旱田改水田對(duì)黑土pH、電導(dǎo)率及酶活性的影響

遲旭雯　杜春梅　周紅娟

摘要：為了探明黑土旱田改為水田后土壤酶活性的變化，通過5點(diǎn)采樣法取樣，對(duì)旱田和水田土壤的酸堿度、電導(dǎo)率及土壤過氧化氫酶、脫氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，旱田改為水田后，土壤pH和電導(dǎo)率顯著上升，脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性明顯提高，脫氫酶活性顯著降低，但對(duì)過氧化氫酶和纖維素酶影響不大。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤理化性質(zhì)的改變能影響土壤酶的活性，同時(shí)土壤酶之間可以相互作用，共同影響著土壤的生物化學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：旱田；水田；pH；電導(dǎo)率；酶活性

中圖分類號(hào)：S344.1+7；S153；S154.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）11-2045-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.011

Abstract： To explore the change of soil enzymes in black soil after turning dryland into paddy field， the samples were adopted by five points sampling method. Soil pH， electrical conductivity and soil enzymes such as catalase， dehydrogenase， urease， intertase and cellulose were measured in dryland and paddy field. The results showed that the soil pH and electrical conductivity increased significantly after changing dryland into paddy field. The activities of urease and intertase were increased obviously， the activity of dehydrogenase decreased significantly， but the activity of catalase and cellulase had no changes. The results of correlation analysis illustrated that the changes of soil physical and chemical properties could influence the activity of the soil enzyme. Meanwhile the soil enzymes could interact each other and influence soil biochemical process.

Key words： dry land； paddy field； pH； electrical conductivity； enzyme activities

黑土是黑龍江省主要的耕地土壤類型[1]，具有土質(zhì)肥沃、質(zhì)地疏松、有機(jī)質(zhì)豐富等特征，非常適合植物生長(zhǎng)。土壤酶參與土壤的一切生化反應(yīng)過程，在土壤的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程中起重要的催化作用，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反應(yīng)強(qiáng)度，因而土壤酶活性常被作為土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)[2，3]。但是由于長(zhǎng)期自然因素和人為因素的雙重影響，致使農(nóng)田黑土質(zhì)量日益下降[4]。調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，將旱田改為水田的種植方式已經(jīng)成為增產(chǎn)增收的選擇之一，旱田改水田后勢(shì)必引起土壤酶活性發(fā)生變化。目前關(guān)于黑土酶活力方面的研究報(bào)道很多，但是關(guān)于黑土旱田改水田后土壤理化性質(zhì)及酶活力變化的研究較少，本研究以此入手進(jìn)行研究，以期為黑土的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

巴彥縣位于黑龍江省中南部，松嫩高平原典型黑土區(qū)域內(nèi)[5]。該區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.6 ℃，年均降水量372.5～582.2 mm。研究區(qū)域位于巴彥縣西集鎮(zhèn)靠山屯（水田：46°10′31.22″N，127°15′26.94″E；旱田：46°10′33.94″N，127°15′37.64″E），旱田改水田為2年的地塊。

1.2 試驗(yàn)材料

利用5點(diǎn)采樣法分別采取0～5、5～10和10～20 cm 3個(gè)深度土層的水田和旱田土壤，各土樣單獨(dú)裝袋記錄后帶回實(shí)驗(yàn)室備用。土壤酶活性測(cè)定所需試劑均為分析純。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤pH和電導(dǎo)率的測(cè)定 將土樣按土水比為1∶2.5浸提，用PHB-8型酸度計(jì)測(cè)量土壤pH；將土樣按土水比為1∶5浸提，用DDS-11A型數(shù)顯電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤的電導(dǎo)率。

1.3.2 土壤酶活性的測(cè)定 將土樣自然風(fēng)干，用研缽研磨后過1 mm篩孔，用于土壤酶活性測(cè)定。過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，以培養(yǎng)30 min后每克干土消耗2 mmol/L KMnO4的體積（mL）表示；土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，以培養(yǎng)24 h后每克干土釋放的NH3-N的質(zhì)量（mg）表示；土壤轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性均采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以培養(yǎng)24 h后每克干土生成葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示；土壤脫氫酶活性采用TTC（2，3， 5-氯化苯基四氮唑）分光光度法測(cè)定，以培養(yǎng)24 h后1 g干土中氫的體積（μL）表示[6，7]。每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

