旱田改水田對黑土pH、電導率及酶活性的影響

遲旭雯　杜春梅　周紅娟

摘要：為了探明黑土旱田改為水田后土壤酶活性的變化，通過5點采樣法取樣，對旱田和水田土壤的酸堿度、電導率及土壤過氧化氫酶、脫氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性進行了測定。結(jié)果表明，旱田改為水田后，土壤pH和電導率顯著上升，脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性明顯提高，脫氫酶活性顯著降低，但對過氧化氫酶和纖維素酶影響不大。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤理化性質(zhì)的改變能影響土壤酶的活性，同時土壤酶之間可以相互作用，共同影響著土壤的生物化學過程。

關(guān)鍵詞：旱田；水田；pH；電導率；酶活性

中圖分類號：S344.1+7；S153；S154.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）11-2045-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.011

Abstract： To explore the change of soil enzymes in black soil after turning dryland into paddy field， the samples were adopted by five points sampling method. Soil pH， electrical conductivity and soil enzymes such as catalase， dehydrogenase， urease， intertase and cellulose were measured in dryland and paddy field. The results showed that the soil pH and electrical conductivity increased significantly after changing dryland into paddy field. The activities of urease and intertase were increased obviously， the activity of dehydrogenase decreased significantly， but the activity of catalase and cellulase had no changes. The results of correlation analysis illustrated that the changes of soil physical and chemical properties could influence the activity of the soil enzyme. Meanwhile the soil enzymes could interact each other and influence soil biochemical process.

Key words： dry land； paddy field； pH； electrical conductivity； enzyme activities

黑土是黑龍江省主要的耕地土壤類型[1]，具有土質(zhì)肥沃、質(zhì)地疏松、有機質(zhì)豐富等特征，非常適合植物生長。土壤酶參與土壤的一切生化反應過程，在土壤的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程中起重要的催化作用，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反應強度，因而土壤酶活性常被作為土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標[2，3]。但是由于長期自然因素和人為因素的雙重影響，致使農(nóng)田黑土質(zhì)量日益下降[4]。調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，將旱田改為水田的種植方式已經(jīng)成為增產(chǎn)增收的選擇之一，旱田改水田后勢必引起土壤酶活性發(fā)生變化。目前關(guān)于黑土酶活力方面的研究報道很多，但是關(guān)于黑土旱田改水田后土壤理化性質(zhì)及酶活力變化的研究較少，本研究以此入手進行研究，以期為黑土的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

巴彥縣位于黑龍江省中南部，松嫩高平原典型黑土區(qū)域內(nèi)[5]。該區(qū)屬中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫2.6 ℃，年均降水量372.5～582.2 mm。研究區(qū)域位于巴彥縣西集鎮(zhèn)靠山屯（水田：46°10′31.22″N，127°15′26.94″E；旱田：46°10′33.94″N，127°15′37.64″E），旱田改水田為2年的地塊。

1.2 試驗材料

利用5點采樣法分別采取0～5、5～10和10～20 cm 3個深度土層的水田和旱田土壤，各土樣單獨裝袋記錄后帶回實驗室備用。土壤酶活性測定所需試劑均為分析純。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤pH和電導率的測定 將土樣按土水比為1∶2.5浸提，用PHB-8型酸度計測量土壤pH；將土樣按土水比為1∶5浸提，用DDS-11A型數(shù)顯電導率儀測定土壤的電導率。

1.3.2 土壤酶活性的測定 將土樣自然風干，用研缽研磨后過1 mm篩孔，用于土壤酶活性測定。過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，以培養(yǎng)30 min后每克干土消耗2 mmol/L KMnO4的體積（mL）表示；土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法測定，以培養(yǎng)24 h后每克干土釋放的NH3-N的質(zhì)量（mg）表示；土壤轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性均采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，以培養(yǎng)24 h后每克干土生成葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示；土壤脫氫酶活性采用TTC（2，3， 5-氯化苯基四氮唑）分光光度法測定，以培養(yǎng)24 h后1 g干土中氫的體積（μL）表示[6，7]。每個樣品做3個重復。

