土壤总体酶活性指标的初步研究

土壤酶作为土壤生态系统的主要组成部分之一,在营养物质转化、肥力水平提高、污染物清除等方面发挥着重要作用。本文采用长期定位试验地土样,测定了三大水解酶活性,并构建了土壤酶总体活性指标。结果显示:土壤酶活性可明显反映培肥效果的优劣;土壤化学性质与酶活性间呈显著或极显著正相关,揭示出土壤脲酶、转化酶和碱性磷酸酶在一定程度上均可表征土壤肥力水平;构建的土壤总体酶活性指标(Et=sum Xi/X,from i=1 to n Total enzyme activity index)的优点是消除了不同土样酶活性的量纲及大小的影响,且无量纲的最终参数便于比较;计算获得的土壤总体酶活性参数,可更好表征土壤中总体酶活性和肥力水平高低,结果与主成分、聚类分析的相同。

基于土壤酶总体活性评价铅锌尾矿砂坍塌区土壤重金属污染

为探讨利用土壤酶总体活性表征铅锌尾矿砂造成的土壤重金属污染程度，本文对阳朔思的村水稻田、柑橘园和玉米地土壤中铅、锌、铜、镉的有效态质量分数以及参与土壤碳、氮、磷循环的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性进行了测定。结果表明：供试土壤中镉、铅、锌的有效态质量分数（分别为2.39-4.42、173.71-221.66、140.11-244.10 mg＆#183; kg-1）均高于其全量在GB15618-1995《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准，分别是Ⅱ级标准值的9.56-14.73、2.18-2.77、0.77-1.22倍，并且土壤中有效态镉带来的潜在生态风险最高。为进一步评价铅锌尾矿砂给不同土地利用类型土壤带来的生态环境风险，在对土壤重金属有效态质量分数进行归一化处理后，发现土壤重金属污染程度从高到低依次为水稻田、柑橘园、玉米地。由于土壤中的重金属复合污染物铅、锌、铜、镉对土壤酶活性的影响既有抑制作用，又有激活作用，因此不同土地利用类型下的单一土壤酶活性状态与土壤所遭受的重金属污染程度呈现出不一致的变化规律。而以土壤总体酶活性指数对各样本进行分类，发现水稻田、柑橘园、玉米地的土壤总体酶活性指数分别为4.345、5.153、5.502，其结果与以重金属有效态归一化处理之后获得的综合污染指数划分结果呈反比，从而说明利用土壤总体酶活性指数来表征不同土地利用类型下的土壤重金属综合污染状况是切实有效的。

生物炭对土壤酶活性和糜子产量的影响

为探讨生物炭对土壤主要酶活性和糜子产量的影响,采用糜子盆栽种植方式,分别在砂土、壤土和盐土三种土壤上设置了生物炭施用量为B0(0 t·hm-2)、B15(15 t·hm-2)、B30(30 t·hm-2)、B45(45 t·hm-2)和B60(60 t·hm-2)五个水平。结果表明:砂土、壤土和盐土这三种土壤分别对应生物炭用量为45 t·hm-2、45 t·hm-2和30 t·hm-2时土壤总体酶活性(Et)达到最高,并且盐土、砂土和壤土的总体酶活性指标最大值分别比相应对照B0增加16.59%、7.29%、4.07%,说明生物炭对盐土酶活性的影响显著高于砂土,砂土高于壤土;在砂土中施用生物炭后,对糜子有明显的增产效果,而壤土和盐土上增产效果不显著;生物炭的施用还促进了砂土中糜子生物量的积累,并且在壤土上糜子的生物量的积累高于盐土和砂土。总之,在土壤中施用生物炭,不仅可以促进糜子增产,增加土壤总体酶活性,还可以改良土壤生物学特性。

绿肥对土壤酶活性的影响

采用田间试验,测定3种绿肥(大豆、怀豆、绿豆)和不同施氮量复合作用下,影响土壤碳、氮、磷、硫等物质循环的土壤酶活性变化特征。结果表明,绿肥对土壤酶活性有重要影响,其中怀豆和大豆在大多数情况下激活土壤酶活性,而绿豆对脲酶等表现出抑制作用;施氮抑制土壤蔗糖酶和脲酶的活性,增加芳香硫酸酯酶和脱氢酶活性,对磷酸酶影响较小;除脲酶外,绿肥和施氮量及其交互作用对土壤酶的影响均达显著或极显著水平,且土壤酶活性与土壤有机质等呈现显著或极显著正相关;计算得到的总体酶活性顺序为怀豆>大豆>绿豆>休闲,其与土壤性质的相关性远高于单一酶系,揭示出总体酶活性不仅可表征土壤肥力水平的高低,而且绿肥种植和翻压后提升了土壤酶活性水平,是一种较好的环保培肥措施;在渭北旱塬地区,怀豆是种较好的绿肥培肥品种。