全部數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件和Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱田改水田對(duì)黑土pH的影響

土壤pH是土壤微生物活性、多樣性及群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子之一，對(duì)微生物的調(diào)節(jié)過程有明顯的影響，并且在有機(jī)質(zhì)的降解和氮循環(huán)中具有重要的作用[8]。由圖1可以看出，隨著土層深度的增加，旱田和水田pH都呈現(xiàn)明顯升高的趨勢(shì)，但二者的變化又有所不同。旱田的3個(gè)土層中變化明顯，即在5～10 cm土層的pH顯著高于0～5 cm的，10～20 cm的又顯著高于5～10 cm土層的；水田中 pH在0～5 cm土層與在5～10 cm土層差異顯著，但10～20 cm與5～10 cm土層的pH相差不明顯。在同一土層深度上，水田各土層的pH均顯著高于旱田的pH（P<0.05，未標(biāo)注）。

2.2 旱田改水田對(duì)黑土電導(dǎo)率的影響

土壤電導(dǎo)率是反映土壤電化學(xué)性質(zhì)和肥力特性的基礎(chǔ)指標(biāo)。通過土壤電導(dǎo)率的測(cè)定能及時(shí)有效地掌握土壤的鹽分濃度、水分狀況等多種性質(zhì)，及時(shí)診斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題。由圖2可以看出，隨著土層深度的增加，旱田土壤電導(dǎo)率逐漸增加，其中，10～20 cm土層的電導(dǎo)率極顯著高于0～5 cm和5～10 cm土層的電導(dǎo)率；水田變化趨勢(shì)有所不同，0～5 cm土層的電導(dǎo)率最高，5～10 cm土層的電導(dǎo)率顯著下降，但10～20 cm土層的電導(dǎo)率又有所提高。旱田改水田后，電導(dǎo)率在不同土層深度都顯著高于旱田土壤（P<0.05，未標(biāo)注）。

2.3 旱田改水田對(duì)黑土酶活性的影響

土壤酶在土壤生物化學(xué)循環(huán)中具有重要地位，是土壤功能的直接體現(xiàn)[9]。由表1可知，除過氧化氫酶外，短期旱田改水田種植方式對(duì)其他各種酶活性都有不同程度的影響。在旱田向水田種植方式轉(zhuǎn)化過程中，脫氫酶活性受影響最大，水田中的脫氫酶活性顯著低于旱田的酶活性，并在不同土層深度上也出現(xiàn)了變化，隨著土層加深，酶活性逐漸降低，10～20 cm土層的脫氫酶活性顯著低于0～5 cm土層的酶活性。從土層深度看，脲酶在旱田中隨著土層的加深，酶活性明顯降低，但在水田中變化不明顯；水田中在5～20 cm土層的脲酶活性均顯著高于旱田。水田和旱田土壤中轉(zhuǎn)化酶活性在不同土層變化較大，0～5 cm土層的轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于5～20 cm土層的酶活性，同時(shí)水田中轉(zhuǎn)化酶活性明顯高于旱田。纖維素酶活性在土層深度上有變化，但水田和旱田之間沒有顯著變化。

2.4 相關(guān)性分析

由表2可知，pH與電導(dǎo)率、脲酶及轉(zhuǎn)化酶之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，與脫氫酶呈極顯著負(fù)相關(guān)；電導(dǎo)率與過氧化氫酶和脫氫酶之間呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)，與脲酶和轉(zhuǎn)化酶呈極顯著和顯著正相關(guān)；過氧化氫酶與脫氫酶呈極顯著正相關(guān)，與脲酶呈顯著負(fù)相關(guān)；脫氫酶與脲酶、轉(zhuǎn)化酶之間呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)。

3 小結(jié)與討論

土壤酶是表征土壤中物質(zhì)、能量代謝旺盛程度和土壤質(zhì)量水平的一個(gè)重要生物指標(biāo)[10]。但它會(huì)受到環(huán)境的改變而發(fā)生改變，旱田改水田后，土壤從大的生態(tài)環(huán)境上發(fā)生了重大改變，則土壤的通氣性、pH、電導(dǎo)率、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化都會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響土壤環(huán)境中微生物類群、土壤酶活性等指標(biāo)的變化，也會(huì)影響到植物根系的代謝活動(dòng)及營(yíng)養(yǎng)吸收，反過來變化了的根系代謝又會(huì)影響土壤環(huán)境。因?yàn)楹堤锔乃锍跗谑芩h(huán)境的巨大變化，土壤中相應(yīng)變化會(huì)很大，因此本研究從旱田改水田2年的黑土入手進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論。

