王雪松，鄭粉莉，2*，王婧，焦健宇，趙苗苗

（1.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，陜西 楊凌 712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

依據(jù)世界溫室氣體數(shù)據(jù)中心（WDCGG）的監(jiān)測數(shù)據(jù)[1]，到2017 年9 月全球大氣CO2濃度已經(jīng)增加至403μmol·mol?1。CO2濃度升高最為明顯的影響就是導致全球氣候變暖，IPCC 第五次評估報告[2]指出，1880年以來全球平均氣溫升高了0.65～1.06 ℃；同時，IPPC認為CO2濃度和溫度將持續(xù)升高，預(yù)測到2070—2100 年CO2濃度將達到524～935 μmol·mol?1，溫度將升高1.1～4.8 ℃。大氣CO2濃度和溫度升高，勢必對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生復雜的影響[3?4]。

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分之一[5]。土壤酶主要由土壤微生物產(chǎn)生，其主導土壤有機物的分解，催化土壤中碳、氮、磷養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，通過降低反應(yīng)活化能將聚合物（纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、磷酸酯等）分解為小分子，為植物與微生物提供養(yǎng)分[6?7]。土壤CO2濃度是大氣CO2濃度的10～50 倍；因此，許多學者認為CO2濃度升高通過影響植物生長，間接對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[8?9]。由于植物種類、年齡和生長季節(jié)等的不同，有關(guān)CO2濃度升高對土壤碳氮磷轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性影響的研究結(jié)論也不盡相同，如對水稻土的研究表明，CO2濃度升高使土壤β?葡糖苷酶（βG）活性顯著升高[10?11]，但草地生態(tài)系統(tǒng)中土壤βG 酶活性則對CO2濃度沒有響應(yīng)[12]；ZHENG 等[13]的研究結(jié)果顯示，CO2濃度升高對溫帶森林土壤磷酸酶（AP）活性的影響在不同季節(jié)結(jié)果不同。一定范圍內(nèi)，溫度升高不僅可以直接影響土壤酶促反應(yīng)的反應(yīng)速率，也可以通過影響土壤的物理環(huán)境、微生物群落、有機物質(zhì)的礦化等因素間接影響土壤酶活性；此外，土壤碳氮磷轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性對增溫的響應(yīng)也受到增溫時間和降水等因素的影響[3?4，14?15]。如MCDANIEL等[16]的研究表明，短時間增溫導致βG 酶和β?N?乙酰葡糖苷酶（NAG）活性減弱；而高山森林的長期增溫實驗結(jié)果表明，氣候變暖改變了土壤碳、氮養(yǎng)分循環(huán)的平衡，增強了土壤βG 酶和β?木糖苷酶（XYL）活性[17]；然而ZUC?CARINI 等[18]的研究指出，只有當土壤水分充足時增溫才會使土壤酶活性升高。此外，上述研究大多僅涉及單一氣候因子變化對土壤酶活性的影響，但CO2濃度升高、增溫、干旱等未來氣候情景通常會同時存在，而多氣候因子變化的相互作用對土壤酶產(chǎn)生的影響可能遠比單氣候因子變化對土壤酶活性的影響更加復雜。因此，研究氣候變化對土壤酶活性的影響，需要深入了解多種氣候因子交互作用下土壤酶活性的變化規(guī)律，并綜合植物生長季節(jié)、植物生長狀況以及土壤水分條件等多種環(huán)境條件進行系統(tǒng)研究。

