解心潔 李朝興 賈小麗 胡永樂(lè)

摘要[目的]探討武夷山土壤養(yǎng)分和酶活性的空間分布特征。[方法]以武夷山5個(gè)海拔（312、687、1 153、1 775、2 186 m）土壤為研究對(duì)象，測(cè)定各個(gè)海拔不同土層的養(yǎng)分和酶活性變化。[結(jié)果]武夷山土壤養(yǎng)分含量和酶活性分布差異明顯，隨著海拔升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷以及酶活性均呈上升趨勢(shì)，而同一海拔，隨著土層加深，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷以及酶活性均呈下降趨勢(shì)。相關(guān)性分析表明，海拔高度與土壤酶活性、土壤養(yǎng)分等各指標(biāo)間呈極顯著或顯著相關(guān)；5種土壤酶活性與3種土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間，除蛋白酶和全磷不顯著相關(guān)外，其他均呈顯著或極顯著相關(guān)；5種土壤酶活性之間，除蛋白酶與蔗糖酶、蛋白酶和過(guò)氧化氫酶不顯著相關(guān)外，其他均呈顯著或極顯著相關(guān)；3種土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間均呈顯著或極顯著相關(guān)。[結(jié)論]該研究為植被的空間選擇及修復(fù)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞土壤；酶活；養(yǎng)分；空間分布；武夷山

中圖分類(lèi)號(hào)S154.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）09-0115-03

Spatial Distribution Characteristics of Soil Nutrients and Enzyme Activities in Wuyi Mountain

XIE Xinjie，LI Chaoxing，JIA Xiaoli，HU Yongle*

（Fujian Provincial Key Laboratory of EcoIndustrial Green Technology，College of Ecology and Resource Engineering，Wuyi University，Wuyishan， Fujian 354300）

Abstract[Objective] To discuss the spatial distribution characteristics of soil nutrients and enzyme activities in Wuyi Mountain.[Method] Soils from five altitudes of Wuyi Mountain （312，687，1 153，1 775 and 2 186 m） were collected，and soil nutrients and enzyme activity were determined.[Result] The distribution of soil nutrient content and enzyme activity in Wuyi Mountain had significant difference.Soil organic matter，total nitrogen，total phosphorus and enzyme activity raise with the increase of altitude，while the thing was opposite with the depth of the soil layer.Correlation analysis showed that altitude appeared extremely significant or significant correlation with soil enzyme activity and soil nutrient； Five kinds of soil enzyme activity and three kinds of soil nutrient index had extremely significant or significant difference，except protease and total phosphorus； In addition to protease and sucrase，protease and catalase，five kinds of soil enzyme activity were significantly or extremely significant correlation； Three kinds of soil nutrients were significant or extremely significant correlation between each other.[Conclusion] The research provides the basis for spatial selection and restoration of vegetation.

Key words Soil；Enzyme activity；Nutrients；Spatial distribution；Wuyi Mountain

土壤是地球生物養(yǎng)分的重要來(lái)源，是生物多樣性最豐富，能量交換、物質(zhì)循環(huán)最活躍的生命層[1-2]。土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力水平的一個(gè)重要指標(biāo)。有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、保肥和緩沖等具有積極的影響，且是土壤各種養(yǎng)分，尤其是氮、磷的重要來(lái)源。而氮、磷、鉀等是植物所必需的礦質(zhì)元素，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要意義[3]。土壤養(yǎng)分及酶活性在空間和時(shí)間上呈異質(zhì)性分布[4]。研究表明，隨著海拔的升高和土壤深度的加深，土壤養(yǎng)分和酶活性呈規(guī)律變化，同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)也隨之演化[5-7]。

武夷山保存著最典型、最完整、規(guī)模最大的中亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的生態(tài)環(huán)境[8-11]，是我國(guó)最大的“世界雙遺產(chǎn)地”。而福建省武夷山經(jīng)緯方向跨度較小，植被類(lèi)型無(wú)明顯的水平變化。但在其垂直方向，從最低海拔350 m 至最高海拔黃崗山頂峰的2 158 m，相對(duì)高差達(dá)1 808 m，隨海拔的升高地上植物群落發(fā)生了明顯變化，是不同類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)地上地下關(guān)系演變問(wèn)題的理想場(chǎng)所。

