李德輝，楊第芹，李應(yīng)祿，張寶成*

(1.遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006; 2.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025; 3.遵義市第三十三中學(xué)，貴州 遵義 563118)

【研究意義】遵義地處喀斯特地區(qū)，土地資源有限，土壤瘠薄且生態(tài)環(huán)境脆弱，對外界環(huán)境干擾的抵抗能力差，穩(wěn)定性弱，很容易受到干擾[1]。土壤酶在土壤有機物的分解、轉(zhuǎn)化與合成，養(yǎng)分循環(huán)及植物生長養(yǎng)分供給中具有重要作用，其活性高低不僅反映土壤養(yǎng)分狀況，而且在一定程度上說明土壤生物的活動狀況[2]。除土壤酶外，土壤中微生物呼吸也能反映土壤生物的活動狀況及土壤的物理性質(zhì)，是農(nóng)業(yè)土壤性質(zhì)十分重要的指標(biāo)之一[3]。因此，其常作為土壤系統(tǒng)的預(yù)警和敏感指標(biāo)?！厩叭搜芯窟M展】自然生態(tài)系統(tǒng)中宮杰芳等[4]研究了喀斯特地區(qū)草地、竹林和灌叢等不同植被類型土壤蔗糖酶、蛋白酶、堿性磷酸酶、脲酶及多酚氧化酶的酶活性。楊倫等[5]研究了沼液肥單施或與其他肥料配施對土壤酶活性的影響。胡凱等[6]研究發(fā)現(xiàn)，隨桉樹種植年限的增加，桉樹人工林根際土壤磷酸酶、多酚氧化酶、β-葡糖糖苷酶和過氧化氫酶酶活力均呈顯著下降趨勢；土壤中細菌和真菌數(shù)量亦隨種植年限增加呈明顯下降趨勢，且種植年限對根際土壤真菌數(shù)量的影響更大?！颈狙芯壳腥朦c】隨著人民生活水平的提高，對瓜果蔬菜需求量急劇增加，為滿足人們的需求，一些經(jīng)濟作物采取連作的種植模式，導(dǎo)致連作障礙和土傳病害日益加重，嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。如，西瓜種植1年沒明顯病害，種植3年后猝倒病、枯萎病和立枯病等病害發(fā)生開始加重，且產(chǎn)量較1年西瓜地(對照)減產(chǎn)20 %[7]。目前，關(guān)于喀斯特地區(qū)農(nóng)田系統(tǒng)中不同耕地類型土壤酶活性和微生物呼吸的研究比較缺乏?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，采用土壤酶分析法和微生物呼吸法對遵義市4種不同耕作(1年西瓜地、3年西瓜地、青貯玉米地和菜地)土壤微生物的呼吸及酶活性進行研究探討，旨在為該地區(qū)及類似區(qū)域農(nóng)田系統(tǒng)土壤健康和土地的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 土壤 4種類型耕地土壤采自遵義市金鼎山鎮(zhèn)金莊村4組，分別為大棚內(nèi)種植的1年西瓜地、種植3年西瓜地和露天菜地、露天青貯玉米地(以下簡稱1年西瓜地、3年西瓜地、菜地和青貯玉米地)的土壤，均為黃壤土。

1.1.2 試劑 磷酸鹽緩沖液、氫氧化鈉、甲苯、尿素、丙酮、葡萄糖和3,5-二硝基水楊酸等，市購。

1.1.3 儀器設(shè)備 烘箱、錐形瓶、恒溫培養(yǎng)箱、真空干燥器及分光光度計等。

1.2 試驗方法

1.2.1 土樣采集與預(yù)處理 采用5點取樣法，于2018年7月從貴州省遵義市海龍屯(E106°12′22″～107°26′25″，N27°13′15″～28°4′9″，海拔800～1300 m)采集4種類型土樣。分別采集耕作層0～20 cm土壤樣品，5點采樣，每個樣點約500 g，混勻后采用5分法保留土壤1 kg用冰桶帶回實驗室。留取部分鮮樣測定微生物呼吸，另外土樣在室內(nèi)風(fēng)干、磨碎并混合均勻后備用。

