huán)境問題，如治理面積大，而且土壤條件極差，酸堿度偏高，自然恢復緩慢，植物缺乏生長所需的養(yǎng)分，生物多樣性保護功能下降。因此，針對礦區(qū)生態(tài)修復困難，目前比較有效的方法是進行人工干預，通過建植人工草地可以實現(xiàn)植被初步恢復，進而通過群落演替來實現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)修復^［3］。然而，由于礦區(qū)海拔較高、年平均氣溫低，自然條件惡劣，建植的植被系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。有研究發(fā)現(xiàn)，覆土對于礦區(qū)植被恢復效果良好，但異地客土困難且成本高，不建議采用^［4］。

施肥能夠改善礦區(qū)土壤肥力及酶活性^［5-6］。有機肥作為應用最為廣泛的肥料之一，不僅養(yǎng)分全面，釋放緩慢，可以滿足礦區(qū)植被恢復緩慢的需求，并且對環(huán)境污染相對較小，比較適合在礦區(qū)使用^［7-8］。礦區(qū)位置較偏遠且有機肥運輸成本，考慮到江倉礦區(qū)牧民主要以養(yǎng)殖羊群和牛群為主，大量的羊糞在羊群的踐踏下與地表土壤混合，形成天然的羊板糞肥料。這種肥料因來源、運輸方便和肥效好可作為高寒礦區(qū)的首要材料，羊板糞未經(jīng)腐熟，前期養(yǎng)分釋放緩慢，木里礦區(qū)年平均氣溫低，而羊板糞腐熟溫度要達到50℃，使得羊板糞腐熟緩慢，比常規(guī)腐熟時間延長2～3年，可滿足礦區(qū)后期植被恢復需求，而顆粒有機肥已經(jīng)過腐熟，并且在制作過程中加入了菌劑，因此不僅能滿足前期植被恢復，還能為羊板糞腐熟提供有益微生物。施加畜禽糞便能夠切實增加土壤有機質、氮以及磷的輸入，激發(fā)微生物活動并加快可利用養(yǎng)分循環(huán)等進程以改良土壤理化性質^［9-10］。

土壤酶在土壤系統(tǒng)的生物化學過程中起著促進作用^［11-12］，是影響土壤的關鍵因子。在酶促反應的作用下，土壤酶推動著土壤養(yǎng)分的礦化進程^［13］。因此，礦區(qū)的土壤肥力能夠通過土壤酶活性的高低予以體現(xiàn)，土壤酶活性增加也會影響土壤氮、磷、有機質等的含量，反之，土壤養(yǎng)分的增加也會促使土壤酶得以增強^［14-15］。過氧化氫酶作為土壤氧化還原酶類中的一種，起著分解和轉化土壤中過氧化氫的作用^［16-17］，其活性大小可以反映土壤氧化還原的狀態(tài)。堿性磷酸酶作為土壤水解酶中進行土壤循環(huán)的關鍵酶之一，可以將有機磷水解為無機磷^［18］，其活性大小可以反應土壤磷素的可利用性。蛋白酶可以將蛋白質分解為小的肽鏈和氨基酸，為植物生長提供氮素和能量^［19］。土壤脲酶是將有機氮化物分解成無機氮的一種水解酶^［20］，主要參與有機質、尿素等物質的分解、礦化過程，是作為土壤碳、氮循環(huán)的關鍵生物催化劑^［21-22］。因此，本試驗通過測定土壤理化性質及土壤脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性，對比其在羊板糞和顆粒有機肥不同施肥處理下的差異，為高寒礦區(qū)顆粒有機肥和羊板糞最適配施比例奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為青海省木里礦區(qū)江倉2號井，地理位置99°59′E，38°04′N，海拔3816.82 m，研究區(qū)處高寒地帶，晝夜溫差極大，最高氣溫達19.8℃，最低氣溫至-35.6℃，年平均氣溫為-4.2℃。年降雨量在473～484 mm。一年四季多風，1—4月風力最大，最大風速大于40 m·s^-1，平均風速2.9 m·s^-1。江倉礦區(qū)周邊原始群落土壤類型主要為沼澤土和高山草甸土，原始植被類型以高寒草甸和沼澤草甸為主。江倉2號井于2014年停止開采，恢復工作在"2021年開始。試驗開始前渣山表層由煤矸石及各類巖石構成，初始理化性質指標值為：全氮"1.165 g·kg^-1；全磷0.91 g·kg^-1；速效氮0.018 g·kg^-1；速效磷0.0074 g·kg^-1；有機質93.33 g·kg^-1；pH值8.46。

