尕海濕地區(qū)沼澤草甸退化對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的影響

常文華，馬維偉，李廣，徐國榮，龍永春

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，主要來源于動植物微生物分泌及其殘體分解，推動著土壤生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)和能量流動［1］。土壤氮轉(zhuǎn)化酶是固氮、硝化和反硝化等氮的周轉(zhuǎn)和礦化過程的主要生物催化劑，也是土壤氮循環(huán)的主要限制因素之一［2］，其中土壤脲酶能將尿素水解成氨，蛋白酶能夠促使蛋白質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨基酸，硝酸還原酶及亞硝酸還原酶可直接參與土壤的反硝化過程［3］。土壤酶活性能夠反映土壤碳氮磷循環(huán)速率的強(qiáng)弱，其活性大小不僅受制于植被類型、土壤環(huán)境狀況、土層深度、微生物活性和養(yǎng)分可利用性等因素的影響，而且還與凋落物降解及養(yǎng)分歸還等密切相關(guān)［4］。土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性不僅能反映土壤微生物養(yǎng)分含量需求以及生化反應(yīng)過程的強(qiáng)度與方向，而且能夠反映土壤氮素累積與分解轉(zhuǎn)化的規(guī)律［5］，研究其活性變化對于理解土壤氮轉(zhuǎn)化過程具有重要意義。

全球氣候變暖及過度放牧導(dǎo)致青藏高原地區(qū)部分生態(tài)系統(tǒng)的退化直接影響植物、土壤理化特征與土壤微生物活性，從而影響土壤酶活性［6］。研究表明，高寒生態(tài)系統(tǒng)退化演替，引起區(qū)域植被、土壤等環(huán)境因素變化，一定程度影響了相關(guān)土壤酶活性［7-8］，但在不同土層深度影響程度不同。如劉育紅［9］在高寒草甸的研究發(fā)現(xiàn)，表層土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性在退化條件下的變化劇烈。蔣永梅等［10］在祁連山高寒草地的研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性隨退化梯度加劇與土層加深均呈減小的趨勢，且隨退化程度的進(jìn)一步加劇，表層土壤酶活性降低趨勢愈發(fā)明顯；Ma等［11］對高寒濕地的研究表明，植被退化僅顯著降低了0～20 cm土層的土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性，這些研究在一定程度上揭示了高寒生態(tài)系統(tǒng)退化對土壤酶活性及其土層深度分布的影響。然而，不同生態(tài)系統(tǒng)存在不同土壤類型、土壤養(yǎng)分、植被狀況等因素，導(dǎo)致土壤酶活性不同；同時同一類型不同深度的土壤酶活性對生態(tài)系統(tǒng)退化響應(yīng)的敏感性也存在差異。盡管學(xué)者對高寒生態(tài)系統(tǒng)土壤酶活性做了大量研究，但關(guān)于高寒生態(tài)系統(tǒng)退化演替對土壤酶活性及其土層深度分布的影響研究仍較缺乏。

位于青藏高原東緣的尕海濕地是響應(yīng)全球氣候變化最敏感的區(qū)域之一，區(qū)域內(nèi)沼澤草甸分布面積高達(dá)80%以上。但近年來受氣候、水文變化以及過度放牧等不合理的人類活動影響，沼澤草甸退化嚴(yán)重［12］，引起植被旱生化、水分含量、碳匯功能降低以及土壤碳、氮組分含量顯著減小等環(huán)境變化［13］，這些環(huán)境因素的變化將會使得土壤酶活性被打破，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分循環(huán)過程。目前，尕海濕地沼澤草甸植被與土壤均表現(xiàn)出從水生向陸生漸進(jìn)式演替的退化趨勢［14］，但尚不明確：土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性在沼澤草甸退化過程中的變化規(guī)律如何？哪一層變化最為顯著？土壤酶活性發(fā)生變化的關(guān)鍵驅(qū)動因子是什么？鑒于此，本研究以尕海濕地不同退化沼澤草甸為研究對象，分析比較不同退化程度不同深度土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的差異性，揭示沼澤草甸退化對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性及其土層分布的影響，為理解全球氣候干暖化背景下高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤酶活性變化規(guī)律提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為深入理解高寒生態(tài)系統(tǒng)土壤氮循環(huán)過程提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處青藏高原東緣，位于甘肅省甘南藏族自治州碌曲縣尕海自然保護(hù)區(qū)境內(nèi)，地理坐標(biāo)為33°58′-34°32′N，102°05′-102°47′E，海拔3430～4300 m，區(qū)域總面積為58067 hm2，其中沼澤草甸約占總面積的88%。氣候?qū)偾嗖馗咴瓪夂驇Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫為1.2℃，最高氣溫為10.5℃（7月），最低氣溫為-9.1℃（1月），年均降水量為782 mm，蒸發(fā)量為1150 mm。植物種類主要有藏嵩草（Kobresia tibetica）、蕨麻（Potentilla anserina）、早熟禾（Poa annua）、棘豆（Oxytropis falcata）、青 藏 苔 草（Carex moorcroftii）、冷 蒿（Artemisia frigida）、蘭 石 草（Lancea tibetica）、珠 芽 蓼（Polygonum viviparum）等［15］。土壤類型主要以高山草甸土、暗色沼澤土與泥炭土為主。