1.2.2 指標(biāo)測定 參照文獻[2]的方法測定土樣在室內(nèi)風(fēng)干混合均勻磨碎后用于測定土壤酶活性土壤脲酶、纖維素酶、蔗糖酶、過氧化氫酶及淀粉酶活性，脫氫酶活性采用TTC分光光度計法[8]測定脫氫酶活性；土壤微生物呼吸采用NaOH溶液吸收法[9]測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，用Sigmaplot 10軟件繪圖制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作土壤各類酶的酶活性

從表1可知不同耕作土壤氧化還原酶類和水解酶類的酶活性。

2.1.1 氧化還原酶類 (1)過氧化氫酶。4種耕作土壤過氧化氫酶活性依次為1年西瓜地>菜地>青貯玉米地>3年西瓜地，其中，1年西瓜地的土壤過氧化氫酶活性最大，為1.03 Ua，其次是菜地(0.90 Ua)，二者間差異不顯著，但均顯著高于青貯玉米地(0.77 Ua)和3年西瓜地(0.69 Ua)的土壤過氧化氫酶活性。

(2)脫氫酶。4種耕作土壤脫氫酶活性依次為菜地>青貯玉米地>1年西瓜地>3年西瓜地，其中，菜地的土壤脫氫酶活性最高，為3.90 Ua，是1年西瓜地和3年西瓜地的1.43和1.88倍；3年西瓜地最小，青貯玉米地和1年西瓜地的酶活性接近。表明，西瓜連作對土壤脫氫酶活性有影響。

2.1.2 水解酶類 (1)纖維素酶。4種耕作土壤纖維素酶活性為0.26～0.33 Ua，其中，菜地的土壤纖維素酶活性最高，其次是1年西瓜地，3年西瓜地與青貯玉米地相當(dāng)，4種耕作土壤纖維素酶活性差異不顯著。

(2)蔗糖酶。4種耕作土壤蔗糖酶活性為1.80～4.11 Ua，其中，1年西瓜地的活性最大，其次是3年西瓜地，菜地的最小，4種耕作土壤蔗糖酶活性差異不顯著。

(3)淀粉酶。4種耕作土壤淀粉酶活性依次為菜地>1年西瓜地>青貯玉米地>3年西瓜地，其中，菜地與1年西瓜地間無顯著差異，但二者均顯著高于青貯玉米地和3年西瓜地(P<0.05)；青貯玉米地與3年西瓜地間無顯著差異。

(4)脲酶。4種耕作土壤脲酶活性依次為青貯玉米地>菜地>1年西瓜地>3年西瓜地，其中，青貯玉米地與其他土壤間差異顯著(P<0.05)，菜地與1年西瓜地差異不顯著，但二者均顯著高于3年西瓜地。

表1 不同土壤氧化還原酶類和水解酶類的酶活性

注：同列不同小寫字母表示0.05水平上的差異顯著。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.

2.2 土壤微生物呼吸與酶活性相關(guān)性

2.2.1 土壤微生物呼吸 由圖1可知，4種耕作土壤的微生物呼吸CO2釋放量隨時間的延長而增加，且各時間段均表現(xiàn)為菜地>青貯玉米地>1年西瓜地>3年西瓜地。第1天時4種耕作土壤的微生物呼吸CO2釋放量(基礎(chǔ)呼吸)接近，無顯著差異；從第3天開始，不同土壤微生物呼吸CO2釋放量差異逐漸增加但仍不顯著；第6和11天時菜地和青貯玉米地土壤微生物呼吸CO2釋放量顯著高于同時期1年西瓜地和3年西瓜地(P<0.05)，但二者間差異不顯著。說明，種植西瓜影響土壤微生物呼吸。

2.2.2 土壤微生物呼吸與各類酶酶活性的相關(guān)性 顯著性檢驗結(jié)果表明，不同耕作土壤間微生物呼吸(CO2釋放量)、纖維素酶及蔗糖酶活性的P值分別為0.54、0.85和0.25(P>0.05)，說明差異不顯著；淀粉酶和過氧化氫酶酶活性的P值分別為0.03和0.02(P<0.05)，說明，不同土壤間差異顯著；脲酶和脫氫酶酶活性的P值分別為0.007和0.005(P<0.01)，說明，不同土壤間差異極顯著。由表2可知，微生物呼吸(CO2釋放量)與蔗糖酶酶活性呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.56；與脲酶活性呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.51；與脫氫酶酶活性呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.73。淀粉酶與過氧化氫酶酶活性呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.72，與脫氫酶酶活性呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.66。

