徐州城市绿地表层土壤酶活性及其影响因素

司志国，俞小鹏，白玉杰，俞元春3，关庆伟

(1. 南京林业大学 森林资源与环境学院，江苏 南京 210037；2. 河南职业技术学院，河南 郑州 450046；3.土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008；4.徐州市市政园林局，江苏 徐州 221018)

徐州城市绿地表层土壤酶活性及其影响因素

司志国1,2，俞小鹏1，白玉杰1，俞元春1,3，关庆伟1

(1. 南京林业大学 森林资源与环境学院，江苏 南京 210037；2. 河南职业技术学院，河南 郑州 450046；3.土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008；4.徐州市市政园林局，江苏 徐州 221018)

采集徐州市不同功能区0～20 cm和20～40 cm土壤样品进行室内分析，对土壤酶活性与理化性质的相关性进行了研究。结果表明，总孔隙度、毛管空隙度、田间持水量及pH值对城市绿地土壤酶活性没有影响，土壤密度能显著抑制磷酸酶及蔗糖酶的活性，非毛管空隙度能显著提高磷酸酶、过氧化氢酶及蔗糖酶的活性,自然含水量影响过氧化氢酶活性；速效磷能显著抑制过氧化氢酶和过氧化物酶的活性，速效钾能显著提高脲酶和过氧化物酶的活性，水解性氮和有机质对脲酶、磷酸酶及蔗糖酶有显著影响，阳离子交换量对磷酸酶和蔗糖酶有显著影响；脲酶和过氧化物酶显著负相关，与蔗糖酶、磷酸酶呈极显著正相关，过氧化氢酶和磷酸酶呈显著正相关，与多酚氧化酶呈极显著负相关；磷酸酶与蔗糖酶之间呈极显著相关关系。本研究结果表明，土壤理化性质对土壤酶活性及土壤酶活性之间均有不同程度的相关性，说明土壤理化性质对土壤酶有一定的影响，土壤酶作为评价土壤质量指标是可行的。

城市绿地；表层土壤；酶活性；相关性；徐州市

城市绿地土壤是城市生态系统的重要组成部分和园林植物生长的载体，其质量的好坏直接影响到绿地质量和绿化效果。因此，城市绿地土壤越来越受到学者的重视，相关研究不断增多[1-3]。土壤酶作为土壤环境的重要组成部分，对土壤物质转化、能量流动及土壤肥力的形成起着重要作用[4-5]，土壤酶活性与土壤肥力的关系已经成为土壤酶学的研究重点之一[6-9]。长期以来，对于土壤酶的研究，大多集中在耕作土壤[10-12]。关于城市绿地土壤的相关研究还不多见，主要有单奇华[13]、卢瑛[14]、程东祥[15]、薛文悦[16]等学者对其进行了研究。本文以徐州城市绿地土壤为研究对象，对绿地土壤酶活性与理化性质相关性进行了分析，并探讨了将其作为土壤肥力评价指标的可能性，为土壤酶作为监测城市绿地土壤健康生物学指标提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

徐州市地处江苏省西北部，北纬33°43′～34°58′，东经 116°22′～ 118°40′，属暖温带湿润半湿润气候。日照时数为2 268.2 h，平均气温14.5℃，平均降水量841.2 mm，无霜期209 d。植被为阔叶落叶林，但目前区内以侧柏林为主[17]。

1.2 样地设置与样品采集

依据国家城市绿地划分标准（CJJ/T85-2002），结合徐州市绿地实际情况，将徐州市绿地划分为6种类型，即附属绿地，公园绿地、生产绿地、道路绿地、防护绿地和街头绿地。根据所处城市主要功能区不同，每种绿地设置4～5个标准地，共28个，每个样地分别多点采集0～20 cm和20～40 cm土壤混合样品，3次重复，共采集土壤样品168个，其中生产样地18个，其他样地各30个，同时调查土壤的背景情况、利用现状和人为干扰状况等。

1.3 土壤理化性质的测定[18-19]

土壤孔隙度、土壤密度、土壤持水量：环刀法；土壤自然含水量：烘干法；土壤pH：pH计法；土壤有机质：重铬酸钾外加热法；水解性氮：碱解—扩散法；有效磷：碳酸氢钠浸提钼蓝比色法；速效钾：1 mol·L-1乙酸铵浸提—火焰光度法；阳离子交换量（CEC）：1 mol·L-1乙酸铵交换法（pH 7.0）。

1.4 土壤酶活性的测定[20]

