壤胞外酶對濕地植物和土壤質量的影響

收稿日期：2023-10-10

作者簡介：姜雨虹（1997—），女，湖南岳陽人，研究方向為土地資源監測與評價。

摘 要：土壤胞外酶是濕地生態系統中至關重要的組成部分，對濕地植物的生長和土壤質量起著重要的調控作用。探討了土壤胞外酶的生物合成、分泌及其活性影響因素，系統地解析了土壤胞外酶對濕地植物生長、養分吸收和抗逆性的影響機制，研究了農業活動對土壤胞外酶的影響，并提出了相應的實踐策略，包括優化農業管理措施、恢復和保護濕地生態系統、增加有機廢棄物的合理利用以及加強土壤質量監測與評估等，有助于維護濕地生態系統的健康與穩定，為農業可持續發展提供有力的支撐。

關鍵詞：土壤胞外酶；濕地植物；土壤質量；農業活動；調控策略

中圖分類號：S154.2 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

濕地生態系統是地球上最重要的生態系統之一，在全球碳循環、氣候調節、水源保護、生物多樣性維護等方面發揮著不可替代的作用。濕地生態系統不僅為人類提供了豐富的生態服務，還是眾多野生動植物的棲息地。

土壤胞外酶作為濕地生態系統中微生物活動的關鍵因子，可調控濕地植物的生長和土壤質量。土壤胞外酶是微生物分泌到土壤中具有催化功能的蛋白質，能夠催化土壤中有機物、無機物的分解，并釋放出能量和養分供微生物和植物吸收利用。因此，研究土壤胞外酶在濕地生態系統中的作用，有助于相關部門深入了解濕地的生態過程和機制，并采取有效的管理措施維護濕地的生態功能。

1 土壤胞外酶的概述

1.1 土壤胞外酶的定義與分類

土壤胞外酶是指存在于土壤中的、由微生物分泌具有催化功能的蛋白質，能夠催化土壤有機物和無機物的分解，釋放出能量和養分供微生物和植物吸收利用。根據其底物和催化反應的類型，可將土壤胞外酶分為多種不同的酶類，如磷酸酶、脲酶、蛋白酶等，在土壤有機質的分解、氮素循環和氨基酸代謝等過程中發揮著重要作用。

1.2 土壤胞外酶的生物合成與分泌

土壤胞外酶的生物合成和分泌過程是一個復雜的生物學過程，涉及多個基因和蛋白質的相互作用。在此過程中，微生物通過基因編碼合成酶蛋白，并在細胞內進行修飾和組裝；隨后，酶蛋白被轉運至細胞膜上，通過胞吐的方式分泌到土壤中，此過程受多種因素的影響，包括微生物種類、營養狀況、環境因素等。

1.3 土壤胞外酶的活性與影響因素

土壤胞外酶的活性是指其在催化反應中的效率和能力。酶的活性受到多種因素的影響，包括pH值、溫度、水分、污染物等，這些因素會通過影響酶的結構和功能，進而影響酶的活性。此外，土壤中的有機質、礦物質和微生物群落等也會對酶的活性產生影響。例如，有機質可以提供能源和底物給微生物，促進胞外酶的分泌和活性；而重金屬污染物則可能抑制酶的活性，影響其正常功能的發揮[1]。

在濕地生態系統中，土壤胞外酶的活性還受到濕地植物的影響。植物根系分泌物可為微生物提供能源和碳源，促進微生物的生長和酶的分泌。同時，植物根系還可以與微生物形成共生關系，促進養分的吸收和利用。

2 土壤胞外酶與濕地植物生長的關系

土壤胞外酶作為濕地生態系統中微生物活動的關鍵因子，不僅對土壤有機質的分解和養分循環具有重要作用，還與濕地植物的生長有著密切的關系。

2.1 土壤胞外酶與植物生長的相互作用

土壤胞外酶能夠催化有機物質分解，釋放出植物可利用的養分，如氮、磷、鉀等。這些養分被植物吸收后，有助于植物的生長和發育。通過研究土壤胞外酶的活性與植物生長的關系，可以更好地理解植物養分吸收的機制，為植物營養管理提供科學依據。