铅锌矿区重金属复合污染对土壤酶活性的影响

为探讨用土壤酶表征重金属污染程度的可行性,采用野外调查与室内分析的方法,对衡阳常宁市水口山铅锌矿区土壤中Cd、Zn、Pb质量比及土壤脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶和蔗糖酶4种酶活性进行测定。结果表明,供试土壤的Cd、Zn、Pb质量比均高于湖南省土壤背景值,最高值分别为GB 15618—1995《土壤环境质量标准》三级标准值的34.48、5.04、2.84倍,综合污染指数最大达26.16。多元回归分析表明,矿区土壤脱氢酶活性与重金属元素质量比之间呈极显著相关(p<0.01),而单一脲酶、酸性磷酸酶活性与重金属元素质量比呈显著相关(p<0.05)。聚类分析表明,以土壤总体酶活性指标对各样本进行的空间分类结果和以重金属综合污染指数为依据的划分结果一致。可见,用简单的土壤总体酶活性指标来表征矿区重金属综合污染状况是可行的。

外源Cd对中国不同类型土壤酶活性的影响

【目的】研究国家土壤环境质量二级镉(Cd)污染标准下,中国不同类型土壤的酶活性变化,初步探讨其间的关系,了解土壤酶作为污染程度监测指标及污染标准的可行性。【方法】采用模拟盆栽试验,设置对照、低浓度、高浓度3个水平,分析Cd污染玉米收获后不同类型土壤中7种酶活性的变化。【结果】Cd胁迫对不同土壤酶效应有所差别,在供试Cd浓度范围内,土壤酸性磷酸酶、过氧化氢酶对Cd胁迫反应不敏感;转化酶、FDA水解酶和脱氢酶活性显著受到抑制,而激活了脲酶和碱性磷酸酶;当Cd浓度达到国家土壤环境质量二级标准,Cd对土壤FDA水解酶和脱氢酶的平均抑制率分别达34.03%和31.14%;主成份分析构建的土壤酶、土壤酶-理化性质-Cd信息系统与总体酶活性达极显著正相关,可较好反映土壤Cd污染的影响。【结论】土壤脱氢酶、FDA水解酶、总体酶活性对土壤Cd较为敏感,可作为监测辅助指标之一;土壤酶与Cd间关系受到酶种类、土壤性质等的影响,其中尤以土壤有机质和pH影响最重要。

培肥对陇县烟田土壤酶活性的影响

通过田间试验,研究培肥后影响土壤C、N、P等物质循环的土壤酶活性的变化规律。结果表明,培肥增加了土壤转化酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶活性,尤以有机肥+化肥和有机肥处理效果最明显,可见有机肥在烟田土壤培肥中占据重要地位;土壤酶活性与土壤大多数化学性质呈显著或极显著正相关,反映出土壤酶活性可在一定程度上表征土壤肥力水平的高低;碱性磷酸酶和过氧化氢酶与烟草的农艺性状、脱氢酶与烟草品质呈显著正相关,说明培肥后土壤酶活性与烟草长势等的变化规律一致;构建的总体酶活性与土壤化学性质、烟草农艺性状和品质呈较好相关关系,表明土壤总体酶活性可表征烟田土壤肥力水平高低。

汞对土壤酶活性的影响

【目的】研究Hg对不同土壤酶活性的影响,探讨其中对Hg敏感的酶类,为土壤重金属污染的监测评价及修复等提供依据。【方法】通过室内模拟试验,以催化C、N、P、S等循环的土壤酶为对象,较为系统地探讨了3种土壤类型(红壤、褐土、风沙土)6个土样在不同含量Hg下的土壤酶效应。【结果】不同土壤酶类受Hg影响的规律有明显差异,1、2、4号土样转化酶活性在Hg含量较低时(0.5mg/kg)有所升高;随着Hg含量的增加,土壤转化酶、脲酶、脱氢酶、芳基硫酸酯酶和磷酸酶均受到不同程度的抑制。上述5种酶活性及总体酶活性与Hg含量间呈显著或极显著负相关,说明它们在一定程度上可表征土壤的Hg污染程度。供试土壤Hg轻度污染的生态剂量(ED10)为0.03mg/kg。Hg对绝大多数酶活性表现出完全抑制作用(包括竞争性抑制和非竞争性抑制)。【结论】脱氢酶受Hg的抑制程度较大,表明其对Hg较为敏感,因此其可作为Hg污染的监测指标。

