三江平原草甸土水田土壤酶活性的演變特征

焦峰 呂淑敏 汪昊 唐雷 張東萌 王秋菊 劉峰

摘要?[目的]明確三江平原水田土壤酶活性的演變特征。[方法]以三江平原水田土壤類型（亞類）草甸土為調查對象，采用室內分析方法，揭示土壤酶活性隨水田墾殖年限的變化趨勢。[結果]旱田土壤開墾為水田后，隨墾殖年限的增加，草甸土水田土壤酶活性有不同程度的變化趨勢;耕層草甸土脲酶活性隨墾殖年限的增加均顯著降低，草甸土犁底層脲酶活性在墾殖為水田后降低;隨墾殖年限增加，草甸土墾殖為水田后磷酸酶活性在各層均表現降低趨勢;草甸土過氧化氫酶活性在墾殖為水田后犁底層和心土層表現降低趨勢，而耕層有增加趨勢;草甸土墾殖為水田后轉化酶活性在耕層和犁底層降低，在心土層上升。[結論]草甸土在墾殖為水田后土壤酶活性演變速率不同。

關鍵詞?水田;墾殖年限;土壤酶活性

中圖分類號?S?154.2文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）23-0174-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.050

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Evolution Characteristics of Soil Enzyme Activities in Different Types of Paddy Fields in Sanjiang Plain

JIAO Feng， L-?Shu?min， WANG Hao et al

（Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract[Objective]To clarify the evolution characteristics of soil enzyme activity in paddy field in Sanjiang Plain.[Method]The soil type （sub?category） meadow soil in Sanjiang Plain were used as the survey object，and the indoor enzyme analysis method was used to reveal the soil enzyme activity with the trend of paddy field reclamation years. [Result] With the increase of redamation years，the soil enzyme activities in the paddy soils had different degrees of change in the paddy soils. The urease activity in the paddy meadow soil decreased significantly with the increase of reclamation years. The urease activity of the bottom layer decreased after tillering into the paddy field.With the increase of reclamation years， the phosphatase activity of the meadow soil decreased after the dry farmland becaming the paddy field. The catalase activity of the meadow soil plowed into the paddy field after plowing into the paddy field.The soil layer showed a decreasing trend， while the plough layer showed an increasing trend;after the meadow soil planted into the paddy field，the invertase activity decreased in the plough layer and the plough layer， and it increased in the core layer. [Conclusion]The evolution rate of soil enzyme activity is different in meadow soil after being cultivated into paddy field.

Key words?Paddy field;Reclamation years;Soil enzyme activity

三江平原是重要的水稻生產基地，其中草甸土是三江平原主要土壤類型之一，常年種植水稻會使其土壤的物理、化學和生物學性質發生改變，對三江平原水田土壤的耕作有重要影響，又由于三江平原天氣嚴寒、降水集中、地勢和坡度低緩等因素，嚴重威脅農業發展，素有“北大荒”之稱[1]。因此，自20世紀90年代以來，三江平原積極實行大面積的“旱改水”措施，為水稻生產奠定了堅實基礎，使“北大荒”逐漸變成了“北大倉”。據統計，三江平原2016年水田種植面積約達2.89萬hm2，比2015年新增近3.11萬hm2[2]。與南方相比，三江平原種植水稻的歷史較短，水田的不斷開辟，為研究水田土壤酶活性的變化規律提供了先決條件。

土壤酶對催化土壤生化反應的生物活性物質有直接影響，與土壤質量、營養物質循環等緊密相關[3]，明確草甸土水田土壤酶活性的演變規律，對三江平原水田的可持續發展有重要意義。盡管有關水田不同墾殖年限對土壤酶活性的變化、關系已有相關研究[4-6]，但大多是對不同耕作制度下進行的研究，而對三江平原不同墾殖年限草甸土水田土壤酶活性的變化規律尚缺乏研究，因此，筆者在前人研究的基礎上，以三江平原主要土壤類型草甸土為調查對象，研究水田隨墾殖年限的增加，土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、轉化酶活性演變規律，明確草甸水田土壤酶活性的演變特征，為進一步揭示三江平原水田土壤酶的變化方向及相關研究提供基礎資料，并為水田的高效合理利用提供理論參考。

1?材料與方法

1.1?研究區概況

供試土壤采自三江平原黑龍江省東部水稻主產區黑龍江省曙光農場（SG），其位于紅興隆管理局西部、樺南縣境內;處于松花江下游完達山余脈延續地帶，海拔108～204 m，屬寒溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫2.7 ℃，有效積溫2 400～2 500 ℃，全年平均降雨量535.1 mm，無霜期125～135 d，平均日照時數2 313.7 h。采樣地土壤類型為草甸土;具體概況見表1。

