植被更替及植果年限對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和酶活性的影響

摘要 ? ?土壤有機(jī)質(zhì)及酶活性是反映植被更替對(duì)土壤質(zhì)量作用與影響較為敏感的指標(biāo)，對(duì)分析制約地區(qū)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展因素具有重要意義。在彬縣果區(qū)土壤及地形條件與管理水平基本一致的條件下，以農(nóng)田土壤（對(duì)照）與8年（幼齡）、21年（老齡）果園為研究對(duì)象，研究其0～40 cm土層深度內(nèi)的有機(jī)質(zhì)、過(guò)氧化氫酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)、脲酶和堿性磷酸酶活性隨土層深度的增加而減少。在0～40 cm土層范圍內(nèi)，農(nóng)田演替為果園，降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量、過(guò)氧化氫酶和堿性磷酸酶活性，增加了土壤脲酶活性。隨著種植年限的增加，有機(jī)質(zhì)含量在0～20 cm土層出現(xiàn)累積趨勢(shì)，過(guò)氧化氫酶活性減少，而堿性磷酸酶和脲酶在剖面上呈現(xiàn)不同程度的遞減趨勢(shì)。因此，在0～40 cm土層植被更替及植果年限對(duì)土壤生物質(zhì)量影響明顯，可能會(huì)對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞 ? ?土壤有機(jī)質(zhì);土壤酶活性;果園;植被更替;植果年限

中圖分類號(hào) ? ?S154.2;S661.1 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）19-0177-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Effect ?of ?Vegetation ?Replacement ?and ?Planting ?Years ?on ?Soil ?Organic ?Matter ?and ?Enzyme ?Activity

SHI Zong-lin

（Department of Biology，Hengshui University，Hengshui Hebei 053000）

Abstract ? ?Soil organic matter and enzyme activity are sensitive indexes to reflect the effect and influence of vegetation replacement on soil quality，which have great significance for analyzing the factors restricting the sustainable development of regional apple industry.The 0-40 cm soil depth in farmland （control），8-year-old（young） and 21-year-old（old） apple orchards in Bin County were collected，where the terrain condition and management level were under the same conditions，to study the change trend of the soil organic matter content and the activities of catalase，urease and alkaline phosphatase.The results showed that the soil organic matter content and the activities of urease and alkaline phosphatase decreased with the increasing of soil depth. Within the 0-40 cm soil depth，the farmland converting to orchard reduced the content of soil organic matter and activities of catalase and alkaline phosphatase，but increased the urease activities.With the increasing of planting years，the organic matter content in 0-20 cm soil depth showed a cumulative trend，and catalase activity decreased，while activities of alkaline phosphatase and urease showed a decreasing trend to different degrees in profile.Therefore，vegetation replacement and fruit planting years have obvious effects on soil biological quality in 0-40 cm soil depth，which may affect the growth of fruit trees.

Key words ? ?soil organic matter;soil enzyme activity;orchard;vegetation replacement;planting year

土壤酶是一種生物活性物質(zhì)，其具有催化能力，通過(guò)土壤中的微生物等活動(dòng)分解釋放到土壤中[1]，在有機(jī)物分解和養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程中起著重要的生化作用[2]。通常一個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能可以通過(guò)分析土壤酶活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以土壤酶活性分析預(yù)測(cè)土壤質(zhì)量變化[3]，通過(guò)分析土壤質(zhì)量變化既可以快速分析出土壤管理措施的優(yōu)劣[4]和土地利用變化引起的土壤變化[5]，又可作為土壤質(zhì)量的潛在指示因子[6-7]。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中重要的組成成分，對(duì)果樹(shù)的產(chǎn)量有著很大影響，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成和土壤物理狀況的改善起著決定性作用[8]。土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低體現(xiàn)了土壤生產(chǎn)力的水平，在提高土壤肥力和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用[9]。