黄土高原旱区绿肥定位试验土壤化学性质及酶活性特征研究

【目的】研究绿肥和施氮对黄土高原土壤化学性质和酶活性的影响,以期从酶学角度筛选最佳绿肥品种和施氮量。【方法】样地位于2008年开始的黄土高原长武绿肥长期定位试验站,于2012年6月和9月采集土样,研究不同绿肥品种(大豆、绿豆、怀豆和休闲)及不同施氮量(不施氮肥和施氮量为当地常规施氮量135kg/hm2的80%,100%,120%)条件下,土壤化学性质(有机质、碱解氮、速效磷、速效钾)和5种酶(蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶)活性的变化。【结果】种植和翻压绿肥显著提高了土壤有机质、碱解氮和速效磷含量,对速效钾含量提升效果不明显。除大豆降低了土壤脱氢酶活性外,绿肥均显著提高了5种土壤酶活性,其中怀豆处理土壤总体酶活性增幅最大,绿豆、大豆处理次之,且均显著高于休闲处理。随着施氮量的增加,土壤蔗糖酶、脲酶(6月除外)、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性总体降低,碱性磷酸酶活性变化幅度较小;绿肥和施氮量对土壤酶活性具有较强的交互作用。种植和翻压绿肥后,土壤酶活性和土壤化学性质之间有一定相关关系,且大多达显著或极显著水平。【结论】在黄土高原旱地怀豆是一种可推广的优质豆科绿肥;种植和翻压绿肥后可减少氮肥施用量,氮肥最佳用量以108kg/hm2为宜。

绿肥和施氮对旱作冬小麦农田土壤酶活性的影响

基于田间定位试验研究了种植绿肥和施氮对旱作冬小麦农田土壤酶活性的影响。试验采用绿肥和氮肥双因素完全设计方案,其中绿肥作物在夏季休闲期种植,包括长武怀豆、苏丹草、怀豆+苏丹草混播和裸地休闲(对照)4种处理;氮肥于冬小麦播前施入,包括0、60、120 kg·hm^(-2)共3个水平;观测指标包括土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶活性。结果表明,与对照相比,休闲期种植怀豆、苏丹草、怀豆+苏丹草混播均显著提高了以上4种土壤总体酶活性,0~10 cm和10~20 cm土层增幅分别达12.9%~59.3%和6.19%~48.8%。土壤β-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶活性在不同绿肥处理间无显著差异,而种植怀豆较种植苏丹草和混播显著提高了乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶活性。施氮肥对土壤酶活性具有显著促进作用,且4种土壤酶活性均随着施氮水平提高而增加。氮肥与绿肥对纤维素二糖水解酶活性具有交互影响。黄土高原旱作种植系统休闲期间可以考虑通过种植绿肥作物尤其是豆科绿肥来提高肥力。

Hg的土壤酶效应初步研究

采用土壤酶对汞生态毒性进行研究,在理论和实践上具有重要意义。通过室内模拟试验,针对我国几种主要类型土壤(黄褐土、风沙土、塿土和红壤)中影响土壤碳、氮、磷物质循环和微生物活性的土壤转化酶、脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶与Hg的关系进行了探讨。结果表明,Hg抑制土壤碱性磷酸酶、转化酶活性,但规律性不明显;土壤脲酶低浓度时激活,高浓度抑制;土壤脱氢酶和总体酶活性受到抑制。Hg浓度与脲酶、脱氢酶、总体酶活性间达显著或极显著负相关关系,揭示出其在一定程度上可表征土壤Hg污染的程度,其中尤以总体酶活性结果最优;计算Hg轻微污染时的ED10值0.0005～0.59mg·kg-1。土壤有机质和pH对二者关系具有重要影响。

