不同土地利用方式下土壤养分和酶活性的变化

第３ｌ卷第ｌ期　广西师范大学学报：自然科学版　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．１　２０１３年３月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ　Ｍａｒ．２０１３　不同土地利用方式下土壤养分和酶活性的变化　梁毅　。，杨慧　，曹建华　，卜巧珍　。，李亮　，方培结　。，王开然　（１．中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室，广西桂林５４１００４｝　２．广西师范大学生命科学学院，广西桂林５４１００４；３．广西大学环境学院，广西南宁５３０００４）　摘要：本文选择桂林大镜新寨林地、旱地、果园和灌丛４种不同土地利用方式下Ｏ～２０、２０￣４０、４Ｏ～６０　ｃｍ　３　个深度的土壤样品，采用比色法测定土壤中脲酶、蔗糖酶和过氧化物酶３种酶的活性，研究土层深度与土壤酶　活性的关系以及不同土地利用方式对土壤酶活性的影响。结果表明，同种土地利用方式，土壤脲酶和蔗糖酶　的活性随着土层深度增加，酶活性逐渐降低，过氧化物酶活性随土层深度增加呈升高趋势；不同土地利用方　式，同一土层深度土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化物酶活性大小表现出明显的差异性。　关键词：利用方式；土壤酶；脲酶；蔗糖酶；过氧化物酶　中图分类号：Ｓ１５４．２　文献标识码：Ａ　文章编号：ｉ００１—６６００（２０１３）０１—０１２５—０５　土壤酶是一种具有生物催化功能和蛋白质性质的高分子活性物质，主要来源于土壤微生物活动分泌、　植物根系分泌和植物残体以及土壤动物区系分解［１］。土壤酶参与土壤中各种化学反应和生物化学过程，与　有机物矿化分解、矿质营养元素循环、能量转移、环境质量等密切相关　］。土壤酶的种类多种多样，已知的　可分为氧化还原酶、水解酶、转移酶和裂解酶等几大类。土壤酶的活性大致反映了某一种土壤生态状况下　生物化学过程的相对强度，测定相应酶的活性能够间接了解某种物质在土壤中的转化情况。　关于土壤酶的研究，前人已在土壤酶的来源、种类、影响因子、生物因素、土壤类型等方面做相关研究，　也有不少综述性文章，如刘善江等［１　从土壤酶种类、活性影响因子等方面做了综述；陈恩凤嘲的研究结果　表明，土壤酶的活性与土壤理化特性、肥力状况和农业措施有着显著的相关性。但是，前人对土壤酶的研究　基本上集中在土壤表层（０￣２０　ｃｍ），其影响因子分析主要基于土壤理化性质、植被类型和土壤微生物量等　几方面，而土层深度与土壤酶活性的关系，以及不同土地利用方式对土壤酶活性的影响等报道相对较少。　因此，研究土层深度与土壤酶活性的关系，分析不同土地利用方式土壤酶活性大小与差异性，能够为改善　土壤生态环境、提高土壤肥力和提高作物产量提供科学依据，对如何科学合理利用不同土地具有一定的指　导意义。　１研究地区与研究方法　１．１研究区概述　试验场选择桂林市灵川县大境瑶族乡新寨村（１１Ｏ。３５　Ｅ，２５。０７　Ｎ）。该地属于典型花岗岩区，中亚热带　季风气候，四季分明，雨量充沛，年平均气温１８．７。Ｃ，年平均日照１　６１４．７　ｈ，年平均雨量１　９２６　ｍｍ，年平　均无霜期３１８　ｄ。根据桂林气象站多年观测结果，雨季一般从３月份开始，直到８月份，高峰期出现在４—６　月份，占全年降雨量的５１％以上。　１．２样品的采集　２０１１年９月，取试验场中林地、旱地（玉米地）、果园（桔子）和灌丛等４种不同土地利用方式上、中、下　分别为０～２Ｏ、２０￣４０、４０￣６０　ｃｍ　３个土层深度的土壤样品。采用五点混合取样法，各层土样混合均匀后，　收稿日期：２０１２—０６—０８　基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０８７２２１３）；中国地质调查局工作项目（水［２０１Ｏ］矿评０３—０７—０２）　通信联系人：曹建华（１９６３一），男，江苏海安人，中国地质科学院岩溶地质研究所研究员，博士。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｈｃａｏ＠ｋａｒｓｔ　ｅｄｕ．