滨海滩涂围垦对土壤酶活性的影响研究——以江苏省如东县垦区为例

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随着经济发展和城市化进程的加快,土地需求加大,滩涂围垦开发成为沿海地区获得土地的重要途径,有助于缓解土地资源不足、人地矛盾突出的问题,新时期沿海开发战略的提出势必引发新一轮的滩涂围垦开发热潮。江苏作为滩涂资源大省,围垦开发历史悠久,其中滩涂围垦主要以农用地利用为导向,滩涂围垦后土壤质量如何变化是值得研究的问题。土壤酶作为表征微生物活性的指标,参与土壤系统的一切生化过程,与土壤肥力关系密切,研究土壤酶活性有助于了解土壤生态系统中C、N、P营养元素循环。本文选取江苏省如东县光滩和四个典型围垦区,研究较长时间尺度下土壤理化性质和酶活性随围垦时间的演变过程,土壤酶活性在土层剖面的分布规律以及土壤酶活性对不同土地利用模式的响应,探讨影响土壤酶活性的关键因子,以期为后期的科学研究和滩涂开发利用提供参考,得到以下主要结论:  (1)随着围垦年限的增加,土壤理化环境逐渐改善,主要表现为土壤盐碱度的下降以及土壤养分(TN、TP、SOC)的增加。土壤理化性质的改善分为以下四个阶段:围垦前10年土壤盐分急剧下降,由滨海盐渍土转变为中度盐渍土,养分含量迅速提升一个等级;围垦10-30年土壤盐分继续下降,由中度盐渍土变为非盐渍土,土壤完全脱盐,养分含量继续提升一个等级,但盐分下降速率和养分提升程度均低于围垦前10年;围垦30-40年,土壤理化性质有所改善,但提升不明显,处于相对稳定的状态;围垦40-60年,土壤养分含量继续提升一个等级。总体看来,土壤理化性质的改善经历了急剧提升→快速提升→相对稳定→缓慢提升的阶段。  (2)针对不同围垦年限下土壤表层酶活性的变化进行研究,结果表明随着围垦年限的增加,土壤表层脲酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性逐渐增加,这三种酶活性的变化规律与土壤理化性质的变化规律相互对应,即围垦前10年急剧提升→围垦10-30年快速提升→围垦30-40年相对稳定→围垦40-60年缓慢提升。土壤淀粉酶活性仅在围垦初期土壤环境条件急剧变化阶段受到较大影响,随着土壤理化性质逐渐改善并趋于稳定,淀粉酶活性反应并不敏感,受围垦时间影响不明显。土壤脱氢酶在围垦前10年内处于急剧提升阶段,围垦10-30年提升速率放缓。研究区各垦区碱性磷酸酶活性高于酸性磷酸酶活性,大约为酸性磷酸酶含量的2-3倍,这是因为垦区偏碱化土壤有利于碱性磷酸酶活性的发挥。  (3)土壤酶活性随剖面深度的增加而逐渐降低,土层10-30cm土壤酶活性显著下降,土层30-60cm土壤酶活性差异不明显。变异系数分析显示土壤酶在剖面的分布变化规律大体表现为:围垦10年>光滩>围垦30年>围垦40年>围垦60年,围垦10年剖面酶活性变动最剧烈,随着围垦年限的增加,剖面酶活性的变动趋于均匀稳定。不同的是土壤脱氢酶在光滩剖面分布较为均匀,这可能与滩涂常年淹水环境下土壤长期处于还原状态有关。同一土层深度、不同围垦年限土壤酶活性的变化规律大体表现为:围垦60年>围垦40年>围垦30年>围垦10年>未围垦,与表层酶活性随围垦时间的变化规律一致。  (4)不同土地利用方式下,农田生态系统的小麦、油菜、蚕豆土壤酶活性差异不大,蚕豆地的土壤酶活性比油菜地和小麦地相对高一些,在农田土壤生态系统N、P营养元素的有效转化和循环中起到重要作用。养殖鱼塘土壤水分以及盐分显著高于农田生态系统,养分含量与农田生态系统差异不大,但土壤淀粉酶、脱氢酶、酸性磷酸酶活性都高于农田生态系统,脲酶活性也处于较高水平,这可能与水域系统下较高的生物残体以及不同的微生物群落结构有关,说明鱼塘这种土地利用模式对滨海盐碱化土壤的耐受程度最好。  (5)不同土地利用方式下土壤酶活性的垂直分布研究显示,随土层深度的增加,小麦、蚕豆、油菜土壤酶活性下降,10-30cm深度土壤酶活性下降趋势最为明显,30-60cm土壤酶活性变动较小。鱼塘土壤酶活性的剖面分布规律有所差别,随土层深度的增加呈S型震荡下降,土层10-20cm呈下降趋势,20-30cm以及30-40cm酶活性有所上升,40-60cm酶活性急剧下降,这与土层30cm到40cm黑色泥炭层含有丰富的腐殖质有关。  (6)通径分析研究表明,影响土壤脲酶的关键因子是土壤有机碳,其他因素对脲酶的影响主要通过影响有机碳的形成和累积而实现的,研究区主要限制因素为pH和盐分,有机碳的提升和盐碱化的改良是脲酶活性提升的重要原因。土壤理化性质中影响酸性磷酸酶活性关键因子为pH,主要养分因子TN对酸性磷酸酶的促进所用通过弱化pH的抑制作用而实现,盐分与pH对酸性磷酸酶活性的共同胁迫作用是不可忽视的因素。对土壤碱性磷酸酶活性起到重要影响的因子为TN,一方面TN直接影响土壤碱性磷酸酶的活性,另一方面,其他关键限制因子如pH和盐分对碱性磷酸酶活性的抑制作用是通过影响TN含量实现的。因此增加研究区土壤TN含量是土壤碱性磷酸酶提升的关键。研究区影响土壤脱氢酶活性的关键理化因子为土壤有机碳,有机碳含量的增加可以直接促进脱氢酶活性的增强,土壤含水量和TN含量是提高淀粉酶活性的重要因子,土壤盐分是抑制淀粉酶活性的关键限制因子。综上所述,有机碳和全氮含量的提升以及盐碱度的改良是垦区土壤酶活性提升的关键。
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