周 恒，周會(huì)程，肖海龍，陳建綱，張德罡

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

草地在全球分布廣泛，約占全世界陸地面積的26%，與耕地面積和林地面積相當(dāng)[1]。在大多數(shù)情況下，C，N和P可以在草地中長(zhǎng)期被固存，因此，草地常被認(rèn)為是碳匯，其土壤含碳量是植被和大氣含碳量的兩倍多[2]，土壤碳濃度的變化對(duì)全球碳含量有很大影響[3]，同時(shí)還有利于減少N類(lèi)化合物對(duì)水圈和大氣的排放，進(jìn)而減少環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。青藏高原高寒草原是我國(guó)主要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地之一[4-5]。高寒草原生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)碳氮固著對(duì)全球環(huán)境變化具有重要影響[6]。作為青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的一部分，較高的草地生物多樣性增加了大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的穩(wěn)定性[7]，提高了資源開(kāi)發(fā)利用的可持續(xù)性[8]。

土壤酶活性既包括已積累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤釋放的酶活性，它主要來(lái)源于土壤中動(dòng)物，植物根系和微生物的細(xì)胞分泌物以及殘?bào)w的分解物[9]。研究發(fā)現(xiàn)土壤中各營(yíng)養(yǎng)元素的釋放與貯存、腐殖質(zhì)的形成與發(fā)育、以及土壤的結(jié)構(gòu)和物理狀況與土壤酶的種類(lèi)和活性密切相關(guān)[10]。因此，土壤酶活性在調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)分有效性，溫度變化和有機(jī)物質(zhì)量變化方面有重要作用。由于人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和氣候變化，研究高寒草原土壤酶活性隨海拔變化的特征對(duì)于預(yù)測(cè)草地碳釋放有重要意義。因此，測(cè)定土壤中的多種酶活性可以間接表征土壤的多種理化性質(zhì)，其活性也可作為評(píng)價(jià)土壤健康和肥力的重要指標(biāo)[11]。

研究土壤酶隨海拔變化的機(jī)制有助于揭示高寒草原生態(tài)系統(tǒng)對(duì)海拔變化的適應(yīng)機(jī)制。對(duì)于草地土壤酶隨海拔變化的研究已較多，但結(jié)論不一。秦燕等[12]對(duì)不同類(lèi)型草地土壤酶活性隨海拔梯度變化的特征研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性隨海拔梯度升高而增加。談嫣容等[13]對(duì)三江源地區(qū)不同海拔高寒草甸土壤酶活性的研究發(fā)現(xiàn)，土壤脲酶活性隨海拔梯度升高而降低，而酸性磷酸酶，淀粉酶和纖維素酶活性則隨海拔升高而增加。任佐華等[14]對(duì)三江源地區(qū)不同海拔高寒草原土壤酶的研究發(fā)現(xiàn)，纖維素酶活性受海拔變化影響不大，低海拔處蔗糖酶，淀粉酶和蛋白酶活性較高。由此可見(jiàn)，研究區(qū)域不同，或是相同研究區(qū)域，選取的海拔梯度不同，草地土壤酶活性變化特征不同，不能全面揭示海拔變化對(duì)高寒草原土壤酶活性的影響機(jī)制。

三江源是長(zhǎng)江，黃河和瀾滄江的源頭匯水區(qū)。三江源自然保護(hù)區(qū)位于青藏高原腹地，是中國(guó)面積最大的自然保護(hù)區(qū)，也是世界高海拔地區(qū)生物多樣性最集中的地區(qū)和生態(tài)最敏感的地區(qū)[15]。草地作為生態(tài)系統(tǒng)中重要的成員之一，在三江源地區(qū)廣泛分布，對(duì)三江源生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有重要作用[16]。目前，對(duì)三江源地區(qū)不同海拔高寒草原土壤酶分布特征的研究還較少，因此，以三江源自然保護(hù)區(qū)不同海拔高寒草地土壤為研究對(duì)象，分析土壤酶活性在不同海拔之間的差異，探討土壤酶與植被、土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，為揭示三江源地區(qū)高寒草原土壤酶活性的變化規(guī)律及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

