謝青琰，張夢(mèng)瑤，高永恒

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地表生過(guò)程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都　610041；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 北京　100049)

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青藏高原不同年限日光溫室中高寒草甸土壤機(jī)械組成、養(yǎng)分與微生物活性變化

謝青琰1,2，張夢(mèng)瑤1,2，高永恒1①

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地表生過(guò)程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610041；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 北京100049)

摘要：選取青藏高原東部種植年限分別為5、10和15 a的日光溫室以及天然草地為研究對(duì)象，探討了大棚蔬菜栽培對(duì)高寒草甸土壤機(jī)械組成、養(yǎng)分含量以及微生物活性的影響。結(jié)果表明：(1)隨著種植年限的延長(zhǎng)，土壤粒徑呈變細(xì)的趨勢(shì)。與對(duì)照相比，種植5、10和15 a后，溫室土壤<10 ?m粒徑顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高8.5、19.3和20.3百分點(diǎn)；(2)除銨態(tài)氮(NH4+-N)外，土壤有機(jī)碳(SOC)、全氮(TN)、堿解氮(AN)、硝態(tài)氮(NO3--N)、全磷(TP)、有效磷(PO43--P)含量和陽(yáng)離子交換量(CEC)隨著種植年限的延長(zhǎng)而升高，表現(xiàn)出顯著積累趨勢(shì)。種植10 a的溫室土壤TP和PO43--P含量達(dá)到最大值，分別為1.4 g·kg-1和80.8 mg·kg-1。與對(duì)照相比，種植15 a的溫室土壤SOC、TN、AN、NO3--N含量和CEC分別增加55.1%、93.8%、48.5%、138.3%和81.8%；(3)溫室土壤微生物活性隨種植年限的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。與對(duì)照相比，種植5 a的溫室土壤脲酶和酸性磷酸酶活性分別升高46.2%和41.7%，種植10 a的溫室土壤微生物生物量氮(MBN)含量和蔗糖酶活性分別升高66.7%和26.6%，種植15 a的溫室土壤微生物生物量碳(MBC)含量和過(guò)氧化氫酶活性分別升高50.3%和100.0%。可見(jiàn)，日光溫室栽培改善了高寒草甸土壤理化性質(zhì)，提高了土壤微生物活性。

關(guān)鍵詞：高寒草甸土；日光溫室；機(jī)械組成；養(yǎng)分；酶活性

日光溫室產(chǎn)業(yè)作為設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的主體,多年來(lái)已成為種植業(yè)中效益最高的產(chǎn)業(yè),在解決我國(guó)北方地區(qū)蔬菜的反季節(jié)生產(chǎn)供應(yīng)問(wèn)題、節(jié)約能源、提高人民生活水平、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定等方面發(fā)揮了重要作用[1]。然而土壤障礙和環(huán)境污染問(wèn)題一直是制約設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。前人大量的研究結(jié)果顯示,劇烈的人為生產(chǎn)活動(dòng)和相對(duì)封閉的環(huán)境常常導(dǎo)致溫室土壤養(yǎng)分累積[2-3],土壤酶活性發(fā)生巨大變化[4],致使土壤生產(chǎn)力下降,溫室大棚的使用壽命縮短,影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

近年來(lái),隨著蔬菜需求量的增長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,我國(guó)青藏高原地區(qū)蔬菜種植面積迅速增加。2012年,青海和西藏2個(gè)省區(qū)的蔬菜種植面積達(dá)6.53萬(wàn)多hm2,占農(nóng)作物總種植面積約9%(全國(guó)平均為11%),蔬菜自給率也達(dá)70%～80%,其中日光溫室面積超過(guò)1.73萬(wàn)hm2。盡管青藏高原地區(qū)日光溫室蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史較短,然而高寒地區(qū)生態(tài)脆弱,環(huán)境敏感,高投入的種植管理體系將會(huì)給土壤環(huán)境造成嚴(yán)重影響[5]。如長(zhǎng)期灌溉導(dǎo)致土壤通氣透水等物理屬性發(fā)生變化,化肥的大量使用導(dǎo)致土壤碳、氮、磷形態(tài)和比例發(fā)生變化,并造成土壤微生物性質(zhì)也發(fā)生改變。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái),該地區(qū)蔬菜種植面積和日光溫室數(shù)量等都會(huì)持續(xù)增加,由此引起的土壤環(huán)境問(wèn)題不容忽視。

