黔中地區(qū)土壤酶活性對巖性的響應(yīng)

符裕紅++彭琴++李安定++黃宗勝

摘要：選擇黔中喀斯特地區(qū)6種不同巖性（玄武巖、石英砂巖、長石石英砂巖、變余砂巖、第四紀紅色黏土、煤系砂頁巖）發(fā)育的土壤為研究對象，通過采樣并測定其土壤酶活性指標、土壤肥力指標，分析土壤酶活性及其與肥力因子的關(guān)系。結(jié)果表明，①土壤酶活性對巖性的響應(yīng)，除淀粉酶外，其他土壤酶活性指標均存在明顯差異；②玄武巖發(fā)育的土壤酶活性表現(xiàn)最好，脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶活性最高；③土壤酶活性與所對應(yīng)的肥力因子間密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：土壤酶活性； 肥力因子； 巖性； 黔中喀斯特地區(qū)

中圖分類號：S158；S714 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）16-3070-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.16.017

Response of the Soil Enzyme Activities to Lithology in Central Area of Guizhou

FU Yu-hong1，PENG Qin2，LI An-ding3，HUANG Zong-sheng4

（1.College of Chemistry and Life Sciences，Guizhou Normal University，Guiyang 550018，China；2.Southwest Guizhou Vocational and Technical College for Nationalities，Xingyi 562400，Guizhou，China；3.Guizhou Institute of Mountain Resources， Guiyang 550001，China；

4.College of Architecture and Urban Planning， Guizhou University， Guiyang 550025，China）

Abstract： Taking six different type of rocks soil（basalt， quartz sandstone，feldspar quartz sandstone，palimpsest sandstone，quaternary red clay，coal measure arenaceous shale） in the karst region of central Guizhou as the research object，through the sampling and determination of the index of soil enzyme activity and soil fertility factors，the soil enzyme activity and its relationship with fertility factors were analyzed. The results showed that：①Response of soil enzyme activities to lithology，in addition to starch enzyme，the other soil enzyme activity index showed very obvious differences；②Soil enzyme activity of basalt development was the best performing，and urease，catalase，polyphenol oxidase activity were the highest；③Soil enzyme activity and the corresponding fertility factors had the close realationship.

Key words： soil enzyme activity； soil fertility factors； rock type； the karst region of central Guizhou

貴州省是中國西南喀斯特地貌發(fā)育的中心[1]，區(qū)域內(nèi)巖石類型多樣，土壤淺薄不連續(xù)，垂直分異強烈[2]，水分、養(yǎng)分調(diào)蓄能力低[3]，土壤環(huán)境脆弱，不同巖性土壤養(yǎng)分存在顯著差異[4]。土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要資源，其養(yǎng)分直接影響了植物和作物的生長發(fā)育，土壤酶是土壤新陳代謝的重要因素[5]，它參與了土壤中許多重要的生物化學(xué)過程和物質(zhì)循環(huán)，與土壤肥力密切相關(guān)[6]，還易受環(huán)境中物理、化學(xué)和生物因素的影響[7]；土壤酶與肥力因子之間的關(guān)系一直是各類土壤環(huán)境研究的熱點問題[8]。在喀斯特地區(qū)，關(guān)于土壤酶的研究主要集中在不同的土地利用方式[9]、不同植被類型條件[10]、不同退化和恢復(fù)階段[11，12]的土壤酶活性變化，針對土壤酶與肥力因子的研究，在非喀斯特區(qū)相對甚多[7]，但在喀斯特區(qū)的研究則主要表現(xiàn)在人工林方面[8]。而喀斯特區(qū)域內(nèi)基于不同巖性的土壤酶活性差異性及其與土壤肥力因子的關(guān)系鮮見報道。通過研究黔中喀斯特地區(qū)6種不同巖性的土壤酶活性及其與肥力因子的關(guān)系，旨在了解喀斯特地區(qū)不同巖性土壤的基本狀況，為植物和作物生長研究奠定基礎(chǔ)，從而為貴州喀斯特不同巖性地區(qū)的物種配置提供參考，進一步促進喀斯特地區(qū)的生態(tài)、經(jīng)濟及社會建設(shè)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇黔中喀斯特區(qū)，位于貴陽市境內(nèi)，地處北緯26°11′-27°27′，東經(jīng)106°07′-107°17′，屬亞熱帶高原季風(fēng)性氣候；區(qū)域內(nèi)以山地丘陵為主，地勢起伏較大，海拔高度506.5～1 762.7 m，相對高差 1 256.2 m。年極端最高溫35.1 ℃，年極端最低溫 -7.3 ℃，年均溫15.3 ℃，年降水量1 300 mm，年平均相對濕度為77%，年日照時數(shù)1 354 h，年無霜期270 d。區(qū)域內(nèi)植被類型豐富，以碳酸鹽巖為主、并伴有多種巖性分布，土壤類型多樣，有黃壤、石灰土、紫色土、沼澤土和水稻土等；土壤呈條帶狀的鑲嵌分布，組合多樣[13]。endprint

