黔中地区土壤酶活性对岩性的响应

2017-09-14符裕红彭琴李安定黄宗胜

湖北农业科学 2017年16期

符裕红++彭琴++李安定++黄宗胜

摘要：选择黔中喀斯特地区6种不同岩性（玄武岩、石英砂岩、长石石英砂岩、变余砂岩、第四纪红色黏土、煤系砂页岩）发育的土壤为研究对象，通过采样并测定其土壤酶活性指标、土壤肥力指标，分析土壤酶活性及其与肥力因子的关系。结果表明，①土壤酶活性对岩性的响应，除淀粉酶外，其他土壤酶活性指标均存在明显差异；②玄武岩发育的土壤酶活性表现最好，脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性最高；③土壤酶活性与所对应的肥力因子间密切相关。

关键词：土壤酶活性；肥力因子；岩性；黔中喀斯特地区

中图分类号：S158；S714 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）16-3070-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.16.017

Response of the Soil Enzyme Activities to Lithology in Central Area of Guizhou

FU Yu-hong1，PENG Qin2，LI An-ding3，HUANG Zong-sheng4

（1.College of Chemistry and Life Sciences，Guizhou Normal University，Guiyang 550018，China；2.Southwest Guizhou Vocational and Technical College for Nationalities，Xingyi 562400，Guizhou，China；3.Guizhou Institute of Mountain Resources， Guiyang 550001，China；

4.College of Architecture and Urban Planning， Guizhou University， Guiyang 550025，China）

Abstract： Taking six different type of rocks soil（basalt， quartz sandstone，feldspar quartz sandstone，palimpsest sandstone，quaternary red clay，coal measure arenaceous shale） in the karst region of central Guizhou as the research object，through the sampling and determination of the index of soil enzyme activity and soil fertility factors，the soil enzyme activity and its relationship with fertility factors were analyzed. The results showed that：①Response of soil enzyme activities to lithology，in addition to starch enzyme，the other soil enzyme activity index showed very obvious differences；②Soil enzyme activity of basalt development was the best performing，and urease，catalase，polyphenol oxidase activity were the highest；③Soil enzyme activity and the corresponding fertility factors had the close realationship.

Key words： soil enzyme activity； soil fertility factors； rock type； the karst region of central Guizhou

貴州省是中国西南喀斯特地貌发育的中心[1]，区域内岩石类型多样，土壤浅薄不连续，垂直分异强烈[2]，水分、养分调蓄能力低[3]，土壤环境脆弱，不同岩性土壤养分存在显著差异[4]。土壤作为森林生态系统的重要资源，其养分直接影响了植物和作物的生长发育，土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素[5]，它参与了土壤中许多重要的生物化学过程和物质循环，与土壤肥力密切相关[6]，还易受环境中物理、化学和生物因素的影响[7]；土壤酶与肥力因子之间的关系一直是各类土壤环境研究的热点问题[8]。在喀斯特地区，关于土壤酶的研究主要集中在不同的土地利用方式[9]、不同植被类型条件[10]、不同退化和恢复阶段[11，12]的土壤酶活性变化，针对土壤酶与肥力因子的研究，在非喀斯特区相对甚多[7]，但在喀斯特区的研究则主要表现在人工林方面[8]。而喀斯特区域内基于不同岩性的土壤酶活性差异性及其与土壤肥力因子的关系鲜见报道。通过研究黔中喀斯特地区6种不同岩性的土壤酶活性及其与肥力因子的关系，旨在了解喀斯特地区不同岩性土壤的基本状况，为植物和作物生长研究奠定基础，从而为贵州喀斯特不同岩性地区的物种配置提供参考，进一步促进喀斯特地区的生态、经济及社会建设。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区选择黔中喀斯特区，位于贵阳市境内，地处北纬26°11′-27°27′，东经106°07′-107°17′，属亚热带高原季风性气候；区域内以山地丘陵为主，地势起伏较大，海拔高度506.5～1 762.7 m，相对高差 1 256.2 m。年极端最高温35.1 ℃，年极端最低温 -7.3 ℃，年均温15.3 ℃，年降水量1 300 mm，年平均相对湿度为77%，年日照时数1 354 h，年无霜期270 d。区域内植被类型丰富，以碳酸盐岩为主、并伴有多种岩性分布，土壤类型多样，有黄壤、石灰土、紫色土、沼泽土和水稻土等；土壤呈条带状的镶嵌分布，组合多样[13]。endprint