目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)果園土壤酶活性的研究較為豐富，但大多集中在不同施肥[10]、耕作[11-13]及覆蓋措施[14-15]等方面，植果期間果園土壤酶活性變化特征等方面研究罕見(jiàn)報(bào)道。我國(guó)的蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)渭北旱源的傳統(tǒng)土壤管理方式使該地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞[10]，水分蒸發(fā)嚴(yán)重，土壤肥力大量流失，導(dǎo)致該地區(qū)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到嚴(yán)重的瓶頸[13]。同時(shí)，由于果園系統(tǒng)的特殊性，為了維持水果的產(chǎn)量，勢(shì)必大量投入化肥、農(nóng)藥，進(jìn)而導(dǎo)致土壤質(zhì)量惡化[16]。因此，研究果園土壤酶等變化，可以有利于保持土壤質(zhì)量，最終促進(jìn)果業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

通過(guò)研究不同園齡果園土壤剖面上土壤有機(jī)質(zhì)及酶活性的變異，分析土壤酶活性和土壤有機(jī)質(zhì)之間的變化規(guī)律，評(píng)判當(dāng)前果園管理措施下果園的土壤肥力變化和土壤質(zhì)量的變化，最終為果業(yè)生產(chǎn)和提高果園土壤肥力提供一定的理論指導(dǎo)。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在陜西省渭北蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)彬縣。該縣位于咸陽(yáng)市西北部，地處東經(jīng)107°49′～108°22′、北緯34°51′～35°17′之間，屬渭北旱塬塬梁溝壑區(qū)，為典型的大陸性暖溫帶半干旱氣候。該地區(qū)平均海拔約為1 108 m，無(wú)霜期較短，僅180 d，年降雨量較少，年平均降水量?jī)H為579 mm，晝夜溫差較大，土壤多為黑壚土，土壤腐殖質(zhì)層多超過(guò)1 m。由于該地區(qū)的氣候土壤特點(diǎn)適宜蘋(píng)果種植，是渭北旱塬地區(qū)的典型代表。

1.2 ? ?采樣及分析方法

試驗(yàn)于2014年5月在彬縣植果歷史相對(duì)較長(zhǎng)的新民鎮(zhèn)進(jìn)行，在采集土樣前對(duì)果園的果樹(shù)品種、種植密度、施肥量果園面積等基本情況進(jìn)行調(diào)查。分別選擇相同自然生態(tài)條件的8年、21年的蘋(píng)果園（樹(shù)種為紅富士，生長(zhǎng)健康，樹(shù)勢(shì)中等）作為研究對(duì)象，每個(gè)園齡各選2個(gè)果園作為試驗(yàn)重復(fù)，并在當(dāng)?shù)剡x擇土壤條件相似的農(nóng)田為對(duì)照。用土鉆分別按10 cm間距在各果園樹(shù)冠投影面距樹(shù)干2/3處，按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm的間距依次逐層用土鉆采取土壤剖面樣品，并按照田間農(nóng)化樣品采樣的基本原則，把同一個(gè)果園內(nèi)的3株果樹(shù)下所采集的土樣混勻，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、磨細(xì)，備用。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定過(guò)0.25 mm篩，土壤酶活性測(cè)定過(guò)1 mm篩。

1.3 ? ?測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法[17]。土壤酶活性的測(cè)定采用關(guān)松蔭的方法[1]，即脲酶用靛酚藍(lán)比色法，以NH3-N mg/g土表示（24 h）;堿性磷酸酶用磷酸苯二鈉比色法，以酚mg/g土表示（24 h）;過(guò)氧化氫酶用KMnO4滴定法，以0.02 mol/L KMnO4 mL/g土表示。

1.4 ? ?數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SAS軟件進(jìn)行處理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?植被更替及植果年限對(duì)果園土壤有機(jī)質(zhì)的影響

有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來(lái)源，其含量多少是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)。土壤中有機(jī)質(zhì)含量的消長(zhǎng)情況取決于有機(jī)物的投入與土壤條件與環(huán)境條件的變化。一般情況下，果園土壤因翻耕而產(chǎn)生的擾動(dòng)次數(shù)少于農(nóng)田，有利于有機(jī)質(zhì)累積[16]。受黑壚土發(fā)育歷史進(jìn)程及特征的影響，無(wú)論農(nóng)田還是果園，0～40 cm范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨土層深度增加而遞減（表1），表層土壤受現(xiàn)代培肥影響，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高。