目前關(guān)于溫室土壤環(huán)境的研究主要集中于內(nèi)地平原地區(qū),對(duì)于青藏高原地區(qū)的研究鮮有報(bào)道,對(duì)溫室土壤的機(jī)械組成變化也關(guān)注較少。高寒草甸是青藏高原地區(qū)分布最廣泛的植被類型之一,作為一個(gè)受氮限制的生態(tài)系統(tǒng),高寒草甸又是一個(gè)十分重要的碳庫(kù),在全球變化和人類活動(dòng)的雙重作用下,其自身對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)程度極其敏感[6]。因此,筆者以青藏高原東部高寒草甸為研究對(duì)象,采集當(dāng)?shù)夭煌N植年限的日光溫室土壤,分析其機(jī)械組成、養(yǎng)分含量、微生物生物量以及酶活性,探討隨著種植年限的變化,溫室土壤環(huán)境如何變化,以期為我國(guó)高寒地區(qū)日光溫室產(chǎn)業(yè)更為合理、高效的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省阿壩州紅原縣境內(nèi)(33°03′ N,102°36′ E),屬于青藏高原向四川盆地過(guò)渡的高原區(qū)域,海拔約3 507 m。該地屬于大陸性高原溫帶季風(fēng)氣候區(qū),氣候寒冷,日溫差較大,沒(méi)有絕對(duì)的無(wú)霜期。最近20 a的氣象觀測(cè)資料顯示,年平均溫度為1.1 ℃。最高月平均氣溫出現(xiàn)在7月,為10.9 ℃;最低月平均氣溫出現(xiàn)在1月,為-10.3 ℃,≥10 ℃年積溫為3 220 ℃,多年平均降水量為753 mm,其中86%的降水集中在5—10月。研究區(qū)植被類型主要為高寒草甸,土壤主要為高寒草甸土,植被為中生型,優(yōu)勢(shì)物種為四川嵩草(Kobresiasetchwanensis)、高山嵩草(Kobresiapygmaea)和垂穗披堿草(Elymusnutans)。

1.2樣地設(shè)置與樣品采集

2012年夏季在紅原縣日光溫室種植基地選取種植年限分別為5、10和15 a的溫室大棚各3個(gè),大棚面積為30 m×8 m。這些大棚通常每年4—10月輪作種植白菜、萵筍和蒜苗等,每年種植2～3茬,分別施入300～450 kg·hm-2過(guò)磷酸鈣和尿素,并配合施用牦牛糞便。采集土壤樣品時(shí),用土鉆(直徑為4 cm)沿“S”形在每個(gè)溫室取0～15 cm 土層土壤,共計(jì)10鉆,然后混合為1個(gè)樣品,并對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)。同時(shí),在溫室附近選擇3處與大棚面積相同的無(wú)放牧草地樣方,作為種植年限為0 a的對(duì)照樣地,同上采集土壤樣品。將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,剔除可見(jiàn)的草根和凋落物,過(guò)2 mm孔徑篩,測(cè)定土壤機(jī)械組成,養(yǎng)分含量,土壤微生物量碳、氮含量以及酶活性。

