喀斯特湿地转变为农用地对土壤有机硫形态及芳基硫酸酯酶活性的影响

陈运霜，沈育伊，曹 杨，王紫卉，徐广平，孙英杰，黄科朝，滕秋梅，毛馨月

（1 广西师范大学生命科学学院 / 广西漓江流域景观资源保育与可持续利用重点实验室，广西桂林 541006；2 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所 / 广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室，广西桂林 541006；3 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所 / 广西植物功能物质与资源持续利用重点实验室，广西桂林 541006；4 桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541006）

硫是自然界重要的营养元素之一，在植物生长发育及代谢过程中扮演着重要角色[1]。湿地是碳、氮、硫等元素的源、汇或转换器[2]，土壤是硫生物地球化学过程的重要载体。硫对湿地系统结构、功能和生产力起着关键作用，硫有助于维持湿地生态环境的健康发展[3]，土地利用方式转变会影响储存在湿地土壤中的硫组分动态，从而成为影响全球气候变化的重要因素之一[4]。湿地土地利用方式变化会导致植被覆盖和土壤氧化还原条件发生变化，影响土壤水分状况、pH、容重等理化性质以及土壤微生物群落的动态变化，进而驱动土壤硫形态的转换过程[5]。

研究表明，在黄河三角洲湿地，湿地转变为其他土地利用方式后在短时间内会引起土壤硫组分的流失[6]。李新华等[7]在三江平原湿地的研究发现，土壤全硫的变化与土地利用方式密切相关，湿地围垦造田会降低土壤全硫含量，导致土壤肥力下降。袁彦婷等[8]的研究表明，红树林沉积物中的全硫含量普遍高于当地光滩、鱼塘和农田土壤，湿地转变为其他土地利用方式加剧了土壤硫的流失。Zhang 等[9]研究表明，美国佛罗里达州淡水沼泽转变为甘蔗地，使得土壤全硫含量显著减少。湿地转变为其他土地利用方式是影响湿地土壤硫组分特征的重要因素，但具体表现为硫素含量增加还是减少，结论不尽相同，还有待深入研究[10]。Cooper[11]研究指出：20 种土壤中芳基硫酸酯酶活性与土壤有机硫量呈显著正相关。土壤芳基硫酸酯酶是参与土壤硫循环的重要酶类，能将土壤中的有机硫分解为可被植物直接吸收利用的无机硫酸盐，是反映土壤质量的一个重要生物学指标[12]。因此，研究湿地转变为农用地对土壤不同形态有机硫含量及芳基硫酸酯酶活性的影响，对丰富硫营养元素生物化学循环的研究和湿地环境保护均具有重要意义。

目前，国内湿地转变为农用地后，土壤硫的相关研究区域主要集中在黄河口滨海湿地[6]、闽江河口湿地[13]、三江平原沼泽[7,14]等，对于人类活动干扰较大的喀斯特湿地，土壤硫的研究较为薄弱[5]。受水热条件的影响，不同类型的湿地，土壤硫含量及不同形态有机硫含量的响应特征存在差异[5]。桂林会仙喀斯特湿地被誉为“漓江之肾”，是中国南方典型的喀斯特湿地之一，也是响应全球变化和人类活动较为敏感的生态系统[15]。由于受到人类活动的干扰，会仙喀斯特湿地部分被开垦为农田、鱼塘养殖等土地利用方式，湿地生态系统受到了一定的胁迫[15-16]。土地利用改变了会仙喀斯特湿地土壤的养分、微生物生物量、酶活性以及真菌群落结构等[15-17]，但湿地转变为农用地后不同土地利用方式下土壤有机硫形态的研究还未见报道。本研究拟解决的科学问题为：1) 喀斯特湿地土壤全硫、有机硫形态和硫循环相关的芳基硫酸酯酶活性在不同土地利用方式下的变化特征是什么？2) 喀斯特湿地土壤有机硫形态含量的关键影响因素是什么？因此，以桂林会仙典型喀斯特天然沼泽湿地及由其转变而来的5 种土地利用方式(水稻田、旱地、果园、养殖地和弃耕地)为研究对象，通过分析土壤中全硫、有机硫形态含量以及土壤芳基硫酸酯酶活性，明确受人为干扰后喀斯特湿地土壤有机硫形态和芳基硫酸酯酶活性的响应特征及其影响因素，为南方典型喀斯特湿地土地合理规划、养分循环利用及可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

