渭北旱塬不同树龄苹果林地土壤酶活性含量分布特征_田玉磊.pdf

宝鸡文理学院学报（自然科学版），第 卷，第期，第 页，年 月 （），：渭北旱塬不同树龄苹果林地土壤酶活性含量分布特征田玉磊，屈魏蕾，井方宇，孙婷婷，张蓓蓓，（宝鸡文理学院 地理与环境学院，陕西 宝鸡 ；陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室，陕西 宝鸡 ）摘要：目的探究种植年限对苹果林地土壤酶活性含量及分布特征影响，以期为渭北旱塬苹果林地土壤改良和管理提供参考依据。方法以渭北旱塬，和 苹果林地为研究对象，基于野外采样和室内分析方法测定土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶在距树干，和 处的酶活性。结果（）随种植年限增加，脲酶和碱性磷酸酶活性呈先上升后下降的变化趋势，过氧化氢酶则呈现相反趋势；（）水平方向上，除 果园土壤外，距树干越近，过氧化氢酶活性越低；（）垂直剖面上，脲酶和碱性磷酸酶活性整体呈下降趋势，果园过氧化氢酶呈“”变化趋势，其他树龄苹果林地土壤酶活性差异不显著，变幅较小。结论渭北旱塬区苹果林地土壤酶活性随种植年限的延长出现了生长障碍，后果园的土壤酶活性降低。关键词：酶活性；苹果园；不同树龄；分布特征；渭北旱塬中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，（），；（），；（），收稿日期：，修回日期：基金项目：国家自然科学基金 项 目（）；陕 西 省 特 支 计 划“青 年 拔 尖 人 才”项 目；陕 西 省 科 技 厅 自 然 基 金 面 上 项 目（）；陕西省教育厅重点科学研究计划项目（）作者简介：田玉磊（），男，河南驻马店人，在读硕士研究生，研究方向：植物生理生态学 ：通讯作者：张蓓蓓（），女，河南沈丘人，教授，博士，研究方向：植物生理生态学 ：，：；中国是世界上第一大苹果生产国，渭北旱塬是陕西苹果主要分布区，独特的气候特征造就了苹果的优良品质。伴随着农业结构调整，农业种植结构由单一转变为农果复合型，苹果种植成为该区域农民创收的主要途径。土壤酶是由土壤微生物、植物根系分泌及动植物残体、遗骸分解释放于土壤中的一类具有 催 化能 力 的 生物活 性物质，参与包括土壤生物化学过程在内的自然界物质循环，既是土壤有机物转化的执行者，又是植物营养元素的活性库，同土壤养分、土壤结构等传统理化指标结合能更为全面地反映土壤肥力、质量和土壤环境的变化。渭北旱塬地区苹果栽培历史悠久，不同树龄果园均占有较大比重。近年来，已有学者对果园土壤酶活性进行研究，但多集中在管理措施和耕作方式对土壤酶活性的影响，也有部分学者探讨不同树龄果园土壤酶活性的变化。例如，孙明阳等选取河北省内丘县不同树龄（，和）苹果园为研究对象，测定并分析了土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶在不同种植年限及不同土层深度间的变化规律；石宗琳等，谭向平等 选取渭北旱塬地区不同种植年限苹果园，研究表明不同种植年限果园种酶活性空间变异性明显；杨静等 选取某一种植年限果园，结果表明随土层加深，脲酶、磷酸酶活性有明显的下降，过氧化氢酶活性无明显变化。目前研究存在选取树龄少，树龄在研究区不具代表性，采样深度和数量不足，较少涉及酶活性水平分布特征等问题。本文以渭北旱塬，和 果树为研究对象，研究距树干，和 处不同树龄土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性变化规律。为合理评价不同树龄果园土壤改良与管理提供理论依据。材料与方法 研究区概况试验地位于渭北旱塬宝鸡市凤翔区（，），该区总面积 ，北部为丘陵山地，南部黄土台塬，南北地势落差大，平均海拔 。属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，年平均气温 ，无霜期 ，降水量 。由于地形影响，南部塬区比北部山区平均气温高，无霜期长 左右，年降水量少 。