旱田改水田对黑土pH、电导率及酶活性的影响

迟旭雯　杜春梅　周红娟

摘要：为了探明黑土旱田改为水田后土壤酶活性的变化，通过5点采样法取样，对旱田和水田土壤的酸碱度、电导率及土壤过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶、转化酶和纤维素酶活性进行了测定。结果表明，旱田改为水田后，土壤pH和电导率显著上升，脲酶和转化酶的活性明显提高，脱氢酶活性显著降低，但对过氧化氢酶和纤维素酶影响不大。相关性分析结果表明，土壤理化性质的改变能影响土壤酶的活性，同时土壤酶之间可以相互作用，共同影响着土壤的生物化学过程。

关键词：旱田；水田；pH；电导率；酶活性

中图分类号：S344.1+7；S153；S154.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）11-2045-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.011

Abstract： To explore the change of soil enzymes in black soil after turning dryland into paddy field， the samples were adopted by five points sampling method. Soil pH， electrical conductivity and soil enzymes such as catalase， dehydrogenase， urease， intertase and cellulose were measured in dryland and paddy field. The results showed that the soil pH and electrical conductivity increased significantly after changing dryland into paddy field. The activities of urease and intertase were increased obviously， the activity of dehydrogenase decreased significantly， but the activity of catalase and cellulase had no changes. The results of correlation analysis illustrated that the changes of soil physical and chemical properties could influence the activity of the soil enzyme. Meanwhile the soil enzymes could interact each other and influence soil biochemical process.

Key words： dry land； paddy field； pH； electrical conductivity； enzyme activities

黑土是黑龙江省主要的耕地土壤类型[1]，具有土质肥沃、质地疏松、有机质丰富等特征，非常适合植物生长。土壤酶参与土壤的一切生化反应过程，在土壤的物质和能量转化过程中起重要的催化作用，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反应强度，因而土壤酶活性常被作为土壤肥力高低、生态环境质量优劣的重要指标[2，3]。但是由于长期自然因素和人为因素的双重影响，致使农田黑土质量日益下降[4]。调整农业种植结构，将旱田改为水田的种植方式已经成为增产增收的选择之一，旱田改水田后势必引起土壤酶活性发生变化。目前关于黑土酶活力方面的研究报道很多，但是关于黑土旱田改水田后土壤理化性质及酶活力变化的研究较少，本研究以此入手进行研究，以期为黑土的可持续利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

巴彦县位于黑龙江省中南部，松嫩高平原典型黑土区域内[5]。该区属中温带大陆性季风气候，年平均气温2.6 ℃，年均降水量372.5～582.2 mm。研究区域位于巴彦县西集镇靠山屯（水田：46°10′31.22″N，127°15′26.94″E；旱田：46°10′33.94″N，127°15′37.64″E），旱田改水田为2年的地块。

1.2 试验材料

利用5点采样法分别采取0～5、5～10和10～20 cm 3个深度土层的水田和旱田土壤，各土样单独装袋记录后带回实验室备用。土壤酶活性测定所需试剂均为分析纯。

1.3 測定指标与方法

1.3.1 土壤pH和电导率的测定 将土样按土水比为1∶2.5浸提，用PHB-8型酸度计测量土壤pH；将土样按土水比为1∶5浸提，用DDS-11A型数显电导率仪测定土壤的电导率。

1.3.2 土壤酶活性的测定 将土样自然风干，用研钵研磨后过1 mm筛孔，用于土壤酶活性测定。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，以培养30 min后每克干土消耗2 mmol/L KMnO4的体积（mL）表示；土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，以培养24 h后每克干土释放的NH3-N的质量（mg）表示；土壤转化酶和纤维素酶活性均采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，以培养24 h后每克干土生成葡萄糖的质量（mg）表示；土壤脱氢酶活性采用TTC（2，3， 5-氯化苯基四氮唑）分光光度法测定，以培养24 h后1 g干土中氢的体积（μL）表示[6，7]。每个样品做3个重复。

1.4 统计方法

全部数据均采用SPSS软件和Excel进行统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 旱田改水田对黑土pH的影响

土壤pH是土壤微生物活性、多样性及群落结构的主要影响因子之一，对微生物的调节过程有明显的影响，并且在有机质的降解和氮循环中具有重要的作用[8]。由图1可以看出，随着土层深度的增加，旱田和水田pH都呈现明显升高的趋势，但二者的变化又有所不同。旱田的3个土层中变化明显，即在5～10 cm土层的pH显著高于0～5 cm的，10～20 cm的又显著高于5～10 cm土层的；水田中 pH在0～5 cm土层与在5～10 cm土层差异显著，但10～20 cm与5～10 cm土层的pH相差不明显。在同一土层深度上，水田各土层的pH均显著高于旱田的pH（P<0.05，未标注）。

2.2 旱田改水田对黑土电导率的影响

土壤电导率是反映土壤电化学性质和肥力特性的基础指标。通过土壤电导率的测定能及时有效地掌握土壤的盐分浓度、水分状况等多种性质，及时诊断农业生产问题。由图2可以看出，随着土层深度的增加，旱田土壤电导率逐渐增加，其中，10～20 cm土层的电导率极显著高于0～5 cm和5～10 cm土层的电导率；水田变化趋势有所不同，0～5 cm土层的电导率最高，5～10 cm土层的电导率显著下降，但10～20 cm土层的电导率又有所提高。旱田改水田后，电导率在不同土层深度都显著高于旱田土壤（P<0.05，未标注）。

