沿海灘涂鹽生植物生境土壤酶活性的差異

李洪山，申玉香

(江蘇省海洋灘涂生物化學(xué)與生物技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室 鹽城工學(xué)院沿海灘涂生物農(nóng)業(yè)研究所, 江蘇 鹽城 224051)

土壤中含有豐富的酶，酶系統(tǒng)是土壤中最活躍的部分，土壤酶參與了包括土壤生物化學(xué)過(guò)程在內(nèi)的自然界物質(zhì)循環(huán)，土壤酶與土壤微生物一起共同推動(dòng)土壤的代謝過(guò)程[1]。目前對(duì)農(nóng)田環(huán)境的土壤酶已進(jìn)行了廣泛的研究，在不同耕作方式的水稻田中，土壤酶活性表層高，底層低，壟作免耕有利于改善稻田土壤生態(tài)環(huán)境，有利于土壤肥力的提高[2]。土壤酶及其微生物代謝產(chǎn)物影響到土壤對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的吸附和解吸，可使?fàn)I養(yǎng)元素流失，也可提高營(yíng)養(yǎng)元素的利用率[3]。在不同連作年限棉田土壤的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的變化趨勢(shì)一致，均隨著連作年限的增加呈增強(qiáng)的趨勢(shì)[4]。我國(guó)灘涂規(guī)模較大，北起遼寧，南至廣西沿海均有分布，岸線總長(zhǎng)度可達(dá) 4 000 km，其中尤以江蘇省的沿海灘涂面積最多，分布最廣。研究灘涂土壤環(huán)境，合理開(kāi)發(fā)灘涂資源，對(duì)加快沿海經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展有著舉足輕重的作用。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

土壤樣品采集于江蘇省東臺(tái)市沿海現(xiàn)代農(nóng)場(chǎng)境內(nèi)，在農(nóng)場(chǎng)選擇鹽地堿蓬群落、互花米草群落和蘆葦群落3種不同生境土壤，土樣采自 2～10 cm 土層，每個(gè)樣品采用對(duì)角線5點(diǎn)取樣，多點(diǎn)混合后裝入塑料自封袋備用。同期在鹽城市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)水稻田(冬季空茬，以下簡(jiǎn)稱水稻田)采樣作為對(duì)照樣品。

1.2 土壤理化性質(zhì)分析

參照文獻(xiàn)[5]，有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用硫酸-重鉻酸鉀法(水合熱法)；全氮測(cè)定采用半微量凱氏法；速效磷測(cè)定采用酸溶-鉬藍(lán)比色法；水溶性鹽測(cè)定采用殘?jiān)娓煞ā?/p>

1.3 土壤酶測(cè)定

參照文獻(xiàn)[1]的方法，脲酶以尿素為基質(zhì)，采用擴(kuò)散法，脲酶活性以15 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示。磷酸酶用磷酸苯二鈉法，酶的活性以24 h內(nèi)1 g土壤中稀釋出的酚的毫克數(shù)表示。多酚氧化酶以鄰苯三酚為基質(zhì)，采用比色法，活性以2 h后1 g土壤中紫色沒(méi)食子素的毫克數(shù)表示。過(guò)氧化物酶以鄰苯三酚為基質(zhì)，在過(guò)氧化氫參與下，采用比色法，活性以2 h后1 g土壤中紫色沒(méi)食子素的毫克數(shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和DPS2000進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要理化性質(zhì)

