施翠娥，艾弗遜，汪承潤*，顏守保，車運城

（1.淮南師范學院生物工程學院，安徽淮南232038；2.南京大學環(huán)境學院，污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京210023）

?

大氣CO2和O3升高對菜地土壤酶活性和微生物量的影響

施翠娥1，艾弗遜2，汪承潤1*，顏守保1，車運城1

（1.淮南師范學院生物工程學院，安徽淮南232038；2.南京大學環(huán)境學院，污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京210023）

摘要：利用OTC平臺和青菜盆栽實驗，探索［CO2］、［O3］或［CO2+O3］升高條件下，土壤理化性質、微生物量和土壤酶活性的變化，以期獲得未來大氣CO2或/和O3升高對土壤微生態(tài)系統(tǒng)的風險性。結果表明，［CO2］升高不同程度地提高了土壤的可溶性有機碳（DOC）、可溶性有機氮（DON）、總磷（TP）、總碳（TC）、銨態(tài)氮（AN）、硝態(tài)氮（NN）含量和含水量（SWC），進而不同程度地提高了土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）含量以及土壤蛋白酶（PRA）、蔗糖酶（SA）、脲酶（UA）、多酚氧化酶（POA）、酸性磷酸酶（APA）和中性磷酸酶（NPA）活性。相反，［O3］升高不同程度降低了土壤DOC、TP、TK、TC、TN、AN、NN、SWC、MBC和MBN含量，提高了MBC/MBN比值，在不同程度上降低了土壤PRA、SA、UA、POA、APA和NPA酶活性。而［CO2+O3］在一定程度上消減了［O3］對土壤微生物量和酶活性的抑制作用，也降低了［CO2］升高對土壤微生物量和酶活性的刺激效應。因此，土壤微生物量和土壤酶活性的變化可用于評價未來大氣CO2或/和O3升高對菜地土壤微生態(tài)環(huán)境的影響。

關鍵詞：開頂式氣室（OTC）；臭氧；二氧化碳；土壤理化性質；土壤微生物量；土壤酶

SHI Cui-e，AI Fu-xun，WANG Cheng-run，et a1. Effects of e1evated atmosPheric CO2and O3on soi1 enzyme activities and microbia1 biomass［J］. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（6）：1103-1109.

近年來，大氣對流層CO2、O3濃度升高與全球性氣候變化已經引起全社會的廣泛關注［1］。日益增加的研究結果表明，大氣CO2濃度升高主要通過改變植物根系分泌物和土壤微生物群落的組成和數量、土壤中碳氮的流動與分配，以及可溶性碳水化合物庫的大小等途徑間接地改變土壤理化特性，從而潛在地影響著土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的變化［2-3］。人們通常采用FACE （Free-air CO2enrichment）或OTC（OPen toP chamber）系統(tǒng)探討大氣CO2濃度升高條件下土壤-植物系統(tǒng)的變化［4-6］。土壤酶參與土壤中的物質循環(huán)、能量流動以及有機污染物的降解，其活性變化可反映出土壤中各種生物化學過程的強度和方向。因此，土壤酶已經用于評價大氣CO2等污染條件下土壤微生態(tài)環(huán)境的變化［7］。就目前研究的土壤酶類而言，認為其活性被誘導而升高者居多，但也有相反的報道［8-9］。由于供試土壤的特性、供試植物種類和CO2增加方式等的不同，導致大氣CO2濃度升高對土壤微生物的區(qū)系、群落結構、土壤呼吸、微生物量以及土壤酶活性影響的研究尚未得出一致的結論。

O3是另一種溫室氣體，也是光化學煙霧的主要成分。臭氧濃度升高會對植物產生負面影響。O3通過氣孔進入植物組織，降低氣孔導度、抑制光合作用和養(yǎng)分的吸收、降低植物生物量和作物產量等［10-12］。O3脅迫下，植物根系分泌物的改變還可能改變土壤的理化性質，降低土壤微生物量碳、氮，從而潛在地改變根際的微生物群落、營養(yǎng)狀態(tài)、土壤酶活性和酚類物質含量［13-16］。人們通常采用OTC系統(tǒng)探究大氣O3濃度升高對植物和土壤微生物系統(tǒng)的影響［13，17］。研究發(fā)現，O3升高對陸生生態(tài)系統(tǒng)地下部分的作用效應比地上部分出現得早，而且還表現出積累效應［1，9］。據報道，O3濃度升高能夠誘導土壤微生物功能多樣性、生物量和酶活性的改變［2，18-19］，但相關研究還相當薄弱。