由于研究的海拔和地區(qū)不同，不同研究結(jié)果有很大區(qū)別，對(duì)于正確了解土壤養(yǎng)分和酶活性在不同海拔的分布規(guī)律帶來(lái)很多困難。為了進(jìn)一步了解武夷山土壤生態(tài)環(huán)境因子的分布特征，特別是其土壤中有機(jī)質(zhì)、氮 、磷、鉀含量及土壤酶的變化規(guī)律，筆者研究了武夷山不同海拔及其不同深度的土壤養(yǎng)分和酶活性的變化，探明隨海拔和深度變化的土壤肥力狀況，為研究武夷山植被的空間選擇性及其修復(fù)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集與處理

在5個(gè)不同海拔（312、687、1 153、1 775、2 186 m）處，分別隨機(jī)設(shè)置3個(gè)5 m×5 m的樣方，樣方之間間隔10 m。采用土壤取樣器，在每個(gè)土壤樣方采取對(duì)角線交叉取樣方式，分別采集0～15、15～30及30～45 cm土層土壤混合樣品，收集樣品帶回實(shí)驗(yàn)室于室內(nèi)常溫下自然風(fēng)干，去除殘枝、殘根等，采用四分法取1 kg土壤樣品，研磨，過(guò)60目篩，用于測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)和土壤酶活性。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法①土壤養(yǎng)分。參照《土壤農(nóng)化分冊(cè)》[12]測(cè)定土壤理化指標(biāo)，即土壤全氮采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測(cè)定；全磷采用氫氧化鈉-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用氫氧化鈉溶融-火焰光度法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測(cè)定[13]。

②土壤酶活性。參照《土壤酶及其研究法》[14]測(cè)定土壤酶活性，即土壤脲酶活性采用比色法測(cè)定；蔗糖酶活性采用硝基水楊酸法測(cè)定；酸性磷酸酶活性采用對(duì)硝基苯磷酸鹽法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；蛋白酶活性采用Folin-Ciocslteu比色法測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用DPS 7.05進(jìn)行顯著性與相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同海拔土壤養(yǎng)分變化

由表1可知，同一土層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量均隨著海拔升高呈上升趨勢(shì)，同一海拔土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量均隨著土壤深度增加呈下降趨勢(shì)，而全鉀含量隨著土壤深度增加呈上升趨勢(shì)。

2.2不同海拔土壤酶活性變化

由圖1可知，隨著海拔升高，0～15 cm土層脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、蛋白酶活性均呈上升趨勢(shì)，15～30 cm土層蔗糖酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、蛋白酶活性均呈上升趨勢(shì)，脲酶活性變化不大，30～45 cm土層蔗糖酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、蛋白酶活性均呈上升趨勢(shì)，脲酶活性變化不大。

隨著土層的加深，脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、蛋白酶活性在各海拔均呈下降趨勢(shì)，差異明顯。土壤酶活性的分層變化主要是因?yàn)橥寥牢⑸锱c土壤養(yǎng)分、水分、溫度和通氣情況密切相關(guān)，而這些因素隨土層加深呈規(guī)律性變化。

2.3不同海拔土壤養(yǎng)分與酶活性相關(guān)性分析

由表2可知，海拔高度與土壤酶活性、土壤養(yǎng)分等各指標(biāo)間呈極顯著或顯著相關(guān)。5種土壤酶活性與3種土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間，除蛋白酶與全磷不顯著相關(guān)外，其他均呈顯著或極顯著相關(guān)；5種土壤酶活性之間，除蛋白酶和蔗糖酶、蛋白酶與過(guò)氧化氫酶不顯著相關(guān)外，其他均呈顯著或極顯著相關(guān)；3種土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間均呈顯著或極顯著相關(guān)。

3結(jié)論與討論

海拔是重要的山地地形因子之一，由于海拔不同，氣候特征、林分類(lèi)型、土壤類(lèi)型改變均導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的差異[15]。因此，土壤受到多種生態(tài)因子的影響[16]，復(fù)雜的生物和非生物因子緊密作用形成土壤生態(tài)系統(tǒng)。土壤酶是表征土壤中物質(zhì)、能量代謝旺盛程度和土壤質(zhì)量水平的一個(gè)重要生物指標(biāo)[17]。其中，脲酶促進(jìn)了土壤中有機(jī)氮向無(wú)機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，酸性磷酸酶可促進(jìn)土壤中含磷化合物的水解，蔗糖酶有助于土壤可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和增加，蛋白酶參與土壤中的氨基酸、蛋白質(zhì)以及其他含蛋白質(zhì)氮的有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化，過(guò)氧化氫酶有助于土壤中對(duì)植物有害的過(guò)氧化氫的分解。土壤是復(fù)雜多酶體系，各種酶促反應(yīng)相互聯(lián)系，使得各種酶之間密切相關(guān)。該研究結(jié)果表明，武夷山不同海拔土壤酶活性間，除蛋白酶與蔗糖酶、蛋白酶和氧化氫酶外，均呈顯著或極顯著相關(guān)。

