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青海湖湖滨不同土地类型土壤酶活性的研究

李娜 黄金 耿玉清 董颖 张超英

李娜, 黄金, 耿玉清, 董颖, 张超英. 青海湖湖滨不同土地类型土壤酶活性的研究[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
引用本文: 李娜, 黄金, 耿玉清, 董颖, 张超英. 青海湖湖滨不同土地类型土壤酶活性的研究[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
Li Na, Huang Jin, Geng Yuqing, Dong Ying, Zhang Chaoying. Research on soil enzyme activities of different land types in lakeside of Qinghai Lake, northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
Citation: Li Na, Huang Jin, Geng Yuqing, Dong Ying, Zhang Chaoying. Research on soil enzyme activities of different land types in lakeside of Qinghai Lake, northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402

青海湖湖滨不同土地类型土壤酶活性的研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
基金项目: 国家重点研发计划重点专项(2016YFC0503401-04)
详细信息
    作者简介:

    李娜。主要研究方向:土壤生态。Email:1103533899@qq.com 地址:100083 北京市清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者:

    耿玉清,副教授。主要研究方向:土壤生态及管理。Email:gengyuqing@bjfu.edu.cn 地址:同上

  • 中图分类号: S714.2

Research on soil enzyme activities of different land types in lakeside of Qinghai Lake, northwestern China

  • 摘要: 目的探讨青海湖湖滨不同土地类型中土壤酶活性的变化及其影响因素,可为退化湿地的植被恢复与生态系统管理提供理论依据。方法选取青海湖东岸尕海区的湖滨湿地、以及由其退化的草地和沙地这3种土地类型为研究对象。分别采集0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm和20 ~ 30 cm的土壤样本,比较不同土地类型土壤化学性质与土壤酶活性的差异,运用CANOCO5.0软件对土壤酶活性与土壤化学性质间关系进行冗余分析(RDA)。结果湿地中的土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳氮的含量显著高于沙地,而土壤易氧化碳和铵态氮含量显著高于草地和沙地;对于水溶性有机碳、硝态氮和有效磷来说,湿地和草地显著高于沙地。草地土壤β-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和甘氨酸氨基肽酶的活性较湿地分别显著下降了32.17%、30.90%和39.67%;而沙地较草地分别显著下降了79.22%、73.46%和64.84%。湿地和草地的N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性均显著高于沙地,但仅湿地的纤维二糖酶和碱性磷酸酶活性显著高于沙地。冗余分析结果表明,土壤水溶性有机碳和氮是影响土壤酶活性的主要因素,对其解释程度分别为58.8%和29.4%。水溶性有机碳可以很好解释亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶活性的变化;水溶性有机氮与碱性磷酸酶相关性显著;有机碳则与纤维二糖酶存在显著的正相关。结论湖滨湿地退化为草地和沙地后,土壤有机碳和氮以及土壤酶活性呈现下降趋势,土壤水溶性有机碳、水溶性有机氮以及有机碳显著地影响土壤酶活性的变化。
  • 图  1  土壤化学性质与酶活性的冗余分析结果

    箭头长度和角度余弦反映了土壤化学性质和酶活性之间的关系。带有空箭头的灰色线表示土壤酶,带有实箭头的黑色线表示与酶活性变化显著相关的土壤化学性质(P < 0.05),相对应的变量解释比例在图的右上角,其他土壤化学性质由带有实箭头的点状黑色线表示。The length of the arrow and the angle cosine in the figure reflect the relationship between soil chemistry and enzyme activity. Gray lines with empty arrows indicate soil enzymes, and black lines with solid arrows indicate soil chemistry properties that are significantly associated with changes in enzyme activity (P < 0.05), and the corresponding explained proportions of variability are presented in the upper right corner. Other soil chemical properties are represented by dotted black lines with solid arrows.

    Figure  1.  Results of redundancy analysis between soil chemical properties and enzyme activities

    表  1  不同土地类型不同土层的土壤化学性质

    Table  1.   Soil chemical properties at different soil depths in different land types