1.2 樣地設(shè)置

本研究在團(tuán)隊前期研究工作的基礎(chǔ)上，選擇尕海濕地沼澤草甸為研究對象，以尕海湖為中心沿原生濕地向外延伸設(shè)置退化程度，根據(jù)植被優(yōu)勢種組成、蓋度、高度、地上生物量、地表裸露程度等特征，將研究區(qū)域劃分為未退化（non-degraded，ND）、輕度退化（light degraded，LD）、中度退化（moderate degraded，MD）和重度退化（heavy degraded，HD）4種退化類型，并在每種退化程度內(nèi)布設(shè)3塊10 m×10 m的研究樣地，同一退化程度樣地間至少保留5 m間隔，共12塊樣地，設(shè)置木欄圍擋以防止人畜干擾。樣地基本情況見表1。

表1 樣地基本情況Table 1 Basic information of the sample plot

1.3 樣品采集

本試驗(yàn)野外取樣工作于2020年8月開展，采用直徑5 cm的土鉆按照“S”型5點(diǎn)法分別采集0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm土樣，相同退化程度同一土層組成一份混合土樣，去除土壤中顆粒物與植物根系，放入自封袋內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室。取一部分鮮土在4℃樣品儲存室保存，用于土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮與微生物生物量氮含量的測定，另一部分置于室內(nèi)自然風(fēng)干后過2 mm篩，用于土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性及其他指標(biāo)測定（重復(fù)3次）。

1.4 樣品測定

采用半微量凱氏定氮法測定土壤全氮（total nitrogen，TN）含量；采用MgO-代氏合金蒸餾法測定銨態(tài)氮（ammonium nitrogen，NH4+-N）與硝態(tài)氮（nitrate nitrogen，NO3--N）含量；采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定微生物生物量氮（microbial biomass nitrogen，MBN）含量［16］；采用尿素比色法測定土壤脲酶活性（urease activity，URE）；采用茚三酮比色法測定蛋白酶活性（protease activity，PRO）［17］；采用苯磺酸-醋酸-α萘胺比色法測定硝酸還原酶活性（nitrate reductase activity，NR）與亞硝酸還原酶活性（nitrite reductase activity，NIR），測定參考武志杰等［18］的 方 法。采 用EM 50數(shù) 據(jù) 收 集 系 統(tǒng)（decagon Devices，Inc.，NE，美國）監(jiān)測土壤溫度與含水量數(shù)據(jù)，每間隔10 min自動記錄一次數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019和SPSS 26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計檢驗(yàn)分析。通過單因素方差分析（One-way ANOVA）和Duncan法分析檢驗(yàn)不同退化程度各研究指標(biāo)的差異顯著性；通過雙因素方差分析（Two-way ANOVA）對退化程度、土層深度及其交互作用對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性影響進(jìn)行比較；利用Canoco 5.0對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性和環(huán)境因子進(jìn)行去趨勢分析（detrended correspondence analysis，DCA）后，進(jìn)行冗余分析（redundancy analysis，RDA），并使用蒙特卡洛檢驗(yàn)（monte carlo permutation test）逐步篩選影響土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性變化的主導(dǎo)因素。使用Origin 2020進(jìn)行繪圖，圖表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同退化沼澤草甸對土壤溫濕度變化的影響