圖1 不同耕作土壤微生物呼吸CO2的累計釋放量Fig.1 Cumulative released quantity of CO2from soil microbial respiration of different farmland types

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn)，不同耕作類型對土壤脫氫酶、蔗糖酶、纖維素酶、脲酶和淀粉酶活性的影響程度不同。妙佳源等[10]研究發(fā)現(xiàn)，連作后土壤中氮、磷和鉀含量降低，脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性呈逐年降低趨勢，最終造成作物減產(chǎn)。姚華開等[11]研究結(jié)果表明，連作后植物根系土壤中細菌容易形成優(yōu)勢群落，有利于病蟲害的發(fā)生。西瓜的根、莖和葉等營養(yǎng)器官均可產(chǎn)生化感物質(zhì)影響西瓜根生長[12]，其土壤中的殘體亦可影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量；這些化感物質(zhì)極易導(dǎo)致西瓜栽種時產(chǎn)生連作障礙[13]。西瓜地土壤脫氫酶活性比青貯玉米地和菜地低的主要原因可能是：①西瓜產(chǎn)生化感物質(zhì)對自身產(chǎn)生自毒作用[8]，并對土壤微生物產(chǎn)生影響，進而改變了土壤脫氫酶活性。②西瓜初期種植分泌的化感物質(zhì)不斷累積，造成過氧化氫酶活性高于青貯玉米地和菜地，隨著種植年限的增加，化感及其他物質(zhì)的毒副作用凸顯，使得連續(xù)種植3年西瓜地的過氧化氫酶含量低于菜地和青貯玉米地；同時，這些物質(zhì)也可能對土壤蔗糖酶、纖維素酶、淀粉酶和脲酶活性產(chǎn)生同樣的影響。

土壤微生物呼吸反映微生物的活動強度[14]，影響土壤微生物活性的因子有土壤含水量、有機質(zhì)含量和植物種類等[15-17]。貴州省土地資源有限，主要以山區(qū)耕地為主，地貌、氣候環(huán)境條件及耕作模式等對農(nóng)作物的產(chǎn)量有影響。研究表明，通過測定土壤微生物呼吸可揭示作物連作對土壤的影響。

表2 土壤微生物呼吸與酶活性的相關(guān)性

4 結(jié) 論

3年西瓜地脫氫酶活性較玉米地和菜地的低，連作影響土壤脫氫酶的活性。4種耕作土壤淀粉酶活性依次為菜地>1年西瓜地>青貯玉米地>3年西瓜地，菜地的酶活性與1年西瓜地間無顯著差異，但二者均與3年西瓜地、青貯玉米地差異顯著。土壤脲酶活性以青貯玉米地最高，與其他土壤間差異顯著；3年西瓜地的最低。蔗糖酶活性從大到依次為1年西瓜地>3年西瓜地>青貯玉米地>菜地。脫氫酶活性為菜地>青貯玉米地>1年西瓜地>3年西瓜地。過氧化氫酶活性為1年西瓜地>菜地>青貯玉米地>3年西瓜地。纖維素酶活性以菜地最大，其次是1年西瓜地，3年西瓜地和青貯玉米地的纖維素酶活性相等。

蔗糖酶酶活性與土壤微生物呼吸CO2釋放量呈顯著負相關(guān)，淀粉酶與過氧化氫酶酶活性呈極顯著正相關(guān)，與脫氫酶酶活性呈顯著正相關(guān)。

西瓜連作地土壤微生物呼吸(CO2釋放量)在第6和11天時與青貯玉米地和菜地間差異顯著。微生物呼吸與蔗糖酶酶活性呈顯著負相關(guān)，與脲酶和脫氫酶酶活性呈顯著正相關(guān)。說明，種植西瓜可影響土壤微生物呼吸。

土壤微生物呼吸指標(biāo)可揭示易產(chǎn)生連作土壤的變化，為當(dāng)?shù)赝恋馗咝Ю煤透乜沙掷m(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。