均腐土典型剖面生物化学特征分异规律

焦峰，张新月，吴金花，周瑜樾，唐雷，吕淑敏

（黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）

土壤发生分类作为土壤分类的基础，一直在土壤科学研究中发挥着重要作用，但目前随着追求精准、定量的农业化要求，土壤发生分类逐渐显现了它的不足，因此，我国引进了美国的土壤系统分类，此分类体系是能使每一种土壤都能在此找到其位置的定量化土壤分类体系，而均腐土在此系统中是指具有均腐殖质特性和暗沃表层的土壤，且在黏化层上界至125 cm范围内和矿质土表至180 cm范围内以及矿质土表至石质或准石质接触面任意一最浅深度范围盐基饱和度≥50%或C/N≤17[1-5]。我们通常在土壤发生分类中看到的栗钙土、黑钙土、灰漠土、黑垆土等土壤类型均属于均腐土[6]。

均腐土作为黑龙江省主要的土壤类型，一直以来都以有机质含量丰富著称，而土壤酶活性是土壤生态系统的重要组成部分，且是众多生化过程的反映，同时土壤酶还是土壤学和生物学的重点研究热点之一。前人的研究表明，土壤的性状不仅对土壤的理化性质有改善作用，而且还能直接或间接的通过影响土壤微生物、土壤养分等影响土壤酶活性，但前人的分析均是对黑土进行研究[7-10]，虽然均腐土也称为广义的黑土，但是不能一概而论，同时不能客观的反映出均腐土质量的原始变化，且近年来，土壤学者对于均腐土的研究仅限于质量评价、土壤理化性质、问题等等[11-15]，而对于均腐土生物学性质是怎样的尚且未知。因此，基于前人的研究，对均腐土8个典型土系剖面土壤化学性质及土壤酶活性进行分析，来探讨均腐土原始状态下剖面土壤酶活性的变化规律，为均腐土区土壤酶活性提供基础资料及为揭示均腐土生物学定量化指标提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区土系概况

试验研究区位于黑龙江省境内，在均腐土广泛发育区内，选取8个采样区，分别为富裕县富裕牧场、大庆市八一农垦大学实习基地、讷河县同义镇保国村、明水县、嫩江县大西江农场畜牧一队、友谊县友谊农场二区五队、虎林市850农场第二管理区、密山市裴德镇，具体概况如表1、表2所示。黑龙江省位于中国的最北端，是我国均腐土发育较广的地区。目前，黑龙江省境内均腐土占地面积约为1615.15万hm2，采样区处于温带和寒温带的过渡地带，属于典型的大陆性中温带、寒温带季风气候区，春季低温干旱，夏季温热多雨，秋季易涝早霜，冬季寒冷漫长，无霜期短，气候地域性差异大。母质均为第三纪、第四纪冲积、洪积形成的黄土状母质，现均已开垦为耕地，主要种植玉米、大豆、小麦、谷子、杂粮等农作物。

表1 8个典型土系基本概况Table 1 Basic information of the 8 typical soil series

表2 均腐土土壤剖面描述Table 2 Isohumisols soil profile description

1.2 土壤样品的采集

于2018年5月在研究区确定8个土系的样点位置，采用5点法采集土壤样品。采样前先将土层表面的杂物去除，同时避开施肥点，再按照土壤发生层挖掘剖面，除去植物根系、石块等杂质后将每层土样混合，分两份分装，一份风干后过2 mm筛用于土壤化学性质的测定，一份直接放4℃冰箱保存用于土壤酶活性的测定。

1.3 土壤化学性质的测定

土壤化学性质的测定采用常规方法[16]：其中，有机碳采用重铬酸钾容量法测定；全氮采用凯式定氮法测定；全磷采用酸溶-钼锑抗比色法测定；全钾采用HF-硝酸混合消煮，原子吸收分光光度法测定；速效磷采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定；碳酸钙采用容量滴定法测定。

1.4 土壤酶活性的测定

土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性的测定按酶活试剂盒（上海优选生物科技有限公司）说明书提供的方法进行。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel2016整理后用SPSS21.0进行多重比较和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 均腐土土壤化学性质的变化