会仙喀斯特湿地位于桂林市临桂县会仙镇，东至雁山区，西至四塘乡，地理坐标为北纬 25°01′30″～25°11′15″，东经 110°08′15″～110°18′00″，海拔150～160 m，总面积约120 km2，是以草本沼泽为主的岩溶湿地，是国内为数不多的中低海拔大型岩溶湿地之一，现已规划为我国最大的喀斯特湿地公园。该区属亚热带季风气候区，年均气温 16.5℃～20.5℃，极高温度达38.80℃，极低温度为-3.30℃，年均降雨量为 1890.4 mm。降雨时空分布不均，多集中在每年的3—8 月，形成了春夏雨多而集中，秋冬少雨干旱的特点。土壤以红黄壤和红壤为主，集中分布于洼地、平原和缓坡，山区土壤层薄甚至基岩裸露。湿地植被以挺水植被和沉水植被为主，植物种类较多，且生长茂盛，盖度常可达 80%～95%，主要建群种有芦苇(Phragmitescommunis)、华克拉莎(Cladiumchinense)、五刺金鱼藻(Ceratophyllum demersumvaroryzelorum)等[17]。

1.2 样品采集

2021 年9 月，在野外调查的基础上，选择桂林会仙喀斯特沼泽湿地(自然恢复约51 年，W) 为对照，并由其开垦后转变而来的5 种土地利用方式，即稻田(开垦约28 年，种植水稻，PF)、旱地(开垦约28 年，种植黄豆，蔬菜等，U)、果园(开垦约18年，种植桑树和柑橘，O)、池塘养殖地(开垦约23年，BL)和弃耕地(开垦约13 年，AL)为研究对象，在各土地利用方式分别设置3 块面积为40 m×40 m，直线距离在100 m 以上的样地作为3 个重复，按照“S”形方法分别在每块样地中选取5 个代表性样点，按0—10、10—20、20—30 和30—40 cm 层次，用土壤取样器(直径5 cm)分层取土，同层土壤混匀为1 个土样。将采集的土壤样品装在无菌自封袋中，迅速置于密封冰袋容器中冷藏后带回实验室于4℃冰箱中保存，然后分2 份处理(1 份鲜样，1份风干样)。鲜样用于土壤芳基硫酸酯酶活性等分析；剩余样品常规处理，过2 mm 筛后装密封瓶保存，用于分析土壤硫组分含量及其土壤理化性质等。

1.3 测定方法

土壤样品风干后过0.178 mm 筛，采用Vario MAC-RO cube 型元素分析仪(德国Elmentar 公司)测定土壤全硫(TS)[6]含量；采用连续浸提—硫酸钡比浊法[18]，双光束紫外可见光分光光度计 (TU-1901，北京普析通用仪器有限责任公司）测定无机硫(水溶性硫、吸附性硫、盐酸可溶性硫、盐酸挥发性硫)含量。土壤有机硫(OS)为全硫减去无机硫(IS) 计算得到[14]。酯键硫(C-O-S) 采用氢碘酸(HI、HCOOH、H3PO2混合液比例4∶1∶2)还原法测定，酯键硫(CO-S)为氢碘酸还原硫和无机硫的差值(酯键硫= HI 还原硫-无机硫)，碳键硫(C-S)采用Raney-Ni 还原法测定(碳键硫=Raney-Ni 还原硫)，未知态硫(UOS)=全硫-(HI 还原硫+碳键硫)，氢碘酸还原硫(HIS)采用氢碘酸、次亚磷酸和甲酸混合物还原亚甲基蓝比色法测定[18-19]。土壤全硫储量(TSR)=10TS×D×h，其中TS (g/kg) 为全硫质量比，D为土壤容重(g/cm3)，h为实际土层深度 (cm)。

土壤pH 数据野外用 IQ-150 原位pH 计(IQ Inc，USA)测定。土壤有机碳(SOC)采用(TOC) 仪(岛津5000A，日本)测定。全氮(TN)通过德国Vario ELIII元素分析仪测定。采用环刀法，带回实验室烘干称重后计算土壤含水量(SWC)，全铁(TFe)和全锰(TMn)含量采用高温电炉灰化—王水消煮—盐酸提取—原子吸收分光光度法测定。土壤芳基硫酸酯酶活性参考Tabatabai[20]的方法测定，以单位时间单位质量土壤释放的p-NP 的量表示。

1.4 数据分析

通过Origin 2021 进行图表的制作，SPSS 22.0 软件进行数据的统计分析。采用单因素方差分析，比较不同土地利用方式土壤理化性质、有机硫和全硫含量以及土壤芳基硫酸酯酶活性差异，设定显著性水平为α= 0.05。统计检验使用Duncan’s 检验，数据未符合正态分布的条件下使用Dunnett’s T3 检验。分析土壤有机硫形态组分与理化性质以及芳基硫酸酯酶活性之间的相关性，通过Bartlett 的球形度检验数据之间相关性的可靠性。

