环渤海湾地区不同种植年限设施土壤酶活性变化

张雨柔　陈之群，　田 恬　田永强　高丽红*（设施蔬菜生长发育调控北京市重点实验室，中国农业大学园艺学院，北京 0093；临沂大学生命科学学院，山东临沂 76000）

环渤海湾地区不同种植年限设施土壤酶活性变化

张雨柔1陈之群1，2田 恬1田永强1高丽红1*
（1设施蔬菜生长发育调控北京市重点实验室，中国农业大学园艺学院，北京 100193；2临沂大学生命科学学院，山东临沂 276000）

∶选取环渤海湾地区13个不同地点不同种植年限的日光温室蔬菜土壤为研究对象，测定0～30 cm与30～60 cm土层的蔗糖酶、多酚氧化酶和过氧化物酶的活性，分析其变化规律。结果表明∶同一种植年限设施土壤蔗糖酶与过氧化物酶活性在0～30 cm土层普遍高于30～60 cm土层，而多酚氧化酶活性在0～30 cm土层低于30～60 cm土层。土壤中蔗糖酶活性随种植年限的增加无显著性变化；多酚氧化酶活性与过氧化物酶活性在0～30 cm土层均随种植年限的增加呈下降趋势，但在30～60 cm土层无显著差异。蔗糖酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性在京津冀、苏鲁和辽三大地区间差异显著。因此，为了维持日光温室土壤的可持续利用，提高土壤肥力，应适当控制连续种植的年限，本试验结果表明连续蔬菜种植年限以15 a以内为宜。

∶环渤海湾地区；日光温室；土壤酶活性；种植年限

环渤海湾地区是我国以日光温室为代表的设施园艺发展最适宜地区之一，其设施蔬菜生产水平及生产规模均居于我国前列，而且环渤海湾地区各个省份之间具有相似的气候环境，逐渐形成了相对稳定的区域布局（李秋和仲桂清，2005）。日光温室处于封闭与半封闭状态，缺少雨水的淋溶，温湿度与露地相比均较高，形成了一个特殊的生态系统（刘志民和李家金，1994）。在实际生产过程中，生产者有时为了追求高产，盲目施肥，不仅造成肥水流失，影响蔬菜品质，还会引起养分在土壤中的积累，造成土壤理化性质发生改变。相关研究表明，由于设施这种半封闭空间结构，与邻近露地相比，日光温室内土壤的全盐和硝酸盐含量均显著偏高，且与种植年限呈正相关，表明温室土壤的环境质量逐年下降（黄得志 等，2011）。

土壤酶在土壤的各元素循环中起重要的作用，其活性与土壤质量紧密相连。蔗糖酶将蔗糖分解成葡萄糖和果糖，供植物直接吸收，一定程度上可以作为土壤肥力的指标；多酚氧化酶与过氧化物酶作为氧化还原酶，在土壤有机质与腐殖质形成过程中起到非常重要的作用（关松荫 等，1986）。王书锦和胡江春（2002）认为，土壤酶活性可以影响植物吸收和利用养分，从而反映植物的生长发育情况。但是，土壤酶活性的相关研究一直是土壤肥力领域研究的薄弱环节，且多集中于土壤酶活性与土壤肥力的关系、土壤酶活性的垂直分布规律及施肥管理措施和不同耕作模式等对土壤酶活性影响（赵林森和王九龄，1995；张成娥和梁银丽，1999；张成娥等，2001；刘建新 等，2005；Floch et al.，2009），针对某一地区温室土壤不同种植年限的土壤酶活性的比较研究甚少，且结果不尽相同。本试验以环渤海湾地区典型设施蔬菜生产区域为取样点，选择0 a、3～5 a、8～10 a、13～15 a和20 a以上种植年限的日光温室土壤为研究对象，研究不同酶活性随着种植年限增加的动态变化规律，评价不同土壤酶活性与种植年限及栽培区域的关系，为更好地进行不同地区设施蔬菜栽培养分管理提供理论依据。

1　材料与方法

1.1土样采集地点

供试土壤在3大区域13个采样地点采集∶北京、天津和河北统一划分为京津冀地区；江苏与山东划分为苏鲁地区；辽宁省单为辽地区。据此，辽包括辽宁海城（HC）、凌源（LY）和瓦房店（WFD）3个点；京津冀包括北京大兴（DX）和顺义（SY），天津静海（JH），河北乐亭（LT）、永清（YQ）和永年（YN）6个点；苏鲁包括山东寿光（SG）、利津（LJ）、苍山（兰陵）（CS）和江苏赣榆（GY）4个点。

