土壤酶可以催化土壤中的有机物质, 使其转化成为简单的有机物或无机物。土壤酶主要来源于微生物, 虽然数量不大, 但在评价土壤肥力、环境监测、评价土地利用等方面有广泛的作用。枣(Ziziphus jujuba)为原产我国的鼠李科(Rhamnaceae)枣属(Ziziphus)植物, 是重要的经济林木, 分布广、数量大、用途多, 果实富含维生素C、黄酮、钙、环磷酸腺苷等重要成分, 并且结实早、易管理、产量高, 经济效益好, 成为当今世界枣属植物中研究和开发利用的热点。有关果树土壤酶活性的报道主要有柑橘(Citrus spp.) (王成秋等, 1999)、橙(Citrus sinensis) (唐艳, 1999)等, 但关于枣园土壤酶活性分析却很少见。本文针对由于管理不善、许多地区出现枣树产量低而不稳的生产局面, 探讨了施肥一致的枣园土壤酶活性以及与土壤养分、pH值、土壤微生物的关系, 旨在为枣园土壤的科学管理、提高枣园经济效益提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 枣园概况

研究地点设在山东省北部黄河三角洲地区东营市垦利县黄河口镇。该区属于暖温带半湿润地区, 大陆性季风气候, 年均气温12.5 ℃, 无霜期长达206 d, ≥10 ℃的积温约4 300 ℃, 年降水量550 ~ 600 mm, 多集中在夏季, 7—8月降水量约占全年降水量的一半, 且多暴雨, 易形成旱、涝灾害。土壤pH值较高。枣园林龄7年, 平均树高3 m, 与棉花、玉米间作。

1.2 研究方法

选择5块枣园样地, 采集0 ~ 20、20 ~ 50 cm土层土壤, 3次重复。将样品带回实验室内风干、磨碎、过筛, 然后保存在冰箱中。

苯酚次氯酸比色法测定脲酶活性; 邻苯三酚比色法测定多酚氧化酶和过氧化物酶的活性; 0.1 mol·L^-1高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶的活性。有机质采用K₂Cr₂O₇-H₂SO₄消煮、FeSO₄容量法测定; 全氮采用凯氏定氮法测定; 速效氮用碱解扩散法测定; 速效磷用Olsen法测定; 速效钾用中性NH₄AC浸提、火焰光度法测定。用牛肉膏蛋白胨培养基培养细菌, 马铃薯蔗糖培养基培养真菌, 淀粉铵盐培养基培养放线菌, 赫奇逊培养基培养纤维素分解菌, 瓦克斯曼培养基培养自生固氮菌。每个培养基浓度重复3次, 然后置于恒温箱中培养, 操作过程在无菌条件下进行。用SPSS和Excel软件进行数据分析。

2 结果与分析 2.1 土壤酶活性及其相关性分析

脲酶主要参与土壤中的氮素转化, 多酚氧化酶是土壤有机组分中芳香族化合物转化的催化剂, 过氧化物酶能氧化土壤有机物质, 在腐殖质的形成过程中具有重要作用(关松荫, 1986)。由表 1可以看出, 脲酶和多酚氧化酶的含量比较低, 研究地脲酶的含量还不足0.3 mg·g^-1, 说明土壤中氮素转化过程缓慢。枣园枯落物较少, 也可能是人为活动较多, 多酚氧化酶含量低, 影响了腐殖质的合成。过氧化氢酶能酶促过氧化氢分解生成分子氧和水, 它的活性与土壤微生物数量和植物根系有关系。

枣园土壤酶在垂直分布上表现出随土层深度的增加酶的活性都减弱。其中过氧化物酶下降幅度最大, 下层比上层减少0.182 6 mg·g^-1。脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶下层比上层依次低0.092 mg·g^-1、0.029 4 mL·g^-1、0.011 0 mg·g^-1。上层土壤肥力高, 土壤通气条件良好, 下层土壤肥力低, 并且下层土壤枯落物数量较少, 微生物活动性小。

由表 2可以看出, 脲酶与过氧化物酶、过氧化氢酶呈极显著正相关, 相关系数为0.996、0.943, 与多酚氧化酶的相关性不大, 相关系数为0.377, 这说明土壤中氮素的转化与土壤中的氧化还原过程相互促进。过氧化氢酶与过氧化物酶相关系数为0.911, 这2种酶相互促进。多酚氧化酶与其他3种酶的相关性不大。