    土地
    类型
    Land
    type
    土层
    Soil
    layer/
    cm
    pHSOC/
    (g·kg− 1)
    TN/
    (g·kg− 1)
    AC/
    (mg·kg− 1)
    DOC/
    (mg·kg− 1)
    DON/
    (mg·kg− 1)
    $\scriptstyle{\rm{NO}}_3^ - $-N/
    (mg·kg− 1)
    $\scriptstyle{\rm{NH}}_4^ + $-N/
    (mg·kg− 1)
    AP/
    (mg·kg− 1)
    WL 0 ~ 10 8.02±0.24a 38.36±2.18a 2.90±0.39a 690.90±35.16a 105.87±9.09a 26.62±3.31a 5.20±0.57a 3.91±0.08b 2.46±0.38a
    WL 10 ~ 20 7.96±0.07a 37.82±0.58a 2.47±0.14ab 625.43±32.50ab 116.37±10.26a 13.83±0.38b 4.70±0.49a 4.91±0.28a 2.87±0.44a
    WL 20 ~ 30 7.96±0.05a 18.78±0.38b 1.67±0.18b 531.77±30.42b 96.18±11.29a 9.49±1.50b 4.79±0.41a 4.78±0.20a 2.31±0.41a
    GL 0 ~ 10 8.39±0.25a 23.44±2.58a 1.87±0.21a 527.62±21.89a 98.13±1.64a 9.98±1.69a 5.68±0.10a 3.87±0.46a 2.48±0.13a
    GL 10 ~ 20 8.32±0.01a 18.42±0.52ab 1.54±0.12ab 484.24±11.59ab 87.28±2.17b 8.48±0.26a 4.98±0.13b 3.51±0.20a 2.02±0.19ab
    GL 20 ~ 30 8.22±0.08a 16.05±0.32b 1.23±0.13b 451.16±20.65b 76.87±1.52c 7.70±0.29a 3.53±0.15c 3.45±0.26a 1.61±0.04b
    SL 0 ~ 10 8.60±0.03b 11.65±0.69a 0.93±0.14a 398.67±13.67a 58.80±3.52a 4.86±0.27a 3.32±0.39a 3.21±0.34a 0.39±0.03a
    SL 10 ~ 20 8.79±0.01a 8.24±1.06b 0.87±0.04a 359.03±10.16ab 46.97±3.28b 4.71±0.08a 3.00±0.20a 3.19±0.14a 0.31±0.01a
    SL 20 ~ 30 8.60±0.04b 7.54±0.53b 0.81±0.06a 347.28±10.71b 41.15±2.22b 3.97±0.07b 3.14±0.05a 3.20±0.12a 0.22±0.02b
    注:WL. 湿地;GL. 草地;SL. 沙地;SOC. 土壤有机碳;TN. 全氮;AC. 土壤易氧化碳;DOC. 土壤水溶性有机碳;DON. 土壤水溶性有机氮;AP. 速效磷。表中数值为“平均值 ± 标准误”,同列不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。下同。Notes: WL, wetland; GL, grassland; SL, sandy land; SOC, soil organic carbon; TN, total nitrogen; AC, active carbon; DOC, dissolved organic carbon; DON, dissolved organic nitrogen; AP, available phosphorus. The data in the table are “values ± standard error”, different letters in the same column indicate significant difference (P < 0.05). The same below.
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    表  2  土壤化学性质的双因素方差分析

    Table  2.   A two-way ANOVA for analysing the soil chemical properties

    因素 Factor 项目 ItempHSOCTNACDOCDON$\scriptstyle{\rm{NO}}_3^ - $-N$\scriptstyle{\rm{NH}}_4^ + $-NAP
    土地类型
    Land type
    F 23.156 242.622 47.890 88.851 64.939 62.304 25.497 21.111 65.574
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
    Sig.(f) c, b, a a, ab, b a, ab, b a, b, b a, a, b a, ab, b a, a, b a, b, b a, a, b
    土层
    Soil layer
    F 0.516 54.294 9.794 13.251 5.431 19.913 5.740 0.513 2.237
    P 0.605 < 0.01 0.001 < 0.01 0.014 0.000 0.012 0.607 0.136
    土地类型 × 土层
    Land type × soil layer
    F 0.420 18.507 2.398 1.666 1.054 12.169 3.089 2.369 1.100
    P 0.792 < 0.01 0.088 0.202 0.408 < 0.01 0.042 0.091 0.387
    注:Sig.(f)中的不同小写字母分别代表WL、GL和SL不同指标的差异显著。表4同。Notes: different lowercase letters in Sig.(f) represent significant differences in WL, GL, and SL metrics, respectively. The same as tab. 4.
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    表  3  不同土地类型不同土层的土壤酶活性

    Table  3.   Soil enzyme activity at different soil depths in different land types