2 结果与分析

2.1 会仙喀斯特湿地不同土地利用方式土壤理化性质的变化特征

由表1 可知，土壤理化性质在不同土地利用方式及土层间均存在显著差异(P＜0.05)。在同一土地利用方式中，0—40 cm 土层的土壤有机碳、全氮、含水量、全铁以及全锰含量大体上随土层深度增加而减小，而pH 呈现逐渐增大的趋势。不同土地利用方式下，0—10 cm 土层有机碳含量表现为：湿地＞水稻田＞果园＞旱地＞养殖地＞弃耕地；10—40 cm 各土层有机碳和pH 平均值均表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞果园＞养殖地＞弃耕地。0—40 cm 各土层全氮含量表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园＞弃耕地。0—30 cm 各土层土壤含水量表现为：湿地＞水稻田＞养殖地＞果园＞旱地＞弃耕地，30—40 cm 土层则表现为：湿地＞水稻田＞养殖地＞旱地＞果园＞弃耕地。0—20 和30—40 cm 土层的全铁以及0—40 cm 土层的全锰均表现为：水稻田＞旱地＞养殖地＞果园＞湿地＞弃耕地；20—30 cm 土层的全铁表现为：水稻田＞旱地＞果园＞养殖地＞弃耕地＞湿地。

表1 不同土地利用方式下土壤理化性质的变化特征Table 1 Change characteristics of soil physical and chemical properties under different land use types

2.2 会仙喀斯特湿地不同土地利用方式土壤有机硫形态的变化特征

由图1 可知，土壤酯键硫、碳键硫以及残渣态硫含量在湿地和其他4 种土地利用方式(水稻田、旱地、果园和养殖地)中整体均随土层深度增加呈现下降的趋势，而弃耕地呈现为随土层深度的增加而有所增加。在0—10 cm 土层中，土壤中酯键硫和碳键硫含量均表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园＞弃耕地；残渣态硫含量表现为：湿地＞养殖地＞旱地＞水稻田＞果园＞弃耕地。在10—20 cm 土层中，各土地利用方式酯键硫和碳键硫含量和0—10 cm 土层的变化趋势一致，残渣态硫含量表现为：湿地＞水稻田＞养殖地＞旱地＞果园＞弃耕地。在20—30 cm 土层中，酯键硫含量表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞弃耕地＞养殖地＞果园；碳键硫含量表现为：湿地＞水稻田＞弃耕地＞旱地＞养殖地＞果园；残渣态硫含量表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞弃耕地＞果园＞养殖地。在30—40 cm 土层中，酯键硫含量表现为：湿地＞水稻田＞弃耕地＞旱地＞养殖地＞果园；碳键硫含量表现为：湿地＞弃耕地＞水稻田＞养殖地＞旱地＞果园；残渣态硫含量表现为：湿地＞弃耕地＞水稻田＞旱地＞果园＞养殖地。

图1 不同土地利用方式各形态有机硫含量分布Fig.1 Distribution of different forms of organic sulfur under different land use types

与沼泽湿地相比，其他5 种土地利用方式的酯键硫、碳键硫以及残渣态硫含量显著降低，在水稻田土壤中的降幅分别为29.20%～47.34%、16.31%～33.40%和42.84%～63.75%，在旱地土壤中的降幅分别为51.33%～63.12%、19.79%～61.82%和55.31%～69.71%，在果园土壤中的降幅分别为59.41%～84.66%、45.65%～80.73%和69.53%～86.43%，在养殖地土壤中的降幅分别为54.16%～82.03%、33.67%～69.77%和54.92%～87.98%，在弃耕地土壤中的降幅分别为47.38%～89.78%、18.66%～82.36% 和54.62%～91.68%，尤其在0—30 cm 土层间差异显著(P＜0.05)。

由不同土地利用方式下土壤有机硫形态组分在有机硫中所占的比例(表2)可知，碳键硫占有机硫的比例为39.08%～63.54%，酯键硫占有机硫的比例为22.91%～34.28%，残渣态硫占有机硫的比例为13.55%～28.46%，表明碳键硫是土壤有机硫组分的主要形态，其次是酯键硫和残渣态硫。各有机硫形态的比例在0—40 cm 土层中的平均值，酯键硫占有机硫的比例表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞弃耕地＞果园＞养殖地，碳键硫占有机硫的比例表现为：养殖地＞果园＞弃耕地＞水稻田＞旱地＞湿地，残渣态硫占有机硫的比例表现为：湿地＞旱地＞弃耕地＞果园＞水稻田＞养殖地。说明沼泽湿地转变为其他土地利用方式后，改变了湿地土壤有机硫形态占有机硫的比例关系，分别降低了酯键硫和残渣态硫占有机硫的比例，增加了碳键硫占有机硫的比例。

表2 不同土地利用方式下各有机硫形态在有机硫中的比例 (%)Table 2 Proportions of soil organic sulfur forms in total organic sulfur under different land use types

