麻疯树不同盖度对土壤的影响

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摘要：通过样方法对攀枝花地区金沙江干热河谷麻疯树（Jatropha curcas L.）群落进行野外实地调查，初步分析了土壤理化性质、土壤Pb、Cd含量、土壤酶活性和群落盖度的关系。结果表明，有麻疯树覆盖的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型的土壤pH比裸土Ⅳ型的高；随着麻疯树盖度的增加，有机质、水解性氮、有效磷含量总体呈现减少的趋势。与裸土Ⅳ型相比，Ⅰ型、Ⅱ型的土壤速效钾含量均高于裸土；除Ⅲ型、Ⅴ型外，其他类型土壤缓效钾含量均高于裸土。样地中土壤Pb含量基本保持自然背景水平；有3个样地Cd含量高于国家允许安全限量指标。麻疯树在群落中的覆盖度增加总体上提高了土壤酶活性，包括脲酶、磷酸酶和蔗糖酶，说明麻疯树使土壤环境条件向着有利于麻疯树自身生长的方向演变。

关键词：麻疯树（Jatropha curcas L.）；盖度；土壤重金属；土壤酶活性；土壤理化性质；影响

中图分类号：S792.99；S714.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）03-0545-03

攀枝花市位于中国西部，是重要的矿业城市[1]，在矿山开采过程中，大量的矿石、尾矿沿江堆放，采矿废水和选矿废液的直接排放对河水和沿河土壤都造成了严重污染。土壤对重金属污染物的累积富集作用使得重金属污染日趋严重[2-5]。麻疯树（Jatropha curcas L.）作为生物燃料树种，种子榨油后油中的重金属含量是否超标应引起重视。

攀枝花市位于长江上游金沙江段，是麻疯树适宜的生长区域。这个区域的麻疯树群落结构和种群分布格局尚不清楚，不利于麻疯树生物多样性的保护和开发利用。麻疯树跨地区、跨生态系统引种对新的地区可能形成入侵的问题正逐渐受到重视。所以对攀枝花金沙江干热河谷麻疯树群落进行调查，获得麻疯树生物地理特点、有害特征以及生物学和生态学特征等方面的资料显得非常迫切。

本研究对攀枝花市仁和工业区、新盐边县麻疯树群落进行调查，对麻疯树所生长的土壤重金属含量进行测定并对土壤肥力、土壤酶活性的变化情况进行分析，以期为麻疯树野外环境调查提供参考。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究地区概况

攀枝花市位于四川省西南部（101°15′-102°08′ E，26°05′-27°21′ N），地处川、滇南北构造带中段的安宁河构造带，东临攀西地区会理，南靠云南省永仁县，西临云南省华坪县和宁蒗县，北与凉山州地区德昌县、盐源县接壤，地形切割强烈，垂直分异显著。攀枝花市是川西南重要的矿业城市，被称为中国的钒钛之都。几十年的开发建设使该区经济发展迅速，但同时引发的环境问题也比较严重，如植被破坏、土壤和水体污染、生态环境恶化等，其中矿渣场对生态系统的破坏尤为严重[1，6-8]。

1.2 麻疯树群落盖度分布研究方法

2010年4月在攀枝花市新盐边县、仁和工业区进行采样，采样土壤有6种类型，表层（0～20 cm）取样，根据麻疯树的不同演替阶段、裸土区以及麻疯树和其他植物混生划分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ型。Ⅰ型，麻疯树为优势种群，盖度约达90%；Ⅱ型，零星有当地植物生长，麻疯树盖度在60%左右；Ⅲ型，麻疯树与当地植物处于竞争生长，麻疯树盖度在10%～30%；Ⅳ型（CK），裸土区，几乎无任何植物成株生长；Ⅴ型，当地植物剑麻，盖度50%，没有麻疯树的生长；Ⅵ型，当地植物混合生长，单种植物各自的盖度均小于1%。将采集的土样风干、研磨、过筛，将过筛后的土样约500 g于室温保存，用于土壤各指标的测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤理化性质的测定 土壤基本化学性质测定均采用土壤农业化学分析法[9]，其中有机质采用电热板加热-K2Cr2O7容量法，水解性氮采用碱解扩散法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，缓效钾采用1 mol/L HNO3煮沸浸提-火焰光度法，速效钾采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法。

1.3.2 土壤酶活性的测定 脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定[10]。

1.3.3 土壤重金属Pb、Cd含量测定 土壤样品Pb、Cd的全量经过浓HNO3∶HF∶HClO4（2∶1∶2）消化后用瑞利WFX-120A原子吸收分光光度计测定。

1.4 数据统计分析

上述试验均为3次重复，计算平均值，并采用SAS 8.2 软件和Excel进行统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质、重金属含量与麻疯树群落盖度的关系