    土地类型
    Land type
    土层
    Soil layer/cm
    BGL/
    (μmol·g− 1·h− 1)
    CBH/
    (μmol·g− 1·h− 1)
    NAG/
    (μmol·g− 1·h− 1)
    LAP/
    (μmol·g− 1·h− 1)
    GAP/
    (μmol·g− 1·h− 1)
    APH/
    (μmol·g− 1·h− 1)
    ALP/
    (μmol·g− 1·h− 1)
    WL 0 ~ 10 109.18 ± 8.28a 35.51 ± 1.57a 65.61 ± 2.46a 33.21 ± 0.83b 36.50 ± 0.83a 179.31 ± 8.48ab 511.05 ± 26.55a
    WL 10 ~ 20 105.73 ± 3.18a 29.54 ± 2.01b 50.39 ± 1.95b 37.18 ± 0.80a 35.97 ± 0.69a 209.48 ± 10.70a 368.63 ± 13.93b
    WL 20 ~ 30 82.78 ± 2.03b 16.26 ± 1.28c 43.65 ± 0.83c 30.09 ± 1.59b 31.06 ± 1.08b 155.94 ± 13.27b 231.02 ± 13.46c
    GL 0 ~ 10 65.76 ± 2.16ab 25.10 ± 1.69a 48.97 ± 3.91a 24.08 ± 0.69a 25.67 ± 1.20a 160.5 ± 4.47a 267.05 ± 4.12a
    GL 10 ~ 20 71.92 ± 1.00a 17.40 ± 0.79b 31.56 ± 1.45b 25.38 ± 1.19a 19.71 ± 1.30b 141.38 ± 3.65b 243.71 ± 5.81b
    GL 20 ~ 30 64.25 ± 2.60b 13.70 ± 0.54c 27.47 ± 2.12b 19.97 ± 0.57b 17.08 ± 0.24c 113.72 ± 5.70c 225.20 ± 2.92c
    SL 0 ~ 10 18.83 ± 1.15a 10.33 ± 0.64a 19.87 ± 0.95a 9.85 ± 1.00a 10.70 ± 1.07a 76.78 ± 4.03a 227.02 ± 8.61a
    SL 10 ~ 20 13.98 ± 0.79b 8.07 ± 0.35b 15.04 ± 0.49b 5.21 ± 0.51b 6.34 ± 0.14b 55.37 ± 2.70b 175.88 ± 10.89b
    SL 20 ~ 30 9.17 ± 0.82c 8.45 ± 0.53b 11.62 ± 0.65c 3.37 ± 0.05c 4.92 ± 0.38b 59.01 ± 4.04b 165.33 ± 2.56b
    注:BGL. β-葡萄糖苷酶;CBH. 纤维二糖酶;NAG. N-乙酰氨基葡萄糖苷酶;LAP. 亮氨酸氨基肽酶;GAP. 甘氨酸氨基肽酶;APH. 酸性磷酸酶;ALP. 碱性磷酸酶。下同。Notes: BGL, β-glucosidase; CBH, cellobiohydrolase; NAG, N-acetyl-glucosaminidase; LAP, leucine aminopeptidase; GAP, glycine aminopeptidase; APH, acid phosphatase; ALP, alkaline phosphatase. The same below.
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    表  4  土壤酶活性的双因素方差分析

    Table  4.   A two-way ANOVA for analysing the soil enzyme activities

    因素 Factor 项目 ItemBGLCBHNAGLAPGAPAPHALP
    土地类型
    Land type
    F 511.516 174.406 282.805 718.697 872.554 205.091 172.844
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
    Sig.(f) a,b,c a,ab,b a,a,b a,b,c a,b,c a,a,b a,ab,b
    土层
    Soil layer
    F 13.646 62.110 62.907 27.493 51.641 14.793 82.886
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
    土地类型×土层
    Land type × soil layer
    F 4.476 15.558 4.800 6.196 3.649 6.106 29.590
    P 0.011 < 0.01 0.008 0.003 0.024 0.003 < 0.01
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-11
  • 修回日期:  2019-03-01
  • 网络出版日期:  2019-07-09
  • 刊出日期:  2019-10-01

青海湖湖滨不同土地类型土壤酶活性的研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
    基金项目:  国家重点研发计划重点专项(2016YFC0503401-04)
    作者简介:

    李娜。主要研究方向:土壤生态。Email:1103533899@qq.com 地址:100083 北京市清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者: 耿玉清,副教授。主要研究方向:土壤生态及管理。Email:gengyuqing@bjfu.edu.cn 地址:同上
  • 中图分类号: S714.2

