焦峰，張新月，吳金花，周瑜樾，唐雷，呂淑敏

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319）

土壤發(fā)生分類作為土壤分類的基礎(chǔ)，一直在土壤科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用，但目前隨著追求精準(zhǔn)、定量的農(nóng)業(yè)化要求，土壤發(fā)生分類逐漸顯現(xiàn)了它的不足，因此，我國引進(jìn)了美國的土壤系統(tǒng)分類，此分類體系是能使每一種土壤都能在此找到其位置的定量化土壤分類體系，而均腐土在此系統(tǒng)中是指具有均腐殖質(zhì)特性和暗沃表層的土壤，且在黏化層上界至125 cm范圍內(nèi)和礦質(zhì)土表至180 cm范圍內(nèi)以及礦質(zhì)土表至石質(zhì)或準(zhǔn)石質(zhì)接觸面任意一最淺深度范圍鹽基飽和度≥50%或C/N≤17[1-5]。我們通常在土壤發(fā)生分類中看到的栗鈣土、黑鈣土、灰漠土、黑壚土等土壤類型均屬于均腐土[6]。

均腐土作為黑龍江省主要的土壤類型，一直以來都以有機(jī)質(zhì)含量豐富著稱，而土壤酶活性是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，且是眾多生化過程的反映，同時(shí)土壤酶還是土壤學(xué)和生物學(xué)的重點(diǎn)研究熱點(diǎn)之一。前人的研究表明，土壤的性狀不僅對(duì)土壤的理化性質(zhì)有改善作用，而且還能直接或間接的通過影響土壤微生物、土壤養(yǎng)分等影響土壤酶活性，但前人的分析均是對(duì)黑土進(jìn)行研究[7-10]，雖然均腐土也稱為廣義的黑土，但是不能一概而論，同時(shí)不能客觀的反映出均腐土質(zhì)量的原始變化，且近年來，土壤學(xué)者對(duì)于均腐土的研究?jī)H限于質(zhì)量評(píng)價(jià)、土壤理化性質(zhì)、問題等等[11-15]，而對(duì)于均腐土生物學(xué)性質(zhì)是怎樣的尚且未知。因此，基于前人的研究，對(duì)均腐土8個(gè)典型土系剖面土壤化學(xué)性質(zhì)及土壤酶活性進(jìn)行分析，來探討均腐土原始狀態(tài)下剖面土壤酶活性的變化規(guī)律，為均腐土區(qū)土壤酶活性提供基礎(chǔ)資料及為揭示均腐土生物學(xué)定量化指標(biāo)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)土系概況

試驗(yàn)研究區(qū)位于黑龍江省境內(nèi)，在均腐土廣泛發(fā)育區(qū)內(nèi)，選取8個(gè)采樣區(qū)，分別為富?？h富裕牧場(chǎng)、大慶市八一農(nóng)墾大學(xué)實(shí)習(xí)基地、訥河縣同義鎮(zhèn)保國村、明水縣、嫩江縣大西江農(nóng)場(chǎng)畜牧一隊(duì)、友誼縣友誼農(nóng)場(chǎng)二區(qū)五隊(duì)、虎林市850農(nóng)場(chǎng)第二管理區(qū)、密山市裴德鎮(zhèn)，具體概況如表1、表2所示。黑龍江省位于中國的最北端，是我國均腐土發(fā)育較廣的地區(qū)。目前，黑龍江省境內(nèi)均腐土占地面積約為1615.15萬hm2，采樣區(qū)處于溫帶和寒溫帶的過渡地帶，屬于典型的大陸性中溫帶、寒溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，春季低溫干旱，夏季溫?zé)岫嘤辏锛疽诐吃缢?，冬季寒冷漫長(zhǎng)，無霜期短，氣候地域性差異大。母質(zhì)均為第三紀(jì)、第四紀(jì)沖積、洪積形成的黃土狀母質(zhì)，現(xiàn)均已開墾為耕地，主要種植玉米、大豆、小麥、谷子、雜糧等農(nóng)作物。