ｃｎ　广西师范大学学报：自然科学版　第３ｌ卷　立即放入自封袋中带回实验室。室内去除样品中的碎石根茎，自然风干后磨碎，过２　ｍｍ筛，四分法取出一　部分装入自封袋待用。　１．３土壤样品理化性质的测定　土壤容重采用环刀法，土壤ｐＨ值的测定用ｐＨ计法（　水：　土一２．５：１），土壤有机质含量测定采用　重铬酸钾容量法，土壤全氮采用半微量开氏法，土壤全磷用酸溶一钼锑抗比色法［４］。　１．４土壤酶活性的测定　实验土壤样品均为过０．８３　ｍｍ筛的风干土，采用比色法进行测定：脲酶测定采用苯酚一次氯酸钠比色　法，活性以单位干土中１　ｈ内产生的ＮＨ　一Ｎ的质量（ｍｇ）表示［５］；蔗糖酶测定采用３，５一二硝基水杨酸比色　法，活性以１００　ｇ干土中１　ｈ内产生的葡萄糖的质量表示；过氧化物酶测定采用邻苯三酚比色法，活性以　单位于土中１　ｈ内生成的焦性没食子酸的毫克数来表示［６］。　实验数据采用Ｅｘｃｅｌ２００３及Ｏｒｉｇｉｎ８．５数据统计分析软件进行处理。　２结果与分析　２．１不同土地利用方式土壤的理化性质　不同土地利用方式土壤养分全量见表１。从表１数据可以看出，４种土地利用方式土壤体积质量在　１．２６～１．６２　ｇ／ｃｍ。，土壤ｐＨ值在４．Ｏ８～５．３１，偏酸性，且随着土层深度ｐＨ值有增大的趋势；这一结果与　取样地区的地质背景有关，跟岩溶区土壤富钙偏碱性的特点恰好相反Ｌ７］。４种类型土壤有机质和全氮大小　均为０～２０　ｃｍ土层的最大，２０￣４０　ｃｍ土层的次之，４０￣６０　ｃｍ土层的最小。随着土层深度增加，土壤有机　质、全氮含量呈现一定规律，这跟土壤表层覆盖枯枝落叶、微生物量、水分、温度等因素有关［８］。而土壤全磷　含量却呈现差异性，即林地和旱地都是２０＂－－４０　ｃｍ土层的含量低，Ｏ～２Ｏ　ｃｍ和４Ｏ～６Ｏ　ｃｍ土层的含量高；　果园和灌丛恰好相反，是２０￣４０　ｃｍ土层的含量较高。这可能与农民施肥情况、植物根系对养分利用程度　以及土壤微生物量有关。　表１　４种不同土地利用方式土壤理化性质　Ｔａｂ．１　Ｓｏｉｌ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｆｏｕｒ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌａｎｄ　ｕｓｅ　旱地（玉米）　４．７０　１．４６　３９．４３　４．４２　Ｏ．５０　４．９５　１．６２　２７．７１　３．３９　ｏ．３３　５．３１　１．６１　２１．１９　２．５８　０．４３　果园（桔子）　Ｏ～２０　４．５４　３７．７３　３．８１　０．４６　２Ｏ～４０　４．５６　１．５５　１８．４０　２．Ｏ９　Ｏ．４９　４０～６Ｏ　４．５７　１＿２７　１３．２５　１．５４　０．４９　灌丛　０～２０　４．Ｏ８　１．２６　２９．４６　１．９７　Ｏ．４７　２Ｏ～４０　４．３８　１．３８　】８．２９　１．６５　０．５４　４Ｏ～６０　４．６４　１．２９　１２．７０　１．１６　Ｏ．４７　２．２不同土地利用方式下土壤酶活性的变化　２．２．１　不同土地利用方式下土壤脲酶活性的变化　土壤脲酶是由简单蛋白质构成的生物催化剂，一般认为是由土壤中的微生物产生的，是存在于土壤中　能催化尿素分解、具有氨化作用的高度专一性的一类好气性水解酶［　。从图１可知，４种土地利用方式在０　～２Ｏ　ｃｍ土层，脲酶活性表现为：林地＞旱地＞果园＞灌丛；在２０￣４０　ｃｍ和４０￣６０　ｃｍ土层，脲酶活性表　现为：旱地＞林地＞果园＞灌丛。而同一种土地利用方式，脲酶活性大小随着土层深度的增加而逐渐降低。　广西师范大学学报：自然科学版　第３１卷　由图４可知，脲酶平均活性大小表现为：旱地＞林地＞果园＞灌丛；蔗糖酶平均活性大小表现为：灌丛＞旱　地＞林地＞果园；过氧化物酶为：旱地＞果园＞灌丛＞林地。总体上来说，旱地土壤酶活性最高，其次是灌　丛和果园，林地最低。结果表明，人为的土地利用方式影响着土壤酶活性，即耕地（旱地、果园）比自然土地　（林地、灌丛）酶活性要高。　２．４土壤养分含量与酶活性的关系　土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向，其活性受到多种因素的影响［１　。有研究　表明，土壤有机质、全氮、全磷通过直接和间接作用成为影响脲酶和蔗糖酶活性的主要因素［１　。从表２可　知，土壤脲酶与土壤有机质呈极显著正相关（Ｐ＜０．Ｏ１），与全磷呈显著正相关（Ｐ＜Ｏ．