封育闊葉林土壤的微生物酶活性

晉曦+馬嚴+傅松玲+陳漢+馮春+王哲

摘要：分析了不同封育條件下闊葉林地土壤微生物及酶的變化，以期為研究封山育林提供土壤微生物學效應依據。在安徽省山區選取試驗樣地，按封育年限的不同，分季度采集土壤樣本，進行實驗室土壤微生物培養與分析。結果表明：土壤中的微生物酶活性一般表現為封育20年、10年>封育30年、5年、0年；在封育年限相同時，土壤微生物酶的活性表現為秋季>夏季>春季>冬季；方差分析表明：在同一季節，未封育林地和封育5年、20年林地土壤中微生物過氧化氫酶活性差異明顯，未封育林地和封育10年、30年林地土壤中微生物脲酶活性差異明顯。此外，相關分析結果表明：在夏季，林地土壤中微生物過氧化氫酶和脫氫酶活性差異顯著（P<0.05）；在秋季，林地土壤中微生物過氧化氫酶和脲酶活性差異顯著（P<0.05）；在其余季節，這3種酶呈極顯著差異（P<0.01）。綜合研究結果可知，土壤中微生物的季節性活動表現為封育年限較長的比封育年限較短的活性強；同時，3種酶之間也存在相互影響。

關鍵詞：封山育林；土壤微生物；酶活性；闊葉林；封育年限；季節；石灰巖

中圖分類號：S718.51+6文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2014）11-0380-03

土壤酶起著催化土壤中生物化學反應的作用，它們是主要來自于微生物或動植物活體及殘體的生物活性物質，在整個土壤生態系統中起著舉足輕重的作用[1-5]。土壤酶的活性是土壤質量的重要指標之一，近年來常被用來評估土壤中營養物質的轉化及循環狀況或農業不同管理措施以及施肥前后的變化情況[6-8]，通常與土壤類型[9]、耕作制度[10]、管理措施等相關。目前關于封山育林對土壤酶活性影響的研究報道較少，本研究在全封的狀態下，通過在不同樣地條件下采集不同深度的土壤樣本進行試驗，研究不同封育年限下石灰巖地土壤微生物和酶活性在一定時期內的變化，探討石灰巖生態系統中土壤微生物和酶活性對植物生長的響應，以期為研究封山育林提供土壤微生物學效應依據。

1材料與方法

1.1研究區域自然概況

研究區位于安徽省池州市青陽縣喬木鄉山區，地理位置為30°19′～30°50′N、117°40′～118°07′E，地處長江中下游平原與皖南山區的過渡地帶，屬亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫16.1℃，年降水量1600mm左右。該地區的山地多為石灰巖，石多土少，土層干旱淺薄，植物生長緩慢，并且由于石灰巖土大多偏堿性，造成植被種群和數量較少[11-16]。山區主要植被有毛竹（PhyllostachyrpubescensMazelexHdeLehaie）、杉木[Cunninghamialanceolata（Lamb.）Hook.]、泡桐（PaulowniafortuneiHemsl.）、臭椿（AilanthusaltissimaSwingle）、青檀（PteroceltistatarinowiiMaxim）、楓楊（PterocaryastenopteraC.DC.）等大型喬木，還伴有杜英（Elaeocarpussylvestris）、黃荊（Vitexnegundo）、鹽膚木（Rhuschinensis）、絡石（Trachelospermumjasminoides）、野薔薇（Rosamultiflora）、油茶（Camelliaoleifera）、杜鵑（Rhododendronsimsii）等灌木，以及五節芒（Miscanthusfloridulu）、紫蘇（Perillafrutescens）、金茅（Eulaliaspeciosa）、白茅（Imperatacylindrical）、香附子（Cyperusrotundus）、井欄邊草（Pterismultifida）、翠云草（Selaginellauncinata）等草本植物[17-21]。

1.2試驗設計

土壤試驗設有4個不同封育年限條件下的樣地（封育5、10、20、30年），以未封育林地作為對照，3個重復，所選樣地滿足以下條件：地形與土壤條件相對一致（包括海拔、土壤特性及光、熱、水分等），每個樣地面積為400m2，試驗區總面積6000m2。試驗于2012年7月開始，每3個月進行1次采樣工作，為期1年。

1.3研究內容和測定方法

在不同處理區內取3個點，每個點重復取樣3次，土層每10cm為1層，共3層（0～10、10～20、20～30cm）。將采集的土樣裝入塑料袋中，封閉后裝入保鮮袋，帶回實驗室培養，測定土壤微生物酶活性。

