两种楤木根际土壤碳特征及酶活性

张宝成， 杨春秀， 王 静

(1遵义师范学院生物与农业科技学院， 贵州 遵义 563000; 2遵义师范学院山地生态研究所， 贵州 遵义 563000;3 贵州师范大学 生命科学学院， 贵阳 550000; 4江西农业大学 农学院， 南昌330045)

国内外学者近百年来，针对不同生态系统的土壤水解酶活性开展了大量的研究[1]。发现植被类型等通过土壤酶影响到土壤可利用养分[2-4]。如水解酶可催化土壤中的大分子和其他难利用物质转化为植物、微生物可利用的营养物质[5-6]。目前关于土壤酶主要集中在农业管理措施对其的影响，如茶园管理措施改变了酶活性、土壤氮、碳及磷的利用态，影响茶树养分供给[7]。不同种植年龄樟子松林改变了土壤酶活性影响到土壤营养碱解氮和速效钾[8]，以及化学农药和不同农作物影响到土壤酶活性[9-10]。

喀斯特区域占我国陆地总面积约13.5%，该区域生态脆弱，制约了当地经济的发展。喀斯特区域土壤瘠薄[11]，生态脆弱易受外界干扰。土壤有机碳和土壤酶活性是土壤重要的组分，这影响土壤营养[12]。由于土壤中的酶主要来自动植物和微生物，在物质循环和能量流动中起重要作用[13-14]。如酶把土壤有机碳分解转化小分子物质，经微生物作用转化为CO2促进温室效应，同时有机碳分解产生的CO2参与土壤化学反应，转化酶为无机碳态储存于土壤，因此土壤无机碳是喀斯特土壤碳库的要组分之一。

目前农业碳的研究主要集中在主产粮食作物中，对经济作物的研究较少。经济作物在我国农业占有较大比例，但是缺乏喀斯特区经济作物根际土壤碳和酶的研究。种植多年生经济植物楤木，减少土壤翻耕，农业耕作与常规农作物耕作模式不同，这对土壤碳的影响与常规农作物不同。楤木是当地重要的乡土植物在生态保护方面具有重要的作用。另外，楤木作为当地山野菜，经济价值高，其嫩芽可治气滞、食欲不振和抑制各种细菌的侵染[15]。因此，本文研究大叶型楤木和小叶型楤木两种类型根际土壤的酶活性、有机碳、活性有机碳和无机碳进行研究。这为喀斯特山区农业碳吸收提供基础数据，为今后区域生态补偿提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料采集与处理

研究区为遵义市汇川区泗渡镇的楤木种植基地(东经106.962°，北纬27.919°)。遵义地处中亚热带气候区，年均气温13～18℃。通常4月中旬进入雨季，雨季结束，8月进入高温少雨时期[6]。样品采集基地大叶型楤木和小叶型楤木(根据叶形态初步命名，相续送外做分子鉴定)根际土壤和对照土壤根系土壤(对照为接邻荒芜区域草本植物根际土壤)，分别重复4次。除去表面的枯枝落叶，轻轻挖取楤木根系，抖落根际土壤放入清洁的塑料袋中，之后分别标记好每份土壤。把采集的新鲜土壤立刻带回实验室，部分用于测定土壤微生物呼吸强度。其余样品放置在室内自然风干、磨细、过100目的土壤筛，装入密封袋中，避光保存。用于测定土壤活性有机碳、有机碳、活性无机碳、无机碳以及土壤酶活性。

1.2 试验方法

1.2.1 土壤呼吸强度测定 采用NaOH吸收滴定法，密封培养分别于24 h，48 h，72 h和96 h后，测定其CO2排放量[10]。

1.2.2 酶活性测定 土壤微生物群落采用平板梯度法[16]。测定蔗糖酶和纤维素酶用3,5-二硝基水杨酸比色法测定、苯酚钠—次氯酸钠比色法测定脲酶、用0.1 mol.L-1高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶、邻苯三酚比色法过氧化物酶活性采用比色法[[9-10,17-18]]。

