不同改良措施對第四紀(jì)紅壤酶活性的影響*

趙 婧王亞男曾希柏文 炯溫云杰吳翠霞鄭 重

不同改良措施對第四紀(jì)紅壤酶活性的影響*

趙 婧1，王亞男1，2?，曾希柏1，2，文 炯2，溫云杰1，吳翠霞1，2，鄭 重1

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部岳陽農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)站，湖南岳陽 414000）

紅壤是我國重要的土壤類型之一，其耕地地力低下問題亟待解決。探究不同改良措施影響下紅壤地力提升效果，對實(shí)現(xiàn)中低產(chǎn)田可持續(xù)利用具有重要意義。本研究以湖南第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的旱地紅壤為研究對象，分析了休閑（F）、不施肥（CK）、單施無機(jī)肥（NPK）、無機(jī)肥配秸稈還田（NPKS）、無機(jī)肥配施生石灰（NPKL）、無機(jī)肥配施骨粉有機(jī)肥（NPKA）和無機(jī)肥配施生物有機(jī)肥（NPKC）等改良措施下不同土層和改良年限土壤中pH及養(yǎng)分含量的變化，并利用微孔板熒光法比較了土壤中碳氮磷循環(huán)相關(guān)酶活性的差異。結(jié)果表明，不同改良措施顯著影響土壤養(yǎng)分及酶活性。與CK相比，2020年NPKC處理0～20 cm土層中有機(jī)質(zhì)（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）和有效磷（AP）含量分別提高了73%、29%、61%和1 847%，同時(shí)該處理也顯著增加了參與碳循環(huán)α-1，4-葡糖苷酶（αG）、β-1，4-葡糖苷酶（βG）、β-1，4-木糖苷酶（βX）、纖維二糖水解酶（CBH）和參與氮循環(huán)β-1，4-N-乙?；被咸烟囚福∟AG）活性。相關(guān)分析表明，SOM與αG、βG、βX、CBH和NAG酶活性呈顯著正相關(guān)（< 0.01），pH與酸性磷酸酶（ACP）活性呈顯著負(fù)相關(guān)（< 0.01）。改良措施對0～20 cm土層酶活性的影響大于20～40 cm。2019年，NPKA處理0～20 cm土層中CBH酶活性較CK提高了352%，而在20～40 cm土層中CBH酶活性僅較CK提高了2%。此外，不同改良措施土壤中ACP酶活性也呈現(xiàn)出隨改良年限增加而增加的趨勢。綜上可知，無機(jī)肥配施有機(jī)物料顯著提升紅壤養(yǎng)分狀況，改善土壤酶活性，可作為貧瘠紅壤地力提升的有效改良措施。

紅壤；改良措施；pH；養(yǎng)分含量；酶活性

紅壤是我國亞熱帶地區(qū)的地帶性土壤，第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的紅壤在我國南方丘陵地區(qū)分布十分廣泛[1-2]。由于亞熱帶地區(qū)高溫多雨，巖石和礦物風(fēng)化速度快，易發(fā)生脫硅富鋁及淋溶作用，鹽基飽和度低，因此紅壤大多呈酸性，養(yǎng)分狀況較為貧瘠[3-4]。紅壤作為我國主要的耕地土壤類型之一，常年受高強(qiáng)度耕作模式、不合理施肥以及自然侵蝕等作用的影響，土壤的物理結(jié)構(gòu)、保水保肥性、養(yǎng)分供應(yīng)能力等逐年變差，鋁離子和重金屬離子的活性增加，酸化進(jìn)程加速，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能性降低，土壤質(zhì)量下降明顯[5]。隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人口數(shù)量日益增多，耕地及糧食資源緊張問題日益凸顯，改善貧瘠紅壤酸化狀況，提高土壤肥力成為亟待解決的問題。

已有研究表明，撒施石灰、添加生物有機(jī)肥和秸稈還田等措施均可作為改良貧瘠紅壤的有效措施，可顯著提升紅壤pH及肥力狀況[6-7]。秸稈還田可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，活化土壤中氮磷鉀養(yǎng)分，從而有助于土壤肥力的提升[8]；生物有機(jī)肥可以改善土壤中的微生物結(jié)構(gòu)，活化土壤中被固定的養(yǎng)分從而提高土壤中有效態(tài)養(yǎng)分含量[9]；而施用石灰改良酸性土的效果在國內(nèi)外也廣泛得到認(rèn)可，石灰可以與環(huán)境中的酸形成鈣鹽降低酸的脅迫，還可以競爭性地與植株的Ca結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，從而抑制鋁離子的毒害作用[10]。但針對這些改良措施的研究多集中在土壤物理結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況的變化，對土壤微生物活性和功能變化的研究相對較少。

土壤酶作為一種具有生物催化能力的高分子蛋白質(zhì)活性物質(zhì)[11]，一般被認(rèn)為由土壤微生物代謝過程產(chǎn)生，參與土壤中碳、氮、磷、硫生物地球化學(xué)過程，對有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化也至關(guān)重要[12-14]。如β-1，4-葡糖苷酶參與纖維素的降解，β-1，4-N-乙?；被咸烟囚竻⑴c幾丁質(zhì)和肽聚糖的降解，亮氨酸氨肽酶參與蛋白質(zhì)水解，酸性磷酸酶可從磷酰脂和磷脂中水解磷酸鹽[15]。土壤酶活性的大小可以反映出土壤微生物活性和功能的變化，也可作為表征土壤肥力水平和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的重要指標(biāo)[16-17]。已有部分研究證明了土壤改良措施可以顯著影響參與土壤碳、氮、磷循環(huán)的酶活性。黃尚書等[18]研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋可顯著增強(qiáng)紅壤β-葡糖苷酶和多酚氧化酶活性；向酸性黃紅壤中施加石灰可顯著提高磷酸酶的活性[19]?？芍?，通過監(jiān)測土壤酶活性的變化可以反映出不同改良措施對土壤養(yǎng)分狀況的影響。還有一些研究表明，改良年限的長短也可造成土壤酶活性變化程度的差異[20]。但目前系統(tǒng)分析不同改良措施影響下貧瘠紅壤酶活性與土壤養(yǎng)分的變化及其相互關(guān)系的研究還較少，且隨改良時(shí)間的逐年增加，土壤酶活性的變化特征也不清楚。

