陳一民，焦曉光，王貴強(qiáng)，林智慧，隋躍宇，范 晶，程 偉，張少良

（1．黑龍江大學(xué) 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；2．中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，哈爾濱 150081）

0 引 言

酶是土壤新陳代謝的重要因素，它與活的微生物細(xì)胞一起推動(dòng)著物質(zhì)轉(zhuǎn)化，參與碳、氫、硫、磷等各類元素的生物循環(huán)［1］。土壤酶作為一類具有專性催化作用的蛋白質(zhì)，參與了土壤中許多重要的生物化學(xué)過程，其活性同土壤性質(zhì)有著密切關(guān)系。土壤中大量存在過氧化氫酶，能促進(jìn)過氧化氫對各種化合物的氧化作用，其活性與土壤呼吸強(qiáng)度和微生物活動(dòng)有關(guān)［2－3］。有研究結(jié)果顯示，土壤中的過氧化氫酶活性可以作為與土壤肥力有關(guān)的好氧微生物活性的一個(gè)指標(biāo)［4］。

隨著近年來氣候的變化［5］，黑土區(qū)的溫度、蒸發(fā)量、降水量發(fā)生變化，使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的許多生物學(xué)和化學(xué)過程隨之發(fā)生變化，這將成為影響黑土區(qū)農(nóng)田土壤生產(chǎn)力穩(wěn)定性的主要問題。本研究以中國科學(xué)院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站的黑土生產(chǎn)力長期田間定位試驗(yàn)為平臺(tái)，研究5種不同有機(jī)質(zhì)含量農(nóng)田黑土在水、熱條件改變后過氧化氫酶的活性動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其與土壤肥力的關(guān)系，旨在進(jìn)一步揭示水熱條件改變后，農(nóng)田黑土土壤生物性質(zhì)演化趨勢，了解不同的水熱條件下，農(nóng)田黑土穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的土壤生物化學(xué)環(huán)境，為農(nóng)田黑土科學(xué)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 供試材料

本試驗(yàn)在黑龍江省海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站空間移位長期定位試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行。供試土壤為黑土，供試5種土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of the tested soils

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

“黑土生產(chǎn)力長期定位試驗(yàn)”平臺(tái)——由北向南按有機(jī)質(zhì)由高到低，采集5點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量變化分別為108．9g／kg（黑龍江北安，SOM6）、58．8g／kg（黑龍江嫩江，SOM11）、50．6g／kg（黑龍江海倫，SOM5）、32．0g／kg （吉 林 德 惠，SOM3）、16．6g／kg（吉林梨樹，SOM1．7）的農(nóng)田土壤 （圖1），采集深度1m （包括整層黑土及其下部部分母質(zhì)），分層采集，每層20cm。運(yùn)至海倫站，按原層原容重回填到已建好的用磚混防水隔離小區(qū)建立長期定位試驗(yàn)。

土壤有機(jī)質(zhì)和施肥2因子，5個(gè)處理，3次重復(fù)試驗(yàn)。小區(qū)面積為1．4m×1．2m，用磚混加防水紙隔離。種植作物：玉米 （海玉6號），每個(gè)小區(qū)種植玉米8株。施肥量為：純N－150kg／hm2；P2O5－75kg／hm2；K2O－60kg／hm2?；剩簵l施。追肥 （大喇叭口期）：分株追肥。

1．3 土壤樣品的采集與測定

1．3．1 土樣的采集

在玉米拔節(jié)期、抽雄吐絲期、灌漿期、收獲后，采集土壤樣品，樣品采集后帶回實(shí)驗(yàn)室，攤開晾干，然后剔出植物殘?bào)w和其它的雜物。將風(fēng)干的土樣磨碎，通過1mm和0．25mm篩，過1mm篩孔的土樣用來測定土壤酶活性，過0．25mm篩孔的土樣用于土壤養(yǎng)分測定。

1．3．2 測定方法

圖1 東北黑土分布及黑土采集地點(diǎn)示意圖Fig．1 Sketch of distribution of Northeast farmland phaeozem and collecting site