1.2.3 土壤中碳含量的测定 活性有机碳采用高锰酸钾氧化法，高锰酸钾浓度分别为0.033 mol/L，0.167 mol/L，0.333 mol/L，分别为活性有机碳、中活性有机碳、稳定性有机碳[19]。土壤无机碳测定采用酸碱滴定法，重铬酸钾容量法测定根际土壤有机碳。

1.3 数据分析

用Microsoft Excel 2010处理后用SPSSS 17.0分析，作图用Origin 10软件。

2 结 果

2.1 不同型楤木根际土壤种酶活性差异

大叶型楤木和小叶型楤木根际土壤蔗糖酶活性差异显著(p<0.05)。小叶型楤木根际土壤蔗糖酶活性最大，其次是对照，大叶型楤木根际土壤酶活性最小；大叶型楤木根际土壤蔗糖酶活性比对照降低20%，小叶型楤木根际土壤蔗糖酶活性比对照增加10%。土壤脲酶的变化趋势也与蔗糖酶活性呈类似趋势，在研究组间差异显著(p<0.001)；大叶型楤木根际土壤脲酶比对照组降低8.35%，小叶型楤木根际土壤脲酶活性比对照增加121.30%(图1)。

图1 不同楤木型根际土壤酶活性及无机碳变化

土壤纤维素酶活性在对照土壤和2种不同类型楤木根际土壤间差异不显著(p>0.05)，2种楤木根际土壤纤维素酶活性比对照组降低幅度在11.93%～14.24%。过氧化氢酶活性在小叶型楤木根际土壤活性最高，其次是对照组和大叶型楤木。大叶型楤木根际土壤的过氧化氢酶活性比对照组降低14.67%，小叶型楤木比对照增加6.67%。过氧化物酶活性在2种楤木根际土壤活性比对照都低，大叶型楤木比对照降低65.10%，小叶型楤木比对照降低27.47%。

2.2 不同类型楤木根际土壤碳含量

与对照组相比，根际土壤活性有机碳、中活性有机碳和稳定性有机碳在2种不同楤木间的含量均呈增加趋势(图2)。活性有机碳在研究组间差异显著(p<0.01)，大叶型楤木活性有机碳比对照增加8倍，小叶型楤木土壤活性有机碳比对照增加5.16倍。中活性有机碳研究组间差异不显著(p>0.05)，但是楤木组的根际土壤中活性有机碳含量高于对照组；大叶型楤木比对照组增加6.69%，小叶型楤木比对照组增加2.33%。稳定性有机碳含量在研究组间差异显著(p<0.01)，2种楤木的稳定性有机碳比对照高，大叶型楤木根际稳定性有机碳增加21.86%，小叶型楤木根际稳定性有机碳比对照增加9.78%。

图2 不同类型楤木根际土壤有机碳

小叶型楤木根际土壤细菌、真菌和放线菌数均最高，其次是大叶型楤木，对照组的最低。细菌数量在3组间为边缘显著(p=0.07)，2种楤木根系土壤细菌与对照相比呈增加趋势，大叶型楤木比对照增加70.76%，小叶型楤木根际土壤细菌增加121.01%。小叶型楤木根际土壤真菌数量也比对照大，大叶型楤木根际土壤真菌数量比对照组增加34.88%，小叶型楤木根际土壤真菌比对照组增加115.70%。放线菌数量在这3组中差异显著(p<0.05)，大叶型楤木根际土壤放线菌数比对照组增加122.10%，小叶型楤木根际土壤放线菌比对照降低21.78%(图3)。