1.2 土壤樣品采集與處理

2018年8月，在青海省三江源保護(hù)區(qū)，選取5個(gè)不同海拔梯度高寒草原分別為H1(3 094 m)，H2(3 227 m)，H3(3 470 m)，H4(3 901 m)，H5(4 200 m)，每個(gè)海拔梯度選取地形，地貌，坡度，坡向及草地類(lèi)型等基本一致的3個(gè)200 m×200 m樣地，在每個(gè)樣地中隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)，用土鉆在每個(gè)樣地內(nèi)采集表層(0～10 cm)土壤，分成2份，帶回實(shí)驗(yàn)室，一份自然風(fēng)干，用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定，一份過(guò)2 mm篩后保存于4℃冰箱，用于土壤酶活性測(cè)定。

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定根據(jù)《土壤農(nóng)化分析》測(cè)定[18]：土壤水分含量采用重量法，土壤pH采用水土比5∶1浸提電位法測(cè)定，全氮(TN)采用凱氏定氮法，全磷(TP)采用鉬銻抗比色法，全鉀(TK)采用火焰光度法，土壤有機(jī)碳(SOC)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定，氨態(tài)氮(NH4-N)采用靛酚藍(lán)比色法，硝態(tài)氮(NO3-N)采用酚二磺酸比色法。

土壤酶活性的測(cè)定采用江蘇科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的土壤過(guò)氧化物酶(POD)試劑盒(SPOD-2-Y)，土壤脫氫酶(DHA)試劑盒(SDHA-2-G)，土壤堿性磷酸酶(S-ALP)試劑盒(SALP-2-W)，土壤多酚氧化酶(PPO)試劑盒(SPPO-2-Y)。根據(jù)操作說(shuō)明，利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定土壤酶活性，以μmol/(g·d)表示土壤磷酸酶和過(guò)氧化物酶活性，以mg/(g·d)土樣表示多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶活性，以μg/(g·d)表示脫氫酶活性[19]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖。在SPSS 19.0中用單因素方差分析來(lái)分析海拔對(duì)植被因素，土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性的影響。利用Canoco 5.0對(duì)土壤酶活性與環(huán)境因子進(jìn)行冗余(RDA)分析，對(duì)土壤酶有顯著影響的環(huán)境因子進(jìn)行t-value雙序圖分析。所有數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔梯度草地植被特征

草地生物量在各海拔梯度之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，高海拔處最高，生物量大小順序?yàn)镠5>H4>H2>H1>H3。而草層高度在海拔H2，H3和H4之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，而低海拔H1草層高度顯著較高(P<0.05)。草地蓋度在海拔H1處顯著最低(P<0.05)，隨海拔升高而蓋度增加，但海拔H2、H3、H4和H5之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。植被alpha多樣性指數(shù)(香農(nóng)指數(shù))在不同海拔之間差異顯著(P<0.05)，隨海拔梯度升高而增加。禾草科生物量在各海拔梯度之間差異顯著(P<0.05)，隨海拔梯度升高而降低，莎草科生物量在各海拔梯度之間差異顯著(P<0.05)，隨海拔梯度升高而增加，豆科生物量在各海拔梯度之間無(wú)顯著差異(P<0.05)，而雜類(lèi)草生物量在各海拔梯度之間差異顯著(P<0.05)，隨海拔梯度的升高呈增加趨勢(shì)(表2)。

表1 不同海拔梯度高寒草地類(lèi)型概況

表2 不同海拔梯度高寒草原植被特征

注：同列不同小寫(xiě)字母表示在各海拔梯度之間差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 不同海拔梯度草地土壤理化性質(zhì)特征