秸秆还田的土壤酶效应初探

【目的】研究不同秸秆还田模式对土壤有机碳含量及酶活性的影响,探讨秸秆还田适宜模式。【方法】试验地位于陕西关中平原的三原县,在小麦-夏玉米一年二熟轮作模式下,采用田间试验,进行2因素3水平试验设计,分别设置小麦、玉米秸秆还田2个因素,每个因素下设3个水平（小麦秸秆还田：小麦秸秆高留茬覆盖还田模式、小麦秸秆粉碎还田模式和小麦秸秆不还田模式;玉米秸秆还田：玉米秸秆粉碎还田模式、玉米秸秆粉碎深松还田模式和玉米秸秆不还田模式）,共组成9种模式,分析不同秸秆还田模式下5~30和30~60cm土层土壤有机碳、易氧化碳含量及β-葡萄糖苷酶、FDA水解酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性和总体酶活性（TEI）的变化特征。【结果】与对照（玉米秸秆不还田＋小麦秸秆不还田）相比,8种秸秆还田模式有机碳、易氧化碳含量均明显增加,其中小麦秸秆不还田＋玉米秸秆粉碎还田模式5~30cm土层土壤有机碳含量增幅最大,达到34.72%;小麦秸秆粉碎还田＋玉米秸秆不还田模式5~30cm土层土壤易氧化碳含量增幅最大,达到27.02%。与对照相比,秸秆还田模式总体上提高了5~60cm土层β-葡萄糖苷酶、FDA水解酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶和脱氢酶6种酶的活性,除脱氢酶外差异均达到了显著水平;在5~60cm土层,所有秸秆还田模式TEI均高于对照,总体上差异达显著水平,其中小麦秸秆不还田＋玉米秸秆粉碎还田模式5~30cm土层TEI增幅最大,达到40.23%。土壤FDA水解酶、蔗糖酶和TEI可在一定程度上用于表征秸秆还田模式的优劣。【结论】综合考虑可知,小麦秸秆不还田＋玉米秸秆粉碎还田模式是陕西关中地区适宜的秸秆还田模式。

培肥复垦宅基地土壤酶和微生物特征研究

【目的】研究不同培肥措施对废弃宅基地土壤化学性质、酶、微生物特性的影响,为农村闲置废弃宅地基的复垦利用、开发提供理论依据。【方法】采用田间试验,以不施肥为对照,采用多种培肥模式(化肥、有机复合肥、有机复合肥+菌肥、有机肥、有机肥+菌肥)对宅基地复垦土壤进行处理,分析培肥后土壤化学性质、酶活性及微生物区系的变化特征,利用酶总体活性指标(Tatal enzymatic activity index,TEI)对不同施肥措施下土壤肥力水平的变化进行评价。【结果】复垦培肥后,有机肥、有机肥+菌肥处理显著增加了土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量,其中有机质含量分别增加了25.22%和25.27%;土壤转化酶、脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶活性均显著或极显著提高;土壤三大菌群中的放线菌数量极显著增加,分别为试验前的2.64和2.77倍;土壤酶总体活性指标(TEI)值为5.04～11.09,除与全磷、碱解氮、过氧化氢酶、细菌和真菌总数的相关性不显著外,与其他指标之间均呈显著或极显著相关。【结论】施用有机肥或有机肥+菌肥是研究区宅基地土壤较适宜的改良措施,同时TEI可以很好地评价不同施肥措施的优劣。

Cr^(3+)的土壤酶效应研究

【目的】研究Cr3+对土壤酶活性的影响,为建立土壤重金属铬污染评价的酶学指标提供依据。【方法】以我国常见的红壤(酸性土壤)及褐土和风沙土(碱性土壤)为供试土样,采用室内模拟方法,在供试土样中添加0,50,100,300,500,1 000,1 500,3 000mg/kg Cr3+,研究不同Cr3+含量下土壤脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、过氧化氢酶、脱氢酶和总体酶活性的变化规律。【结果】Cr3+显著或极显著地抑制了土壤脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,且均为完全抑制作用(包括竞争性抑制和非竞争性抑制),供试土样中Cr3+轻度污染时的生态剂量(ED10)为25mg/kg;酸性土壤中脲酶、芳基硫酸酯酶和过氧化氢酶对Cr3+的毒害反应更敏感,碱性土壤中磷酸酶和脱氢酶的反应更敏感。【结论】土壤脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、过氧化氢酶、脱氢酶活性及总体酶活性均可用来表征土壤Cr3+污染程度的大小;土壤pH、有机质含量对土壤酶与Cr3+的关系具有重要影响。

