古樹土壤酶活性與土壤肥力的關(guān)系

劉家雄，金陳斌，張 靜，湯珧華

(1.上海電力學(xué)院，上海 200090；2.上海市青浦區(qū)綠化管理所，上海 200090；3.上海市綠化管理指導(dǎo)站，上海 200020)

土壤酶是土壤中產(chǎn)生的生物催化劑[1]，是土壤的重要組成成分之一，土壤中一切復(fù)雜的生物化學(xué)過程均在酶的參與下進(jìn)行。土壤酶在土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用，而土壤營養(yǎng)物質(zhì)反映了土壤對植物根系供應(yīng)養(yǎng)分的潛在能力，是構(gòu)成土壤肥力的重要方面之一[2]。近年來，這方面的研究進(jìn)展較快，主要集中在農(nóng)業(yè)與林業(yè)方面[3-5]，上海地區(qū)土壤酶活性與土壤肥力的研究鮮見報(bào)道。筆者通過對上海地區(qū)古銀杏、古香樟的土壤酶活性與土壤肥力因素的關(guān)系研究，探討在上海地區(qū)利用土壤酶活性作為評價(jià)土壤肥力指標(biāo)的可行性，為今后改良古樹名木土壤起到指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況上海地處120°42′～121°45′E，30°23′～31°27′N，位于我國東部，處于亞熱帶北緣，海洋性氣候顯著，海拔約5 m，年降雨量1 080 mm左右。

1.2試驗(yàn)方法于2015年12月，選取32個(gè)古銀杏、古香樟生長點(diǎn)，對古銀杏、古香樟40 cm土層土壤進(jìn)行采樣。樣品采集后，攤成薄層置于室內(nèi)通風(fēng)陰涼處晾干，風(fēng)干后磨細(xì)，按4分法分別過18、60、100號篩處理，用于不同參數(shù)的測定。

1.3測定項(xiàng)目與方法有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測定；全氮采用高氯酸-硫酸消解，Skalar-流式分析系統(tǒng)測定；全磷采用高氯酸-硫酸消解，Skalar-流式分析系統(tǒng)測定；全鉀采用氫氟酸-高氯酸消解，SFM-1型智能化土壤肥力測定儀測定。速效氮采用擴(kuò)散吸收法測定；速效磷采用碳酸氫鈉法測定；速效鉀采用SFM-1型智能化土壤肥力測定儀測定；脲酶采用培養(yǎng)比色法，用分光光度計(jì)測定；蛋白酶采用培養(yǎng)比色法，用分光光度計(jì)測定；過氧化氫酶采用滴定法測定。

1.4數(shù)據(jù)處理使用SPSS for Windows 軟件包對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤酶活性與理化性狀上海農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為26.7 g/kg，全氮含量為1～2 g/kg。上海土壤全磷含量為(0.43±1.12) g/kg，平均為(0.46±0.50) g/kg，土壤速效磷含量為5～20 mg/kg。土壤全鉀含量為16.3～26.7 g/kg，平均為(20.8±3.8) g/kg，土壤速效鉀含量為(120±57)mg/kg。速效鉀含量為70～90 mg/kg，屬于偏低水平；90～100 mg/kg，屬于中等偏低水平；100～120 mg/kg，屬于中等水平；含量在150 mg/kg以上，屬于富足水平[1]。

由表1可知，所測試32個(gè)生長點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)含量，參照農(nóng)業(yè)土壤標(biāo)準(zhǔn)，僅有4個(gè)生長點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量在26.7 g/kg以上，其余均低于此值。但參照上海市綠化土壤質(zhì)量有機(jī)質(zhì)≥10 g/kg為合格的標(biāo)準(zhǔn)，有26個(gè)生長點(diǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)，合格率為81%。說明上海古樹土壤有機(jī)質(zhì)含量低于農(nóng)業(yè)土壤的有機(jī)質(zhì)含量，但在園林土壤中較好。但古樹因樹體大，需求量也大，因而整體上土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低。

表1 古樹土壤酶活性與理化特征

全氮含量普遍較低，除極個(gè)別外，均在1.00 g/kg以下。全磷含量也普遍較低，全磷含量超過平均值0.46 g/kg的生長點(diǎn)不到50%，與農(nóng)業(yè)土壤相比，遠(yuǎn)低于其標(biāo)準(zhǔn)。全鉀含量也不高，全鉀含量為9.34～27.77 g/kg，從土壤全鉀分級含量的分布看，含量超過14.00 g/kg的有17個(gè)，占53.0%，與農(nóng)業(yè)土壤相比，也低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。按照上海農(nóng)業(yè)土壤的標(biāo)準(zhǔn)，古樹土壤速效鉀屬于富足的有9個(gè)生長點(diǎn)，有2個(gè)生長點(diǎn)屬于中等偏上，3個(gè)生長點(diǎn)屬于中等，4個(gè)生長點(diǎn)屬于偏低水平，低水平有14個(gè)生長點(diǎn)，占總數(shù)的43.8%。相關(guān)分析表明(表2)，有機(jī)質(zhì)與全氮、速效氮、全磷之間的相關(guān)性均達(dá)顯著水平。這表明土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤中速效氮、全磷含量也越高。

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05);**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)

Note：*stands for significant correlation at 0.05 level;** stands for significant correlation at 0.01 level