表1 8個(gè)典型土系基本概況Table 1 Basic information of the 8 typical soil series

表2 均腐土土壤剖面描述Table 2 Isohumisols soil profile description

1.2 土壤樣品的采集

于2018年5月在研究區(qū)確定8個(gè)土系的樣點(diǎn)位置，采用5點(diǎn)法采集土壤樣品。采樣前先將土層表面的雜物去除，同時(shí)避開施肥點(diǎn)，再按照土壤發(fā)生層挖掘剖面，除去植物根系、石塊等雜質(zhì)后將每層土樣混合，分兩份分裝，一份風(fēng)干后過2 mm篩用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定，一份直接放4℃冰箱保存用于土壤酶活性的測(cè)定。

1.3 土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定

土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定采用常規(guī)方法[16]：其中，有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮采用凱式定氮法測(cè)定；全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用HF-硝酸混合消煮，原子吸收分光光度法測(cè)定；速效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法測(cè)定；碳酸鈣采用容量滴定法測(cè)定。

1.4 土壤酶活性的測(cè)定

土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶活性的測(cè)定按酶活試劑盒（上海優(yōu)選生物科技有限公司）說明書提供的方法進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2016整理后用SPSS21.0進(jìn)行多重比較和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 均腐土土壤化學(xué)性質(zhì)的變化

2.1.1 干潤(rùn)均腐土土壤化學(xué)性質(zhì)的變化

從表3看出，干潤(rùn)均腐土土壤發(fā)生層內(nèi)土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、速效磷含量的變化范圍分別為1.3~25.3 g·kg-1、0~2.59 g·kg-1、0.180~0.672 g·kg-1、18.3~24.23 g·kg-1、0~33.76 mg·kg-1；其中，干潤(rùn)均腐土土壤養(yǎng)分除全鉀外都存在表聚現(xiàn)象，即隨著發(fā)生層深度的增加，土壤養(yǎng)分逐漸降低，總體來看，明水系腐殖質(zhì)層有機(jī)碳和全氮含量均為最高，分別是25.3 g·kg-1、2.59 g·kg-1，說明明水系肥力較高，而全磷和速效磷含量均為保國系最高，分別為0.672 g·kg-1、33.76 mg·kg-1，說明保國系的磷含量較高，春雷南系的全鉀含量在母質(zhì)層最高，這歸因于鉀的固定性質(zhì)；碳酸鈣含量除富牧西系、保國系、明水系腐殖質(zhì)層無鈣積現(xiàn)象外，其余各層均具有鈣積現(xiàn)象，且富牧西系的淋溶層鈣積現(xiàn)象最顯著。

表3 干潤(rùn)均腐土土壤養(yǎng)分和碳酸鈣含量Table 3 Dry Isohumisols soil nutrients and CaCO3 content

2.1.2 濕潤(rùn)均腐土土壤化學(xué)性質(zhì)的變化

從表4看出，濕潤(rùn)均腐土土壤發(fā)生層內(nèi)土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、速效磷含量的變化范圍分別為3.3~43.9 g·kg-1、0.46~3.62 g·kg-1、0.381~1.025 g·kg-1、16.7~23.7 g·kg-1、2.82~100.87 mg·kg-1；其中，濕潤(rùn)均腐土土壤養(yǎng)分除全鉀和速效磷外都存在表聚現(xiàn)象，總體來看，大西江系腐殖質(zhì)層有機(jī)碳和全氮含量均為最高，分別是43.9、3.62 g·kg-1，說明大西江系與干潤(rùn)均腐土的明水系和保國系相同，肥力均較高，也有可能與都屬于中層黃土質(zhì)黑鈣土的本質(zhì)屬性有關(guān)，而速效磷含量表現(xiàn)為衛(wèi)星農(nóng)場(chǎng)系最高，為100.87 mg·kg-1；此外，除新發(fā)北系淋溶層有鈣積現(xiàn)象外，其余土系各層均無鈣積現(xiàn)象。綜合分析，干潤(rùn)均腐土和濕潤(rùn)均腐土的化學(xué)性質(zhì)均具有表聚現(xiàn)象，且整體表現(xiàn)為濕潤(rùn)均腐土高于干潤(rùn)均腐土。