图3 不同微生物数量关系

2.3 土壤微生物呼吸相关性

由相关性表可知(表1)，影响土壤微生物呼吸的因子是土壤脲酶活性和细菌数(p<0.05)，相关系数分别为0.65,0.61；土壤微生物呼吸随着土壤无机碳含量的增加呈负相关关系(p<0.05)，相关系数为-0.67；土壤有机碳含量与微生物呼吸呈现边缘显著(p=0.06)。土壤有机碳随土壤脲酶活性的增加而增加(p<0.05)，相关系数为0.80。土壤脲酶活性除与土壤微生物呼吸和土壤有机碳含量呈现显著正相关关系(p<0.05)。细菌数量显著影响到土壤微生物呼吸，相关系数为0.61，与土壤无机碳呈显著负相关，系数为-0.76(p<0.05)。

土壤微生物呼吸随着时间的延长而增加(图4)，在24 h，48 h，72 h时，对照组、小叶型楤木和大叶型楤木间土壤微生物呼吸差异均不显著(p>0.05)。小叶型楤木根际土壤微生物呼吸随着土壤时间的增加在72 h和96 h与对照和大叶型楤木间差异显著(p<0.05)。大叶型楤木的微生物呼吸与对照组差异较小，随着时间的增加累计呼吸间差异增加。说明不同类型楤木根际土壤微生物呼吸影响到土壤碳排放。

表1 土壤呼吸与微生物、碳及酶活性关系

图4 土壤微生物不同时间呼吸碳排放量

3 讨论与结论

3.1 讨 论

研究表明，2种不同楤木根际土壤中细菌、真菌和放线菌数量不同。这支持先前研究，不同类型植物根系微生物类群和数量不同[20]。如不同烤烟品种根际微生物群落和数量不同[21]；不同抗病品种大豆根际微生物群落结构不同。利用高通量测序研究表明，饲料玉米和鲜食品种间根际微生物类群差异明显[22]。甘蔗和花生的间作显著改变根际微生物类群和微生物数量[23]。

根际微生物数量差异可能是由根系分泌物中大量有机物，如糖、氨基酸和有机酸等所导致。一方面，不同微生物对根系分泌物的中某些成分利用有嗜好不同[21]，根系分泌物差异导致根际营养物质、pH和溶解氧等物质的不同影响微生物类群[24]。甚至部分微生物对根系分泌物的趋同性[25]，造成微生物类群的差异。综上述，不同类型或者不同品种农作物分泌有机物组成差异，导致了植物根际土壤微生物群落的不同。

不同类型或不同农作物根际土壤微生物差异，影响到土壤酶活性。土壤酶活性主要来自土壤微生物胞外分泌物[17]。植物类型不同影响到土壤酶活性[13,26]，本研究2种类型楤木根际微生物类群细菌、真菌和放线菌差异，导致两种楤木根际土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化物酶活性发生显著变化。

微生物生长消耗大量的碳水化合物，微生物数量又影响到土壤微生物呼吸，微生物把土壤中可利用碳水化合通过分解转化为气态CO2。大叶型楤木和小叶型楤木根际土壤微生物数量大于对照，因此通过微生物呼吸排放的碳增加，支持先前研究的微生物与CO2关系[27-28]。

土壤微生物活跃，土壤有机碳分解的增加，本研究结果为土壤微生物呼吸与土壤有机碳含量边缘显著(p=0.06)。由于土壤有机碳来源于地表凋落物、植物根系分泌物和微生物[29-30]。从另外一方面说明根系土壤微生物比较活跃，提供给根系周围微生物补充物质较多，根系活跃提供大量的表皮凋落物等进行土壤作为土壤有机碳的补充来源。同时微生物残体中作为土壤有机碳的补充，因此土壤有机碳和土壤碳储量增加。随着低碳农业的发展，今后在农作物品种选育在品质差异较小的情况下，可以考虑农作物品种的碳排放。

3.2 结 论

楤木的类型明显影响根际土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化物酶活性。楤木类型根际脲酶活性呈现相反的变化趋势；2种楤木根际过氧化物酶活性都呈降低趋势。2种楤木根际活性有机碳、中活性有机碳、稳定性活性有机碳均增加。2种楤木，明显促进了根际土壤细菌和真菌数。大叶楤木根际增加了放线菌数，小叶楤木抑制了根际真菌数。