本研究選取農(nóng)業(yè)農(nóng)村部岳陽農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗(yàn)站第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的紅壤為研究對象，設(shè)置不同改良措施處理的長期定位試驗(yàn)，連續(xù)兩年采樣，開展以下四方面研究：（1）分析不同改良措施對紅壤旱地pH及土壤養(yǎng)分狀況的影響；（2）明確土壤酶活性對改良措施的響應(yīng)；（3）探究土壤酶活性與養(yǎng)分之間的關(guān)系；（4）分析連續(xù)兩年改良土壤中酶活性的變化規(guī)律。通過以上研究，以期從土壤酶活性角度揭示紅壤改良措施影響地力提升的關(guān)鍵作用，篩選出用于紅壤可持續(xù)利用的有效改良措施，為我國中低產(chǎn)田旱地地力提升研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)依托于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部岳陽農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗(yàn)站，位于湖南省岳陽市麻塘鎮(zhèn)（29°23N，113°06E），該地區(qū)屬濕潤的大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫為17 ℃，年降雨量為1 400 mm。本研究基于試驗(yàn)站中的低產(chǎn)紅壤旱地改良長期定位試驗(yàn)，建于2012年，2016年開始種植作物。種植作物前施用肥料及改良劑，種植模式為玉米（5—8月）-休閑（8—10月）-油菜（10—5月）輪作。試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理：（1）F（休閑，不施肥不種作物，每年定期將雜草移除）；（2）CK（不施肥，種植作物）；（3）NPK（施NPK肥）；（4）NPKA（施NPK肥及骨粉有機(jī)肥）；（5）NPKL（施NPK肥及生石灰）；（6）NPKS（施NPK肥及小區(qū)內(nèi)上季作物秸稈直接還田）；（7）NPKC（施NPK肥及九業(yè)生物有機(jī)肥），具體施用量如表1所示。其中，氮肥為尿素，磷肥為鈣鎂磷肥，鉀肥為氯化鉀。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)小區(qū)，長8 m，寬3.5 m，面積為28 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，具體分布如圖1所示。

1.2 樣品采集

分別于2019年5月和2020年5月油菜收獲后取土，分析改良措施影響下連續(xù)兩年土壤養(yǎng)分及酶活性變化，比較改良年限對酶活性的影響。利用五點(diǎn)取樣法采集7種處理小區(qū)內(nèi)0～20 cm、20～40 cm的土樣，混勻后四分法取1 kg左右土樣，去除動(dòng)植物殘?bào)w、石塊及其他廢棄物。一部分土壤樣品過2 mm篩，置于4 ℃冰箱保存，一周內(nèi)完成土壤酶活性、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的測定。另一部分土壤風(fēng)干、過篩用于土壤基本理化性質(zhì)的測定。

表1 改良劑施用量及參考標(biāo)準(zhǔn)

1.3 測定方法

將風(fēng)干土過2 mm 尼龍篩后測定土壤pH、陽離子交換量，過 1 mm 尼龍篩后測定堿解氮、速效鉀，過0.85 mm尼龍篩后測定有效磷，過0.15 mm尼龍篩后測定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀等理化性質(zhì)，所有指標(biāo)的測定方法均參考《土壤農(nóng)化分析》[23]。用25 mL 2 mol·L–1KCl溶液在25 ℃下以200 r·min–1的轉(zhuǎn)速浸提5.0 g土壤中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，浸提液在流動(dòng)分析儀上檢測。

對研究土壤中碳氮磷循環(huán)有關(guān)的α-1，4-葡糖苷酶（αG）、β-1，4-葡糖苷酶（βG）、β-1，4-木糖苷酶（βX）、纖維二糖水解酶（CBH）、亮氨酸氨態(tài)酶（LAP）、β-1，4-N-乙酰基氨基葡萄糖酐酶（NAG）和酸性磷酸酶（ACP）以及參與氧化還原過程的多酚氧化酶（POX）和過氧化物酶（PER）活性進(jìn)行測定，表2為本研究測定酶種類及底物列表[24]。其中，水解酶活性的測定采用改進(jìn)的微孔板熒光法[25-26]，方法為：稱相當(dāng)于1.000 g干土的鮮土于100 mL潔凈的離心管中，向離心管中加入50 mL超純水，渦旋儀上充分混勻后置于搖床中，在180 r·min–1的轉(zhuǎn)速下震蕩30 min。震蕩結(jié)束，將所有溶液轉(zhuǎn)移至500 mL燒杯中，并用50 mL超純水沖洗離心管及管蓋，在磁力攪拌器的攪拌下向微孔板中加樣。每個(gè)樣品孔、空白孔及淬火標(biāo)準(zhǔn)孔中均加入200 μL土壤懸浮液，陰性對照孔及參考標(biāo)準(zhǔn)孔中則加入200 μL超純水。然后，樣品孔和陰性對照孔中分別加入50 μL底物，參考標(biāo)準(zhǔn)孔和淬火標(biāo)準(zhǔn)孔中加入50 μL標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（10 μM的7 - amino - 4 - methylcoumarin（AMC）或4 - methylumbelliferone（MUB）），空白孔中加入50 μl超純水，每個(gè)孔均設(shè)8個(gè)重復(fù)。將加好樣的微孔板封口后在25 ℃下避光孵育4 h。測定前，向每個(gè)孔中加入10 mL 1.0 mol·L–1的NaOH終止反應(yīng)，在激發(fā)光波長為365 nm、發(fā)射光波長為450 nm的條件下測定。氧化還原酶采用無色透明酶標(biāo)板在分光光度計(jì)下測定[27]，轉(zhuǎn)移懸浮液的方法步驟同上，但不需要添加參考標(biāo)準(zhǔn)孔和淬火標(biāo)準(zhǔn)孔，每個(gè)孔仍為8個(gè)重復(fù)。微孔板封口后在25 ℃下避光孵育24 h，在450 nm波長下測定。土壤酶活性[nmol（g·h）–1]以單位時(shí)間內(nèi)每克土樣轉(zhuǎn)化底物的nmol數(shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

