環(huán)渤海灣地區(qū)不同種植年限設(shè)施土壤酶活性變化

張雨柔　陳之群，　田 恬　田永強　高麗紅*（設(shè)施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京市重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，北京 0093；臨沂大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東臨沂 76000）

環(huán)渤海灣地區(qū)不同種植年限設(shè)施土壤酶活性變化

張雨柔1陳之群1，2田 恬1田永強1高麗紅1*
（1設(shè)施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京市重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，北京 100193；2臨沂大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東臨沂 276000）

∶選取環(huán)渤海灣地區(qū)13個不同地點不同種植年限的日光溫室蔬菜土壤為研究對象，測定0～30 cm與30～60 cm土層的蔗糖酶、多酚氧化酶和過氧化物酶的活性，分析其變化規(guī)律。結(jié)果表明∶同一種植年限設(shè)施土壤蔗糖酶與過氧化物酶活性在0～30 cm土層普遍高于30～60 cm土層，而多酚氧化酶活性在0～30 cm土層低于30～60 cm土層。土壤中蔗糖酶活性隨種植年限的增加無顯著性變化；多酚氧化酶活性與過氧化物酶活性在0～30 cm土層均隨種植年限的增加呈下降趨勢，但在30～60 cm土層無顯著差異。蔗糖酶、多酚氧化酶和過氧化物酶活性在京津冀、蘇魯和遼三大地區(qū)間差異顯著。因此，為了維持日光溫室土壤的可持續(xù)利用，提高土壤肥力，應(yīng)適當(dāng)控制連續(xù)種植的年限，本試驗結(jié)果表明連續(xù)蔬菜種植年限以15 a以內(nèi)為宜。

∶環(huán)渤海灣地區(qū)；日光溫室；土壤酶活性；種植年限

環(huán)渤海灣地區(qū)是我國以日光溫室為代表的設(shè)施園藝發(fā)展最適宜地區(qū)之一，其設(shè)施蔬菜生產(chǎn)水平及生產(chǎn)規(guī)模均居于我國前列，而且環(huán)渤海灣地區(qū)各個省份之間具有相似的氣候環(huán)境，逐漸形成了相對穩(wěn)定的區(qū)域布局（李秋和仲桂清，2005）。日光溫室處于封閉與半封閉狀態(tài)，缺少雨水的淋溶，溫濕度與露地相比均較高，形成了一個特殊的生態(tài)系統(tǒng)（劉志民和李家金，1994）。在實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)者有時為了追求高產(chǎn)，盲目施肥，不僅造成肥水流失，影響蔬菜品質(zhì)，還會引起養(yǎng)分在土壤中的積累，造成土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變。相關(guān)研究表明，由于設(shè)施這種半封閉空間結(jié)構(gòu)，與鄰近露地相比，日光溫室內(nèi)土壤的全鹽和硝酸鹽含量均顯著偏高，且與種植年限呈正相關(guān)，表明溫室土壤的環(huán)境質(zhì)量逐年下降（黃得志 等，2011）。

土壤酶在土壤的各元素循環(huán)中起重要的作用，其活性與土壤質(zhì)量緊密相連。蔗糖酶將蔗糖分解成葡萄糖和果糖，供植物直接吸收，一定程度上可以作為土壤肥力的指標(biāo)；多酚氧化酶與過氧化物酶作為氧化還原酶，在土壤有機質(zhì)與腐殖質(zhì)形成過程中起到非常重要的作用（關(guān)松蔭 等，1986）。王書錦和胡江春（2002）認(rèn)為，土壤酶活性可以影響植物吸收和利用養(yǎng)分，從而反映植物的生長發(fā)育情況。但是，土壤酶活性的相關(guān)研究一直是土壤肥力領(lǐng)域研究的薄弱環(huán)節(jié)，且多集中于土壤酶活性與土壤肥力的關(guān)系、土壤酶活性的垂直分布規(guī)律及施肥管理措施和不同耕作模式等對土壤酶活性影響（趙林森和王九齡，1995；張成娥和梁銀麗，1999；張成娥等，2001；劉建新 等，2005；Floch et al.，2009），針對某一地區(qū)溫室土壤不同種植年限的土壤酶活性的比較研究甚少，且結(jié)果不盡相同。本試驗以環(huán)渤海灣地區(qū)典型設(shè)施蔬菜生產(chǎn)區(qū)域為取樣點，選擇0 a、3～5 a、8～10 a、13～15 a和20 a以上種植年限的日光溫室土壤為研究對象，研究不同酶活性隨著種植年限增加的動態(tài)變化規(guī)律，評價不同土壤酶活性與種植年限及栽培區(qū)域的關(guān)系，為更好地進行不同地區(qū)設(shè)施蔬菜栽培養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1土樣采集地點