微生物酶活性試驗取3種酶作為代表，其中過氧化氫酶的測定采用容量法，脲酶的測定采用苯酚次氯酸鈉比色法，脫氫酶的測定采用三苯基四唑氯化物比色法。

2結果與分析

2.1不同封育林土壤微生物酶的活性差異

2.1.1過氧化氫酶過氧化氫酶廣泛存在于土壤中和生物體內，可以表征土壤腐殖化強度和有機質的積累程度；同時，土壤過氧化氫酶可以促進過氧化氫的分解，有利于防止其對生物體的毒害作用；此外，過氧化氫酶活性與土壤有機質含量有關，也與微生物數量有關。不同封育年限下各季節的土壤過氧化氫酶活性見圖1，可以看出，春、夏、秋季過氧化氫酶的活性大小為封育20年、10年>封育30年、5年、0年，秋季>夏季>春季>冬季。此外分析結果表明，同一季節中，封育5年和封育20年林地中的土壤微生物過氧化氫酶活性差異明顯；同一封育年限條件下，夏季和秋季林地中土壤微生物的過氧化氫酶活性差異明顯，春季與夏季，春季與秋季，夏季與冬季，秋季與冬季的林地中土壤微生物的過氧化氫酶活性差異明顯；其他之間無明顯差異。

2.1.2脲酶土壤中的脲酶直接參與土壤含氮有機化合物的轉化，它是對尿素轉化起關鍵作用的酶，其酶促反應產物是可供植物利用的氮源，其活性可以用來表示土壤的供氮能力。不同封育年限下各季節土壤脲酶活性見圖2，可以看出，春、秋、冬季脲酶的活性大小為封育10年、20年>封育0年、5年、30年，秋季>夏季>春季>冬季；在同一季節中，未封育林地和封育10年的林地中土壤微生物的脲酶活性存在差異，封育5年和封育10年的林地中土壤微生物的脲酶活性差異明顯；封育10年與封育30年的林地中土壤微生物的脲酶活性差異明顯；相同的封育年限條件下，春季和夏季，春季和秋季，夏季和冬季，秋季和冬季的林地中土壤微生物的脲酶活性差異明顯；其他無明顯差異。endprint

2.1.3脫氫酶脫氫酶能酶促脫氫反應，起著氫的中間傳遞體的作用。在土壤中，碳水化合物和有機酸的脫氫酶作用比較活躍，它們可以作為氫的供體，脫氫酶能從基質中析出氫而進行氧化作用；過氧化氫酶促進過氧化氫的分解，有利于防止其對生物體的毒害作用。不同封育年限下各季節土壤脫氫酶活性見圖3，可以看出，過氧化氫酶活性較大的為封育20年、

10年，秋季>夏季>春季>冬季；相同的封育年限條件下，春季和冬季的林地中土壤微生物的脫氫酶差異明顯；春季與夏季、春季與秋季、夏季與秋季、夏季與冬季、秋季與冬季林地中土壤微生物的脫氫酶差異明顯。

2.2不同土層條件下3種土壤酶活性的差異顯著性分析

由表1可以看出，在本樣地試驗中，林地土壤中的微生物酶活性與取樣土層深度之間的差異基本不顯著，只有脲酶的活性在0～10cm與20～30cm土層間差異極顯著（P<0.01），脫氫酶活性在0～10cm與20～30cm土層間差異顯著（P<0.05），其余酶活性與土層間的差異不顯著。

2.3不同封育年限條件下3種酶之間的差異顯著性分析

試驗結果表明，在同一季節中，所有的3種酶均存在顯著差異。由表2可知，在未封育的條件下，土壤中微生物脲酶和脫氫酶活性差異極顯著（P<0.01）；封育5年、10年、20年、30年的林地土壤中微生物脲酶和脫氫酶活性也表現出極顯著差異（P<0.01）；而在封育30年林地土壤中微生物的過氧化氫酶和脫氫酶活性差異也呈極顯著性（P<0.01）。

2.4不同的季節條件下3種酶活性的差異顯著性分析

試驗結果表明，在不同季節的環境中，3種酶之間差異明顯。由表3可見，夏季林地土壤的微生物過氧化氫酶和脫氫酶活性差異顯著（P<0.05）；在秋季，林地土壤的微生物過氧化氫酶和脲酶活性差異顯著（P<0.05）；其余情況下，這3種酶之間為極顯著差異（P<0.01）。

3結論與討論

研究結果表明，與未封育的林地相比，封育10、20年林地的土壤微生物酶活性明顯增強。不同封育年限相比可知，隨著封育年限的增加，土壤脲酶和過氧化氫酶活性在封育10、20年的條件下高于次生林地和封育5年林地，這是由于脲酶活性可以表征土壤的氮素狀況，過氧化氫酶則反映了土壤腐殖化強度和有機質積累程度，與土壤肥力有著密切的關系；但是封育30年有所下降，這表明在封育20年的時候，酶的活性達到頂峰，之后的封育30年的條件下，酶的活性基本保持或者略有下降，原因可能由于封育的年限越長，植物根系的分泌物含量越高，為微生物的繁殖提供了營養，或者土壤表層通氣狀況良好，有利于土壤微生物的生存和繁殖；而封育達到30年之后，林地內部的植物群落基本穩定，如果排除人為因素的干擾，不會出現太大的變化，土壤微生物的酶的活性也會維持在一定的水平，有的林地甚至會由于酶的種類增多，且各種酶之間相互影響，會有抑制對方活性、導致土壤微生物酶活性略有下降的情況。