微孔板熒光法測定土壤酶活性計(jì)算公式如下。

水解酶活性計(jì)算公式：

氧化還原酶活性計(jì)算公式：

凈吸光值樣品吸光值底物對照樣品對照 （6）

土壤酶化學(xué)計(jì)量的向量長度（Vector length）和向量角度（Vector angle）計(jì)算公式：

式中，向量長度（Vector length）越長，代表土壤養(yǎng)分循環(huán)受碳限制越強(qiáng)。向量角度（Vector angle）< 45°和向量角度（Vector angle）> 45°分別表示土壤養(yǎng)分循環(huán)有較強(qiáng)的氮限制和磷限制[28]，向量角度（Vector angle）= 45°表示土壤養(yǎng)分循環(huán)受氮磷養(yǎng)分的限制效果相同[29]。

利用SPSS 24.0單因素方差分析（one-way ANOVA）分析比較不同處理pH及養(yǎng)分含量差異，多元方差分析比較處理、年際和土層及其交互作用對酶活性的影響，獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)比較2019年和2020年酶活性的差異，Pearson相關(guān)分析確定土壤酶活性與pH、養(yǎng)分含量之間的聯(lián)系性，顯著性水平均設(shè)為< 0.05。土壤酶活性變化柱狀圖由Microsoft Excel繪制，酶活性與養(yǎng)分指標(biāo)之間的關(guān)系由Canoco 5軟件繪制冗余分析圖（Redundancy analysis，RDA）來展示。

表2 所測土壤酶列表

2 結(jié) 果

2.1 不同改良措施下紅壤pH及養(yǎng)分含量變化

表3和表4分別為2019年和2020年不同改良措施下紅壤pH和養(yǎng)分含量的變化?？梢钥闯觯煌牧即胧?0～40 cm土層pH及養(yǎng)分含量的影響不顯著，因此接下來主要對不同改良措施對0～20 cm土層pH及養(yǎng)分含量的影響進(jìn)行分析。0～20 cm土層，無機(jī)肥配施生石灰（NPKL）改良后，土壤pH顯著提高。無機(jī)肥配施其他改良劑（NPKA、NPKC和NPKS）后，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和有效磷含量顯著高于CK。其中，NPKC處理2019年土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和有效磷含量分別較CK提高了46%、6%、35%和957%，2020年分別提高了73%、29%、61%和1 847%。連續(xù)兩年改良后，土壤有機(jī)質(zhì)含量均以NPKA處理中最高，分別為10.51 g·kg–1和12.00 g·kg–1。

多元方差分析比較處理、年際和土層及其交互作用對pH及養(yǎng)分含量的影響結(jié)果如表5所示。從表中可以看出，處理與年際的交互以及處理、年際和土層三者交互對紅壤pH及養(yǎng)分含量并無顯著影響。處理、土層以及兩者的交互作用可顯著影響紅壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和有效磷的含量（< 0.05），而年際僅對全氮和堿解氮含量影響顯著（< 0.05）。這說明處理和土層對紅壤pH及養(yǎng)分含量變化的影響程度大于年際。

2.2 不同改良措施對紅壤酶活性的影響

圖2是2019年和2020年兩土層土壤酶活性的變化。在0～20 cm土層，NPKL中αG、βG、βX和CBH等碳循環(huán)酶活性顯著低于NPK，氮循環(huán)LAP酶活性顯著高于其他處理，磷循環(huán)ACP酶活性顯著降低。NPKS中，碳循環(huán)αG、βG、βX和CBH酶，氮循環(huán)NAG酶和磷循環(huán)ACP酶活性均顯著高于CK，其中CBH酶活性為CK的5.58倍（2019年）和4.93倍（2020年）。NPK、NPKA和NPKC處理均可顯著提升土壤中碳循環(huán)αG、βG、βX和CBH酶活性，NPKA和NPKC還可提高土壤中氮循環(huán)NAG酶活性。

比較兩土層酶活性發(fā)現(xiàn)，2019年0～20 cm土層NPKA和NPKC處理中CBH酶活性分別較CK提高了352%和142%，而在20～40 cm土層其CBH酶活性僅分別較CK提高了2%和29%。表6結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)處理、土層、年際及其交互作用均可顯著影響土壤中碳氮磷循環(huán)有關(guān)酶活性（< 0.05）。將兩年土壤酶活性進(jìn)行獨(dú)立性T檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩年土壤中ACP酶活性差異顯著（< 0.05），隨改良年限的增加，土壤ACP酶活性顯著增加。綜上可知，土壤酶活性對不同改良措施的響應(yīng)不同，不同改良措施對0～20 cm土層的改良效果優(yōu)于20～40 cm土層，且隨改良時(shí)間的增加，改良效果逐漸顯著。

表5 多元方差分析比較處理、年際和土層及其交互作用對pH及養(yǎng)分含量的影響

注：*< 0.05；**< 0.01。下同。 Note：*< 0.05；**< 0.01. The same below.

表6 多元方差分析比較處理、年際和土層及其交互作用對紅壤酶活性的影響

2.3 不同改良措施對紅壤酶活性化學(xué)計(jì)量的影響

表7為不同改良措施對紅壤酶活性化學(xué)計(jì)量的影響。根據(jù)酶活性化學(xué)計(jì)量的向量長度和向量角度可知，各處理土壤均受到碳養(yǎng)分和磷養(yǎng)分的限制，2019年0～20 cm土層NPK受碳養(yǎng)分和磷養(yǎng)分的限制程度顯著大于添加改良劑的處理（NPKA、NPKL、NPKS、NPKC），但其受磷養(yǎng)分的限制程度顯著小于CK；2020年0～20 cm土層中，NPKA和NPKS受碳素的限制程度較高，NPKL受氮素限制，NPK、NPKA、NPKS、NPKC、F和CK均受磷素的限制，且F中磷素限制最大。20～40 cm土層仍以F受磷素限制最大，相比于2019年，2020年添加改良劑的處理（NPKA、NPKL、NPKS、NPKC）中碳素和磷素養(yǎng)分的限制程度顯著大于NPK處理，小于CK和F處理，說明施用改良劑后可以有效激活土壤0～20 cm土層的養(yǎng)分，但由于貧瘠紅壤養(yǎng)分虧缺嚴(yán)重，連續(xù) 3～4 a改良還不足以有效促進(jìn)20～40 cm土層養(yǎng)分狀況的改善。