1.2?樣品采集

土壤采集時間為2015年10月10日—11月10日水稻收獲后，每個采樣點隨機選取同一土壤類型、水田墾殖年限為0～40年樣地5塊，樣地面積一般在1 000 m2以上，在每一塊樣地中選取3個代表性的位置（即3次重復），挖掘出1 m土壤剖面，確定耕層、犁底層厚度，按土壤耕層（TL）、犁底層（PL）和心土層上部20 cm（SL）采集剖面樣品，取各土層鮮樣低溫保存，用于土壤生物學性質分析。同時以同樣方式采集鄰近旱田土壤（視為栽培水稻零年的稻田）作為對照。

1.3?樣品處理和分析方法

1.3.1

樣品處理。采用常規方法采集土樣，并記錄土壤深度、經緯度、海拔、天氣、土壤類型、黑土層厚度、土壤水分狀況、土壤顏色、地勢、亞鐵反應以確保土壤發生層和土壤亞類的一致性。土壤樣品裝無菌袋帶回實驗室后風干、粉碎，過1 mm篩后保存樣品。

1.3.2

分析方法。土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法測定;土壤磷酸酶活性采用改進的苯磷酸二鈉法測定;土壤過氧化氫酶活性采用紫外分光光度法測定;土壤轉化酶活性采用3，5二硝基水楊酸比色法測定[7]。

1.4?數據分析

試驗數據均采用Microsoft Excel 2016進行整理和分析。

2?結果與分析

2.1?草甸土水田對土壤脲酶活性的影響

由圖1可知，草甸土隨墾殖年限增加脲酶活性呈降低趨勢;從墾殖年限看，草甸土在墾殖為水田第10年時脲酶活性均顯著降低;從土層看其脲酶活性為耕層大于犁底層;在耕層，草甸土脲酶活性隨墾殖年限增加顯著降低;在犁底層，草甸土在種稻20年后顯著下降;在心土層，草甸土脲酶活性隨墾殖年限增加呈持續遞減趨勢。

2.2?草甸土水田對磷酸酶活性的影響

由圖2可知，草甸土隨墾殖年限增加磷酸酶活性存在差異;從墾殖年限看，墾殖為水田第10年時，草甸土耕層磷酸酶活性明顯降低;從土層看，在耕層，草甸土均隨墾殖年限增加呈降低趨勢;在犁底層，草甸土隨墾殖年限增加規律性不顯著;在心土層，其變化規律基本保持穩定。

2.3?草甸土水田對過氧化氫酶活性的影響

由圖3可知，草甸土隨墾殖年限增加過氧化氫酶活性存在差異;從墾殖年限看，與旱田相比，草甸土在墾殖10年后，過氧化氫酶活性顯著升高;從土層看，犁底層與耕層過氧化氫酶活性表現出高度的一致性，并在20年時達到最高值;在心土層，草甸土隨墾殖年限增加均呈降低趨勢。

2.4?草甸土水田對轉化酶活性的影響

由圖4可知，草甸土隨墾殖年限增加轉化酶活性存在差異;從墾殖年限看，與旱田相比，草甸土在墾殖10年后，各層轉化酶活性顯著升高;從土層看，在耕層，草甸土隨墾殖年限增加呈降低趨勢，在犁底層，草甸土耕層轉化酶活性變化與犁底層變化趨勢相反;在心土層，草甸土基本保持穩定。

3?討論

該研究結果表明，草甸土土壤脲酶活性隨墾殖年限增加變化趨勢不一致，草甸土犁底層脲酶活性在墾殖10年時表現增加趨勢，這可能與土壤本質屬性有關。草甸土發育于沖積母質，成土母質主要有巖石風化的殘積物和坡積物，是受地下水或潛水影響的半水成土壤[8-9]，在旱田開墾為水田后，隨墾殖年限增加，長期或季節性積水，土壤氮素累積，脲酶活性增加。

從磷酸酶活性變化趨勢看，草甸土呈降低趨勢，這說明該試驗所選擇地點草甸土養分受磷酸酶活性影響大，種植水稻后提高了土壤有機磷的供應狀況;在種稻第10年時，草甸土磷酸酶活性顯著降低，這說明水田墾殖年限增加降低了磷酸酶的生物活性，不利于有機磷的分解礦化作用;草甸土犁底層在墾殖第10年時，磷酸酶活性呈降低趨勢，主要是因為草甸土有機質在犁底層的含量降低，土壤微生物及其活性均較低，因此，土壤磷酸酶活性和數量也均較低，這與于群英[10]研究結果一致。