地带性土壤类型为黑紫土，母质为黄土（中国土壤数据库），质地以壤质粘土或粉质粘土为主，土壤 呈微碱性。凤翔区是我国苹果优生区之一，是陕西省苹果产业基地。目前全区栽植面积 ，其中矮化面积 以上，主栽品种为红富士（短枝、长枝）、嘎啦等。样品采集通过调研，于凤翔区范家寨镇苹果种植示范区内选取品种（短枝富士）、种植密度（）、管理措施（矮化修剪、清耕）处理相近的，和 果园为长期观测样地，测量各样地果园内全部果树胸径，取最接近胸径四分位数的个分割点位置（即第，百分位数）的果树为样树。采样时间为 年 月（苹果收获期），每个果园内选择棵果树作为采样点，以树干为中心，每 沿半径方向等间距设置，和 取样点，清理地表凋落物，按照每 一层逐层用直径 土钻采取 土壤剖面样品，把同一个果园内的棵果树下采集的土壤样品，按距树干位置相同，土层深度相同的原则混合均匀，四分法取 左右的土壤密封后储存在有冰袋的保温箱。带回实验室后一部分存放在冰箱用于测定土壤脲酶和碱性磷酸酶，一部分拣去肉眼可见的植物根系、石砾和塑料等，自然阴干后用于测定土壤过氧化氢酶和基础理化指标。每种样品重复测定次以减少误差。测定指标及方法脲酶活性采用苯酚钠次氯酸钠比色法，以 后 土壤中的质量（）表示；土壤碱性磷酸酶采用对硝基苯磷酸盐法（），以 新鲜土壤后苯酚的质量（）表示；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法，以单位土重消耗的 高锰酸钾毫升数表示。数据处理采用 预 处 理 实 验 数 据，第期田玉磊 等渭北旱塬不同树龄苹果林地土壤酶活性含量分布特征 作图，方差分析和统计分析。结果与分析将不同树龄地果园距树干不同距离 深度处土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性取平均值，见表。表不同树龄距树干不同距离处土壤的酶活性 土壤酶活性 树龄距树干距离 脲酶 碱性磷酸酶 过氧化氢酶 由表知，距树干 处，脲酶和碱性磷酶活性随种植年限增加先上升后下降，过氧化氢酶先下降后上升。距树干和 处酶活性同 处变化特征相似。以树干为中心水平向外，和 脲酶活性逐渐减少，先减小后增大，变化不明显。碱性磷酸酶活性 和 先减小后增加，逐渐增大，变化较小。过氧化氢酶活性，和 向外逐渐增大，先增加后减小。不同树龄距树干 处土壤的酶活性分布如图所示，随着土层加深，和 果园土壤脲酶活性呈波动下降趋势，酶活性整体先下降后上升，最后趋于相对稳定，表现出与其他树龄果园不同的变化特征；果园脲酶活性值最高（见表）。在 土层，果园之间差异不显著（），但都同果园酶活性存在显著差异（）；在 深度，各树龄果园之间差异缩小。碱性磷酸酶活性在垂直方向上整体呈下降趋势，其中 果园酶活性变化幅度最大，变幅最小。表层 酶活性高于下层，并且，同果园之间存在显著差异（）。过氧化氢酶活性和 果园随土层加深先减小，再增大，最后趋于稳定，下层酶活性高于上层；果园变化特征不明显；果园在垂直剖面上呈现“”变化趋势。在 土层不同树龄果园之间差异性小于 。图距树干 处不同树龄酶活性分布 宝鸡文理学院学报（自然科学版）年 不同树龄距树干 处土壤的酶活性分布如图所示，在距树干处，不同树龄土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶总的特征随土层的增加活性降低，但变化趋势各不相同。不同树龄脲酶活性总体变化趋势是随着土层的加深波动式减小，但 果园在 酶活性先增加后减小，活性最高值在 ；处果园酶活性先增加后减小，变化幅度不大。总体观察，果园脲酶活性最高（见表）。随土层深度增加，碱性磷酸酶活性呈波动减小趋势。在 各 果 园 酶 活 性 无 显 著 差 异（），果园酶活性最高（表）；在 深度不同树龄酶活性含量值差异较小。过氧化氢酶活性在土壤垂直剖面上表现为，酶活性差异不显著；和 果园在 先减小后增大，在 土层 果园变化趋于稳定，果园下降幅度较大；果园酶活性均值高于其他果园。图距树干处不同树龄酶活性分布 不同树龄距树干 处土壤的酶活性分布如图所示，在距树干 处，不同树龄土壤脲酶，碱性磷酸酶活性随土层深度增加变化规律相似。