1.3測(cè)定方法

土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法測(cè)定。土壤有機(jī)碳(SOC)含量采用濃硫酸重鉻酸鉀氧化外加熱法測(cè)定,全氮(TN)含量采用凱氏定氮法測(cè)定,堿解氮(AN)含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,全磷(TP)含量采用堿熔-鉬銻抗分光光度法測(cè)定。土壤硝態(tài)氮(NO3--N)、銨態(tài)氮(NH4+-N)和有效磷(PO43--P)提取液用AA3型(AutoAnalyzer 3)連續(xù)流動(dòng)分析儀(Seal，Germany)測(cè)定,即在土樣中加入去離子水,水土質(zhì)量比為5∶1,恒溫條件下振蕩2 h,2 000 r·min-1離心半徑為13.5 cm條件下離心20 min,取上清液過(guò)0.45 μm孔徑玻璃纖維濾膜,濾液進(jìn)入流動(dòng)分析儀進(jìn)行檢測(cè)。土壤陽(yáng)離子交換量(CEC)采用醋酸鈉-火焰光度法測(cè)定。上述指標(biāo)測(cè)定方法見(jiàn)文獻(xiàn)[7]。

土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量采用氯仿熏蒸浸提法測(cè)定;土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定,過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定,蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定,酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定。脲酶活性以24 h后1 g土壤中NH4+-N含量表示,mg·g-1;過(guò)氧化氫酶活性以20 min后1 g土壤消耗的0.1 mol·L-1KMnO4溶液體積表示,mL·g-1;蔗糖酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖含量表示,mg·g-1;酸性磷酸酶活性以24 h后1 g土壤中酚含量表示,mg·g-1。上述指標(biāo)測(cè)定方法見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析(one-way ANOVA)檢驗(yàn)不同種植年限對(duì)土壤機(jī)械組成,養(yǎng)分含量,微生物生物量碳、氮含量以及4種土壤酶活性的影響,采用Duncan檢驗(yàn)對(duì)不同種植年限間均值進(jìn)行多重比較,用皮爾森相關(guān)系數(shù)描述土壤機(jī)械組成,養(yǎng)分含量,微生物生物量碳、氮含量和4種酶活性與種植年限的相關(guān)關(guān)系。

2結(jié)果與分析

2.1土壤機(jī)械組成

隨著種植年限的增加,土壤機(jī)械組成發(fā)生變化,呈現(xiàn)土壤顆粒風(fēng)化變細(xì)的趨勢(shì)。其中，細(xì)黏粒、粗黏粒和細(xì)粉粒含量逐漸增加,比對(duì)照土壤分別升高4.7～10.1、1.8～5.2和2.0～7.6百分點(diǎn)。而粗粉粒、細(xì)砂粒和粗砂粒含量則逐漸減少,比對(duì)照分別降低1.5～7.0、4.1～9.4和2.8～7.7百分點(diǎn)(表1)。

表1溫室土壤機(jī)械組成隨不同種植年限的變化

Table 1Mechanical composition of the soil in greenhouse relative to cultivation age

種植年限/a土壤機(jī)械組成w/%細(xì)黏粒(<1μm)粗黏粒(1～<5μm)細(xì)粉粒(5～<10μm)粗粉粒(10～<50μm)細(xì)砂粒(50～<250μm)粗砂粒(250～1000μm)015.9±0.9c11.1±0.8c9.7±1.2b26.0±0.3a24.9±1.7a12.4±0.9a520.6±0.9b12.9±1.5b11.7±1.3b24.5±1.9a20.7±0.6a9.6±1.0b1024.0±1.7a14.7±1.0a17.3±2.1a21.6±2.1b15.5±4.6c6.9±1.1c1526.0±0.9a16.3±1.1a14.7±1.5a19.0±1.0b19.3±0.1b4.7±1.0d

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=3。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示不同種植年限溫室土壤之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.2土壤養(yǎng)分

隨著種植年限的增加,土壤養(yǎng)分含量整體上呈顯著積累趨勢(shì)。與對(duì)照相比,種植15 a的溫室土壤SOC、TN、AN、NO3--N含量和CEC分別增加55.1%、93.8%、48.5%、138.3%和81.8%,而NH4+-N含量變化不顯著,變化幅度在1.1～1.3 mg·kg-1之間;種植10 a的溫室土壤TP和PO43--P含量達(dá)到最大值,分別為1.4 g·kg-1和80.8 mg·kg-1(表2)。