2.2 土壤胞外酶對濕地植物養分吸收的影響

（1）促進有機物質分解：土壤中的有機物質是植物養分的來源之一。土壤胞外酶能夠催化有機物質分解，釋放出植物可利用的養分。通過研究不同酶的活性與有機物質分解速率的關系，可以更好地了解植物養分吸收的機制。

（2）調節土壤pH值和氧化還原狀態：土壤pH值和氧化還原狀態是影響植物養分吸收的重要因素。土壤胞外酶能夠通過調節土壤pH值和氧化還原狀態，影響植物對養分的吸收效率。例如，酸性磷酸酶能夠促進磷的釋放和有效性，從而提高植物對磷的吸收效率。

（3）促進根際微生物互作：土壤胞外酶還會參與植物根際微生物的互作過程。根際微生物通過分泌胞外酶來分解有機物質和釋放養分以供植物吸收利用。同時，植物根系也可以通過分泌胞外酶來促進根際微生物的生長和活性，形成互利共生的關系，有助于提高植物對養分的吸收效率。

2.3 土壤胞外酶對濕地植物抗逆性的影響

（1）增強植物抗病性：土壤胞外酶參與植物的免疫反應和抗病機制，可提高植物對病蟲害的抵抗力。例如，某些胞外酶能夠催化抗菌物質的合成和釋放，降低病原菌對植物的侵害風險；同時，植物根系也通過分泌胞外酶來促進有益微生物的生長和活性，拮抗有害病原菌的生成。

（2）降低環境脅迫的影響：土壤胞外酶還具有降低環境脅迫對植物影響的作用。例如，某些胞外酶能夠降解有毒有害物質，降低其對植物的毒害作用。同時，土壤胞外酶還會參與植物的氧化還原平衡調節，有助于提高植物對氧化、還原脅迫的適應能力。

3 土壤胞外酶對濕地土壤質量的影響

3.1 土壤質量的概念與評價指標

土壤質量是指土壤的健康狀況和生產能力，是衡量土壤綜合性能的重要指標。土壤質量的影響因素眾多，包括土壤養分、微生物群落、物理性質等。為了全面評價土壤質量，需要采用一系列的指標進行綜合評估，包括土壤有機質、微生物活性、土壤結構、土壤透氣性等。

3.2 土壤胞外酶對土壤有機質的影響

土壤有機質是評價土壤質量的重要指標之一，對土壤的肥力和可持續性具有重要作用。土壤胞外酶對土壤有機質的影響主要體現在以下2個方面。

（1）促進有機物質分解轉化：土壤胞外酶能夠催化有機物質分解，釋放出養分供植物和微生物利用。通過研究不同酶的活性與有機物質分解速率的關系，可以更好地了解有機質分解的機制。同時，有機質的分解轉化有助于提高土壤的肥力和持水能力。

（2）影響土壤腐殖質的形成與性質：腐殖質是有機質的重要組成部分，對土壤的理化性質和生物活性具有重要作用。土壤胞外酶參與腐殖質的形成和轉化過程，影響其理化性質和功能。例如，某些胞外酶能夠催化酚類物質聚合反應，促進腐殖質的形成；同時，酶的活性還會影響腐殖質的結構和理化性質，進而影響土壤的肥力和持水能力。

3.3 土壤胞外酶對土壤微生物群落的影響

土壤微生物群落是影響土壤質量的重要因素之一，參與土壤有機質的分解、養分的循環和轉化等過程。土壤胞外酶對土壤微生物群落的影響主要體現在以下2個方面。

（1）影響微生物的活性與多樣性：土壤胞外酶的活性直接影響微生物的生長和代謝。某些胞外酶的合成和分泌與微生物的生長周期和代謝活動密切相關，通過調控胞外酶的活性，可以影響微生物的活性。同時，不同酶的活性還可能影響微生物群落的多樣性，進而影響土壤質量[2]。

