绿洲土壤酶学指标对土壤质量的指示研究

选择塔里木河上游阿克苏绿洲为研究区，在划分评价单元的基础上，对各单元采样并选择多类土壤酶活性、酶促反应动力学、热力学指标以及土壤理化、微生物学指标进行实验室分析，优化土壤酶学指标的测定方法；探讨土壤酶活性在不同土地利用方式、不同土地管理方式、不同环境胁迫下的三维空间分异规律，分析各类土壤酶学指标与其他因子的对应关系，确定对外界干扰敏感的酶学指标最小数据集；基于最小数据集的实测数据，通过改进的人工神经网络多变量指标克里格法模型进行土壤质量的空间评价，获得土壤质量达标概率图；结合动态计量经济学方法，实现土壤酶学指标在量化各类管理方式对土壤质量影响中的应用，提出适合研究区的生态农业模式。研究将建立适用于干旱区绿洲土壤质量评价的酶学指标集，系统揭示阿克苏绿洲土壤质量空间分异规律，补充干旱区土壤生态学的研究成果，为塔里木河流域规划、作物栽培布局和水土保持政策制定提供科学依据。

寻找能够准确标示土壤质量变化的敏感指标是土壤生态学研究的重要科学问题。土壤酶几乎参与了土壤中全部生物化学反应，与多种生态过程密切相关。它对土壤质量变化极为敏感，能够及时反映人为干扰及环境胁迫的影响。阿克苏绿洲属于典型的生态脆弱带和环境危机带，在全球变化和人类活动的综合影响下，绿洲内部负荷逐年加大，土壤贫瘠化、沙化、盐碱化严重，土壤质量在绿洲内外呈现不同的分异规律。本研究以位于塔里木河上游阿克苏绿洲的阿拉尔垦区为典型研究区，对垦区内划分评价单元并采集土样，选择多类土壤酶活性以及土壤理化指标进行实验室分析，探讨土壤酶活性的空间分异规律，分析各种土壤酶活性与其他因子的相关关系，结合数理统计方法确定对外界干扰敏感的土壤质量评价最小数据集；基于最小数据集的实测数据，通过克里格法模型进行土壤质量的空间评价；最后构建了最小数据集-产量预测模型，实现土壤酶学指标对土壤质量影响评估中的应用，提出适宜的生态农业模式。结果表明：垦区内不同土地利用方式、不同种植模式、不同连作年限下土壤酶活性差异性显著，酶活性分布的空间异质性较高；不同土地利用方式下土壤酶活性的最高值基本出现在天然林或果园、最低值出现在沙地或荒草地，不同种植模式下土壤水稻/棉花轮作、棉花/打瓜套作的酶活性水平较高，不同连作年限下土壤酶活性呈现逐渐上升至8a或12a开始下降的趋势。环境因子与土壤酶活性相关性大小排序为全氮>有机质>有效磷>土壤含水量>全盐>容重>速效钾>pH。全氮是影响脲酶的主导因子，有机质是影响转化酶活性的重要因素，有效磷主要影响磷酸酶活性，过氧化氢酶活性主要受所有环境因子的累加作用的影响。最终确定的土壤质量评价最小数据集为有机质、土壤水分、多酚氧化酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶。土壤质量空间评价结果显示土壤质量评价值的空间变化规律与土地利用方式密切相关，主要表现为明显的斑块状分布格局，局部以人工林土壤质量评价值(0.482)最高，沙地(0.182)最低。单一的种植模式及连续耕作使土壤质量受到一定程度影响，合理轮作通过用地与养地相结合可提高土壤质量，间作与套作可增加种植效益。研究建立以酶学指标为主的干旱区绿洲土壤质量评价最小数据集，系统揭示绿洲土壤质量空间分异规律，补充干旱区土壤生态学的研究成果，为塔里木河流域规划、作物栽培布局和水土保持政策制定提供科学依据。