土壤容重隨海拔梯度升高而減小，在H1處最大，為1.46 g/cm3，含水量在H4處最高，pH隨海拔梯度升高而逐漸減小，在H1處最高。全氮含量隨海拔梯度升高呈先增加后降低的趨勢(shì)，在H3處達(dá)到最高，為6.71 g/kg。而全磷和全鉀在各海拔之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。有機(jī)碳含量表現(xiàn)為高海拔高于低海拔，且在海拔H3，H4和 H5之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，而海拔H1和H2無(wú)顯著差異(P>0.05)。硝態(tài)氮含量在低海拔草地高于高海拔草地，在海拔H2處最高，而氨態(tài)氮含量則是在海拔H3處最高，呈現(xiàn)隨海拔梯度升高而先增加后降低的趨勢(shì)(表3)。

2.3 不同海拔梯度草地土壤酶活性

磷酸酶在不同海拔梯度高寒草原中變化有差異(圖1A)，表現(xiàn)為隨海拔梯度升高而增加的趨勢(shì)，在海拔H5處最高，為30.20 μmol/(g·d)，海拔H1最低，為11.27 μmol/(g·d)，而其余3個(gè)海拔之間磷酸酶活性無(wú)顯著差異。過(guò)氧化物酶在不同海拔梯度高寒草原中活性有差異(圖1B)，表現(xiàn)為隨海拔梯度升高而降低，其中，在海拔H2處最高，為43.90 mg/(g·d)，而海拔3901處最低，為7.368 mg/(g·d)。脫氫酶和多酚氧化酶活性均是隨海拔梯度升高而呈先增加后減小的趨勢(shì)(圖1C和圖1D)。脫氫酶在海拔H3處最高，為12.871μg/(g·d)，而脫氫酶在H2和H4，H5之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。多酚氧化酶活性在海拔H2處最高，而多酚氧化酶活性在海拔H2與H3之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，而與其他3個(gè)海拔差異顯著(P<0.05)，但以海拔H2處最高，為3.57 mg/(g·d)。

表3 不同海拔梯度高寒草地的土壤理化性質(zhì)

注：同行不同小寫(xiě)字母表示不同海拔之間存在顯著差異(P<0.05),下同

圖1 不同海拔梯度高寒草地的土壤磷酸酶，過(guò)氧化物酶，脫氫酶和多酚氧化酶活性變化Fig.1 Changes of soil alkaline phosphatase,peroxidase,dehydrogenase and polyphenol oxidase activity in alpine steppe under different altitudes注：不同小寫(xiě)字母代表土壤酶活性在不同海拔之間差異顯著(P<0.05)

2.4 土壤酶活性與植物特性、土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

2.4.1 土壤酶活性與植物，土壤因素的RDA排序 4種土壤酶活性在第Ⅰ軸、第Ⅱ軸的解釋量分別為42.72%和11.55%，即前兩軸8種植被因素累計(jì)解釋土壤酶活性特征的54.27%；且對(duì)土壤酶活性與制備因素關(guān)系的累計(jì)解釋量達(dá)到了61.65%，表明前兩軸能夠反映土壤酶活性與植被因素關(guān)系的絕大部分信息，并且主要是由第Ⅰ軸決定(表4)。

從土壤酶活性與植物因素的二維排序圖發(fā)現(xiàn)(圖2A)，GramY和cover的連線(xiàn)最長(zhǎng)，表明GramY和cover能夠較好地解釋土壤酶活性的差異。土壤理化性質(zhì)對(duì)4種土壤酶活性差異性解釋量表明，4種土壤酶活性在第Ⅰ軸、第Ⅱ軸的解釋量分別為47.32%和13.54%，即前兩軸9種理化性質(zhì)累計(jì)解釋土壤酶活性特征的60.86%；且對(duì)土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)關(guān)系的累計(jì)解釋量達(dá)到了83.24%，表明前兩軸能夠反映土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)關(guān)系的絕大部分信息，并且主要是由第Ⅰ軸決定(表5)。

圖2 土壤酶活性與環(huán)境因子指標(biāo)的冗余度分析(RDA)Fig.2 Biplot of the first two axes of the redundancy analysis for environmental factors associated with ecology characteristics of soil enzymatic activities注：A為植物，B為土壤理化因子(P<0.05)

