金建麗等

摘要：在吉林省敦化市林下人參地采集不同剖面深度的土壤樣品，分析蛋白酶、過(guò)氧化氫酶和脲酶3種土壤酶的活性情況。結(jié)果表明：土壤蛋白酶和過(guò)氧化氫酶具有明顯的垂直分層分布，土層越深，酶活性越弱，不同剖面深度（10、20、30 cm）土壤的蛋白酶活性分別為1.120 3、0.648 8、0.307 3 mg/（g·d），過(guò)氧化氫酶活性分別為5.796、4545、3.030 mg/（g·h）；土壤脲酶活性與土壤深度變化的關(guān)系為20 cm土層>30 cm土層>10 cm土層，其相應(yīng)的脲酶活性分別為2495、1200、0.479 mg/（g·d）。

關(guān)鍵詞：人參；土壤；酶活性；不同深度

中圖分類(lèi)號(hào)： S567.5+10.6；S154.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）03-0333-02

土壤酶作為土壤組分中最活躍的有機(jī)成分之一，對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的生物循環(huán)、有機(jī)物的轉(zhuǎn)化和積累以及腐殖質(zhì)的合成與分解等都有十分重要的作用[1-2]。因此，土壤酶不僅可以表征土壤物質(zhì)能量代謝程度，而且可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要生物指標(biāo)[3-5]。土壤酶主要來(lái)源于植物根系的分泌、微生物和土壤動(dòng)物區(qū)系釋放，以及動(dòng)植物殘?bào)w的分解[2]。由于土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程的動(dòng)向和強(qiáng)度，與土壤生物物理化學(xué)性質(zhì)及環(huán)境條件密切相關(guān)，因而不同的植物群落間、不同的土層深度間，土壤酶活性的季節(jié)變化規(guī)律存在一定的差異。因此，比較研究土壤酶活性，對(duì)于分析比較植物群落生態(tài)功能的差異、理解其生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程具有重要作用[6]。目前，土壤酶活性已被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)轉(zhuǎn)化情況以及各種農(nóng)業(yè)措施和肥料施用的效果[7-8]。人參地土壤酶是人參土壤研究的薄弱環(huán)節(jié)，為了能夠了解人參產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的土壤問(wèn)題，近年來(lái)關(guān)于土壤酶方面的研究，逐漸被國(guó)內(nèi)外研究人員所重視。本試驗(yàn)對(duì)吉林敦化地區(qū)林下人參地土壤中的蛋白酶、過(guò)氧化氫酶和脲酶活性進(jìn)行研究，以期為人參栽培以及人參地土壤肥力鑒定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

敦化市位于吉林省東部，地理位置為東經(jīng)127°28′～129°13′、北緯42°42′～44°30′；敦化市自然資源豐富，是國(guó)家重點(diǎn)林區(qū)之一，野生植物中珍貴藥用、食用植物主要有山參、黨參、五味子、木耳、靈芝等，產(chǎn)品行銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。該市土壤肥沃，氣候濕潤(rùn)冷涼，適宜人參生長(zhǎng)發(fā)育，是長(zhǎng)白山區(qū)人參栽培的始源地[9]。

1.2 土壤樣品采集與分析

供試土壤樣品取自敦化市林下人參地，取樣時(shí)間為2010年夏季。選同一塊人參地3個(gè)有代表性的樣地按10 cm（表層）、20 cm（中層）、30 cm（底層）不同剖面取樣，將3個(gè)樣地的土樣按照不同的剖面深度分別混勻待處理。土樣自然干燥后，去除土壤中植物根系及其他雜物，風(fēng)干，混勻，研磨，過(guò) 1 mm 篩后于陰涼干燥處保存?zhèn)溆?。土壤蛋白酶活性采用茚三酮比色法測(cè)定[10-11]；土壤過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法（以KMnO4計(jì)）測(cè)定[12]；土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定[以銨態(tài)氮（NH4+-N）計(jì)][6，13-14]。

2 結(jié)果與分析

由圖1可見(jiàn)，敦化市林下人參地不同剖面深度土壤蛋白酶和過(guò)氧化氫酶活性最強(qiáng)的出現(xiàn)在土壤表層（10 cm），且呈現(xiàn)出隨著土壤層次的加深而遞減的趨勢(shì)；脲酶活性最強(qiáng)的出現(xiàn)在土壤中層，底層土壤的脲酶活性略高于表層土壤。

在土壤中，蛋白酶由于微生物活動(dòng)、植物根系分泌和動(dòng)植物殘?bào)w的分解而富集起來(lái)，成為土壤中一種重要的胞外酶[13]。由于表層土壤植物根系活動(dòng)旺盛、動(dòng)物及微生物活動(dòng)也十分頻繁、所含植物枯枝落葉及動(dòng)物殘骸較多，經(jīng)自體分解及腐生微生物作用而向土壤中釋放了大量的蛋白酶，并吸附在土壤顆粒表面成為游離酶，同時(shí)蛋白酶可將大分子蛋白質(zhì)和含氮物質(zhì)分解為氨基酸或活性氮，使其成為植物體可以直接吸收利用的含氮物質(zhì)，因而表層土壤肥力比較大。隨著土壤深度的增加，溫度逐漸下降，所含水分也隨之降低，光照強(qiáng)度基本為0，處于植物根際活動(dòng)范圍之外，動(dòng)植物及微生物活動(dòng)相對(duì)較弱，動(dòng)植物殘?bào)w含量不高，酶活性較弱。因而，與其他土層相比，表層蛋白酶含量較多，蛋白酶活性最強(qiáng)。