2.3 会仙喀斯特湿地不同土地利用方式土壤有机硫和全硫含量的分布

从图2 可以看出，除弃耕地外，湿地以及其他4 种土地利用方式土壤有机硫和全硫含量随土层深度的增加而降低，并且在各土层间均表现出显著差异(P＜0.05)。会仙湿地土壤有机硫含量范围在158.41～442.18 mg/kg，湿地的全硫含量范围在180.22～510.83 mg/kg。0—40 cm 土层不同土地利用方式土壤全硫含量的平均值大小表现为：湿地(345.53 mg/kg)＞水稻田(222.87 mg/kg)＞旱地(177.03 mg/kg)＞养殖地(146.28 mg/kg)＞果园(114.67 mg/kg)＞弃耕地(98.06 mg/kg)。

图2 不同土地利用方式土壤有机硫和全硫含量的分布Fig.2 Distribution of soil organic l sulfur and total sulfur content under different land use types

在0—10 和10—20 cm 土层中，不同土地利用方式土壤有机硫和全硫含量均表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园＞弃耕地，各土地利用方式之间存在显著差异(P＜0.05)；20—30 cm 土层中，有机硫含量表现为：湿地＞水稻田＞弃耕地＞旱地＞养殖地＞果园，除旱地和弃耕地间差异不显著(P＞0.05) 之外，其他处理间差异显著(P＜0.05)；30—40 cm 土层中，有机硫和全硫含量表现为：湿地＞弃耕地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园，除水稻田与弃耕地、旱地间差异不显著之外，其他处理间均差异显著(P＜0.05)。总体上，不同土地利用方式土壤有机硫和全硫含量的变化特征表现一致，说明土壤有机硫和全硫含量之间关系密切。

2.4 会仙喀斯特湿地不同土地利用方式土壤全硫储量和芳基硫酸酯酶活性的分布

由图3 可知，与沼泽湿地相比，其他5 种土地利用方式的土壤全硫储量在0—40 cm 各土层中均显著降低(P＜0.05)。随土层深度增加，除弃耕地的土壤全硫储量略增加外，湿地以及其他4 种土地利用方式均降低。在0—10 cm 土层，全硫储量表现为：湿地＞旱地＞水稻田＞养殖地＞果园＞弃耕地，除旱地和水稻田外，其他土地利用方式间差异显著(P＜0.05)；在10—20 cm 土层，全硫储量表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园＞弃耕地，各土地利用方式间差异显著(P＜0.05)；在20—30 cm 土层，全硫储量表现为：湿地＞水稻田＞弃耕地＞旱地＞养殖地＞果园，除果园和养殖地外(P＞0.05)，其他土地利用方式间差异显著(P＜0.05)；在30—40 cm 土层，全硫储量表现为：湿地＞弃耕地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园。

图3 不同土地利用方式土壤全硫储量的分布Fig.3 Distribution of soil total sulfur stocks under different land use types

由图4 可以看出，在0—40 cm 土层中，不同土地利用方式的土壤芳基硫酸酯酶活性均随土层深度的增加而减小。天然沼泽湿地土壤中的芳基硫酸酯酶活性显著高于垦殖后的其他土地利用方式(P＜0.05)。不同土地利用方式土壤芳基硫酸酯酶活性的变化范围为12.47～125.25 µg/(g·h)。在同一土层不同土地利用方式中，各土层的土壤芳基硫酸酯酶活性均表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园＞弃耕地，不同土地利用方式之间存在显著差异(P＜0.05)。

图4 不同土地利用方式土壤芳基硫酸酯酶活性的分布Fig.4 Distribution of arylsulphatase activities under different land use types

从不同土地利用方式下0—40 cm 土层土壤芳基硫酸酯酶活性及相对于沼泽湿地的变化差异(表3)可以看出，其他5 种土地利用方式的土壤芳基硫酸酯酶活性都有所减小，水稻田、旱地、果园、养殖地和弃耕地降幅分别为18.19%、27.48%、39.72%、33.81% 和51.77%。表明天然沼泽湿地垦殖为其他土地利用方式对于土壤芳基硫酸酯酶活性有很大的影响，相对而言，垦殖为水稻田对土壤芳基硫酸酯酶活性的影响较小，而对弃耕地中土壤芳基硫酸酯酶活性的影响较大。

表3 不同土地利用方式下土壤芳基硫酸酯酶活性及相对于沼泽湿地的变化量[µg/(g·h)]Table 3 Arylsulphatase activities under different land use types and their variations relative to the marsh wetland

