不同土地利用方式土壤酶活性的季節變化

王坤香　王克勤

摘要：為了解尖山河小流域土壤酶活性的影響因素，以5種不同的土地利用方式為對象，研究分析了土地利用類型、季節變化和土層深度變化對土壤酶活性的影響。結果表明：不同土地利用類型對土壤酶活性存在顯著影響，且次生林和人工林的酶活性較高；雨季土壤酶的活性較旱季高，且變化明顯；土壤酶活性隨土層加深活性降低。可見土地利用類型、季節變化和土層深度是影響土壤酶活性變化的重要因素。

關鍵詞：土壤酶活性；土地利用類型；季節變化；垂直變化

中圖分類號：S154

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10010802

1 引言

土壤酶學是研究土壤酶活性及其相關特性的科學，是一門介于生物學和生物化學之間的邊緣交叉學科[1]。土壤酶作為土壤組分中最為活躍的有機成分之一[2]，是生態系統的催化劑，不僅可以表征土壤物質能量代謝旺盛程度，而且還可以作為評價土壤肥力高低、生態環境質量優劣的一個重要生物指標[3～4]。它既是土壤有機物轉化的執行者，又是植物營養元素的活性庫[5]，其活性不僅能反映出土壤微生物活性的高低，而且能表征土壤養分轉化和運移能力的強弱，是評價土壤肥力體系的重要參數之一[6]。土地利用方式不同使植被類型和植物群落不同，從而影響土壤的理化性質與土壤酶的活性狀況。薛萐[7]等研究干熱河谷地帶不同土地利用方式下土壤酶活性。

2 研究區概況

研究區位于珠江南北盤江上游巖溶區域的玉溪市澄江縣西南部的尖山河小流域（北緯24°32′00″～24°37′38″，東經102°47′21″～102°52′02″），為撫仙湖的一級支流。流域總面積35.42 km2。最高海拔在流域北部，為2347.4 m，最低海拔在尖山河入撫仙湖的入口處，為1722 m，相對高差625.4 m。澄江縣屬低緯度高原氣候，流域多年平均降雨量充沛，氣溫適宜。流域內的土壤主要是紅紫泥土和紅壤。尖山河小流域主要土地利用類型有天然次生林、人工林、灌草叢、坡耕地和梯田等幾種地類。

3 材料與方法

3.1 樣品的采集

每個樣地的面積大于1 hm2。在每個大于1 hm2的樣地內各設置3塊400 m2（20 m×20 m）的樣方，樣方間距大于20 m，在每個樣方內按S型或梅花型布點，分別取0～20 cm、20～40 cm土層土樣，將相同生境、相同層次的5個點的土樣等比例混合為一個樣，去掉土壤中可見的植物根系和殘體，重復3次，編號，用于測定土壤化學性質與酶活性。

3.2 樣品分析

脲酶：苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；蔗糖酶：3，5-二硝基水楊酸比色法；過氧化氫酶：高錳酸鉀滴定法；蛋白酶：茚三酮比色法。

3.3 數據分析

利用WPS Excel和SPSS21.0等軟件，對觀測和實驗所得數據進行分析處理。

4 結果分析

4.1 土壤酶活性的季節變化

土壤酶是土壤的重要組成部分，是土壤各種生物化學反應的催化劑，參與土壤中的物質和能量轉化過程。由于季節性氣候溫度的變化、植被種類的不同，不同土地利用類型的4種酶活性存在顯著差異（圖1）。

土壤蔗糖酶的活性依次表現為人工林>次生林>灌木林>原生草地>坡耕地，過氧化氫酶的活性依次表現為灌木林>人工林>次生林>坡耕地>原生草地，脲酶活性均依次表現為次生林>人工林>灌木林>坡耕地>原生草地，蛋白酶的活性依次變現為次生林>人工林>原生草地>坡耕地>灌木林。4種酶的活性中次生林的活性均表現為較高，原生草地和坡耕地的酶活性表現相對較低。原因主要有兩方面：一是次生林林內的植被群落受外界的干擾較少，植被蓋度較高，地表有機物豐富，為有機質的轉化提供了豐富的酶促底物；二是林內土壤結構疏松，透氣性透水性好，且林內濕度較大，溫度適宜，有利于提高酶活性，加快酶的反應速度，促使更多的有機物質轉化為易于植物吸收的成分。坡耕地和原生草地土壤酶活性較低的原因則是土壤表層的有機質堆積較少，提供酶促反應的底物較少，土壤板結嚴重，透氣性差，地表土壤的水分較少，缺乏土壤酶反應的環境條件，從而導致土壤酶的活性較低。