2.4 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量的關(guān)系

（1）土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量的RDA分析。圖3a和圖3b分別為0～20 cm和20～40 cm土層養(yǎng)分含量與土壤酶活性的冗余分析結(jié)果，探究影響土壤酶活性變化的關(guān)鍵因子。圖3a中解釋變量可解釋模型的52.48%（< 0.05）。從圖中可以看出，0～20 cm土層NPKA、NPKS和NPKC明顯聚類且主要受土壤SOM（18.4%，F(xiàn)=9.0，=0.002）、TP（22.3%，F(xiàn)=11.5，=0.002）、AN（19.2%，F(xiàn)=9.5，=0.002）等養(yǎng)分含量的影響，CK和F聚類，受土壤養(yǎng)分含量的影響較小，NPKL處理酶活性單獨(dú)聚類主要受土壤pH變化的影響（20.8%，F(xiàn)=14.3，=0.002）。圖3b中解釋變量可解釋模型的28.09%（< 0.05）。從圖中可以看出，20～40 cm土層各處理沒有單獨(dú)聚類，表明不同改良措施對該土層酶活性影響不顯著。由RDA分析結(jié)果可知，不同改良措施對紅壤0～20 cm土層中酶活性的影響更顯著，添加石灰顯著提高土壤的pH進(jìn)而提高土壤中LAP活性，而其他改良措施則通過改變土壤養(yǎng)分狀況來影響土壤酶活性。

（2）土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)性。表8是0～20 cm、20～40 cm土層酶活性與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)性分析，明確酶活性變化及土壤養(yǎng)分含量之間的相互關(guān)系。從表中可以看出，0～20 cm土層，αG、βG、βX、CBH、NAG與SOM、TP、AN、AP呈極顯著正相關(guān)（< 0.01），ACP和POX與NO3–-N極顯著正相關(guān)（< 0.01），LAP、ACP和PER與pH呈極顯著（< 0.01）或顯著相關(guān)（< 0.05）。與0～20 cm土層相比，20～40 cm土層僅βG和CBH活性與SOM、TP、AN、AP呈極顯著正相關(guān)（< 0.01），LAP活性只與AN具有顯著相關(guān)性（< 0.05），ACP和POX與AP呈顯著負(fù)相關(guān)（< 0.05）。兩土層中碳循環(huán)βG和CBH酶連續(xù)兩年均表現(xiàn)出主要受SOM、TP、AN和AP的影響，pH對其影響不顯著。

3 討 論

3.1 不同改良措施對紅壤養(yǎng)分的影響

通過對比休閑（F）、不施肥（CK）、單施無機(jī)肥（NPK）、無機(jī)肥配秸稈還田（NPKS）、無機(jī)肥配施生石灰（NPKL）、無機(jī)肥配施骨粉有機(jī)肥（NPKA）和無機(jī)肥配施生物有機(jī)肥（NPKC）等改良措施對紅壤肥力的改良效果發(fā)現(xiàn)，與CK相比，不同改良措施對紅壤20～40 cm土層pH及養(yǎng)分含量的影響并不顯著，但卻顯著提高了貧瘠紅壤0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和有效磷的含量，且以NPKA和NPKC在提升土壤有機(jī)質(zhì)方面發(fā)揮的作用最為重要。該結(jié)果與Ai等[30]的長期試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加有機(jī)肥可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量相一致。與NPK相比，NPKA和NPKC也可以提高土壤pH，但效果不如NPKL顯著，因?yàn)樯液休^高的CaO，主要通過酸堿中和提高土壤堿濃度以中和土壤酸性[31]，而有機(jī)肥則通過其包含的具有羥基和羧基官能團(tuán)的腐殖質(zhì)中和土壤酸性[32]，過程較緩慢，但具有一定的緩沖性和持久性。研究發(fā)現(xiàn)NPKS中有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷的含量也有所提升，與無機(jī)肥配施有機(jī)改良劑對比發(fā)現(xiàn)，三種改良措施對土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量的提升效果分別為：2019年，NPKA> NPKC≈NPKS；2020年，NPKA>NPKC>NPKS，這可能是由于生物有機(jī)肥分解速度快，可以迅速補(bǔ)充土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量，而秸稈的主要成分是纖維素和木質(zhì)素，較難降解，但是秸稈本身含有豐富的氮磷鉀等元素，因此秸稈還田仍能實(shí)現(xiàn)改善和提高土壤地力的目的，只是過程較緩慢。綜上可知，NPKA和NPKC處理對酸性貧瘠紅壤養(yǎng)分的提升效果好且更為持久。

表7 不同改良措施對紅壤酶活性化學(xué)計(jì)量的影響

表8 0～20 cm和20～40 cm土層酶活性與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)性

3.2 不同改良措施對土壤酶活性的影響

通過比較不同改良措施對酸性紅壤酶活性的影響發(fā)現(xiàn)，與CK相比，NPKA和NPKC可顯著提高土壤中碳氮循環(huán)αG、βG、βX、CBH和NAG酶活性。一方面是因?yàn)镹PKA和NPKC中有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK，可以為土壤微生物提供充足的營養(yǎng)，使得微生物代謝旺盛進(jìn)而提升土壤酶活性；另一方面則是因?yàn)橛袡C(jī)物料可以緩解土壤酸化，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水保肥能力和微生物的數(shù)量，進(jìn)而提高酶活性[33]。與NPK相比，NPKA和NPKC處理對土壤碳循環(huán)αG、βG、βX和CBH酶活性的提升效果更好。可能是由于NPKA和NPKC處理除了增加了貧瘠紅壤中的氮磷養(yǎng)分外，還以外源碳源的形式增加了土壤中有機(jī)質(zhì)含量，而參與碳循環(huán)的水解酶能吸附于土壤有機(jī)質(zhì)上，形成一種具有較強(qiáng)抗分解能力和熱穩(wěn)定性的“酶－腐殖質(zhì)復(fù)合物”，更利于土壤酶的生存[34]。此外，NPKS也能顯著提高土壤中碳循環(huán)相關(guān)的酶活性，NPKL則顯著抑制αG、βG、βX和CBH酶活性，這可能與不同酶的底物和土壤pH有關(guān)。碳循環(huán)有關(guān)的βX參與水解木質(zhì)素，αG、βG和 CBH參與水解纖維素[35]，秸稈的碳主要以纖維素和木質(zhì)素的形式存在[18]，因此對土壤進(jìn)行秸稈還田使參與土壤碳循環(huán)的酶底物增多，從而提高碳循環(huán)有關(guān)酶的活性。但添加生石灰后，顯著提升了紅壤的pH，卻超過了碳循環(huán)有關(guān)酶的最適pH范圍[36-38]，從而抑制了這些功能酶活性。結(jié)合不同改良措施對紅壤養(yǎng)分含量影響的結(jié)果（表3和表4）來看，NPKA和NPKC處理對提升紅壤功能酶活性、促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)的效果更優(yōu)。無機(jī)肥配施有機(jī)改良劑可以通過提高土壤肥力，促進(jìn)土壤酶與有機(jī)質(zhì)的結(jié)合，增強(qiáng)其在土壤中的穩(wěn)定性[39]，進(jìn)而影響土壤酶活性，改善土壤養(yǎng)分循環(huán)狀況，最終實(shí)現(xiàn)土壤改良的作用。

