常熟昆承湖畔農(nóng)田土壤動(dòng)物與土壤酶活性季節(jié)特征研究

蘇永春，邱曉婷，杜 娟，勾影波

（常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

土壤動(dòng)物數(shù)量較大，對(duì)土壤的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換有重要作用［1］.土壤動(dòng)物的活動(dòng)使得土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了變化，對(duì)土壤的形成以及土壤肥力的發(fā)展有十分重要的作用.在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤生物是食物網(wǎng)的重要組成部分，并且是分解和礦化等生態(tài)過(guò)程的主要調(diào)節(jié)者.土壤動(dòng)物既是消費(fèi)者又是分解者，在微生物的分解和綜合作用下，土壤動(dòng)物的殘?bào)w及其排泄物中的化學(xué)元素轉(zhuǎn)化為土壤中的有效成分而被植物吸收利用［2］.土壤中所進(jìn)行的生物和生物化學(xué)過(guò)程是陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，這些過(guò)程之所以能夠持續(xù)進(jìn)行，得益于土壤中酶的作用.酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)代謝的重要?jiǎng)恿Γ寥乐兴M(jìn)行的一切生物學(xué)和化學(xué)過(guò)程都要由酶的催化作用才能完成.雖然單一種類土壤酶的催化作用可能是專性的，但土壤中酶的來(lái)源不同，種類繁多.已被鑒定出的約60種酶的活性表明，土壤酶活性是與土壤質(zhì)量的很多理化指標(biāo)相聯(lián)系的，酶的催化作用對(duì)土壤中元素（包括C、N、P、S）循環(huán)與遷移有著重要作用［3-4］.鑒于此，在前期工作的基礎(chǔ)上對(duì)土壤動(dòng)物與土壤酶活性的季節(jié)特征進(jìn)行了研究［5］.

1 研究樣地與方法

1.1 研究樣地

昆承湖又名為東湖，位于常熟市區(qū)南郊，屬于太湖流域水系陽(yáng)澄湖湖群，南北長(zhǎng)約6 km，東西寬約3～4 km，面積18.4 km2，是常熟市境內(nèi)最大的湖泊，蓄水量達(dá)0.5億m3，沿湖河口有二十多條.地理位置為120°40’ E，31°50’ N，屬于北亞熱帶南部溫濕氣候區(qū)，該區(qū)受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，四季分明，氣候溫和，雨量充沛.年平均氣溫15.4 ℃，大于10 ℃的年積溫為4 250～4 750 ℃.年均總?cè)照諗?shù)2 130.2 h，占可照時(shí)數(shù)的48%.全年降雨量1 047.7 mm，4～9月雨水相對(duì)集中，月降雨量100 mm以上.年平均相對(duì)濕度為80%左右，年均無(wú)霜期為242 d，土壤類型為黃棕壤［6］.樣地位于江蘇常熟昆承湖圍邊農(nóng)田，樣地為中產(chǎn)田，主要作物以油菜和雪里蕻輪作為主.

1.2 研究方法

分別于秋季（2011年9月）、冬季（2011年12月）、春季（2012年3月）和夏季（2012年6月）每季度中旬取樣一次.選取3個(gè)樣地，多點(diǎn)取樣，按0～5 cm，5～10 cm，10～15 cm分層進(jìn)行取土樣.大型土壤動(dòng)物選取30 cm×30 cm面積土方，采用手撿法，統(tǒng)計(jì)數(shù)量，并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分類鑒定.中、小型土壤動(dòng)物用50 cm3土壤環(huán)刀進(jìn)行取樣，同時(shí)測(cè)量土壤溫度，土樣樣本帶回實(shí)驗(yàn)室采用Tullgren法提取中、小型土壤動(dòng)物［7-9］，統(tǒng)計(jì)數(shù)量并分類鑒定［10］.

土壤酶活性的測(cè)定：土壤酶活性的測(cè)定與土壤動(dòng)物土樣同步采樣，帶回實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定.土壤脲酶采用奈氏比色法，蛋白酶采用酪素比色法，脫氫酶采用TTC比色法，轉(zhuǎn)化酶采用還原糖測(cè)定法，土壤過(guò)氧化氫酶采用容量法；土壤多酚氧化酶采用碘量滴定法［11-12］.