2.5 会仙喀斯特湿地不同形态有机硫含量与土壤理化性质间的相关分析

不同土地利用方式下土壤各形态有机硫与土壤理化性质间的相关分析结果(表4) 显示，沼泽湿地、水稻田、旱地、果园、养殖地的酯键硫、碳键硫以及残渣态硫含量分别与土壤有机碳、全氮、含水量、全铁、全锰和土壤芳基硫酸酯酶呈极显著正相关(P＜0.01)；湿地的酯键硫以及湿地、水稻田的残渣态硫分别与pH 呈显著负相关(P＜0.05)；湿地、水稻田、旱地的碳键硫以及旱地的酯键硫与pH 相关性不显著；果园、养殖地的酯键硫、碳键硫以及残渣态硫含量分别与pH 呈极显著负相关(P＜0.01)；对于弃耕地，酯键硫、碳键硫分别与pH 呈极显著正相关(P＜0.01)，与土壤含水量、全铁、全锰和土壤芳基硫酸酯酶呈极显著负相关(P＜0.01)，酯键硫与土壤有机碳呈显著负相关(P＜0.05)，与全氮相关性不显著，碳键硫与土壤有机碳和全氮均呈极显著负相关(P＜0.01)，残渣态硫与土壤全锰呈显著负相关(P＜0.05)，与土壤有机碳、全氮、含水量、全铁以及土壤芳基硫酸酯酶相关性不显著。

表4 不同土地利用方式有机硫形态与土壤理化性质间的相关分析(r)Table 4 Pearson correlation analysis between organic sulfur forms and soil physical-chemical properties under different land use types

对不同土地利用方式下土壤各形态有机硫和土壤理化性质进行主成分分析(图5)。PC1 轴、PC2 轴的解释量分别为74.8%和16.4%，累计解释的土壤有机硫组分和土壤理化性质的信息量为91.2%。PC1 轴与C-S、C-O-S、UO-S、土壤芳基硫酸酯酶、SWC、SOC、全氮呈现正相关；PC2 轴与TFe、TMn 呈现正相关关系，与pH 呈现负相关关系。其中，C-O-S、C-S、UO-S 与土壤芳基硫酸酯酶、SWC、SOC、全氮的夹角较小，表现出较强的相关关系，并且土壤有机硫组分与SOC、全氮、SWC、土壤芳基硫酸酯酶的相关系数较大，说明土壤芳基硫酸酯酶、SWC、SOC、全氮是影响不同土地利用方式有机硫形态组分的主要因素。此外，湿地与弃耕地、养殖地、果园等其他土地利用方式间的样本差异大，各土地利用方式在PC1 轴上由正相关转变为负相关，说明土壤各形态有机硫含量很大程度上受土地利用方式的影响。

图5 不同土地利用方式各形态有机硫与土壤理化性质间的主成分分析Fig.5 Principal component analysis of different organic sulfur forms and soil physical-chemical properties under different land uses

3 讨论

3.1 会仙喀斯特湿地与国内湿地全硫含量研究对比

与国内相关研究对比可知，会仙喀斯特沼泽湿地土壤的全硫含量在我国整体处于较低水平，其平均值明显低于鄱阳湖湿地、三江平原湿地、黄河三角洲湿地以及吉林西部的向海湿地(表5)[21-23]。会仙湿地全硫含量较低的原因可能是：一方面，会仙湿地自20 世纪90 年代开始逐渐被开垦为耕地和鱼塘等，长期的人类活动可能导致湿地有机质输入量的减少，影响了土壤中有机硫的矿化[24]；另一方面，会仙湿地土壤母质主要是喀斯特石灰岩风化物，成土条件较差，并且喀斯特地区土壤中钙镁离子富集，容易与硫元素结合形成硫化物沉淀，故而湿地土壤全硫含量较低[25]。另外，滨海湿地主要分布在沿海岸的过渡带，受到海水潮汐变化影响，并且沿海湿地土壤对海水中存在的大量硫酸盐(SO42-)吸附能力较高，进而成为导致滨海湿地与内陆湿地土壤全硫差异较为明显的主要原因之一[26]。已有研究表明，世界土壤全硫含量的变化范围在30～10000 mg/kg，平均值约为700 mg/kg[14]。据统计，中国南方10 省耕作层土壤全硫平均值为299 mg/kg[27]。会仙喀斯特湿地0—40 cm 土层全硫含量平均值为346 mg/kg，低于世界全硫含量均值，略高于我国南方10 省耕作层土壤全硫平均值。同时表明会仙喀斯特湿地转变为其他土地利用方式后，土壤全硫含量平均值为98.06～222.87 mg/kg，加之农用地由于外源硫输入的减少、土壤硫素流失等原因，土壤表现出潜在的缺硫趋势。

表5 不同研究地区土壤全硫含量对比(mg/kg)Table 5 Comparison of soil total sulfur in different study areas