該研究表明，隨著海拔的升高，武夷山土壤養(yǎng)分含量和酶活性呈上升趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果一致[18-19]。土壤養(yǎng)分充足是酶活性增強(qiáng)的前提，土壤養(yǎng)分通過(guò)影響植物和土壤微生物的生物量及種類(lèi)，最終影響土壤酶的分泌。研究表明，土壤酶活性間及其與土壤有機(jī)碳、全氮均呈顯著正相關(guān)[19-20]，與該研究結(jié)果一致。土壤表層腐殖質(zhì)層養(yǎng)分含量高， 酶促反應(yīng)底物充足，加之溫濕度適宜、空氣充足，微生物代謝活躍，土壤酶活性較高。隨著土層的加深，土壤微生物活動(dòng)受限，從而影響其產(chǎn)酶能力，土壤酶活性逐漸降低[21]。土壤養(yǎng)分是酶活性的前提，土壤酶活性是土壤養(yǎng)分的動(dòng)力，兩者密切相關(guān)，導(dǎo)致地上植被的空間分布特異性。

參考文獻(xiàn)

[1]

段莉麗.土壤健康微生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2009.

[2] 李延茂，胡江春，汪思龍，等.森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物的作用與應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15（10）：1943-1946.

[3] 王瑞永，劉莎莎，王成章，等.不同海拔高度高寒草地土壤理化指標(biāo)分析[J].草地學(xué)報(bào)，2009，17（5）：621-628.

[4] CAMPBELL B D，GRIME J P.A comparative study of plant responsiveness to the duration of episodes of mineral nutrient enrichment[J].New phytologist，1989，112（2）：261-267.

[5] 羅文文，高琛稀，張東，等.不同海拔環(huán)境因子對(duì)富士蘋(píng)果葉片和果實(shí)品質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（8）：2243-2250.

[6] 胡霞，蔡霜，廖金花，等.峨眉山不同海拔森林土壤微生物和酶活性特征[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，33（1）：109-114.

[7] 張巧明，王得祥，龔明貴，等.秦嶺火地塘林區(qū)不同海拔森林土壤理化性質(zhì)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011，25（5）：69-73.

[8] 楊式雄，戴教藩，陳宗獻(xiàn)，等.武夷山土壤酶活性垂直分布與土壤肥力關(guān)系的研究[J].福建林業(yè)科技，1993，20（1）：1-7.

[9] 徐俠，權(quán)偉，汪家社，等.武夷山不同海拔植被帶土壤活性有機(jī)碳的季節(jié)變化[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，33（3）：55-59.

[10] 徐憲根，周焱，阮宏華，等.武夷山不同海拔高度土壤氮礦化對(duì)溫度變化的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2009，28（7）：1298-1302.

[11] 何容，汪家社，施政，等.武夷山植被帶土壤微生物量沿海拔梯度的變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（9）：5138-5145.

[12] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[13] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定法：GB 9834—88[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

[14] 關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[15] TANG C Q.Forest vegetation as related to climate and soil conditions at varying altitudes on a humid subtropical mountain，Mount Emei，Sichuan，China[J].Ecological research，2006，21（2）：174-180.

[16] BURNS R G.Enzyme activity in soil：Location and a possible role in microbial ecology[J].Soil biology and biochemistry，1982，14（5）：423-427.

[17] 董艷，董坤，鄭毅，等.種植年限和種植模式對(duì)設(shè)施土壤微生物區(qū)系和酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（3）：527-532.

[18] 金裕華，汪家社，李黎光，等.武夷山不同海拔典型植被帶土壤酶活性特征[J].生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（9）：1955-1961.

[19] 毛志剛，谷孝鴻，劉金娥，等.鹽城海濱濕地鹽沼植被及農(nóng)作物下土壤酶活性特征 [J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（18）：5043-5049.

[20] ALARCNGUTIRREZ E，F(xiàn)LOCH C，AUGUR C，et al.Spatial variations of chemical composition，microbial functional diversity，and enzyme activities in a Mediterranean litter（Quercus ilex L.） profile[J].Pedobiologia，2009，52（6）：387-399.

[21] 張仕艷，原海紅，陸梅，等.滇西北不同利用類(lèi)型土壤酶活性及其與理化性質(zhì)與微生物的關(guān)系[J].亞熱帶水土保持，2010，22（2）：13-16.

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，Journal of Anhui Agri. Sci.2017，45（9）：118-120