人为干扰对新疆甘家湖湿地边缘带土壤酶活性的影响

人为干扰对新疆甘家湖湿地边缘带土壤酶活性的影响内容摘要：

生态环境学报 2009, 18(4): 1504-1507 Ecology and Environmental Sciences http://www.jeesci.com E-mail: editor@jeesci.com 人为干扰对新疆甘家湖湿地边缘带土壤酶活性的影响 李艳红，楚新正，赵树旺 新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054 摘要：选择甘家湖湿地边缘带受人类干扰较明显的区域，通过实验分析人为垦荒、放牧、旅游方式对湿地边缘带土壤酶活性 影响, 结果表明：开垦的棉田耕地与基本无人开垦的梭梭灌木林地、盐化草甸土地、放牧区与无放牧区、人车践踏区与基本 无人车践踏区进行对比，认为人类活动对土壤的脲酶、过氧化氢酶、酶蔗糖酶活性都有一定的影响，特别是降低了脲酶活性， 而土壤中蛋白酶的酶活性受到人为影响变化幅度小。与梭梭灌木林地、盐化草甸土相比，棉田耕地表层土（0～5 cm）四种 酶中过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性都较高,棉田耕地土壤酶活性垂直变化不明显。与无放牧区相比，放牧区对土 壤的脲酶、过氧化氢酶活性影响比较显著，使得表层土壤酶活性明显降低，而土壤中蛋白酶的酶活性受到放牧的影响变化幅 度小。与无人践踏区相比，践踏对土壤表层的过氧化氢酶、脲酶活性影响显著，特别脲酶活性降幅显著；在垂直方向上，人 为践踏使得土壤的脲酶、过氧化氢酶酶活性有较明显的增加。说明甘家湖湿地边缘带土壤酶活性受人为干扰有一定的影响。 关键词：人为活动干扰；土壤酶活性；新疆甘家湖湿地边缘带 中图分类号：X144 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2009）04-1504-04 土壤酶在土壤生态系统的物质循环和能量转化 中起着非常重要的作用,它催化土壤中的一切生物化 学反应, 其活性大小是土壤肥力的重要标志[1]。土地 利用方式的改变对土壤酶活性的影响相当显著，如森 林生态系统转变成农业生态系统导致土壤退化，轮作 方式，施肥和作物残体等对土壤的酶活性和土壤微生 物数量都有影响[2]。Holt 等[3]研究了放牧对土壤全碳、 微生物量碳和土壤酶活性的影响；田昆[4]对云南纳帕 海高原湿地土壤退化过程及驱动机制研究中重点分 析了土壤的酶活性与土壤养分、土壤微生物的关系； 高明等[5]不同耕作方式对稻田土壤动物、微生物及酶 活性的影响研究；陆梅等[6]对滇西北纳帕海退化湿地 土壤养分与酶活性的系统研究；杨青华等[7]探讨了棉 田不同覆盖方式对土壤微生物和酶活性的影响。近年 来，许多学者从不同角度对干旱半干旱地区土壤酶进 行研究，王鑫等[8]分析了黄土高原半干旱地区土地利 用变化对土壤养分、酶活性的影响；蒋德明等[9]分析 了科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工林防风固沙及改良土 壤效应。目前对干旱荒漠区不同的人类活动方式对土 壤的酶活性研究还较少。本文选择甘家湖湿地边缘带 是受人类活动影响较显著的区域，通过分析人为垦 荒、放牧、旅游等方式对湿地边缘带土壤酶活性影响。 1 研究区概况与研究方法 1.1 研究区概况 新疆甘家湖湿地地处甘家湖梭梭林国家级自 然保护区内,位于天山北部古尔班通古特沙漠西缘， 西接艾比湖，是我国研究荒漠生态系统的重要基 地，同时也是抵御艾比湖风沙东侵的天然屏障。