摘要: 目的探讨青海湖湖滨不同土地类型中土壤酶活性的变化及其影响因素,可为退化湿地的植被恢复与生态系统管理提供理论依据。方法选取青海湖东岸尕海区的湖滨湿地、以及由其退化的草地和沙地这3种土地类型为研究对象。分别采集0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm和20 ~ 30 cm的土壤样本,比较不同土地类型土壤化学性质与土壤酶活性的差异,运用CANOCO5.0软件对土壤酶活性与土壤化学性质间关系进行冗余分析(RDA)。结果湿地中的土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳氮的含量显著高于沙地,而土壤易氧化碳和铵态氮含量显著高于草地和沙地;对于水溶性有机碳、硝态氮和有效磷来说,湿地和草地显著高于沙地。草地土壤β-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和甘氨酸氨基肽酶的活性较湿地分别显著下降了32.17%、30.90%和39.67%;而沙地较草地分别显著下降了79.22%、73.46%和64.84%。湿地和草地的N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性均显著高于沙地,但仅湿地的纤维二糖酶和碱性磷酸酶活性显著高于沙地。冗余分析结果表明,土壤水溶性有机碳和氮是影响土壤酶活性的主要因素,对其解释程度分别为58.8%和29.4%。水溶性有机碳可以很好解释亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶活性的变化;水溶性有机氮与碱性磷酸酶相关性显著;有机碳则与纤维二糖酶存在显著的正相关。结论湖滨湿地退化为草地和沙地后,土壤有机碳和氮以及土壤酶活性呈现下降趋势,土壤水溶性有机碳、水溶性有机氮以及有机碳显著地影响土壤酶活性的变化。

English Abstract

李娜, 黄金, 耿玉清, 董颖, 张超英. 青海湖湖滨不同土地类型土壤酶活性的研究[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
引用本文: 李娜, 黄金, 耿玉清, 董颖, 张超英. 青海湖湖滨不同土地类型土壤酶活性的研究[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
Li Na, Huang Jin, Geng Yuqing, Dong Ying, Zhang Chaoying. Research on soil enzyme activities of different land types in lakeside of Qinghai Lake, northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
Citation: Li Na, Huang Jin, Geng Yuqing, Dong Ying, Zhang Chaoying. Research on soil enzyme activities of different land types in lakeside of Qinghai Lake, northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 49-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180402
  • 湿地是常年或季节性积水的最具生产力的生态系统之一,对有机碳的固定、水源涵养以及维持区域生态平衡和生物多样性有重要作用[1-2]。然而,由于自然因素及人类活动的影响导致的湿地退化和丧失,严重影响了湿地的生态功能,如湖泊水位下降,湖滨湿地萎缩进而退化为草地,使得生物多样性发生改变[3]。对草地不合理地利用,如过度放牧,又导致草地的进一步沙化[4]。针对湿地的保护与管理,不少学者围绕湿地退化对植被生长及土壤质量的影响,开展了大量的研究工作[5-6]。研究表明,湿地退化引起水文条件和植被的变化,从而影响着土壤理化性质的改变[7]。土壤酶是催化土壤有机质分解的活性蛋白质,几乎参与有机物质转化的一切过程[8]。由于土壤酶主要来源于生物分泌,因此对植被、水分、营养元素含量等因素的变化十分敏感[9]。有研究发现,与湿地相比,草甸土壤的总有机碳和全氮含量呈现降低的趋势[10]。也有研究表明,不同退化程度如原生湿地退化为轻度退化湿地、中度退化的沼泽湿地以及重度退化的草甸湿地后,湿地的有机碳及土壤酶存在较大差异,且表现为沿着退化梯度土壤表层有机碳、可溶性有机碳含量和脱氢酶活性逐渐降低,而多酚酶活性逐渐升高[11]

    青海湖是我国最大的内陆高原咸水湖泊,是维系青藏高原东北部生态环境安全的重要水体[12],具有极其重要的生态地位[13]。在气候变暖、过度放牧等自然和人为因素影响下,青海湖湖滨湿地退化为草地的趋势明显,植被覆盖面积减少且质量变差[14],且随着资源的开发利用、生活结构的变化,环湖区草地植被退化及草地沙化等问题日趋严重。湿地的退化,直接或间接影响了土壤性质的变化。前人研究表明,草地和沙地土壤中有机碳氮含量以及和碳、氮转化相关的水解酶活性较湿地显著降低[15-16]。由于土壤酶活性受地域、环境等变化影响敏感,随着湿地土壤条件的改变,不同区域可能出现不同结果[17-18]。本文以青海湖东北部的尕海为研究区,分析湿地、草地和沙地的土壤化学性质以及土壤酶活性的特征,探讨不同种类土壤酶活性的变化趋势及其影响因素,研究结果可为深入地了解土壤质量的演变和湿地生态系统的管理提供数据参考。