表4 濕潤(rùn)均腐土土壤養(yǎng)分和碳酸鈣含量Table 4 Moist Isohumisols soil nutrients and CaCO3 content

2.2 均腐土土壤酶活性的變化

表5為均腐土8個(gè)土系土壤酶活性的變化規(guī)律，結(jié)果表明，均腐土8個(gè)土系土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶分別在35.99~48.9 μg·mL-1、726.61~1949.80 μg·mL-1、16.67~30.11 mg·mL-1、2.18~8.55 μmol·mL-1之間變化，但不同的土系酶活性的變化存在差異，其中，過氧化氫酶活性保國系最高，為48.90 μg·mL-1，是最低值衛(wèi)星農(nóng)場(chǎng)系的2.64倍，且呈顯著差異，富牧西系、明水系、大西江系、新發(fā)北系、裴德系均介于兩者之間，分別為1.78倍、0.25倍、1.80倍、1.46倍、1.44倍；脲酶活性中明水系最高，為1949.80 μg·mL-1，最低為富牧西系409.58 μg·mL-1，且兩者之前呈顯著差異，其他土系均介于兩者之間；蔗糖酶活性最高值大西江系為30.11 mg·mL-1，是最低值富牧西系的4.46倍，但8個(gè)土系差異均不顯著；堿性磷酸酶活性明水系和濕潤(rùn)均腐土差異顯著，其他均不顯著。綜合來看，明水系、保國系、大西江系的土壤酶活性均高于其他土系，且除大西江系外，土壤酶活性均表現(xiàn)為干潤(rùn)均腐土高于濕潤(rùn)均腐土。

表5 均腐土土壤酶活性Table 5 Isohumisols soil enzyme activity

2.3 土壤化學(xué)性質(zhì)與土壤酶活性的相關(guān)分析

介于上述的研究結(jié)果顯示隨深度的增加土壤化學(xué)性質(zhì)遞減的規(guī)律，筆者僅對(duì)土壤發(fā)生層Ah層之間的關(guān)系做了相關(guān)分析（表6），結(jié)果表明，均腐土土壤蔗糖酶活性與有機(jī)碳、全氮、全磷間呈顯著相關(guān)性（P＜0.05），而與全鉀相關(guān)性不顯著；土壤化學(xué)性質(zhì)有機(jī)碳與全氮間呈顯著相關(guān)性（P＜0.05）。這表明均腐土土系土壤酶與土壤化學(xué)性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)間是相互聯(lián)系的，同時(shí)酶活性在一定程度上反映了土壤的肥力，可用來表征均腐土土壤性狀、肥力高低及生物學(xué)指標(biāo)。

表6 土壤化學(xué)性質(zhì)與土壤酶活性的相關(guān)性Table 6 Correlations among soil chemical property and enzymes activity

3 討論

研究表明，均腐土土壤化學(xué)性質(zhì)與發(fā)生層有關(guān)，8個(gè)土系的化學(xué)性質(zhì)均隨著發(fā)生層的加深而降低，且土系間的變化差異較大。主要是兩個(gè)方面的原因：一方面，隨著發(fā)生層的增加，土壤容重、通氣狀況較差，微生物活動(dòng)變?nèi)?、酶活性降低，從而?dǎo)致土壤化學(xué)性質(zhì)的降低[17]；另一方面，不同土系種植的作物不同，根系向土壤中釋放的酶，植物殘?bào)w能運(yùn)用自身的腐解釋放酶進(jìn)入土壤，同時(shí)，也能通過土壤動(dòng)物和微生物區(qū)系作用來影響酶活性，從而間接影響土壤的化學(xué)性質(zhì)，不同土系土壤化學(xué)性質(zhì)總體表現(xiàn)為除明水系的有機(jī)碳外，濕潤(rùn)均腐土高于干潤(rùn)均腐土；主要是由于水分情況所致，濕潤(rùn)均腐土的降雨量高，碳礦化速率升高，從而促進(jìn)土壤養(yǎng)分的循環(huán)。速效磷是衛(wèi)星農(nóng)場(chǎng)系最高，這有可能是與當(dāng)季種植作物的吸收能力有關(guān)；此外，均腐土土系的腐殖質(zhì)層較厚，此層土壤中作物的根系分布較多，其分泌物及分解物也會(huì)對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生影響。