供試土壤在3大區(qū)域13個采樣地點采集∶北京、天津和河北統(tǒng)一劃分為京津冀地區(qū)；江蘇與山東劃分為蘇魯?shù)貐^(qū)；遼寧省單為遼地區(qū)。據(jù)此，遼包括遼寧海城（HC）、凌源（LY）和瓦房店（WFD）3個點；京津冀包括北京大興（DX）和順義（SY），天津靜海（JH），河北樂亭（LT）、永清（YQ）和永年（YN）6個點；蘇魯包括山東壽光（SG）、利津（LJ）、蒼山（蘭陵）（CS）和江蘇贛榆（GY）4個點。

1.2試驗設(shè)計

試驗于2015年11月至2016年4月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京市重點實驗室進行。雙因素試驗設(shè)計∶因素1為種植年限，以設(shè)施種植年限0 a即溫室臨近露地土壤作為對照，各地點均選取3～5 a、8～10 a、13～15 a和≥20 a 4個處理；因素2為采集地點（具體到市縣），在13個采樣地點，對種植年限為0 a、3～5 a、8～10 a、13～15 a和≥20 a的設(shè)施蔬菜土壤進行采樣。在每個采樣地點內(nèi)，采用五點取樣法用土鉆進行取樣，取樣深度為0～30 cm以及30～60 cm兩個土層，每個采樣點3個重復(fù)，每個重復(fù)由5個樣品混合而成。土樣采集后，迅速裝入自封袋中，密封后帶回實驗室進行分析前處理，共130份土壤樣品（表1）。本試驗將因素2按采樣地點劃分主要是因為∶① 各采集地點內(nèi)各種植年限土壤臨近、地理位置鄰近，氣候條件（段麗瑤和楊艷娟，2011）和土壤質(zhì)地（呂真真 等，2014）變幅相對較?。虎?各采樣地點間，即使是同一省市內(nèi)部，氣候條件和土壤質(zhì)地變幅較大；③ 氣候條件和土壤質(zhì)地是影響設(shè)施蔬菜生長的重要因素（趙子征 等，2006；黃紹文 等，2011）。本試驗并未將因素2按省（直轄市）劃分，主要是因為各?。ㄖ陛犑校儆谛姓澐?，其氣候條件和土壤質(zhì)地差異較大，不適宜作為設(shè)施蔬菜土壤質(zhì)量的影響因素。

表1　供試土壤樣品信息

將土壤樣品帶回實驗室后立即過篩（2 mm）并混勻，為了方便后續(xù)分析，將每個樣品分成3份，一份自然風(fēng)干，一份保存在-4.0 ℃冰箱中，一份長期保存于-20.0 ℃冰箱中。本試驗只涉及到風(fēng)干土樣。

1.3測定項目及方法

蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法（以24 h后1 g土壤中含葡萄糖的質(zhì)量mg表示，mg·g-1）；多酚氧化酶活性測定采用鄰苯三酚比色法（以2 h后1 g土壤中生成的紫色沒食子素的質(zhì)量mg表示，mg·g-1），且取土樣需過0.25 mm篩；過氧化物酶活性測定采用鄰苯三酚比色法（以2 h后1 g土壤中生成的紫色沒食子素的質(zhì)量mg，mg·g-1）（ 關(guān)松蔭 等，1986）。每份土壤樣品3次重復(fù)，取平均值。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2007、SPSS 19.0軟件進行分析，利用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及方差分析、相關(guān)性分析和回歸分析。

2　結(jié)果與分析

2.1環(huán)渤海灣地區(qū)土壤酶活性的整體概況

2.1.1土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、過氧化物酶活性的空間分布特征 如圖1、表2所示，整體來看，不同種植年限0～30 cm土層蔗糖酶活性普遍高于30～60 cm土層，兩個土層中蔗糖酶活性的空間變異幅度（極差）均較大，且在空間上的變異趨勢較為一致。對蔗糖酶活性整體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明，0～30 cm土層蔗糖酶活性的最小值、最大值、中值、平均值均大于30～60 cm土層；此外，0～30 cm土層蔗糖酶活性的變異系數(shù)小于30～60 cm土層，說明0～30 cm土層蔗糖酶活性變異程度相對較小。