1.4 統(tǒng)計方法

全部數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件和Excel進行統(tǒng)計分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱田改水田對黑土pH的影響

土壤pH是土壤微生物活性、多樣性及群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子之一，對微生物的調(diào)節(jié)過程有明顯的影響，并且在有機質(zhì)的降解和氮循環(huán)中具有重要的作用[8]。由圖1可以看出，隨著土層深度的增加，旱田和水田pH都呈現(xiàn)明顯升高的趨勢，但二者的變化又有所不同。旱田的3個土層中變化明顯，即在5～10 cm土層的pH顯著高于0～5 cm的，10～20 cm的又顯著高于5～10 cm土層的；水田中 pH在0～5 cm土層與在5～10 cm土層差異顯著，但10～20 cm與5～10 cm土層的pH相差不明顯。在同一土層深度上，水田各土層的pH均顯著高于旱田的pH（P<0.05，未標注）。

2.2 旱田改水田對黑土電導率的影響

土壤電導率是反映土壤電化學性質(zhì)和肥力特性的基礎(chǔ)指標。通過土壤電導率的測定能及時有效地掌握土壤的鹽分濃度、水分狀況等多種性質(zhì)，及時診斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題。由圖2可以看出，隨著土層深度的增加，旱田土壤電導率逐漸增加，其中，10～20 cm土層的電導率極顯著高于0～5 cm和5～10 cm土層的電導率；水田變化趨勢有所不同，0～5 cm土層的電導率最高，5～10 cm土層的電導率顯著下降，但10～20 cm土層的電導率又有所提高。旱田改水田后，電導率在不同土層深度都顯著高于旱田土壤（P<0.05，未標注）。

2.3 旱田改水田對黑土酶活性的影響

土壤酶在土壤生物化學循環(huán)中具有重要地位，是土壤功能的直接體現(xiàn)[9]。由表1可知，除過氧化氫酶外，短期旱田改水田種植方式對其他各種酶活性都有不同程度的影響。在旱田向水田種植方式轉(zhuǎn)化過程中，脫氫酶活性受影響最大，水田中的脫氫酶活性顯著低于旱田的酶活性，并在不同土層深度上也出現(xiàn)了變化，隨著土層加深，酶活性逐漸降低，10～20 cm土層的脫氫酶活性顯著低于0～5 cm土層的酶活性。從土層深度看，脲酶在旱田中隨著土層的加深，酶活性明顯降低，但在水田中變化不明顯；水田中在5～20 cm土層的脲酶活性均顯著高于旱田。水田和旱田土壤中轉(zhuǎn)化酶活性在不同土層變化較大，0～5 cm土層的轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于5～20 cm土層的酶活性，同時水田中轉(zhuǎn)化酶活性明顯高于旱田。纖維素酶活性在土層深度上有變化，但水田和旱田之間沒有顯著變化。

2.4 相關(guān)性分析

由表2可知，pH與電導率、脲酶及轉(zhuǎn)化酶之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，與脫氫酶呈極顯著負相關(guān)；電導率與過氧化氫酶和脫氫酶之間呈顯著和極顯著負相關(guān)，與脲酶和轉(zhuǎn)化酶呈極顯著和顯著正相關(guān)；過氧化氫酶與脫氫酶呈極顯著正相關(guān)，與脲酶呈顯著負相關(guān)；脫氫酶與脲酶、轉(zhuǎn)化酶之間呈極顯著和顯著負相關(guān)。