1.2试验设计

试验于2015年11月至2016年4月在中国农业大学设施蔬菜生长发育调控北京市重点实验室进行。双因素试验设计∶因素1为种植年限，以设施种植年限0 a即温室临近露地土壤作为对照，各地点均选取3～5 a、8～10 a、13～15 a和≥20 a 4个处理；因素2为采集地点（具体到市县），在13个采样地点，对种植年限为0 a、3～5 a、8～10 a、13～15 a和≥20 a的设施蔬菜土壤进行采样。在每个采样地点内，采用五点取样法用土钻进行取样，取样深度为0～30 cm以及30～60 cm两个土层，每个采样点3个重复，每个重复由5个样品混合而成。土样采集后，迅速装入自封袋中，密封后带回实验室进行分析前处理，共130份土壤样品（表1）。本试验将因素2按采样地点划分主要是因为∶① 各采集地点内各种植年限土壤临近、地理位置邻近，气候条件（段丽瑶和杨艳娟，2011）和土壤质地（吕真真 等，2014）变幅相对较小；② 各采样地点间，即使是同一省市内部，气候条件和土壤质地变幅较大；③ 气候条件和土壤质地是影响设施蔬菜生长的重要因素（赵子征 等，2006；黄绍文 等，2011）。本试验并未将因素2按省（直辖市）划分，主要是因为各省（直辖市）属于行政划分，其气候条件和土壤质地差异较大，不适宜作为设施蔬菜土壤质量的影响因素。

表1　供试土壤样品信息

将土壤样品带回实验室后立即过筛（2 mm）并混匀，为了方便后续分析，将每个样品分成3份，一份自然风干，一份保存在-4.0 ℃冰箱中，一份长期保存于-20.0 ℃冰箱中。本试验只涉及到风干土样。

1.3测定项目及方法

蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法（以24 h后1 g土壤中含葡萄糖的质量mg表示，mg·g-1）；多酚氧化酶活性测定采用邻苯三酚比色法（以2 h后1 g土壤中生成的紫色没食子素的质量mg表示，mg·g-1），且取土样需过0.25 mm筛；过氧化物酶活性测定采用邻苯三酚比色法（以2 h后1 g土壤中生成的紫色没食子素的质量mg，mg·g-1）（ 关松荫 等，1986）。每份土壤样品3次重复，取平均值。

1.4数据处理

采用 Excel 2007、SPSS 19.0软件进行分析，利用SPSS软件对数据进行统计及方差分析、相关性分析和回归分析。

2　结果与分析

2.1环渤海湾地区土壤酶活性的整体概况

2.1.1土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化物酶活性的空间分布特征 如图1、表2所示，整体来看，不同种植年限0～30 cm土层蔗糖酶活性普遍高于30～60 cm土层，两个土层中蔗糖酶活性的空间变异幅度（极差）均较大，且在空间上的变异趋势较为一致。对蔗糖酶活性整体数据的统计分析表明，0～30 cm土层蔗糖酶活性的最小值、最大值、中值、平均值均大于30～60 cm土层；此外，0～30 cm土层蔗糖酶活性的变异系数小于30～60 cm土层，说明0～30 cm土层蔗糖酶活性变异程度相对较小。

图1　环渤海湾地区日光温室土壤酶活性的空间分布

土壤多酚氧化酶活性在0～30 cm土层普遍低于30～60 cm土层（图1）。对多酚氧化酶活性整体数据的统计分析表明（表2），0～30 cm土层活性的最小值、最大值、中值、平均值均小于30～60 cm土层；此外，0～30 cm土层多酚氧化酶活性的变异系数与30～60 cm土层相差较小，说明0～30 cm土层与30～60 cm土层多酚氧化酶活性变异程度相差不大。

不同地区，土壤过氧化物酶活性在不同土层间呈波动变化趋势（图1）。对过氧化物酶活性整体数据的统计分析表明（表2），0～30 cm土层过氧化物酶活性的最小值、最大值、中值、平均值均大于30～60 cm土层，说明在0～30 cm土层的过氧化物酶活性较高。