目前，多數研究是模擬單一CO2或O3升高對生態(tài)系統(tǒng)安全性的影響和評估，而對二者復合條件下的研究則有待加強。然而，國內外關于大氣CO2和O3升高條件下土壤酶活性影響的研究鮮見報道。本文在OTC平臺下構建微宇宙土壤-青菜盆栽模擬系統(tǒng)，探討［CO2］、［O3］和［CO2+O3］升高條件下土壤蛋白酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性以及微生物生物量的變化，以期獲得未來大氣CO2或/和O3升高對菜地土壤微生態(tài)環(huán)境的影響。

1　材料與方法

1.1試驗平臺與處理方式

試驗平臺位于南京大學仙林校區(qū)（118°57＇36.15″E，31°7＇23.99″N），平臺包括4個氣室：一個氣室通正常大氣；一個氣室控制CO2濃度比正常大氣高200 nL·L-1；一個氣室控制O3濃度比正常大氣高50 nL·L-1；一個氣室控制CO2和O3濃度復合升高。氣室為八邊形，直徑2 m，高2.8 m。CO2由杜瓦罐（Q/JB-THB002，北京天海工業(yè)有限公司）提供，CO2氣體購自南京天澤氣體有限公司，純度99.9%，O3由臭氧發(fā)生器（NPF10/W，山東綠邦）產生。CO2或O3（通過分壓閥和流量計控制氣體量）與正常大氣混合后通過軸流風機（SFG-2，上海佳豹）通入氣室底部，氣體再通過氣室底部和腔體中間不銹鋼板上的小孔（直徑0.5 cm）進入氣室腔體，氣體再通過氣室頂部的開口進入外部大氣，氣體的更換頻率為保證氣室腔體中氣體每分鐘更換3～4次。CO2濃度用CO2檢測儀（Li-7000，Li-Cor，USA）監(jiān)測，O3濃度用O3檢測儀（Mode1 205，2B Co.，USA）監(jiān)測。氣室24 h通入CO2，氣室通入O3的時間為早上9：00至下午5：00（雨天除外）。

2014年6月將土壤分裝入花盆（10 kg·盆-1），施加復合肥（2 g·盆-1，N∶P∶K =1∶1∶1），翻耕、混勻，然后播撒10顆青菜種子（上海四季青）。將上述土壤的花盆轉移至OTC的4個氣室里，即［Amb］、［CO2］、［O3］、［CO2+O3］，分別表示正常大氣、高CO2、高O3、CO2和O3混合升高。青菜發(fā)芽后再生長一個星期就開始間苗，每個花盆保留3棵大小基本一致的青菜苗，定期補充等量去離子水。間苗30 d后采集土壤樣品，用于下述指標的檢測與分析。

5 號脈為礦區(qū)內偉晶巖分帶性最好、含礦性最好、礦體規(guī)模最大的偉晶巖脈,具有良好的分帶性, 李鵬（2017）對5號偉晶巖脈進行了研究，將5號偉晶巖脈由外至內劃分為文象偉晶巖帶→粗粒塊狀鈉長石帶→中粒白云母鈉長石帶→細粒含石榴石鈉長石帶→鋰云母石英核（如圖 4），鈮鉭礦化主要賦存于白云母鈉長石帶和鋰云母石英核帶中。從外帶到內帶, 鉀含量逐漸減低, 鈉含量逐漸升高, 但在鋰云母石英帶因富含鋰云母而導致鉀含量升高,鈉含量降低; 鈮鉭的含量在白云母鈉長石帶和鋰云母石英帶含量最高（如圖 4）。這些特征反映出鈮鉭礦化與白云母、鋰云母、鈉長石有密切關系。

1.2土壤理化性質的測定

土壤理化性質的測定參照鮑士旦等［20］方法進行。采用烘干法測定土壤含水量；應用便攜式PH計測定土壤PH值；應用鉬銻抗比色法測定土壤全磷；應用原子吸收光譜法測定鉀（K）；應用多元素N/C分析儀（EA 3000 Series，Ita1y）測定總碳（TC）和總氮（TN）；應用流動注射分析儀（FIAStar 5000，FOSS）測定銨態(tài)氮NH+4-N（AN）、硝態(tài)氮NO3-N（NN）和速效P（AP）；采用TOC分析儀（Mu1ti C/N 3100，Jena）測定土壤可溶性碳（DOC）和可溶性氮（DON）［21］。