表5 土壤酶活性指標(biāo)差異的解釋變量冗余分析

通過(guò)對(duì)植被因素進(jìn)行蒙特卡洛檢驗(yàn)排序，研究植物因素對(duì)酶活性影響的重要性。表明各植物因素對(duì)土壤酶活性影響重要性由大到小為GramY；WeedY；Cover；CyperY；GraHt；shannon；LegumY；AGB(表6)。其中GramY對(duì)土壤酶活性的影響呈顯著水平(P<0.05),GramY對(duì)土壤酶活性大小差異性的解釋為39.3%，，而其他植被因素對(duì)土壤酶活性的影響均未達(dá)顯著水平(P>0.05)。

從土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的二維排序圖發(fā)現(xiàn)，pH，TK和WC的連線(xiàn)最長(zhǎng)，表明pH，TK和WC能夠較好地解釋土壤酶活性的差異。其中，TK和PPO；硝態(tài)氮和脫氫酶，過(guò)氧化氫酶的夾角呈銳角，且方向一致，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而磷酸酶與有機(jī)碳含量之間呈銳角，且方向一致，呈顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。通過(guò)對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行蒙特卡洛檢驗(yàn)排序，研究土壤理化性質(zhì)對(duì)酶活性影響的重要性。表明各理化性質(zhì)對(duì)土壤酶活性影響重要性由大到小為pH，有機(jī)碳，含水量，氨態(tài)氮，全氮，全鉀，全磷，硝態(tài)氮，容重。其中，pH和有機(jī)碳對(duì)土壤酶活性的影響呈顯著水平(P<0.05)，pH，有機(jī)碳和含水量對(duì)土壤酶活性大小差異性的解釋分別為40.3%，22.8%和12.9%，而其他理化因子對(duì)土壤酶活性的影響均未達(dá)顯著水平(表7)。

表6 植物因子解釋土壤酶活性變化的重要性排序和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

注：AGB表示地上生物量，GH表示草層高度，cover表示草地蓋度，GramY表示禾本科生物量，CyperY表示莎草科生物量，LegumY表示豆科生物量，WeedY表示雜類(lèi)草生物量

表7 土壤因子解釋土壤酶活性變化的重要性排序和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

注：BD為土壤容重，WC為土壤含水量，TN為全氮，TP為全磷，TK為全鉀，TC為總碳，NO3-N為硝態(tài)氮，NH4-N為氨態(tài)氮；同行不同小寫(xiě)字母表示不同海拔之間存在顯著差異

2.4.2 單一環(huán)境因子對(duì)土壤酶活性大小的影響 對(duì)土壤酶活性有顯著影響的3個(gè)理化因子和2個(gè)植被因素進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步確定單一環(huán)境因子對(duì)土壤酶活性的影響，分析采用Canoco 5.0 中的t-value雙序圖(圖3)。對(duì)pH進(jìn)行分析(圖3A)，磷酸酶完全落入藍(lán)圈，說(shuō)明pH與磷酸酶呈顯著負(fù)相關(guān)，而多酚氧化酶穿過(guò)紅圈，說(shuō)明pH與多酚氧化酶呈正相關(guān)。磷酸酶穿過(guò)藍(lán)圈，說(shuō)明有機(jī)碳與磷酸酶呈負(fù)相關(guān)，而脫氫酶，過(guò)氧化氫酶和多酚氧化酶穿過(guò)紅圈，說(shuō)明總碳與這三種酶的活性呈正相關(guān)(圖3B)。磷酸酶穿過(guò)藍(lán)圈，多酚氧化酶穿過(guò)紅圈，說(shuō)明磷酸酶活性與土壤含水量正相關(guān)，而多酚氧化酶與土壤含水量負(fù)相關(guān)(圖3C)。過(guò)氧化氫酶穿過(guò)紅圈，說(shuō)明其活性與與禾草類(lèi)呈負(fù)相關(guān)(圖3D，)。過(guò)氧化氫和多酚氧化酶穿過(guò)紅圈，說(shuō)明其活性與雜類(lèi)草負(fù)相關(guān)(圖3E)。