2.1.1 干润均腐土土壤化学性质的变化

从表3看出，干润均腐土土壤发生层内土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷含量的变化范围分别为1.3~25.3 g·kg-1、0~2.59 g·kg-1、0.180~0.672 g·kg-1、18.3~24.23 g·kg-1、0~33.76 mg·kg-1；其中，干润均腐土土壤养分除全钾外都存在表聚现象，即随着发生层深度的增加，土壤养分逐渐降低，总体来看，明水系腐殖质层有机碳和全氮含量均为最高，分别是25.3 g·kg-1、2.59 g·kg-1，说明明水系肥力较高，而全磷和速效磷含量均为保国系最高，分别为0.672 g·kg-1、33.76 mg·kg-1，说明保国系的磷含量较高，春雷南系的全钾含量在母质层最高，这归因于钾的固定性质；碳酸钙含量除富牧西系、保国系、明水系腐殖质层无钙积现象外，其余各层均具有钙积现象，且富牧西系的淋溶层钙积现象最显著。

表3 干润均腐土土壤养分和碳酸钙含量Table 3 Dry Isohumisols soil nutrients and CaCO3 content

2.1.2 湿润均腐土土壤化学性质的变化

从表4看出，湿润均腐土土壤发生层内土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷含量的变化范围分别为3.3~43.9 g·kg-1、0.46~3.62 g·kg-1、0.381~1.025 g·kg-1、16.7~23.7 g·kg-1、2.82~100.87 mg·kg-1；其中，湿润均腐土土壤养分除全钾和速效磷外都存在表聚现象，总体来看，大西江系腐殖质层有机碳和全氮含量均为最高，分别是43.9、3.62 g·kg-1，说明大西江系与干润均腐土的明水系和保国系相同，肥力均较高，也有可能与都属于中层黄土质黑钙土的本质属性有关，而速效磷含量表现为卫星农场系最高，为100.87 mg·kg-1；此外，除新发北系淋溶层有钙积现象外，其余土系各层均无钙积现象。综合分析，干润均腐土和湿润均腐土的化学性质均具有表聚现象，且整体表现为湿润均腐土高于干润均腐土。

表4 湿润均腐土土壤养分和碳酸钙含量Table 4 Moist Isohumisols soil nutrients and CaCO3 content

2.2 均腐土土壤酶活性的变化

表5为均腐土8个土系土壤酶活性的变化规律，结果表明，均腐土8个土系土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶分别在35.99~48.9 μg·mL-1、726.61~1949.80 μg·mL-1、16.67~30.11 mg·mL-1、2.18~8.55 μmol·mL-1之间变化，但不同的土系酶活性的变化存在差异，其中，过氧化氢酶活性保国系最高，为48.90 μg·mL-1，是最低值卫星农场系的2.64倍，且呈显著差异，富牧西系、明水系、大西江系、新发北系、裴德系均介于两者之间，分别为1.78倍、0.25倍、1.80倍、1.46倍、1.44倍；脲酶活性中明水系最高，为1949.80 μg·mL-1，最低为富牧西系409.58 μg·mL-1，且两者之前呈显著差异，其他土系均介于两者之间；蔗糖酶活性最高值大西江系为30.11 mg·mL-1，是最低值富牧西系的4.46倍，但8个土系差异均不显著；碱性磷酸酶活性明水系和湿润均腐土差异显著，其他均不显著。综合来看，明水系、保国系、大西江系的土壤酶活性均高于其他土系，且除大西江系外，土壤酶活性均表现为干润均腐土高于湿润均腐土。

表5 均腐土土壤酶活性Table 5 Isohumisols soil enzyme activity

2.3 土壤化学性质与土壤酶活性的相关分析

介于上述的研究结果显示随深度的增加土壤化学性质递减的规律，笔者仅对土壤发生层Ah层之间的关系做了相关分析（表6），结果表明，均腐土土壤蔗糖酶活性与有机碳、全氮、全磷间呈显著相关性（P＜0.05），而与全钾相关性不显著；土壤化学性质有机碳与全氮间呈显著相关性（P＜0.05）。这表明均腐土土系土壤酶与土壤化学性质及化学性质间是相互联系的，同时酶活性在一定程度上反映了土壤的肥力，可用来表征均腐土土壤性状、肥力高低及生物学指标。