1.3土壤微生物量碳（MBC）和微生物量氮（MBN）的測定

采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定土壤MBC和MBN［22］。應用TOC分析儀測定浸提液中有機碳及全N含量（Mu1ti C/N 3100，Jena）。MBC和MBN的計算方法如下：MBC=EC/0.45，MBN=EN/0.45，EC、EN分別為熏蒸和未熏蒸土樣浸提液的有機碳或全氮的差值［23］，0.45為氯仿熏蒸后提取生物量的比例系數［24］。微生物碳氮比用MBC/MBN表示。

1.4土壤酶活性的測定

土壤酶活性按照關松蔭的方法［25］，土壤蛋白酶（PRA）活性采用茚三酮比色法測定，以24 h后1 g土生成1 mg NH2-N定義為1 mg NH2-N·g-1·24 h-1。蔗糖酶（SA）采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，以24 h 后1 g土壤生成1 mg葡萄糖定義為1 mg g1ucose·g-1· 24 h-1。脲酶（UA）活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定：以1 g土壤37℃恒溫培養(yǎng)24 h生成1 μg NH3-N定義為1 μg NH3-N·g-1·24 h-1。多酚氧化酶（POA）活性采用紫色沒食子素比色法進行測定，把1 g土壤在2 h內生成1 mg紫色沒食子素定義為1 mg PG·g-1· 2 h-1。土壤酸性磷酸酶（APA）和中性磷酸酶（NPA）活性均采用磷酸苯二鈉法進行測定，將100 g土壤于37℃恒溫培養(yǎng)2 h生成1 mg P2O5定義為1 mg P2O5·100 g-1·2 h-1。

1.5數據處理

應用SPSS 18. 0軟件對數據進行統(tǒng)計分析（Duncan檢驗，P＜0.05），應用Origin軟件作圖。

2　結果與分析

表1　大氣CO2或/和O3升高對土壤理化性質的影響Tab1e 1 Effects of e1evated atmosPheric CO2or/and O3on soi1 Physicochemica1 ProPerties

2.1大氣CO2、O3升高對土壤理化性質的影響

由表1可見，隨著OTC中CO2或/和O3的升高，土壤中NN、TP、TK和TC的含量呈現［CO2］＞［amb］＞［CO2+O3］＞［O3］的變化趨勢。就NN而言，［CO2］暴露組顯著高于其他處理組（P＜0.05），［O3］暴露組顯著低于［CO2］和［amb］處理組（P＜0.05），而［CO2+O3］則緩解了［O3］對土壤NN的抑制作用（P＞0.05）。與［amb］比較，［CO2］提高了TP或TK的含量（P＞0.05），［O3］則誘導了TP或TK顯著性降低（P＜0.05），而［CO2+O3］又緩解了［O3］對TP或TK的抑制作用（P＞0.05）。同時發(fā)現，各暴露組之間未見TC含量的顯著性變化（P＜0.05）。

土壤中AN、DON、TN和DOC含量的大小依次為：［CO2］＞［CO2+O3］＞［amb］＞［O3］。與［amb］比較，［CO2］和［CO2+O3］誘導了AN升高（P＞0.05），而［O3］則導致AN下降，并顯著低于其他三種處理組（P＜0.05）。DON和TN含量與AN的變化趨勢相似，但各處理組中未見顯著性變化（P＞0.05）。同時發(fā)現，四種處理組之間DOC含量變化顯著（P＜0.05）。在上述實驗條件下，SWC和AP含量的變化為：［CO2］＞［CO2+O3］＞［O3］＞［amb］，而PH值的大小則隨著［O3］＞［CO2+O3］＞［amb］＞［CO2］的變化而趨于下降，且各處理組之間變化不顯著（P＞0.05）。