3.2 不同土地利用方式对土壤有机硫和全硫含量的影响

本研究中，除弃耕地外，湿地以及其他4 种土地利用方式土壤有机硫和全硫均随土层深度增加呈现降低趋势，说明全硫和有机硫含量主要富集在土壤表层。弃耕地土壤表层全硫和有机硫略低于底层，这可能与弃耕地土壤中有机硫的淋溶迁移有关[28]。Zhu 等[29]研究表明，湿地在厌氧条件下土壤硫素通常以硫化物的形式存在，但在好氧环境下硫大部分会被氧化成硫酸盐，硫酸盐通常比硫化物更容易发生溶解。会仙湿地垦殖后转化为弃耕地，土壤的氧化还原条件发生变化，由于降雨以及地表径流等影响，可能会导致硫酸盐通过淋溶作用向下迁移并积累在土壤深层，从而影响土壤中硫素含量的分布。会仙沼泽湿地0—40 cm 土层的全硫含量显著高于垦殖后的其他5 种土地利用方式，这是由于不同土地利用方式下土壤有机质含量、土壤水热条件以及人为管理方式存在差异，天然沼泽湿地受到人为活动干扰较少，且其土壤植被覆盖较好，植物的枯枝落叶残体等主要积累在土壤表层，土壤有机质含量高，经过土壤微生物分解转化重新归还于土壤，其中元素硫全部归还到土壤中；同时沼泽存在地表积水，部分水储蓄于泥炭层和植被草根层中，泥炭层和草根层具有较大的持水性能，有利于减缓土壤全硫的流失；而会仙沼泽湿地开垦为水稻田、旱地、果园等农用地后，随着高产作物的推广种植，少硫和无硫的高浓度化肥的应用，大气硫沉降的减少，含硫农药用量以及秸秆还田量的降低，导致农用地土壤硫的归还量有减无增。且农作物收获后土壤有机质的输出量大于输入量，土壤的pH 降低，农用地存在一定的水土流失现象，其携带硫易流失，因此土壤中全硫含量趋于下降。可见，对于水稻田、旱地、果园等农用地，适当的施用硫肥，来补充和改善土壤硫素含量也很有必要。李瑞利等[30]对三江平原湿地养分累积的研究表明，沼泽湿地长期积水，地表以还原性环境为主，有利于硫化物的形成和积累，全硫含量在湿地土壤中较高，本研究结果与其类似。对于水稻田而言，前期灌溉促进水稻幼苗生长，淹水条件下有利于微生物还原单质硫转化成有机硫，但成熟期进行排水晾田，土壤处于富氧环境，并且水稻田的生物量增加，使农作物对土壤硫的需求量增加，由于硫肥的供应不足，有机硫矿化分解，减少了土壤中有机硫的含量[31]。

土壤有机硫通过矿化作用为植物生长提供稳定的硫源，尤其是对于土壤中无机硫含量较低的地区更加重要。刘崇群等[32]对我国南方土壤硫的研究结果表明，南方地区土壤中的硫素主要以有机硫为主，而在北方地区无机硫在全硫含量中占比较高。Kour等[33]对土壤硫素有效性的研究结果表明，印度农业耕地土壤有机硫含量的平均值为225.10 mg/kg，其占全硫含量的主要部分。本研究中，湿地土壤中有机硫占全硫含量的86.60%～87.90%，是土壤中硫素的主要形态，与上述研究报道的结果相似。Norman 等[34]对森林土壤的研究表明，碳键硫是有机硫矿化的重要来源，碳键硫需要先转化为酯键硫而后才能被矿化形成无机SO42-，碳键硫通过间接作用为植物供给可利用的硫素。李书田等[35]研究表明，酯键硫、碳键硫以及残渣态硫对于植物都是有效的，在短期矿化过程中酯键硫易矿化分解而被植物吸收，而碳键硫较稳定，对于长期的矿化过程更重要。

