空间移位下农田黑土过氧化氢酶与土壤养分的相关性研究

陈一民，焦晓光，王贵强，林智慧，隋跃宇，范 晶，程 伟，张少良

（1．黑龙江大学 农业资源与环境学院，哈尔滨 150080；2．中国科学院 东北地理与农业生态研究所，哈尔滨 150081）

0 引 言

酶是土壤新陈代谢的重要因素，它与活的微生物细胞一起推动着物质转化，参与碳、氢、硫、磷等各类元素的生物循环［1］。土壤酶作为一类具有专性催化作用的蛋白质，参与了土壤中许多重要的生物化学过程，其活性同土壤性质有着密切关系。土壤中大量存在过氧化氢酶，能促进过氧化氢对各种化合物的氧化作用，其活性与土壤呼吸强度和微生物活动有关［2－3］。有研究结果显示，土壤中的过氧化氢酶活性可以作为与土壤肥力有关的好氧微生物活性的一个指标［4］。

随着近年来气候的变化［5］，黑土区的温度、蒸发量、降水量发生变化，使农田生态系统中的许多生物学和化学过程随之发生变化，这将成为影响黑土区农田土壤生产力稳定性的主要问题。本研究以中国科学院海伦农业生态实验站的黑土生产力长期田间定位试验为平台，研究5种不同有机质含量农田黑土在水、热条件改变后过氧化氢酶的活性动态变化规律及其与土壤肥力的关系，旨在进一步揭示水热条件改变后，农田黑土土壤生物性质演化趋势，了解不同的水热条件下，农田黑土稳产、高产的土壤生物化学环境，为农田黑土科学管理提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 供试材料

本试验在黑龙江省海伦农业生态试验站空间移位长期定位试验平台进行。供试土壤为黑土，供试5种土壤基本理化性质见表1。

表1 土壤基本理化性质Table 1 Physical and chemical properties of the tested soils

1．2 试验设计

“黑土生产力长期定位试验”平台——由北向南按有机质由高到低，采集5点有机质含量变化分别为108．9g／kg（黑龙江北安，SOM6）、58．8g／kg（黑龙江嫩江，SOM11）、50．6g／kg（黑龙江海伦，SOM5）、32．0g／kg （吉 林 德 惠，SOM3）、16．6g／kg（吉林梨树，SOM1．7）的农田土壤 （图1），采集深度1m （包括整层黑土及其下部部分母质），分层采集，每层20cm。运至海伦站，按原层原容重回填到已建好的用砖混防水隔离小区建立长期定位试验。

土壤有机质和施肥2因子，5个处理，3次重复试验。小区面积为1．4m×1．2m，用砖混加防水纸隔离。种植作物：玉米 （海玉6号），每个小区种植玉米8株。施肥量为：纯N－150kg／hm2；P2O5－75kg／hm2；K2O－60kg／hm2。基肥：条施。追肥 （大喇叭口期）：分株追肥。

1．3 土壤样品的采集与测定

1．3．1 土样的采集

在玉米拔节期、抽雄吐丝期、灌浆期、收获后，采集土壤样品，样品采集后带回实验室，摊开晾干，然后剔出植物残体和其它的杂物。将风干的土样磨碎，通过1mm和0．25mm筛，过1mm筛孔的土样用来测定土壤酶活性，过0．25mm筛孔的土样用于土壤养分测定。

1．3．2 测定方法

图1 东北黑土分布及黑土采集地点示意图Fig．1 Sketch of distribution of Northeast farmland phaeozem and collecting site

过氧化氢酶活性的测定采用高锰酸钾滴定法［6］，土壤有机质与全氮含量的测定：元素分析仪（FlashEA1112，Thermofinnigan，Italy） 测 定，每隔10个样品放置1个国家标准样品进行校验；全磷含量的测定：酸溶－钼锑抗比色法；碱解氮含量的测定：碱解扩散法；有效磷含量的测定：碳酸氢钠法［7］。