2 結(jié)果與分析

2.1 昆承湖周邊農(nóng)田土壤動(dòng)物群落的季節(jié)特征

前面我們研究了昆承湖菜田土壤動(dòng)物季節(jié)變化和環(huán)境因素的關(guān)系［13］，本文著重對(duì)土壤動(dòng)物和土壤酶活性季節(jié)特征進(jìn)行研究.共捕獲土壤無(wú)脊椎動(dòng)物718只，隸屬于3門(mén)，11綱，15類.優(yōu)勢(shì)類群2個(gè)，常見(jiàn)類群9個(gè)，稀有類群4個(gè).土壤動(dòng)物具有明顯的季節(jié)特征，按照優(yōu)勢(shì)類群（＞10%），常見(jiàn)類群（1%～10%），稀有種群（＜1%）劃分.春季彈尾目和蜱螨目為優(yōu)勢(shì)類群，其他為常見(jiàn)類群，稀有類群空缺；夏季彈尾目和多足綱為優(yōu)勢(shì)類群，彈尾目、膜翅目、線蟲(chóng)綱、蜘蛛目、雙翅目、寡毛綱、異翅目和直翅目為常見(jiàn)類群，倍足綱和鞘翅目為稀有類群；秋季彈尾目、蜱螨目、膜翅目和線蟲(chóng)綱為優(yōu)勢(shì)類群，其他為常見(jiàn)類群，稀有類群空缺；冬季蜱螨目和彈尾目為優(yōu)勢(shì)類群，膜翅目、線蟲(chóng)綱、蜘蛛目、寡毛綱和鞘翅目為常見(jiàn)類群，多足綱、雙翅目、異翅目、直翅目和鱗翅目為稀有類群.全年合計(jì)彈尾目和蜱螨目為優(yōu)勢(shì)類群；膜翅目、線蟲(chóng)綱、多足綱、蜘蛛目、雙翅目、寡毛綱、異翅目、直翅目和鞘翅目為常見(jiàn)種群；倍足綱、鱗翅目、半翅目、革翅目為稀有類群（見(jiàn)表1）.

表1 樣地土壤動(dòng)物群落組成與捕獲數(shù)量季節(jié)特征（*為優(yōu)勢(shì)類群）

續(xù)表1

2.2 土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類群的季節(jié)特征

不同季節(jié)優(yōu)勢(shì)種群的變化：春季蜱螨目和彈尾目為優(yōu)勢(shì)種群，個(gè)體數(shù)量占該季節(jié)捕獲個(gè)體總數(shù)的71.17%.夏季蜱螨目和多足綱為優(yōu)勢(shì)種群，個(gè)體數(shù)量占該季節(jié)總捕獲個(gè)體數(shù)的55.41%；夏季土壤動(dòng)物的總捕獲個(gè)體數(shù)最多為222個(gè)，但是優(yōu)勢(shì)種群個(gè)體數(shù)量占該季節(jié)比例相對(duì)比較小.秋季蜱螨目、彈尾目、膜翅目和線蟲(chóng)綱為優(yōu)勢(shì)種群，個(gè)體數(shù)量占該季節(jié)總捕獲個(gè)體數(shù)的72.67%.冬季蜱螨目和彈尾目為優(yōu)勢(shì)種群，個(gè)體數(shù)量占該季節(jié)總捕獲個(gè)體數(shù)的82.62%.這表明本地區(qū)農(nóng)田土壤動(dòng)物群落組成的季節(jié)變化，也構(gòu)成了該地區(qū)土壤動(dòng)物區(qū)系的主體特征，對(duì)該地區(qū)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)特征的影響起著重要作用（見(jiàn)表1）.

2.3 土壤酶活性季節(jié)特征

研究表明土壤酶活性具有明顯的季節(jié)特征.過(guò)氧化氫酶活性在春、夏季逐漸升高，夏季達(dá)到最高值1.515，秋、冬季降低，最低值為0.906.多酚氧化酶活性春季降至全年最低值0.333，到夏季有所升高，秋季又降低，然后又升高，冬季達(dá)到最高值0.983.轉(zhuǎn)化酶活性春、夏、秋依次逐漸升高，秋季達(dá)到最高值5.476，然后下降，冬季降到最低值4.389.脲酶活性春、夏、秋依次逐漸升高，秋季達(dá)到最高值0.393，然后降低，冬季達(dá)到最低值0.127.脫氫酶活性春、夏季有升高的趨勢(shì)，夏季達(dá)到最高值34.000，夏、秋、冬逐漸降低，冬季達(dá)到最低值22.667.蛋白酶活性在春季達(dá)全年的最高值0.273，春、夏季有快速降低的趨勢(shì)，夏季降到全年最低值0.097，夏、秋、冬依次逐漸上升（見(jiàn)表2）.