已有關(guān)于土壤酶活性對氣候變化響應(yīng)的研究主要集中在森林、草原等自然生態(tài)系統(tǒng)[19?20]，而涉及農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的研究較為薄弱，且這些研究通常僅針對某個特定作物生長階段，較少考慮作物不同生長發(fā)育階段土壤酶活性對氣候變化的響應(yīng)[21?22]。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤碳氮磷養(yǎng)分狀況是影響糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，研究土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性對氣候變化的響應(yīng)將加深理解未來氣候變化對土壤養(yǎng)分循環(huán)過程的影響[10]。因此，本研究通過盆栽控制試驗，利用人工氣候室控制CO2濃度和環(huán)境溫度，研究CO2濃度升高和增溫對C4 作物谷子（Setaria italica）各生育期土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性的影響，研究結(jié)果可為減緩氣候變化對作物生產(chǎn)影響策略的制定提供科學依據(jù)，也為預(yù)估未來氣候變化對C4 作物生長過程中土壤質(zhì)量的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年4—9月在西北農(nóng)林科技大學人工氣候室進行。供試作物為黃土高原典型旱作作物谷子，品種為晉谷21，全生育期120～140 d。供試土壤為陜西楊凌區(qū)農(nóng)田表層0～20 cm 土壤，土壤類型為土。土壤有機質(zhì)（重鉻酸鉀外加熱法）、全氮（凱氏定氮法）、全磷（H2SO4?HClO4法）含量分別為31.03、1.51、0.97 g·kg?1，速效磷（NaHCO3法）含量為26.59 mg·kg?1。土壤pH 值（復合電極法，土水比1∶2.5）為8.3，土壤容重（環(huán)刀法）為1.26 g·cm?3，土壤田間持水量為26%質(zhì)量含水量。

盆栽器皿為圓柱形，底部無孔，其內(nèi)徑和深度分別為21 cm 和27 cm。供試土壤采回后自然風干，過5 mm 篩以去除石塊和植物殘體并混勻以確保肥力一致，根據(jù)測定的土壤容重（1.26 g·cm?3）和田間耕層深度（20 cm）計算得到每盆裝土質(zhì)量為7.00 kg（干土），每盆施入700 mg 氮（尿素）作為底肥，將底肥與土壤充分混勻后裝盆，靜置24 h后進行第一次供水。根據(jù)試驗土壤田間持水量（26.0%質(zhì)量含水量）和所測定試驗土壤含水量（4.0%質(zhì)量含水量）的差值，計算每盆試驗土壤達到田間持水量時所需要添加的水量進行供水，最后播種并封上保鮮膜以防止水分散失直至出苗。

1.2 試驗設(shè)計及依據(jù)

盆栽試驗共設(shè)6種處理：3種氣候條件（對照、CO2濃度升高、CO2濃度升高和增溫），2 個水分條件（充分供水和輕度干旱）（表1）。對于6種試驗處理，分別在開花期（S1）、開花后10 d（S2）、灌漿期（S3）、成熟期（S4）4個谷子生育期測定土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性，每個生育期設(shè)置4個重復，共計96盆。氣候條件利用人工氣候室進行模擬，除CO2濃度和溫度外，其余環(huán)境條件一致，光周期設(shè)置為12 h/12 h，光照時間為8：00—20：00，最大光強為600μmol·m?2?s?1，相對濕度為60%，CO2濃度由系統(tǒng)自動控制為恒定值，溫度以24 h為周期進行變溫控制（圖1）；土壤水分條件通過人為控水進行模擬。

表1 試驗處理Table 1 The experimental treatments

CO2濃度設(shè)定的依據(jù)分別為WDCGG 在2017 年9月的大氣CO2濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)（400μmol·mol?1）[1]和IPPC CMIP5[2]預(yù)測21 世紀后期的全球大氣CO2濃度（700μmol·mol?1）；環(huán)境溫度的依據(jù)為國家氣象科學數(shù)據(jù)中心（武功站）[23]1981—2010年6—9月的累年日平均氣溫（日均溫22 ℃），增溫4 ℃的依據(jù)為IPPC CMIP5[2]預(yù)測21 世紀后期的增溫幅度（日均溫26 ℃）；充分供水和輕度干旱兩個水分梯度的設(shè)定是依據(jù)前人的研究結(jié)果[24?25]，分別設(shè)置70%田間持水量（18.0%土壤含水量）和50%田間持水量（13.0%土壤含水量），利用稱質(zhì)量的方法控制土壤含水量；同時，每間隔1 個谷子生育期稱量一部分盆栽的地上植株鮮質(zhì)量，以此校正植株自身質(zhì)量造成的土壤含水量誤差。