1.2 試驗設計

羊板糞（有機質含量429.75 g·kg^-1，水分含量37.19%，pH值7.91）設置3個水平，用量分別為0（S₀），20（S₁），40（S₂）kg·m^-2；顆粒有機肥由青海高原地灃肥業(yè)有限公司提供（有機質含量≥45%，水分≤30%，N+P₂O₅+K₂O≥5%），設置3個水平，用量為0.0（F₀），1.5（F₁），3.0（F₂）kg·m^-2。羊板糞和顆粒有機肥兩兩組合S₀F₀，S₀F₁，S₀F₂，S₁F₀，S₁F₁，S₁F₂，S₂F₀，S₂F₁，S₂F₂共9個水平，每個水平3次重復，小區(qū)面積3 m×5 m，共計27個小區(qū)。

2021年6月播種前，撿拾石塊，平整渣山臺地地面，按隨機區(qū)組排列布置小區(qū)。試驗地周邊修建排水溝，以防積水。將各小區(qū)按照不同試驗水平將肥料與15 cm渣山土壤攪拌混勻，肥料均為一次性施入。2021年6月以鄉(xiāng)土植物‘青?！腥A羊茅（Festuca sinensis Keng ex S. L.‘Qinghai’）、‘同德’短芒披堿草（Elymus breviaristatus"Keng f.‘Tongde’）、‘青?！涞卦缡旌蹋?em>Poa crymophila Keng ex C. Ling‘Qinghai’）、‘青?！莸卦缡旌蹋?em>Poa Pratensis"Keng ex C. Ling.‘Qinghai’），以1∶1∶1∶1組成的混合草種撒播，播種量為18 g·m^-2；播種深度為1 cm，所有小區(qū)均鋪設無紡布。

1.3 測定方法及指標

2022年8月，在每個小區(qū)對角線選三點取0～15 cm土壤樣品用于測定土壤化學性質和酶活性，同理再用環(huán)刀取樣用于測定土壤物理性質。

土壤理化性質測定：土壤鮮樣和風干后過篩的干樣分別用來測定土壤物理性質和化學性質。土壤含水量（Soil moisture content，SMC）采用烘干法，土壤容重（Soil bluk density，SBD）采用水體積法^［23］，土壤全氮（Total nitrogen，TN）含量采用半微量凱氏定氮法，全磷（Total phosphorus，TP）含量采用氫氧化鈉熔融法，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量用德國SEAL型AA3連續(xù)流動分析儀測定，速效磷（Available phosphoru，AP）含量采用碳酸氫鈉浸提法，土壤酸堿度（pH值）采用電極法（水土比2.5∶1）進行測定，土壤有機質（Soil organic matter，SOM）含量的測定采用重鉻酸鉀氧化法^［24］。

土壤酶活性測定：采集土壤鮮樣后液氮冷凍，后在實驗室超低溫冰箱保存，用于測定土壤脲酶（Soil-Urease，S-UE），土壤過氧化氫酶（Soil-Catalase，S-CAT），土壤堿性蛋白酶（Soil-Alkaline protease，S-ALPT），土壤堿性磷酸酶（Soil-Alkaline phosphatase，S-ALP）活性，以上指標測定均采用試劑盒法。土壤脲酶（A121-1-1）用比色法測定，土壤過氧化氫酶（A007-1-1）用鉬酸銨法測定，土壤堿性蛋白酶（T012-1-1）用分光光度法測定，土壤堿性磷酸酶（T010）用分光光度法測定，均由南京建成生物工程研究所提供。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應用"Excel 2019進行數(shù)據(jù)處理，運用SPSS 26.0進行雙因素方差分析，運用LSD檢驗方法進行多重比較，Canoco 5.0進行冗余分析，Origin 2021軟件繪制Pearson相關性圖及顯著性差異圖。

2 結果與分析

2.1 土壤酶活性在不同施肥處理下的影響

土壤酶活性在不同施肥處理下呈現(xiàn)出不同的變化（表1）。相比于S₀，脲酶活性在S₁處理顯著增加，過氧化氫酶活性和堿性蛋白酶活性在S₂處理顯著增加（Plt;0.05），堿性磷酸酶活性在S₁、S₂處理顯著增加；相比于F₀，脲酶活性在F₂處理顯著降低（Plt;0.05），堿性蛋白酶在F₁處理顯著降低（Plt;0.05）；相比于S₀F₀，混施組合S₂F₂下過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性均顯著增加（Plt;0.05），分別是S₀F₀處理的2.18，3.28，1.21倍，脲酶活性在S₁F₀處理下顯著高于S₀F₀（Plt;0.05）。以上結果表明，施用羊板糞對土壤酶活性的影響較顆粒有機肥明顯，且混施組合S₂F₂下過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性、堿性蛋白酶活性均達到最大（圖1）。