圖1　環(huán)渤海灣地區(qū)日光溫室土壤酶活性的空間分布

土壤多酚氧化酶活性在0～30 cm土層普遍低于30～60 cm土層（圖1）。對多酚氧化酶活性整體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明（表2），0～30 cm土層活性的最小值、最大值、中值、平均值均小于30～60 cm土層；此外，0～30 cm土層多酚氧化酶活性的變異系數(shù)與30～60 cm土層相差較小，說明0～30 cm土層與30～60 cm土層多酚氧化酶活性變異程度相差不大。

不同地區(qū)，土壤過氧化物酶活性在不同土層間呈波動變化趨勢（圖1）。對過氧化物酶活性整體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明（表2），0～30 cm土層過氧化物酶活性的最小值、最大值、中值、平均值均大于30～60 cm土層，說明在0～30 cm土層的過氧化物酶活性較高。

值得注意的是，兩個土層的多酚氧化酶活性與過氧化物酶活性的變異系數(shù)，均小于蔗糖酶活性的變異系數(shù)（表2）。

圖2　不同采樣地點土壤酶活性

2.1.2不同采樣地點對土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、過氧化物酶活性的影響 由圖2可知，土壤蔗糖酶活性在各個采樣地點間存在差異。在0～30 cm土層，河北永年的蔗糖酶活性最高，且顯著高于除河北永清、樂亭外的其他地區(qū)，而山東蒼山與江蘇贛榆較低；在30～60 cm土層，遼寧瓦房店的土壤蔗糖酶活性最高，天津靜海的最低。

與蔗糖酶活性的變化趨勢相似，土壤多酚氧化酶活性在各個采樣地點間也存在差異。由圖2可知，在0～30 cm土層，天津靜海的多酚氧化酶活性最高，而江蘇贛榆最低，且顯著低于除遼寧瓦房店、海城和山東蒼山外的其他地點；在30～60 cm土層，北京順義的多酚氧化酶活性最高，且同樣是江蘇贛榆的酶活性最低。

土壤過氧化物酶活性在各個采樣地點間也存在差異。由圖2可知，在0～30 cm土層，山東蒼山的過氧化物酶活性最高，而北京大興的最低；在30～60 cm土層，北京順義的過氧化物酶活性最高，河北永清和江蘇贛榆的較低。

2.2種植年限對土壤酶活性的影響

由圖3可知，不同種植年限間，土壤蔗糖酶活性在0～30 cm和30～60 cm土層均無顯著差異。多酚氧化酶活性在0～30 cm土層隨種植年限的增加呈下降趨勢，且20 a以上土壤多酚氧化酶活性顯著低于對照；而在30～60 cm土層，各處理間并無顯著差異。與多酚氧化酶活性變化趨勢一致，不同種植年限的溫室土壤中過氧化物酶活性在0～30 cm土層隨種植年限的增加呈下降趨勢，同樣20 a以上土壤過氧化物酶活性顯著低于對照；而在30～60 cm土層，各處理間無顯著差異。

同一種植年限設(shè)施土壤蔗糖酶與過氧化物酶活性在0～30 cm土層普遍高于30～60 cm土層，而多酚氧化酶活性在0～30 cm土層低于30～60 cm土層。

2.3不同區(qū)域間的土壤酶活性

由表3可知，在0～30 cm土層，京津冀地區(qū)土壤蔗糖酶活性最高，顯著高于蘇魯與遼區(qū)域，蘇魯與遼區(qū)域間無顯著差異；在30～60 cm土層，遼地區(qū)土壤蔗糖酶活性最高，顯著高于京津冀與蘇魯區(qū)域，蘇魯與京津冀區(qū)域無顯著差異。土壤多酚氧化酶活性受區(qū)域影響，在0～30 cm土層，京津冀地區(qū)最高，遼區(qū)域最低。在0～30 cm土層與30～60 cm土層，多酚氧化酶活性在空間上變化趨勢較為一致。土壤過氧化物酶活性在0～30 cm土層，蘇魯區(qū)域最高，京津冀地區(qū)最低，京津冀與遼區(qū)域之間無顯著差異；在30～60 cm土層，京津冀區(qū)域酶活性最高，遼區(qū)域最低，顯著低于京津冀與蘇魯區(qū)域，京津冀與蘇魯?shù)貐^(qū)無顯著差異。