表2 土壤酶活性季節(jié)特征

2.4 土壤動(dòng)物數(shù)量與土壤酶活性季節(jié)特征的關(guān)系

本文討論全年合計(jì)的土壤動(dòng)物總數(shù)和蜱螨類、彈尾類兩種優(yōu)勢(shì)類群季節(jié)變化與土壤酶活性之間的關(guān)系.定義土壤動(dòng)物總數(shù)為y，蜱螨類為y1，彈尾類為y2；過(guò)氧化氫酶為x1，多酚氧化酶為x2，轉(zhuǎn)化酶為x3，脲酶為x4，脫氫酶為x5，蛋白酶為x6.土壤動(dòng)物和土壤酶活性的線性關(guān)系采用回歸分析，并且利用決定系數(shù)反映兩個(gè)互為因果關(guān)系的相關(guān)變量間直線關(guān)系的程度［14］.分析結(jié)果表明，脫氫酶和過(guò)氧化氫酶與土壤動(dòng)物總數(shù)和蜱螨類的關(guān)系程度高于0.600 0，其中與過(guò)氧化氫酶的關(guān)系程度大于0.800 0.其他4種土壤酶關(guān)系程度均低于0.36.彈尾類動(dòng)物數(shù)量與轉(zhuǎn)化酶和脫氫酶關(guān)系程度最高，分別為0.901 2和0.714 3，其次是多酚氧化酶和脲酶，分別為0.499 2和0.455 4，過(guò)氧化氫酶和蛋白酶的關(guān)系程度比較低（見(jiàn)表3）.

表3 土壤動(dòng)物總數(shù)和優(yōu)勢(shì)種類數(shù)量與土壤酶活性關(guān)系（R2為決定系數(shù)）

土壤酶活性對(duì)于土壤中有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、釋放植物能利用的碳、氮、磷等養(yǎng)分有直接的作用.蛋白酶能酶促土壤中蛋白質(zhì)水解成氨基酸，脲酶能酶促尿素水解成胺，這兩種酶在土壤氧代謝過(guò)程中有重要作用；過(guò)氧化氫酶能酶促土壤中對(duì)生物有害的過(guò)氧化氫物質(zhì)的分解.各種土壤酶雖然都有主要的酶促反應(yīng)，但大部分土壤酶并非只有專一性作用，而對(duì)土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化有多種作用，可以綜合反映出土壤性質(zhì)和肥力水平.

3 結(jié)論

3.1 土壤動(dòng)物捕獲數(shù)量季節(jié)特征

春季彈尾目和蜱螨目為優(yōu)勢(shì)類群；夏季彈尾目和多足綱捕獲數(shù)量較多為優(yōu)勢(shì)類群；秋季彈尾目和蜱螨目、膜翅目、線蟲(chóng)綱捕獲數(shù)量多為優(yōu)勢(shì)類群；冬季蜱螨目和彈尾目為優(yōu)勢(shì)類群.全年采集的土壤動(dòng)物合計(jì)優(yōu)勢(shì)類群為彈尾目和蜱螨目.

3.2 土壤酶活性具有季節(jié)特征

過(guò)氧化氫酶活性夏季達(dá)到最高值1.515.多酚氧化酶活性冬季達(dá)到最高值0.983.轉(zhuǎn)化酶活性秋季達(dá)到最高值5.476.脲酶活性秋季達(dá)到最高值0.393.脫氫酶活性夏季達(dá)到最高值34.000.蛋白酶活性春季達(dá)全年的最高值0.273.

3.3 土壤動(dòng)物與土壤酶活性季節(jié)特征的關(guān)系

脫氫酶和過(guò)氧化氫酶與土壤動(dòng)物總數(shù)和蜱螨類的關(guān)系程度高，大于0.600 0.彈尾類動(dòng)物數(shù)量與轉(zhuǎn)化酶和脫氫酶關(guān)系程度最高，分別為0.901 2和0.714 3.