3 小結(jié)與討論

土壤酶是表征土壤中物質(zhì)、能量代謝旺盛程度和土壤質(zhì)量水平的一個重要生物指標[10]。但它會受到環(huán)境的改變而發(fā)生改變，旱田改水田后，土壤從大的生態(tài)環(huán)境上發(fā)生了重大改變，則土壤的通氣性、pH、電導率、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化都會發(fā)生變化，進而影響土壤環(huán)境中微生物類群、土壤酶活性等指標的變化，也會影響到植物根系的代謝活動及營養(yǎng)吸收，反過來變化了的根系代謝又會影響土壤環(huán)境。因為旱田改水田初期受水環(huán)境的巨大變化，土壤中相應變化會很大，因此本研究從旱田改水田2年的黑土入手進行研究，得出如下結(jié)論。

黑土旱田改水田后，水田土壤pH明顯高于旱田，但并未超過7，說明淹水會使土壤的酸堿性得到改善。長期旱田種植農(nóng)作物，勢必會產(chǎn)生大量的代謝物和根際脫落物，使得土壤中酸度增加，對某些植物的生長不利，淹水后利于改善土壤的酸堿度，更利于植物的生長。土壤含水量能很大程度的影響黑土的pH[11]，土壤有機質(zhì)的改變也會影響土壤pH[12，13]。土壤pH是高度敏感性因子，它決定植物的生存和分布。土壤pH的改變將直接影響營養(yǎng)物的可利用性，或通過與土壤微生物的相互作用來間接地影響營養(yǎng)物的可利用性[14，15]。

黑土旱田改水田后，水田土壤電導率明顯高于旱田土壤，0～5 cm土層電導率最高，隨著土層加深，電導率下降明顯，但10～20 cm土層的電導率已有恢復趨勢。而旱田土壤的電導率是隨著土層的加深呈現(xiàn)上升趨勢。說明水田土壤的離子交換更加強烈，對植物根系生長所需營養(yǎng)元素來說具有明顯的促進作用。在水田利用方式下每年歸還給土壤的有機物質(zhì)的量較多，而且淹水期間有機物質(zhì)的分解速率較低、腐殖化系數(shù)較高；而在旱地利用方式下，化肥施用量大，有機物質(zhì)的歸還量較少，導致土壤水田土壤中有機質(zhì)含量與有機碳含量均顯著高于旱地[16]，而土壤有機質(zhì)與電導率呈顯著正相關(guān)，有機質(zhì)含量越高，吸附交換性離子的能力越強，從而提高了土壤的電導率[17]。

黑土旱田改水田后，水田土壤中脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性高于旱田土壤，但脫氫酶的活性表現(xiàn)相反，即旱田土壤酶活性高于水田土壤酶活性，而淹水對過氧化氫酶和纖維素酶影響不大。土壤過氧化氫酶和脫氫酶均屬氧化還原酶類，過氧化氫酶可分解有毒的過氧化氫，有效防止土壤及生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫對生物體的毒害作用。脫氫酶能酶促有機物質(zhì)脫氫，起著氫的中間轉(zhuǎn)化傳遞作用，因此脫氫酶活性可作為微生物氧化還原系統(tǒng)的指標，很好地估計土壤中微生物的氧化能力，土壤肥力和施肥方式可直接影響土壤脫氫酶活性[18]。土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶均屬于水解酶類，脲酶專一性地水解尿素為植物可利用的物質(zhì)，從而提高土壤肥力[19]。先前研究結(jié)果表明，旱田改水田后微生物類群會受到影響[20]，微生物類群的改變反過來也會影響土壤酶的活性[21，22]。

此外，土壤酶活性的改變還受多方面因素的影響，如土壤理化性狀與土壤酶活性緊密相關(guān)，土壤酸堿性直接影響著土壤酶參與生化反應的速度，有些酶促反應對pH變化非常敏感，有些反應在非常窄的pH范圍進行[23]。相關(guān)性分析說明土壤的理化性質(zhì)的改變能影響酶的活性，同時土壤酶之間可以相互作用。這在生產(chǎn)實際中要全面考量，以確定土壤質(zhì)量的變化，為黑土可持續(xù)利用提供重要的參考。

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