長白楤木土壤酶活性及微生物量碳、氮特征對種植年限的響應

關鍵詞：長白楤木；土壤酶活性；微生物量碳、氮；種植年限

中圖分類號：S567.23+9.01 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）11-0114-07

作物連續種植后土壤理化性質、微生物群落結構會發生明顯改變，且植物與土壤間具有互作機制，土壤肥力降低，進而影響植物生長。土壤質量的重要指標之一是酶活性，脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性與土壤中氮、磷循環及物質吸收具有密切關系。在氮、磷循環利用過程中，微生物的轉運作用也尤其重要，不同土層間微生物存在差異。土壤微生物量碳、氮是土壤有機質中最活躍的組分，對土壤的環境變化尤其敏感，因此微生物量碳、氮含量的變化也是反映土壤肥力的重要依據之一。

長白楤木是一種多年生草本植物，藥食同源，具有較高的營養價值和經濟價值。長白楤木在長年人工種植情況下容易出現生長緩慢、品質降低等情況。在自然環境條件下，隨著種植年限的延長，土壤酶活性及微生物量碳、氮的變化會影響植物對養分的吸收，從而對植物的生長發育、品質產生一定影響。本研究從了解長白楤木土壤性質的動態演變及如何創造有利于植物的良好生長條件等角度出發，采集不同種植年限的長白楤木土壤，分析其土壤酶活性及微生物量碳、氮變化特征，明確長白楤木不同種植年限與土壤理化性質間的關系，以期為長白楤木持續高產種植提供參考依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2022年9月在長春大學長白楤木試驗基地（125°17′56″E，43°49′47″N）進行。該地區年平均氣溫4.8℃，日照時間2 688 h；四季分明，春季晝短夜長，氣候干燥；夏季溫暖多雨；秋季早晚溫差大；冬季漫長而寒冷。

1.2土壤樣品采集

采集連續種植2、5、10年長白楤木且未施用肥料的土樣，分別取0～10、10～20、20～30 cm三個土層的土壤，裝入袋中帶回實驗室。將部分新鮮土樣自然風干后磨碎，過0.25mm后備用；剩余鮮土4℃條件貯存。

1.3測定指標及方法

土壤脲酶（UE）活性采用苯酚鈉一次氯酸鈉比色法測定；土壤磷酸酶（ALP）活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；土壤蔗糖酶（SC）活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定。土壤微生物量碳（SWBC）、土壤微生物量氮（SWBN）采用氯仿熏蒸處理法測定。

1.4數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據處理，采用SPSS 27.0軟件進行方差分析和相關性分析，采用Origin 2018、R 4.3.0軟件繪圖。

2結果與分析

2.1不同種植年限對長白楤木土壤酶活性的影響

2.1.1土壤脲酶活性 由圖1可知，不同種植年限的長白楤木土壤脲酶活性均隨著土層加深而降低。0～10 cm土層，種植5年的長白楤木土壤脲酶活性最高，種植10年的最低，后者較前者顯著下降59%。10～20 cm土層，種植2年的長白楤木土壤脲酶活性最高，較種植10年的顯著提高135%。20～30 cm土層，不同種植年限的土壤脲酶活性基本穩定在1.32 mg·g^-1·d^-1左右，種植年限間無顯著差異。整體來看，種植5年和10年的長白楤木平均土壤脲酶活性較種植2年的分別降低15%和47%。

柱上不同大寫字母代表同一土層不同種植年限間有顯著差異（Plt;0.05）；不同小寫字母代表同一種植年限不同土層間有顯著差異（Plt;0.05）。下同。

2.1.2土壤磷酸酶活性 由圖2可知，種植2年和10年的長白楤木土壤磷酸酶活性均隨著土層加深而降低，而種植5年的土壤磷酸酶活性則先降低后升高。0～10 cm土層，種植2年的長白楤木土壤磷酸酶活性最高，種植10年的最低，后者較前者顯著下降32%。10～20 cm土層，種植2年的長白楤木土壤磷酸酶活性最高，較種植5年的顯著提高55%。20～30 cm土層，種植5年的長白楤木土壤磷酸酶活性最高，種植10年的最低，較種植2年和5年的分別顯著下降26%和53%。整體來看，種植5年和10年的長白楤木平均土壤磷酸酶活性較種植2年的分別降低12%和28%。