值得注意的是，两个土层的多酚氧化酶活性与过氧化物酶活性的变异系数，均小于蔗糖酶活性的变异系数（表2）。

图2　不同采样地点土壤酶活性

2.1.2不同采样地点对土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化物酶活性的影响 由图2可知，土壤蔗糖酶活性在各个采样地点间存在差异。在0～30 cm土层，河北永年的蔗糖酶活性最高，且显著高于除河北永清、乐亭外的其他地区，而山东苍山与江苏赣榆较低；在30～60 cm土层，辽宁瓦房店的土壤蔗糖酶活性最高，天津静海的最低。

与蔗糖酶活性的变化趋势相似，土壤多酚氧化酶活性在各个采样地点间也存在差异。由图2可知，在0～30 cm土层，天津静海的多酚氧化酶活性最高，而江苏赣榆最低，且显著低于除辽宁瓦房店、海城和山东苍山外的其他地点；在30～60 cm土层，北京顺义的多酚氧化酶活性最高，且同样是江苏赣榆的酶活性最低。

土壤过氧化物酶活性在各个采样地点间也存在差异。由图2可知，在0～30 cm土层，山东苍山的过氧化物酶活性最高，而北京大兴的最低；在30～60 cm土层，北京顺义的过氧化物酶活性最高，河北永清和江苏赣榆的较低。

2.2种植年限对土壤酶活性的影响

由图3可知，不同种植年限间，土壤蔗糖酶活性在0～30 cm和30～60 cm土层均无显著差异。多酚氧化酶活性在0～30 cm土层随种植年限的增加呈下降趋势，且20 a以上土壤多酚氧化酶活性显著低于对照；而在30～60 cm土层，各处理间并无显著差异。与多酚氧化酶活性变化趋势一致，不同种植年限的温室土壤中过氧化物酶活性在0～30 cm土层随种植年限的增加呈下降趋势，同样20 a以上土壤过氧化物酶活性显著低于对照；而在30～60 cm土层，各处理间无显著差异。

同一种植年限设施土壤蔗糖酶与过氧化物酶活性在0～30 cm土层普遍高于30～60 cm土层，而多酚氧化酶活性在0～30 cm土层低于30～60 cm土层。

2.3不同区域间的土壤酶活性

由表3可知，在0～30 cm土层，京津冀地区土壤蔗糖酶活性最高，显著高于苏鲁与辽区域，苏鲁与辽区域间无显著差异；在30～60 cm土层，辽地区土壤蔗糖酶活性最高，显著高于京津冀与苏鲁区域，苏鲁与京津冀区域无显著差异。土壤多酚氧化酶活性受区域影响，在0～30 cm土层，京津冀地区最高，辽区域最低。在0～30 cm土层与30～60 cm土层，多酚氧化酶活性在空间上变化趋势较为一致。土壤过氧化物酶活性在0～30 cm土层，苏鲁区域最高，京津冀地区最低，京津冀与辽区域之间无显著差异；在30～60 cm土层，京津冀区域酶活性最高，辽区域最低，显著低于京津冀与苏鲁区域，京津冀与苏鲁地区无显著差异。

图3　种植年限对0～30 cm和30～60 cm土层土壤酶活性的影响

表3　不同区域间的土壤酶活性 　mg·g-1

3　结论与讨论

3.1环渤海湾地区不同年限土壤蔗糖酶活性

本试验结果表明，同一种植年限，0～30 cm土层蔗糖酶活性普遍高于30～60 cm土层，这可能与植物根系分布较浅，多集中在0～30 cm土层，人为进行施肥多集中在表层土壤有关，因此蔗糖酶活性在0～30 cm土层较高。两个土层蔗糖酶活性的空间变异幅度（极差）均较大，且在空间上的变异趋势较为一致，说明采样地点的地理位置可能对蔗糖酶活性有重要影响。土壤蔗糖酶活性在两个土层随种植年限的增加并无显著性差异，这与前人的研究结果不一致，吴凤芝等（2006）研究表明蔗糖酶活性随种植年限呈下降趋势，这可能是由于本试验取样地点跨度大，土壤质地差异较大，将种植年限的差异掩盖了。此外，0～30 cm土层由于人为的施肥与耕作对其影响较大，而30～60 cm土层的土壤可能更接近其本身质地，在0～30 cm土层京津冀地区蔗糖酶活性最高，一定程度上代表了京津冀地区土壤肥力在0～30 cm土层较高，这可能是由于人为施肥较多造成的；辽地区的蔗糖酶活性在30～60 cm土层显著高于京津冀与苏鲁地区，说明对于土壤本身而言，辽的土壤肥力更高一些。