脲酶：靛酚比色法，以24 h内每千克土中生成铵态氮的毫克数来表示；磷酸酶：磷酸苯二钠比色法，24 h内每克土中生成的P2O5毫克数表示；蔗糖酶：二硝基水杨酸比色法，以24小时1 g土的葡萄糖毫克数来表示；多酚氧化酶：碘量滴定法，每克土中消耗的0. 01 mol·L-1I2的毫升数表示；过氧化物酶：碘量滴定法，每克土中消耗的0. 01 mol·L-1I2的毫升数表示；淀粉酶：二硝基水杨酸比色法，24 h后1g土壤中麦芽糖（maltose） 的毫克数表示；过氧化氢酶：高锰酸钾滴定法，以每克土的0.1 mol的高锰酸钾的mL数来表示。

2 结果与分析

2.1 不同类型绿地土壤酶活性

从表1可以看出，尿酶活性平均值为6.37 mg·kg-1、过氧化氢酶平均值为 1.97 mL·g-1、磷酸酶平均值为 2.38 mg·g-1、蔗糖酶平均值为 0.20 mg·g-1、过氧化物酶平均值为5.93 ml·g-1、多酚氧化酶平均值为0.10 mL·g-1。多重比较结果表明，不同类型绿地土壤尿酶、过氧化物酶之间没有显著差异；街头绿地和道路绿过氧化氢酶活性低于其他几种绿地类型，主要原因在于过氧化氢酶与非毛管孔隙度及自然含水量呈显著正相关，而街头绿地和道路绿地非毛管孔隙度和自然含水量低于其他几种绿地类型；防护绿地磷酸酶活性和其他几种绿地类型有显著差异，磷酸酶活性较高，主要原因在于磷酸酶和土壤密度呈显著负相关，和非毛管孔隙度、水解性氮、阳离子交换量、有机质呈显著正相关，这和防护绿地土壤密度较小，非毛管孔隙度、水解性氮、阳离子交换量、有机质较高是一致的；多酚氧化酶比较复杂，附属绿地、街头绿地和道路绿地之间没有显著差异，防护绿地、公园绿地和生产绿地没有显著差异。

2.2 土壤物理性质与土壤酶活性相关性分析

土壤酶活性与土壤物理性质相关分析表明（见表2），总孔隙度、毛管空隙度及田间持水量对测定的这几种酶活性没有影响，但刘艳[3]等人认为总孔隙度对脲酶、过氧化氢酶及磷酸酶活性有抑制作用，田间持水量对脲酶及过氧化氢酶有促进作用；土壤密度和磷酸酶及蔗糖酶呈极显著负相关，对尿酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶活性没有影响，这与耿玉清[6]等学者对北京八达岭地区土壤酶活性研究结果不同，他们认为土壤密度对脲酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶及淀粉酶活性均有显著相关性；非毛管空隙度能显著提高磷酸酶、过氧化氢酶及蔗糖酶的活性；自然含水量除了对过氧化氢酶有影响外，对其他几种酶活性没有影响，程东祥[15]研究认为，自然含水率对多酚氧化酶有促进作用，对脲酶、过氧化物酶及过氧化氢酶没有影响。

表1 不同类型绿地土壤酶活性†Table 1 Soil enzyme activity in different types green land

表2 土壤物理性质与土壤酶活性相关关系†Table 2 Correlation among soil enzyme activity and soil physical properties

2.3 土壤化学性质与土壤酶活性之间相关性分析

从表3可以看出，pH值对测定的几种酶活性没有影响，这与程东祥[15]、吴际友[21]等人的研究结果一致，但卢瑛[14]等人研究认为pH值对尿酶、磷酸酶及蔗糖酶有促进作用，单奇华[13]等人认为pH值与过氧化氢酶呈极显著正相关；速效磷能显著抑制过氧化氢酶和过氧化物酶的活性，但与脲酶、磷酸酶、蔗糖酶及多酚氧化酶没有显著相关关系；速效钾能显著提高脲酶和过氧化物酶的活性，对其他几种脲酶没有显著影响；水解性氮和有机质对脲酶、磷酸酶及蔗糖酶有显著影响，对过氧化氢酶、过氧化物酶及多酚氧化酶没有影响；阳离子交换量对磷酸酶和蔗糖酶有显著影响，对其他几种酶没有影响。本研究与其他学者的研究结果有相同之处，也有不同之处。例如，刘艳等人对北京市崇文区绿地土壤酶活性研究表明，速效磷与脲酶及磷酸酶没有相关性，这与本研究的结果相同，本研究表明速效磷对过氧化氢酶有显著影响，这与刘艳[3]、耿玉清[6]等人的研究相反，说明仅通过线性相关分析确定土壤质量的酶学评价指标也有值得商榷之处。

表3 土壤酶活性与土壤化学性质相关关系†Table 3 Correlation among soil enzyme activity and soil chemical properties

