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项目年度编号
2400161295
中图分类号
S154.3
成果公布年份
2024
成果简介
①课题来源与背景：近年来，国内外对土壤酶的研究主要集中在土壤酶与环境因子的相关性、土壤酶与土壤微生物的相互关系、土壤酶对植物生长的作用等方面，而对于不同修复阶段高寒草地土壤酶的研究鲜有报道。由于受时间和传统研究方法局限性等因素的影响，关于土壤酶的研究结果仍停留在初步的现象认识和描述上，尤其对退化高寒草地土壤酶的认识还不够清晰，更没有把相关研究成果应用于生态系统的修复与改善当中，不利于退化高寒草地的恢复。
②研究目的与意义：该项目通过对东祁连山不同修复阶段高寒草地开展调查研究，对不同修复年限、不同深度土壤剖面的土壤酶活性进行调查，并对其主要影响因素、变化规律以及驱动机制进行研究。项目的实施能够为东祁连山高寒地区草地资源的修复与合理利用提供相关研究资料和经验借鉴，并且能够为该区域的生态安全、环境保护提供科学依据。
③主要论点与论据：（1）东祁连山高寒草地土壤酶在不同修复阶段的动态变化规律：土壤碱性磷酸酶活性呈大幅升高趋势，总体保持在0.082—2.733mg/g<sup>-1</sup>之间，修复5年、修复10年样地土壤碱性磷酸酶活性在各土层深度中均显著高于对照荒地和修复2年样地，且表层(0—5cm)差异最大，修复10年后较对照荒地和修复2年样地分别提高了3.39倍、5.12倍。各样地不同土层深度酶活性总体表现一致，均呈现表层(0—5cm)＞次表层(20—25cm)＞深层(40—45cm)的趋势；随着修复年限的延长，土壤过氧化氢酶活性总体表现为波动性上升趋势，且深层土壤所受影响更强烈。对照荒地表层至深层土壤过氧化氢酶活性依次为0.179mL/g<sup>-1</sup>、0.143mL/g<sup>-1</sup>、0.124mL/g<sup>-1</sup>，修复10年后分别上涨至0.193mL/g<sup>-1</sup>、0.184mL/g<sup>-1</sup>、0.178mL/g<sup>-1</sup>，显著高于对照荒地，涨幅分别达到了7.25%、28.67%、43.55%。土壤过氧化氢酶活性在不同土层深度仍表现为表层＞深层；以修复2年为时间节点，各样地不同土层深度土壤脲酶活性均呈现“U”字形变化，具体表现为先下降(修复0—2年)再上升(修复2—10年)的趋势，且以表层(0—5cm)土壤变化幅度最明显。10年修复周期内，表层土壤脲酶表现为修复0年(0.348mg/g<sup>-1</sup>)—2年(0.115mg/g<sup>-1</sup>)—5年(0.532mg/g<sup>-1</sup>)—10年(0.566mg/g<sup>-1</sup>)，且修复5年后变化基本趋于稳定。与其他3种土壤酶表现一致，土壤脲酶活性同样以表层土壤高于深层土壤，且随修复年限的延长而逐渐显著；（2）土壤酶在不同深度土壤剖面的分布规律：不同植被修复样地各土层深度土壤蔗糖酶活性总体变化幅度不大，保持在0.133—0.199mg/g<sup>-1</sup>，修复5年、修复10年样地土壤蔗糖酶活性在表层(0—5cm)显著高于对照荒地和修复2年样地，较深土层深度(20—25cm、40—45cm)各样地间差异性不显著。修复5年、10年样地蔗糖酶表聚现象明显，均以表层(0—5cm)土壤酶活性最强，显著高于较深层(20—25cm、40—45cm)土壤，对照荒地和修复2年样地不同土层深度下土壤蔗糖酶活性差异性不显著；（3）土壤酶与高寒草地植被群落以及其它各相关环境因子间的相互作用：对土壤酶活性和土壤养分等13种指标进行相关性分析，结果表明二者间存在不同程度相关性。其中蔗糖酶与铵态氮呈显著正相关(P＜0.05)；碱性磷酸酶与铵态氮呈极显著正相关(P＜0.01)；过氧化氢酶与有机质呈极显著负相关(P＜0.01)；脲酶与全氮、速效磷、铵态氮均呈极显著正相关(P＜0.01)，其余指标之间相关性不显著。进一步通过RDA分析并结合Pearson相关系数对土壤养分因子与土壤酶活性间相互关系进行分析。结果表明，蔗糖酶、碱性磷酸酶主要与pH值、全磷、全氮等呈正相关性，与有机质等相关性不显著；脲酶主要与全氮、全磷、速效磷等呈正相关性，与电导率、硝态氮等相关性不显著；过氧化氢酶主要与pH值、全磷、有效钾等呈正相关性，与有机质等呈负相关性。综上，土壤养分与土壤酶活性间相互作用、相互影响，其中，全氮是影响区域土壤酶活性的最重要因子。此外，土壤酶与土壤重金属之间存在较强的相关性。其中，土壤蔗糖酶活性与V、Mn、Cu、Sr含量均呈极显著负相关（P<0.01）；土壤碱性磷酸酶活性与V、Mn、Cu、Sr含量均呈极显著负相关（P<0.01），与Ba含量呈显著负相关（P<0.05）；土壤过氧化氢酶活性与V、Ni、Sr含量均呈极显著负相关（P<0.05），与Ba含量均呈显著负相关（P<0.05）；与前3种酶表现不同，土壤脲酶活性仅与Ni含量呈显著正相关（P<0.05），与其他重金属间相关性不显著。研究区主要土壤重金属含量对主要土壤酶活性多数起到抑制作用。
④创见与创新：项目研究结果显示，如果区域土壤修复仅采用单纯的植物修复措施，需要的时间较长。现如今，单一的修复措施及技术手段已不能够满足区域环境修复的迫切性。因此，未来应在适度人为干预与调控下，加大本土灌、草适生品种引进，开展乔——灌——草综合修复模式研究，并尽可能在此基础上，尝试利用不同剂型微生物菌肥，提高区域土壤微生物活性，提高化肥利用率，促进土质修复及植被生长。
⑤社会经济效益，存在的问题：该研究尚处于初级阶段，仅开展了土壤酶活性相关测定研究工作，未来，应针对区域土壤系统动态变化规律、土壤微生物组成和遗传多样性等方面开展更为全面的系统调查及研究工作。
完成单位
甘肃省治沙研究所
完成人
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