3.2环渤海湾地区不同年限土壤多酚氧化酶与过氧化物酶活性

土壤多酚氧化酶活性在0～30 cm土层普遍小于30～60 cm土层，岳忠辉等（2009）研究表明土壤多酚氧化酶活性与土壤腐殖质腐殖化程度呈负相关，说明当多酚氧化酶活性降低时，土壤腐殖化程度逐渐升高，这进一步表明0～30 cm土层的土壤腐殖化程度相对高于30～60 cm土层。不同种植年限的温室土壤中多酚氧化酶活性在0～30 cm土层随种植年限的增加呈下降的趋势，在30～60 cm土层并无显著性差异，而前人研究表明多酚氧化酶随种植年限变化无明显规律（孟立军，2004）。多酚氧化酶活性在0～30 cm与30～60 cm土层均是京津冀地区最高，而且在0～30 cm土层与30～60 cm土层，多酚氧化酶活性在空间上变化趋势较为一致，说明多酚氧化酶活性受人为因素的影响可能较小。

与多酚氧化酶活性变化趋势一致，不同种植年限的温室土壤中过氧化物酶活性在0～30 cm土层随种植年限的增加呈下降趋势，且种植年限在20 a以上的土壤过氧化物酶活性显著低于对照，因此蔬菜连续种植年限以15 a以内为宜；而在30～60 cm土层，不同种植年限间并没有显著性差异。土壤过氧化物酶活性空间分布0～30 cm土层活性相对来说稍大于30～60 cm土层。土壤过氧化物酶活性在京津冀地区0～30 cm土层最低，而在30～60 cm土层，京津冀地区酶活性最高，这可能是由于过氧化物酶受人为管理影响较大，导致两个土层差异较多。

3.3主要结论

① 土壤蔗糖酶活性与种植年限无关，但0～30 cm土层的蔗糖酶活性高于30～60 cm土层。

② 土壤多酚氧化酶活性与过氧化物酶活性在0～30 cm土层均随种植年限的增加呈下降趋势，在30～60 cm土层不同年限间无显著差异；同一种植年限，过氧化物酶活性在0～30 cm土层普遍高于30～60 cm土层，而多酚氧化酶活性在0～30 cm土层低于30～60 cm土层。

③ 土壤蔗糖酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性在京津冀、苏鲁和辽三大地区差异显著。

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Changes in G reenhouse Soil Enzym e Activities w ith Different Planting Years Around Bohai Bay Region

ZHANG Yu-rou1，CHEN Zhi-qun1，2，TIAN Tian1，TIAN Yong-qiang1，GAO Li-hong1*
（1Beijing Key Laboratory of Grow th and Developmenta l Regulation for Pro tected Vegetable Crops，Co llege of Horticulture，China Agricultural University，Beijing 100193，China；2College of Life Science，Lin Yi University，Linyi 276000，Shandong，China）

Taking solar-greenhouse soils from 13 different locations with different planting years around-Bohai Bay-region as samples，this study tested the activities of invertase，polyphenol oxidase，and peroxidase at 0-30 cm and 30-60 cm soil layers，and analyzed their changing regularity.The results indicated that the invertase and peroxidase activities were higher in 0-30 cm soil layer than that in 30-60 cm soil layer. While，a reverse trend was found in polyphenol oxidase activity.There was no remarkable changes in invertase activity with the increase of planting year. While the polyphenol oxidase and peroxidase activities in 0-30 cm soil layer showed a reducing tendency with the increase of planting years.But，there were no obvious differences found in 30-60 cm soil layer.There were significant differences in activities of invertase，polyphenol oxidase，and peroxidase between the 3 regions of Beijing-Tianjin-Hebei，Jiangsu-Shandong and Liaoning. Therfore，in order to maintain the sustainable utilization of solar greenhouse soil and improve the soil fertility，this paper suggested that the continuous planting years should be controlled within 15 years.

Round-Bohai Bay-region；Solar-greenhouse；Soil enzyme activity；Planting years

张雨柔，女，硕士研究生，专业方向∶蔬菜学，E-mail∶18801134859@163.com

（Corresponding author）∶高丽红，女，教授，专业方向∶蔬菜学，E-mail∶gaolh@cau.edu.cn

∶2016-06-30；接受日期∶2016-07-20

国家大宗蔬菜产业技术体系项目（CARS-25-C-12），环渤海湾地区设施蔬菜优质高效生产协同创新中心项目