表2土壤養(yǎng)分含量和陽(yáng)離子交換量隨不同種植年限的變化

Table 2Soil nutrient contents and CEC of the soil in greenhouse relative to cultivation age

種植年限/aw(SOC)/(g·kg-1)w(TN)/(g·kg-1)w(AN)/(mg·kg-1)w(NH4+-N)/(mg·kg-1)w(NO3--N)/(mg·kg-1)w(TP)/(g·kg-1)w(PO43--P)/(mg·kg-1)CEC/(cmol·kg-1)025.6±1.7c1.6±0.1c164.4±13.6c1.3±0.2a9.4±1.1c0.8±0.0d22.7±0.8c13.2±0.5c528.4±1.4bc2.6±0.2b194.9±2.5b1.1±0.0a13.0±1.9b1.1±0.0c55.2±1.9b17.4±0.4b1032.0±1.8b2.8±0.1ab228.3±18.5a1.3±0.2a15.3±0.6b1.4±0.0a80.8±6.1a23.0±2.4a1539.7±2.5a3.1±0.2a244.2±18.6a1.2±0.2a22.4±2.2a1.3±0.0b63.8±7.4b24.0±2.1a

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=3。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示不同種植年限溫室土壤之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.3土壤微生物生物量碳、氮和酶活性

與溫室土壤物理化學(xué)屬性變化趨勢(shì)一致的土壤微生物學(xué)屬性也隨著種植年限的增加而呈現(xiàn)正相關(guān)性的變化。與對(duì)照相比,種植15 a的溫室土壤微生物生物量碳、氮含量分別增加50.3%和106.7%,土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性分別增加146.2%、100.0%、41.4%和112.5%(表3)。

表3土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量和4種酶活性隨不同種植年限的變化

Table 3Contents of soil microbial biomass carbon and nitrogen and activities of 4 kinds of soil enzymes in the soil under greenhouse relative to cultivation age

種植年限/aw(MBC)/(mg·kg-1)w(MBN)/(mg·kg-1)脲酶活性/(mg·g-1·d-1)過(guò)氧化氫酶活性/(mL·g-1)蔗糖酶活性/(mg·g-1·d-1)酸性磷酸酶活性/(mg·g-1·d-1)0118.0±10.3c1.5±0.1c1.3±0.2c0.4±0.1c41.8±3.4c2.4±0.2c5134.6±13.1bc2.1±0.2bc1.9±0.3b0.5±0.0bc44.4±4.1bc3.4±0.6b10154.6±6.7b2.5±0.3ab2.3±0.2b0.5±0.1b52.9±6.7ab4.0±0.3b15177.3±12.8a3.1±0.5a3.2±0.5a0.8±0.1a59.1±3.5a5.1±0.7a

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=3。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示不同種植年限溫室土壤之間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.4相關(guān)性分析

通過(guò)驗(yàn)證種植年限與機(jī)械組成、養(yǎng)分和微生物學(xué)性質(zhì)的皮爾森相關(guān)系數(shù)及顯著性水平,得出土壤粗粉粒、土壤細(xì)砂粒和土壤粗砂粒3種機(jī)械組成與種植年限呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,除NH4+-N含量以外的其他指標(biāo)均與種植年限呈顯著或極顯著正相關(guān),NH4+-N含量與種植年限之間相關(guān)性未達(dá)顯著水平(r=-0.073,P=0.411)(表4)。

表4種植年限與溫室土壤機(jī)械組成、養(yǎng)分、微生物量及酶活性的皮爾森相關(guān)系數(shù)

Table 4Pearson correlation coefficients of soil mechanical compositions, soil nutrients, soil microbial mass and enzyme activities with operation history of the greenhouse

