植被更替及植果年限对土壤有机质和酶活性的影响

摘要    土壤有机质及酶活性是反映植被更替对土壤质量作用与影响较为敏感的指标，对分析制约地区苹果产业可持续发展因素具有重要意义。在彬县果区土壤及地形条件与管理水平基本一致的条件下，以农田土壤（对照）与8年（幼龄）、21年（老龄）果园为研究对象，研究其0～40 cm土层深度内的有机质、过氧化氢酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性的变化趋势。结果表明，土壤有机质、脲酶和碱性磷酸酶活性随土层深度的增加而减少。在0～40 cm土层范围内，农田演替为果园，降低了土壤有机质含量、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性，增加了土壤脲酶活性。随着种植年限的增加，有机质含量在0～20 cm土层出现累积趋势，过氧化氢酶活性减少，而碱性磷酸酶和脲酶在剖面上呈现不同程度的递减趋势。因此，在0～40 cm土层植被更替及植果年限对土壤生物质量影响明显，可能会对果树生长产生影响。

关键词    土壤有机质;土壤酶活性;果园;植被更替;植果年限

中图分类号    S154.2;S661.1        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）19-0177-03                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）

Effect  of  Vegetation  Replacement  and  Planting  Years  on  Soil  Organic  Matter  and  Enzyme  Activity

SHI Zong-lin

（Department of Biology，Hengshui University，Hengshui Hebei 053000）

Abstract    Soil organic matter and enzyme activity are sensitive indexes to reflect the effect and influence of vegetation replacement on soil quality，which have great significance for analyzing the factors restricting the sustainable development of regional apple industry.The 0-40 cm soil depth in farmland （control），8-year-old（young） and 21-year-old（old） apple orchards in Bin County were collected，where the terrain condition and management level were under the same conditions，to study the change trend of the soil organic matter content and the activities of catalase，urease and alkaline phosphatase.The results showed that the soil organic matter content and the activities of urease and alkaline phosphatase decreased with the increasing of soil depth. Within the 0-40 cm soil depth，the farmland converting to orchard reduced the content of soil organic matter and activities of catalase and alkaline phosphatase，but increased the urease activities.With the increasing of planting years，the organic matter content in 0-20 cm soil depth showed a cumulative trend，and catalase activity decreased，while activities of alkaline phosphatase and urease showed a decreasing trend to different degrees in profile.Therefore，vegetation replacement and fruit planting years have obvious effects on soil biological quality in 0-40 cm soil depth，which may affect the growth of fruit trees.

Key words    soil organic matter;soil enzyme activity;orchard;vegetation replacement;planting year

土壤酶是一种生物活性物质，其具有催化能力，通过土壤中的微生物等活动分解释放到土壤中[1]，在有机物分解和养分循环过程中起着重要的生化作用[2]。通常一个土壤生态系统的功能可以通过分析土壤酶活性进行评价，以土壤酶活性分析预测土壤质量变化[3]，通过分析土壤质量变化既可以快速分析出土壤管理措施的优劣[4]和土地利用变化引起的土壤变化[5]，又可作为土壤质量的潜在指示因子[6-7]。土壤有机质是土壤中重要的组成成分，对果树的产量有着很大影响，对土壤结构的形成和土壤物理状况的改善起着决定性作用[8]。土壤有机质含量的高低体现了土壤生产力的水平，在提高土壤肥力和促进农业可持续发展等方面发挥着重要作用[9]。

目前，国内有关果园土壤酶活性的研究较为丰富，但大多集中在不同施肥[10]、耕作[11-13]及覆盖措施[14-15]等方面，植果期间果园土壤酶活性变化特征等方面研究罕见报道。我国的苹果主产区渭北旱源的传统土壤管理方式使该地区土壤结构遭到破坏[10]，水分蒸发严重，土壤肥力大量流失，导致该地区苹果产业发展遇到严重的瓶颈[13]。同时，由于果园系统的特殊性，为了维持水果的产量，势必大量投入化肥、农药，进而导致土壤质量恶化[16]。因此，研究果园土壤酶等变化，可以有利于保持土壤质量，最终促进果业可持续发展。

通过研究不同园龄果园土壤剖面上土壤有机质及酶活性的变异，分析土壤酶活性和土壤有机质之间的变化规律，评判当前果园管理措施下果园的土壤肥力变化和土壤质量的变化，最终为果业生产和提高果园土壤肥力提供一定的理论指导。

1    材料与方法

1.1    试验地概况

试验地在陕西省渭北苹果主产区彬县。该县位于咸阳市西北部，地处东经107°49′～108°22′、北纬34°51′～35°17′之间，属渭北旱塬塬梁沟壑区，为典型的大陆性暖温带半干旱气候。该地区平均海拔约为1 108 m，无霜期较短，仅180 d，年降雨量较少，年平均降水量仅为579 mm，昼夜温差较大，土壤多为黑垆土，土壤腐殖质层多超过1 m。由于该地区的气候土壤特点适宜苹果种植，是渭北旱塬地区的典型代表。

1.2    采样及分析方法

试验于2014年5月在彬县植果历史相对较长的新民镇进行，在采集土样前对果园的果树品种、种植密度、施肥量果园面积等基本情况进行调查。分别选择相同自然生态条件的8年、21年的苹果园（树种为红富士，生长健康，树势中等）作为研究对象，每个园龄各选2个果园作为试验重复，并在当地选择土壤條件相似的农田为对照。用土钻分别按10 cm间距在各果园树冠投影面距树干2/3处，按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm的间距依次逐层用土钻采取土壤剖面样品，并按照田间农化样品采样的基本原则，把同一个果园内的3株果树下所采集的土样混匀，带回实验室风干、磨细，备用。土壤有机质测定过0.25 mm筛，土壤酶活性测定过1 mm筛。