    • 位于青海湖东北岸的尕海(36°57′ ~ 37°03′N、100°32′ ~ 100°36′E)是青海湖的3个子湖之一,因湖水不断蒸发,水位下降,在20世纪50年代末从青海湖东北部分离形成的。该区平均海拔为3 200 m,属高原大陆性气候,干湿分明,冬长夏短,多年平均气温为1.5 ℃,年均降水量为350 mm,多年平均蒸发量约为1 581.8 mm[19]。受全球气候变暖和人类活动加剧的双重影响,尕海区部分湖滨湿地已退化为草地;部分草地已退化为仅有少量的植被覆盖的沙地。主要生长着西藏嵩草(Kobresia tibetica)、华扁穗草(Blysmus sinocompressus)、亮囊苔草(Carex stenophylloides)、马蔺(Iris lacteal)、芨芨草(Achnatherum splendens)等。

    • 在青海湖尕海区选择具有明显退化梯度的湿地(WL)、草地(GL)和沙地(SL)3种土地类型。由于草地和沙地无积水,为了避免淹水的影响,湿地的采样点位于无积水的塔头,塔高约15 ~ 20 cm。湿地植被覆盖度为90%,植被类型主要为西藏嵩草、华扁穗草和亮囊苔草等。草地采样地距湖滨约100 m,植物覆盖度为70%,主要植物物种为马蔺。沙地仅有少量人工种植的沙棘,植物覆盖度为20%。

      在选定的湿地采样地中,沿着垂直湖岸线的方向,以20 m的间距布设3条1 m宽的样带,在每条样带上按照2 m的间距随机布设5个采样点;在草地和沙地的采样地中,分别按“品”字形选取规格为5 m × 5 m的3个样方,在每个样方中随机布设5个采样点。在每个采样点分别采集0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm和 20 ~ 30 cm 3个不同层次的土壤样品,去除样品中的植物根系和石块等杂物后,将样带中同一土层的样品混合成一个分析样品,共采集土壤分析样品27个。将其中一部分土壤样品装入聚乙烯自封袋,并保存于4 ℃的冰盒中,用于土壤水溶性化学成分和土壤酶活性的测定;将另一部分土壤样品装入布袋中,待风干后,用于土壤化学性质的分析测定。

    • 土壤pH值用酸度计(FE20K,梅特勒−托利多,瑞士)以1∶2.5的土水比(m/v)测定;土壤有机碳(SOC)用浓硫酸−重铬酸钾氧化水合热法测定[20];土壤全氮(TN)测定采用凯氏定氮法[20];土壤易氧化碳(AC)采用0.02 mol/L的高锰酸钾−氯化钙溶液氧化方法测定,根据高锰酸钾浓度的变化计算土壤易氧化碳含量[21];土壤水溶性有机碳(DOC)和水溶性全氮采用去离子水浸提法(土水比为1∶5)测定,以7 500 r/min的转速高速离心6 min,之后用0.45 μm滤膜过滤,滤液用碳氮分析仪(Multi N/C 3100,德国)直接测定;土壤无机氮即硝态氮(${\rm{NO}}_3^ - $-N)和铵态氮(${\rm{NH}}_4^ + $-N)的含量采用2 mol/L氯化钾溶液浸提,滤液用连续流动分析仪(Auto Analyzer 3,德国)测定;土壤水溶性有机氮(DON)含量用土样水溶性全氮含量减无机氮含量的方法计算得出[22];土壤有效磷(AP)含量采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提、钼锑抗显色的方法进行测定[20]

    • 在土壤中添加特定的基质,根据土壤酶促反应过程中释放产物或消耗基质的质量测定土壤酶活性[23]。采用pH为5.0的醋酸缓冲液,分别在土样泥浆中添加特定底物,培养后用分光光度计测定β-葡萄糖苷酶(BGL)、纤维二糖酶(CBH)、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(APH)活性[24]。测定亮氨酸氨基肽酶(LAP)和甘氨酸氨基肽酶(GAP)活性时,加入pH为8.0的三羟甲基氨基甲烷缓冲液(Tris),L-亮氨酸-4-硝基苯胺和甘氨酸对硝基苯胺作为底物[25]。碱性磷酸酶(ALP)活性的测定以4-硝基苯磷酸二钠盐作为底物,加入pH为9.0的硼酸缓冲液[26]。土壤酶活性的测定培养温度均为25 ℃,同时设置对照处理测定。酶活性以单位时间内每克烘干土催化产生的对硝基苯酚微摩尔数(μmol/(g·h))表示[24]

