兩種楤木根際土壤碳特征及酶活性

張寶成， 楊春秀， 王 靜

(1遵義師范學院生物與農業科技學院， 貴州 遵義 563000; 2遵義師范學院山地生態研究所， 貴州 遵義 563000;3 貴州師范大學 生命科學學院， 貴陽 550000; 4江西農業大學 農學院， 南昌330045)

國內外學者近百年來，針對不同生態系統的土壤水解酶活性開展了大量的研究[1]。發現植被類型等通過土壤酶影響到土壤可利用養分[2-4]。如水解酶可催化土壤中的大分子和其他難利用物質轉化為植物、微生物可利用的營養物質[5-6]。目前關于土壤酶主要集中在農業管理措施對其的影響，如茶園管理措施改變了酶活性、土壤氮、碳及磷的利用態，影響茶樹養分供給[7]。不同種植年齡樟子松林改變了土壤酶活性影響到土壤營養堿解氮和速效鉀[8]，以及化學農藥和不同農作物影響到土壤酶活性[9-10]。

喀斯特區域占我國陸地總面積約13.5%，該區域生態脆弱，制約了當地經濟的發展。喀斯特區域土壤瘠薄[11]，生態脆弱易受外界干擾。土壤有機碳和土壤酶活性是土壤重要的組分，這影響土壤營養[12]。由于土壤中的酶主要來自動植物和微生物，在物質循環和能量流動中起重要作用[13-14]。如酶把土壤有機碳分解轉化小分子物質，經微生物作用轉化為CO2促進溫室效應，同時有機碳分解產生的CO2參與土壤化學反應，轉化酶為無機碳態儲存于土壤，因此土壤無機碳是喀斯特土壤碳庫的要組分之一。

目前農業碳的研究主要集中在主產糧食作物中，對經濟作物的研究較少。經濟作物在我國農業占有較大比例，但是缺乏喀斯特區經濟作物根際土壤碳和酶的研究。種植多年生經濟植物楤木，減少土壤翻耕，農業耕作與常規農作物耕作模式不同，這對土壤碳的影響與常規農作物不同。楤木是當地重要的鄉土植物在生態保護方面具有重要的作用。另外，楤木作為當地山野菜，經濟價值高，其嫩芽可治氣滯、食欲不振和抑制各種細菌的侵染[15]。因此，本文研究大葉型楤木和小葉型楤木兩種類型根際土壤的酶活性、有機碳、活性有機碳和無機碳進行研究。這為喀斯特山區農業碳吸收提供基礎數據，為今后區域生態補償提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料采集與處理

研究區為遵義市匯川區泗渡鎮的楤木種植基地(東經106.962°，北緯27.919°)。遵義地處中亞熱帶氣候區，年均氣溫13～18℃。通常4月中旬進入雨季，雨季結束，8月進入高溫少雨時期[6]。樣品采集基地大葉型楤木和小葉型楤木(根據葉形態初步命名，相續送外做分子鑒定)根際土壤和對照土壤根系土壤(對照為接鄰荒蕪區域草本植物根際土壤)，分別重復4次。除去表面的枯枝落葉，輕輕挖取楤木根系，抖落根際土壤放入清潔的塑料袋中，之后分別標記好每份土壤。把采集的新鮮土壤立刻帶回實驗室，部分用于測定土壤微生物呼吸強度。其余樣品放置在室內自然風干、磨細、過100目的土壤篩，裝入密封袋中，避光保存。用于測定土壤活性有機碳、有機碳、活性無機碳、無機碳以及土壤酶活性。

1.2 試驗方法

1.2.1 土壤呼吸強度測定 采用NaOH吸收滴定法，密封培養分別于24 h，48 h，72 h和96 h后，測定其CO2排放量[10]。

1.2.2 酶活性測定 土壤微生物群落采用平板梯度法[16]。測定蔗糖酶和纖維素酶用3,5-二硝基水楊酸比色法測定、苯酚鈉—次氯酸鈉比色法測定脲酶、用0.1 mol.L-1高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶、鄰苯三酚比色法過氧化物酶活性采用比色法[[9-10,17-18]]。