在0～40 cm土層中，隨退化程度加劇，土壤含水量、全氮、銨態(tài)氮與微生物生物量氮含量降低，土壤溫度和硝態(tài)氮含量增加（表2）；除銨態(tài)氮與硝態(tài)氮外，各退化程度的土壤含水量、溫度、全氮與微生物生物量氮含量均與ND相比存在顯著差異（P＜0.05）。此外，0～10 cm土層土壤溫度、全氮、銨態(tài)氮與微生物生物量氮含量均最高，且各退化程度沼澤草甸土壤溫度、全氮與微生物生物量氮含量均隨土層加深而逐漸降低；ND、LD的土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮分別均在0～10 cm和20～40 cm土層最高，而MD相應(yīng)值最高出現(xiàn)在0～10 cm和10～20 cm土層，HD卻分別出現(xiàn)在10～20 cm和20～40 cm土層。

表2 不同退化程度沼澤草甸土壤理化性質(zhì)Table 2 Soil physicochemical properties of marsh meadows with different degrees of degradation

2.2 不同沼澤草甸退化程度土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性分布特征

隨退化程度的加劇，0～40 cm土層土壤脲酶活性和硝酸還原酶活性均顯著增加，而土壤蛋白酶活性和亞硝酸還原酶活性顯著降低（圖1）。沼澤草甸退化對不同土層的酶活性影響不盡相同，在0～10 cm土層，與ND相比，LD脲酶活性減少了2.73%，而MD和HD卻分別顯著增加了9.59%和15.50%（P＜0.05）；LD、MD和HD蛋白酶活性與亞硝酸還原酶活性分別顯著減少了8.05%、9.93%、13.74%和4.56%、15.21%、26.94%（P＜0.05）；硝酸還原酶活性卻顯著增加至1.24、2.08和7.65倍。在10～20 cm與20～40 cm土層，脲酶和硝酸還原酶活性隨退化程度加劇逐漸增加，蛋白酶和亞硝酸還原酶活性卻明顯減小。統(tǒng)計分析顯示，土壤脲酶與蛋白酶活性在10～20 cm土層中僅ND與HD間差異顯著（P＜0.05），而在20～40 cm土層中ND與LD、MD和HD間均存在顯著差異（P＜0.05）；10～20 cm與20～40 cm土層硝酸還原酶活性ND與LD、MD、HD間均存在顯著差異（P＜0.05），而10～20 cm土層亞硝酸還原酶活性僅ND與MD和HD間差異顯著（P＜0.05）。

圖1 不同退化程度土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性變化Fig.1 Changes in soil nitrogen invertase activity with different degrees of degradation

在垂直剖面上，隨土層深度的增加，土壤脲酶、蛋白酶和除HD外的亞硝酸還原酶活性均顯著降低，而土壤硝酸還原酶活性顯著增加（HD降低）。除土壤脲酶與硝酸還原酶活性在LD中差異不顯著外，其余土壤酶活性在不同土層間均存在顯著差異（P＜0.05）。方差分析結(jié)果表明（表3），退化程度和土層深度對土壤脲酶、蛋白酶、硝酸酶和亞硝酸酶活性均存在極顯著影響（P＜0.01），而退化程度和土層深度僅對土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性存在顯著交互作用（P＜0.05）。

表3 退化程度和土層交互作用下土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性方差分析Table 3 Variance analysis of soil nitrogen invertase activity under degradation degree and soil layer interaction

2.3 土壤理化因子對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的影響

利用土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性數(shù)據(jù)進(jìn)行DCA分析，所有軸中Axis Lengths的結(jié)果均小于3.0，因此采用冗余分析（RDA）排序模型。冗余分析表明（表4），第1排序軸、第2排序軸的解釋貢獻(xiàn)度分別為75.41%和4.72%，即前兩軸中的總方差解釋度為80.13%，表明前兩軸能夠較好地反映土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性與理化因子的關(guān)系，且主要由第1排序軸決定；前兩軸與土壤理化因子的相關(guān)系數(shù)分別為0.909和0.751，累積解釋量達(dá)到99.98%，表明排序效果良好。二維排序圖顯示（圖2），SWC、NO3--N與TEM的箭頭投影連線較長，說明不同退化沼澤草甸中土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性變化主要受其影響。其中，URE與NH4+-N、MBN、NO3--N和TEM呈顯著正相關(guān)，與TN、SWC呈顯著負(fù)相關(guān)；PRO與NO3--N呈顯著負(fù)相關(guān)，與其余指標(biāo)間均呈顯著正相關(guān)；NO3--N、TEM與NR呈顯著正相關(guān)，而與NIR呈顯著負(fù)相關(guān)；TN、NH4+-N、MBN和SWC與NR呈顯著負(fù)相關(guān)，而與NIR呈顯著正相關(guān)。

圖2 土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性與理化因子的冗余分析Fig.2 RDA analysis of soil nitrogen invertase activity and soil physicochemical properties