    • 用Excel 2016软件对数据进行处理后,用IBM SPSS 21.0和CANOCO 5.0软件对数据进行分析。不同土地类型的土壤化学性质和土壤酶活性的差异采用单因素方差分析(One-way ANOVA),用Duncun法比较其差异显著性。考虑不同土地类型以及不同土层土壤化学性质及酶活性的差异,采用双因素方差分析(Two-way ANOVA)进行分析比较。采用CANOCO的RDA排序分析土壤化学性质对土壤酶活性变化的影响。

    • 不同土地类型及土层深度的土壤化学性质有一定的差异(表1)。湿地(WL)和草地(GL)不同深度土层的pH值无显著差异,沙地(SL) 10 ~ 20 cm土层的pH显著高于0 ~ 10 cm以及20 ~ 30 cm土层。对有机碳和全氮而言,WL和GL 0 ~ 10 cm土层的有机碳、全氮含量均显著高于20 ~ 30 cm土层,SL 0 ~ 10 cm土层的有机碳含量显著高于10 ~ 20 cm和20 ~ 30 cm土层。3种土地类型0 ~ 10 cm土层的易氧化碳含量均显著高于20 ~ 30 cm土层。WL不同土层的水溶性有机碳无显著差异,而GL土壤的水溶性有机碳含量表现为随土层深度的增加而显著下降。对于土壤水溶性有机氮来说,GL不同深度土层的水溶性有机氮无显著差异,WL和SL 0 ~ 10 cm的水溶性有机氮均显著高于20 ~ 30 cm土层。除GL的硝态氮含量随土层深度增加而显著降低外,WL和SL不同土层的硝态氮含量及铵态氮含量差异不显著。就有效磷含量而言,WL不同土层的有效磷含量差异不显著,GL和SL中0 ~ 10 cm土层的有效磷显著高于20 ~ 30 cm土层。

      表 1  不同土地类型不同土层的土壤化学性质

      Table 1.  Soil chemical properties at different soil depths in different land types

      土地
      类型
      Land
      type
      土层
      Soil
      layer/
      cm
      pHSOC/
      (g·kg− 1)
      TN/
      (g·kg− 1)
      AC/
      (mg·kg− 1)
      DOC/
      (mg·kg− 1)
      DON/
      (mg·kg− 1)
      $\scriptstyle{\rm{NO}}_3^ - $-N/
      (mg·kg− 1)
      $\scriptstyle{\rm{NH}}_4^ + $-N/
      (mg·kg− 1)
      AP/
      (mg·kg− 1)
      WL 0 ~ 10 8.02±0.24a 38.36±2.18a 2.90±0.39a 690.90±35.16a 105.87±9.09a 26.62±3.31a 5.20±0.57a 3.91±0.08b 2.46±0.38a
      WL 10 ~ 20 7.96±0.07a 37.82±0.58a 2.47±0.14ab 625.43±32.50ab 116.37±10.26a 13.83±0.38b 4.70±0.49a 4.91±0.28a 2.87±0.44a
      WL 20 ~ 30 7.96±0.05a 18.78±0.38b 1.67±0.18b 531.77±30.42b 96.18±11.29a 9.49±1.50b 4.79±0.41a 4.78±0.20a 2.31±0.41a
      GL 0 ~ 10 8.39±0.25a 23.44±2.58a 1.87±0.21a 527.62±21.89a 98.13±1.64a 9.98±1.69a 5.68±0.10a 3.87±0.46a 2.48±0.13a
      GL 10 ~ 20 8.32±0.01a 18.42±0.52ab 1.54±0.12ab 484.24±11.59ab 87.28±2.17b 8.48±0.26a 4.98±0.13b 3.51±0.20a 2.02±0.19ab
      GL 20 ~ 30 8.22±0.08a 16.05±0.32b 1.23±0.13b 451.16±20.65b 76.87±1.52c 7.70±0.29a 3.53±0.15c 3.45±0.26a 1.61±0.04b
      SL 0 ~ 10 8.60±0.03b 11.65±0.69a 0.93±0.14a 398.67±13.67a 58.80±3.52a 4.86±0.27a 3.32±0.39a 3.21±0.34a 0.39±0.03a
      SL 10 ~ 20 8.79±0.01a 8.24±1.06b 0.87±0.04a 359.03±10.16ab 46.97±3.28b 4.71±0.08a 3.00±0.20a 3.19±0.14a 0.31±0.01a
      SL 20 ~ 30 8.60±0.04b 7.54±0.53b 0.81±0.06a 347.28±10.71b 41.15±2.22b 3.97±0.07b 3.14±0.05a 3.20±0.12a 0.22±0.02b
      注:WL. 湿地;GL. 草地;SL. 沙地;SOC. 土壤有机碳;TN. 全氮;AC. 土壤易氧化碳;DOC. 土壤水溶性有机碳;DON. 土壤水溶性有机氮;AP. 速效磷。表中数值为“平均值 ± 标准误”,同列不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。下同。Notes: WL, wetland; GL, grassland; SL, sandy land; SOC, soil organic carbon; TN, total nitrogen; AC, active carbon; DOC, dissolved organic carbon; DON, dissolved organic nitrogen; AP, available phosphorus. The data in the table are “values ± standard error”, different letters in the same column indicate significant difference (P < 0.05). The same below.