黑土旱田改水田后，水田土壤pH明顯高于旱田，但并未超過7，說明淹水會(huì)使土壤的酸堿性得到改善。長(zhǎng)期旱田種植農(nóng)作物，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量的代謝物和根際脫落物，使得土壤中酸度增加，對(duì)某些植物的生長(zhǎng)不利，淹水后利于改善土壤的酸堿度，更利于植物的生長(zhǎng)。土壤含水量能很大程度的影響黑土的pH[11]，土壤有機(jī)質(zhì)的改變也會(huì)影響土壤pH[12，13]。土壤pH是高度敏感性因子，它決定植物的生存和分布。土壤pH的改變將直接影響營(yíng)養(yǎng)物的可利用性，或通過與土壤微生物的相互作用來間接地影響營(yíng)養(yǎng)物的可利用性[14，15]。

黑土旱田改水田后，水田土壤電導(dǎo)率明顯高于旱田土壤，0～5 cm土層電導(dǎo)率最高，隨著土層加深，電導(dǎo)率下降明顯，但10～20 cm土層的電導(dǎo)率已有恢復(fù)趨勢(shì)。而旱田土壤的電導(dǎo)率是隨著土層的加深呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。說明水田土壤的離子交換更加強(qiáng)烈，對(duì)植物根系生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素來說具有明顯的促進(jìn)作用。在水田利用方式下每年歸還給土壤的有機(jī)物質(zhì)的量較多，而且淹水期間有機(jī)物質(zhì)的分解速率較低、腐殖化系數(shù)較高；而在旱地利用方式下，化肥施用量大，有機(jī)物質(zhì)的歸還量較少，導(dǎo)致土壤水田土壤中有機(jī)質(zhì)含量與有機(jī)碳含量均顯著高于旱地[16]，而土壤有機(jī)質(zhì)與電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量越高，吸附交換性離子的能力越強(qiáng)，從而提高了土壤的電導(dǎo)率[17]。

黑土旱田改水田后，水田土壤中脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性高于旱田土壤，但脫氫酶的活性表現(xiàn)相反，即旱田土壤酶活性高于水田土壤酶活性，而淹水對(duì)過氧化氫酶和纖維素酶影響不大。土壤過氧化氫酶和脫氫酶均屬氧化還原酶類，過氧化氫酶可分解有毒的過氧化氫，有效防止土壤及生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫對(duì)生物體的毒害作用。脫氫酶能酶促有機(jī)物質(zhì)脫氫，起著氫的中間轉(zhuǎn)化傳遞作用，因此脫氫酶活性可作為微生物氧化還原系統(tǒng)的指標(biāo)，很好地估計(jì)土壤中微生物的氧化能力，土壤肥力和施肥方式可直接影響土壤脫氫酶活性[18]。土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶均屬于水解酶類，脲酶專一性地水解尿素為植物可利用的物質(zhì)，從而提高土壤肥力[19]。先前研究結(jié)果表明，旱田改水田后微生物類群會(huì)受到影響[20]，微生物類群的改變反過來也會(huì)影響土壤酶的活性[21，22]。

此外，土壤酶活性的改變還受多方面因素的影響，如土壤理化性狀與土壤酶活性緊密相關(guān)，土壤酸堿性直接影響著土壤酶參與生化反應(yīng)的速度，有些酶促反應(yīng)對(duì)pH變化非常敏感，有些反應(yīng)在非常窄的pH范圍進(jìn)行[23]。相關(guān)性分析說明土壤的理化性質(zhì)的改變能影響酶的活性，同時(shí)土壤酶之間可以相互作用。這在生產(chǎn)實(shí)際中要全面考量，以確定土壤質(zhì)量的變化，為黑土可持續(xù)利用提供重要的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 關(guān)大偉，李 力，姜 昕，等.長(zhǎng)期施肥對(duì)黑土大豆根瘤菌群體結(jié)構(gòu)和多樣性的影響[J].生物多樣性，2015，23（1）：68-78.