表6 土壤化学性质与土壤酶活性的相关性Table 6 Correlations among soil chemical property and enzymes activity

3 讨论

研究表明，均腐土土壤化学性质与发生层有关，8个土系的化学性质均随着发生层的加深而降低，且土系间的变化差异较大。主要是两个方面的原因：一方面，随着发生层的增加，土壤容重、通气状况较差，微生物活动变弱、酶活性降低，从而导致土壤化学性质的降低[17]；另一方面，不同土系种植的作物不同，根系向土壤中释放的酶，植物残体能运用自身的腐解释放酶进入土壤，同时，也能通过土壤动物和微生物区系作用来影响酶活性，从而间接影响土壤的化学性质，不同土系土壤化学性质总体表现为除明水系的有机碳外，湿润均腐土高于干润均腐土；主要是由于水分情况所致，湿润均腐土的降雨量高，碳矿化速率升高，从而促进土壤养分的循环。速效磷是卫星农场系最高，这有可能是与当季种植作物的吸收能力有关；此外，均腐土土系的腐殖质层较厚，此层土壤中作物的根系分布较多，其分泌物及分解物也会对土壤酶活性产生影响。

土壤酶活性总体表现为干润均腐土高于湿润均腐土，除蔗糖酶活性外；这与前人的研究结果不一致，这有可能与不同土壤类型及不同生境有关，具体原因还有待进一步研究；而各土系土壤蔗糖酶活性无显著差异，这有可能与各土系都属于同一种土壤类型有关；干润均腐土中明水系的土壤肥力状况最好，富牧西系的土壤肥力状况较差，可能是由于明水系的降雨量较富牧西系强，水分增加影响微生物的活性和组成，导致土壤脲酶活性上升，且其他酶活性均呈现相同的变化。湿润均腐土中卫星农场系的土壤肥力状况最好，新发北系的土壤肥力状况较差，而土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶均未呈现相同的变化，可能的原因是种植作物种类群落的不同，导致土壤酶的季节动态不同，但这尚需进一步的研究。大西江系的土壤蔗糖酶和明水系的碱性磷酸酶在湿润均腐土和干润均腐土中均为最高，其可能是土系内温度状况及含水量大，覆盖物易分解，腐殖质层微生物频繁活动，加快了营养物质的循环，增加了土壤酶活性[18]。

蔗糖酶对土壤中易溶性营养物质的增加起着重要作用，土壤化学性质与土壤酶活性的相关分析表明，土壤蔗糖酶与有机碳、全氮、全磷有显著的相关性，且蔗糖酶活性能反映土壤养分的积累与转化规律，8个土系中蔗糖酶活性从高到低为：大西江系，保国系，新发北系，裴德系，卫星农场系，明水系，春雷南系，富牧西系。说明大西江系中养分的积累与分解转化快[19]，这与田幼华研究的湿润地区的土壤酶活性比干旱地区的酶活性高的结果类似[20]，但是他研究的是湿地土壤。同时土壤化学性质间全氮与有机碳呈显著相关性，间接说明土壤酶活性可以作为评价均腐土土壤性状的指标。

4 结论

通过对黑龙江均腐土8个土系典型剖面的研究，得出如下结论：土壤化学性质的变化强烈的受土壤类型的影响，且土壤化学性质随着发生层的加深，呈降低趋势，其中，湿润均腐土的养分含量高于干润均腐土。土壤4种酶活性的变化幅度较大，除土壤蔗糖酶外，其余酶类在明水系和保国系中活性最高，且总体表现为干润均腐土高于湿润均腐土；土壤蔗糖酶与土壤化学性质呈显著相关，且土壤有机碳与全氮显著相关，揭示这种酶在一定程度上可表示均腐土土壤的质量水平，同时，在中国土壤系统分类的研究中可将其作为划分均腐土的定量指标。