長(zhǎng)白楤木土壤酶活性及微生物量碳、氮特征對(duì)種植年限的響應(yīng)

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)白楤木；土壤酶活性；微生物量碳、氮；種植年限

中圖分類(lèi)號(hào)：S567.23+9.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024）11-0114-07

作物連續(xù)種植后土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯改變，且植物與土壤間具有互作機(jī)制，土壤肥力降低，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)。土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一是酶活性，脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性與土壤中氮、磷循環(huán)及物質(zhì)吸收具有密切關(guān)系。在氮、磷循環(huán)利用過(guò)程中，微生物的轉(zhuǎn)運(yùn)作用也尤其重要，不同土層間微生物存在差異。土壤微生物量碳、氮是土壤有機(jī)質(zhì)中最活躍的組分，對(duì)土壤的環(huán)境變化尤其敏感，因此微生物量碳、氮含量的變化也是反映土壤肥力的重要依據(jù)之一。

長(zhǎng)白楤木是一種多年生草本植物，藥食同源，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。長(zhǎng)白楤木在長(zhǎng)年人工種植情況下容易出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢、品質(zhì)降低等情況。在自然環(huán)境條件下，隨著種植年限的延長(zhǎng)，土壤酶活性及微生物量碳、氮的變化會(huì)影響植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。本研究從了解長(zhǎng)白楤木土壤性質(zhì)的動(dòng)態(tài)演變及如何創(chuàng)造有利于植物的良好生長(zhǎng)條件等角度出發(fā)，采集不同種植年限的長(zhǎng)白楤木土壤，分析其土壤酶活性及微生物量碳、氮變化特征，明確長(zhǎng)白楤木不同種植年限與土壤理化性質(zhì)間的關(guān)系，以期為長(zhǎng)白楤木持續(xù)高產(chǎn)種植提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022年9月在長(zhǎng)春大學(xué)長(zhǎng)白楤木試驗(yàn)基地（125°17′56″E，43°49′47″N）進(jìn)行。該地區(qū)年平均氣溫4.8℃，日照時(shí)間2 688 h；四季分明，春季晝短夜長(zhǎng)，氣候干燥；夏季溫暖多雨；秋季早晚溫差大；冬季漫長(zhǎng)而寒冷。

1.2土壤樣品采集

采集連續(xù)種植2、5、10年長(zhǎng)白楤木且未施用肥料的土樣，分別取0～10、10～20、20～30 cm三個(gè)土層的土壤，裝入袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。將部分新鮮土樣自然風(fēng)干后磨碎，過(guò)0.25mm后備用；剩余鮮土4℃條件貯存。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤脲酶（UE）活性采用苯酚鈉一次氯酸鈉比色法測(cè)定；土壤磷酸酶（ALP）活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定；土壤蔗糖酶（SC）活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定。土壤微生物量碳（SWBC）、土壤微生物量氮（SWBN）采用氯仿熏蒸處理法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 27.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，采用Origin 2018、R 4.3.0軟件繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同種植年限對(duì)長(zhǎng)白楤木土壤酶活性的影響

2.1.1土壤脲酶活性 由圖1可知，不同種植年限的長(zhǎng)白楤木土壤脲酶活性均隨著土層加深而降低。0～10 cm土層，種植5年的長(zhǎng)白楤木土壤脲酶活性最高，種植10年的最低，后者較前者顯著下降59%。10～20 cm土層，種植2年的長(zhǎng)白楤木土壤脲酶活性最高，較種植10年的顯著提高135%。20～30 cm土層，不同種植年限的土壤脲酶活性基本穩(wěn)定在1.32 mg·g^-1·d^-1左右，種植年限間無(wú)顯著差異。整體來(lái)看，種植5年和10年的長(zhǎng)白楤木平均土壤脲酶活性較種植2年的分別降低15%和47%。

柱上不同大寫(xiě)字母代表同一土層不同種植年限間有顯著差異（Plt;0.05）；不同小寫(xiě)字母代表同一種植年限不同土層間有顯著差異（Plt;0.05）。下同。