该 保护区有梭梭 H.ammodendron、胡杨 Populus euphratica 等 110 多种荒漠植被，面积 21.33×104 hm2, 不仅是我国“三北”防护林体系的组成部分,也抵御 着阿拉山口常年肆虐的烈风，控制着克可喀斯哈 20×104 hm2 流沙移动,维护着乌苏、精河、托里 3 县 市边缘 6 个农垦团场的绿洲生态平衡。甘家湖湿地 属于干旱荒漠区季节性的河流湿地（奎屯河、古尔 图河、四棵树河湿地）和湖泊湿地类型，由于河流 上游的土地不断开发,进入四棵树河、古尔图河、奎 屯河的水流量不断减少,特别是奎屯河 6—9 月完全 断流,致使湿地减少和功能下降。由于水资源短缺， 湿地的芦苇资源严重退化,80 年代及 90 年代初,甘家 湖林区可产约 9 000 t 芦苇, 据调查, 目前仅能生产 3 000 t 左右[10]。新疆甘家湖湿地边缘带的范围为东 经 83°37′39″～83°51′10″，北纬 44°58′8″～45°45′56″ 之间，湿地边缘带面积为 30.8 km2,占甘家湖湿地总 面积的 53.10%。 1.2 研究方法 甘家湖湿地边缘带土壤类型主要为沼泽土、草 甸土、盐渍土等。根据研究区土地利用类型划分为 芦苇湿地、盐化草甸、胡杨林土、梭梭灌木林土、 耕地，在这 5 种土地利用类型中依据典型性和代表 性的原则，分别设置固定采样点 2~3 个，共设 14 个样点。取 0～5 cm，5～20 cm，20～40 cm 的土壤 样品，3 次重复，混合为一个样品，采集样品后除 去植物根系、石块等，经风干后，待测。测试项目 基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（200821168）；新疆维吾尔自治区重点实验室项目;新疆师范大学校级重点实验室资助 作者简介：李艳红（1977 年生），女，副教授，博士，主要从事环境退化与治理研究。E-mail:lyh0704@126.com 收稿日期：2009-05-15 1505 李艳红等：人为干扰对新疆甘家湖湿地边缘带土壤酶活性的影响 为过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法[11]，蛋白酶用茚三 酮比色法[11]，蔗糖酶用 3,5-二硝基水杨酸比色法[12]， 脲酶用氨释放量比色法[13]，测定值均为各个样点土 壤 3 次平行实验分析数据的平均值，用 Excel2003 和 SPSS13.0 进行统计分析。 由于人为耕作活动的影响，使得土壤干湿交替频 繁，通气良好，再加上施肥，浇水等耕作活动，土 壤中有机养分丰富，土壤中各种酶活性较强，虽然 到了农作物收获季节后，土壤有机含量及微生物数 量有所下降，但土壤中留下了大量根系残体，依然 为土壤酶活性提供了营养场所，边缘带土壤酶对人 为活动干预极为敏感[4]。 2.2 放牧对湿地边缘带土壤酶活性影响 湿地边缘区的大片生长茂盛的芦苇区成为牧 民放牧的良好场所，由于过度放牧，边缘带土壤酶 活性受到较为明显的影响。甘家湖林区现有 4 个牧 场近 20 000 头（只）牲畜这里生存，已远远超载， 遇到旱年地上的草吃完了牲畜只有吃树[14]。本文选 择研究区重度放牧区（芦苇湿地）、中度放牧区（盐 化草甸）、无放牧区（原生沼泽湿地）进行对比， 结果表明表层土（0～5 cm）过氧化氢酶变化特点 是无放牧区（原生沼泽湿地）＞重度放牧区（芦苇 湿地）＞中度放牧区（盐化草甸）；表层土（0～5 cm） 脲酶变化特点是中度放牧区（盐化草甸）＞无放牧 区（原生沼泽湿地）＞重度放牧区（芦苇湿地）； 表层土（0～5 cm）蔗糖酶变化特点是中度放牧区 （盐化草甸）＞重度放牧区（芦苇湿地））＞无放牧 区（原生沼泽湿地；表层土（0～5 cm）蛋白酶变 化特点是无放牧区（原生沼泽湿地）＞重度放牧区 （芦苇湿地）＞中度放牧区（盐化草甸）；从表层土 （0～5 cm）、中层（5～20 cm）、底层（20～40 cm） 的土壤酶活性依次降低。