從氣候條件來看，4種土壤酶活性在不同的氣候條件下變化情況有一定的相似性，均表現為雨季的土壤酶活性大于旱季。土壤酶對溫度的變化很敏感，一般的來說，當溫度過高時，土壤酶會喪失本身的活性，而溫度過低時，雖然不會喪失活性，但會抑制土壤酶的活性；土壤水分同樣影響土壤酶的活性，土壤濕度較大時，土壤酶的活性會提高，但是如果土壤濕度達到一定的值甚至達到飽和狀態時，則會抑制土壤酶的活性，當土壤水分減小時，相應的酶活性也會減弱。雨季實驗區內氣候環境適宜，濕熱的環境條件有利于土壤酶的產生以及酶活性的增加；旱季試驗區內的溫度明顯降低，土壤的水分含量較少，相應的酶活性減弱。不同土地利用方式也存在一定的差異。從圖1可以看出，次生林、人工林和灌木林受溫度和水分的影響差異較大，但是坡耕地和原生草地的酶活性的差異性不明顯，原因主要有兩方面：一方面是坡耕地和原生草地的植被覆蓋度低，地表堆積層薄，有機質含量較低，缺少發生酶促反應的底物；另一方面是區域內的土壤蒸發快，土壤水分含量較低，地表易板結。這表明，土壤溫度和土壤水分對土壤酶活性有一定的影響。

4.2 土壤酶活性的垂直變化

由圖2可以看出，0～20 cm、20～40 cm土層的4種土壤酶活性變化曲線有一定的相似性，即0～20 cm的土壤酶活性高于20～40 cm。表層土壤的土壤酶活性較高的原因是地表的凋落物層較厚，有機質含量較高，為酶促反映提供了充足的底物，凋落物的腐解會釋放一部分酶進入土壤，提高酶活性；凋落物的腐解還會促使土壤表層微生物的數量和活性的提高，進而使得土壤酶的活性升高。隨著土層的加深，土壤的容重變大，土壤的孔隙度變小，透氣性變差，抑制微生物以及植物根部的呼吸作用，從而減少酶的釋放。土層加深，土壤的溫度、水分以及微生物的數量也會隨之降低。綜上所述，土壤酶的活性隨著土層的加深逐漸減小。楊式雄[8]等人對武夷山土壤酶的垂直分布做了詳細研究，得出統一地類的土壤酶活性表現為上層高、下層低的層次性分布；吳旭東[9]等人探討了不同種植年限的紫花苜蓿人工草地的土壤酶活性垂直分布的差異，3種酶的活性都隨著土層的加深而降低，這一系列的研究與該研究結果一致，可以看出土壤酶的活性與土壤理化性質以及土壤養分的關系密切，尤其以地表有機質含量的影響最明顯，因此酶活性是反映土壤養分情況的重要生物指標。

5 結論

土地利用方式對土壤酶存在顯著影響。不同土地利用方式的土壤酶的含量有明顯差異。總體上來講也存在一定的相似性，即次生林和人工林的土壤酶活性均表現較高。

季節變化影響土壤酶的活性變化，雨季氣候環境適宜，濕熱的環境條件有利于土壤酶的產生以及酶活性的增加，4種土壤酶的活性均表現為雨季大于旱季。

同一土地利用類型，不同土層深度土壤酶的活性不同，總體上是隨土層加深，土壤酶活性降低；且不同土地利用方式，土壤活性隨土層加深的變化幅度有所差異。

參考文獻：

[1]

關松蔭.土壤酶及其研究方法[M].北京：農業出版社，1986.

[2]Marx M C，Wood M，Jarvis S C.A microplate fluorimetric assay for the study of enzyme diverzity in soils[J].Soil Biology & Biochemistry，2001，33（12-13）：1633～1640.

[3]張詠梅，周國逸，吳 寧.土壤酶學研究進展[J].熱帶亞熱帶植物學報，2004，12（1）：83～90.

[4]董 艷，董 坤，鄭 毅，等.種植年限和種植模式對設施土壤微生物區系和酶活性的影響[J].農業環境科學學報，2009，28（3）：527～532.

[5]Badiane N N Y，Chotte J L，Pate E，et al.Use of soil enzyme activities to monitor soil quality in natural and improved fallows in semiarid tropical regions[J].Applied Soil Ecology，2001，18（3）：229～238.

[6]Paz Jimenez M D，Horra A M，Peuzzo L，et al.Soil quality ：a new index based on microbiological and biochemical parameters[J].Biology and Fertility of Soils，2002，35：302～306.

[7]薛 萐，李占斌，李 鵬，等.不同土地利用方式對干熱河谷地區土壤酶活性的影響[J].中國農業科學，2011，44（18）：3768～3777.

[8]楊式雄，戴教藩，陳宗獻，等.武夷山土壤酶活性垂直分布與土壤肥力關系的研究[J].福建林業科技，1993，20（1）：1～7.

[9]吳旭東，張曉娟，謝應忠，等.不同種植年限紫花苜蓿人工草地土壤有機碳及土壤酶活性垂直分布特征[J].草業學報，2013，22（1）：245～251.