外源有機碳對植煙土壤活性有機碳及酶活性的影響

舒 灝，石國榮

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖南 長沙 410128；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，湖南 長沙 410128）

外源有機碳對植煙土壤活性有機碳及酶活性的影響

舒 灝1,3，石國榮2,3

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖南 長沙 410128；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，湖南 長沙 410128）

試驗設(shè)置2%木本泥炭（M1）、2%草本泥炭（M2）和2%褐煤（M3）3個處理，對植煙土壤的活性有機碳、碳庫管理指數(shù)和酶活性進(jìn)行了考察。結(jié)果表明：施用外源有機碳可以提高土壤活性有機碳（LOC）、高活性有機碳（HLOC）和碳庫管理指數(shù)（CMI），提升幅度為木本泥炭＞褐煤＞草木泥炭；施用外源有機碳后，植煙土壤的過氧化氫酶活性均無顯著變化，施用木本泥炭12個月后，土壤蔗糖酶活性降低了54.6%，脲酶活性升高了25.9%，而草本泥炭和褐煤處理的土壤蔗糖酶和脲酶活性變化不大。

外源有機碳；植煙土壤；活性有機碳；酶活性

隨著土壤利用強度的加大，土壤侵蝕現(xiàn)象日益嚴(yán)重[1]。土壤有機碳是土壤的重要組成部分[2]，是評價土壤肥力和土壤質(zhì)量的指標(biāo)之一[3-4]。但有機碳數(shù)量不能很好評價土壤有機質(zhì)的質(zhì)量，而活性有機碳的不同組分和碳庫管理指數(shù)（CMI）能更為客觀地反映土壤質(zhì)量和土壤肥力狀況[5]。活性有機碳在土壤物質(zhì)循環(huán)、養(yǎng)分周轉(zhuǎn)以及維持團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性中起重要的作用，能更靈敏地指示土壤質(zhì)量的變化[6]。

有機碳的變化需要較長時間才能表現(xiàn)出來，而土壤酶活性則能夠在較短時期內(nèi)鑒別出土壤管理措施的利弊[7]。土壤酶活性與土壤中進(jìn)行的生物化學(xué)過程的強度和方向以及土壤的透氣性等密切相關(guān)[8-9]，可以表征土壤的綜合肥力特征、物質(zhì)能量循環(huán)以及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化情況，是評價土壤質(zhì)量的敏感指標(biāo)之一[10]。其中，土壤蔗糖酶活性與土壤呼吸強度有關(guān)，脲酶活性與土壤氮素轉(zhuǎn)化有關(guān)，而過氧化氫酶活性則與土壤生物學(xué)強度有關(guān)[11]。

施用外源有機碳是解決土壤肥力下降的有效途徑之一[10]，但外源有機碳對土壤活性有機碳和酶活性的影響研究較少。筆者通過對比添加2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤的處理，研究外源有機碳對植煙土壤活性有機碳和土壤酶活性的影響，以期為提升土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

選擇湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)實習(xí)基地?zé)煛据喿魍磷鳛楣┰囃寥?，采樣時間為2015年12月。在采樣點按S形隨機設(shè)置5個采樣點，從采樣點采集土樣作為供試土壤，采集深度為0～15 cm，并且盡量保持土壤原樣。供試土壤pH值為5.38，有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為26.28、1.16、0.57和5.00 g/kg，速效磷和速效鉀含量為24.08和124.60 mg/kg。

1.2 供試外源有機碳

外源有機碳材料包括木本泥炭（國外進(jìn)口）、草本泥炭（國產(chǎn)）和山西褐煤。

1.3 試驗設(shè)計

采用土壤盆栽方式，將外源有機碳木本泥炭、草本泥炭和山西褐煤粉碎后，過1 mm篩，分別按2%添加量與風(fēng)干土壤混合均勻。稱取5 kg混合土于盆中，分別標(biāo)記為M1（添加2%木本泥炭）、M2（添加2%草本泥炭）和M3（添加2%山西褐煤）共3個處理，同時設(shè)置1個空白對照（CK），每個處理重復(fù)3次。試驗于2016年2月8日開始，在溫室大棚內(nèi)（溫度15～25℃，相對濕度40%～80%）放置兩個月后，于2016年4月8日放置室外，定時取樣測定土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性和活性有機碳。

1.4 測定方法

土壤總有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法進(jìn)行測定[12]；土壤脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法進(jìn)行測定[13]；土壤蔗糖酶采用3, 5-二硝基水楊酸比色法進(jìn)行測定[13]；土壤過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法進(jìn)行測定[13]。采用333和33 mmol/L高錳酸鉀氧化法分別測定活性有機碳和高活性有機碳含量[14]。以CK作為對照，參照徐明崗等[5]的方法計算土壤碳庫指數(shù)（CPI）及碳庫管理指數(shù)（CMI），具體計算方法為：CMI=CPI× LI×100，其中，CPI=樣品總有機碳含量/對照土壤總有機碳含量，LI為活度指數(shù)，用于表征碳的損失及其對碳穩(wěn)定性的影響，LI=樣品的碳庫活度（L）/對照土壤的碳庫活度（L0），而碳庫活度（L）=樣本中的活性有機碳（LOC）/樣本中的非活性有機碳（NLOC）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源有機碳處理對土壤有機碳和碳庫管理指數(shù)的影響