重度放牧区（芦苇湿地） 2 结果与分析 开垦对湿地边缘带土壤酶活性影响 由于人口的不断增加，加之在利益驱动下，前 些年，部分单位在不具备条件又无防护措施的情况 下，无计划、无节制地进行开垦，导致了甘家湖地 区土地的沙漠化。如甘家湖湿地边缘的绿洲城市乌 苏，20 世纪 70 年代仅有 2×104 hm2 耕地，经过 30 a 后已达到 5×104 hm2，增加了 1.5 倍。尤其是在林区 内开垦，由于无保障措施，形成了“一年新开荒， 二年打点粮，三年五年变沙梁”的现象[14]。本文选 择研究区棉田耕地与基本无人垦荒的梭梭灌木林 地、盐化草甸土进行对比，结果表明棉田耕地表层 土（0～5 cm）四种酶中过氧化氢酶、脲酶、蔗糖 酶、蛋白酶活性分别比梭梭灌木林地、盐化草甸土 都高；棉田耕地、梭梭灌木林地、盐化草甸土从表 层土（0～5 cm）、中层（5～20 cm）、底层（20～ 40 cm）的土壤 4 种酶活性依次降低，且棉田耕地 各层的土壤四种酶活性都比梭梭灌木林地、盐化草 甸要高；耕地受人类活动的影响，土壤酶活性垂直 变化不明显，但对脲酶活性影响相对明显；盐化草 甸、梭梭灌木林地土四种酶中过氧化氢酶、脲酶、 蔗糖酶、蛋白酶活性数值相对较低（见图 1）。说明 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 3 -1 -1 土壤酶活性/(μg•g •min ) 土壤酶活性/(μg•g -1 •min -1 ) 2.1 0～5cm 5～20 cm 20～40cm 0～5cm 过氧化氢酶 盐化草甸土 5～20 cm 20～40cm 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0～5cm 脲酶 梭梭林土 5～20 cm 20～40cm 0～5cm 蛋白酶 耕地 5～20 cm 20～40cm 蔗糖酶 盐化草甸土 梭梭林土 耕地 图 1 开垦对土壤酶活性的影响 Fig. 1 Effects of soil enzyme activity by human reclamation 土壤４种酶中过氧化氢酶活性、脲酶、蔗糖酶、蛋 白酶活性表层土（0～5 cm）分别比底层（20～40 cm）减少 5.71 倍、15.30 倍、9.05 倍、0.93 倍；中 度放牧区（盐化草甸）土壤 4 种酶中过氧化氢酶活 性、脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性表层土（0～5 cm） 分别比底层（20～40 cm）减少 3.72 倍、3.64 倍、 19.86 倍、0.92 倍；无放牧区（原生沼泽湿地）土 壤四种酶中过氧化氢酶活性、脲酶、蔗糖酶、蛋白 酶活性表层土（0～5 cm）分别比底层（20～40 cm） 减少 10.41 倍、12.28 倍、1.85 倍、0.001 04 倍（见 图 2）。说明放牧对研究区土壤的脲酶、过氧化氢酶 活性影响比较显著，与无放牧区、中度放牧区相比 重度放牧区的表层土壤酶活性明显降低；而土壤中 蛋白酶的酶活性受到放牧的影响变化幅度小，表明 放牧对湿地边缘带土壤酶活性有一定的影响。 2.3 人、车等践踏对湿地边缘带土壤酶活性的影响 甘家湖湿地位于甘家湖梭梭林国家自然保护 区，这里拥有干旱区独有的荒漠和湿地景观，和丰 富的动植物资源，是夏季避暑和科学考察的胜地。 每年 5—10 月进入甘家湖湿地的人、车较为频繁， 1506 生态环境学报 第 18 卷第 4 期（2009 年 7 月） 35 2.5 30 土壤酶活性/(μg•g -1 •min -1 ) -1 -1 土壤酶活性/(μg•g •min )