[2] 劉 勇，鮑 靜，姜興印，等.4種殺菌劑對(duì)連作蘋果園土壤鐮刀菌及土壤酶活性的影響[J].果樹學(xué)報(bào)，2015，32（1）：115-122.

[3] 陳 闖，吳景貴，楊子儀.不同有機(jī)肥及其混施對(duì)黑土酶活性動(dòng)態(tài)變化的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（6）：245-250.

[4] 田力生，谷 偉，王 帥.東北黑土區(qū)水土流失與耕地退化現(xiàn)狀及修復(fù)措施[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（21）：308，311.

[5] 宋 戈，李 丹，梁海鷗，等.松嫩高平原黑土區(qū)耕地質(zhì)量特征及其空間分異——以黑龍江省巴彥縣為例[J].經(jīng)濟(jì)地理，2012，32（7）：129-134.

[6] 關(guān)松蔭.土壤酶及其研究方法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[7] 李振高，駱永明，騰 應(yīng).土壤與環(huán)境微生物研究法[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[8] XIAO K C，YU L，XU J M，et al. pH， nitrogen mineralization，and KCl-extractable aluminum as affected by initial soil pH and rate of vetch residue application： Results from a laboratory study[J]. J Soils Sediments，2014，14：1513-1525.

[9] 李 娟，趙秉強(qiáng)，李秀英，等.長(zhǎng)期不同施肥條件下土壤微生物量及土壤酶活性的季節(jié)變化特征[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009， 15（5）：1093-1099.

[10] 楊 琴，李 良.種植年限對(duì)蔬菜日光溫室土壤微生物區(qū)系和酶活性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，24（9）：2539-2544.

[11] 陳學(xué)文，張興義，隋躍宇，等.利用空間移位法研究東北黑土pH季節(jié)變化及其影響因素[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008，29（3）：365-367.

[12] 郭志華，張 莉，郭彥茹，等.海南清瀾港紅樹林濕地土壤有機(jī)碳分布及其與pH的關(guān)系[J].林業(yè)科學(xué)，2014，50（10）：8-15.

[13] 凌宏文，樊宇紅，樸河春.桑園地和玉米輪作地土壤pH變化的比較研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，24（5）：778-784.

[14] RICHARDSON A E，BAREA J M，MCNEILL A M，et al. Acquisition of phosphorus and nitrogen in the rhizosphere and plant growth promotion by microorganisms[J]. Plant and Soil，2009，321：305-339.

[15] RUKSHANA F，BUTTERLY C R，BALDOCK J A，et al. Model organic compounds differ in priming effects on alkalinity release in soils through carbon and nitrogen mineralization[J]. Soil Biology and Biochemistry，2012，51：35-43.

[16] 郝瑞軍，李忠佩，車玉萍，等.水田和旱地土壤有機(jī)碳礦化規(guī)律及礦化量差異研究[J].土壤通報(bào)，2009，40（6）：1325-1328.

[17] 敬蕓儀，鄧良基，張世熔.主要紫色土電導(dǎo)率特征及其影響因素研究[J].土壤通報(bào)，2006，37（3）：617-619.

[18] 李東坡，武志杰，陳利軍，等.長(zhǎng)期培肥黑土脫氫酶活性動(dòng)態(tài)變化及其影響因素[J].土壤通報(bào)，2005，36（5）：679-683.

[19] 楊 陽，吳左娜，張宏坤，等.不同培肥方式對(duì)鹽堿土脲酶和過氧化氫酶活性的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（15）：84-88.

[20] 頓圓圓，杜春梅，姜中元，等.旱田改水田對(duì)土壤電導(dǎo)率及幾種微生物的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（9）：2087-2089，2101.

[21] 鄭景瑤，王百慧，岳中輝，等.氟磺胺草醚對(duì)黑土微生物數(shù)量及酶活性的影響[J].植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2013，40（5）：468-472.

[22] 施翠娥，高 揚(yáng)，王玉龍，等.松材線蟲對(duì)馬尾松林土壤微生物生物量及酶活性的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（4）：1046-1051.

[23] 萬忠梅，吳景貴.土壤酶活性影響因子研究進(jìn)展[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，33（6）：87-92.