從表1可以看出，施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤后，各處理土壤中的活性有機碳含量（LOC）呈下降趨勢，施用12個月后，M1、M2和M3處理的土壤LOC分別比CK高106.8%、43.2%和83.0%。而從表2則可以看出，M1、M2和M3處理6～12個月內(nèi)，土壤高活性有機碳含量（HLOC）趨于穩(wěn)定，外源有機碳施用12個月時，HLOC分別比CK高128.9%、57.9%和102.6%。

從表3可以看出，M1、M2和M3處理土壤的碳庫管理指數(shù)（CMI）呈先上升后下降的趨勢，在施用8個月時達(dá)到最大，分別比CK高149.4%、86.0%和118.6%，而施用10個月之后開始下降。M1、M2和M3處理相比，各時期處理的LOC、HLOC和CMI的增加幅度均為木本泥炭＞褐煤＞草本泥炭。

表1 外源有機碳處理對土壤活性有機碳的影響 （mg/g）

表2 外源有機碳處理對土壤高活性有機碳的影響（mg/g）

表3 外源有機碳對土壤碳庫管理指數(shù)的影響 （%）

據(jù)報道，在0～20 cm土層中，經(jīng)過高、中、低水平秸稈處理的土壤LOC較CK分別增加了29.30%、40.76%和30.57%，CMI則 分 別提 高了35.61%、45.45%和35.45%[15]。但大豆和玉米秸稈全量還田、配施有機肥和配施生物炭處理的土壤LOC分別較CK增加11.7%、21.5%和16.9%[16]，而小麥和玉米秸稈還田能增加紅壤總有機碳含量，卻不能增加土壤的LOC和HLOC值[5]。水稻秸稈還田6、12和24個月后，0～20 cm土層中，CMI分別增加了18.1%、26.3%和2.65%[17]。由試驗可知，施用外源有機碳能顯著提高植煙土壤的LOC、HLOC和CMI，且LOC、HLOC和CMI提升的幅度高于施用秸稈和有機肥等傳統(tǒng)有機物料。

2.2 外源有機碳處理對土壤酶活性的影響

從圖1可以看出，施用外源有機碳后，2%木本泥炭處理的土壤蔗糖酶活性呈先上升后下降的趨勢，而2%草本泥炭和褐煤處理則與CK具有類似的上升趨勢。2%木本泥炭處理4～8個月內(nèi)，土壤蔗糖酶活性逐漸增加，而8個月后逐漸下降，施用12個月時，M1處理的土壤蔗糖酶活性比CK低54.6%。2%草本泥炭和褐煤處理4～10個月內(nèi)，土壤蔗糖酶活性略低于CK，但12個月時，M2和M3處理的土壤蔗糖酶活性與CK無顯著性差異。

從圖2可以看出，施用外源有機碳后，各處理與CK的土壤脲酶活性均逐漸下降，至10個月時趨于穩(wěn)定。2%木本泥炭處理能提高土壤的脲酶活性，施用12個月時比CK高25.9%；而2%草本泥炭和褐煤處理對土壤脲酶活性的影響不大，施用12個月時的土壤脲酶活性與CK相比無顯著性差異。

圖1 外源有機碳處理對土壤蔗糖酶活性的影響

圖2 外源有機碳處理對土壤脲酶活性的影響

從圖3可以看出，施用外源有機碳后，各處理土壤與CK的過氧化氫酶活性均在6個月后開始明顯下降，除木本泥炭處理在施用12個月時低于CK以外，其余處理時期的過氧化氫酶活性與CK間無顯著差異。

圖3 外源有機碳處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

泥炭施用除對土壤蔗糖酶和脲酶活性有抑制作用，對過氧化氫酶活性有輕微的促進(jìn)作用外，對其他土壤酶活性影響不大[18]。此外，每盆（裝土22.5 g）施 用250、500、1 000和2 000 g草 炭 后， 植 煙土壤的過氧化氫酶和土壤脲酶活性均變化不顯著[19]，而草炭、褐煤和風(fēng)化煤對脲酶、過氧化氫酶有抑制作用，對蔗糖酶有促進(jìn)作用[20]。

3 結(jié) 論

施用外源有機碳可以提高LOC、HLOC和CMI，其增加幅度為木本泥炭＞褐煤＞草本泥炭，且對LOC、HLOC和CMI的提升高于施用秸稈、有機肥等傳統(tǒng)有機物料。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

Effects of Exogenous Organic Carbon on Soil Labile Organic Carbon and Enzyme Activity in Tobacco Growing Soil

SHU Hao1,3，SHI Guo-rong2,3

（1. College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. College of Science, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 3. Institute of Tobacco, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

The effects of exogenous organic carbon treatments on labile organic carbon, carbon pool management andenzyme activities in tobacco growing soil were investigated by conducted 2% of woody peat(M1), herbaceous peat(M2) or brown coal (M3).The results showed that the application of exogenous organic carbon could increase the soil labile organic carbon (LOC), high labile organic carbon (HLOC) and carbon pool management index (CMI), and the increase rate was M1＞M3＞M2; after applied the exogenous organic carbon, tobacco soil catalase activity had no significant difference, 12 months after applied the M1, soil sucrase activity decreased by 54.6%, urease activity increased by 25.9%, however, the activities of sucrase and urease in soil treated with M2 and M3 were not significant.

exogenous organic carbon; tobacco planting soil; active organic carbon; enzyme activity

S153.6

A

1006-060X（2017）04-0058-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.004.016

2017-03-03

舒 灝（1991-），男，江西南昌市人，碩士研究生，研究方向為煙草化學(xué)。

石國榮