不同改良劑的添加除了對紅壤表層酶活性產(chǎn)生影響外，也會(huì)對不同土層深度的酶有不同影響。本研究中對土壤0～20 cm表層土壤酶活性的改善狀況顯著高于20～40 cm土層，可能是因?yàn)橥寥辣韺臃e累了較多的腐殖質(zhì)從而使表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量高（表3和表4），養(yǎng)分狀況良好，有利于土壤微生物的生存從而使表層土壤酶活性較高[40]，隨著土壤深度的增加，一方面土壤中空氣、養(yǎng)分含量以及動(dòng)植物殘?bào)w等減少，土壤中有機(jī)質(zhì)含量減少，使土壤酶活性降低；另一方面土壤容重增大，孔隙減小，微生物的代謝速率受限從而使酶活性降低[41]。

隨著改良時(shí)間的延長，0～20 cm土層不同改良措施土壤中磷循環(huán)ACP酶活性增加，這可能是因?yàn)槿绷孜⑸锓置贏CP酶以適應(yīng)生存環(huán)境，但是因?yàn)楸狙芯恐腥缀康陀?.8 g·kg–1，土壤始終處于供磷不足的狀態(tài)，因此土壤中全磷對ACP酶活性之間的相關(guān)性并不顯著。相關(guān)性分析（表8）表明ACP酶活性與全氮呈極顯著正相關(guān)（<0.01），且Marklein和Houlton[42]的研究表明，氮肥可以增強(qiáng)土壤中ACP酶活性，可能因?yàn)榈h(huán)和磷循環(huán)之間廣泛耦合，ACP酶活性對氮和磷的變化高度敏感，隨著土壤中全氮含量的升高，土壤中磷循環(huán)速度加快，從而使土壤中ACP酶活性增強(qiáng)。還有研究也表明在磷限制的環(huán)境中，隨著氮含量的增加，ACP酶活性增強(qiáng)[43]。

3.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)狀況與土壤酶活性間的關(guān)系

土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性可以共同表征土壤的肥力水平。由土壤酶活性與養(yǎng)分含量的RDA分析（圖3）和相關(guān)性分析（表8）可知，在本研究中0～20 cm土層，碳氮循環(huán)αG、βG、βX、CBH和NAG酶與SOM呈極顯著正相關(guān)，根據(jù)以往的研究可知土壤有機(jī)質(zhì)是酶促反應(yīng)的主要底物，當(dāng)土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加時(shí)，可以極大地促進(jìn)土壤微生物的系列活動(dòng)從而使土壤酶活性提高[44-45]。此外，土壤酶也可以和有機(jī)質(zhì)相結(jié)合增強(qiáng)其穩(wěn)定性。很多研究還認(rèn)為土壤pH也與酶活性的變化顯著相關(guān)[46-47]。本研究中LAP和PER酶活性隨pH的升高而增大，而磷循環(huán)ACP酶與pH則極顯著負(fù)相關(guān)，推測一方面可能是因?yàn)橥寥纏H通過誘導(dǎo)酶結(jié)構(gòu)的變化、酶活性部位催化基團(tuán)的功能特性或者影響土壤中底物和酶輔助因子的可利用性進(jìn)而對土壤酶活性產(chǎn)生影響[48]；另一方面可能是因?yàn)閜H通過影響土壤中微生物的群落組成、生態(tài)位和群落活性來影響酶活性。對比兩土層土壤酶活與養(yǎng)分變化關(guān)系發(fā)現(xiàn)，20～40 cm土層土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量之間的相關(guān)關(guān)系不如0～20 cm土層顯著，但兩土層中酶活性與養(yǎng)分的變化趨勢基本一致（表8）。由于本研究的長期定位試驗(yàn)?zāi)晗掭^短（2016年開始種作物），且研究紅壤非常貧瘠，不同改良措施對土壤酶活性的影響僅在0～20 cm土層發(fā)生了顯著變化，探究不同改良措施對20～40 cm土層酶活性的影響仍需進(jìn)一步觀察。

4 結(jié) 論

無機(jī)肥配施石灰能顯著提高紅壤的pH，改善紅壤酸化狀況，但其對提高土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性的促進(jìn)作用不顯著。而無機(jī)肥配施有機(jī)物料可通過顯著提升貧瘠紅壤中有機(jī)質(zhì)、氮磷等養(yǎng)分含量，進(jìn)而改善土壤中碳氮循環(huán)αG、βG、βX、CBH和NAG酶活性。因此，認(rèn)為無機(jī)肥配施骨粉有機(jī)肥或生物有機(jī)肥可作為改善貧瘠紅壤養(yǎng)分、提升土壤地力的可持續(xù)性改良措施。土壤中αG、βG、βX、CBH和NAG等參與碳氮循環(huán)的酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)。在磷供應(yīng)不足的情況下，磷循環(huán)ACP酶與表層土壤氮含量顯著相關(guān)（< 0.01），LAP、PER和ACP可作為反映表層土壤pH變化的重要酶活指標(biāo)。通過對部分酶活性指標(biāo)的測定可以評價(jià)不同改良措施對酸性紅壤的改良效果。

［ 1 ］ Cai Z J，Sun N，Wang B R，et al. Effects of long-term fertilization on pH of red soil，crop yields and uptakes of nitrogen，phosphorous and potassium[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science，2011，17（1）：71—78. [蔡澤江，孫楠，王伯仁，等. 長期施肥對紅壤pH、作物產(chǎn)量及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17（1）：71—78.]