土壤有机硫可分为酯键硫、碳键硫和残渣态硫3 种形态，酯键硫主要存在于土壤胡敏酸中，是有机硫中相对比较活跃的部分，容易被HI 还原为无机SO42-形态而被植物吸收利用；碳键硫是一类不被HI 还原，但能被Raney-Ni 还原剂还原的低分子量含硫氨基酸(如胱氨酸和蛋氨酸)，主要存在于土壤富里酸中，易于矿化分解，也较易为植物利用；剩余的含硫有机化合物既不被HI 也不被Raney-Ni 还原，且难以被作物利用，这一类硫归为残渣态硫[36]。本研究中，各形态有机硫含量均随土层深度的增加而降低，并且碳键硫在有机硫中占比最高，酯键硫次之，残渣态硫最低，表明碳键硫是有机硫形态的重要组成部分，这与Tanikawa 等[37]的研究结果相一致。类似的是，Mansfeldt 等[38]研究发现，德国北部沼泽湿地土壤中碳键硫所占比例要高于酯键硫。李新华等[39]在三江平原小叶章湿地的研究也发现，碳键硫在有机硫形态中占主导地位，土壤酯键硫、碳键硫含量均随土层深度增加趋于减小。不同的是，在太湖地区土壤有机硫中以酯键硫为主，一般占土壤全硫的40%～70%[40]。马殿叶等[41]对不同施肥处理下土壤全硫和有机硫含量的研究认为，残渣态硫是有机硫的主体，这可能与有机肥料的施加有利于有机硫特别是残渣态硫在土壤中的累积等有关。水稻田、旱地和果园等土地利用方式受肥料施用的影响，肥料携带的一部分硫素会在土壤表层积累，有利于提高土壤中全硫含量，同时可能会诱导植物根系和根际微生物吸收更多易分解的硫酸盐离子，从而促使惰性的残渣态硫逐渐向碳键硫和酯键硫转化。而且，相对于水稻田等，弃耕地经过长期闲置，植被生长主要依靠土壤原有的硫源，土壤全硫和有机硫的消耗量大。因此，会仙喀斯特湿地转变为农用地后，合理的补施硫肥以及人为管理有助于维持土壤中硫库的平衡。

3.3 不同土地利用方式对土壤芳基硫酸酯酶活性的影响

已有研究表明，土壤芳基硫酸酯酶能够水解有机硫中的酯键硫，促进土壤有机硫矿化为植物可以吸收利用的无机硫，从而推动土壤环境中的硫循环[12]。芳基硫酸酯酶的活性受多种外部因素的影响，包括土壤水热条件、作物轮作和植被覆盖度，对土壤环境的变化非常敏感[42]。本研究中，0—40 cm 土层湿地土壤中芳基硫酸酯酶活性显著高于其他土地利用方式，这可能是由于湿地植物衰亡腐烂后就地堆积残留在湿地土壤表层，土壤酶的底物增多，酶活性升高；其次是湿地pH 的变化范围适宜芳基硫酸酯酶活性的增加，有助于芳基硫酸酯酶水解酯键硫，从而促进湿地土壤中有机硫的矿化。会仙喀斯特沼泽湿地0—40 cm 土层土壤中芳基硫酸酯酶活性平均值为75.36 µg/(g.h)，小于陆琴等[40]报道的太湖地区水稻土芳基硫酸酯酶活性平均值160 µg/(g.h)。

Acosta-Martínez 等[43]研究发现，芳基硫酸酯酶活性受到土地利用的显著影响，农田土壤的芳基硫酸酯酶活性低于受干扰程度较小的森林和牧场。Kalambukattu 等[44]研究也证明，喜马拉雅土壤的土地利用明显降低了酶的活性，并且土壤芳基硫酸酯酶在未受干扰的森林中活性最高，旱地、养殖地以及农田次之，弃耕地活性最低。土壤真菌和细菌在酯键硫矿化中起着重要的作用，在土壤硫限制条件下可以提高土壤芳基硫酸酯酶的活性[45]。研究表明，芳基硫酸酯酶的活性与有机质含量成正相关，有机质含量高的土壤，其芳基硫酸酯酶活性也高[46]，本研究中，芳基硫酸酯酶活性与有机碳和有机硫含量呈正相关，芳基硫酸酯酶指示了全硫和有机硫的变化趋势。程跃扬等[16]对会仙湿地土壤真菌群落的研究表明，土地利用导致真菌生存环境发生变化，进而改变湿地土壤真菌多样性和群落结构。可见，会仙喀斯特湿地人为垦殖为其他土地利用方式后，土壤芳基硫酸酯酶活性降低，也可能与土壤微生物活动受到影响有关，进而影响土壤有机硫的变化。

3.4 湿地土壤有机硫形态含量变化的影响因素

湿地土壤硫含量及其组分特征与土壤SOC、pH、植被类型以及人类活动等因素密切相关，影响土壤微生物活动，从而影响土壤硫形态和含量分布[5]。本研究中，会仙喀斯特湿地土壤中各形态有机硫含量与土壤SOC、全氮、SWC、TFe、TMn 和土壤芳基硫酸酯酶呈极显著正相关(P＜0.01)；酯键硫、残渣态硫与pH 呈显著负相关(P＜0.05)，碳键硫与pH 相关性不显著，这与林慧娜等[47]研究发现红树林湿地硫含量与pH 呈现负相关的结果一致。这是由于pH 会影响土壤中硫化物的赋存形态，随着pH 增加，土壤中硫氧化和有机硫矿化速率加快，生成可供植物直接利用的硫酸盐，在作物吸收和淋失后，硫酸盐含量逐渐降低[48]，从而导致土壤全硫含量减少。Johnston等[49]对酸性淡水湿地的研究也表明，pH 是影响全硫含量的因素之一。本研究中，不同土地利用方式土壤全硫含量和有机碳呈显著的正相关关系，表层土壤有机碳含量较高，其全硫的含量也较高，沿土层深度从上到下有机碳和全硫含量递减，这与李瑞利等[30]的研究结果一致。