圖3　種植年限對0～30 cm和30～60 cm土層土壤酶活性的影響

表3　不同區(qū)域間的土壤酶活性 　mg·g-1

3　結(jié)論與討論

3.1環(huán)渤海灣地區(qū)不同年限土壤蔗糖酶活性

本試驗結(jié)果表明，同一種植年限，0～30 cm土層蔗糖酶活性普遍高于30～60 cm土層，這可能與植物根系分布較淺，多集中在0～30 cm土層，人為進行施肥多集中在表層土壤有關(guān)，因此蔗糖酶活性在0～30 cm土層較高。兩個土層蔗糖酶活性的空間變異幅度（極差）均較大，且在空間上的變異趨勢較為一致，說明采樣地點的地理位置可能對蔗糖酶活性有重要影響。土壤蔗糖酶活性在兩個土層隨種植年限的增加并無顯著性差異，這與前人的研究結(jié)果不一致，吳鳳芝等（2006）研究表明蔗糖酶活性隨種植年限呈下降趨勢，這可能是由于本試驗取樣地點跨度大，土壤質(zhì)地差異較大，將種植年限的差異掩蓋了。此外，0～30 cm土層由于人為的施肥與耕作對其影響較大，而30～60 cm土層的土壤可能更接近其本身質(zhì)地，在0～30 cm土層京津冀地區(qū)蔗糖酶活性最高，一定程度上代表了京津冀地區(qū)土壤肥力在0～30 cm土層較高，這可能是由于人為施肥較多造成的；遼地區(qū)的蔗糖酶活性在30～60 cm土層顯著高于京津冀與蘇魯?shù)貐^(qū)，說明對于土壤本身而言，遼的土壤肥力更高一些。

3.2環(huán)渤海灣地區(qū)不同年限土壤多酚氧化酶與過氧化物酶活性

土壤多酚氧化酶活性在0～30 cm土層普遍小于30～60 cm土層，岳忠輝等（2009）研究表明土壤多酚氧化酶活性與土壤腐殖質(zhì)腐殖化程度呈負(fù)相關(guān)，說明當(dāng)多酚氧化酶活性降低時，土壤腐殖化程度逐漸升高，這進一步表明0～30 cm土層的土壤腐殖化程度相對高于30～60 cm土層。不同種植年限的溫室土壤中多酚氧化酶活性在0～30 cm土層隨種植年限的增加呈下降的趨勢，在30～60 cm土層并無顯著性差異，而前人研究表明多酚氧化酶隨種植年限變化無明顯規(guī)律（孟立軍，2004）。多酚氧化酶活性在0～30 cm與30～60 cm土層均是京津冀地區(qū)最高，而且在0～30 cm土層與30～60 cm土層，多酚氧化酶活性在空間上變化趨勢較為一致，說明多酚氧化酶活性受人為因素的影響可能較小。

與多酚氧化酶活性變化趨勢一致，不同種植年限的溫室土壤中過氧化物酶活性在0～30 cm土層隨種植年限的增加呈下降趨勢，且種植年限在20 a以上的土壤過氧化物酶活性顯著低于對照，因此蔬菜連續(xù)種植年限以15 a以內(nèi)為宜；而在30～60 cm土層，不同種植年限間并沒有顯著性差異。土壤過氧化物酶活性空間分布0～30 cm土層活性相對來說稍大于30～60 cm土層。土壤過氧化物酶活性在京津冀地區(qū)0～30 cm土層最低，而在30～60 cm土層，京津冀地區(qū)酶活性最高，這可能是由于過氧化物酶受人為管理影響較大，導(dǎo)致兩個土層差異較多。

3.3主要結(jié)論

① 土壤蔗糖酶活性與種植年限無關(guān)，但0～30 cm土層的蔗糖酶活性高于30～60 cm土層。

② 土壤多酚氧化酶活性與過氧化物酶活性在0～30 cm土層均隨種植年限的增加呈下降趨勢，在30～60 cm土層不同年限間無顯著差異；同一種植年限，過氧化物酶活性在0～30 cm土層普遍高于30～60 cm土層，而多酚氧化酶活性在0～30 cm土層低于30～60 cm土層。

③ 土壤蔗糖酶、多酚氧化酶和過氧化物酶活性在京津冀、蘇魯和遼三大地區(qū)差異顯著。

段麗瑤，楊艷娟.2011.近50年環(huán)渤海地區(qū)夏季降水時空變化特征.廈門∶第28屆中國氣象學(xué)會年會——S3天氣預(yù)報災(zāi)害天氣研究與預(yù)報.

關(guān)松蔭，張德生，張志明.1986.土壤酶及其研究法.北京∶農(nóng)業(yè)出版社.

黃得志，任曉燕，吳明麗，陳年來.2011.設(shè)施栽培對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，46（3）∶70-73.

黃紹文，王玉軍，金繼運，唐繼偉.2011.我國主要菜區(qū)土壤鹽分、酸堿性和肥力狀況.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，17（4）∶906-918.