1.3 試驗步驟

谷子播種時間為2019 年4 月19 日，每盆5～7 穴，每穴1～2 粒；在谷子三葉期間苗，保留長勢大小相近的3 株幼苗，并使其在盆內(nèi)均勻分布。盆栽在播種至拔節(jié)期放置于室外培養(yǎng)，所有盆栽土壤水分保持一致，即為60%田間持水量（15.6%質(zhì)量含水量），精細管理，避免病蟲害及小氣候影響。谷子進入拔節(jié)期后，于2019 年6 月5 日轉(zhuǎn)移至人工模擬氣候室進行氣候情景模擬試驗。具體為：對盆栽進行隨機分組，即平均分成3組，分別放入3個氣候室中，第一組為對照處 理（CO2濃度為400μmol·mol?1和日均溫度為22℃），第二組為CO2濃度升高處理（CO2濃度為700μmol·mol?1和日均溫度為22℃），第三組為CO2濃度和溫度升高組合處理（CO2濃度為700 μmol·mol?1和日均溫度為26 ℃）。對同一氣候室內(nèi)盆栽再隨機分為兩組，分別設(shè)置充分供水（70%FC）和輕度干旱50%FC，且每日采用稱質(zhì)量的方法控制盆栽的土壤含水量，同時每周調(diào)換盆栽位置，避免由于局部光照、溫度、濕度差異產(chǎn)生的影響，直至2019年9月收獲。

1.4 土壤樣品采集

在谷子4 個生育期（開花期、開花后10 d、灌漿期、成熟期），分別對不同CO2濃度、溫度和水分處理的盆栽采集土壤樣品。由于CO2濃度、溫度和供水條件的不同，試驗處理間谷子各生育期存在一定差別，故而土壤采樣時間也存在一定差異。谷子生育期的劃分標準參考《谷子規(guī)?；咝г耘嗉夹g(shù)研究》[26]，具體采樣時間見表2。在采集完盆栽地上部分后，將土體完整從盆中取出，篩出根系，然后將盆栽土壤均勻混合后過2 mm 篩，其中一部分新鮮樣品保存于4 ℃冰箱中并在采樣后14 d 內(nèi)測定土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性，另一部分土壤樣品風干后測定土壤基本性質(zhì)和pH值。

表2 土壤樣品采樣時間Table 2 Date of sampling

1.5 土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性測定

土壤βG、NAG、LAP 和ALP 活性的測定采用SINSABAUGH 等[27]的熒光酶標法并做部分修改。以Tris?HCl 溶液為緩沖液，緩沖液pH 值與土壤樣品pH值保持一致，均為8.3。酶標板加樣后在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱下培養(yǎng)相應(yīng)時間后，在多功能酶標儀中以365 nm激發(fā)波長和450 nm 發(fā)射波長測量熒光值并計算酶活性，各土壤酶對應(yīng)酶底物及培養(yǎng)時間見表3。

表3 土壤酶活性測定的底物和培養(yǎng)時間Table 3 Soil enzymes，their substrates，and incubation time

土壤pH 值測定采用國標法（NY/T 1377—2007），使用雷磁E?201型復合電極測定，土水比1∶2.5。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理采用Microsoft office excel 2019，采用SAS 9.4 統(tǒng)計軟件進行重復測量方差分析（Repeated measures ANOVA），對交互作用顯著的結(jié)果進一步進行簡單效應(yīng)分析。谷子各生育期不同處理間的差異性檢驗通過Duncan 法進行多重比較，顯著性水平檢驗（P<0.05），采用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性的影響