1.2 土样采集

以喀斯特的代表群落样方面积900 m2为参考依据，选取黔中地区6种典型的岩石类型，分别为岩性1-玄武岩（清镇）、岩性2-石英砂岩（龙里）、岩性3-长石石英砂岩（黔陶）、岩性4-变余砂岩（清镇）、岩性5-第四纪红色黏土（孟关）、岩性6-煤系砂页岩（彭官）。样方以岩石类型为基础进行设置，每个岩性分别设定3个样方，每个样方设定6个采样点，以随机采样的方式进行土壤采集，采样深度为0～30 cm，样品带回后清除植物残体、根系、石头等其他杂物，部分土壤处理后直接用于土壤酶活性的测定，部分土样风干处理后进行土壤肥力因子测定，土壤样品共计108个。

1.3 指标测定

土壤酶活性代表了土壤的生物活性，选择的指标有土壤蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、磷酸酶、蛋白酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶；土壤肥力是土壤为植物生长提供养分、水分以及优良环境条件的能力[14]。土壤肥力指标有土壤水分、土壤容重、土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾。土壤指标均设置相应的对照和3个重复。

土壤蔗糖酶、淀粉酶的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法；脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法；磷酸酶磷酸苯二钠比色法；蛋白酶采用茚三酮比色法；过氧化氢酶采用容量法；多酚氧化酶采用碘量滴定法[15]。

土壤水分采用烘干法、土壤容重采用环刀法[16]。

土壤有机质的测定采用重铬酸钾-硫酸-外加热法；全氮的测定采用蒸馏法；碱解氮的测定采用扩散吸收法（扩散皿）；全磷、速效磷的测定采用钼锑抗比色法；全钾、速效钾的测定采用火焰光度法[16，17]。

1.4 数据分析

测定结果用Excel 2010和SPSS 20.0软件对数据进行统计分析，分别进行统计数的检验、方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤酶活性的差异检验

利用土壤酶活性的原始数据对其平行土壤的相似性进行检验，结果见表1。由表1可知，针对同种岩性的不同土壤酶活性指标，其变异系数均较小，其变化范围为0.153%～11.386%，均小于15%，说明各平行土样之间土壤酶活性指标数值间差异较小，表明本研究的采样方法正确，数据合理，具有较强的代表性。

对各岩性条件下土壤酶活性差异进行方差分析，结果见表2。由表2可知，在各岩性条件下，除淀粉酶活性外，其余各个土壤酶活性指标间均存在显著差异，且达到了极显著水平P=0.000<0.01；其中，R2=0.998、调整的R2=0.998，说明所选择的方差分析模型拟合性较好，具有较好的解释能力。综上表明岩性对土壤酶活性指标存在极显著的影响，它是影响土壤酶活性变化的主要因子。