渭北旱塬土壤生化活性特征研究

【目的】筛选能够表征土壤肥力水平的酶类和参数。【方法】采用非缓冲液法,对采自渭北旱塬陕西长武县农田19个土样的10项生化指标(转化酶、纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶、尿酸盐酶和土壤呼吸强度)进行测定;并采用相关和主成分分析法,对土壤酶活性、土壤呼吸强度之间及其与土壤化学性质间的相关性和主成分综合得分进行评判;最后采用土壤酶总体酶活性参数(TEI、TEI5)对19个供试土样的肥力进行评价,并分析了其与土壤化学性质的相关性。【结果】土壤转化酶、脲酶、脱氢酶、土壤呼吸强度对土壤环境条件的改变较为敏感;10项土壤生化指标中,仅转化酶、脲酶、磷酸酶、脱氢酶活性和土壤呼吸强度之间及其与大多数理化性质间呈显著或极显著相关,揭示此5项生化指标与土壤化学性质关系密切,且在一定程度上可指示土壤肥力水平的高低;构建的总体酶活性参数TEI和TEI5,与土壤酶活性、土壤呼吸强度及土壤化学性质主成分分析获得的土壤肥力综合得分均达极显著正相关。【结论】土壤总体酶活性参数TEI和TEI5可作为表征土壤肥力的重要指标,并能反映土壤整体酶活性和呼吸强度的高低。

Cr^(6+)的土壤酶效应研究

【目的】研究Cr6+对不同土壤酶活性的影响,为建立土壤重金属铬污染评价的酶学指标提供依据。【方法】以我国主要土壤类型中的酸性红壤、碱性褐土和风沙土不同肥力的土壤为供试土样,采用室内模拟方法,研究添加不同含量Cr6+溶液后,土壤转化酶、纤维素酶、脲酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性的变化规律。【结果】添加Cr6+后,随着Cr6+含量的增加,除褐土高肥力和风沙土低肥力土样,其他土样脲酶活性总体呈降低趋势;除了褐土高肥力土样,其他土样转化酶活性总体呈降低趋势;各土样碱性磷酸酶活性的变化规律不明显;Cr6+的加入,明显抑制了土壤纤维素酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶及总体酶活性,通过拟合模型计算得到,代表酸性土壤的红壤Cr6+污染生态剂量(ED10)最小值分别为:纤维素酶186mg/kg、芳基硫酸酯酶2.6mg/kg、脱氢酶3.8mg/kg,代表碱性土壤的褐土和风沙土Cr6+污染ED10分别为:纤维素酶162mg/kg、芳基硫酸酯酶11.7mg/kg、脱氢酶8.1mg/kg。【结论】土壤有机质对Cr6+含量具有明显的缓冲作用;pH对Cr6+的生态毒性有一定影响,不同土壤酶在酸碱性不同的土壤中表现出对Cr6+轻度污染的敏感程度不一致,其中酸性土壤中芳基硫酸酯酶对Cr6+的毒害反应更敏感,碱性土壤中脱氢酶对Cr6+的毒害反应更敏感,2种酶均可作为表征Cr6+毒害的酶指标。

渭北旱塬土壤的生化活性指标

采用非缓冲液法,对渭北旱塬长武试区25个土样中影响碳、氮、磷、硫等循环的7种生化活性进行测定,并借助相关分析和主成分分析探讨土壤酶活性与土壤肥力关系。结果表明,供试土壤酶活性变化幅度较大;脲酶、脱氢酶、呼吸强度变异系数较大,对外界环境变化反应较为敏感;转化酶、脲酶、磷酸酶、脱氢酶、呼吸强度和芳基硫酸酯酶与大多数理化性质达显著或极显著正相关,说明此6种生化活性在一定程度上可表征土壤肥力高低;对土壤酶活性与理化性质进行主成分分析,获得土壤肥力信息系统也可较好揭示土壤肥力水平差异;土壤总体酶活性TEI与土壤性质也达到了较高相关水平,尽管其相关系数略低于主成分获得的综合得分,但由于其没有单位量纲,计算简便易行,相关性较好,因此可作为土壤肥力水平监测指标之一。

保护性耕作对土壤酶活性动态变化的影响

研究不同保护性耕作措施在小麦生育期对土壤酶活性的影响。结果表明,与传统耕作相比,保护性耕作可以提高土壤酶活性,但在不同生育期不同措施对不同种类的酶活性影响有所差异。所有保护性耕作措施下,土壤碱性磷酸酶和纤维素酶的酶活均表现为收获期大于播前,说明在一个小麦生育期内保护性耕作可以提高土壤碱性磷酸酶及纤维素酶的活性。与传统耕作相比,保护性耕作方式可以显著增加土壤总体酶活性,播前以秸秆粉碎还田旋耕播种的效果最好,增幅达29.17%,收获期秸秆覆盖深松+旋+播种下土壤总体酶活性最大,增幅达到27.27%,总体来看覆盖深松、旋耕对增加土壤总体酶活效果最好。