3 討論

3.1 海拔變化對(duì)高寒草原植被的影響

Alpha多樣性能夠反映出生態(tài)系統(tǒng)群落植被的豐富度，均勻度和多樣性的整體規(guī)律，也可表示群落物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力和群落受干擾程度[28]，且可從不同的角度揭示出群落物種結(jié)構(gòu)水平。研究中，Shannon指數(shù)隨海拔梯度升高而增大，說(shuō)明隨著海拔梯度升高，草地植被種類(lèi)增加。由于低海拔地區(qū)受人為因素(如放牧導(dǎo)致的家畜對(duì)植被的啃食，草地的踐踏)影響，導(dǎo)致植被種類(lèi)減少。而高海拔地區(qū)受人為干擾較少，植被種類(lèi)較多，但受到一定的環(huán)境因子脅迫，如隨海拔梯度升高，輻射增強(qiáng)，導(dǎo)致植被生長(zhǎng)受到抑制，這可能是高寒草原植被為適應(yīng)海拔變化而采取的一種生存策略。但研究區(qū)域不同，氣候地理?xiàng)l件不同，對(duì)植被地上生物量隨海拔梯度變化特征的研究結(jié)果不一，如查向浩等[29]研究報(bào)道喀什地區(qū)溫性荒漠草本生物量隨海拔升高而顯著增多；馬麗等[30]報(bào)道亞高山草甸地上生物量卻隨海拔梯度升高而減小，這與張守昊等[31]，劉哲等[32]的報(bào)道相似。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，海拔梯度升高導(dǎo)致高寒草原草地植被蓋度升高，高度降低，這可能是高寒草原生態(tài)系統(tǒng)為維持其草地生物量而做出的生存策略的改變，通過(guò)降低草地植被高度，增加其蓋度和多樣性，保證高寒草原草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，從而應(yīng)對(duì)外界環(huán)境條件的變化。但對(duì)于草原而言，高的生物量并不代表草地生產(chǎn)力就高，這與其可食牧草所占比例有關(guān)，研究中可食牧草比例隨海拔梯度升高而降低，增加了雜類(lèi)草的比例，說(shuō)明隨著海拔的升高，高寒草原可利用性降低，將不利于高原畜牧業(yè)的發(fā)展。

圖3 單一因子對(duì)土壤酶活性特征影響的檢驗(yàn)結(jié)果Fig.3 The t-value for single factor influencing ecological characteristics of soil enzymatic activities注：A為pH，B為T(mén)C，C為WC，D為禾本科草生物量(GramY)，E為雜類(lèi)草生物量(WeedY)

3.2 海拔對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

海拔是重要的山地地形因子之一，由于海拔不同，氣候特征、植被類(lèi)型、土壤類(lèi)型改變均導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的差異[20]。因此，土壤受到多種生態(tài)因子的影響，復(fù)雜的生物和非生物因子緊密作用形成土壤生態(tài)系統(tǒng)。而土壤養(yǎng)分充足是酶活性增強(qiáng)的前提，土壤養(yǎng)分通過(guò)影響植物和土壤微生物的生物量及種類(lèi)，最終影響土壤酶的分泌。研究中，隨著海拔梯度的上升，全氮含量先升高后降低，無(wú)機(jī)氮(硝態(tài)氮和氨態(tài)氮)的流失加速，有機(jī)質(zhì)含量則有所增加。