表4 土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性RDA排序的特征值及解釋量Table 4 Eigenvalues and interpretations of RDA ranking of soil nitrogen invertase activity

冗余分析排序圖僅反映出土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性與理化因子間存在相關(guān)性，但難以量化理化因子對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的貢獻(xiàn)程度。為此，本研究采用蒙特卡洛檢驗(yàn)和前向選擇排序法對土壤理化因子進(jìn)行排序。由表5可知，各理化因子對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的影響重要性排序從大到小依次為SWC、NO3--N、TEM、TN、MBN、NH4+-N。其中SWC、NO3--N、TEM與TN對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性具有顯著影響（P＜0.05），其余因子的影響未達(dá)顯著水平，而SWC對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的貢獻(xiàn)率高達(dá)67.1%。可見，土壤含水量是影響尕海濕地沼澤草甸退化演替過程中土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性變化的最主要的驅(qū)動因素。

表5 土壤理化因子解釋量及顯著性檢驗(yàn)Table 5 Ranking results of importance of interpretation of soil physical and chemical properties

3 討論

3.1 沼澤草甸退化對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性分布特征的影響

高寒生態(tài)系統(tǒng)沼澤草甸的退化主要是由生態(tài)系統(tǒng)能量流動與物質(zhì)循環(huán)間的不平衡所造成，而土壤酶在土壤物質(zhì)循環(huán)過程中具有重要的驅(qū)動作用，因此土壤酶對退化演替表現(xiàn)較為敏感，在生態(tài)系統(tǒng)退化演替中具有指示劑作用［19］。土壤脲酶和蛋白酶是參與土壤有機(jī)氮向無機(jī)氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵水解酶，主要來源于植被和土壤微生物活動的分泌釋放，進(jìn)一步驅(qū)動土壤氮素的分解、轉(zhuǎn)化過程［20］。土壤脲酶能促進(jìn)土壤中的尿素水解成氨，脲酶活性大小常用來表征土壤氮素轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度［21］。本研究表明，尕海濕地沼澤草甸退化顯著增加了土壤脲酶活性，與徐靜靜等［22］在巴音布魯克天鵝湖高寒濕地的研究結(jié)果相同，原因可能是與全氮含量有關(guān)，全氮含量過高會抑制脲酶的分泌［23］；此外，脲酶活性也受土壤含水量的影響，隨退化程度加劇，土壤中的含水量逐漸減少，微生物所能吸收利用的水分降低，從而提高了土壤中尿素濃度，由于尿素是土壤脲酶能夠催化的唯一底物來源，使得土壤微生物對尿素利用資源能力加強(qiáng)，促使土壤脲酶活性升高。土壤蛋白酶能夠促使蛋白質(zhì)、肽類水解為氨基酸，與脲酶共同作用參與土壤氮素轉(zhuǎn)化，是土壤氮素供給能力的重要表征［24］。本研究中土壤蛋白酶活性與脲酶活性變化趨勢相反，原因與退化加劇降低了蛋白酶底物來源有關(guān)［20］。隨退化程度加劇，地表植被覆蓋度、高度及物種豐富度大幅度下降，地上生物量減小，植被枯落物與分泌物相應(yīng)減少，代謝產(chǎn)酶能力減弱，蛋白酶活性降低；此外沼澤草甸退化致使地表土壤裸露程度增大，蓄水保水能力降低，土壤水分含量減少，導(dǎo)致土壤干燥，減少了酶促反應(yīng)進(jìn)行的條件與場所［25］，最終抑制了土壤蛋白酶活性，這與黃海莉等［26］的研究結(jié)果一致，說明尕海濕地沼澤草甸退化加劇在一定程度上限制了蛋白酶底物的來源與其擴(kuò)散速率，致使蛋白酶活性隨之降低。

