不同淋溶過程下土壤酶活性變化特征研究

童川 胡振 沈仁豪

摘? 要：為了研究不同降雨淋溶過程中土壤酶活性變化趨勢，利用模擬土柱裝置，設計了300、600、900和1200mm的模擬雨量水平，共進行12次淋溶實驗，分析淋溶后土柱內土壤酶活性。結果表明：淋溶作用與土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶之間存在極顯著負相關關系（P<0.01），隨著設計淋溶水量的增加，三者活性均表現降低趨勢。但是增加淋溶水量時，脲酶和蔗糖酶的活性變化減小，酸性磷酸酶受影響仍非常明顯，各組內均有顯著性差異（P<0.05）。實驗中土壤過氧化氫酶的活性沒有受到淋溶作用影響，在各處理組間基本沒有變化。

關鍵字：淋溶;模擬土柱;土壤酶活性

中圖分類號 X171.1文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）13-0123-03

Abstract：In order to study the trend of soil enzyme activities during different rainfall leaching processes，a soil column device was used to simulate leaching experiments with rainfall of 300，600，900 and 1200 mm. A total of 12 leaching experiments were carried out to analyze the soil enzyme activities in the soil column after leaching. The results showed that：There was a significant negative correlation between the activities of soil urease，acid phosphatase and invertase in leaching（P<0.01）. As the amount of leaching water increases，the activities of these three decreases. However，when the amount of leaching water was increased，the changes of soil urease and invertase activities were gradually reduced，but the effect to soil acid phosphatase was still very obvious. There were significant differences among the groups in acid phosphatase （P<0.05）. The soil catalase activity in the experiment was not affected by leaching，and the enzyme activities of each group were basically unchanged.

Key words：Leaching;Simulated soil column;Soil enzyme activity

土壤環境質量變化一直是土壤學科研究的重點問題，其中，土壤酶作為土壤生態化學反應的重要參與者和催化劑，反映出土壤中與特定酶種類相關的有機物轉化程度，是表征土體質量與肥力的重要指標[1]，在各類研究中越來越受到人們的重視。傳統方法一直以來根據土壤化學和物理屬性研究土壤質量情況，但是隨著研究的深入和土地利用程度的加強，這種方法已經難以滿足檢測精度和研究目的需要。因此，重新選擇可以全面又準確地表現土壤環境變化的指標，大量實驗結果證實利用土壤酶活性是完全有可能的[2]。土壤酶作用在特定基質底物上，對外界條件的改變非常敏感，其活性大小直接影響養分轉化效率。研究表明，氧化還原酶與土壤腐殖質轉化密切相關，可以將各種養分轉化為易于吸收的小分子物質，促進土壤呼吸作用等，水解酶活性高低則代表了土壤分解氮磷等有機物的能力[3]。

另一方面，降雨淋溶過程中的土壤可溶性物質和細顆粒隨土壤中流向下遷移，不僅影響了土壤養分流失，同時造成土壤孔隙結構和透氣性等條件的改變，微生物活性和養分分解效率的下降，最終會對土壤質量造成相應改變。為了解淋溶過程對土壤環境的影響，本文利用室內模擬土柱裝置并設計梯度淋溶水量條件，選取研究中較為常見的土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶作為研究對象，分析不同淋溶過程下的土壤酶活性變化特征，為研究保護土壤生態環境提供合理的科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗土樣 本次研究土壤樣品取自合肥工業大學斛兵塘畔0～20cm表層土，人工挑去肉眼可見的雜質和礫石，經自然風干后碾碎，并過2mm篩網貯存備用。實驗土樣的基本理化性質測定參考《土壤農化分析》一書[4]，結果如表1所示。

1.2 模擬土柱裝置 實驗所用土柱由內徑5cm，高30cm的有機玻璃管制成。將過篩后土樣按實測容重填裝，形成約20cm高的模擬土柱。整個模擬土柱裝置從下往上依次為2cm厚石英砂層（20～40目，國藥），20cm模擬土柱，2cm厚石英砂層（20～40目，國藥），1cm高玻璃珠層以及5cm的超高，土柱和石英砂交界面均用100目紗網隔開，下端也用100目紗網仔細扎緊。利用馬氏瓶原理在土柱上方固定入水裝置控制淋溶水量和流速，防止靜水壓力破壞土柱穩定性。