［ 2 ］ Liu K L，Hu Z H，Ye H C，et al. Long-term fertilization changes soil nitrogen and phosphorus activation in red soil under double maize system[J]. Journal of Soil and Water Conservation，2016，30（2）：187—192，207. [柳開樓，胡志華，葉會(huì)財(cái)，等. 雙季玉米種植下長期施肥改變紅壤氮磷活化能力[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2016，30（2）：187—192，207.]

［ 3 ］ Li X Y. Soil chemistry[M]. Beijing：Higher Education Press，2001，218.[李學(xué)垣. 土壤化學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2001，218.]

［ 4 ］ Yu T Y，Sun X S，Shi C R，et al. Advances in soil acidification hazards and control techniques[J]. Chinese Journal of Ecology，2014，33（11）：3137—3143. [于天一，孫秀山，石程仁，等. 土壤酸化危害及防治技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（11）：3137—3143.]

［ 5 ］ Xun W B. Upland red soil bacterial community structure under long-term different fertilizations and the driving factor[D]. Nanjing：Nanjing Agricultural University，2015. [荀衛(wèi)兵. 長期不同施肥下旱地紅壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征及驅(qū)動(dòng)因子的探究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015. ]

［ 6 ］ He C C. Effects of long-term fertilization on soil carbon pools and enzymes activity of black soil in cropland of northeast China[D]. Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2014. [何翠翠. 長期不同施肥措施對黑土土壤碳庫及其酶活性的影響研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2014. ]

［ 7 ］ Sánchez M E，Lindao E，Margaleff D，et al. Pyrolysis of agricultural residues from rape and sunflowers：Production and characterization of bio-fuels and biochar soil management[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2009，85（1/2）：142—144.

［ 8 ］ Ji B Y. Research on the effect of deep tillage and straw retained improve soil quality and enhance the yield of crop[D]. Zhengzhou：Henan Agricultural University，2013. [冀保毅. 深耕與秸稈還田的土壤改良效果及其作物增產(chǎn)效應(yīng)研究[D]. 鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013. ]

［ 9 ］ Yang Y G，Wang S L，Liu G，et al. Effects of bio-organic fertilizer on yield and quality of flue-cured tobacco and soil improvement[J]. Chinese Tobacco Science，2012，33（4）：70—74. [楊云高，王樹林，劉國，等. 生物有機(jī)肥對烤煙產(chǎn)質(zhì)量及土壤改良的影響[J]. 中國煙草科學(xué)，2012，33（4）：70—74.]

［ 10 ］ Yu X Y. The effects of applying lime and biochar on the growth and nutrient uptake of phaseotus calcaltus roxb in acid soils[D]. Chongqing：Southwest University，2018. [于翔宇. 施用石灰與生物炭對酸性土壤竹豆生長及養(yǎng)分吸收的影響[D]. 重慶：西南大學(xué)，2018. ]

［ 11 ］ Liu S J，Xia X，Chen G M，et al. Study progress on functions and affecting factors of soil enzymes[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，2011，27（21）：1—7. [劉善江，夏雪，陳桂梅，等. 土壤酶的研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（21）：1—7.]

［ 12 ］ Acosta- Martínez V，Moore-Kucera J，Cottona J，et al. Soil enzyme activities during the 2011 Texas record drought/heat wave and implications to biogeochemical cycling and organic matter dynamics[J]. Applied Soil Ecology，2014，75：43—51.

［ 13 ］ Bandick A K，Dick R P. Field management effects on soil enzyme activities[J]. Soil Biology ＆ Biochemistry，1999，31（11）：1471—1479.

［ 14 ］ Ndiaye E L，Sandeno J M，McGrath D，et al. Integrative biological indicators for detecting change in soil quality[J]. American Journal of Alternative Agriculture，2000，15：26—36.

［ 15 ］ Wang J Y，Hayes F，Turner R，et al. Effects of four years of elevated ozone on microbial biomass and extracellular enzyme activities in a semi-natural grassland[J]. Science of the Total Environment，2019，660：260—268.

［ 16 ］ Acosta-Martínez V，Zobeck T M，Gill T E，et al. Enzyme activities and microbial community structure in semiarid agricultural soils[J]. Biology and Fertility of Soils，2003，38（4）：216—227.

［ 17 ］ Guan S Y. Soil enzymes and soil fertility[J]. Chinese Journal of Soil Science，1980，11（6）：41—44. [關(guān)松蔭. 土壤酶與土壤肥力[J]. 土壤通報(bào)，1980，11（6）：41—44.]

［ 18 ］ Huang S S，Cheng Y H，Zhong Y J，et al. Effects of soil and water conservation measures on soil labile organic carbon and soil enzyme activity in gentle slope land of red soil[J]. Acta Pedologica Sinica，2016，53（2）：468—476. [黃尚書，成艷紅，鐘義軍，等. 水土保持措施對紅壤緩坡地土壤活性有機(jī)碳及酶活性的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2016，53（2）：468—476.]

［ 19 ］ Deng X H，Yang Z Y，Li Y H，et al. Effects of amendment application on enzyme activities and nutrient contents in tobacco-planting soils[J]. Tobacco Science & Technology，2019，52（2）：33—39. [鄧小華，楊哲宇，李玉輝，等. 施用改良劑對植煙土壤酶活性和養(yǎng)分含量的影響[J]. 煙草科技，2019，52（2）：33—39.]

［ 20 ］ Ai C，Liang G Q，Sun J W，et al. The alleviation of acid soil stress in rice by inorganic or organic ameliorants is associated with changes in soil enzyme activity and microbial community composition[J]. Biology and Fertility of Soils，2015，51（4）：465—477.