土壤反硝化酶（土壤硝酸還原酶、亞硝酸還原酶等）將土壤中的硝酸鹽、亞硝酸鹽等含氮物還原成N2、NO和N2O等，在土壤氮素反硝化過程中具有重要催化作用［27］。土壤反硝化酶活性受制于溫度、水分、溶解氧、pH和底物濃度等因素的影響，能夠體現(xiàn)土壤反硝化能力的強(qiáng)弱［28］。本研究發(fā)現(xiàn)，隨沼澤草甸退化程度加劇，土壤硝酸還原酶活性增大，而亞硝酸還原酶活性減小，這是由于土壤硝酸還原酶是催化反硝化過程中的最初的酶，能夠?qū)O3-還原為NO2-，而土壤亞硝酸還原酶是反硝化過程中的中間限速酶，催化NO2-還原為NO［29］。隨沼澤草甸退化加劇，土壤中好氧微生物消耗一部分氧氣，導(dǎo)致土壤含氧量下降，反而刺激適合低氧環(huán)境生長繁殖的反硝化細(xì)菌增加，直接促使土壤硝酸還原酶活性升高。土壤硝態(tài)氮以底物形式參與土壤反硝化作用，在土壤微生物及酶的作用下不斷進(jìn)行反硝化作用，隨退化加劇硝態(tài)氮降低，底物含量的減少，進(jìn)而使其誘導(dǎo)亞硝酸還原酶的合成速率減弱［30］，亞硝酸還原酶活性相應(yīng)降低。尕海濕地沼澤草甸隨退化程度變化，導(dǎo)致地表植被類型、微生物代謝作用、土壤微環(huán)境以及土壤碳氮循環(huán)等發(fā)生變化，進(jìn)而造成土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性存在差異。

高寒生態(tài)系統(tǒng)土壤的土層厚度較淺，植被相對稀疏，根系較淺且不發(fā)達(dá)，因此植被退化對土壤環(huán)境因子的剖面分布影響尤為突出。尕海濕地沼澤草甸退化過程中對表層土壤的影響往往大于對較深土層的影響，這與大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)為土壤酶活性存在表層富集效應(yīng)的結(jié)果相同［31］。本研究發(fā)現(xiàn)，表層土壤脲酶、蛋白酶與亞硝酸還原酶活性在生態(tài)系統(tǒng)退化下的變化劇烈，并且均呈0～10 cm＞10～20 cm＞20～40 cm趨勢。土壤酶活性在垂直剖面上的降低存在多方面的原因，首先是由于本區(qū)域植被類型以草本植物為主，植物根系主要集中在土壤表層［11］，表層能夠獲得較多的植被枯枝落葉物與腐殖質(zhì)，有利于微生物生長，其代謝作用活躍，在一定程度上提高了土壤表層的酶活性［22］；其次植被退化以后，土壤失去植被保護(hù)而遭受侵蝕作用，在垂直剖面中加速了土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的流失；最后隨退化加劇，土層剖面的加深，土壤含水量與溫度降低，水熱條件的減弱致使土壤微生物的代謝產(chǎn)酶能力受到抑制［32］，因此垂直剖面中表層酶活性高于下層。土壤硝酸還原酶活性卻隨土層增加表現(xiàn)出增加的趨勢，這可能是由于隨土層深度的增加，土壤通透性逐漸降低，土壤中的好氧微生物消耗氧氣，導(dǎo)致土壤含氧量下降，這在一定程度上反而刺激了適合低氧環(huán)境下反硝化細(xì)菌的生長繁殖，促使土壤硝酸還原酶活性升高［33］。由此可見，尕海濕地沼澤草甸退化與土層變化能夠顯著影響土壤中的微環(huán)境與氮素含量分布，進(jìn)而使得土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的空間分布存在差異，影響高寒生態(tài)系統(tǒng)土壤氮素循環(huán)轉(zhuǎn)化過程。