2.2 土壤酶与土壤养分及pH值的关系分析

土壤养分影响林木的生长发育, 酶类则参与土壤中复杂的生物化学反应和物质循环, 其中包括土壤养分的转化。土壤有机质、氮、磷、钾是土壤肥力的重要标志。由表 3看出, 枣园全氮含量偏低, 平均只有32.752 mg·kg^-1, 速效氮含量为22 mg·kg^-1;全磷含量平均为364.5 mg·kg^-1, 速效磷含量特别低可能与暴雨时被淋失有关; 速效钾含量为109.179 mg·kg^-1。pH值分别8.32和7.86, 呈微碱性, 适于枣生长。全氮、速效氮、速效钾、有机质和pH值随土层深度增加其值降低, 这与酶在垂直方向上的变化是一致的, 而全磷和速效磷的含量下层比上层高。

研究中发现, 0 ~ 20 cm土层, 脲酶与全氮、速效氮、有机质、pH值极显著正相关, 相关系数分别为0.764、0.714、0.856、0.932, 与全磷、速效磷显著相关, 相关系数分别为0.445、0.567;多酚氧化酶与有机质显著相关, 相关系数为0.494;过氧化物酶与全氮极显著正相关, 相关系数为0.824, 与速效氮、全磷、有机质、pH值显著相关, 相关系数分别为0.543、0.627、0.683、0.541, 与速效钾显著负相关, 相关系数为-0.489;过氧化氢酶与全氮、全磷、速效氮、速效磷、有机质显著正相关, 相关系数分别为0.629、0.595、0.554、0.514、0.549(表 4)。

20 ~ 50 cm土层, 脲酶与有机质极显著正相关, 相关系数为0.908, 与全氮、速效氮、全磷、pH值显著相关, 相关系数分别为0.598、0.474、0.457、0.678;过氧化物酶与速效氮、pH值极显著正相关, 相关系数分别为0.723、0.719, 与速效钾极显著负相关, 相关系数为-0.697, 与全氮、全磷、速效磷、有机质显著正相关, 相关系数分别为0.582、0.579、0.501、0.683;过氧化氢酶与有机质极显著正相关, 相关系数为0.792, 与全氮、全磷、速效氮、速效磷、pH值显著正相关, 相关系数为0.568、0.492、0.519、0.495、0.621(表 4)。李志建等(2004)认为在其适宜范围内, 过氧化氢酶活性随pH值增高而增大。

相关性分析结果说明:土壤肥力与酶活性相关, 特别是脲酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性; 有机质与脲酶、过氧化物酶、过氧化氢酶有密切的关系, 土壤有机质含量的提高可以促进酶活性, 而酶活性的提高反过来又加快有机质的分解; 与全氮、全磷、速效氮的关系十分密切, 说明施肥特别是氮肥的施用对改善土壤性质具有重要作用。

2.3 土壤酶与土壤微生物的相关性分析

土壤微生物是土壤生物活性最敏感的指标之一。微生物既可以将有机质转化为无机物, 也可以将无机物合成为有机物。由表 5看出, 微生物数量为细菌>放线菌>真菌>固氮菌>纤维素分解菌。细菌喜中性和微碱性环境, 放线菌不宜在酸性强的土壤中生存, 此地土壤为微碱性, 所以放线菌和细菌的数量较多, 特别是细菌的数量远远大于其他几种微生物的数量, 说明细菌在土壤物质分解中起最重要的作用。放线菌与土壤腐殖质的含量有关, 对土壤中的物质转化也具有一定的作用。纤维素分解菌促进土壤中碳循环, 有利于林木生长, 纤维素分解菌的数量最小。固氮菌可以增加土壤氮素, 真菌在土壤物质转化过程中起着巨大的作用。固氮菌、纤维素分解菌、真菌、细菌数量自上而下减少, 放线菌数量增加。表层土微生物数量比下层多, 这是因为表层土有机质含量多, 土壤结构疏松, 有良好的通气条件。