2.1.3土壤蔗糖酶活性 由圖3可知，種植2年與10年的長白楤木土壤蔗糖酶活性均隨著土層加深而降低，而種植5年的土壤蔗糖酶活性則先降低后升高。0～10 cm土層，種植10年的長白楤木土壤蔗糖酶活性最高，種植5年的最低，較種植2年與10年的分別顯著下降18%和30%。10～20 cm土層，種植10年的土壤蔗糖酶活性最高，種植5年的最低，較種植2年與10年的分別顯著下降25%和37%。在20～30cm土層，種植2年與10年的土壤蔗糖酶活性穩定在0.34mg·g^-1·d^-1左右，二者無顯著差異，而種植5年的土壤蔗糖酶活性顯著高于種植2、10年的。整體來看，種植5年和10年的長白楤木平均土壤蔗糖酶活性較種植2年的分別提高6%和15%。

2.2不同種植年限對長白槐木土壤微生物量碳含量的影響

由圖4可知，隨土層加深，不同種植年限的長白楤木土壤微生物量碳含量均呈顯著下降趨勢。不同土層的土壤微生物量碳含量均為種植2年的最高，10年的最低。其中在0～10 cm土層，種植2年的土壤微生物量碳含量較種植5年和10年的分別顯著增加21%和29%。10～20 cm土層，種植2年的土壤微生物量碳含量較種植5年和10年的分別顯著增加20%和28%。20～30 cm土層，種植2年的土壤微生物量碳含量較種植5年和10年的分別顯著增加24%和40%。整體來看，種植年限為2、5年和10年的長白楤木20～30cm土層的土壤微生物量碳含量比表層土壤分別顯著下降25%、27%和31%。種植5年和10年的平均土壤微生物量碳含量較種植2年的分別顯著降低18%和24%。

2.3不同種植年限對長白楤木土壤微生物量氮含量的影響

由圖5可知，隨土層加深，不同種植年限的長白楤木土壤微生物量氮含量呈顯著下降趨勢。不同土層的土壤微生物量氮含量均為種植2年的最高，種植10年的最低。其中在0～10 cm土層，種植2年的土壤微生物量氮含量較種植5年和10年的分別顯著增加49%和65%。10～20 cm土層，種植2年的土壤微生物量氮含量較種植5年和10年的分別顯著增加57%和74%。20～30 cm土層，種植2年的土壤微生物量氮含量較種植5年和10年的分別顯著增加50%和61%。整體來看，種植年限為2、5年和10年的長白楤木20～30cm土層的土壤微生物量碳含量比表層土壤分別顯著下降15%、16%和13%。種植5年和10年長白楤木的平均土壤微生物量氮含量較種植2年的分別顯著降低34%和40%。

2.4不同種植年限下土壤微生物量碳、氮含量與相關酶活性的相關性分析

由圖6A可知，種植年限為2年時，土壤微生物量碳含量與脲酶、蔗糖酶活性呈極顯著正相關，與磷酸酶活性呈不顯著正相關：脲酶活性與蔗糖酶活性呈極顯著正相關，與磷酸酶活性呈顯著正相關；磷酸酶活性與蔗糖酶活性呈顯著正相關；微生物量氮含量與脲酶活性呈不顯著正相關，與磷酸酶、蔗糖酶活性呈不顯著負相關。

由圖6B可知，種植年限為5年時，土壤微生物量碳含量與脲酶、蔗糖酶活性呈顯著正相關，與磷酸酶活性呈不顯著正相關：脲酶活性與磷酸酶活性呈顯著正相關；蔗糖酶活性與脲酶、磷酸酶活性呈極顯著正相關；土壤微生物量氮含量與三種酶活性均呈不顯著正相關。

由圖6C可知，種植年限為10年時，土壤脲酶活性與磷酸酶活性呈顯著正相關；土壤蔗糖酶活性與脲酶、磷酸酶活性呈極顯著正相關；土壤微生物量碳、氮含量與三種酶活性之間呈不顯著正相關。

由以上分析可見，種植年限為2年的長白楤木土壤酶活性受微生物量碳、氮含量的影響較大，土壤酶活性的變化影響土壤碳、氮的累積和轉化。

3討論

3.1長白楤木土壤酶活性對種植年限的響應

土壤酶在土壤養分循環轉化中起著主要作用，其活性是衡量土壤肥力的重要指標之一，并且會受到養分含量變化的影響。本研究中，隨著長白楤木種植年限的延長，土壤脲酶和磷酸酶活性均表現出逐漸降低趨勢，這與Cheviron等的研究結果基本一致。主要原因是種植年限和栽培管理會影響土壤酶活性的變化，而酶活性的改變也與形成種植障礙密切相關，當植物經過長期種植栽培后，土壤質量下降，酶活性降低。而土壤蔗糖酶活性變化趨勢則相反，隨著種植年限的延長而增高，這與古軍霞等的研究結果較為一致。分析認為，土壤蔗糖酶能夠將土壤中的蔗糖水解為單糖，然后被植物所吸收利用，而長白楤木生長過程中根系分泌物提供了豐富的碳源，從而提高了蔗糖酶的活性。