從過氧化氫酶活性變化趨勢看，草甸土在墾殖為水田第10年時耕層和犁底層土過氧化氫酶活性均呈增加趨勢，心土層則反之，這主要是由于隨墾殖年限增加，過氧化氫酶可提高土壤的解毒作用，促使耕層和犁底層微生物活躍，數量增多，土壤含水量提高，加之地表聚集著大量枯枝落葉，積累了較多腐殖質，有充分的營養源，水熱條件和通氣狀況良好，使微生物生長旺盛，代謝活躍，有利于土壤呼吸和微生物活動，而在心土層，土壤體積質量變大，孔隙度變小，限制微生物正常活動;且有機質含量也隨土層加深而下降，土壤通氣狀況不良，微生物數量減少，限制了土壤生物的代謝產酶能力，從而使耕層和犁底層的過氧化氫酶活性高于心土層，這與劉淑慧等[11]的研究結果一致。

從轉化酶活性變化趨勢看，草甸土在耕層變化特征趨勢尤其顯著。隨墾殖年限增加，草甸土開墾為水田后相較于旱田轉化酶活性有顯著降低趨勢，原因有可能是草甸土本身黑土層較厚，腐殖質含量高，開墾為水田后，水熱條件和通氣狀況改變，腐殖質含量和微生物呼吸強度降低，作為有機物分解的轉化酶，其活性必然隨之降低[12]。草甸土犁底層轉化酶活性在墾殖第10年時均呈增加趨勢之后逐漸降低，主要是由于隨種植年限的延長，土壤營養狀況逐步得到改善，轉化酶活性隨墾殖年限增加而提高，但由于試驗區在開墾為水田前，自然植被種類貧乏，群落結構簡單，因此在墾殖初期轉化酶活性較高，隨年限增長逐漸降低[13]。總之，水田在墾殖過程中，不僅受土壤酶活性的影響，還受土壤物理性質和化學性質的影響，因此，在今后研究過程中，需要根據不同的土壤理化性質及其他影響因素進行研究，正確了解土壤與水田的規律。

4?結論

草甸土在墾殖為水田后，隨墾殖年限增加土壤酶活性存在顯著差異。草甸土在各土層隨墾殖年限增加脲酶活性均呈下降趨勢;草甸土磷酸酶活性在各土層隨墾殖年限增加均呈上升趨勢;草甸土種稻后過氧化氫酶活性在耕層呈顯著增加趨勢;草甸土轉化酶活性在耕層顯著降低。總體而言，隨墾殖年限增加，草甸土開墾為水田后，對土壤酶活性有顯著影響，不同土壤影響速率不同。

參考文獻

[1] 黑龍江省統計局，國家統計局黑龍江調查總隊.黑龍江統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2016.

[2] 龔子同，張甘霖，陳志誠.土壤發生與系統分類[M].北京：科學出版，2007.

[3] YAO X H，MIN H，L-Z H，et al.Influence of acetamiprid on soil enzymatic activities and respiration[J].European journal of soil biology，2006，42：120-126.

[4] 王巍巍，魏春雁，張之鑫，等.不同種稻年限鹽堿地水田表層土壤酶活性變化及其與土壤養分關系[J].東北農業科學，2016，41（4）：43-48.

[5] 王巍巍.不同種稻年限蘇打鹽堿地水田土壤酶活性變化及其與養分含量關系[D].長春：吉林農業大學，2016.

[6] 肖永蘭，袁正平，張楊珠，等.不同耕作制對水田土壤酶活性的影響[J].湖南農學院學報，1991，17（S1）：260-266.

[7] 關松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農業出版社，1986.

[8] 王東升，張婷，晁宇.離子強度和離子類型對土霉素在草甸土中被吸附的影響[J].生態環境學報，2014，23（5）：870-875.

[9] 黑龍江省土地管理局，黑龍江省土壤普查辦公室.黑龍江土壤[M].北京：農業出版社，1992.

[10] 于群英.土壤磷酸酶活性及其影響因素研究[J].安徽技術師范學院學報，2001，15（4）：5-8.

[11] 劉淑慧，康躍虎，萬書勤，等.松嫩平原鹽堿草地主要植物群落土壤酶活性研究[J].土壤，2012，44（4）：601-605.

[12] 趙仁竹，湯潔，梁爽，等.吉林西部鹽堿田土壤蔗糖酶活性和有機碳分布特征及其相關關系[J].生態環境學報，2015，24（2）：244-249.

[13] 竇超銀，康躍虎，莫家玉，等.地下水淺埋區重度鹽堿地滴灌不同種植年限對土壤酶活性的影響[J].土壤，2010，42（5）：807-814.