1．4 数据处理

试验数据运用SPSS和Excel软件进行统计分析，作图用Sigmaplot10．0（图2）。

2 结果与分析

2．1 不同有机质含量的农田黑土过氧化氢酶活性动态变化

由图2可见，在玉米全生育期内不同有机质含量农田黑土不施肥与施肥处理过氧化氢酶活性的动态变化基本一致：从拔节期到收获后过氧化氢酶活性呈先降低，然后较小幅度升高的变化趋势。在不同时期不同有机质含量农田黑土过氧化氢酶活性大小顺序为：SOM1．7＜SOM3＜SOM5＜SOM6＜SOM11，与有机质含量变化相一致，土壤酶活性随土壤有机质含量增加而显著增加，与邱凤琼等［8］的研究结果一致。过氧化氢酶参与生物呼吸过程的物质代谢，同时可以解除在呼吸过程中产生的对活细胞有害的过氧化氢，它可以表示土壤氧化过程的强度［9］。过氧化氢酶活性在拔节期达到高峰，说明在拔节期土壤中的氧化作用较强，过氧化氢酶的解毒作用强。在玉米的生育期内，SOM3的过氧化氢酶活性始终变化平缓，尤其施肥处理更明显，说明过氧化氢酶的解毒能力较差，这样会造成过氧化氢等有毒物质的积累，从而对生物和土壤产生毒害作用。

2．2 不同有机质含量的农田黑土养分动态变化

由表2可见，除土壤有效磷外，5种不同有机质含量的农田黑土全氮、全磷、碱解氮含量均是随着土壤有机质含量的增加而增加，变化的趋势为：SOM11＞SOM6＞SOM5＞SOM3＞SOM1．7。相对于不施肥区，施用氮磷钾肥料可提高5种不同有机质含量的农田黑土土壤养分含量，但没有达到差异显著水平 （P＞0．05）。相较于无肥区，施肥处理碱解氮含量有所增加，主要是施肥促进了作物根系的生长，增加了土壤的通气性，提高了土壤温度，促进土壤微生物活动，为土壤中有机氮向无机氮的转化提供了良好的条件，加速了氮素的矿化。施肥区5种不同有机质含量的农田黑土有效磷含量基本高于不施肥区土壤有效磷的含量，这可能也是因为土壤酶活性的提高，加快了土壤中有机磷的转化，从而使土壤中的有效磷含量增加，在一定程度满足作物生长发育的需要。

2．3 农田黑土土壤养分之间的相关性分析

不同有机质含量的农田黑土土壤养分的相关性分析见表3。由表3可见，土壤有机质与全氮、全磷、碱解氮呈极显著正相关 （P＜0．05），全氮与全磷、碱解氮呈显著正相关 （P＜0．05），全磷与有效磷、碱解氮呈显著正相关 （P＜0．05），除全磷外，土壤有效磷与有机质、全氮、碱解氮存在一定的相关关系，但没有达到差异显著水平 （P＞0．05）。土壤肥力的各因子之间存在着不同程度的相关关系，这种相关关系在很大程度上反映了构成土壤肥力的各重要因素，如土壤供肥能力、对逆境的适应能力等，土壤肥力并不是独自发挥作用，而是互相作用，彼此共同促进土壤环境的改善。

图2 玉米生育期土壤过氧化氢酶活性变化Fig．2 Dynamic change of soil catalase activities during corn growth period

表2 土壤肥力状况Table 2 Status of soil fertilities

表3 土壤养分之间相关系数Table 3 Correlation coefficient among the soil nutrient content

2．4 农田黑土过氧化氢酶活性与土壤肥力的关系

由表4可见，过氧化氢酶活性与土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮呈极显著正相关，过氧化氢酶活性与土壤肥力因素的变化是一致的，这充分证明了过氧化氢酶在氮、磷的转化过程中的作用很大，过氧化氢酶活性的高低，作为评价土壤碳、氮、磷养分状况的指标是可行的。国内外学者对过氧化氢酶活性能否作为评价土壤肥力指标做过一些报道［10－12］，但不同类型的土壤结果是不同的，黑土过氧化氢酶与土壤碳、氮、磷以及土壤通气状况均呈显著正相关，过氧化氢酶可以作为表征土壤肥力的指标，本试验也证明了这一点。土壤过氧化氢酶活性与土壤养分之间相关系数见表4。

表4 土壤过氧化氢酶活性与土壤养分之间相关系数Table 4 Correlation coefficient between the soil enzyme activities and nutrient content

3 结 论

不同有机质含量的农田黑土的过氧化氢酶活性随有机质含量的增加而递增。5种农田黑土，过氧化氢酶活性均在拔节期最高，并随生育期的延长而下降。施肥虽可提高土壤过氧化氢酶活性，但不改变过氧化氢酶活性的变化趋势。5种不同有机质含量的农田黑土有机质、全氮、全磷、碱解氮之间存在显著的相关关系。过氧化氢酶与土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮均存在显著的相关性，说明土壤过氧化氢酶活性是衡量土壤肥力水平的重要因子，可以作为评价土壤肥力的灵敏活性指标。

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