土壤酶活性總體表現(xiàn)為干潤(rùn)均腐土高于濕潤(rùn)均腐土，除蔗糖酶活性外；這與前人的研究結(jié)果不一致，這有可能與不同土壤類型及不同生境有關(guān)，具體原因還有待進(jìn)一步研究；而各土系土壤蔗糖酶活性無顯著差異，這有可能與各土系都屬于同一種土壤類型有關(guān)；干潤(rùn)均腐土中明水系的土壤肥力狀況最好，富牧西系的土壤肥力狀況較差，可能是由于明水系的降雨量較富牧西系強(qiáng)，水分增加影響微生物的活性和組成，導(dǎo)致土壤脲酶活性上升，且其他酶活性均呈現(xiàn)相同的變化。濕潤(rùn)均腐土中衛(wèi)星農(nóng)場(chǎng)系的土壤肥力狀況最好，新發(fā)北系的土壤肥力狀況較差，而土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶均未呈現(xiàn)相同的變化，可能的原因是種植作物種類群落的不同，導(dǎo)致土壤酶的季節(jié)動(dòng)態(tài)不同，但這尚需進(jìn)一步的研究。大西江系的土壤蔗糖酶和明水系的堿性磷酸酶在濕潤(rùn)均腐土和干潤(rùn)均腐土中均為最高，其可能是土系內(nèi)溫度狀況及含水量大，覆蓋物易分解，腐殖質(zhì)層微生物頻繁活動(dòng)，加快了營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，增加了土壤酶活性[18]。

蔗糖酶對(duì)土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)的增加起著重要作用，土壤化學(xué)性質(zhì)與土壤酶活性的相關(guān)分析表明，土壤蔗糖酶與有機(jī)碳、全氮、全磷有顯著的相關(guān)性，且蔗糖酶活性能反映土壤養(yǎng)分的積累與轉(zhuǎn)化規(guī)律，8個(gè)土系中蔗糖酶活性從高到低為：大西江系，保國系，新發(fā)北系，裴德系，衛(wèi)星農(nóng)場(chǎng)系，明水系，春雷南系，富牧西系。說明大西江系中養(yǎng)分的積累與分解轉(zhuǎn)化快[19]，這與田幼華研究的濕潤(rùn)地區(qū)的土壤酶活性比干旱地區(qū)的酶活性高的結(jié)果類似[20]，但是他研究的是濕地土壤。同時(shí)土壤化學(xué)性質(zhì)間全氮與有機(jī)碳呈顯著相關(guān)性，間接說明土壤酶活性可以作為評(píng)價(jià)均腐土土壤性狀的指標(biāo)。

4 結(jié)論

通過對(duì)黑龍江均腐土8個(gè)土系典型剖面的研究，得出如下結(jié)論：土壤化學(xué)性質(zhì)的變化強(qiáng)烈的受土壤類型的影響，且土壤化學(xué)性質(zhì)隨著發(fā)生層的加深，呈降低趨勢(shì)，其中，濕潤(rùn)均腐土的養(yǎng)分含量高于干潤(rùn)均腐土。土壤4種酶活性的變化幅度較大，除土壤蔗糖酶外，其余酶類在明水系和保國系中活性最高，且總體表現(xiàn)為干潤(rùn)均腐土高于濕潤(rùn)均腐土；土壤蔗糖酶與土壤化學(xué)性質(zhì)呈顯著相關(guān)，且土壤有機(jī)碳與全氮顯著相關(guān)，揭示這種酶在一定程度上可表示均腐土土壤的質(zhì)量水平，同時(shí)，在中國土壤系統(tǒng)分類的研究中可將其作為劃分均腐土的定量指標(biāo)。