農(nóng)田與果園相比，農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于果園土壤（P<0.05），這與劉夢(mèng)云等[18]和Shi等[19]的研究結(jié)果一致，表明植被更替導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量減少。這是因?yàn)橥恋乩梅绞降母淖円鹩袡C(jī)碳輸入量及土壤中有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率的變化，且與農(nóng)田、果園的施肥方式和管理措施有關(guān)。為了預(yù)防果園病蟲(chóng)害的發(fā)生，每年實(shí)行清園，即將果樹(shù)的落葉、殘枝以及果袋等有機(jī)物料予以清除，人為地減少了果園有機(jī)質(zhì)的輸入量[19]。隨著植果年限的增加，表層0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量呈增加趨勢(shì)，而20～40 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量反而減少，且均未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明植果期間土壤質(zhì)量在不同土層呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。

2.2 ? ?植被更替及植果年限對(duì)果園土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

過(guò)氧化氫酶是土壤抗氧化能力的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，其高低可以代表土壤的解毒能力[1]。由表1可以看出，土層深度與農(nóng)田土壤過(guò)氧化氫酶活性成負(fù)相關(guān)關(guān)系;而8年果園土壤過(guò)氧化氫酶活性與土層深度的關(guān)系表現(xiàn)為減—增的變化趨勢(shì)，即隨著土壤深度增加先減少然后又增加;21年果園土壤過(guò)氧化氫酶活性呈現(xiàn)增—減—增的變化趨勢(shì)。與農(nóng)田土壤相比，0～30 cm土層果園土壤過(guò)氧化氫酶活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。隨著植果年限的增加，表層0～10 cm土層過(guò)氧化氫酶活性顯著降低，而30～40 cm土層略微增加，在其他2個(gè)土層沒(méi)有變化。說(shuō)明植果年限對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響僅表現(xiàn)在0～10 cm土層。

2.3 ? ?植被更替及植果年限對(duì)果園土壤脲酶活性的影響

土壤供氮水平可以通過(guò)分析土壤脲酶活性來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)[20]，土壤脲酶的活性受氮肥的施用量、施用深度和施用年限等方面影響。由表1可以看出，農(nóng)田和果園土壤脲酶活性均隨著土層深度加深而顯著下降（P<0.05）。與農(nóng)田土壤相比，0～10 cm土層果園土壤脲酶活性下降，而在10～40 cm土層，果園土壤脲酶活性均高于農(nóng)田土壤，且在10～30 cm土層達(dá)到顯著水平。隨著植果年限的增加，脲酶活性在10～20 cm土層略有增加，而在20～30 cm土層顯著下降，在其他土層幾乎沒(méi)有變化。

2.4 ? ?植被更替及植果年限對(duì)果園土壤堿性磷酸酶活性的影響

在石灰性土壤中堿性磷酸酶是一類催化土壤中有機(jī)磷化合物轉(zhuǎn)化的生物酶，可加速有機(jī)磷的釋放速度[21]，其活性高低直接反映土壤有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化狀況和生物有效性。由表1可以看出，農(nóng)田土壤堿性磷酸酶活性隨著土層深度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢(shì)，且各土層間差異均未達(dá)顯著水平。而果園土壤堿性磷酸酶活性均隨土層深度的增加而遞減，各土層間差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。與農(nóng)田土壤相比，各土層果園土壤過(guò)氧化氫酶活性均低于農(nóng)田土壤，這與Shi等[19]研究結(jié)果一致。隨著種植年限的增加，除表層外，其他土層堿性磷酸酶活性均表現(xiàn)為8年果園>21年果園，這是因?yàn)橛g果園掛果少，磷肥投入不足，而果樹(shù)對(duì)磷的需求主要依據(jù)對(duì)土壤有機(jī)磷和殘留無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)化而獲得，故土壤堿性磷酸酶活性相對(duì)較高。

3 ? ?結(jié)論

（1）本研究得出，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度的增加而降低。由農(nóng)田改建為果園后，土壤有機(jī)質(zhì)含量低于農(nóng)田土壤。隨著植果年限的增加，表層有機(jī)質(zhì)含量緩慢增加，20～40 cm土層遞減，果園土壤質(zhì)量在不同土層呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。也進(jìn)一步說(shuō)明果園土壤有機(jī)質(zhì)輸入量不夠，僅依靠果樹(shù)根系分泌物，有機(jī)質(zhì)累積速率極為緩慢。在今后應(yīng)加大果園有機(jī)物料的投入，改善果園土壤肥力質(zhì)量。