土壤總碳含量主要受植被光合產(chǎn)物在地上地下的分配和土壤微生物的分解作用的影響。同時(shí)微生物對(duì)有機(jī)物的分解作用與土壤氮含量密切相關(guān)，土壤缺氮將導(dǎo)致土壤微生物合成和分泌分解總碳的酶受到抑制[21]，碳分解減少，試驗(yàn)中土壤氮含量在高海拔處較低，這也就解釋了研究中土壤總碳含量在高海拔處較高，這與任佐華等[14]的研究結(jié)果一致。不同植被類(lèi)型對(duì)土壤氮的需求量不同，同時(shí)，土壤中微生物因植被種類(lèi)不同而發(fā)生變化，導(dǎo)致微生物分泌的酶的種類(lèi)和數(shù)量的不同[21]。而研究區(qū)域土壤植被和土壤微生物多樣性隨海拔梯度升高而降低，因此，有可能導(dǎo)致土壤氮含量的降低。同時(shí)土壤物理特性的變化特征也解釋了養(yǎng)分變化的原因。隨著海拔梯度的升高，土壤容重增加，土壤通氣狀況較差，孔隙度降低，植物根系難以延伸，微生物活動(dòng)受到抑制，同時(shí)較低的土壤含水量，進(jìn)一步抑制了植物生長(zhǎng)和微生物活動(dòng)，導(dǎo)致微生物固氮作用較弱，有機(jī)質(zhì)分解較慢，土壤腐殖質(zhì)礦化速度較慢，因而高海拔地區(qū)土壤氮含量較低而碳含量較高。全磷和全鉀含量對(duì)海拔升高并無(wú)顯著響應(yīng)，可能是由于該區(qū)磷鉀較為充足，不是植物生長(zhǎng)發(fā)育的限制因子。

3.3 海拔對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶參與土壤中各種有機(jī)質(zhì)的分解，合成與轉(zhuǎn)化，以及無(wú)機(jī)物質(zhì)的氧化與還原等過(guò)程，是土壤生態(tài)系統(tǒng)代謝的重要?jiǎng)恿?，在很大程度上不同的土壤酶活性可以從不同的方面反映土壤物質(zhì)循環(huán)與轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度，常被用作反應(yīng)土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)[22]。土壤多酚氧化酶主要氧化芳香族化合物(酚類(lèi)物質(zhì))，從而與有機(jī)質(zhì)分解形成的簡(jiǎn)單化合物縮合，能夠反映土壤腐殖化狀況[23]。

試驗(yàn)中，多酚氧化酶活性隨海拔的升高先上升后下降，是由于隨著海拔的升高，氧含量降低，而低濃度氧含量會(huì)抑制多酚氧化酶活性。這與雜類(lèi)草生物量的變化趨勢(shì)一致，冗余分析也證明了雜類(lèi)草與多酚氧化酶的正相關(guān)關(guān)系，這可能與雜草組成及其凋落物量，根際分泌物及微生物數(shù)量和種類(lèi)有關(guān)。而Guo等[24]對(duì)溫帶森林進(jìn)行不同氮添加試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)氮的添加會(huì)抑制多酚氧化酶活性，認(rèn)為這主要是由于無(wú)機(jī)氮化合物與碳水化合物的縮合導(dǎo)致了色素的產(chǎn)生，從而增加了多酚的聚合。試驗(yàn)中，多酚氧化酶與氨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量呈正相關(guān)，這與他們的研究結(jié)果不同。前人的研究認(rèn)為造成這一結(jié)果與土壤中有機(jī)氮如氨基酸的含量有關(guān)，主要是由于此類(lèi)氮可直接被微生物利用，加速了微生物活動(dòng)。這一結(jié)論還可能是由于總氮含量隨海拔梯度的降低，在有機(jī)氮有限的情況下，增加了微生物對(duì)無(wú)機(jī)氮的利用。因此，有必要對(duì)不同海拔高寒草地有機(jī)氮含量進(jìn)行研究，探明高寒草地土壤有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮的利用情況。

土壤脫氫酶催化土壤中有機(jī)物質(zhì)脫氫，起著氫的中間傳遞體作用，土壤中的碳水化合物和有機(jī)酸是脫氫酶的氫供體，被認(rèn)為是反映土壤有機(jī)質(zhì)厭氧分解強(qiáng)度的主要指標(biāo)，脫氫酶的活性可以反映土壤體系內(nèi)活性微生物量以及其對(duì)有機(jī)物的降解活性，以評(píng)價(jià)降解性能[19]。土壤脫氫酶與過(guò)氧化物酶和酚氧化酶一起共同參與土壤中木質(zhì)素降解，以及土壤中多環(huán)芳烴的氧化降解[25]。脫氫酶活性隨海拔升高而先升后降是由于隨著海拔梯度的上升，氧含量降低，而脫氫酶活性與氧含量呈正相關(guān)關(guān)系[26]。這也可能是由于隨海拔梯度上升而土壤微生物群落結(jié)構(gòu)改變，多樣性降低導(dǎo)致。同時(shí)，RDA分析表明，研究脫氫酶主要與土壤pH呈正相關(guān)，而試驗(yàn)中pH隨海拔梯度升高而降低。還有研究報(bào)道，脫氫酶活性受重金屬污染，導(dǎo)致其活性降低[27]。而在青藏高原高海拔地區(qū)，金屬礦山較多，因此，有必要對(duì)研究區(qū)域的土壤重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查研究。