本研究表明，長白楤木不同種植年限土壤脲酶活性隨土層加深而呈顯著下降趨勢，這與焦亞鵬等的研究結果相似。而深層土壤脲酶活性無顯著差異，這主要是因為土壤表層的營養物質豐富，有利于土壤微生物的呼吸與活動，并促進其新陳代謝。土壤磷酸酶活性總體隨著土層增加而顯著降低。有研究發現，土壤磷酸酶活性一方面與微生物的數量有關，另一方面與土壤微生物群落的多樣性與均勻性密切相關，這種多樣性與均勻性會隨著種植年限延長而逐漸降低，所以土壤磷酸酶活性也會降低。Tang等的研究結果為土壤蔗糖酶平均活性在0～10、10～20、20～30cm土層分別為0.82、0.47、0.46mg·g^-1.d^-1，表層土壤高于深層，具有一定的表聚性。然而種植5年長白楤木的土壤在深層中的磷酸酶與蔗糖酶活性顯著增加，這可能與土壤類型、周圍環境條件等因素有關，具體原因需要進一步探究。

3.2長白楤木土壤微生物量碳、氮含量對種植年限的響應

有機質是土壤的活性養分庫，提供植物生長需要的碳、氮養分。本研究中，隨著種植年限的延長，各土層土壤微生物量碳、氮含量大多表現為顯著降低，這與前人的研究結果較為一致。其中導致土壤微生物量碳含量變化的因素有很多，如土壤溫度、水分、營養狀況、土壤質量等，長白楤木的種植年限越長，這些因素就越有可能會發生裂變，導致土壤微生物量碳含量逐漸降低。土壤微生物量氮含量隨種植年限延長下降明顯，其原因可能是種植年限越長，土壤中的氮補充較少，同時長白楤木的生長也會吸收帶走土壤中大量的氮，從而導致土壤中微生物量氮含量逐年下降。并且兩者變化趨勢相似，正是因為微生物在活動過程中吸收碳的同時也要吸收氮，這樣可以使自身的碳氮比達到平衡。

研究表明，微生物量氮對土壤中氮素的循環和供給起著重要作用。本研究表明，長白楤木種植年限為2、5年和10年的土壤微生物量碳、氮含量隨土層加深呈現下降趨勢，其中微生物量氮在20～30cm土層與0～10、10～20 cm土層有顯著差異。這可能是不同深度的土壤肥力存在差異，而土壤微生物對土壤質量的變化非常敏感，從而影響土壤微生物量碳、氮的含量。因此，在長白楤木的種植過程中應對深層土壤加強管理，可以適當增施肥料、調節土壤pH值等，以提高土壤微生物量碳、氮含量，另外進行土壤改良也是不可或缺的。

3.3不同種植年限長白槐木土壤微生物量碳、氮及酶活性的相關性

土壤酶是土壤中物質循環的催化劑，其活性可以反映出土壤各種生物化學過程的強度與方向。研究表明，土壤中大部分酶的活性都會受到土壤微生物量碳、氮的影響，種植年限的延長會改變植物根系對土壤養分的吸收和利用，從而造成土壤肥力下降。相關性分析結果表明，種植年限為2年時，土壤微生物量碳與脲酶、蔗糖酶呈極顯著正相關，而種植年限為10年時，這種相關性并不顯著。這是由于土壤酶會將土壤中的有機物轉化成植物需要的養分，而微生物量碳與土壤中的碳、氮等養分的轉化供給有著密切關系。長白楤木種植年限短，土壤受到水分、植物根系等影響，微生物活動較強，直接影響土壤碳的累積和轉化。不同種植年限下，土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶之間均有一定的相關性。這與郭書亞、李春霖等的研究結果相似。

4結論

種植年限和土層深度對長白楤木土壤脲酶、磷酸酶活性及土壤微生物量碳、氮含量均有一定影響。隨種植年限延長，各指標均呈現下降趨勢；隨土層加深，各指標均呈現遞減趨勢。由此可推斷，長白楤木的種植年限越長對其土壤理化性質的影響越大，種植10年長白楤木的土壤肥力較低。因此，在長白楤木種植年限延長后應注意土壤管理，改善土壤質量，以更好地促進長白楤木的生長發育和產量提高。