指標(biāo)相關(guān)系數(shù) 指標(biāo) 相關(guān)系數(shù) 指標(biāo)相關(guān)系數(shù)w(細(xì)黏粒)0.955**w(SOC)0.931**w(MBC)0.924**w(粗黏粒)0.900**w(TN)0.919**w(MBN)0.920**w(細(xì)粉粒)0.726*w(NH4+-N)-0.073脲酶活性0.928**w(粗粉粒)-0.904**w(NO3--N)0.937**過(guò)氧化氫酶活性0.883**w(細(xì)砂粒)-0.628*w(PO43--P)0.774*蔗糖酶活性0.861**w(粗砂粒)-0.963**CEC0.931**酸性磷酸酶活性0.922**

n=12。MBC和MBN分別為土壤微生物生物量碳和氮。*表示顯著相關(guān)(P<0.05),**表示極顯著相關(guān)(P<0.001)。

3討論

3.1種植年限對(duì)土壤機(jī)械組成的影響

機(jī)械組成作為土壤的基本物理屬性之一,不僅是土壤結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容,也是土壤發(fā)生、土壤養(yǎng)分乃至土壤環(huán)境等領(lǐng)域常用的重要指標(biāo)[9]。與此同時(shí),土壤機(jī)械組成還可用于反映土壤的其他特征,如土壤肥力[10]、土壤沙化程度[11]和土地利用類型對(duì)土壤質(zhì)地的影響等[12]。筆者研究中,隨種植年限的延長(zhǎng),土壤細(xì)黏粒、粗黏粒和細(xì)粉粒3種粒徑組成所占比例持續(xù)、顯著上升,而與之對(duì)應(yīng)的土壤粗粉粒、細(xì)砂粒和粗砂粒3種粒徑組成所占比例持續(xù)、顯著下降,這說(shuō)明隨著溫室大棚使用時(shí)間的延長(zhǎng),土壤顆粒呈變細(xì)的趨勢(shì)。原因如下:(1)在作物根系與土壤的相互作用下,根系周?chē)奈⑸锱c土壤顆粒進(jìn)行化學(xué)元素交換過(guò)程,供作物生長(zhǎng)發(fā)育,從而加速了土壤顆粒的風(fēng)化作用,形成粒徑較小的顆粒,這種現(xiàn)象隨著種植年限的延長(zhǎng)而愈發(fā)明顯;(2)外源肥料的大量輸入和多年凋落物的累積顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,在與微生物的共同作用下,對(duì)風(fēng)化表層土壤的粒徑變化同樣具有重要意義;(3)土地利用方式和耕作措施是影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要因素,長(zhǎng)期的耕作活動(dòng)帶來(lái)的物理擾動(dòng)可以改變土壤物理屬性和機(jī)械組成。溫室土壤黏粒、細(xì)粉粒比例增加,砂粒、粗粉粒比例減小,有助于提高土壤保水保肥能力,增加土壤生產(chǎn)力。盧鑫等[13]對(duì)毛烏素沙質(zhì)灌叢草地的研究表明,紫穗槐灌叢的土壤細(xì)化程度隨著種植年限的增加而逐漸增大。因此,植被生長(zhǎng)年限的長(zhǎng)短是影響土壤機(jī)械組成的一個(gè)重要因素。