1.2 土樣采集

以喀斯特的代表群落樣方面積900 m2為參考依據(jù)，選取黔中地區(qū)6種典型的巖石類型，分別為巖性1-玄武巖（清鎮(zhèn)）、巖性2-石英砂巖（龍里）、巖性3-長石石英砂巖（黔陶）、巖性4-變余砂巖（清鎮(zhèn)）、巖性5-第四紀紅色黏土（孟關(guān)）、巖性6-煤系砂頁巖（彭官）。樣方以巖石類型為基礎(chǔ)進行設(shè)置，每個巖性分別設(shè)定3個樣方，每個樣方設(shè)定6個采樣點，以隨機采樣的方式進行土壤采集，采樣深度為0～30 cm，樣品帶回后清除植物殘體、根系、石頭等其他雜物，部分土壤處理后直接用于土壤酶活性的測定，部分土樣風(fēng)干處理后進行土壤肥力因子測定，土壤樣品共計108個。

1.3 指標測定

土壤酶活性代表了土壤的生物活性，選擇的指標有土壤蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、磷酸酶、蛋白酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶；土壤肥力是土壤為植物生長提供養(yǎng)分、水分以及優(yōu)良環(huán)境條件的能力[14]。土壤肥力指標有土壤水分、土壤容重、土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀。土壤指標均設(shè)置相應(yīng)的對照和3個重復(fù)。

土壤蔗糖酶、淀粉酶的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；磷酸酶磷酸苯二鈉比色法；蛋白酶采用茚三酮比色法；過氧化氫酶采用容量法；多酚氧化酶采用碘量滴定法[15]。

土壤水分采用烘干法、土壤容重采用環(huán)刀法[16]。

土壤有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀-硫酸-外加熱法；全氮的測定采用蒸餾法；堿解氮的測定采用擴散吸收法（擴散皿）；全磷、速效磷的測定采用鉬銻抗比色法；全鉀、速效鉀的測定采用火焰光度法[16，17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

測定結(jié)果用Excel 2010和SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，分別進行統(tǒng)計數(shù)的檢驗、方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤酶活性的差異檢驗

利用土壤酶活性的原始數(shù)據(jù)對其平行土壤的相似性進行檢驗，結(jié)果見表1。由表1可知，針對同種巖性的不同土壤酶活性指標，其變異系數(shù)均較小，其變化范圍為0.153%～11.386%，均小于15%，說明各平行土樣之間土壤酶活性指標數(shù)值間差異較小，表明本研究的采樣方法正確，數(shù)據(jù)合理，具有較強的代表性。

對各巖性條件下土壤酶活性差異進行方差分析，結(jié)果見表2。由表2可知，在各巖性條件下，除淀粉酶活性外，其余各個土壤酶活性指標間均存在顯著差異，且達到了極顯著水平P=0.000<0.01；其中，R2=0.998、調(diào)整的R2=0.998，說明所選擇的方差分析模型擬合性較好，具有較好的解釋能力。綜上表明巖性對土壤酶活性指標存在極顯著的影響，它是影響土壤酶活性變化的主要因子。