2.2大氣CO2、O3升高對土壤微生物量的影響

如圖1所示，土壤微生物量碳（MBC）和微生物量氮（MBN）含量的變化表現為：［CO2］＞［CO2+O3］＞［amb］＞［O3］。與［amb］比較，通入CO2誘導了MBC和MBN含量顯著性升高（P＜0.05），而其他處理組未見顯著性變化。微生物量碳氮比（MBC/MBN）顯示出［O3］＞［CO2+O3］＞［CO2］＞［amb］的變化。與［amb］比較，只有［O3］誘導了MBC/MBN顯著性升高（P＜0.05）（圖2）。

圖1　大氣CO2或/和O3升高對土壤微生物量碳（MBC）和微生物量氮（MBN）的影響Figure 1 Effect of e1evated atmosPheric CO2and/or O3on contents of microbia1 biomass carbon（MBC）and nitrogen（MBN）

2.3大氣CO2、O3升高對土壤酶活性的影響

如圖3所示，大氣CO2或/和O3升高條件下土壤蛋白酶（PRA）和蔗糖酶（SA）的活性變化為［CO2］＞［CO2+O3］＞［amb］＞［O3］，與其土壤中MBC和MBN的變化一致。與［amb］比較，只有通入O3誘導了PRA顯著性下降（P＜0.05），只有通入CO2誘導了SA顯著性升高（P＜0.05）。

圖2　大氣CO2或/和O3升高對土壤MBC/MBN比值的影響Figure 2 Effect of e1evated atmosPheric CO2and/or O3on ratio of MBC/MBN in the soi1s

圖3　大氣CO2或/和O3升高對土壤蛋白酶（PRA）和蔗糖酶（SA）活性的影響Figure 3 Effect of e1evated atmosPheric CO2and/or O3on activities of Protease（PRA）and sucrase（SA）

如圖4所示，土壤脲酶（UA）和多酚氧化酶（POA）活性的變化為［CO2］＞［CO2+O3］＞［amb］＞［O3］，與其土壤中PRA和SA酶活性的變化一致，但各處理組的UA或POA之間差異不顯著（P＞0.05）。

大氣CO2或/和O3升高條件下土壤酸性磷酸酶（APA）活性呈現［CO2］＞［CO2+O3］＞［amb］＞［O3］的遞減趨勢，與該土壤中PRA和SA酶活性的變化一致。同時，中性磷酸酶（NPA）活性顯示［CO2］＞［amb］＞［CO2+O3］＞［O3］，且通入CO2誘導了NPA顯著性升高（P＜0.05），而通入O3則降低了NPA酶活性（P＞0.05）（圖5）。

3　討論

本實驗利用OTC平臺構建土壤-青菜盆栽模擬系統(tǒng)，研究了CO2或/和O3升高后土壤理化性質和土壤酶活性的變化。結果表明，［CO2］升高誘導了土壤NN、AN、TN、TP、TK、TC、DOC、DON、MBC、MBN等理化指標不同程度的增長，呈現［CO2］＞［amb］的變化趨勢。同時發(fā)現，NPA、PRA、SA、UA、POA、APA等土壤酶活性也顯示相似的變化（表1，圖1、圖3、圖5）。由此推測，［CO2］的升高對上述土壤理化指標和土壤酶活性產生了促進作用。有研究報道，大氣CO2濃度升高能夠促進植物的光合作用，提高根系的生物量和分泌物，并改變根系輸入到土壤中的物質成分［2-3］。大氣CO2升高還能夠通過植物的代謝作用提高土壤總有機碳含量和根際碳的可利用性，導致土壤微生物量C、N和微生物活性的升高［4-5］。土壤微生物量的改變進而誘導了PRA、UA、POA、APA等土壤酶活性的變化［4，26］。因此，本實驗中［CO2］的升高很可能通過促進青菜的光合作用及其根系分泌物的合成與輸出，不同程度提高了土壤TN、TP、TK、TC、DOC、DON、MBC和MBN等理化指標，進而誘導了NPA、PRA、SA、UA、POA和APA等土壤酶活性的升高（表1，圖1、圖3、圖5）。

圖4　大氣CO2或/和O3升高對土壤的脲酶（UA）和多酚氧化酶（POA）活性的影響Figure 4 Effect of e1evated atmosPheric CO2and/or O3on activities of urease（UA）and Pheno1 oxidases（POA）in the soi1s

圖5　CO2或/和O3升高對土壤的酸性磷酸酶（APA）和中性磷酸酶（NPA）活性的影響Figure 5 Effect of e1evated atmosPheric CO2and/or O3on activities of acid PhosPhatase（APA）and neutra1 PhosPhatase（NPA）in the soi1s