2.1.1 對土壤βG酶活性的影響

由圖2 可知，CO2濃度升高（由400 μmol·mol?1升至700μmol·mol?1）對土壤βG酶活性的影響在兩種土壤水分條件下存在顯著差異。在70%FC 條件下，與CK 相比，EC 處理使谷子S2 生長階段的土壤βG 酶活性顯著增加40.65%（P<0.05），使谷子S3 生長階段土壤βG 酶活性顯著降低44.59%（P<0.05）。在50%FC條件下，與CK相比，EC處理對土壤βG酶活無顯著影響（P>0.05）。在兩種水分處理下，增溫4 ℃（由22 ℃升至26 ℃）都對土壤βG 酶活性具有抑制作用；在70%FC 條件下，EC+T 處理使土壤βG 酶活性較之EC處理在S2、S3 和S4 生長階段分別降低14.70%、33.80%（P<0.05）和27.45%（P<0.05）；在50%FC 條件下，土壤βG 酶活性在S2、S3 和S4 生長階段分別顯著降低29.49%、41.42%和29.28%（P<0.05）。

2.1.2 對土壤NAG酶活性的影響

由圖3 可知，CO2濃度升高對土壤NAG 酶活性的影響在兩種土壤水分條件下基本相同，但對70%FC處理下的土壤NAG 酶活性的影響更顯著。在70%FC條件下，與CK 相比，EC 處理使土壤NAG 酶活性在S1、S2 和S4 生長階段分別顯著增加49.43%、37.88%和34.58%（P<0.05）。在50%FC條件下，與CK相比，EC處理使土壤NAG 酶活性在S4 生長階段顯著增加47.68%（P<0.05），在S2 生長階段顯著降低22.67%（P<0.05），而在S1 和S3 生長階段變化不顯著。增溫對土壤NAG 酶活性的影響在兩種土壤水分條件下存在差異。在70%FC 條件下，EC+T 處理較EC 處理使土壤NAG 酶活性在S4 生長階段顯著降低46.21%（P<0.05），而在其他3 個生育期呈不顯著的降低趨勢（P>0.05）；在50%FC 條件下，EC+T 處理的土壤NAG酶活性較EC 處理在S1 和S2 生長階段顯著增加52.52%和46.93%（P<0.05），但在S3 和S4 生長階段顯著降低41.51%和54.96%（P<0.05）。

2.1.3 對土壤LAP酶活性的影響

由圖4 可知，CO2濃度升高在谷子4 個生育期都表現(xiàn)出對土壤LAP 酶活性的抑制作用。在70%FC 條件下，與CK相比，EC處理使土壤LAP酶活性在S1、S2和S4 生長階段分別顯著降低24.80%、24.60% 和15.52%（P<0.05）；在50%FC 條件下，與CK 相比，EC處理使土壤LAP酶活性在S1和S4生長階段分別降低21.94%和15.52%（P<0.05）。增溫4 ℃使土壤LAP 酶活性呈現(xiàn)不顯著的增加趨勢（P>0.05）。

2.1.4 對土壤ALP酶活性的影響

由圖5 可知，CO2濃度升高對土壤ALP 酶活性的影響在兩種土壤水分條件下存在明顯差異。在70%FC 條件下，與CK 相比，EC 處理使土壤ALP 酶活性在S2 和S4 生長階段分別增加10.07%和28.85%（P<0.05），而在S3 生長階段顯著降低22.20%（P<0.05）；在50%FC 條件下，土壤ALP 酶活性只在S3和S4 生長階段顯著增加8.82%和50.67%（P<0.05）。增溫一定程度上抑制了土壤ALP 酶活性。在70%FC條件下，EC+T 處理較EC 處理使土壤ALP 酶活性在S2 和S4 生長階段分別顯著降低17.05%和26.95%（P<0.05）；在50%FC 條件下，EC+T 處理較EC 處理使土壤ALP 酶活性在S3 和S4 生長階段分別顯著降低12.89%和35.72%（P<0.05）。