1.3    测定项目与方法

土壤有机质的测定采用重铬酸钾外加热法[17]。土壤酶活性的测定采用关松荫的方法[1]，即脲酶用靛酚蓝比色法，以NH3-N mg/g土表示（24 h）;碱性磷酸酶用磷酸苯二钠比色法，以酚mg/g土表示（24 h）;过氧化氢酶用KMnO4滴定法，以0.02 mol/L KMnO4 mL/g土表示。

1.4    数据处理

试验相关数据采用Excel 2007和SAS软件进行处理及统计分析。

2    结果与分析

2.1    植被更替及植果年限对果园土壤有机质的影响

有机质是土壤养分的重要来源，其含量多少是衡量土壤肥力高低的重要指标。土壤中有机质含量的消长情况取决于有机物的投入与土壤条件与环境条件的变化。一般情况下，果园土壤因翻耕而产生的扰动次数少于农田，有利于有机质累积[16]。受黑垆土发育历史进程及特征的影响，无论农田还是果园，0～40 cm范围内土壤有机质含量均随土层深度增加而递减（表1），表层土壤受现代培肥影响，有机质含量相对较高。

农田与果园相比，农田土壤有机质含量显著高于果园土壤（P<0.05），这与刘梦云等[18]和Shi等[19]的研究结果一致，表明植被更替导致土壤有机质含量减少。这是因为土地利用方式的改变引起有机碳输入量及土壤中有机碳周转速率的变化，且与农田、果园的施肥方式和管理措施有关。为了预防果园病虫害的发生，每年实行清园，即将果树的落叶、残枝以及果袋等有机物料予以清除，人为地减少了果园有机质的输入量[19]。随着植果年限的增加，表层0～20 cm土壤有机质含量呈增加趋势，而20～40 cm土层的有机质含量反而减少，且均未达到显著水平，说明植果期间土壤质量在不同土层呈现不同的变化趋势。

2.2    植被更替及植果年限对果园土壤过氧化氢酶活性的影响

过氧化氢酶是土壤抗氧化能力的一个重要评价指标，其高低可以代表土壤的解毒能力[1]。由表1可以看出，土层深度与农田土壤过氧化氢酶活性成负相关关系;而8年果园土壤过氧化氢酶活性与土层深度的关系表现为减—增的变化趋势，即随着土壤深度增加先减少然后又增加;21年果园土壤过氧化氢酶活性呈现增—减—增的变化趋势。与农田土壤相比，0～30 cm土层果园土壤过氧化氢酶活性呈现下降趋势。随着植果年限的增加，表层0～10 cm土层过氧化氢酶活性显著降低，而30～40 cm土层略微增加，在其他2个土层没有变化。说明植果年限对过氧化氢酶的影响仅表现在0～10 cm土层。

2.3    植被更替及植果年限对果园土壤脲酶活性的影响

土壤供氮水平可以通过分析土壤脲酶活性来进行评价[20]，土壤脲酶的活性受氮肥的施用量、施用深度和施用年限等方面影响。由表1可以看出，农田和果园土壤脲酶活性均随着土层深度加深而显著下降（P<0.05）。与农田土壤相比，0～10 cm土层果园土壤脲酶活性下降，而在10～40 cm土层，果园土壤脲酶活性均高于农田土壤，且在10～30 cm土层达到显著水平。随着植果年限的增加，脲酶活性在10～20 cm土层略有增加，而在20～30 cm土层显著下降，在其他土层几乎没有变化。

2.4    植被更替及植果年限对果园土壤碱性磷酸酶活性的影响

在石灰性土壤中碱性磷酸酶是一类催化土壤中有机磷化合物转化的生物酶，可加速有机磷的释放速度[21]，其活性高低直接反映土壤有机磷的分解转化状况和生物有效性。由表1可以看出，农田土壤碱性磷酸酶活性随着土层深度的增加呈现先增加后减少的变化趋势，且各土层间差异均未达显著水平。而果园土壤碱性磷酸酶活性均随土层深度的增加而递减，各土层间差异达显著水平（P<0.05）。与农田土壤相比，各土层果园土壤过氧化氢酶活性均低于农田土壤，这与Shi等[19]研究结果一致。随着种植年限的增加，除表层外，其他土层碱性磷酸酶活性均表现为8年果园>21年果园，这是因为幼龄果园挂果少，磷肥投入不足，而果树对磷的需求主要依据对土壤有机磷和残留无机磷的转化而获得，故土壤碱性磷酸酶活性相对较高。

3    结论

（1）本研究得出，土壤有机质含量随土层深度的增加而降低。由农田改建为果园后，土壤有机质含量低于农田土壤。随着植果年限的增加，表层有机质含量缓慢增加，20～40 cm土层递减，果园土壤质量在不同土层呈现不同的变化趋势。也进一步说明果园土壤有机质输入量不够，仅依靠果树根系分泌物，有机质累积速率极为缓慢。在今后应加大果园有机物料的投入，改善果园土壤肥力质量。

（2）0～30 cm土层农田土壤过氧化氢酶活性高于果园土壤，随着植果年限的增加，0～10 cm过氧化氢酶活性显著降低。脲酶活性随土层深度的增加而递减，0～10 cm土层脲酶活性显著高于其他土层，农田土壤脲酶活性低于果园土壤。碱性磷酸酶活性随土层深度增加而递减，农田土壤碱性磷酸酶活性高于果园土壤。

4    参考文献

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