，果园土壤脲酶活性变化趋势较为一致，随土层加深逐渐减小，果园先增加后减少，果园在 先减小后增加，在 先增加后减小，变化幅度较小。果园在 先减小后增加，在 先增加后减小，变化幅度较小。脲酶和碱性磷酸酶在 土层，果园活性最高，同果园之间存在显著差异（）；在 不同树龄酶活性变化明显，酶活性几乎相同。在 深度，不同树龄过氧化氢酶活性变化特征各不同，其中 果园变化幅度最大，果园次之，和 果园无明显变化。除 土层不同树龄之间存在显著差异（），其他土层均差异不显著。另外果园酶活性值最大（表）。图距树干 处不同树龄酶活性分布 结论与讨论土壤酶主要来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解过程中释放的酶，其活性受土壤理化性质、植物、种植年限、耕作方第期田玉磊 等渭北旱塬不同树龄苹果林地土壤酶活性含量分布特征式、施肥等因素影响 。本研究表明，随种植年限增加，脲酶和碱性磷酸酶同过氧化氢酶活性整体呈现出相反的变化特征（见表）。李秀玲等 和刘素慧等 对于土壤脲酶和碱性磷酸酶变化趋势研究与本文相同，但与刘建国等、杜静静等 和孙明阳等研究存在不同之处，过氧化氢酶随种植年限变化趋势与上述研究均不相同。有研究表明，有机碳、有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷与脲酶、碱性磷酸酶活性呈显著或极显著相关水平，与过氧化氢酶呈负相关 。一方面，随着果园种植年限增加，长期施肥和精细管理使土壤有机质和养分得到积累，植物根系生物量变大，脲酶和碱性磷酸酶活性升高。渭北旱塬苹果园由于受水分条件的限制，苹果生产周期短，果园基本处于退化阶段，根系死亡以及土壤结构发生变化导致微生物种群的变化，进而抑制了土壤酶的活性，出现种植 以后果园酶活性下降趋势。另一方面，过氧化氢酶活性受土壤环境等因素影响，其活性越高表明土壤解毒能力越强，。渭北旱塬地区，果树处于“盛年期”，细根分布范围和密度处于扩张阶段，连作根系分泌物中有毒物质的积累使根系受害严重，再加上根系吸水量大，土壤湿度减小，导致过氧化氢酶活性低。到达一定种植年限，由于生物在变化环境中具有协调和适应过程，而土壤酶在逆境环境条件下具有一定的抗逆性，即相对稳定的保护容量。因而随着连作年限的延长，生物适应性增强，使土壤酶的保护容量在新环境下逐步恢复。由上述可知，和 果园土壤解毒能力减弱，这将导致土壤内部毒素积累，威胁果树生长。对于渭北苹果园脲酶、碱性磷酸酶同过氧化氢酶随种植年限呈相反变化特征的具体原因还需结合果园土壤理化性质做进一步研究。水平方向上，距树干越远，果园酶活性总体上表现为脲酶减小，碱性磷酸酶先减少后增加，过氧化氢酶增大（见表）。这与果树酶活性根系分布规律相似。大量研究表明，脲酶和碱性磷酸酶活性离根系越近活性越高 ，赵国栋等 研究表明，过氧化氢酶活性在距树干 处较大，可能原因是该区域的根系密度大，需要过氧化氢酶的分解作用进行解毒，所以过氧化氢酶的释放和积累也最多，活性较强。针对上述酶活性分布，可通过在果园生草提高脲酶和碱性磷酸酶活性，在树干附近土壤钻孔及钻孔插玉米秸和苹果枝方式提高植株根系通气性，改善土壤结构，增大土壤通透性，进而增加过氧化氢酶活性。垂直方向上，脲酶和碱性磷酸酶活性整体呈下降趋势，主要集中在 土层；过氧化氢酶活性 果园呈“”变化趋势，其他果园差异不显著，变化幅度较小。在距树干 处，果园脲酶活性下层（）高于上层（）且下层显著高于其他果园。土壤酶在不同土层表现出不同规律。土壤表层积累的腐殖质多，有机质含量高，土壤结构疏松，孔隙比例适当，水热条件和通气状况好，微生物生长旺盛，代谢活跃，呼吸强度加大从而使土壤酶活性较高。随着土壤剖面的加深，土壤环境条件变差，不利于土壤酶活性的增加。土壤酶活性主要分布在 土层，且不同树龄间差异较大，可能与不同年限果树根系发育程度和根系集中分布在 土 层 有 关，。赵 林 森 等、杨 梅 焕等、李林海等 研究结果表明，随土层的加深，过氧化氢酶活性升高或者变化不明显，呈现出与其他酶类不同的响应特征。可能原因是过氧化氢酶属氧化还原酶类，其活性大小除与凋落物组成及根系分泌物有关外，土壤环境是影响其分布的重要因素。