過氧化氫酶活性的測定采用高錳酸鉀滴定法［6］，土壤有機(jī)質(zhì)與全氮含量的測定：元素分析儀（FlashEA1112，Thermofinnigan，Italy） 測 定，每隔10個(gè)樣品放置1個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校驗(yàn)；全磷含量的測定：酸溶－鉬銻抗比色法；堿解氮含量的測定：堿解擴(kuò)散法；有效磷含量的測定：碳酸氫鈉法［7］。

1．4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS和Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，作圖用Sigmaplot10．0（圖2）。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土過氧化氫酶活性動(dòng)態(tài)變化

由圖2可見，在玉米全生育期內(nèi)不同有機(jī)質(zhì)含量農(nóng)田黑土不施肥與施肥處理過氧化氫酶活性的動(dòng)態(tài)變化基本一致：從拔節(jié)期到收獲后過氧化氫酶活性呈先降低，然后較小幅度升高的變化趨勢。在不同時(shí)期不同有機(jī)質(zhì)含量農(nóng)田黑土過氧化氫酶活性大小順序?yàn)椋篠OM1．7＜SOM3＜SOM5＜SOM6＜SOM11，與有機(jī)質(zhì)含量變化相一致，土壤酶活性隨土壤有機(jī)質(zhì)含量增加而顯著增加，與邱鳳瓊等［8］的研究結(jié)果一致。過氧化氫酶參與生物呼吸過程的物質(zhì)代謝，同時(shí)可以解除在呼吸過程中產(chǎn)生的對活細(xì)胞有害的過氧化氫，它可以表示土壤氧化過程的強(qiáng)度［9］。過氧化氫酶活性在拔節(jié)期達(dá)到高峰，說明在拔節(jié)期土壤中的氧化作用較強(qiáng)，過氧化氫酶的解毒作用強(qiáng)。在玉米的生育期內(nèi)，SOM3的過氧化氫酶活性始終變化平緩，尤其施肥處理更明顯，說明過氧化氫酶的解毒能力較差，這樣會(huì)造成過氧化氫等有毒物質(zhì)的積累，從而對生物和土壤產(chǎn)生毒害作用。

2．2 不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化

由表2可見，除土壤有效磷外，5種不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土全氮、全磷、堿解氮含量均是隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，變化的趨勢為：SOM11＞SOM6＞SOM5＞SOM3＞SOM1．7。相對于不施肥區(qū)，施用氮磷鉀肥料可提高5種不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土土壤養(yǎng)分含量，但沒有達(dá)到差異顯著水平 （P＞0．05）。相較于無肥區(qū)，施肥處理堿解氮含量有所增加，主要是施肥促進(jìn)了作物根系的生長，增加了土壤的通氣性，提高了土壤溫度，促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，為土壤中有機(jī)氮向無機(jī)氮的轉(zhuǎn)化提供了良好的條件，加速了氮素的礦化。施肥區(qū)5種不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土有效磷含量基本高于不施肥區(qū)土壤有效磷的含量，這可能也是因?yàn)橥寥烂富钚缘奶岣?，加快了土壤中有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，從而使土壤中的有效磷含量增加，在一定程度滿足作物生長發(fā)育的需要。

2．3 農(nóng)田黑土土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性分析

不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析見表3。由表3可見，土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、全磷、堿解氮呈極顯著正相關(guān) （P＜0．05），全氮與全磷、堿解氮呈顯著正相關(guān) （P＜0．05），全磷與有效磷、堿解氮呈顯著正相關(guān) （P＜0．05），除全磷外，土壤有效磷與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮存在一定的相關(guān)關(guān)系，但沒有達(dá)到差異顯著水平 （P＞0．05）。土壤肥力的各因子之間存在著不同程度的相關(guān)關(guān)系，這種相關(guān)關(guān)系在很大程度上反映了構(gòu)成土壤肥力的各重要因素，如土壤供肥能力、對逆境的適應(yīng)能力等，土壤肥力并不是獨(dú)自發(fā)揮作用，而是互相作用，彼此共同促進(jìn)土壤環(huán)境的改善。