土壤酶季相變化表明，微生物酶的活性大小為秋季（9—11月）>夏季（6—8月）>春季（3—5月）>冬季（12—2月），原因可能是溫度影響酶活性的高低，在最適的范圍內，溫度越高，酶的活性越強，而樣地處于亞熱帶大陸性季風氣候，夏熱冬寒。7、8月屬夏季，是一年中溫度最高的季節，最高溫度可達39℃，過高的溫度超過了土壤酶的最適溫度，反而不利于酶活性的提高；同樣，冬季的冰雪、過低的溫度也抑制了酶的活性；同時，也可能與樣地的土壤條件、空氣濕度等有關。

同時研究還發現，3種酶之間也存在著相互影響的關系，這可能與3種微生物酶的分解作用有關，因為過氧化氫酶促進過氧化氫的分解，脲酶在尿素的轉化過程中起重要作用，脫氫酶起到氫的傳遞體的作用，三者之間相互影響，起到分解、合成有機物的作用，這些都還有待進一步研究。

參考文獻：

[1]李靈，張玉，王利寶，等.不同林地土壤微生物生物量垂直分布及相關性分析[J].中南林業科技大學學報，2007，27（2）：52-56，60.

[2]趙春燕，孫軍德，寧偉，等.重金屬對土壤微生物酶活性的影響[J].土壤通報，2001，32（2）：93-94.

[3]李伶俐，黃耿華，李彥鵬，等.棉花與不同作物同穴互作育苗對土壤微生物、酶活性和根系分泌物的影響[J].植物營養與肥料學報，2012，6（6）：1475-1482.

[4]魏賽金，李昆太，涂曉嶸，等.稻草還田配施化肥與腐稈菌劑下的土壤微生物及有機碳組分特征[J].核農學報，2012，26（9）：1317-1321.

[5]龍健，黃昌勇，滕應，等.礦區廢棄地土壤微生物及其生化活性[J].生態學報，2003，23（3）：496-503.

[6]張平良，王淑英，姜小鳳，等.長期不同施肥方式對黃土高原旱地黑壚土土壤酶活性及其肥力的影響[J].西北農業學報，2009（6）：338-341.

[7]夏海洋.四川幾種主要竹林土壤微生物區系研究[D].成都：四川農業大學；2011：12-15.

[8]徐華勤，肖潤林，鄒冬生，等.長期施肥對茶園土壤微生物群落功能多樣性的影響[J].生態學報，2007，27（8）：3355-3361.

[9]張薇，魏海雷，高洪文，等.土壤微生物多樣性及其環境影響因子研究進展[J].生態學雜志，2005，24（1）：48-52.

[10]吳云.土壤酶活測定及土壤微生物總蛋白的提取、純化與鑒定[D].南京：南京農業大學，2011：3-11.

[11]李延茂，胡江春，汪思龍，等.森林生態系統中土壤微生物的作用與應用[J].應用生態學報，2004，15（10）：1943-1946.

[12]何振立.土壤微生物量及其在養分循環和環境質量評價中的意義[J].土壤，1997，2（2）：61-69.endprint

[13]王巖，沈其榮，史瑞和，等.土壤微生物量及其生態效應[J].南京農業大學學報，1996，4（4）：48-54.

[14]SinghP，GhoshalN.Variationintotalbiologicalproductivityandsoilmicrobialbiomassinrainfedagroecosystems：Impactofapplicationofherbicideandsoilamendments[J].AgricultureEcosystems&Environment，2010，137（3/4）：241-250.

[15]GosaiK，ArunachalamA，DuttaBK.TillageeffectsonsoilmicrobialbiomassinarainfedagriculturalsystemofnortheastIndia[J].SoilandTillageResearch，2010，109（2）：68-74.

[16]LaddJN，AmatoM，ZhouLiKai，etal.Differentialeffectsofrotation，plantresidueandnitrogenfertilizeronmicrobialbiomassandorganicmatterinanAustralianalfisol[J].SoilBiologyandBiochemistry，1994，26（7）：821-831.

[17]RogersBF，TateⅢRL.TemporalanalysisofthesoilmicrobialcommunityalongatoposequenceinPinelandsoils[J].SoilBiologyandBiochemistry，2001，33（10）：1389-1401.