同時還發(fā)現，［O3］的升高降低了上述土壤理化指標和酶活性，呈現［O3］＜［amb］的遞減趨勢。同時，［O3］升高還導致微生物MBC/MBN比值的升高（圖2）。有研究報道，大氣O3濃度升高能夠關閉葉片的氣孔，限制CO2進入葉片組織，從而降低了光合速率和植物體內碳水化合物的含量［27］。O3濃度升高能夠減少根系的分泌物，改變分泌物的類型［10，28］；還能夠降低土壤微生物量C的代謝和N的含量，提高MBC/MBN比值［29］，從而干擾了土壤養(yǎng)分、根際微生態(tài)環(huán)境和土壤酶活性［16，18，30-31］，進而從本質上影響土壤微生物的群落組成及其功能多樣性［32］。據此推測，［O3］升高很可能通過抑制青菜的光合作用，減少并改變了青菜根系的分泌物，在一定程度上改變了土壤C、N的代謝，導致NN、AN、TN、TP、TK、TC、DOC、DON、MBC、MBN等理化指標的異常變化，因而不同程度地抑制了NPA、PRA、SA、UA、POA、APA等土壤酶的活性（表1，圖1、圖3、圖5）。同時這些結果還能反映土壤微生物量和土壤酶活性的變化，能夠評價大氣CO2或/和O3升高對菜地土壤微生態(tài)環(huán)境的影響。

研究結果還表明，［CO2+O3］復合條件下，土壤TN、TP、TK、TC、DOC、DON、MBC和MBN等理化指標，以及NPA、PRA、SA、UA、POA、APA等土壤酶活性大小呈現［CO2+O3］＞［O3］的變化（表1，圖1、圖3、圖5）。［CO2］可能消減了［O3］對青菜葉片組織的傷害以及對青菜葉片組織光合作用等生理生化過程的干擾，從而間接地誘導了TN、TP等土壤理化指標以及NPA、PRA等酶活性不同程度的升高。相關機理有待進一步探討。

4　結論

［CO2］升高誘導了土壤NN、AN、TP、TC、DOC、DON、MBC、MBN等理化指標以及NPA、PRA、SA、UA、POA和APA等土壤酶活性不同程度的升高，呈現［CO2］＞［amb］的變化趨勢。［O3］升高降低了上述土壤理化指標和酶活性（［O3］＜［amb］），卻提高了土壤微生物MBC/MBN的比值。而［CO2+O3］升高在一定程度上則消減了［O3］對土壤微生物量和酶活性的抑制作用，也緩釋了［CO2］升高對土壤微生物量和酶活性的刺激效應。

參考文獻：

［1］Wang Y，Song Q，Frei M，et a1. Effects of e1evated ozone，carbon dioxide，and the combination of both on the grain qua1ity of Chinese hybrid rice ［J］. Environmental Pollution，2014，189：9-17.

［2］Xu M，He Z，Deng Y，et a1. E1evated CO2inf1uences microbia1 carbon and nitrogen cyc1ing［J］. BMC Microbiology，2013，13（1）：1-11.

［3］Su1man B N，Phi11iPs R P，Oishi A C，et a1. Microbe-driven turnover offsets minera1-mediated storage of soi1 carbon under e1evated CO2［J］. Nature Climate Change，2014，4（12）：1099-1102.

［4］任欣偉，唐景毅，柳靜臣，等.不同氮水平下CO2升高及增溫對幼苗土壤酶活性的影響［J］.北京林業(yè)大學學報，2014，36（5）：44-53. REN Xin-wei，TANG Jing-yi，LIU Jing-chen，et a1. Effects of e1evated CO2and temPerature on soi1 enzymes of seed1ings under different nitrogen concentrations［J］. Journal of Beijing Forestry University，2014，36 （5）：44-53.

［5］田然，周輝，黃娟，等.大氣CO2濃度升高條件下土壤鎘污染對土壤酶及微生物群落多樣性的影響［J］.南京大學學報（自然科學版），2011，47（6）：712-717. TIAN Ran，ZHOU Hui，HUANG Juan，et a1. Effect of e1evated atmosPheric CO2concentration on the soi1 enzymes and microbia1 communities under stress of Cd Po11ution［J］. Journal of Nanjing University（Natural Sciences），2011，47（6）：712-717.