由表 6看出, 在0 ~ 20 cm土层, 脲酶与细菌极显著正相关, 相关系数为0.771, 与固氮菌、真菌显著正相关, 相关系数分别为0.517、0.623;过氧化物酶与纤维素分解菌、真菌、细菌显著正相关, 相关系数分别为0.666、0.558、0.549;过氧化氢酶与纤维素分解菌、真菌相关性显著, 相关系数分别为0.571、0.602。其余的相关性不显著, 相关系数都在0.439以下。真菌参与土壤中有机质和腐殖质的形成, 所以与脲酶、过氧化物酶和过氧化氢酶都具有显著的相关性。

在20 ~ 50 cm土层, 脲酶与固氮菌、细菌显著正相关, 相关系数分别为0.658、0.457;过氧化物酶与纤维素分解菌、真菌显著正相关, 相关系数分别为0.668、0.651;过氧化氢酶与纤维素分解菌、真菌显著正相关, 相关系数分别为0.631、0.451。其余的相关性不显著, 相关系数在0.443以下。

胡海波等(2001)对岩质海岸防护林土壤微生物数量与酶活性的研究指出, 脲酶与真菌、细菌、放线菌不相关, 与本文结论相反。究其原因, 可能是因为林分不同, 或者是因为人为因素的影响, 特别是枣园施肥促进了某些微生物的大量繁殖。

2.4 土壤酶与土壤养分、pH值和微生物的多元线性回归分析

为了更好地探讨土壤酶与土壤理化性质、土壤微生物之间的关系, 以脲酶上层(y₁)、脲酶下层(y₂)、过氧化物酶上层(y₃)、过氧化物酶下层(y₄)、过氧化氢酶上层(y₅)、过氧化氢酶下层(y₆)、多酚氧化酶上层(y₇)、多酚氧化酶下层(y8)为因变量, 全氮(x₁)、全磷(x₂)、速效氮(x₃)、速效磷(x₄)、速效钾(x₅)、有机质(x₆)、pH值(x₇)、固氮菌(x₈)、纤维素分解菌(x₉)、真菌(x₁₀)、放线菌(x₁₁)、细菌(x₁₂)为自变量, 进行了多元线性回归分析, 建立了回归方程, 进行复相关系数的t检验均达到显著水平, 回归方程有效(表 7)

3 结论与讨论

1)随土壤深度的增加, 枣园土壤酶活性都降低, 土壤养分和微生物大体也有此变化规律。其中过氧化物酶下降的幅度最大, 接下来为脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶。

2) 脲酶与过氧化物酶、过氧化氢酶呈极显著正相关, 相关系数分别为0.996、0.943, 与多酚氧化酶的相关性不大, 相关系数为0.377, 这说明土壤中氮素的转化与土壤中的氧化还原过程相互促进。过氧化氢酶与过氧化物酶相关系数为0.911, 这2种酶相互促进。多酚氧化酶与其他3种酶的相关性不大。

3) 在土壤空间上, 土壤酶与土壤养分、土壤微生物存在密切正相关关系。土壤肥力与酶活性相关, 特别是脲酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性。有机质与脲酶、过氧化物酶、过氧化氢酶有密切的关系, 土壤有机质含量的提高可以促进酶活性, 而酶活性的提高反过来又加快有机质的分解。与全氮、全磷、速效氮的关系十分密切, 说明施肥特别是氮肥的施用对改善土壤性质具有重要作用。脲酶与细菌、固氮菌显著相关, 过氧化物酶与纤维素分解菌、真菌显著相关, 过氧化氢酶与纤维素分解菌、真菌显著相关, 多酚氧化酶与微生物的相关性不显著。

土壤酶的活性是否可以反映土壤肥力, 微生物数量与酶活性有没有相关性, 仍未达成共识。See等(1998)认为土壤酶活性不能作为评价林地土壤肥力的参数。国内外有些学者认为, 土壤微生物与酶没有相关性(李志建等, 2004; Richard, 1994;何斌, 2002)。邱莉萍等(2004)认为, 土壤脲酶和碱性磷酸酶活性与土壤养分之间呈显著或极显著相关关系, 可以作为衡量土壤肥力水平的指标。就本文的研究结果来看, 土壤酶特别是脲酶与土壤养分具有较好的相关性, 可以作为评价土壤肥力的一个指标。