2.1.2土壤磷酸酶活性 由圖2可知，種植2年和10年的長(zhǎng)白楤木土壤磷酸酶活性均隨著土層加深而降低，而種植5年的土壤磷酸酶活性則先降低后升高。0～10 cm土層，種植2年的長(zhǎng)白楤木土壤磷酸酶活性最高，種植10年的最低，后者較前者顯著下降32%。10～20 cm土層，種植2年的長(zhǎng)白楤木土壤磷酸酶活性最高，較種植5年的顯著提高55%。20～30 cm土層，種植5年的長(zhǎng)白楤木土壤磷酸酶活性最高，種植10年的最低，較種植2年和5年的分別顯著下降26%和53%。整體來(lái)看，種植5年和10年的長(zhǎng)白楤木平均土壤磷酸酶活性較種植2年的分別降低12%和28%。

2.1.3土壤蔗糖酶活性 由圖3可知，種植2年與10年的長(zhǎng)白楤木土壤蔗糖酶活性均隨著土層加深而降低，而種植5年的土壤蔗糖酶活性則先降低后升高。0～10 cm土層，種植10年的長(zhǎng)白楤木土壤蔗糖酶活性最高，種植5年的最低，較種植2年與10年的分別顯著下降18%和30%。10～20 cm土層，種植10年的土壤蔗糖酶活性最高，種植5年的最低，較種植2年與10年的分別顯著下降25%和37%。在20～30cm土層，種植2年與10年的土壤蔗糖酶活性穩(wěn)定在0.34mg·g^-1·d^-1左右，二者無(wú)顯著差異，而種植5年的土壤蔗糖酶活性顯著高于種植2、10年的。整體來(lái)看，種植5年和10年的長(zhǎng)白楤木平均土壤蔗糖酶活性較種植2年的分別提高6%和15%。

2.2不同種植年限對(duì)長(zhǎng)白槐木土壤微生物量碳含量的影響

由圖4可知，隨土層加深，不同種植年限的長(zhǎng)白楤木土壤微生物量碳含量均呈顯著下降趨勢(shì)。不同土層的土壤微生物量碳含量均為種植2年的最高，10年的最低。其中在0～10 cm土層，種植2年的土壤微生物量碳含量較種植5年和10年的分別顯著增加21%和29%。10～20 cm土層，種植2年的土壤微生物量碳含量較種植5年和10年的分別顯著增加20%和28%。20～30 cm土層，種植2年的土壤微生物量碳含量較種植5年和10年的分別顯著增加24%和40%。整體來(lái)看，種植年限為2、5年和10年的長(zhǎng)白楤木20～30cm土層的土壤微生物量碳含量比表層土壤分別顯著下降25%、27%和31%。種植5年和10年的平均土壤微生物量碳含量較種植2年的分別顯著降低18%和24%。

2.3不同種植年限對(duì)長(zhǎng)白楤木土壤微生物量氮含量的影響

由圖5可知，隨土層加深，不同種植年限的長(zhǎng)白楤木土壤微生物量氮含量呈顯著下降趨勢(shì)。不同土層的土壤微生物量氮含量均為種植2年的最高，種植10年的最低。其中在0～10 cm土層，種植2年的土壤微生物量氮含量較種植5年和10年的分別顯著增加49%和65%。10～20 cm土層，種植2年的土壤微生物量氮含量較種植5年和10年的分別顯著增加57%和74%。20～30 cm土層，種植2年的土壤微生物量氮含量較種植5年和10年的分別顯著增加50%和61%。整體來(lái)看，種植年限為2、5年和10年的長(zhǎng)白楤木20～30cm土層的土壤微生物量碳含量比表層土壤分別顯著下降15%、16%和13%。種植5年和10年長(zhǎng)白楤木的平均土壤微生物量氮含量較種植2年的分別顯著降低34%和40%。