［6］賴上坤，周三妮，顧偉鋒，等.二氧化碳、施氮量和移栽密度對汕優(yōu)63產量形成的影響：FACE研究［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2014，33 （5）：836-843. LAI Shang-kun，ZHOU San-ni，GU Wei-feng，et a1. Effects of CO2concentration，nitrogen suPP1y and transP1anting density on yie1d formation of hybrid rice shanyou 63：A FACE study［J］. Journal of Agro-Environment Science，2014，33（5）：836-843.

［7］Li X，Han S，Guo Z，et a1. Changes in soi1 microbia1 biomass carbon and enzyme activities under e1evated CO2affect fine root decomPosition Processes in a Mongo1ian oak ecosystem［J］. Soil Biology and Biochemistry，2010，42（7）：1101-1107.

［8］Manna S，Singh N，Singh V P. Effect of e1evated CO2on degradation of azoxystrobin and soi1 microbia1 activity in rice soi1［J］. Environmental Monitoringand Assessment，2012，185（4）：2951-2960.

［9］Formánek P，Rej?ek K，Vranová V. Effect of e1evated CO2，O3，and UV radiation on soi1s［J］. The Scientific World Journal，2014，2014：1-8.

［10］Maria D Q，Marcus S，Seraina B，et a1. Ozone visib1e symPtoms and reduced root biomass in the suba1Pine sPecies Pinus uncinata after two years of free-air ozone fumigation［J］. Environmental Pollution，2012，169：250-257.

［11］Zhang W W，Niu J F，Wang X K，et a1. Effects of ozone exPosure on growth and Photosynthesis of the seed1ings of Liriodendron chinense （Hems1.）Sarg，a native tree sPecies of subtroPica1 China［J］. Photosynthetica，2011，49（1）：29-36.

［12］Wang Q，He M，Wang Y. Inf1uence of combined Po11ution of antimony and arsenic on cu1turab1e soi1 microbia1 PoPu1ations and enzyme activities［J］. Ecotoxicology，2011，20（1）：9-19.

［13］伍文，黃益宗，李明順，等. O3濃度升高對麥田土壤氨氧化細菌、氨氧化古菌和硝化細菌數量的影響［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2012，31（3）：491-497. WU Wen，HUANG Yi-zong，LI Ming-shun，et a1. Effects of e1evated ozone on quantity of ammonium-oxidizing bacteria，ammonia-oxidizing achaea and nitrobacteria in wheat fie1d soi1［J］. Journal of Agro-Environment Science，2012，31（3）：491-497.

［14］陳展，王效科，尚鶴.13CO2示蹤臭氧脅迫對水稻土壤微生物的影響［J］.環(huán)境科學，2014，35（10）：3911-3917. CHEN Zhan，WANG Xiao-ke，SHANG He. Ozone effects on soi1 microbia1 community of rice investigated by13C isotoPe 1abe1ing［J］. Environmental Science，2014，35（10）：3911-3917.

［15］Haes1er F，Hagn A，Enge1 M，et a1. ImPact of e1evated atmosPheric O3on the actinobacteria1 community structure and function in the rhizosPhere of EuroPean beech（Fagus sylvatica L.）［J］. Frontiers in Microbiology，2014，5：1-12.

［16］Johnson R M，Pregitzer K S. Concentration of sugars，Pheno1ic acids，and amino acids in forest soi1s exPosed to e1evated atmosPheric CO2and O3［J］. Soil Biology and Biochemistry，2007，39（12）：3159-3166.

［17］張咸臣，張海進，尹微琴，等.大氣O3濃度升高對麥季土壤和植株氮磷鉀的影響［J］.生態(tài)學雜志，2011，30（8）：1637-1641. ZHANG Xian-chen，ZHANG Hai-jin，YIN Wei-qin，et a1. Effects of e1evated atmosPheric O3on N，P，and K concentrations in soi1 and wheat P1ant during wheat growth season［J］. Chinese Journal of Ecology，2011，30（8）：1637-1641.

［18］黃益宗，王斐，鐘敏，等. O3濃度升高對麥田土壤碳、氮含量和酶活性的影響［J］.生態(tài)毒理學報，2013，8（6）：871-878. HUANG Yi-zong，WANG Fei，ZHONG Min，et a1. Effects of e1evated ozone on carbon，nitrogen content and soi1 enzymes activities in a winter wheat fie1d［J］. Asian Journal of Ecotoxicology，2013，8（6）：871-878.