果园脲酶活性只有在距树干 处下层显著高于上层（图），可能原因是农转果过程中，长期耕作使农田积累了大量养分，果树根系扎根浅、径向分布范围小，造成上层土壤养分匮乏导致脲酶活性降低。小范围内，土壤酶在土壤中的分布主要受土壤有机质、理化性质和植物生长影响；较大范围内，土壤 酶 活 性 则 主 要 受 环 境、温 度 和 湿 度 影响。本文选取苹果采收期，研究不同树龄地土壤酶活性的空间分布规律，但不同生长期果树对土壤养分的吸收以及土壤温度和水分都存在差异。关于渭北旱塬苹果园不同树龄与酶活性之间变化规律还需进一步研究，以期为提高果园肥力，改善果园土壤结构提供帮助。参考文献：关松荫 土壤酶及其研究法 北京：农业出版社，和文祥，朱铭莪 陕西土壤脲酶活性与土壤肥力关系分析 土壤学报，（）：王倩，安贵阳，李世芳，等 不同覆盖模式对旱地苹果园土壤养分、微生物和酶活性的影响 西北农宝鸡文理学院学报（自然科学版）年业学报，（）：孙文泰，马明，董铁，等 长期覆膜旱地苹果园表层土壤“隐性”退化下活性有机碳与酶活性差异水土保持学报，（）：陈霞，罗友进，程玥晴，等 长期沼肥深施对果园土壤养分和酶活性的影响江西农业学报，（）：刘业萍，毛云飞，胡艳丽，等 苹果园生草对土壤微生物多样性、酶活性及碳组分的影响植物营养与肥料学报，（）：贾曼莉，郭宏，李会科渭北生草果园土壤有机碳矿化及其与土壤酶活性的关系 环境科学，（）：孙明阳，卢孟，冯丹，等河北省片麻岩山地不同种植年限苹果园土壤酶活性研究 林业与生态科学，（）：石宗琳，王益权，张露，等 渭北果园土壤有机质及酶活性研究干旱地区农业研究，（）：谭向平，和文祥，杨静，等渭北旱塬苹果园土壤酶特征研究园艺学报，（）：杨静，张俊鹏，邢蕾渭北旱塬果园土壤肥力及酶活性的调查研究陕西农业科学，（）：鲁如坤土壤农业化学分析方法北京：中国农业科技出版社，李振高，骆永明，滕应土壤与环境微生物研究法北京：科学出版社，：王理德，王方琳，郭春秀，等土壤酶学硏究进展土壤，（）：刘善江，夏雪，陈桂梅，等土壤酶的研究进展中国农学通报，（）：李秀玲，吕光辉，何雪芬连作年限对土壤理化性质及酶活性的影响干旱区资源与环境，（）：刘素慧，刘世琦，张自坤，等大蒜连作对其根际土壤微生物 和 酶 活 性 的 影 响 中 国 农 业 科 学，（）：刘建国，张伟，李彦斌，等 新疆绿洲棉花长期连作对土壤理化性状与土壤酶活性的影响中国农业科学，（）：杜静静，张永清，马大龙，等 不同种植年限苹果园土壤理化性质与酶活性研究中国农学通报，（）：高彦波，翟鹏辉，谭德远土壤酶活性与土壤肥力的关系研究进展 安徽农业科学，（）：，甘卓亭，张掌权，陈静，等黄土塬区苹果园土壤有机碳 分 布 特 征 生 态 学 报，（）：李志建，倪恒，周爱国 额济纳旗盆地土壤过氧化氢酶活性的垂向变化研究干旱区资源与环境，（）：傅慧兰，战景仁，孟民，等大豆连作的过氧化氢酶活性与根系分泌物 吉林农业科学，（）：甘卓亭，刘文兆渭北旱塬不同龄苹果细根空间分布特征 生态学报，（）：梅杰，周国英不同林龄马尾松林根际与非根际土壤微生物、酶活性及养分特征 中南林业科技大学学报，（）：姚胜蕊，束怀瑞有机物料对苹果根际营养元素动态及土 壤 酶 活 性 的影响 土壤学报，（）：赵林森，王九龄 杨槐混交林生长及土壤酶与肥力的相互关系北京林业大学学报，（）：赵国栋，赵政阳，樊红科苹果根区土壤微生物分布及土壤酶活性研究西北农业学报，（）：，卢蕾土壤容重和根区增氧对苹果根区土壤环境及平邑甜茶幼苗根系的影响泰安：山东农业大学，陈蓓，张仁陟免耕与覆盖对土壤微生物数量及组成的影响甘 肃 农 业 大 学 学 报，（）：荆惠锋，屈军涛，马锋旺，等黄土高原沟壑区苹果园根系组成及分布研究陕西农业科学，（）：李壮，厉恩茂，徐锴，等华红苹果树根系分布特征研究中国果树，（）：杨梅焕，曹明明，朱志梅毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤酶活性的演变研究生态环境学报，（）：李林海，邱莉萍，梦梦 黄土高原沟壑区土壤酶活性对植被恢复的响应 应用生态学报，（）：，：（编校：井霞）第期田玉磊 等渭北旱塬不同树龄苹果林地土壤酶活性含量分布特征