2.4不同種植年限下土壤微生物量碳、氮含量與相關(guān)酶活性的相關(guān)性分析

由圖6A可知，種植年限為2年時(shí)，土壤微生物量碳含量與脲酶、蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)，與磷酸酶活性呈不顯著正相關(guān)：脲酶活性與蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)，與磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)；磷酸酶活性與蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)；微生物量氮含量與脲酶活性呈不顯著正相關(guān)，與磷酸酶、蔗糖酶活性呈不顯著負(fù)相關(guān)。

由圖6B可知，種植年限為5年時(shí)，土壤微生物量碳含量與脲酶、蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)，與磷酸酶活性呈不顯著正相關(guān)：脲酶活性與磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)；蔗糖酶活性與脲酶、磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)；土壤微生物量氮含量與三種酶活性均呈不顯著正相關(guān)。

由圖6C可知，種植年限為10年時(shí)，土壤脲酶活性與磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)；土壤蔗糖酶活性與脲酶、磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)；土壤微生物量碳、氮含量與三種酶活性之間呈不顯著正相關(guān)。

由以上分析可見(jiàn)，種植年限為2年的長(zhǎng)白楤木土壤酶活性受微生物量碳、氮含量的影響較大，土壤酶活性的變化影響土壤碳、氮的累積和轉(zhuǎn)化。

3討論

3.1長(zhǎng)白楤木土壤酶活性對(duì)種植年限的響應(yīng)

土壤酶在土壤養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化中起著主要作用，其活性是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一，并且會(huì)受到養(yǎng)分含量變化的影響。本研究中，隨著長(zhǎng)白楤木種植年限的延長(zhǎng)，土壤脲酶和磷酸酶活性均表現(xiàn)出逐漸降低趨勢(shì)，這與Cheviron等的研究結(jié)果基本一致。主要原因是種植年限和栽培管理會(huì)影響土壤酶活性的變化，而酶活性的改變也與形成種植障礙密切相關(guān)，當(dāng)植物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期種植栽培后，土壤質(zhì)量下降，酶活性降低。而土壤蔗糖酶活性變化趨勢(shì)則相反，隨著種植年限的延長(zhǎng)而增高，這與古軍霞等的研究結(jié)果較為一致。分析認(rèn)為，土壤蔗糖酶能夠?qū)⑼寥乐械恼崽撬鉃閱翁?，然后被植物所吸收利用，而長(zhǎng)白楤木生長(zhǎng)過(guò)程中根系分泌物提供了豐富的碳源，從而提高了蔗糖酶的活性。

本研究表明，長(zhǎng)白楤木不同種植年限土壤脲酶活性隨土層加深而呈顯著下降趨勢(shì)，這與焦亞鵬等的研究結(jié)果相似。而深層土壤脲酶活性無(wú)顯著差異，這主要是因?yàn)橥寥辣韺拥臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，有利于土壤微生物的呼吸與活動(dòng)，并促進(jìn)其新陳代謝。土壤磷酸酶活性總體隨著土層增加而顯著降低。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤磷酸酶活性一方面與微生物的數(shù)量有關(guān)，另一方面與土壤微生物群落的多樣性與均勻性密切相關(guān)，這種多樣性與均勻性會(huì)隨著種植年限延長(zhǎng)而逐漸降低，所以土壤磷酸酶活性也會(huì)降低。Tang等的研究結(jié)果為土壤蔗糖酶平均活性在0～10、10～20、20～30cm土層分別為0.82、0.47、0.46mg·g^-1.d^-1，表層土壤高于深層，具有一定的表聚性。然而種植5年長(zhǎng)白楤木的土壤在深層中的磷酸酶與蔗糖酶活性顯著增加，這可能與土壤類(lèi)型、周?chē)h(huán)境條件等因素有關(guān)，具體原因需要進(jìn)一步探究。

3.2長(zhǎng)白楤木土壤微生物量碳、氮含量對(duì)種植年限的響應(yīng)