2.2土壤酶與土壤肥力因素的相關(guān)性過氧化氫酶是土壤酶中一種非常重要的酶，參與土壤中物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，具有分解土壤中對植物有害的過氧化氫的作用，在一定程度上反映了土壤中腐殖質(zhì)的再合成強(qiáng)度[6]。由表3可知，過氧化氫酶與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀呈正相關(guān)，與全磷的相關(guān)系數(shù)為0.685，呈極顯著正相關(guān)。

表3 土壤酶與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05);**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)

Note：* stands for significant correlation at 0.05 level;** stands for significant correlation at 0.01 level

脲酶能分解有機(jī)物，促進(jìn)其水解生成氨和二氧化碳，其中氨是植物氮素營養(yǎng)的直接來源，其活性可以用來表示土壤可用氮狀況。由表3可知，脲酶與土壤速效氮的相關(guān)性最高，其次是有機(jī)質(zhì)，相關(guān)性均達(dá)極顯著水平，與速效磷和速效鉀相關(guān)性也達(dá)顯著水平。

蛋白酶能促進(jìn)土壤中植物殘?bào)w和微生物體的蛋白質(zhì)水解成肽或氨基酸，對土壤中生物生長起著重要作用。由表3可知，蛋白酶與全氮、全磷、全鉀的相關(guān)性均達(dá)顯著水平。

2.3土壤酶之間的相關(guān)性由表4可知，3種土壤酶活性之間有一定的相關(guān)性，蛋白酶和過氧化氫酶活性之間存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.477**。脲酶與其他2種酶相關(guān)性不顯著。說明脲酶具有專一性，蛋白酶和過氧化氫酶不僅顯示其專有特性，同時(shí)還存在共性關(guān)系。

表4 土壤酶之間的相關(guān)性

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05);**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)

Note：*stands for significant correlation at 0.05 level;** stands for significant correlation at 0.01 level

3 結(jié)論與討論

(1)對于土壤酶活性是否能作為土壤肥力的評價(jià)指標(biāo)，許多學(xué)者進(jìn)行了研究。雖然一部分學(xué)者認(rèn)為土壤酶活性不能作為土壤肥力的參數(shù)，但大部分研究結(jié)果表明，土壤酶活性可以作為評價(jià)土壤肥力的指標(biāo)[1，3，7]。李勇[1]研究表明，不僅單個(gè)酶參與某一專一的生物化學(xué)過程，且與某些肥力因素密切相關(guān)，而且酶活性之間也存在共性的相關(guān)關(guān)系，在土壤肥力形成、發(fā)展中起重要作用的酶活性群體必然在一定程度上反映土壤肥力的真實(shí)水平。該研究表明，過氧化氫酶、脲酶和蛋白酶的活性與土壤肥力因素密切相關(guān)，過氧化氫酶和蛋白酶彼此之間也存在相關(guān)性，因此可以作為土壤肥力的參數(shù)。而脲酶與土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效磷和速效鉀均關(guān)系密切，達(dá)顯著水平，建議采用脲酶作為評價(jià)土壤肥力的一個(gè)指標(biāo)。

(2)上海古銀杏、古香樟土壤中有機(jī)質(zhì)含量與農(nóng)業(yè)土壤相比，含量較低，但在園林土壤中還較好。土壤全氮、全磷、全鉀含量整體偏低，與上海土壤人為干擾較大有關(guān)，因城市建設(shè)的需要，對古樹周邊的土壤進(jìn)行更換，導(dǎo)致土壤性質(zhì)發(fā)生變化。在土壤采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，有些古樹土壤無土壤自然剖面，全部是人工土壤。其次，還與凋落物的歸還受阻有關(guān)[8]。許多單位和公園中的古樹，都把古樹的凋落物清掃出去，如能將落葉盡量保留在古樹土壤中，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量。再次，與古樹生長時(shí)間長、長期不施肥有關(guān)。古樹需要消耗大量的養(yǎng)分，又不能及時(shí)得到補(bǔ)充，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分缺乏。

(3)土壤中過氧化氫酶與全磷存在密切相關(guān)關(guān)系。脲酶與土壤速效氮、有機(jī)質(zhì)相關(guān)性極好，為極顯著水平，與速效磷和速效鉀相關(guān)性也呈顯著水平。蛋白酶與全氮、全磷、全鉀的相關(guān)性也達(dá)顯著水平。過氧化氫酶與蛋白酶密切相關(guān)，不僅具有專一特性，同時(shí)存在共性關(guān)系。土壤酶活性可作為評價(jià)上海古樹土壤肥力的指標(biāo)之一，鑒于脲酶與土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效磷、速效鉀關(guān)系密切，建議用脲酶作為評價(jià)土壤肥力指標(biāo)之一。

[1] 李勇.試論土壤酶活性與土壤肥力[J].土壤通報(bào)，1989，20(4)：190-193.

[2] 張慶費(fèi)，由文輝，宋永昌.浙江天童植物群落演替對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，10(1)：19-22.

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[7] 張慶費(fèi)，宋永昌，由文輝.浙江天童植物群落次生演替與土壤肥力的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19(2)：174-178.

[8] 葛曉改,肖文發(fā),曾立雄,等.三峽庫區(qū)馬尾松林土壤-凋落物層酶活性對凋落物分解的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2014,34(9):2228-2237.