灘涂植物多樣性豐富，灘涂鹽生植物群落基本上是自然演替的結(jié)果，由于灘涂鹽分的梯度分布、植物生存環(huán)境的差異等原因，不同鹽生植物生境中土壤性質(zhì)有差異，鹽生植物生境土壤與改良脫鹽土壤之間的性質(zhì)也有差異。表1表明，水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于灘涂植物生境土壤，與土壤營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的指標(biāo)如全氮、速效磷等也高于灘涂鹽生植物群落生境土壤，其中以全氮指標(biāo)值差異更為顯著。蘆葦對(duì)水分的適應(yīng)幅度很寬，對(duì)土壤鹽分要求不嚴(yán)格，在灘涂屬于高程低鹽環(huán)境植物，每到秋冬季節(jié)蘆葦枯黃，莖葉落地，土壤中植物纖維豐富。互花米草是灘涂促淤植物，常年生長(zhǎng)在海岸邊的流水和濕地中，土壤中生物豐富，米草生境土壤中有機(jī)物來(lái)源多，含量據(jù)3種鹽生植物生境之首。鹽地堿蓬是灘涂先鋒定居植物，適鹽性較廣，宜生長(zhǎng)在干、濕地，植物生物量較小。灘涂植物生境中土壤鹽分含量較高。

2.2 脲酶活性

脲酶廣泛存在于土壤中，尿素氮肥水解與脲酶密切相關(guān)，也與土壤中其他因子(有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量)有關(guān)。研究表明，水稻田脲酶活性最高，為(0.199±0.056)mg·g-1，是灘涂互花米草生境土壤的2.28倍、蘆葦生境土壤的2.0倍和鹽地堿蓬生境土壤中的3.03倍。不同灘涂鹽生植物生境土壤中脲酶活性大小是蘆葦>互花米草>鹽地堿蓬(表2)，但蘆葦生境土壤中的脲酶活性與互花米草生境土壤中的沒(méi)有顯著性差異，它們與鹽地堿蓬生境土壤中脲酶有極顯著性差異。

表1 鹽城沿海灘涂不同植物群落生境土壤 主要理化性質(zhì)

表2 鹽城沿海灘涂不同植物生境中土壤酶活性

注：同列數(shù)據(jù)后不同的大、小寫字母，分別表示其差異達(dá)極顯著、顯著水平。

2.3 不同植物群落生境土壤磷酸酶活性

磷酸酶參與土壤有機(jī)磷轉(zhuǎn)化，在pH值4～9的土壤中均有磷酸酶的存在，磷酸酶對(duì)土壤磷素的有效性有重要作用。水稻田中磷酸酶活性最大，為(62.34±2.13)mg·g-1，是鹽生植物生境土壤的1.5～6.5倍。3種鹽生植物生境土壤磷酸酶活性大小順序?yàn)榛セ撞?蘆葦>鹽地堿蓬，互花米草與其他2種有極顯著性差異，蘆葦與鹽地堿蓬之間沒(méi)有顯著性差異(表2)。

2.4 不同植物群落生境多酚氧化酶活性

多酚氧化酶參與土壤有機(jī)組分中芳香族化合物的轉(zhuǎn)化，將土壤中的酚類物質(zhì)氧化生成醌，多酚氧化酶是土壤腐殖化的一種媒介，對(duì)土壤改良有積極功效。水稻田土壤多酚氧化酶活性較小，為(3.37±0.66)mg·g-1，與蘆葦生境土壤的相近，是互花米草生境土壤的26.90%，是鹽地堿蓬生境土壤的31.97%。3種鹽生植物生境土壤之間的多酚氧化酶活性蘆葦生境的最小，與其余2種有極顯著性差異，互花米草與堿蓬生境土壤間沒(méi)有顯著性差異(表2)。

2.5 不同植物群落生境過(guò)氧化物酶活性

過(guò)氧化物酶可以氧化土壤有機(jī)物質(zhì)，在腐殖質(zhì)的形成過(guò)程中具有重要作用。水稻田土壤中過(guò)氧化物酶活性僅僅為(0.813±0.20)mg·g-1，是其他土樣的3.4%～12.6%，3種鹽生植物生境土壤以互花米草的過(guò)氧化物酶活性最高，蘆葦?shù)淖钚　?種植物生境土壤相互之間有極顯著性差異(表2)。