圖2 玉米生育期土壤過氧化氫酶活性變化Fig．2 Dynamic change of soil catalase activities during corn growth period

表2 土壤肥力狀況Table 2 Status of soil fertilities

表3 土壤養(yǎng)分之間相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficient among the soil nutrient content

2．4 農(nóng)田黑土過氧化氫酶活性與土壤肥力的關(guān)系

由表4可見，過氧化氫酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮呈極顯著正相關(guān)，過氧化氫酶活性與土壤肥力因素的變化是一致的，這充分證明了過氧化氫酶在氮、磷的轉(zhuǎn)化過程中的作用很大，過氧化氫酶活性的高低，作為評價(jià)土壤碳、氮、磷養(yǎng)分狀況的指標(biāo)是可行的。國內(nèi)外學(xué)者對過氧化氫酶活性能否作為評價(jià)土壤肥力指標(biāo)做過一些報(bào)道［10－12］，但不同類型的土壤結(jié)果是不同的，黑土過氧化氫酶與土壤碳、氮、磷以及土壤通氣狀況均呈顯著正相關(guān)，過氧化氫酶可以作為表征土壤肥力的指標(biāo)，本試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。土壤過氧化氫酶活性與土壤養(yǎng)分之間相關(guān)系數(shù)見表4。

表4 土壤過氧化氫酶活性與土壤養(yǎng)分之間相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between the soil enzyme activities and nutrient content

3 結(jié) 論

不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土的過氧化氫酶活性隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而遞增。5種農(nóng)田黑土，過氧化氫酶活性均在拔節(jié)期最高，并隨生育期的延長而下降。施肥雖可提高土壤過氧化氫酶活性，但不改變過氧化氫酶活性的變化趨勢。5種不同有機(jī)質(zhì)含量的農(nóng)田黑土有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。過氧化氫酶與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮均存在顯著的相關(guān)性，說明土壤過氧化氫酶活性是衡量土壤肥力水平的重要因子，可以作為評價(jià)土壤肥力的靈敏活性指標(biāo)。

［1］曾憲軍，劉登魁，朱世民．不同濃度阿特拉津?qū)θN肥力條件土壤過氧化氫酶的影響 ［J］．湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，（6）：33－35．

［2］中國科學(xué)院南京土壤研究所微生物室．土壤微生物研究法 ［M］．北京：科學(xué)出版社，1985．

［3］許光輝，鄭洪元．土壤微生物分析方法手冊 ［K］．北京：科學(xué)出版社，1986：249－250．

［4］楊萬勤，王開運(yùn)．川西亞高山針葉林土壤生態(tài)過程的研究 ［J］．世界科技研究與發(fā)展，2003，25 （5）：33－40．

［5］熊仲浩，王開運(yùn)．川西亞高山冷杉林和白樺林土壤酶活性季節(jié)動(dòng)態(tài) ［J］．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2004，10（6）：416－420．

［6］周禮愷．土壤酶學(xué) ［M］．北京：科學(xué)出版社，1987．

［7］魯如坤．土壤農(nóng)化分析 ［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999．

［8］邱鳳瓊，周禮愷，陳恩鳳．東北黑土有機(jī)質(zhì)和酶活性與土壤肥力的關(guān)系 ［J］．土壤學(xué)報(bào)，1981，18 （3）：244－254．

［9］陳恩鳳，周禮愷，邱鳳瓊，等．土壤肥力的實(shí)質(zhì) ［J］．黑土土壤學(xué)報(bào)，1984，21 （3）：229－237．

［10］王菊蘭，何文壽，何進(jìn)智．寧夏引黃灌區(qū)溫室土壤脲酶、過氧化氫酶活性與土壤肥力因素的關(guān)系 ［J］．寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28 （2）：162－163．

［11］Hart SC，Perry DA．Transferring soils from high－to low－elevation forest in creases nitrogen cycling rates：climate change implication ［J］．Global Change Biology，1995，5 （1）：23－32．

［12］樊 軍．黃土高原旱地長期定位試驗(yàn)土壤酶活性研究［D］．楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2001：85－89．