過(guò)氧化物酶在自然環(huán)境中分布較廣，在脫氫酶的參與下，能夠催化許多重要酚類(lèi)物質(zhì)的氧化反應(yīng)，形成聚合物產(chǎn)物，在土壤修復(fù)中起一定程度的積極作用[28]。土壤過(guò)氧化物酶能利用由于微生物活動(dòng)和某些氧化酶(例如尿酸鹽氧化酶)的作用而在土壤中形成的過(guò)氧化氫和其他有機(jī)過(guò)氧化物中的氧，氧化土壤有機(jī)物質(zhì)，催化多種芳香族化合物(苯酚、取代酚、苯胺、多環(huán)芳烴等)的氧化反應(yīng)，對(duì)腐殖質(zhì)的形成具有重要作用[28]。過(guò)氧化物酶可能通過(guò)控制酚類(lèi)化合物的釋放來(lái)介導(dǎo)土壤有機(jī)質(zhì)的降解[29]。試驗(yàn)中，土壤過(guò)氧化物酶均隨海拔的升高先上升后下降，這一結(jié)果說(shuō)明三江源高海拔地區(qū)草地土壤酶活性以及微生物活動(dòng)受到抑制，有利于有機(jī)質(zhì)積累。過(guò)氧化物酶僅與土壤全氮，pH顯著相關(guān)，而王巍巍等[30]研究報(bào)道過(guò)氧化物酶與有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、速效磷含量顯著相關(guān)，說(shuō)明對(duì)土壤過(guò)氧化物酶活性的研究需要綜合多方面因素共同考慮，才能較為準(zhǔn)確的反映土壤過(guò)氧化物酶活性的變化特征，準(zhǔn)確定位其在土壤質(zhì)量變化評(píng)價(jià)中的地位。過(guò)氧化物酶與雜類(lèi)草生物量協(xié)同變化，而禾草生物量對(duì)其活性起負(fù)作用，說(shuō)明禾本科草的根系分泌物及其根系周?chē)奈⑸锓N類(lèi)可能與雜類(lèi)草不同，且主要起抑制過(guò)氧化酶活性的作用，因此，有必要對(duì)不同植被類(lèi)群根際微生物及其分泌物進(jìn)行研究，才能更進(jìn)一步理解土壤過(guò)氧化物酶活性的變化機(jī)制。

有機(jī)磷是植物的磷的重要來(lái)源，根系酸性磷酸酶，以及真菌酸性磷酸酶，細(xì)菌堿性磷酸酶在水解根系周?chē)袡C(jī)磷中起重要作用[31]。磷酸酶活性隨海拔梯度升高而增加，說(shuō)明高海拔地區(qū)草地有利于磷的積累。雜類(lèi)草與磷酸酶活性正相關(guān)，說(shuō)明雜類(lèi)草在磷酸酶活性調(diào)節(jié)中具有重要作用。但是，磷酸酶與全氮，全碳含量顯著相關(guān)，說(shuō)明研究區(qū)域磷酸酶受其他土壤養(yǎng)分的影響較大，這與前人的的研究結(jié)果相似[32-33]。但試驗(yàn)中并未發(fā)現(xiàn)磷酸酶活性與全磷之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，而于星辰等[34]研究報(bào)道有機(jī)磷濃度是決定土壤磷酸酶活性的主要因素之一，這說(shuō)明其他形態(tài)的磷含量可能在磷酸酶活性中起重要作用，這就需要對(duì)不同形態(tài)磷素含量進(jìn)行研究，以明確其在磷酸酶活性中的作用。