3.2種植年限對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤有機(jī)碳、氮和磷是土壤中的主要營(yíng)養(yǎng)成分,其含量高低往往決定土壤肥力和生產(chǎn)力。由于日光溫室常處于封閉或半封閉狀態(tài),氣溫高,濕度大,肥料投入量多,土壤經(jīng)常處于濕潤(rùn)狀態(tài),缺乏自然降水的淋溶,形成了一個(gè)特殊的生態(tài)系統(tǒng)[14]。有研究[5]指出,高寒地區(qū)天然草地向農(nóng)田和溫室轉(zhuǎn)變的過(guò)程中,土壤有機(jī)碳呈現(xiàn)從損失向積累轉(zhuǎn)變的過(guò)程,而土壤氮呈現(xiàn)積累的過(guò)程,從而改變土壤C/N比值,影響土壤的碳氮平衡。筆者研究中,除NH4+-N外,SOC、TN、AN和NO3--N含量均與種植年限呈顯著正相關(guān),呈現(xiàn)養(yǎng)分線性積累的趨勢(shì),這與杜新民等[15]的研究結(jié)果一致。而溫室土壤磷的變化過(guò)程與有機(jī)碳、氮略有差異。與對(duì)照相比,TP和PO43--P含量在種植的前10 a均呈增加趨勢(shì),且差異顯著(P<0.05,表2)。但種植年限為15 a的溫室土壤TP和PO43--P含量與種植10 a相比顯著下降,其中PO43--P含量恢復(fù)到種植5 a時(shí)的水平(表2),這也與劉曉軍等[16]的研究結(jié)果相似。而郭文龍等[17]的研究表明,土壤有效磷含量與大棚種植年限呈極顯著正相關(guān)。魯如坤[18]提出蔬菜需磷量(以PO43--P計(jì))一般為60～90 mg·kg-1的標(biāo)準(zhǔn),筆者研究中種植10和15 a的溫室土壤均滿足這個(gè)條件(表2)。楊艷芳等[19]在對(duì)退耕還湖條件下濕地的研究表明,隨著退耕年限的增加,土壤有機(jī)質(zhì)、黏粒含量以及土壤含水量升高,土壤氮含量總體呈升高趨勢(shì),而土壤磷含量呈先降低后升高趨勢(shì)。CEC反映了土壤可能保持養(yǎng)分的數(shù)量,即保肥能力的高低,也可表征土壤緩沖性能,同時(shí)也是判斷土壤環(huán)境優(yōu)劣和施肥合理與否的重要依據(jù)。筆者研究中,隨種植年限的延長(zhǎng),CEC呈顯著增加趨勢(shì),表明種植年限越長(zhǎng)的溫室土壤肥力狀況越具優(yōu)勢(shì),但種植10 a后增加趨勢(shì)有所減緩。

3.3種植年限對(duì)土壤微生物學(xué)性質(zhì)的影響

土壤微生物是土壤中養(yǎng)分循環(huán)利用和物質(zhì)轉(zhuǎn)化遷移的驅(qū)動(dòng)者,土壤微生物生物量碳、氮是土壤活性養(yǎng)分的儲(chǔ)存庫(kù),同時(shí)也是植被生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的重要來(lái)源,其含量多少通常能反映土壤同化和礦化能力[20]。土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程的方向和強(qiáng)度,能夠靈敏、及時(shí)和準(zhǔn)確地反映土壤質(zhì)量的變化狀況,是衡量土壤肥力高低的較好指標(biāo)[21],而耕作方式是影響土壤酶活性的重要因素之一[22]。土壤微生物生物量及酶活性較其他土壤性質(zhì)可以更為迅速地響應(yīng)施肥管理、種植體系和土地利用方式的變化[23]。筆者研究中,日光溫室土壤的微生物生物量碳、氮含量均顯著高于天然草地,且其含量隨溫室使用年限的增加而增高。

土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶都屬于水解酶。其中,脲酶對(duì)尿素在土壤中的水解及作物對(duì)尿素氮的利用有重大影響,其活性可用來(lái)表征土壤氮狀況；蔗糖酶參與土壤碳氮循環(huán),其活性可用來(lái)表征土壤碳氮狀況；酸性磷酸酶活性高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及生物有效性[24]。過(guò)氧化氫酶屬于氧化酶,能促進(jìn)過(guò)氧化氫分解成水和氧氣,從而解除生物呼吸過(guò)程和有機(jī)物生化反應(yīng)過(guò)程中過(guò)氧化氫對(duì)土壤和生物的毒害作用[25]。筆者研究中,日光溫室土壤的4種酶活性均顯著高于天然草地,且種植年限越長(zhǎng),酶活性越高。 說(shuō)明日光溫室使用時(shí)間的增加可以促進(jìn)土壤的生物化學(xué)反應(yīng),加速養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化,從而提高土壤養(yǎng)分有效性和土地生產(chǎn)力。