（2）促進微生物互作與共生：土壤胞外酶還參與微生物之間的互作與共生過程。例如，植物根系分泌的胞外酶可以促進根際微生物的生長和活性，形成互利共生的關系。同時，不同微生物之間也可以通過分泌胞外酶進行營養競爭和協同作用，從而維持土壤微生物群落的穩定性和功能。

3.4 土壤胞外酶對土壤物理性質的影響

土壤物理性質是影響土壤質量的重要因素之一，包括土壤結構、透氣性、持水能力等。土壤胞外酶通過參與有機質的分解和轉化，有助于改善土壤的結構。有機質的分解產生腐殖質和多糖等物質，能夠增加土壤的團聚體穩定性，提高土壤的通氣性和持水能力。同時，多糖等大分子物質的分解也有助于提高土壤的滲透性和減少土壤緊實度。

4 農業活動對土壤胞外酶的影響

4.1 農業耕作方式對土壤胞外酶的影響

耕作方式是影響土壤質量和生態系統功能的重要農業活動之一，不同的耕作方式對土壤胞外酶的活性產生不同的影響。

機械耕作對土壤胞外酶活性的影響：機械耕作通過擾動土壤結構和改變土壤環境，對土壤胞外酶的活性產生影響。機械耕作可能破壞土壤結構，降低土壤濕度和pH值，從而降低土壤胞外酶的活性。同時，耕作過程中可能將底物和養分帶入土壤中，促進微生物的生長和酶的分泌。

農業操作對土壤胞外酶活性的影響：農業操作，如種植、收獲、灌溉等也可能對土壤胞外酶的活性產生影響。例如，種植作物的根系分泌物可為微生物提供能源和碳源，促進微生物的生長和酶的分泌。而收獲農作物可能將底物和養分從土壤中移除，進而影響微生物的生長和酶的分泌。

4.2 施肥對土壤胞外酶的影響

施肥是提高土壤養分水平和促進植物生長的重要農業措施之一，不同類型的肥料會對土壤胞外酶的活性產生不同的影響。

有機肥料對土壤胞外酶活性的影響：有機肥料富含有機物質和微生物，能夠提供養分和促進微生物的生長。有機肥料的施用可能增加土壤有機質的含量，促進土壤胞外酶的分泌和活性。同時，有機肥料中的微生物也可能分泌胞外酶，參與有機物的分解和養分的釋放。

化學肥料對土壤胞外酶活性的影響：化學肥料能夠提供植物所需的養分，但過量施用可能導致土壤酸化、鹽堿化和生態平衡失調。化學肥料的使用可能改變土壤pH值和氧化還原狀態，從而影響土壤胞外酶的活性。

4.3 農藥使用對土壤胞外酶的影響

農藥是用于防治農作物病蟲害的有毒化學物質，但其使用可能對土壤質量和生態系統功能產生負面影響。農藥的使用可能對土壤微生物群落產生毒害作用，抑制微生物的生長和酶的分泌。某些農藥可能直接抑制土壤中特定微生物種群的生長，導致微生物多樣性降低。農藥在土壤中的殘留可能對土壤酶活性產生影響。某些農藥可能與土壤酶發生化學反應，并抑制其活性或改變其功能。此外，農藥還可能通過干擾土壤pH值、氧化還原狀態等環境因素，間接影響土壤酶活性。

5 調控土壤胞外酶的策略

5.1 優化農業管理措施

農業管理措施是調控土壤胞外酶活性的重要手段之一。其中，推廣輪作和間作制度是關鍵。輪作和間作能夠改善土壤結構，提高土壤通氣性和持水能力，有利于微生物的生長和酶的分泌。通過合理安排輪作和間作的作物種類和時間，可以調節土壤中不同酶的活性，從而促進養分的循環和轉化[3]。