2.2 土壤理化性質在不同施肥處理下的影響

土壤理化性質在不同施肥處理下呈現(xiàn)出不同的變化（表2），含水量、速效磷、全氮、全磷含量在不同施肥處理下均有顯著影響（Plt;0.05）。相比于S₀，土壤含水量、全氮、全磷含量在S₁，S₂處理下均顯著增加（Plt;0.05），pH值、容重在S₁，S₂處理下均顯著降低（Plt;0.05），速效氮、速效磷、有機質含量在S₂處理顯著高于S₀（Plt;0.05）；相比于F₀，土壤速效氮、速效磷含量在F₂處理顯著增加（Plt;0.05）；相比于S₀F₀，土壤含水量、全磷含量在混施S₂F₁處理顯著增加，有機質、速效氮、速效磷、全氮含量在S₂F₂處理顯著增加（Plt;0.05）。

2.3 土壤理化性質與土壤酶活性的關系

從相關分析中得知（圖3），土壤容重與土壤酶活性呈現(xiàn)出極顯著的負相關關系（Plt;0.01）。土壤含水量、速效磷、全氮以及有機質土壤堿性磷酸酶、堿性蛋白酶均呈現(xiàn)出極顯著的正相關關系（Plt;0.01），而土壤全氮、全磷、速效磷和過氧化氫酶之間也呈現(xiàn)出極顯著的正相關關系（Plt;0.01）。

RDA結果顯示（圖4），土壤理化性質與土壤酶活性在第一序軸和第二序軸的貢獻率分別為55.23%和25.79%，說明第一序軸更能說明土壤理化性質對土壤酶活性的影響，土壤有機質與土壤酶活性密切相關，解釋率達到46.2%（表3），說明有機質是影響土壤酶活性的關鍵因子，土壤容重、含水量、pH、速效磷、速效氮、全氮、全磷對土壤酶活性無顯著影響。

3 討論

3.1 礦區(qū)渣山改良土壤酶活性

土壤酶主要來源于土壤中動植物及微生物活動的產(chǎn)物，是對具有生物催化能力的特殊蛋白質化合物的總稱^［25］，土壤酶有利于土壤代謝，進一步達到改良土壤，因此在一種程度上能體現(xiàn)土壤養(yǎng)分狀況^［26］。Ning等^［27］研究發(fā)現(xiàn)，羊糞在經(jīng)過長時間堆腐，再作為羊糞有機肥施入土壤，能夠對土壤酶活性產(chǎn)生顯著影響。本研究結果表明，不同的施肥處理對高寒礦區(qū)土壤酶活性的影響不同。隨著羊板糞用量的增加，在S₁處理脲酶活性顯著增加，隨著顆粒有機肥用量的增加，在F₂處理脲酶活性顯著降低，而隨著混施用量的增加，脲酶活性在S₁F₁處理顯著增加，可能的原因是羊板糞和顆粒有機肥的施用量達到底物飽和程度，削弱了脲酶與底物的親和力，從而抑制了土壤脲酶的活性，也可能是因為礦區(qū)氣溫低，而脲酶活性的強弱與溫度有關，在低溫條件下脲酶活性也會降低。過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性均在S₂處理顯著高于S₀處理（Plt;0.05）；而隨著顆粒有機肥含量的增加，土壤脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性并沒有隨之增加，這與強浩然等^［28］、李東坡等^［29］研究的結果一致。造成這一現(xiàn)象的原因可能是羊糞中本身含有各種微生物及消化道所分泌的各種酶，其中就有參與土壤碳、氮、磷循環(huán)的各種酶^［30］，由于顆粒有機肥表面較大，在保水保肥方面不如羊板糞，進而對土壤酶活性的影響也較小，因此施用羊板糞對酶活性的影響較顆粒有機肥更為明顯。本研究發(fā)現(xiàn)，混施處理下土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶均在混施S₂F₂處理活性最大，這也說明隨著混施用量的增加，能顯著提高土壤酶活性（Plt;0.05），且混施能更加有效提高土壤酶活性，有利于礦區(qū)植被恢復。因此在后期礦區(qū)植被恢復過程中，建議羊板糞和顆粒有機肥配施能有效提高礦區(qū)土壤酶活性。