3 小結(jié)與討論

土壤是一個(gè)有機(jī)的整體，土壤酶與土壤養(yǎng)分、土壤微生物關(guān)系密切。一些酶是以土壤營(yíng)養(yǎng)元素為代謝底物，土壤肥力影響到酶活性，有機(jī)質(zhì)與脲酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶有密切的關(guān)系，土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高可以促進(jìn)酶活性，而酶活性的提高反過(guò)來(lái)又加快有機(jī)質(zhì)的分解。沿海灘涂植物群落演替基本途徑是互花米草群落被鹽地堿蓬群落替代，之后在一些生境中被蘆葦群落替代。灘涂植物群落的更迭基本上是土壤鹽分的變化、土壤養(yǎng)分的變化以及土壤生物群落的變化的共同結(jié)果。本研究表明鹽生植物生境土壤中脲酶與全氮、磷酸酶與速效磷、有機(jī)質(zhì)與氧化酶之間有同一變化趨勢(shì)，農(nóng)科院水稻田由于是長(zhǎng)期高肥水管理，土壤營(yíng)養(yǎng)成分豐富，對(duì)一些酶活性有抑制作用，農(nóng)科院水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，但其氧化酶活性偏低。目前土壤酶與土壤肥力之間的關(guān)聯(lián)性的觀點(diǎn)不一，See等[6]認(rèn)為土壤酶活性不能作為評(píng)價(jià)林地土壤肥力的參數(shù)。邱莉萍等[7]認(rèn)為，土壤脲酶和堿性磷酸酶活性與土壤養(yǎng)分之間呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，可以作為衡量土壤肥力水平的指標(biāo)。本研究結(jié)果表明土壤酶活性與土壤肥力有關(guān)聯(lián)，但不能夠作為土壤肥力的指標(biāo)值。

植物種類以及生長(zhǎng)環(huán)境影響土壤酶活性，土壤酶活性與土層深度有關(guān)聯(lián)，表層土壤酶活性相對(duì)較高，土壤酶活性均隨土層的加深呈遞減趨勢(shì)[8]。本研究以3種鹽生植物生境土壤與脫鹽土壤種植的水稻田土壤相比較，灘涂互花米草、鹽地堿蓬和蘆葦3種植物群落基本上是自生自滅，沒(méi)有外來(lái)因素的干擾，植物是春生冬枯，土壤中植物殘留物較多，給土壤微生物提高了豐富的代謝底物，因此有利于土壤酶活性的提高，加之灘涂土壤鹽分偏高，營(yíng)養(yǎng)元素組成失衡，給土壤生物改良鹽堿地提高了空間。農(nóng)科院水稻田土壤已經(jīng)經(jīng)過(guò)多年的耕作，土壤營(yíng)養(yǎng)相對(duì)平衡，土壤酶代謝底物充足，土壤酶活性特點(diǎn)與鹽堿地的有所差異，通過(guò)差異性比較對(duì)鹽堿地改良有指導(dǎo)作用。

土壤鹽分影響土壤微生物的組成，進(jìn)而影響土壤的酶活性，但作者未對(duì)土壤鹽分差異與土壤酶活性的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究。關(guān)松蔭[1]認(rèn)為，土壤pH值影響土壤磷酸酶、脲酶和氧化酶的活性，在 pH 值較高、顯堿性的土壤中，堿性磷酸酶活性較高。一般情況下，脲酶活性在中性土壤中最大，過(guò)氧化氫酶在酸性土壤中活性受抑制。

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

[2] 高明，周保同，魏朝富，等. 不同耕作方式對(duì)稻田土壤動(dòng)物、微生物及酶活性的影響研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004,15(7):1177-1181.

[3] 李仲?gòu)?qiáng)，譚周進(jìn)，夏海鰲. 耕作制度對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2001(2):24-25.

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[5] 中國(guó)土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會(huì). 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法[M].北京:科學(xué)出版社,1983:12-60.

[6] SEE M H, LAITAMM H, PIKK J. The influence of nutritional conditions on forest-soil microflora[J]. Baltic Forestry, 1998，4(1): 2-7.

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