4結(jié)論

在為期15 a的溫室大棚設(shè)施耕作過(guò)程中,隨著溫室使用年限的增加,青藏高原高寒草甸土壤顆粒呈現(xiàn)變細(xì)趨勢(shì),<10 μm粒徑比例升高20.3百分點(diǎn);SOC、TN、AN、NO3--N、TP、PO43--P含量和CEC呈現(xiàn)顯著累積趨勢(shì);土壤微生物生物量碳、氮含量,脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均顯著升高。高寒草甸土壤未出現(xiàn)土壤退化現(xiàn)象,耕作土壤質(zhì)量得到一定程度的改善,這對(duì)高寒草甸土壤的可持續(xù)利用以及維持該地日光溫室產(chǎn)業(yè)的良性有序發(fā)展具有重要意義。但考慮到青藏高原高寒草甸土壤生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性以及溫室栽培具有土壤養(yǎng)分流失的潛在風(fēng)險(xiǎn),建議對(duì)青藏高原溫室栽培土壤進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè),有助于青藏高原高寒區(qū)日光溫室產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

收稿日期：2015-08-14

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2012CB417101);國(guó)家自然科學(xué)基金(40801089);成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所“一三五”方向性課題項(xiàng)目(SDS-135-1203-03)

通信作者①E-mail: yhgao@imde.ac.cn

中圖分類號(hào)：S154.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-4831(2016)04-0603-06

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.04.014

作者簡(jiǎn)介：謝青琰(1991—),男,甘肅環(huán)縣人,碩士生,主要從事寒區(qū)環(huán)境生態(tài)學(xué)過(guò)程研究。E-mail: xiekemeom13@mails.ucas.ac.cn

Variation of Mechanical Composition, Nutrition and Microbial Activity of Alpine Meadow Soil in Greenhouses With Cultivation Age on the Qinghai-Tibet Plateau.

XIE Qing-yan1,2, ZHANG Meng-yao1,2, GAO Yong-heng1

(1.Key Laboratory of Mountain Environment Evolution and Its Regulation, Institute of Chengdu Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041， China;2.College of Resources and Environmental Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract:An investigation was conducted to explore variation of soil mechanical composition, soil nutrition and microbial activity in alpine meadow soil under greenhouse with cultivation age on the eastern Qinghai-Tibet Plateau. Three greenhouses different in cultivation age, 5, 10 and 15 years, and an open tract of natural meadow were selected for comparison. Results show that: (1) With greenhouse cultivation going on, soil particle size tended to be smaller. Compared to CK, the open tract of natural meadow, in the greenhouse that had been operating for 5, 10 and 15 years, the fraction <10 ?m in soil particle size increased by 8.5, 19.3 and 20.3 percentage points, respectively. (2) The contents of all soil nutrients, soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), available nitrogen (AN), nitrate (NO3--N), soil total phosphorus (TP), and available phosphorus (PO43--P),except ammonia (NH4+-N), and cation exchange capacity (CEC) increased with rising cultivation age, showing a significant tendency of accumulation. In the greenhouse 10 years in cultivation history, TP and PO43--P contents peaked, being 1.4 g·kg-1and 80.8 mg·kg-1, respectively; and in the greenhouse 15 years in cultivation history, SOC, TN, AN, NO3--N and CEC increased by 55.1%, 93.8%, 48.5%, 138.3% and 81.8%, respectively, over that in CK. And (3) Soil microbial activity in the greenhouse soils also increased with cultivation age. Compared to CK, the soil in the greenhouse 5 years in cultivation history, was 46.2% and 41.7% higher in the activity of urease and acid phosphatase, respectively; the soil in the greenhouse 10 years in cultivation history was 66.7% and 26.6% higher in content of soil microbial biomass nitrogen and activity of invertase, respectively; and the soil in the greenhouse 15 years in cultivation history was 50.3% and 100.0% higher in content of soil microbial biomass carbon and activity of catalase, respectively. Obviously, sun-light greenhouse cultivation improves physic-chemical properties of the alpine meadow soil and soil enzyme activity, too.

Key words:alpine meadow soil; sunlight greenhouse; mechanical composition; nutrient; enzyme activity