2.2 CO2濃度升高、增溫和生育期的交互作用對土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶的影響

重復測量方差分析結(jié)果（表4）顯示，4 種土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性在谷子不同生育期均表現(xiàn)出極顯著差異（P<0.01）。兩種土壤水分條件下CO2濃度升高、增溫和生育期的交互作用對谷子土壤酶活性的影響存在較大差異。在70%FC 條件下，CO2濃度升高與增溫交互作用對4種土壤酶活性均有顯著影響（P<0.05），且二者交互作用對土壤βG 和ALP 酶活性具有極顯著影響（P<0.01）；CO2濃度升高與生育期的交互作用在70%FC 對4 種土壤酶活性均有顯著影響（P<0.05）；增溫與生育期的交互作用對4種土壤酶活性均無顯著影響；CO2濃度升高、增溫與生育期三者的交互作用對土壤βG、NAG 和LAP 酶活性均有極顯著影響（P<0.01）。在50%FC 條件下，CO2濃度升高與增溫的交互作用僅對土壤βG 酶活性具有極顯著影響（P<0.01）；CO2濃度升高與生育期的交互作用對土壤NAG、LAP、ALP 酶活性均有顯著影響（P<0.05）；增溫與生育期的交互作用僅對土壤βG 和NAG 酶活性具有極顯著影響（P<0.01）。CO2、溫度與生育期的交互作用對土壤βG、NAG、LAP 酶具有顯著影響（P<0.05），其中其對土壤βG和NAG兩種酶活性具有極顯著影響（P<0.01）。

表4 CO2、溫度和谷子生育期對土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性影響的重復測量方差分析Table 4 Repeated measures ANOVA for the effects of CO2，temperature，growth stage，and their interaction on soil carbon，nitrogen，and phosphorus transformation?linked enzyme activities

在重復測量方差分析的基礎(chǔ)上，再對CO2濃度升高、增溫和生育期交互作用對土壤酶活性的影響進行簡單效應(yīng)分析（見附表1～附表8，掃描文章首頁OSID碼瀏覽）。結(jié)果顯示：對于土壤βG 酶，在70%FC 條件下，EC+T 處理的土壤βG 酶活性僅在S3 生長階段極顯著低于CK 處理（P<0.01），而在其他生育期差異不顯著（P>0.05）；在50%FC 條件下，與CK 和EC 處理相比，EC+T處理的土壤βG酶活性在S2、S3和S4生長階段均顯著低降（P<0.05），表明增溫對土壤βG 酶活性的抑制作用在50%FC 條件下更顯著。對于土壤NAG酶，在70%FC 條件下，EC 處理的土壤NAG 酶活性在S1 和S2 生長階段顯著高于CK 處理（P<0.05），EC+T處理的土壤NAG 酶活性在S1 和S2 生長階段極顯著高于CK處理（P<0.01），但其在S3和S4生長階段則極顯著低于CK 處理（P<0.01）；在50%FC 條件下，EC 與CK 處理的土壤NAG 酶活性在谷子4個生育期均無顯著差異（P>0.05），EC+T 處理的土壤NAG 酶活性在S1生長階段顯著高于CK和EC處理（P<0.05），但在S3生長階段顯著低于CK處理（P<0.05），表明CO2濃度升高對土壤NAG 酶活性的影響僅在土壤水分充足時具有促進作用，且其促進作用隨谷子生長呈逐漸減弱的變化趨勢；在50%FC條件下，增溫對土壤NAG酶活性的影響在S1 和S2 生長階段有一定的促進作用，而在S3和S4 生長階段轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔谩τ谕寥繪AP 酶，在70%FC 條件下，EC 處理的土壤LAP 酶活性在S1、S2 和S4 生長階段均顯著低于CK 處理（P<0.05），EC+T 處理的土壤酶活性在S2 和S4 生長階段顯著低于CK 處理（P<0.05）；在50%FC 條件下，EC 處理的土壤LAP 酶活性在S1 和S4 生長階段均極顯著低于CK 處理（P<0.01），EC+T 處理的土壤酶活性在S4 生長階段顯著低于CK 處理（P<0.05），表明CO2濃度升高在大多數(shù)谷子生育期抑制土壤LAP酶活性，而增溫對LAP酶活性無顯著影響。對于土壤ALP 酶，在70%FC 條件下，EC 與CK 處理的土壤ALP 酶活性在4 個生育期均無顯著差異（P>0.05）；在50%FC條件下，EC處理的土壤ALP 酶活性在S1 和S4 生長階段顯著高于CK 處理（P<0.05），表明CO2濃度升高僅在干旱條件下對土壤ALP酶活性有一定的促進作用。