［19］吳芳芳，鄭有飛，吳榮軍，等. O3濃度升高和太陽輻射減弱對小麥根際土壤微生物功能多樣性的影響［J］.生態(tài)學報，2015，35（12）：3949-3958. WU Fang-fang，ZHENG You-fei，WU Rong-jun，et a1. Effects of ozone fumigation and dePressed so1ar irradiance on soi1 microbia1 functiona1 diversity in winter wheat rhizosPhere［J］. Acta Ecologica Sinica，2015，35（12）：3949-3958.

［20］鮑士旦.土壤農化分析［M］.北京市：中國農業(yè)出版社，2000. BAO Shi-dan. Soi1 agrochemica1 ana1ysis［M］. Beijing：Chinese Agricu1tura1 Press，2000.

［21］王蕾蕾，尹維彬，岳妍，等.松材線蟲危害后馬尾松林土壤氮素的礦化特性［J］.東北林業(yè)大學學報，2012，40（7）：116-120. WANG Lei-1ei，YIN Wei-bin，YUE Yan，et a1. Soi1 nitrogen minera1-ization in Pinus massoniana stands after disturbance by Pine wi1t disease［J］. Journal of Northeast Forestry University，2012，40（7）：116-120.

［22］施翠娥，高揚，王玉龍，等.松材線蟲對馬尾松林土壤微生物生物量及酶活性的影響［J］.生態(tài)學雜志，2015，34（4）：1046-1051. SHI Cui-e，GAO Yang，WANG Yu-1ong，et a1. Soi1 microbia1 biomass and enzyme activities in Pinus massoniana forest infected by Pine wood nematode［J］. Chinese Journal of Ecology，2015，34（4）：1046-1051.

［23］劉純，劉延坤，金光澤.小興安嶺6種森林類型土壤微生物量的季節(jié)變化特征［J］.生態(tài)學報，2014，34（2）：1-2. LIU Chun，LIU Yan-kun，JIN Guang-ze. Seasona1 dynamics of soi1 microbia1 biomass in six forest tyPes in Xiaoxing＇an Mountains，China［J］. Acta Ecologica Sinica，2014，34（2）：1-2.

［24］Iqba1 J，Hu R G，Feng M L，et a1. Microbia1 biomass，and disso1ved organic carbon and nitrogen strong1y affect soi1 resPiration in different 1and uses：A case study at Three Gorges Reservoir Area，South China ［J］. Agriculture，Ecosystems & Environment，2010，137（3/4）：294-307.

［25］關松蔭.土壤酶及其研究法［M］.北京：農業(yè)出版社，1986：274-300. GUAN Song-yin. Soi1 enzyme and study method［M］. Beijing：Agricu1-tura1 Press，1986：274-300.

［26］Larson J L，Zak D R，Sinsabaugh R L. Extrace11u1ar enzyme activity beneath temPerate trees growing under e1evated carbon dioxide and ozone ［J］. Soil Science Society of America，2002，66（6）：1848-1856.

［27］Chen X，Liu J，Deng Q，et a1. Effects of e1evated CO2and nitrogen addition on soi1 organic carbon fractions in a subtroPica1 forest［J］. Plant and Soil，2012，357：25-34.

［28］胡正華，李岑子，陳書濤，等.臭氧濃度升高對土壤-冬小麥系統(tǒng)CO2排放的影響［J］.環(huán)境科學，2011，32（1）：46-50. HU Zheng-hua，LI Cen-zi，CHEN Shu-tao，et a1. Effects of e1evated ozone concentration on CO2emission from soi1-winter wheat system［J］. Chinese Journal of Environmental Science，2011，32（1）：46-50.

［29］李碩，鄭有飛，吳榮軍，等.臭氧污染脅迫下植物營養(yǎng)生長及防護研究［J］.中國農業(yè)科技導報，2014，16（1）：117-124. LI Shuo，ZHENG You-fei，WU Rong-jun，et a1. Research Progress on P1ant vegetative growth and Protection under ozone Po11ution stress［J］. Journal of Agricultural Science and Technology，2014，16（1）：117-124.