此外，科學施肥也是重要的農業管理措施。施肥是提高土壤養分水平的關鍵措施之一，農民可根據作物需求、土壤肥力和養分循環狀況來確定施肥種類和數量。同時，應盡量選擇有機肥料或復合肥料，避免過量施用化學肥料而導致的土壤酸化、鹽堿化和生態平衡失調。

5.2 恢復和保護濕地生態系統

恢復和保護濕地生態系統對于維護土壤質量和生態平衡具有重要意義，而且有助于提高土壤酶活性。其中，保護自然植被是基礎。自然植被是濕地生態系統的重要組成部分，具有保持土壤、調節水分、提供棲息地等功能。相關部門應采取有效措施保護濕地周邊的自然植被，防止過度開發和破壞，可通過建立濕地保護區、限制人類活動范圍等措施有助于保護自然植被的完整性。

5.3 提高有機廢棄物的利用率

有機廢棄物是農業生產中常見的廢棄物資源，如農作物秸稈、畜禽糞便等。合理利用有機廢棄物不僅可以減少環境污染，還能為土壤提供有機物質和養分，促進微生物的生長和酶的分泌。農民可將農作物秸稈粉碎后直接還田，有利于增加土壤有機質含量，促進微生物的生長和酶的分泌。同時，秸稈還田還可以改善土壤結構，提高土壤通氣性和持水能力。為了提高秸稈還田的效果，可以采取適當的粉碎方法和添加腐熟劑等以促進秸稈的分解和轉化。

同時，畜禽糞便的無害化處理與利用也是重要的有機廢棄物利用方式。畜禽糞便含有豐富的有機物質和養分，經過無害化處理后可以作為有機肥料施入土壤。肥料中的有機物質能夠為微生物提供碳源和能源，促進微生物的生長和酶的分泌。可以采用堆肥發酵等方法殺滅病原菌和寄生蟲卵等有害生物，提高肥料的安全性和有效性。

5.4 加強土壤質量監測與評估

定期監測土壤質量狀況評估土壤酶活性、養分狀況、污染物含量等指標，可以為制定相應的管理措施提供科學依據。首先，建立完善的土壤質量監測網絡是基礎。監測網絡應覆蓋各個重要的生態區域，并定期采集土壤樣本進行檢測。監測的內容應該包括土壤的理化性質、養分狀況、酶活性、污染物含量等。

其次，加強數據收集和分析工作至關重要。土壤質量監測涉及大量的數據，工作人員需要進行科學的數據管理和分析。通過運用現代科技手段，如大數據分析、GIS系統等，相關部門可以更好地整理和分析這些數據，從而更準確地評估土壤質量狀況和酶活性水平。

最后，通過持續的監測和數據分析可以及時發現土壤質量的變化和問題。一旦發現土壤質量下降或酶活性異常，相關部門應采取相應的措施對其進行改良。

6 結束語

土壤胞外酶作為濕地生態系統中微生物活動的關鍵因子，對土壤質量、養分循環和生態系統功能具有重要影響。為了保護和提高濕地土壤質量，相關部門需要采取一系列調控措施管理土壤胞外酶活性。通過優化農業管理措施、恢復和保護濕地生態系統、增加有機廢棄物的合理利用以及加強土壤質量監測與評估等多方面的努力，可以有效提高土壤質量，促進生態系統的健康和可持續發展。在未來濕地保護和土壤質量提升的實踐中，相關部門和工作人員應通過科學、合理的調控手段，促進土壤質量的提高和生態系統的恢復。同時，加強宣傳教育，提高公眾對濕地生態系統的認識和保護意識，促進社會各界的廣泛參與和支持。

參考文獻

[1] 姚宏佳.黃土高原草地土壤胞外酶活性和微生物殘體碳的變化特征[D].楊凌：西北農林科技大學，2023.

[2] 曹雨婷.不同菌根類型林分土壤胞外酶活性及影響因素[D].南京：南京林業大學，2023.

[3] 馮秀秀.秦嶺太白山闊葉林不同海拔根際土壤胞外酶活性和微生物群落差異性研究[D].西安：西北大學，2021.