不同深度土壤中的過(guò)氧化氫酶不同，主要是因?yàn)檫^(guò)氧化氫酶能酶促水解過(guò)氧化氫，其活性與微生物的數(shù)量和活性有關(guān)，也與植物根系有關(guān)[15]。表層土壤的草本植物豐富，植物根系多，根際活動(dòng)旺盛，土壤微生物活躍，數(shù)量繁多，土壤含水量高，而且地表聚積著大量的枯枝落葉，積累了較多的腐殖質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量高，有充足的營(yíng)養(yǎng)源，同時(shí)水熱和通氣狀況較好，有利于微生物生長(zhǎng)，使其代謝旺盛，呼吸強(qiáng)度較強(qiáng)，且腐生生物活動(dòng)旺盛，生物殘?bào)w分解速率大，因此向土壤中釋放較多的過(guò)氧化氫酶，土壤表層的酶活性最強(qiáng)。隨著深度增加，土壤的水熱通氣條件變差、有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤溫度較低、微生物數(shù)量減少、腐生生物少、根系活動(dòng)較弱、代謝產(chǎn)酶能力下降、向土壤中釋放的過(guò)氧化氫酶變少，所以酶活性較弱，呈現(xiàn)出過(guò)氧化氫酶活性隨著隨土壤深度增加相對(duì)減弱的趨勢(shì)。

土壤脲酶活性為中層>底層>表層。其主要原因是土壤中存在著2種脲酶作用方式：土壤微生物與脲酶直接結(jié)合或吸附在土壤顆粒上進(jìn)行酶促反應(yīng)。吸附在土壤顆粒上多存在于中層土壤處，底層土壤含量較少，表層土壤的脲酶主要與土壤微生物結(jié)合的方式進(jìn)行酶促反應(yīng)[16]。因此，脲酶活性以中層最強(qiáng)。同時(shí)，由于人參在生長(zhǎng)過(guò)程中從土壤中吸收大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致土壤肥力下降，致使脲酶活性減弱[17]。而表層土壤處植物根系發(fā)達(dá)，活動(dòng)旺盛，因此會(huì)為人參的生長(zhǎng)提供更多的物質(zhì)，使得脲酶活性減弱；中層土壤根系活動(dòng)較弱，則土壤肥力比表層高。隨著剖面深度增加，有機(jī)質(zhì)含量遞減，微生物含量減少，所以底層脲酶活性較弱。

3 結(jié)論

通過(guò)比較分析結(jié)果可知，林下人參地土壤蛋白酶和土壤過(guò)氧化氫酶活性從強(qiáng)到弱依次為10 cm土層>20 cm土層>30 cm土層，脲酶活性為20 cm土層>30 cm土層>10 cm土層。土壤不同剖面深度（10、20、30 cm）的蛋白酶活性分別為1.120 3，脲酶活性分別為0.648 8、0.307 3、2.495、1.200、0479 mg/（g·d），20、30、10 cm土層過(guò)氧化氫酶活性分別為5.796、4.545、3.030 mg/（g·h）。

參考文獻(xiàn)：

[1]Marx M C，Wood M，Jarvis S C. A microplate fluorimetric assay for the study of enzyme diversity in soils[J]. Soil Biology and Biochemistry，2001，33（12/13）：1633-1640.

[2]高惠民. 農(nóng)業(yè)土壤管理[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1988：107-123.

[3]Garcia-Ruiz R，Ochoa V，Hinojosa M B，et al. Suitability of enzyme activities for the monitoring of soil quality improvement in organic agricultural systems[J]. Soil Biology and Biochemistry，2008，40（9）：2137-2145.

[4]張?jiān)伱?，周?chē)?guó)逸，吳 寧.土壤酶學(xué)的研究進(jìn)展[J]. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2004，12（1）：83-90.

[5]董 艷，董 坤，鄭 毅，等. 種植年限和種植模式對(duì)設(shè)施土壤微生物區(qū)系和酶活性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（3）：527-532.

[6]曹成有，陳家模，邵建飛，等. 科爾沁沙地四種固沙植物群落土壤微生物生物量及酶活性的季節(jié)動(dòng)態(tài)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（2）：227-233.

[7]Doran J W，Parkin T B.Defining soil quality for a sustainable enviroment[J]. Soil Science Society of America Special Publi-cation，1994，35：3-324.

[8]楊瑞吉，楊祁峰，?？×x.表征土壤肥力主要指標(biāo)的研究進(jìn)展[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（1）：86-91.

[9]齊鳳翔，于江波，劉淑敏，等. 長(zhǎng)白山區(qū)人參栽培始源地小考[J]. 長(zhǎng)春中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，13（1）：55-56.

[10]王華芳，展海軍. 小麥過(guò)氧化氫酶活動(dòng)度的研究[J]. 糧油食品科技，2010，18（2）：4-6.

[11]中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M]. 北京：科學(xué)出版社，1985：268-269.

[12]關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究方法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986：294-297.

[13]蔡 紅，沈仁芳. 改良茚三酮比色法測(cè)定土壤蛋白酶活性的研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2005，42（2）：306-313.

[14]孫 海，張亞玉，宋曉霞.人參土壤養(yǎng)分與土壤酶研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)林副特產(chǎn)，2009，5（5）：87-90.

[15]張 猛，張 健. 林地土壤微生物、酶活性研究進(jìn)展[J]. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，21（4）：347-351.

[16]黃 娟，李 稹，張 健. 改良靛酚藍(lán)比色法測(cè)土壤脲酶活性[J]. 土木建筑與環(huán)境工程，2012，34（1）：102-107.

[17]宋曉霞，張亞玉，王英平，等. 人參與西洋參土壤脲酶活性對(duì)比研究[J]. 特產(chǎn)研究，2008，30（2）：33-35.