有研究表明，土壤全硫与有机质呈显著正相关，有机质含量越高则土壤全硫含量也就越高[8]。本研究中，有机碳含量与有机硫形态呈显著正相关(P＜0.01)，是因为有机碳是土壤有机硫的主要来源，而有机硫又是全硫的主体，这与其他研究[47]结果一致。相对于其他土地利用方式而言，天然沼泽湿地受人类活动的干扰较小，湿地的生物量大，土壤碳源和氮源较为丰富，土壤有机质含量较高，因此沼泽湿地中土壤全硫和有机硫含量较高，进而影响有机硫形态含量的变化。土壤有机硫的矿化过程需要多种酶的共同参与，pH 显著影响着土壤酶的活性从而参与有机硫矿化释放SO42-的过程[50]。本研究中，湿地利的pH约为7.66，土地用方式的变化导致pH 趋于减小，这可能在一定程度上抑制了土壤微生物的活性，不利于土壤有机硫矿化过程的进行，从而影响土壤各形态有机硫含量的分布。黄科朝等[15]对会仙湿地土壤养分的研究结果表明，垦殖会导致湿地土壤呈现偏酸性并且土壤微生物的活性降低。郝庆菊等[14]对三江平原湿地土壤硫分布的研究表明，在湿地土壤中全硫和各形态硫之间呈显著相关，全硫和有机硫之间的相关系数最大，两者之间联系最密切。

Lu 等[51]对黄河三角洲不同淹水时期湿地土壤硫形态的研究结果表明，土壤全硫与有机质(SOM)、电导率(EC)、SWC、全氮等环境因子呈正相关，与pH 呈负相关。陈冰冰等[52]研究认为，外源氮的输入显著改变了黄河口新生湿地土壤全硫含量的分布状况，随着氮输入量的增加，表层之外其它土层的全硫含量均呈现增加的趋势。孙文广等[53]在黄河口新生湿地的研究认为，Fe、Mn 元素存在强烈的共源性、共生组合性和分布相似性。湿地土壤季节性或长期处于积水的还原态，湿地植物的根系表面容易形成铁锰氧化膜，影响植物根系对土壤营养元素的吸收，SO42-容易被还原成S2-，进而与土壤中的Fe2+和Mn2+生成硫化物沉淀FeS 和MnS[54]。本研究中，会仙湿地有机硫分别与铁和锰含量存在着显著正相关性，推测会仙湿地硫与湿地铁锰含量之间可能存在一定的耦合关系。土壤芳基硫酸酯酶活性随土层深度的增加而减小，湿地、水稻田、旱地、果园和养殖地的全硫和有机硫含量也随土层深度增加而减小，但弃耕地土壤表现相反，这可能是由于弃耕地土壤表层的草本植物较多，对土壤硫的吸收能力强，经过较长的时间，有机硫矿化可能释放大量的SO42-，一部分被植物吸收并在体内进行富集，另一部分由于淋溶作用迁移至土壤底层。会仙喀斯特湿地土壤硫形态含量与Fe、Mn 等微量元素的关系及其作用机制，有待进一步深入探究。

4 结论

1)会仙喀斯特湿地土壤全硫和有机硫含量变化范围分别为180～511、158～442 mg/kg；0—40 cm土层土壤平均全硫含量为346 mg/kg。0—40 cm 土层不同土地利用方式土壤全硫及有机硫含量平均值整体表现为：湿地＞水稻田＞旱地＞养殖地＞果园＞弃耕地，与土壤有机碳含量的变化趋势接近。碳键硫占有机硫的比例为39.08%～63.54%，酯键硫占有机硫的比例为22.91%～34.28%，残渣态硫占有机硫的比例为13.55%～28.46%，碳键硫是会仙喀斯特湿地土壤有机硫的主要形态，其次是酯键硫和残渣态硫。

2) 会仙喀斯特湿地转变为稻田、旱地、养殖地、果园和弃耕地后，土壤全硫、全硫储量、酯键硫、碳键硫和残渣态硫含量显著降低，且降低了酯键硫和残渣态硫占有机硫的比例，增加了碳键硫占有机硫的比例，表现出潜在的缺硫趋势。土地利用方式变化对会仙喀斯特湿地土壤有机硫形态和芳基硫酸酯酶活性的影响较大，土壤有机碳、全氮、土壤含水量和芳基硫酸酯酶是有机硫形态变化的主要驱动因素。