3 討論

土壤中大分子有機物水解為可利用的小分子物質(zhì)的過程需要多種酶的參與，本研究所選擇的βG、NAG、LAP和ALP酶是催化纖維素、幾丁質(zhì)、蛋白質(zhì)和有機磷水解末端單體產(chǎn)生的酶，能夠有效表征土壤中碳、氮、磷的分解和循環(huán)，是目前陸地生態(tài)學研究最多的幾種酶[27?30]。已有研究表明，CO2濃度和溫度的變化能夠直接或者間接影響這4 種土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性[4]。

3.1 CO2濃度升高對土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶的影響

普遍認為CO2濃度升高是通過影響植物生理生化過程，間接改變土壤微生物群落的組成與活性，從而對土壤酶活性產(chǎn)生影響[31?32]。雖然在谷子灌漿期，EC處理可使土壤βG酶活性有所降低，但總體變化不顯著，這可能與谷子的生理特性有關(guān)。谷子是一種C4 作物，C4 植物光合時會先在維管束鞘細胞中富集CO2，因此大氣CO2濃度升高理論上不會對C4 植物光合作用產(chǎn)生影響[33]。如LEAKEY 等[34]的研究表明，在非干旱條件下CO2升高對C4 植物光合作用、生物量以及碳氮代謝指標均無顯著影響。本研究中，70%FC條件下，EC 處理可使土壤NAG 酶活性顯著升高，而使土壤LAP 酶活性顯著降低，該結(jié)果與阿爾卑斯山區(qū)高山草地的研究結(jié)果一致[12]。這可能是由于當水分充足時，CO2濃度升高改變了土壤微生物氮的獲取策略，使土壤微生物開始利用更難以分解的幾丁質(zhì)中的氮[32]。土壤ALP 酶活性對于CO2升高的響應(yīng)受土壤水分條件影響，在70%FC 條件下，土壤ALP 酶活性受CO2升高的影響不顯著；而在50%FC 條件下，土壤ALP 酶活性出現(xiàn)顯著的增加趨勢。這可能是因為土壤磷元素受水分因素影響較大，而CO2濃度升高會降低谷子植株的蒸騰速率，提高水分利用效率，一定程度上改善土壤水分狀況[35]。WANG 等[36]的研究結(jié)果也顯示，土壤酶活性受到干旱的顯著影響，而CO2濃度升高能夠一定程度地改善干旱對土壤酶活性的抑制作用。