李秋，仲桂清.2005.環(huán)渤海地區(qū)旅游氣候資源評價.干旱區(qū)資源與環(huán)境，19（2）∶149-153.

劉建新，王鑫，楊建霞.2005.覆草對果園土壤腐殖質(zhì)組成和生物學(xué)特性的影響.水土保持學(xué)報，19（4）∶93-95.

劉志民，李家金.1994.設(shè)施土壤的肥力特征及酶活性.土壤，26 （5）∶273-275.

呂真真，劉廣明，楊勁松，張密密.2014.環(huán)渤海沿海區(qū)域土壤養(yǎng)分空間變異及分布格局.土壤學(xué)報，51（5）∶944-952.

孟立軍.2004.設(shè)施不同種植年限土壤酶活性及其與土壤肥力關(guān)系的研究〔碩士論文〕.哈爾濱∶東北農(nóng)業(yè)大學(xué).

王書錦，胡江春.2002.新世紀(jì)中國土壤微生物學(xué)的展望.微生物學(xué)雜志，22（1）∶36-39.

吳鳳芝，孟立君，王學(xué)征.2006.設(shè)施蔬菜輪作與連作土壤酶活性的研究.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，12（4）∶554-558.

岳忠輝，王博文，王洪峰，閆秀峰.2009.松嫩平原西部鹽堿草地土壤多酚氧化酶活性及其與主要肥力因子的關(guān)系.草業(yè)學(xué)報，18（4）∶251-255.

張成娥，梁銀麗.1999.高原溝壑區(qū)套作蘋果幼園土壤養(yǎng)分及酶活性研究.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，17（14）∶22-26.

張成娥，杜社妮，白崗栓，梁銀麗.2001.黃土塬區(qū)果園套種對土壤微生物及酶活性的影響.土壤與環(huán)境，10（2）∶121-123.

趙林森，王九齡.1995.楊槐混交林生長及土壤酶與肥力的相互關(guān)系.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，17（4）∶1-7.

趙子征，彭高軍，辛本勝.2006.我國西北地區(qū)節(jié)能型日光溫室蔬菜生產(chǎn)氣候區(qū)劃.農(nóng)機化研究，（5）∶87-89.

Floch C，Capowiez Y，Criquet S.2009.Enzyme activities in apple orchard agroecosystems∶How are they affected by management strategy and soil properties.Soil Biology & Biochemistry，41∶61-68.

Changes in G reenhouse Soil Enzym e Activities w ith Different Planting Years Around Bohai Bay Region

ZHANG Yu-rou1，CHEN Zhi-qun1，2，TIAN Tian1，TIAN Yong-qiang1，GAO Li-hong1*
（1Beijing Key Laboratory of Grow th and Developmenta l Regulation for Pro tected Vegetable Crops，Co llege of Horticulture，China Agricultural University，Beijing 100193，China；2College of Life Science，Lin Yi University，Linyi 276000，Shandong，China）

Taking solar-greenhouse soils from 13 different locations with different planting years around-Bohai Bay-region as samples，this study tested the activities of invertase，polyphenol oxidase，and peroxidase at 0-30 cm and 30-60 cm soil layers，and analyzed their changing regularity.The results indicated that the invertase and peroxidase activities were higher in 0-30 cm soil layer than that in 30-60 cm soil layer. While，a reverse trend was found in polyphenol oxidase activity.There was no remarkable changes in invertase activity with the increase of planting year. While the polyphenol oxidase and peroxidase activities in 0-30 cm soil layer showed a reducing tendency with the increase of planting years.But，there were no obvious differences found in 30-60 cm soil layer.There were significant differences in activities of invertase，polyphenol oxidase，and peroxidase between the 3 regions of Beijing-Tianjin-Hebei，Jiangsu-Shandong and Liaoning. Therfore，in order to maintain the sustainable utilization of solar greenhouse soil and improve the soil fertility，this paper suggested that the continuous planting years should be controlled within 15 years.

Round-Bohai Bay-region；Solar-greenhouse；Soil enzyme activity；Planting years

張雨柔，女，碩士研究生，專業(yè)方向∶蔬菜學(xué)，E-mail∶18801134859@163.com

（Corresponding author）∶高麗紅，女，教授，專業(yè)方向∶蔬菜學(xué)，E-mail∶gaolh@cau.edu.cn

∶2016-06-30；接受日期∶2016-07-20

國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-25-C-12），環(huán)渤海灣地區(qū)設(shè)施蔬菜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心項目