1.2.3 土壤中碳含量的測定 活性有機碳采用高錳酸鉀氧化法，高錳酸鉀濃度分別為0.033 mol/L，0.167 mol/L，0.333 mol/L，分別為活性有機碳、中活性有機碳、穩定性有機碳[19]。土壤無機碳測定采用酸堿滴定法，重鉻酸鉀容量法測定根際土壤有機碳。

1.3 數據分析

用Microsoft Excel 2010處理后用SPSSS 17.0分析，作圖用Origin 10軟件。

2 結 果

2.1 不同型楤木根際土壤種酶活性差異

大葉型楤木和小葉型楤木根際土壤蔗糖酶活性差異顯著(p<0.05)。小葉型楤木根際土壤蔗糖酶活性最大，其次是對照，大葉型楤木根際土壤酶活性最小；大葉型楤木根際土壤蔗糖酶活性比對照降低20%，小葉型楤木根際土壤蔗糖酶活性比對照增加10%。土壤脲酶的變化趨勢也與蔗糖酶活性呈類似趨勢，在研究組間差異顯著(p<0.001)；大葉型楤木根際土壤脲酶比對照組降低8.35%，小葉型楤木根際土壤脲酶活性比對照增加121.30%(圖1)。

圖1 不同楤木型根際土壤酶活性及無機碳變化

土壤纖維素酶活性在對照土壤和2種不同類型楤木根際土壤間差異不顯著(p>0.05)，2種楤木根際土壤纖維素酶活性比對照組降低幅度在11.93%～14.24%。過氧化氫酶活性在小葉型楤木根際土壤活性最高，其次是對照組和大葉型楤木。大葉型楤木根際土壤的過氧化氫酶活性比對照組降低14.67%，小葉型楤木比對照增加6.67%。過氧化物酶活性在2種楤木根際土壤活性比對照都低，大葉型楤木比對照降低65.10%，小葉型楤木比對照降低27.47%。

2.2 不同類型楤木根際土壤碳含量

與對照組相比，根際土壤活性有機碳、中活性有機碳和穩定性有機碳在2種不同楤木間的含量均呈增加趨勢(圖2)。活性有機碳在研究組間差異顯著(p<0.01)，大葉型楤木活性有機碳比對照增加8倍，小葉型楤木土壤活性有機碳比對照增加5.16倍。中活性有機碳研究組間差異不顯著(p>0.05)，但是楤木組的根際土壤中活性有機碳含量高于對照組；大葉型楤木比對照組增加6.69%，小葉型楤木比對照組增加2.33%。穩定性有機碳含量在研究組間差異顯著(p<0.01)，2種楤木的穩定性有機碳比對照高，大葉型楤木根際穩定性有機碳增加21.86%，小葉型楤木根際穩定性有機碳比對照增加9.78%。

圖2 不同類型楤木根際土壤有機碳

小葉型楤木根際土壤細菌、真菌和放線菌數均最高，其次是大葉型楤木，對照組的最低。細菌數量在3組間為邊緣顯著(p=0.07)，2種楤木根系土壤細菌與對照相比呈增加趨勢，大葉型楤木比對照增加70.76%，小葉型楤木根際土壤細菌增加121.01%。小葉型楤木根際土壤真菌數量也比對照大，大葉型楤木根際土壤真菌數量比對照組增加34.88%，小葉型楤木根際土壤真菌比對照組增加115.70%。放線菌數量在這3組中差異顯著(p<0.05)，大葉型楤木根際土壤放線菌數比對照組增加122.10%，小葉型楤木根際土壤放線菌比對照降低21.78%(圖3)。