3.2 土壤環(huán)境因子對土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性的影響

高寒濕地沼澤草甸退化能夠引起土壤理化性質(zhì)與養(yǎng)分含量等環(huán)境因子的改變［34］，是植被與土壤共同退化的作用。土壤酶活性與土壤環(huán)境關(guān)系密切［35］，許多研究表明土壤微環(huán)境狀況（含水量、溫度和pH等）、微生物活性和養(yǎng)分可利用性等是影響土壤酶活性變化的關(guān)鍵因素［36］。其中土壤理化因子可以通過調(diào)控土壤中一系列營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速率［37］，以及通過改變土壤微生物的相關(guān)代謝活動，從而直接或間接地影響土壤酶活性及其穩(wěn)定性［38］，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與有效性。土壤含水量會通過影響催化反應(yīng)底物濃度和酶自身的擴(kuò)散與合成進(jìn)而影響土壤酶活性。本研究中尕海濕地區(qū)沼澤草甸退化會造成地表土壤裸露程度增大，蓄水保水能力降低，導(dǎo)致土壤干燥，土壤酶的底物濃度水平發(fā)生變化，致使土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性發(fā)生相應(yīng)改變，與黃海莉等［26］的研究結(jié)果一致。冗余分析結(jié)果表明，土壤含水量是尕海濕地區(qū)退化演替過程中土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性變化的主要驅(qū)動因子，沼澤草甸退化會造成區(qū)域內(nèi)小生境的水熱條件發(fā)生改變，土壤含水量不僅可以直接影響土壤微生物的生長和養(yǎng)分的有效性，還通過影響土壤的含氧量以及土壤淋溶作用等間接改變土壤酶活性大小［39］。土壤溫度是影響土壤酶活性的重要環(huán)境因素之一，溫度變化會促使土壤理化過程發(fā)生改變，從而影響分泌土壤酶的數(shù)量發(fā)生變化。本研究發(fā)現(xiàn)尕海濕地沼澤草甸退化過程中土壤溫度與4種土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性均存在不同程度的正相關(guān)關(guān)系，這是由于絕大多數(shù)土壤酶為蛋白質(zhì)物質(zhì)，對溫度變化較為敏感，升溫提高了微生物的活性與其分泌酶的能力。由于高寒區(qū)域的土壤生物活動和酶活性長期受到低溫限制［40］，隨著溫度的升高，區(qū)域的低溫限制效應(yīng)將會被打破，微生物的活性和分泌酶的能力進(jìn)一步提高，土壤酶活性隨之逐漸升高，這與Sharma等［41］研究發(fā)現(xiàn)高寒生態(tài)系統(tǒng)土壤酶活性隨增溫顯著增加的結(jié)論相同。尕海濕地沼澤草甸退化程度的加劇以及土層的加深，土壤溫度持續(xù)升高、土壤含水量逐漸降低，土壤微環(huán)境的水熱條件發(fā)生變動，進(jìn)而使得土壤氮素循環(huán)與分解利用的過程出現(xiàn)不同程度變化，又促使土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性隨之發(fā)生響應(yīng)變化。

土壤養(yǎng)分與土壤酶活性之間關(guān)系密切，土壤養(yǎng)分含量可以通過為微生物新陳代謝活動提供營養(yǎng)來源，其能夠影響合成酶所需催化反應(yīng)的底物濃度，進(jìn)而影響土壤酶活性［42］。本研究也發(fā)現(xiàn)土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性與土壤氮組分含量存在不同程度的相關(guān)性，其中土壤有機(jī)氮在脲酶與蛋白酶等催化作用下轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮，無機(jī)氮被土壤微生物吸收后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成微生物生物量氮，微生物生物量氮又能夠促使土壤氮素的固定，為土壤酶提供反應(yīng)底物，而土壤硝酸還原酶能夠把土壤中吸收的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，亞硝態(tài)氮再經(jīng)亞硝酸還原酶的作用還原為銨態(tài)氮，進(jìn)而構(gòu)成一系列復(fù)雜的氮素循環(huán)過程，這在一定程度上表明土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性與土壤養(yǎng)分含量間既有拮抗作用，也有協(xié)同作用，存在一定的耦合關(guān)系［43］，每種土壤酶和特定的養(yǎng)分之間的相互關(guān)系因生境不同而異。綜上，尕海濕地沼澤草甸退化改變了土壤水熱環(huán)境與氮素含量水平，而處于高寒生態(tài)系統(tǒng)下的土壤環(huán)境變化對氮轉(zhuǎn)化酶活性的影響是特殊且復(fù)雜的，促使土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性存在不同程度的響應(yīng)改變，土壤氮轉(zhuǎn)化過程也會發(fā)生變化，進(jìn)而影響高寒沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮素的利用、積累與氮素轉(zhuǎn)化速率。

4 結(jié)論

尕海濕地沼澤草甸退化加劇降低了土壤含水量、全氮、銨態(tài)氮和微生物生物量氮含量，增加了溫度與硝態(tài)氮含量；同時也降低了土壤蛋白酶與亞硝酸還原酶活性，增加了土壤脲酶與硝酸還原酶活性。隨土層深度的增加，土壤脲酶、蛋白酶、亞硝酸還原酶活性均顯著下降，而硝酸還原酶活性僅在HD顯著下降，退化程度和土層深度僅對土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性存在顯著交互作用。冗余分析結(jié)果表明，土壤含水量是尕海濕地沼澤草甸退化演替過程中土壤氮轉(zhuǎn)化酶活性變化最主要的驅(qū)動因素。由此可見，尕海濕地沼澤草甸退化能夠影響土壤溫濕度、氮組分含量與氮轉(zhuǎn)化酶活性的變化，共同作用影響區(qū)域土壤氮素循環(huán)過程。