０５）；土壤蔗糖酶与土　壤ｐＨ值呈显著负相关（Ｐ＜０．０５）；土壤过氧化物酶与土壤全氮、全磷和有机质相关关系不显著（Ｐ＜　０．０５）。这一结果与李勇等　¨　人对原始土壤酶活性与肥力形成实质初探结果基本一致。　表２土壤酶与土壤养分全量的相关系数　Ｔａｂ．２　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｏｉｌ　ｅｎｚｙｍｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｎｕｔｒｉｅｎｔ　１．＊表示（Ｐ＜Ｏ．０５）的水平上显著相关，＊＊表示（Ｐ＜０．０１）的水平上极显著相关。　３讨论与结论　一般而言，土壤酶学研究大多数采用新鲜土样进行测定，其测定结果能代表自然状态下的酶活性状　况，而认为风干样品酶活性的测定结果常常偏低。但是，基于２０１１年赵颖等Ｌ１５］对风干土和新鲜土酶活性　的研究，结果表明风干的土壤更容易进行实验，而且与新鲜土酶活性大小并没有显著差异。因此，本文基于　赵颖的研究结果，对４种土地利用方式下Ｏ～２０、２０～４０和４０～６０　ａｍ　３个土层深度的土壤中脲酶、蔗糖　酶和过氧化物酶的活性进行测定，比较４种土地利用方式中酶活性大小及变化，分析酶活性与土壤理化性　质的相关性，结果表明同种土地利用方式，土壤脲酶和蔗糖酶活性与土层深度有关，不同土地利用方式下　土壤酶活性有明显的差异性，且与土壤养分有一定相关性，这与薛蓬等Ｄ６－１７］的研究结果基本相符。不同土　地利用方式与植被覆盖、作物种类以及农民施肥等因素相关，这些因素也会影响到土壤养分含量及酶活　性。李媛媛等口　研究了石灰岩地区不同植被类型根际土壤酶的活性，得出根际土壤酶活性高于非根际，土　壤酶与土壤养分因子有明显相关性的结论；刘中良等［１妇发现长期施用不同化肥会改变土壤团聚体组成，　进而影响土壤养分含量；时向东等［２０　发现地表不同覆盖方式也能改变土壤养分含量和酶活性，进而影响　烤烟的生长。　综合上述试验结果与分析可得，同种土地利用方式，土壤脲酶和蔗糖酶活性与土层深度有关；过氧化　物酶活性与土层深度关系不明显；不同土地利用方式，同一深度土层土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化物酶活性　表现出明显的差异性。这说明土壤酶活性除了受到土壤理化性质，如土壤水分、温度、有机质、全氮、全磷和　微生物量等因素影响外，还与土地利用方式有关。土地利用方式改变了土壤植被和微生物数量与种类，直　接或者间接影响着土壤酶活性，即土地利用变化是影响酶活性大小与差异性的因素之一。因此，合理利用　土地，科学耕作与管理，增强土壤酶活性，能间接提高土壤肥力，从而提高农作物产量。　参考文献：　［１］刘善江，夏雪，陈桂梅，等．土壤酶的研究进展ＥＪ］．中国农学通报，２０１１。２７（２１）：Ｉ－７．　Ｅ２］ＹＡＯ　Ｘｉａｏ—ｈｕａ．ＭＩＮ　Ｈａｎｇ，ＬＶ　Ｚｈｅｎ—ｈｕａ，ｅｔ　ａ１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ａｃｅｔａｍｉｐｒｉｄ　ｏｎ　ｓｏｉｌ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ　［Ｊ］．Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　Ｂｉｏｌｏｇｙ，２００６，４２（２）：１２０—１２６．　［　［［［阳［　力　［　．　［［　［ｎ　［［　］］］　［Ｍ　［［　　．］］］　．［¨　［　］］　．［　［　　．］］　第ｌ期　梁毅等：不同土地利用方式下土壤养分和酶活性的变化　］　ｌ２９　陈恩凤．土壤酶的生物学意义（代序）［ｃ］／／中国科学院林业研究所，中国科学院土壤肥料研究所，吉林农业大学．全国　土壤酶学研究文集．沈阳：辽宁科学技术出版社，１９８８：２－５．　鲁如坤．土壤农业化学分析方法［Ｍ］．北京：中国农业科技出版社，１９９９．　丰骁，段建平，蒲小鹏，等．土壤脲酶活性两种测定方法的比较［Ｊ］．草原与草坪，２００８（２）：７０—７２．　关松荫，张德生，张志明．土壤酶及其研究法［Ｍ］．北京：农业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