圖3 不同微生物數量關系

2.3 土壤微生物呼吸相關性

由相關性表可知(表1)，影響土壤微生物呼吸的因子是土壤脲酶活性和細菌數(p<0.05)，相關系數分別為0.65,0.61；土壤微生物呼吸隨著土壤無機碳含量的增加呈負相關關系(p<0.05)，相關系數為-0.67；土壤有機碳含量與微生物呼吸呈現邊緣顯著(p=0.06)。土壤有機碳隨土壤脲酶活性的增加而增加(p<0.05)，相關系數為0.80。土壤脲酶活性除與土壤微生物呼吸和土壤有機碳含量呈現顯著正相關關系(p<0.05)。細菌數量顯著影響到土壤微生物呼吸，相關系數為0.61，與土壤無機碳呈顯著負相關，系數為-0.76(p<0.05)。

土壤微生物呼吸隨著時間的延長而增加(圖4)，在24 h，48 h，72 h時，對照組、小葉型楤木和大葉型楤木間土壤微生物呼吸差異均不顯著(p>0.05)。小葉型楤木根際土壤微生物呼吸隨著土壤時間的增加在72 h和96 h與對照和大葉型楤木間差異顯著(p<0.05)。大葉型楤木的微生物呼吸與對照組差異較小，隨著時間的增加累計呼吸間差異增加。說明不同類型楤木根際土壤微生物呼吸影響到土壤碳排放。

表1 土壤呼吸與微生物、碳及酶活性關系

圖4 土壤微生物不同時間呼吸碳排放量

3 討論與結論

3.1 討 論

研究表明，2種不同楤木根際土壤中細菌、真菌和放線菌數量不同。這支持先前研究，不同類型植物根系微生物類群和數量不同[20]。如不同烤煙品種根際微生物群落和數量不同[21]；不同抗病品種大豆根際微生物群落結構不同。利用高通量測序研究表明，飼料玉米和鮮食品種間根際微生物類群差異明顯[22]。甘蔗和花生的間作顯著改變根際微生物類群和微生物數量[23]。

根際微生物數量差異可能是由根系分泌物中大量有機物，如糖、氨基酸和有機酸等所導致。一方面，不同微生物對根系分泌物的中某些成分利用有嗜好不同[21]，根系分泌物差異導致根際營養物質、pH和溶解氧等物質的不同影響微生物類群[24]。甚至部分微生物對根系分泌物的趨同性[25]，造成微生物類群的差異。綜上述，不同類型或者不同品種農作物分泌有機物組成差異，導致了植物根際土壤微生物群落的不同。

不同類型或不同農作物根際土壤微生物差異，影響到土壤酶活性。土壤酶活性主要來自土壤微生物胞外分泌物[17]。植物類型不同影響到土壤酶活性[13,26]，本研究2種類型楤木根際微生物類群細菌、真菌和放線菌差異，導致兩種楤木根際土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化物酶活性發生顯著變化。

微生物生長消耗大量的碳水化合物，微生物數量又影響到土壤微生物呼吸，微生物把土壤中可利用碳水化合通過分解轉化為氣態CO2。大葉型楤木和小葉型楤木根際土壤微生物數量大于對照，因此通過微生物呼吸排放的碳增加，支持先前研究的微生物與CO2關系[27-28]。

土壤微生物活躍，土壤有機碳分解的增加，本研究結果為土壤微生物呼吸與土壤有機碳含量邊緣顯著(p=0.06)。由于土壤有機碳來源于地表凋落物、植物根系分泌物和微生物[29-30]。從另外一方面說明根系土壤微生物比較活躍，提供給根系周圍微生物補充物質較多，根系活躍提供大量的表皮凋落物等進行土壤作為土壤有機碳的補充來源。同時微生物殘體中作為土壤有機碳的補充，因此土壤有機碳和土壤碳儲量增加。隨著低碳農業的發展，今后在農作物品種選育在品質差異較小的情況下，可以考慮農作物品種的碳排放。

3.2 結 論

楤木的類型明顯影響根際土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化物酶活性。楤木類型根際脲酶活性呈現相反的變化趨勢；2種楤木根際過氧化物酶活性都呈降低趨勢。2種楤木根際活性有機碳、中活性有機碳、穩定性活性有機碳均增加。2種楤木，明顯促進了根際土壤細菌和真菌數。大葉楤木根際增加了放線菌數，小葉楤木抑制了根際真菌數。