分别对6种不同群落形式的表层土壤pH、有机质、水解性氮、有效磷、缓效钾、速效钾和重金属铅、镉含量进行了比较，结果见表1。

土壤pH是土壤重要的化学指标，植被状况也对土壤pH产生一定的影响作用[11]。表1表明，pH在6种不同的群落形式上变化不同，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型的pH均高于裸土Ⅳ型，且随着麻疯树盖度的增加而增加，各类型间pH差异显著，Ⅴ型pH显著低于对照。土壤有机质是土壤的一个重要指标[12-15]，是植物营养的主要来源，但是在短时间内土壤有机质的变化不大。与裸土Ⅳ型相比，除了Ⅰ型外，其他类型的土壤表层有机质均显著高于裸土Ⅳ型，随麻疯树盖度的增加有机质含量呈现减少趋势。土壤氮素供应能力的高低主要取决于水解性氮的多少，土壤的矿化作用和植物对氮素的吸收直接影响着水解性氮的增减[16]，因而不同植被类型下水解性氮含量的增减情况有所差异。除Ⅲ型外，其他类型的土壤表层水解性氮均比裸土Ⅳ型减少，且Ⅰ型与裸土Ⅳ型差异显著。随麻疯树盖度的增加水解性氮含量逐渐减少。土壤磷素供应状况主要由土壤有效磷含量来表示。土壤pH、土壤有机质的含量以及土壤的分解状况和微生物的活动等因素共同影响土壤有效磷的含量[17-20]。与裸土Ⅳ型相比，除Ⅰ型外，其他类型的土壤有效磷均显著高于裸土Ⅳ型；随麻疯树盖度的增加有效磷含量先增加后减少。各种类型的群落与裸土Ⅳ型相比，除Ⅴ型外，其他类型的土壤缓效钾含量均高于裸土Ⅳ型；Ⅰ型、Ⅱ型的土壤速效钾含量均显著高于裸土Ⅳ型，其他类型的土壤速效钾含量均低于裸土Ⅴ型。所调查样地内土壤重金属Pb、Cd含量参照中华人民共和国国家标准中土壤环境质量标准（GB 15618—1995），Pb属于一级（Pb≤35 mg/kg），土壤Pb含量基本保持自然背景水平；有3个样地Cd含量高于国家允许安全限量（Cd>0.3 mg/kg）[21，22]。

2.2 土壤酶活性与麻疯树群落盖度的关系

土壤脲酶直接参与土壤中含氮有机化合物的转化[23]，其活性强度常用来表征土壤氮。表2表明，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型土壤表层脲酶活性分别比裸土Ⅳ型升高了78.9%、39.5%和89.5%，差异达显著水平。土壤中蔗糖酶直接参与土壤碳素循环[24]，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型土壤表层的蔗糖酶活性分别比裸土Ⅳ型升高了244.3%、115.9%和186.6%，差异达显著水平。酸性磷酸酶酶促作用能加速土壤有机磷的脱磷速度，从而提高磷的有效性和供应强度[25]，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型土壤表层的酸性磷酸酶活性分别比裸土Ⅳ型升高了266.7%、125.0%和208.3%，差异达显著水平。随麻疯树盖度的增加，酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性呈现先升高后降低的趋势。

3 结论

有麻疯树分布的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型土壤的缓效钾含量高于裸土Ⅳ型和单一剑麻Ⅴ型。pH在6种不同的群落形式上变化不同，与裸土Ⅳ型相比，随麻疯树盖度的增加pH逐渐上升趋于碱性，土壤有机质、水解性氮、有效磷含量总体呈现减少的趋势，速效钾、缓效钾含量有所提高。样地中土壤Pb含量基本保持自然背景水平；有3个样地Cd含量高于国家允许安全限量标准。

随着麻疯树在群落中的盖度增加，土壤酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性呈现先升高后降低的趋势。土壤酶活性与植被盖度和生物量呈较高的相关性，土壤酶主要来自群落中植物的残体分解，结果表明土壤酶活性随麻疯树盖度的增加总体呈升高趋势，说明麻疯树使土壤环境条件向着有利于其自身生长的方向演变。麻疯树生长需要消耗大量的碳、氮、磷元素，从而导致了随麻疯树盖度的增加，土壤有机质、水解性氮、有效磷含量呈现逐渐减少的趋势；有麻疯树覆盖的土壤酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均较裸土显著增加，从而有利于土壤中碳、氮、磷循环。

重金属的污染对土壤酶活性多表现为抑制作用，在Cd含量超标较严重的Ⅱ型样地中，酸性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性受到明显抑制，其抑制机理可能是重金属与酶分子中的活性部位结合形成较稳定的络合物产生了与酶活底物的竞争性抑制作用，或可能由于重金属通过抑制土壤微生物的生长和繁殖，减少微生物体内酶的合成和分泌，最后导致土壤酶活性下降。

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