［ 21 ］ Zeng X B，Li J M，Xu M G，et al. Fertility of red upland soil and effects of fertilization and utilization on its fertility[J]. Chinese Journal of Soil Science，2006，37（3）：434—437. [曾希柏，李菊梅，徐明崗，等. 紅壤旱地的肥力現(xiàn)狀及施肥和利用方式的影響[J]. 土壤通報(bào)，2006，37（3）：434—437.]

［ 22 ］ Zeng X B. Acidification of red soils and control methods[J]. Chinese Journal of Soil Science，2000，31（3）：111—113，145. [曾希柏. 紅壤酸化及其防治[J]. 土壤通報(bào)，2000，31（3）：111—113，145.]

［ 23 ］ Bao S D. Soil agrochemical analysis[M]. Beijing：China Agriculture Press，2000：25—100.[鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：25—100.]

［ 24 ］ Qin Y N. Biocatalyst - Handbook of enzyme catalysis[M]. Beijing：Chemical Industry Press，2015：228—270.[秦永寧. 生物催化劑——酶催化手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015：228—270.]

［ 25 ］ Saiya-Cork K R，Sinsabaugh R L，Zak D R. The effects of long term nitrogen deposition on extracellular enzyme activity in anforest soil[J]. Soil Biology ＆ Biochemistry，2002，34（9）：1309—1315.

［ 26 ］ Marx M C，Wood M，Jarvis S C. A microplate fluorimetric assay for the study of enzyme diversity in soils[J]. Soil Biology ＆ Biochemistry，2001，33（12/13）：1633—1640.

［ 27 ］ DeForest J L. The influence of time，storage temperature，and substrate age on potential soil enzyme activity in acidic forest soils using MUB-linked substrates and l-DOPA[J]. Soil Biology ＆Biochemistry，2009，41（6）：1180—1186.

［ 28 ］ Moorhead D L，Rinkes Z L，Sinsabaugh R L，et al. Dynamic relationships between microbial biomass，respiration，inorganic nutrients and enzyme activities：informing enzyme-based decomposition models[J]. Frontiers in Microbiology，2013，4：223—234.

［ 29 ］ Burpee B，Saros J E，Northington R M，et al. Microbial nutrient limitation in Arctic lakes in a permafrost landscape of southwest Greenland[J]. Biogeosciences，2016，13（2）：365—374.

［ 30 ］ Ai C，Liang G Q，Sun J W，et al. Responses of extracellular enzyme activities and microbial community in both the rhizosphere and bulk soil to long-term fertilization practices in a fluvo-aquic soil[J]. Geoderma，2012，173/174：330—338.

［ 31 ］ Li P，Wang X X，Zhang T L，et al. Effects of several amendments on rice growth and uptake of copper and cadmium from a contaminated soil[J]. Journal of Environmental Sciences，2008，20（4）：449—455.

［ 32 ］ Tan K H，Leonard R A，Bertrand A R，et al. The metal complexing capacity and the nature of the chelating ligands of water extract of poultry litter[J]. Soil Science Society of America Journal，1971，35（2）：265—269.

［ 33 ］ Lu Y H，Yang Z P，Zheng S X，et al. Effects of long-term application of chemical fertilizer，pig manure，and rice straw on chemical and biochemical properties of reddish paddy soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2010，21（4）：921—929. [魯艷紅，楊曾平，鄭圣先，等. 長期施用化肥、豬糞和稻草對紅壤水稻土化學(xué)和生物化學(xué)性質(zhì)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（4）：921—929.]

［ 34 ］ Huang Q Y，Li X Y. Effects of clay minerals and organic matter on enzyme activities [J]. Progress in Soil Science，1995，23（4）：12—18. [黃巧云，李學(xué)垣. 粘粒礦物、有機(jī)質(zhì)對酶活性的影響[J]. 土壤學(xué)進(jìn)展，1995，23（4）：12—18.]

［ 35 ］ Sinsabaugh R L，Hill B H，F(xiàn)ollstad Shah J J. Ecoenzymatic stoichiometry of microbial organic nutrient acquisition in soil and sediment[J]. Nature，2009，462（7274）：795—798.

［ 36 ］ Liu Q，Li D J，Chen L L，et al. Cloning and expression of α-glucosidase gene fromand study on the enzymatic properties[J]. Food and Fermentation Technology，2013，49（1）：4—7，12. [劉瓊，李大軍，陳麗麗，等. 棲熱袍菌α-葡糖苷酶的基因克隆表達(dá)及酶學(xué)性質(zhì)[J]. 食品與發(fā)酵科技，2013，49（1）：4—7，12.]

［ 37 ］ Zhou J，Yin P. Mechanisms of pH control on β-glucosidase produced in[J]. Journal of Tsinghua University：Science and Technology，2012，52（2）：271—276. [周進(jìn)，銀鵬. pH調(diào)控對里氏木霉菌產(chǎn)β-葡萄糖苷酶的影響機(jī)制[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，52（2）：271—276.]

［ 38 ］ Huang Y，Yao X Y，Liu T F，et al. Biochemical characterization of a novel thermostable β-1，4-xylosidase from Caldicellulosiruptor owensensis OL [J]. Acta Microbiologica Sinica，2019，59（4）：689—699. [黃穎，姚雪妍，劉騰飛，等. 新型耐熱β-1，4-木糖苷酶的重組表達(dá)及酶學(xué)性質(zhì)[J]. 微生物學(xué)報(bào)，2019，59（4）：689—699.]

［ 39 ］ Liang L，Ma C，Zhang R，et al. Improvement of soil nutrient availability and enzyme activities in rainfed wheat field by combined application of organic and inorganic fertilizers[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，2019，25（4）：544—554. [梁路，馬臣，張然，等. 有機(jī)無機(jī)肥配施提高旱地麥田土壤養(yǎng)分有效性及酶活性[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2019，25（4）：544—554.]

［ 40 ］ Wang B，Xue S，Liu G B，et al. Changes in soil nutrient and enzyme activities under different vegetations in the Loess Plateau area，Northwest China[J]. Catena，2012，92：186—195.

［ 41 ］ Han X N. Briefly on soil enzyme’s function and effect on the quality of soil environment[J]. Inner Mongolia Agricultural Science and Technology，2008，36（4）：90—92. [韓新寧. 土壤酶對土壤環(huán)境質(zhì)量的作用及影響[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2008，36（4）：90—92.]