2.2 土壤酶活性響應(yīng)巖性變化的差異性

通過以上對不同巖性土壤的土壤酶活性的方差分析可知，除淀粉酶在各巖性條件下變化不顯著外，其他土壤酶活性指標均在各巖性條件下存在不同程度的變化，結(jié)果見圖1。由圖1可知，蔗糖酶在巖性4（變余砂巖）條件下表現(xiàn)最高，在巖性2（石英砂巖）條件下表現(xiàn)最低；脲酶在巖性1（玄武巖）條件下表現(xiàn)最高，在巖性3（長石石英砂巖）條件下表現(xiàn)最低；磷酸酶在巖性6（煤系砂頁巖）條件下表現(xiàn)最高，在巖性5（第四紀紅色黏土）條件下表現(xiàn)最低；蛋白酶在巖性5（第四紀紅色黏土）條件下表現(xiàn)最高，在巖性4（變余砂巖）條件下表現(xiàn)最低；過氧化氫酶在巖性1（玄武巖）條件下表現(xiàn)最高，在巖性3（長石石英砂巖）條件下表現(xiàn)最低；多酚氧化酶在巖性1（玄武巖）條件下表現(xiàn)最高，在巖性2（石英砂巖）條件下表現(xiàn)最低。以上結(jié)果表明，在各種巖性條件下，各種土壤酶活性指標變化差異較大；其中，在巖性1（玄武巖）條件下，有3個土壤酶（脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶）活性指標均達到最高。

2.3 土壤酶活性與肥力因子的關(guān)系

對不同巖性土壤酶活性與肥力因子的相關(guān)關(guān)系進行分析，結(jié)果見表3。由表3可知，不同巖性的蔗糖酶活性與土壤水分呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系，與土壤容重呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；脲酶與有機質(zhì)、全氮、堿解氮均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與全磷呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與全鉀呈顯著的負相關(guān)關(guān)系；磷酸酶與速效磷呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；蛋白酶與土壤水分呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系；過氧化氫酶與土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與全磷呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與全鉀呈顯著的負相關(guān)關(guān)系；多酚氧化酶與有機質(zhì)呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與全氮呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。說明不同巖性的土壤酶活性與土壤肥力因子存在密切關(guān)系，在表現(xiàn)土壤肥力方面有著重要的作用。

結(jié)合圖1、表3的結(jié)果可知，巖性1（玄武巖）條件下脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶活性最高，表明由玄武巖發(fā)育而成的土壤酶活性較高，有機氮的轉(zhuǎn)化能力較強，有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度較快，肥力較高；巖性2（石英砂巖）條件下蔗糖酶、多酚氧化酶活性表現(xiàn)最低，表明由石英砂巖發(fā)育而成的土壤能增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)，但對土壤中有機組分中芳香族化合物的轉(zhuǎn)化較低；巖性3（長石石英砂巖）條件下脲酶、過氧化氫酶活性表現(xiàn)最低，表明由長石石英砂巖發(fā)育而成的土壤有機氮的轉(zhuǎn)化較差，有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度較慢；巖性4（變余砂巖）條件下蔗糖酶活性最高，蛋白酶活性最低，表明由變余砂巖發(fā)育而成的土壤也能增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)，而對氨基酸、蛋白質(zhì)等有機化合物的轉(zhuǎn)化較差；巖性5（第四紀紅色黏土）條件下蛋白酶活性表現(xiàn)最高，磷酸酶活性表現(xiàn)最低，表明由第四紀紅色黏土發(fā)育而成的土壤對氨基酸、蛋白質(zhì)等有機化合物的轉(zhuǎn)化較差，對土壤磷的脫磷速度最低；巖性6（煤系砂頁巖）條件下磷酸酶表現(xiàn)活性最高，表明由煤系砂頁巖發(fā)育而成的土壤對土壤中磷的脫磷速度最高。

3 小結(jié)與討論

1）土壤酶活性對巖性的響應(yīng)，除淀粉酶外，其余土壤酶活性均存在明顯差異。

2）土壤酶活性在不同巖性條件下呈現(xiàn)出不同的變化，其中，在玄武巖發(fā)育的土壤中表現(xiàn)最好，有3種土壤酶（脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶）活性指標均達到最高。endprint

3）土壤酶活性和各肥力因子間存在不同程度的相關(guān)關(guān)系，且部分達到了極顯著水平；土壤酶活性與土壤肥力間存在密切關(guān)系。

綜上所述，不同巖性發(fā)育而來的土壤，由于巖石類型的差異而導(dǎo)致其發(fā)育土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)活性的變化[4]，其土壤酶活性和土壤肥力差異顯著；故提供給植物和作物生存和生長的環(huán)境就各有不同；而喀斯特地區(qū)巖石類型多樣，本研究結(jié)果能加深對喀斯特地區(qū)土壤條件的了解，便于植物和作物的選擇和配置，能更有效地促進喀斯特地區(qū)的發(fā)展。

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