      双因素方差分析结果显示,湿地、草地和沙地3种土地类型的土壤化学指标差异显著(表2)。除pH、铵态氮和有效磷外,不同土地类型和土层的土壤化学性质差异显著。由得到的F值来看,不同土地类型大于不同土层的影响程度;土地类型和土层的交互作用极显著影响土壤有机碳和水溶性有机氮的含量,显著影响土壤硝态氮含量。通过比较均值可知,不同土地类型的土壤化学性质不同,WL中的土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳氮的含量显著高于SL;WL土壤中的易氧化碳和铵态氮含量显著高于GL和SL;对于水溶性有机碳、硝态氮和有效磷来说,WL和GL显著高于SL;而pH表现为随湿地退化程度增加而升高。

      表 2  土壤化学性质的双因素方差分析

      Table 2.  A two-way ANOVA for analysing the soil chemical properties

      因素 Factor 项目 ItempHSOCTNACDOCDON$\scriptstyle{\rm{NO}}_3^ - $-N$\scriptstyle{\rm{NH}}_4^ + $-NAP
      土地类型
      Land type
      F 23.156 242.622 47.890 88.851 64.939 62.304 25.497 21.111 65.574
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
      Sig.(f) c, b, a a, ab, b a, ab, b a, b, b a, a, b a, ab, b a, a, b a, b, b a, a, b
      土层
      Soil layer
      F 0.516 54.294 9.794 13.251 5.431 19.913 5.740 0.513 2.237
      P 0.605 < 0.01 0.001 < 0.01 0.014 0.000 0.012 0.607 0.136
      土地类型 × 土层
      Land type × soil layer
      F 0.420 18.507 2.398 1.666 1.054 12.169 3.089 2.369 1.100
      P 0.792 < 0.01 0.088 0.202 0.408 < 0.01 0.042 0.091 0.387
      注:Sig.(f)中的不同小写字母分别代表WL、GL和SL不同指标的差异显著。表4同。Notes: different lowercase letters in Sig.(f) represent significant differences in WL, GL, and SL metrics, respectively. The same as tab. 4.
    • 土壤酶活性在不同土地类型及不同土层深度的变化有一定的差异(表3)。对于WL,随着土层深度的增加,纤维二糖酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和碱性磷酸酶活性均显著降低;20 ~ 30 cm深度土层的β-葡萄糖苷酶和甘氨酸氨基肽酶活性显著低于0 ~ 10 cm和10 ~ 20 cm深度土层;而10 ~ 20 cm土层的亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶则显著高于0 ~ 10 cm和20 ~ 30 cm土层。对于GL,0 ~ 10 cm和10 ~ 20 cm土层的β-葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶活性差异不显著;而0 ~ 10 cm的N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性则显著高于10 ~ 20 cm和20 ~ 30 cm土层;随着土层深度的增加,纤维二糖酶、甘氨酸氨基肽酶、酸性磷酸酶和磷酸酶活性均显著降低。就SL而言,β-葡萄糖苷酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶的活性随着土层深度增加而显著降低;纤维二糖酶、甘氨酸氨基肽酶、酸性磷酸酶以及碱性磷酸酶的活性表现为0 ~ 10 cm土层显著高于10 ~ 20 cm和20 ~ 30 cm土层。