3.2 礦區(qū)渣山改良土壤理化性質

馬坤等^［31］研究發(fā)現(xiàn)，顆粒有機肥對土壤全氮和有機質有顯著影響，而在本研究中發(fā)現(xiàn)，顆粒有機肥僅在S₂處理下對土壤速效氮有顯著影響（Plt;0.05），對于其他理化因子并未產(chǎn)生顯著影響，這可能是由于礦區(qū)海拔高、氣候寒冷、采樣期間降水較多，因此成土緩慢的原因所致。閔星星^［32］等人通過研究發(fā)現(xiàn)，適量的腐熟羊糞能夠提升土壤氮、磷及有機質含量。本研究發(fā)現(xiàn)，施用羊板糞能顯著增加土壤含水量、有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷含量（Plt;0.05），顯著降低pH值和容重（Plt;0.05），說明添加羊板糞能有效改善礦區(qū)土壤理化性質，這可能是因為與施用顆粒有機肥相比，在提供較為全面的養(yǎng)分以外，施用羊板糞還能改善土壤團粒結構，使土壤緊實度和透氣性也得到改善，從而使土壤保水保肥的作用增強^［33］，因此施用羊板糞對土壤理化性質的改善效果較顆粒有機肥更為明顯。土壤全氮、有機質、速效氮、速效磷含量在混施S₂F₂組合達到最大，說明混施比單施更能提高土壤養(yǎng)分含量，土壤含水量在S₂F₁組合達到63.01 g·cm^-3，可能的原因是采樣時間剛好為雨季，因此表層土壤含水量較高，也有可能與植被有關^［34］，恢復后的植被蓋度增大，因此蒸發(fā)量降低，表層的含水量也就較高。以上結果表明，在羊板糞和顆粒有機肥混施添加量分別為40 kg·m^-2和3.00 kg·m^-2時可以有效改善土壤理化性質，說明羊板糞和顆粒有機肥混施能有效改善礦區(qū)土壤養(yǎng)分含量和土壤理化性質。

3.3 礦區(qū)渣山改良土酶活性與土壤理化性質的相關性

有研究表明^［35］，土壤理化因子會影響土壤中的酶活性。本研究表明，在羊板糞和顆粒有機肥混施處理下，土壤含水量與堿性磷酸酶活性呈極顯著正相關關系，這與陳艷鑫等^［36］的研究一致，土壤水分的增加會提高土壤堿性磷酸酶活性，土壤速效磷和全磷含量與堿性磷酸酶活性呈現(xiàn)顯著相關性，與劉松濤等^［37］的研究結果一致。土壤全氮與土壤堿性蛋白酶呈現(xiàn)顯著正相關關系，可能是因為堿性蛋白酶能分解蛋白質等為氨基酸，促進土壤氮素循環(huán)^［38］，土壤含水量、全磷、速效氮、速效磷、有機質與土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性之間均表現(xiàn)出顯著或是極顯著的相關關系，說明土壤理化性質與土壤酶活性之間存在相互促進的關系，由土壤酶與土壤理化性質的關系可知，土壤理化性質成為影響酶活性的重要因子，其中土壤有機質是影響土壤酶活性的主要驅動因子。

4 結論

羊板糞和顆粒有機肥配施進行高寒礦區(qū)植被恢復過程中，施用羊板糞40 kg·m^-2能顯著提高土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性及土壤含水量、全氮、全磷、速效氮、速效磷、有機質含量，顯著降低pH和容重；施用羊板糞40 kg·m^-2和顆粒有機肥3 kg·m^-2能顯著提高土壤堿性磷酸酶、堿性蛋白酶活性及全氮、速效氮、速效磷、有機質含量，由RDA分析可知，有機質是影響土壤酶活性的關鍵因子，由相關性分析可知，土壤含水量、容重、速效磷、全氮、全磷、有機質是影響土壤酶活性的主要因子。

綜上所述，施用羊板糞比顆粒有機肥對土壤酶活性及土壤理化性質的影響更大，且混施處理能明顯改善礦區(qū)土壤理化性質和土壤酶活性。

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（責任編輯""付宸）

引用格式：安曉婷， 于中陽， 胡生斌，"等.不同施肥組合對高寒礦區(qū)土壤理化性質及酶活性的影響[J].草地學報，2025，33（3）：984-991

Citation：AN Xiao-ting， YU Zhong-yang， HU Sheng-bin， et al.Effects of Different Fertilization Combinations on Soil Physicochemical Properties and Enzyme Activities in Alpine Mining Area[J].Acta Agrestia Sinica，2025，33（3）：984-991

基金項目：國家重點研發(fā)項目課題1高寒礦區(qū)土壤重構關鍵技術集成研究與應用（2021YFC3201601）資助

作者簡介：安曉婷（1999-），女，回族，青海海東人，碩士研究生，主要從事礦山生態(tài)修復研究，E-mail：1778127742@qq.com；*通信作者Author for correspondence，E-mail：746886595@qq.com