2.4 土壤酶活性之间的相关性分析

对6种绿地土壤酶活性相关分析表明（见表4），脲酶和过氧化物酶显著负相关，与蔗糖酶、磷酸酶呈极显著正相关，过氧化氢酶和磷酸酶呈显著正相关，与多酚氧化酶呈极显著负相关；磷酸酶与蔗糖酶之间呈极显著相关关系。分析表明，各种酶促反应既是专性的又是相互联系相互影响的[22]。

表4 土壤酶之间相关关系†Table 4 Correlations among soil enzymes

3 结论与讨论

（1）本文研究的目的是分析不同绿地土壤酶活性及酶的影响因素。结果显示：土壤理化性质与土壤酶活性及土壤酶活性之间均有不同程度的相关性，说明土壤理化性质对土壤酶有一定的影响，土壤酶作为评价土壤质量是可行的。

（2）土壤酶对外源有机物的腐解转化与理化性状的演化都起着重要作用，是土壤生物和生物化学过程的驱动力。国内外学者对土壤酶学进行了大量研究，但关于城市绿地土壤酶活性的研究并不多见，国内主要是卢瑛[14]、薛文悦[16]、单奇华[13]等学者的研究。但不同的学者研究结果并不完全相同，许多研究表明某些酶与土壤理化性质相关性不显著，说明仅通过线性相关分析确定土壤质量的酶学评价指标也有值得商榷之处。

（3）在当前几乎所有的城市中，大多数拥有自然土壤的地方都已被破坏，其成土母质、气候、地貌和植被等所有自然成土因素都遭受了剧烈变化，使得城市绿地土壤变得复杂多样，在加上影响土壤酶活性的因素较多，例如：土壤理化性质、土壤类型、植被类型、施肥及耕作措施、农药及气候条件等。此外，土壤酶与土壤理化性质相关性的结论可能不适合极端的环境条件[23]，例如李以康等对三江源区高寒草甸退化对土壤养分和土壤酶活性影响进行了研究，结果表明高寒草甸的土壤酶活性与营养成分含量之间相关不显著。鉴于应用土壤酶活性作为土壤质量评价指标时影响因素较多，采用酶活性作为评价城市绿地土壤质量指标时，应对其综合考虑。

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Soil enzyme activity of urban green land in Xuzhou city and its inf l uencing factors

SI Zhi-guo1,2, YU Xiao-peng1, BAI Yu-jie1, YU Yuan-chun1,3, GUAN Qing-wei1
(1. College of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 2. Henan Vocational and Technical College, Zhengzhou 450046, Henan, China; 3.State Key Lab. of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science,Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, Jiangsu, China; 4. Xuzhou Municipal Bureau of Urban Utilities and Landscaping,Xuzhou 450046, Jiangsu, China)

The soil samples collected from Xuzhou different functional areas in 0 to 20 cm and 20 to 40 cm soil layers were determined.The correlation between soil enzyme activity and physicochemical property was studied. The results show that total porosity, capillary porosity, fi eld moisture capacity, fi eld moisture capacity and pH didn’t have effects on soil enzyme activity of urban green space, the soil density obviously inhibited the activity of phosphatase and sucrose enzyme, the non-capillary porosity obviously promotee the activity of phosphatase, catalase and sucrose enzyme, and the soil’s natural water content had an effect on the activity of peroxidase; the available phosphorus obviously suppressed the activity of catalase and peroxidase, available phosphorus obviously raised the activity of urease and peroxidase, available nitrogen and organic matter had an obvious effect on Urease, phosphatase and sucrose enzyme, cation exchange capacity had obvious effects on phosphatase and sucrose enzyme; the urease were obviously negative correlated with peroxidase,obviously positive correlated with sucrose enzyme and phosphatase, catalase was obviously positive correlated with phosphatase, and obviously negative correlated with polyphenol oxidase; thr phosphatase was obviously correlated with sucrose enzyme. The fi ndings show that soil physical and chemical properties were correlated with soil enzyme activity and the soil enzyme activities themselves were correlated each other at different degree, and it means that soil physical and chemical properties has a certain effect on soil enzyme, thus soil enzyme as soil quality index is feasible.

urban green land; surface soil; enzyme activity; correlation; Xuzhou city

S731

A

1673-923X(2013)02-0073-04

2012-11-10

国家自然科学基金项目（31270664）；土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）开放基金（Y052010006）；徐州市国家生态园林城市创建项目（XCT2010-011）；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目（CXZZ12-0541）；江苏高校优势学科建设工程资助项目

司志国（1978-），男，河南长垣人，博士研究生，讲师，主要从事城市绿地土壤研究；E-mail：S197726@163.com

俞元春（1961-），男，教授，博士生导师，主要从事森林土壤研究；E-mail：ycyu@njfu.com.cn

[本文编校：罗 列]