      表 3  不同土地类型不同土层的土壤酶活性

      Table 3.  Soil enzyme activity at different soil depths in different land types

      土地类型
      Land type
      土层
      Soil layer/cm
      BGL/
      (μmol·g− 1·h− 1)
      CBH/
      (μmol·g− 1·h− 1)
      NAG/
      (μmol·g− 1·h− 1)
      LAP/
      (μmol·g− 1·h− 1)
      GAP/
      (μmol·g− 1·h− 1)
      APH/
      (μmol·g− 1·h− 1)
      ALP/
      (μmol·g− 1·h− 1)
      WL 0 ~ 10 109.18 ± 8.28a 35.51 ± 1.57a 65.61 ± 2.46a 33.21 ± 0.83b 36.50 ± 0.83a 179.31 ± 8.48ab 511.05 ± 26.55a
      WL 10 ~ 20 105.73 ± 3.18a 29.54 ± 2.01b 50.39 ± 1.95b 37.18 ± 0.80a 35.97 ± 0.69a 209.48 ± 10.70a 368.63 ± 13.93b
      WL 20 ~ 30 82.78 ± 2.03b 16.26 ± 1.28c 43.65 ± 0.83c 30.09 ± 1.59b 31.06 ± 1.08b 155.94 ± 13.27b 231.02 ± 13.46c
      GL 0 ~ 10 65.76 ± 2.16ab 25.10 ± 1.69a 48.97 ± 3.91a 24.08 ± 0.69a 25.67 ± 1.20a 160.5 ± 4.47a 267.05 ± 4.12a
      GL 10 ~ 20 71.92 ± 1.00a 17.40 ± 0.79b 31.56 ± 1.45b 25.38 ± 1.19a 19.71 ± 1.30b 141.38 ± 3.65b 243.71 ± 5.81b
      GL 20 ~ 30 64.25 ± 2.60b 13.70 ± 0.54c 27.47 ± 2.12b 19.97 ± 0.57b 17.08 ± 0.24c 113.72 ± 5.70c 225.20 ± 2.92c
      SL 0 ~ 10 18.83 ± 1.15a 10.33 ± 0.64a 19.87 ± 0.95a 9.85 ± 1.00a 10.70 ± 1.07a 76.78 ± 4.03a 227.02 ± 8.61a
      SL 10 ~ 20 13.98 ± 0.79b 8.07 ± 0.35b 15.04 ± 0.49b 5.21 ± 0.51b 6.34 ± 0.14b 55.37 ± 2.70b 175.88 ± 10.89b
      SL 20 ~ 30 9.17 ± 0.82c 8.45 ± 0.53b 11.62 ± 0.65c 3.37 ± 0.05c 4.92 ± 0.38b 59.01 ± 4.04b 165.33 ± 2.56b
      注:BGL. β-葡萄糖苷酶;CBH. 纤维二糖酶;NAG. N-乙酰氨基葡萄糖苷酶;LAP. 亮氨酸氨基肽酶;GAP. 甘氨酸氨基肽酶;APH. 酸性磷酸酶;ALP. 碱性磷酸酶。下同。Notes: BGL, β-glucosidase; CBH, cellobiohydrolase; NAG, N-acetyl-glucosaminidase; LAP, leucine aminopeptidase; GAP, glycine aminopeptidase; APH, acid phosphatase; ALP, alkaline phosphatase. The same below.

      双因素方差分析表明,不同土地类型和不同土层的土壤酶活性差异显著(表4)。与湿地土壤相比,草地土壤β-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和甘氨酸氨基肽酶的活性分别显著下降了32.17%、30.90%和39.67%;相应的沙地酶活性较草地则分别显著下降了79.22%、73.46%和64.84%。湿地和草地的N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性无显著差异,但均高于沙地。湿地的纤维二糖酶和碱性磷酸酶活性显著高于沙地。不同土壤酶的活性在不同土地类型下的F值均大于不同深度土层的F值。这说明不同土地类型之间土壤酶活性差异与土层相比更显著。

      表 4  土壤酶活性的双因素方差分析

      Table 4.  A two-way ANOVA for analysing the soil enzyme activities

      因素 Factor 项目 ItemBGLCBHNAGLAPGAPAPHALP
      土地类型
      Land type
      F 511.516 174.406 282.805 718.697 872.554 205.091 172.844
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
      Sig.(f) a,b,c a,ab,b a,a,b a,b,c a,b,c a,a,b a,ab,b
      土层
      Soil layer
      F 13.646 62.110 62.907 27.493 51.641 14.793 82.886
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01