3.2 增溫對土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶的影響

溫度是影響土壤酶活性的一個重要因子，增溫通過直接影響土壤酶促反應(yīng)速率和間接影響土壤物理環(huán)境、土壤微生物群落、有機物質(zhì)礦化等因素對土壤酶活性產(chǎn)生影響[3，15]。本研究中，與EC 處理相比，增溫4 ℃可使土壤βG和ALP酶活性顯著降低。LOOBY等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，在熱帶森林中土壤βG 酶活性在0～2 ℃的增溫下呈升高趨勢，而當增溫高于2 ℃后開始呈下降趨勢，表明在較高的增溫條件下，土壤酶活性可能受到抑制。本研究表明，增溫對土壤LAP 酶活性影響不顯著，但其在兩種水分條件之間存在差異；在70%FC 條件下，增溫對土壤NAG 酶活性的影響在S2～S4 生長階段均顯著降低，而在50%FC 條件下，其從S1到S2生長階段呈增加趨勢，但從S3到S4生長階段呈降低趨勢，此現(xiàn)象說明土壤中與氮循環(huán)相關(guān)酶活性對增溫的響應(yīng)受制于土壤水分條件，這與CUSACK等[37]和KARDOL 等[38]的研究結(jié)果相一致。本研究還表明，在70%FC 條件下增溫4 ℃對土壤βG 和ALP 酶活性的影響程度小于50%FC 條件。ZHOU 等[39]的研究也顯示，增溫對土壤ALP 酶活性的影響很可能是通過影響土壤水分條件來實現(xiàn)的。

3.3 CO2濃度升高和增溫交互作用對土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶的影響

CO2濃度升高與增溫的交互作用主要通過對微生物群落和植物生長的影響進而對土壤酶活性產(chǎn)生影響[40]。本研究中，在70%FC 條件下，CO2濃度升高僅對NAG和LAP酶活性有顯著影響，而CO2濃度升高與增溫的交互作用對4 種土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性均具有顯著影響，這表明與僅CO2濃度升高相比，CO2濃度升高與增溫的交互作用對土壤酶活性的影響更強烈，這一結(jié)果與劉遠等[41]在小麥田中的研究結(jié)果相一致。

3.4 谷子生育期與氣候因子交互作用對土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶的影響

土壤酶活性與植物生理活動密切相關(guān)，而谷子光合生理在不同生育期對大氣環(huán)境變化的響應(yīng)不同[42]，這與周婭等[43]和李奕霏等[11]在玉米及水稻土壤中的研究結(jié)果相一致。在本研究中生育期對4 種土壤碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性均具有極顯著影響，谷子生育期與CO2升高的交互作用對4種土壤酶活性均具有顯著影響，生育期、CO2濃度升高與增溫的交互作用對土壤βG、NAG 和LAP 酶活性均產(chǎn)生顯著影響，這表明作物不同生育期的生理活動會影響土壤酶活性對大氣環(huán)境變化的響應(yīng)。本研究還發(fā)現(xiàn)，CO2濃度升高與增溫直接導致了谷子生育期縮短，這與已有的大多數(shù)實驗結(jié)果相一致[44?45]，而作物生育期時長的變化能夠影響作物對土壤養(yǎng)分的獲取，進而導致土壤酶活性發(fā)生改變[43，46]。

4 結(jié)論

（1）CO2濃度升高對土壤βG 酶活性的影響整體上不顯著，但增溫顯著抑制土壤βG 酶活性，且抑制作用在灌漿期達到最大，此后呈降低趨勢，輕度干旱加劇了增溫對土壤βG酶活性的抑制作用。

（2）在充分供水條件下，CO2濃度升高增加了土壤NAG 酶活性，而增溫對土壤NAG 酶活性產(chǎn)生抑制作用；在輕度干旱條件下，CO2濃度升高對土壤NAG酶活性無顯著影響，而增溫對土壤NAG 酶活性在開花?灌漿期有促進作用，但在灌漿?收獲期有抑制作用。

（3）在兩種水分條件下，土壤LAP 酶活性在4 個谷子生育期均受到CO2濃度升高的抑制作用，而增溫對土壤LAP酶活性無顯著影響。

（4）CO2濃度升高，在充分供水條件下對土壤ALP酶活性影響不顯著；但在輕度干旱條件下CO2濃度升高顯著增加了土壤ALP 酶活性。在兩種水分條件下，增溫均顯著抑制土壤ALP酶活性。