1.3 實驗設計 通過參考年平均降雨量水平，設計了300、600、900和1200mm 4組模擬雨量水平，分別標記為A、B、C和D。每隔3d進行1次淋溶，給土壤充分的反應時間。實驗總時間39d，共進行12次淋溶，模擬2年內的降雨入滲水量。扣除地表徑流和蒸發損失（按40%計）[5]，折算成每次淋溶至土柱內的水量分別為：60、118、177和235mL，淋溶用水為去離子水，同時設置未經淋溶的土柱作為對照組（CK），每個處理均設3組平行。開始實驗前將整個土柱浸泡在去離子水中2 d用以充分反應、沉淀土體，之后取出土柱固定在鐵架臺上靜置3d達到田間最大持水量，開始淋溶實驗。在淋溶結束后將整個土柱原樣倒出，置于室內干凈、陰涼處自然風干并研磨混勻，貯存備用。根據后續各土壤酶測試要求，取適量樣品過不同孔徑篩網進行測定與分析。

1.4 測試和分析方法 土壤酶活性檢測方法參考《土壤酶及其研究方法》一書[6]。其中土壤脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，以24h酶促反應后每克土樣中NH-N含量表示脲酶活性。酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，以24h反應后每克土樣釋放酚的質量代表酸性磷酸酶活性。蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以24h反應后每克土樣生成葡萄糖含量表示蔗糖酶活性。過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，以每克土樣1h內消耗0.1mol/L的KMnO4體積代表土壤過氧化氫酶活性。

實驗結果用單因素方差分析（Oneway-ANOVA）研究各組數據之間的差異（顯著性水平α=0.05，n=3），并利用皮爾遜（Pearson）相關性法分析研究淋溶作用和各土壤酶活性的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同淋溶過程中土壤酶活性變化特征 經檢測得出淋溶結束后各處理組土柱內土壤酶活性大小如圖1所示。從圖中可以看出，經過39d的不同淋溶水量處理后，隸屬于水解酶類的脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性的改變程度受淋溶作用影響較為明顯，均表現出不斷降低趨勢。各組土柱中土壤脲酶活性分別由0.65mg[·]g-1依次下降為0.39、0.33、0.29和0.26mg[·]g-1;酸性磷酸酶活性分別由0.49mg[·]g-1依次下降為0.42、0.37、0.31和0.25mg[·]g-1;蔗糖酶活性則分別由3.86mg[·]g-1依次下降為3.12、2.67、2.51和2.26mg[·]g-1。而各處理的土壤中過氧化氫酶活性幾乎沒有變化，空白和實驗組中過氧化氫酶活性分別是2.01、2.07、2.11、2.02和2.09mL[·]g-1，基本不受土壤入滲水的影響。

用單因素方差分析法研究各組內的關系，結果表明在B、C、D 3組間的土壤脲酶活性沒有顯著性差異，同樣，4個處理組內的蔗糖酶活性也均沒有顯著性差異，說明增加淋溶水量對脲酶和蔗糖酶活性改變的影響變小。但是酸性磷酸酶受淋溶作用改變較大，5組不同處理之間均存在顯著性差異（P<0.05），增加淋溶水量對其活性影響很明顯。

2.2 淋溶作用與土壤酶活之間的相關性 利用Pearson相關性計算設計淋溶水量與各土壤酶的變化情況，結果如表2所示。可以看出，本次研究選用的土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性與淋溶作用之間均存在極顯著負相關關系（P<0.01），說明三者受淋溶的影響很大。一般來說，土壤酶活性與含水率之間的關系緊密，因為土壤水分條件的改善有利于微生物活動，并促進土壤的物質分解與循環[7]。但是研究表明含水率對土壤酶的影響存在閾值，超過該范圍后的酶活性受到抑制[8]。這是因為淋溶作用改變土壤孔隙結構和透氣性，隨著淋溶水量以及淋溶次數的增加，土壤孔隙越來越緊密，含氧量下降，厭氧環境中的微生物分解作用較弱，從而導致酶活性降低[9]。但是實驗結果表明過氧化氫酶活性與淋溶作用不相關，這與許華等人的結果相似[10]，可能是因為過氧化氫酶是廣泛存在于厭氧菌中的胞內酶，因此受影響較小。也有研究證實土壤微生物結構組成會影響酶活性，淋溶實驗中設計了4組階梯式淋溶水量，對土柱內真菌、放線菌的數量和結構均有一定影響，會在某一方面影響土壤酶促反應過程[11]。此外，由于脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶同屬于水解酶類，作用功能相近，因此三者針對外界環境條件變化的反應趨勢類似。

3 結論

（1）淋溶作用對土壤中脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶的活性影響顯著，三者均隨著淋溶水量增加不斷降低，說明淋溶過程影響了土壤正常生態循環過程。增加淋溶水量對脲酶和蔗糖酶活性的抑制作用逐漸變小，但是酸性磷酸酶活性受影響仍十分明顯。

（2）實驗土壤中的過氧化氫酶反應過程基本不受淋溶入滲水和顆粒結構等條件改變的影響，各處理組中過氧化氫酶活性基本沒有區別。

（3）由于脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶均屬與水解酶類，三者對于外界條件的響應表現出一定程度上的相似性。

參考文獻

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（責編：王慧晴）