2.2 土壤酶活性响应岩性变化的差异性

通过以上对不同岩性土壤的土壤酶活性的方差分析可知，除淀粉酶在各岩性条件下变化不显著外，其他土壤酶活性指标均在各岩性条件下存在不同程度的变化，结果见图1。由图1可知，蔗糖酶在岩性4（变余砂岩）条件下表现最高，在岩性2（石英砂岩）条件下表现最低；脲酶在岩性1（玄武岩）条件下表现最高，在岩性3（长石石英砂岩）条件下表现最低；磷酸酶在岩性6（煤系砂页岩）条件下表现最高，在岩性5（第四纪红色黏土）条件下表现最低；蛋白酶在岩性5（第四纪红色黏土）条件下表现最高，在岩性4（变余砂岩）条件下表现最低；过氧化氢酶在岩性1（玄武岩）条件下表现最高，在岩性3（长石石英砂岩）条件下表现最低；多酚氧化酶在岩性1（玄武岩）条件下表现最高，在岩性2（石英砂岩）条件下表现最低。以上结果表明，在各种岩性条件下，各种土壤酶活性指标变化差异较大；其中，在岩性1（玄武岩）条件下，有3个土壤酶（脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶）活性指标均达到最高。

2.3 土壤酶活性与肥力因子的关系

对不同岩性土壤酶活性与肥力因子的相关关系进行分析，结果见表3。由表3可知，不同岩性的蔗糖酶活性与土壤水分呈极显著的负相关关系，与土壤容重呈显著的正相关关系；脲酶与有机质、全氮、碱解氮均呈极显著的正相关关系，与全磷呈显著的正相关关系，与全钾呈显著的负相关关系；磷酸酶与速效磷呈显著的正相关关系；蛋白酶与土壤水分呈极显著的正相关关系，与土壤容重呈极显著的负相关关系；过氧化氢酶与土壤有机质、全氮、碱解氮呈极显著的正相关关系，与全磷呈显著的正相关关系，与全钾呈显著的负相关关系；多酚氧化酶与有机质呈显著的正相關关系，与全氮呈极显著的正相关关系。说明不同岩性的土壤酶活性与土壤肥力因子存在密切关系，在表现土壤肥力方面有着重要的作用。

结合图1、表3的结果可知，岩性1（玄武岩）条件下脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性最高，表明由玄武岩发育而成的土壤酶活性较高，有机氮的转化能力较强，有机质的转化速度较快，肥力较高；岩性2（石英砂岩）条件下蔗糖酶、多酚氧化酶活性表现最低，表明由石英砂岩发育而成的土壤能增加土壤中易溶性营养物质，但对土壤中有机组分中芳香族化合物的转化较低；岩性3（长石石英砂岩）条件下脲酶、过氧化氢酶活性表现最低，表明由长石石英砂岩发育而成的土壤有机氮的转化较差，有机质的转化速度较慢；岩性4（变余砂岩）条件下蔗糖酶活性最高，蛋白酶活性最低，表明由变余砂岩发育而成的土壤也能增加土壤中易溶性营养物质，而对氨基酸、蛋白质等有机化合物的转化较差；岩性5（第四纪红色黏土）条件下蛋白酶活性表现最高，磷酸酶活性表现最低，表明由第四纪红色黏土发育而成的土壤对氨基酸、蛋白质等有机化合物的转化较差，对土壤磷的脱磷速度最低；岩性6（煤系砂页岩）条件下磷酸酶表现活性最高，表明由煤系砂页岩发育而成的土壤对土壤中磷的脱磷速度最高。

3 小结与讨论

1）土壤酶活性对岩性的响应，除淀粉酶外，其余土壤酶活性均存在明显差异。

2）土壤酶活性在不同岩性条件下呈现出不同的变化，其中，在玄武岩发育的土壤中表现最好，有3种土壤酶（脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶）活性指标均达到最高。endprint

3）土壤酶活性和各肥力因子间存在不同程度的相关关系，且部分达到了极显著水平；土壤酶活性与土壤肥力间存在密切关系。

综上所述，不同岩性发育而来的土壤，由于岩石类型的差异而导致其发育土壤物理、化学、生物学活性的变化[4]，其土壤酶活性和土壤肥力差异显著；故提供给植物和作物生存和生长的环境就各有不同；而喀斯特地区岩石类型多样，本研究结果能加深对喀斯特地区土壤条件的了解，便于植物和作物的选择和配置，能更有效地促进喀斯特地区的发展。

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