2.3 旱田改水田对黑土酶活性的影响

土壤酶在土壤生物化学循环中具有重要地位，是土壤功能的直接体现[9]。由表1可知，除过氧化氢酶外，短期旱田改水田种植方式对其他各种酶活性都有不同程度的影响。在旱田向水田种植方式转化过程中，脱氢酶活性受影响最大，水田中的脱氢酶活性显著低于旱田的酶活性，并在不同土层深度上也出现了变化，随着土层加深，酶活性逐渐降低，10～20 cm土层的脱氢酶活性显著低于0～5 cm土层的酶活性。从土层深度看，脲酶在旱田中随着土层的加深，酶活性明显降低，但在水田中变化不明显；水田中在5～20 cm土层的脲酶活性均显著高于旱田。水田和旱田土壤中转化酶活性在不同土层变化较大，0～5 cm土层的转化酶活性显著低于5～20 cm土层的酶活性，同时水田中转化酶活性明显高于旱田。纤维素酶活性在土层深度上有变化，但水田和旱田之间没有显著变化。

2.4 相关性分析

由表2可知，pH与电导率、脲酶及转化酶之间呈显著或极显著正相关，与脱氢酶呈极显著负相关；电导率与过氧化氢酶和脱氢酶之间呈显著和极显著负相关，与脲酶和转化酶呈极显著和显著正相关；过氧化氢酶与脱氢酶呈极显著正相关，与脲酶呈显著负相关；脱氢酶与脲酶、转化酶之间呈极显著和显著负相关。

3 小结与讨论

土壤酶是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标[10]。但它会受到环境的改变而发生改变，旱田改水田后，土壤从大的生态环境上发生了重大改变，则土壤的通气性、pH、电导率、养分转化都会发生变化，进而影响土壤环境中微生物类群、土壤酶活性等指标的变化，也会影响到植物根系的代谢活动及营养吸收，反过来变化了的根系代谢又会影响土壤环境。因为旱田改水田初期受水环境的巨大变化，土壤中相应变化会很大，因此本研究从旱田改水田2年的黑土入手进行研究，得出如下结论。

黑土旱田改水田后，水田土壤pH明显高于旱田，但并未超过7，说明淹水会使土壤的酸碱性得到改善。长期旱田种植农作物，势必会产生大量的代谢物和根际脱落物，使得土壤中酸度增加，对某些植物的生长不利，淹水后利于改善土壤的酸碱度，更利于植物的生长。土壤含水量能很大程度的影响黑土的pH[11]，土壤有机质的改变也会影响土壤pH[12，13]。土壤pH是高度敏感性因子，它决定植物的生存和分布。土壤pH的改变将直接影响营养物的可利用性，或通过与土壤微生物的相互作用来间接地影响营养物的可利用性[14，15]。

黑土旱田改水田后，水田土壤电导率明显高于旱田土壤，0～5 cm土层电导率最高，随着土层加深，电导率下降明显，但10～20 cm土层的电导率已有恢复趋势。而旱田土壤的电导率是随着土层的加深呈现上升趋势。说明水田土壤的离子交换更加强烈，对植物根系生长所需营养元素来说具有明显的促进作用。在水田利用方式下每年归还给土壤的有机物质的量较多，而且淹水期间有机物质的分解速率较低、腐殖化系数较高；而在旱地利用方式下，化肥施用量大，有机物质的归还量较少，导致土壤水田土壤中有机质含量与有机碳含量均显著高于旱地[16]，而土壤有机质与电导率呈显著正相关，有机质含量越高，吸附交换性离子的能力越强，从而提高了土壤的电导率[17]。

黑土旱田改水田后，水田土壤中脲酶和转化酶的活性高于旱田土壤，但脱氢酶的活性表现相反，即旱田土壤酶活性高于水田土壤酶活性，而淹水对过氧化氢酶和纤维素酶影响不大。土壤过氧化氢酶和脱氢酶均属氧化还原酶类，过氧化氢酶可分解有毒的过氧化氢，有效防止土壤及生物体在新陈代谢过程中产生的过氧化氢对生物体的毒害作用。脱氢酶能酶促有机物质脱氢，起着氢的中间转化传递作用，因此脱氢酶活性可作为微生物氧化还原系统的指标，很好地估计土壤中微生物的氧化能力，土壤肥力和施肥方式可直接影响土壤脱氢酶活性[18]。土壤脲酶、转化酶和纤维素酶均属于水解酶类，脲酶专一性地水解尿素为植物可利用的物质，从而提高土壤肥力[19]。先前研究结果表明，旱田改水田后微生物类群会受到影响[20]，微生物类群的改变反过来也会影响土壤酶的活性[21，22]。

此外，土壤酶活性的改变还受多方面因素的影响，如土壤理化性状与土壤酶活性紧密相关，土壤酸碱性直接影响着土壤酶参与生化反应的速度，有些酶促反应对pH变化非常敏感，有些反應在非常窄的pH范围进行[23]。相关性分析说明土壤的理化性质的改变能影响酶的活性，同时土壤酶之间可以相互作用。这在生产实际中要全面考量，以确定土壤质量的变化，为黑土可持续利用提供重要的参考。

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