（2）0～30 cm土層農(nóng)田土壤過(guò)氧化氫酶活性高于果園土壤，隨著植果年限的增加，0～10 cm過(guò)氧化氫酶活性顯著降低。脲酶活性隨土層深度的增加而遞減，0～10 cm土層脲酶活性顯著高于其他土層，農(nóng)田土壤脲酶活性低于果園土壤。堿性磷酸酶活性隨土層深度增加而遞減，農(nóng)田土壤堿性磷酸酶活性高于果園土壤。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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

[2] WALDROP M P，ZAK D R，SINSABAUGH R L，et al.Nitrogen deposition modifies soil carbon storage through changes in microbial enzymatic activity[J].Ecol Appl，2004，14：1172-1177.

[3] NDIAYE E L，SANDENO J M，MCGRATH D，et al.Integrative biological indicators for detecting change in soil quality[J].Am J Altern Agric，2000，15：26-36.

[4] ACOSTA-MARTINEZ V，CRUZ L，SOTOMAYOR-RAMIREZ D，et al.Enzyme activities as affected by soil properties and land-use in a tropical watershed[J].Appl Soil Ecol，2007，35：35-45.

[5] WANG Q K，XIAO F M，HE T X，et al.Responses of labile soil organic carbon and enzyme activity in mineral soils to forest conversion in the subtropics[J].Ann Forest Sci，2013，70：579-587.

[6] DORAN J W，ZEISS M R.Soil health and sustainability：Managing the biotic component of soil quality[J].Apple Soil Ecol，2000，15：3-11.

[7] 朱連奇，朱小立，李秀霞.土壤有機(jī)碳研究進(jìn)展[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（3）：72-75.

[8] 潘根興，李戀卿，張旭輝.土壤有機(jī)碳庫(kù)與全球變化研究的若干前沿問(wèn)題：兼開(kāi)中國(guó)水稻土有機(jī)碳固定研究的建議[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，25（3）：100-109.

[9] 黃昌勇.土壤學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[10] 張慶霞.不同樹(shù)盤(pán)覆蓋方式和有機(jī)肥種類對(duì)蘋(píng)果園土壤酶活性的影響[J].隴東學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，26（3）：32-34.

[11] 林文龍.不同農(nóng)藝措施對(duì)杉木種子園土壤酶活性的影響[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，34（1）：64-67.

[12] 呂毅.輪作不同作物對(duì)蘋(píng)果園連作土壤環(huán)境及平邑甜茶幼苗生理指標(biāo)的影響[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[13] 殷瑞敬，溫曉霞，廖允成，等.耕作和覆蓋對(duì)蘋(píng)果果園土壤酶活性的影響[J].園藝學(xué)報(bào)，2009，36（5）：717-722.

[14] 李會(huì)科，張廣軍，趙正陽(yáng)，等.生草對(duì)黃土高原旱地蘋(píng)果園土壤性狀的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2007，16（2）：32-39.

[15] 溫曉霞，殷瑞敬，高茂盛，等.不同覆蓋模式下旱作蘋(píng)果園土壤酶活性和微生物數(shù)量時(shí)空動(dòng)態(tài)研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（11）：82-88.

[16] 石宗琳.渭北果園土壤生物質(zhì)量研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012.

[17] 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.

[18] 劉夢(mèng)云，安韶山，常慶瑞.寧南山區(qū)不同土地利用方式土壤有機(jī)碳特征研究[J].水土保持研究，2005，12（3）：47-49.

[19] SHI Zonglin，LI Xiaoyun，ZHANG Lu，et al.Impacts of farmland conversion to apple（Malus domestica） orchard on soil organic carbon stocks and enzyme activities in a semiarid loess region[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2015，4：1-12.

[20] 和文祥，朱銘莪.陜西土壤脲酶活性與土壤肥力關(guān)系研究Ⅱ.土壤脲酶的動(dòng)力學(xué)特征[J].土壤學(xué)報(bào)，1997，34（4）：392-397.

[21] 王鑫，劉建新，張希彪，等.黃土高原半干旱地區(qū)土地利用變化對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性的影響研究[J].水土保持通報(bào)，2007，27（6）：50-55.