[18]HamelC，HansonK，SellesF，etal.Seasonalandlong-termresource-relatedvariationsinsoilmicrobialcommunitiesinwheat-basedrotationsoftheCanadianprairie[J].SoilBiologyandBiochemistry，2006，38（8）：2104-2116.

[19]ChenCR，XuZH，BlumfieldTJ，etal.Soilmicrobialbiomassduringtheearlyestablishmentofhooppineplantation：seasonalvariationandimpactsofsitepreparation[J].ForestEcologyandManagement，2003，186（1/2/3）：213-225.

[20]楊成德，龍瑞軍，陳秀蓉，等.土壤微生物功能群及其研究進展[J].土壤通報，2008，39（2）：421-425.

[21]張江山，郭劍芬，陳光水，等.土壤微生物生物量及其影響因素研究[J].林業研究：英文版，2005，16（4）：327-330.endprint

[13]王巖，沈其榮，史瑞和，等.土壤微生物量及其生態效應[J].南京農業大學學報，1996，4（4）：48-54.

[14]SinghP，GhoshalN.Variationintotalbiologicalproductivityandsoilmicrobialbiomassinrainfedagroecosystems：Impactofapplicationofherbicideandsoilamendments[J].AgricultureEcosystems&Environment，2010，137（3/4）：241-250.

[15]GosaiK，ArunachalamA，DuttaBK.TillageeffectsonsoilmicrobialbiomassinarainfedagriculturalsystemofnortheastIndia[J].SoilandTillageResearch，2010，109（2）：68-74.

[16]LaddJN，AmatoM，ZhouLiKai，etal.Differentialeffectsofrotation，plantresidueandnitrogenfertilizeronmicrobialbiomassandorganicmatterinanAustralianalfisol[J].SoilBiologyandBiochemistry，1994，26（7）：821-831.

[17]RogersBF，TateⅢRL.TemporalanalysisofthesoilmicrobialcommunityalongatoposequenceinPinelandsoils[J].SoilBiologyandBiochemistry，2001，33（10）：1389-1401.

[18]HamelC，HansonK，SellesF，etal.Seasonalandlong-termresource-relatedvariationsinsoilmicrobialcommunitiesinwheat-basedrotationsoftheCanadianprairie[J].SoilBiologyandBiochemistry，2006，38（8）：2104-2116.

[19]ChenCR，XuZH，BlumfieldTJ，etal.Soilmicrobialbiomassduringtheearlyestablishmentofhooppineplantation：seasonalvariationandimpactsofsitepreparation[J].ForestEcologyandManagement，2003，186（1/2/3）：213-225.

[20]楊成德，龍瑞軍，陳秀蓉，等.土壤微生物功能群及其研究進展[J].土壤通報，2008，39（2）：421-425.

[21]張江山，郭劍芬，陳光水，等.土壤微生物生物量及其影響因素研究[J].林業研究：英文版，2005，16（4）：327-330.endprint

[13]王巖，沈其榮，史瑞和，等.土壤微生物量及其生態效應[J].南京農業大學學報，1996，4（4）：48-54.

[14]SinghP，GhoshalN.Variationintotalbiologicalproductivityandsoilmicrobialbiomassinrainfedagroecosystems：Impactofapplicationofherbicideandsoilamendments[J].AgricultureEcosystems&Environment，2010，137（3/4）：241-250.

[15]GosaiK，ArunachalamA，DuttaBK.TillageeffectsonsoilmicrobialbiomassinarainfedagriculturalsystemofnortheastIndia[J].SoilandTillageResearch，2010，109（2）：68-74.

[16]LaddJN，AmatoM，ZhouLiKai，etal.Differentialeffectsofrotation，plantresidueandnitrogenfertilizeronmicrobialbiomassandorganicmatterinanAustralianalfisol[J].SoilBiologyandBiochemistry，1994，26（7）：821-831.

[17]RogersBF，TateⅢRL.TemporalanalysisofthesoilmicrobialcommunityalongatoposequenceinPinelandsoils[J].SoilBiologyandBiochemistry，2001，33（10）：1389-1401.

[18]HamelC，HansonK，SellesF，etal.Seasonalandlong-termresource-relatedvariationsinsoilmicrobialcommunitiesinwheat-basedrotationsoftheCanadianprairie[J].SoilBiologyandBiochemistry，2006，38（8）：2104-2116.

[19]ChenCR，XuZH，BlumfieldTJ，etal.Soilmicrobialbiomassduringtheearlyestablishmentofhooppineplantation：seasonalvariationandimpactsofsitepreparation[J].ForestEcologyandManagement，2003，186（1/2/3）：213-225.

[20]楊成德，龍瑞軍，陳秀蓉，等.土壤微生物功能群及其研究進展[J].土壤通報，2008，39（2）：421-425.

[21]張江山，郭劍芬，陳光水，等.土壤微生物生物量及其影響因素研究[J].林業研究：英文版，2005，16（4）：327-330.endprint