有機(jī)質(zhì)是土壤的活性養(yǎng)分庫(kù)，提供植物生長(zhǎng)需要的碳、氮養(yǎng)分。本研究中，隨著種植年限的延長(zhǎng)，各土層土壤微生物量碳、氮含量大多表現(xiàn)為顯著降低，這與前人的研究結(jié)果較為一致。其中導(dǎo)致土壤微生物量碳含量變化的因素有很多，如土壤溫度、水分、營(yíng)養(yǎng)狀況、土壤質(zhì)量等，長(zhǎng)白楤木的種植年限越長(zhǎng)，這些因素就越有可能會(huì)發(fā)生裂變，導(dǎo)致土壤微生物量碳含量逐漸降低。土壤微生物量氮含量隨種植年限延長(zhǎng)下降明顯，其原因可能是種植年限越長(zhǎng)，土壤中的氮補(bǔ)充較少，同時(shí)長(zhǎng)白楤木的生長(zhǎng)也會(huì)吸收帶走土壤中大量的氮，從而導(dǎo)致土壤中微生物量氮含量逐年下降。并且兩者變化趨勢(shì)相似，正是因?yàn)槲⑸镌诨顒?dòng)過(guò)程中吸收碳的同時(shí)也要吸收氮，這樣可以使自身的碳氮比達(dá)到平衡。

研究表明，微生物量氮對(duì)土壤中氮素的循環(huán)和供給起著重要作用。本研究表明，長(zhǎng)白楤木種植年限為2、5年和10年的土壤微生物量碳、氮含量隨土層加深呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中微生物量氮在20～30cm土層與0～10、10～20 cm土層有顯著差異。這可能是不同深度的土壤肥力存在差異，而土壤微生物對(duì)土壤質(zhì)量的變化非常敏感，從而影響土壤微生物量碳、氮的含量。因此，在長(zhǎng)白楤木的種植過(guò)程中應(yīng)對(duì)深層土壤加強(qiáng)管理，可以適當(dāng)增施肥料、調(diào)節(jié)土壤pH值等，以提高土壤微生物量碳、氮含量，另外進(jìn)行土壤改良也是不可或缺的。

3.3不同種植年限長(zhǎng)白槐木土壤微生物量碳、氮及酶活性的相關(guān)性

土壤酶是土壤中物質(zhì)循環(huán)的催化劑，其活性可以反映出土壤各種生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度與方向。研究表明，土壤中大部分酶的活性都會(huì)受到土壤微生物量碳、氮的影響，種植年限的延長(zhǎng)會(huì)改變植物根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收和利用，從而造成土壤肥力下降。相關(guān)性分析結(jié)果表明，種植年限為2年時(shí)，土壤微生物量碳與脲酶、蔗糖酶呈極顯著正相關(guān)，而種植年限為10年時(shí)，這種相關(guān)性并不顯著。這是由于土壤酶會(huì)將土壤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成植物需要的養(yǎng)分，而微生物量碳與土壤中的碳、氮等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化供給有著密切關(guān)系。長(zhǎng)白楤木種植年限短，土壤受到水分、植物根系等影響，微生物活動(dòng)較強(qiáng)，直接影響土壤碳的累積和轉(zhuǎn)化。不同種植年限下，土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶之間均有一定的相關(guān)性。這與郭書(shū)亞、李春霖等的研究結(jié)果相似。

4結(jié)論

種植年限和土層深度對(duì)長(zhǎng)白楤木土壤脲酶、磷酸酶活性及土壤微生物量碳、氮含量均有一定影響。隨種植年限延長(zhǎng)，各指標(biāo)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；隨土層加深，各指標(biāo)均呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。由此可推斷，長(zhǎng)白楤木的種植年限越長(zhǎng)對(duì)其土壤理化性質(zhì)的影響越大，種植10年長(zhǎng)白楤木的土壤肥力較低。因此，在長(zhǎng)白楤木種植年限延長(zhǎng)后應(yīng)注意土壤管理，改善土壤質(zhì)量，以更好地促進(jìn)長(zhǎng)白楤木的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量提高。