3.4 環(huán)境因子對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性通常被認(rèn)為是土壤肥力的良好指標(biāo)，這是由于土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間存在較大的相關(guān)性[35]。土壤酶催化生物殘?bào)w與大分子有機(jī)物水解、轉(zhuǎn)化，增加土壤養(yǎng)分含量，提高土壤肥力，同時(shí)土壤肥力狀況又是酶活性的基礎(chǔ)，土壤碳氮磷等環(huán)境因子與土壤酶活性的變化息息相關(guān)[36]。禾本科生物量對(duì)土壤酶活性影響顯著，而雜類(lèi)草對(duì)各種酶活性的影響僅次于禾本科草生物量，說(shuō)明在三江源地區(qū)，不同海拔梯度制約草地植被種類(lèi)的變化，將導(dǎo)致土壤酶活性的變化，究其原因，是由于植被種類(lèi)不同，其凋落物種類(lèi)和數(shù)量不同，同時(shí)其根系分泌物亦不同，導(dǎo)致根際微生物群落發(fā)生變化，影響土壤酶活性。同時(shí)，不同種類(lèi)的酶活性和土壤不同養(yǎng)分因子之間的相關(guān)性具有一定差異性，其中起主要作用的是pH和土壤總碳含量，這主要是草地是一個(gè)有機(jī)質(zhì)豐富的環(huán)境系統(tǒng)，有機(jī)質(zhì)的存在有利于改善土壤物理結(jié)構(gòu)，如孔隙度、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤保水能力，是各類(lèi)酶的重要底物。在酶促反應(yīng)中，pH對(duì)酶活性影響較大，只有在適宜pH條件下，酶活性最強(qiáng)。而隨著海拔梯度的上升，溫度降低，不同的酶會(huì)受到不同程度的抑制，導(dǎo)致酶活性降低，土壤物質(zhì)周轉(zhuǎn)速率降低，不利于土壤養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)利用。試驗(yàn)中，僅發(fā)現(xiàn)土壤pH和土壤總碳對(duì)土壤酶活性影響較大，這與朱美玲等[37]，解雪峰等[38]的研究則不同，他們認(rèn)為大部分土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性顯著相關(guān)。同時(shí)試驗(yàn)中全磷含量與土壤酶活性變化相關(guān)性不顯著，這與宋賢沖等[39]的研究結(jié)果一致，這可能是土壤磷含量充足，而其他養(yǎng)分含量變化較大，導(dǎo)致土壤酶活性受到較大影響。但試驗(yàn)只討論了表層土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系，對(duì)三江源地區(qū)高寒草原土壤酶活性隨海拔梯度的變化做了初步的研究，但由于采樣時(shí)間，采樣深度不同，土壤酶活性可能呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，因此，有必要對(duì)深層土壤酶活性進(jìn)行研究，同時(shí)設(shè)立長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)站，以揭示三江源地區(qū)高寒草原土壤酶活性及養(yǎng)分的連續(xù)動(dòng)態(tài)變化，有利于揭示三江源地區(qū)高寒草原對(duì)氣候變化的響應(yīng)。

4 結(jié)論

(1)三江源地區(qū)不同海拔高寒草原植被多樣性和草地蓋度在海拔3 470 m和3 901 m較高，而海拔3 094 m的植被最高。土壤容重、含水量、pH等呈規(guī)律變化趨勢(shì)，均隨海拔梯度的升高而降低。高海拔地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和全N含量較高，而無(wú)機(jī)氮含量則是低海拔地區(qū)較高。磷酸酶活性在高海拔地區(qū)較高，多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶活性在海拔3 000～3 470 m處較高，脫氫酶活性在海拔3 470 m處較高。

(2)土壤酶活性與環(huán)境因子的冗余分析結(jié)果表明，土壤酶活性受禾草科比例，土壤pH，土壤總碳含量和土壤水分含量影響顯著，而其他因子對(duì)土壤酶活性的影響不顯著。