［30］Cheng L，Booker F L，Burkey K O，et a1. Soi1 microbia1 resPonses to e1-evated CO2and O3in a nitrogen-aggrading agroecosystem［J］. PLOS ONE，2011，6（6）：e21377.

［31］許亮，鄭有飛，吳榮軍，等.近地層高臭氧濃度對作物地上和地下部分影響的研究進展［J］.作物雜志，2013（5）：18-24. XU Liang，ZHENG You-fei，WU Rong-jun，et a1. A review on imPacts of e1evated near-earth storey ozone［J］. Crops，2013，（5）：18-24.

［32］胡君利，林先貴，朱建國.土壤微生物對大氣對流層臭氧濃度升高的響應［J］.土壤，2008，40（6）：857-862. HU Jun-1i，LIN Xian-gui，ZHU Jian-guo. A review：Soi1 microbia1 resPonses to e1evated troPosPheric O3concentration［J］. Soils，2008，40 （6）：857-862.

Effects of elevated atmospheric CO2and O3on soil enzyme activities and microbial biomass

SHI Cui-e1，AI Fu-xun2，WANG Cheng-run1*，YAN Shou-bao1，CHE Yun-cheng1
（1. Schoo1 of Bio1ogica1 Engineering，Huainan Norma1 University，Huainan 232038，China；2. State Key Laboratory of Po11ution Contro1 and Resources Reuse，Schoo1 of Environment，Nanjing University，Nanjing 210023，China）

Abstract：Potcu1tivationofgreenvegetab1eswasPerformedin OPen ToPChamber（OTC）P1atformtoinvestigatetheeffectsofe1evated［CO2］，［O3］or［CO2+O3］on soi1 Physicochemica1 ProPerties，microbia1 biomass and soi1 enzyme activities. And thus to exP1ore the eco1ogica1 risk of e1evated atmosPheric CO2or/and O3on soi1 microbia1 systems in the future. The resu1ts showed that the e1evated［CO2］increased the contents of disso1ved organic carbon（DOC），disso1ved organic nitrogen（DON），tota1 PhosPhorus（TP），tota1 carbon（TC），ammonium nitrogen（AN），nitric nitrogen（NN），and soi1 water content（SWC）to some extent. And thus differentia11y Promoted the contents of microbia1 biomass carbon （MBC），microbia1 biomass nitrogen（MBN）as we11 as activities of soi1 Protease（PRA），sucrase（SA），urease（UA），Pheno1 oxidase（POA），acid PhosPhatase（APA）and neutra1 PhosPhatase（NPA）in the soi1s. Contrari1y，the e1evated［O3］reduced the contents of DOC，TP，TK，TC，TN，AN，NN，SWC，MBC and MBN to some extent，increased ratios of MBC/MBN，and contributed to the decreased activities of PRA，SA，UA，POA，APA and NPA to some extent. However，to some extent，［CO2+O3］a11eviated the inhibition of the soi1 microbia1 biomass and soi1 enzyme activities by the e1evation of［O3］，and a1so 1imited the activation by［CO2］. Meanwhi1e，the e1evation of［CO2］，［O3］or［CO2+O3］did notchange the tendency of the soi1 Physicochemica1 ProPerties，microbia1 biomass and enzyme activities. Therefore，the unusua1 a1teration of soi1 microbia1 biomass and soi1 enzyme activities can be used for assessment of the effects of e1evated atmosPheric CO2or/and O3on soi1 microbia1 environment of vegetab1e fie1ds in the future.

Keywords：oPen toP chamber（OTC）；ozone（O3）；carbon dioxide（CO2）；soi1 Physicochemica1 ProPerties；soi1 microbia1 biomass；soi1 enzymes

中圖分類號：X172

文獻標志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）06-1103-07 doi∶10.11654/jaes.2016.06.012

收稿日期：2016-03-28

基金項目：國家自然科學基金項目（31501461）；污染控制與資源化研究國家重點實驗室開放課題項目（PCRRF12014）；安徽省高校自然科學基金重點項目（KJ2015A279）；2016年高校優(yōu)秀中青年骨干人才國內外訪學研修重點項目（gxfxZD2016205）

作者簡介：施翠娥（1974—），女，博士，副教授，現從事環(huán)境微生物學研究。E-mai1：shicuie1025@163.com

*通信作者：汪承潤E-mai1：chengrunwang@163.com