［ 42 ］ Marklein A R，Houlton B Z. Nitrogen inputs accelerate phosphorus cycling rates across a wide variety of terrestrial ecosystems[J]. New Phytologist，2012，193（3）：696—704.

［ 43 ］ Olander L P，Vitousek P M. Regulation of soil phosphatase and chitinase activity by N and P availability[J]. Biogeochemistry，2000，49（2）：175—191.

［ 44 ］ Taylor J P，Wilson B，Mills M S，et al. Comparison of microbial of microbial numbers and enzymatic activities in surface and subsoils using various techniques[J]. Soil Biology ＆ Biochemistry，2002，34：387—401.

［ 45 ］ Sui Y Y，Jiao X G，Gao C S，et al. The relationship among organic matter content and soil microbial biomass and soil enzyme activities[J]. Chinese Journal of Soil Science，2009，40（5）：1036—1039. [隋躍宇，焦曉光，高崇生，等. 土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤微生物量及土壤酶活性關(guān)系的研究[J]. 土壤通報(bào)，2009，40（5）：1036—1039.]

［ 46 ］ Liu H M，Zhou G F，Li J，et al. Effects of nitrogen deposition on soil enzyme activities ofsteppe[J]. Ecology and Environmental Sciences，2018，27（8）：1387—1394. [劉紅梅，周廣帆，李潔，等. 氮沉降對貝加爾針茅草原土壤酶活性的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2018，27（8）：1387—1394.]

［ 47 ］ Si G C，Yuan Y L，Wang J，et al. Microbial community and soil enzyme activities along an altitudinal gradient in Sejila mountains[J]. Microbiology China，2014，41（10）：2001—2011. [斯貴才，袁艷麗，王建，等. 藏東南森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤酶活性隨海拔梯度的變化[J]. 微生物學(xué)通報(bào)，2014，41（10）：2001—2011.]

［ 48 ］ Yao H Y，Bowman D，Rufty T，et al. Interactions between N fertilization，grass clipping addition and pH in turf ecosystems：Implications for soil enzyme activities and organic matter decomposition[J]. Soil Biology ＆ Biochemistry，2009，41（7）：1425—1432.

Effects of Different Ameliorative Measures on the Enzyme Activities of Quaternary Red Soil

ZHAO Jing1, WANG Yanan1, 2??, ZENG Xibai1, 2, WEN Jiong2, WEN Yunjie1, WU Cuixia1, 2, ZHENG Zhong1

(1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture and Rural Affairs of P.R. China, Beijing 100081, China; 2. Yueyang Agro-Environmental Sciences Station of Chinses Agriculture Ministry and Rural Affairs, Yueyang, Hunan 414000, China)

【Objective】Red soil is one of the important soil types in China. Its low fertility is a problem for agricultural output. Exploring the effect of different improvement measures on soil fertility is integral for realizing sustainable use of middle and low yield fields.【Method】In this study, dryland red soils derived from Quaternary red earth were collected from a field experiment in Yueyang, Hunan Province and used to measure the changes in soil pH and nutrient contents across different soil layers and years of different treatments. These treatments included fallow (F), no fertilizer control (CK), a single application of inorganic fertilizer of nitrogen, phosphate, and kalium (NPK), inorganic fertilizer combined with straw-return (NPKS), inorganic fertilizer combined with lime (NPKL), inorganic fertilizer combined with amendments of organic crushed-bones (NPKA), and inorganic fertilizer combined with commercial bio-organic fertilizer (NPKC). We also compared the activity of enzymes related to carbon, nitrogen, and phosphorus cycles in this soil using the microplate fluorescence method.【Result】Some treatments significantly affected soil nutrients and enzyme activities. Soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and available phosphorus (AP) in the 0-20 cm soil layer treated with NPKC in 2020 increased by 73%, 29%, 61%, and 1 847%, respectively, relative to the control. This treatment also significantly increased the enzyme activities of the enzymes that participate in the carbon cycle, including α-1, 4-glucosidase (αG), β-1, 4-glucosidase (βG), β-1, 4-xylosidase (βX), and cellobiohydrolase (CBH). Also, the activity of β-1, 4-N-acetylglucosamine (NAG), which is involved in the nitrogen cycle, was increased. Correlation analysis showed that SOM was significantly positively correlated with enzyme activities of αG, βG, βX, CBH, and NAG (< 0.01). Additionally, the pH value was significantly negatively correlated with acid phosphatase (ACP) activity (< 0.01). The effect of improvement measures on the enzyme activity of 0–20 cm soil layer was greater than on deeper layers. In 2019, compared with the control, NPKA treatment increased CBH enzyme activity in the 0–20 cm soil layer by 352%, but only by 2% in the 20–40 cm soil layer. Besides, ACP enzyme activity in the soil also showed a trend of increasing with years of treatment.【Conclusion】The combination of inorganic fertilizer and organic materials can significantly improve the nutrient status and soil enzyme activity in red soils. This can be used to efficiently improve the fertility of barren red soil.

Red soil; Ameliorative measures; pH; Nutrient content; Enzymatic activity

S156

A

10.11766/trxb202008100444

趙婧，王亞男，曾希柏，文炯，溫云杰，吳翠霞，鄭重. 不同改良措施對第四紀(jì)紅壤酶活性的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2022，59（4）：1160–1176.

ZHAO Jing. WANG Yanan. ZENG Xibai. WEN Jiong，WEN Yunjie，WU Cuixia，ZHENG Zhong. Effects of Different Ameliorative Measures on the Enzyme Activities of Quaternary Red Soil[J]. Acta Pedologica Sinica，2022，59（4）：1160–1176.

* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41877061，41671308）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（BSRF202101）資助。Supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos. 41877061，41671308），and the Science and Technology Innovation Project of Chinese Academy of Agricultural Sciences（No. CAAS-ASTIP-2016-IEDA）.

，E-mail：wangyanan@caas.cn

趙 婧（1995—），女，河北保定人，碩士研究生，主要從事土壤生態(tài)與修復(fù)研究。E-mail：zhaojyeah@163.com

2020–08–10；

2021–04–05；

網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期（www.cnki.net）：2021–04–19

（責(zé)任編輯：檀滿枝）