全 文 ：收稿日期：!""#$"#$"% 接受日期：!""&$"’$’&
基金项目：国家科技支撑计划项目（!""()*+’%)"%），山东省自然科学基金（(!"#,(）和青岛农业大学高层次人才基金项目（(-"%"!）资助。
作者简介：曾路生（’&((—），男，江西上犹人，博士，副教授，主要从事土壤肥料学的教学和研究工作。./0123：4567389:’(-; <=0
! 通讯作者 ./0123：>332:?1@A 5B@A <6
寿光大棚菜地土壤呼吸强度、酶活性、
!"与 #$的变化研究
曾路生，崔德杰，李俊良!，金圣爱，赵秀芬
（青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 !((’"&）
摘要：以寿光地区露地土壤作对照，研究了连作 ’、C、#和 ’!年大棚蔬菜（番茄）土壤有关生物学指标的变化。结果
表明，棚内土壤呼吸强度和脱氢酶活性高于棚外，并随连作年限延长开始增强而后减弱，由于管理差异，’!年棚龄
土壤又回升。随着连作年限延长，土壤脲酶活性逐渐减弱，而过氧化氢酶活性逐渐增强；土壤呼吸强度和酶活性都
由表层向底层逐渐减弱。土壤 DE随连作年限增加逐渐下降，而 .F逐渐增加，至 ’!年棚龄时，与对照相比，"—!"
<0土层 DE下降了 ’;"( 单位，其他土层变化不显著。试验还表明，该地区表层土壤 DE (;GC! %;C’，.F H ";C
0I J <0，能较好地满足作物生长需要，同时，.F是影响土壤 DE及酶活性变化的重要因素。土壤 .F及过氧化氢酶活
性可作为反映大棚菜地土壤质量变化的参考指标。
关键词：土壤呼吸强度；土壤酶活性；DE；.F；大棚菜地
中图分类号：I’CG;!；I(!(;C 文献标识码：* 文章编号：’""#$C"CK（!""&）"G$"#(C$"(
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由于大棚特殊的建造结构，常处于半封闭状态，
具有气温高、湿度大、高蒸发量、无雨水淋洗、复种指
数高、肥料投入量大等特点。当大棚使用到一定年
限时，造成土壤环境质量退化，甚至污染地下水。刘
兆辉等［!］研究表明，寿光设施蔬菜在大量施肥的情
况下，"##$ 年氮、磷、钾肥的表观利用率分别只有
%!&、!!&和低于 ’!&。过剩养分积累土壤中，不但
造成肥料资源的浪费，增加生产成本，还造成土壤质
量下降。如土壤盐渍化、酸化、重金属积累、土壤生
物群落减少，同时引起地下水硝酸盐污染［"(’］。曾
希柏等［)］研究表明，随着设施菜地种植年限的增加，
土壤砷含量呈增加趋势。
土壤质量不仅影响到农业的可持续发展，还关
系到食品安全和人类健康。土壤质量的变化可从土
壤物理、土壤化学和土壤生物学指标反映出来。土
壤酶活性是土壤生物学活性的总体现，不但与土壤
肥力和生产力密切相关，还是反映土壤环境变化的
重要微生物学指标。土壤酶主要存在于土壤微生物
和植物根系表面、土壤中死亡的机体碎片，生物代谢
产物和土壤颗粒上；主要以游离态存在于土壤悬浮
液中或以物理或化学结合的形式吸附在土壤有机或
无机颗粒上或与腐殖质络合而长期地积累于土壤
中［*］。土壤酶存在于土壤中吸附性较强的部位，脲
酶主要吸附在粘粒上，固定在有机(无机复合体的有
机胶粒中。胶粒之间有足够大的孔隙，使反应底物
（尿素和水）和分解产物（氨和二氧化碳）能够自由通
过，却不能使蛋白酶进入或脲酶本身逸出。脱氢酶
有利于土壤有机物质的脱氢作用。过氧化氢酶能破
坏土壤中生化反应生成的过氧化氢，减轻对植物的
危害，其活性与作物生长和土壤微生物活动密切相
关［+］。开展不同种植年限大棚土壤酶活性、,- 与
./等指标的动态变化研究，可为防治土壤退化，促
进农业生产的可持续发展提供理论依据［!#］。
! 材料与方法
!"! 供试材料
供试土样采自寿光市种植番茄的大棚土壤，主
要为河流相冲积物上发育的潮土。表土层质地为中
壤至粘壤。随着种植业结构的调整，寿光大棚兴起
于上世纪 *# 年代后期。第二次全国土壤普查资
料［!!］表明，建棚前的土样基本理化性质具有相似性
（表 !）。为了便于产业化和管理方便，番茄种植相
对集中，为 !年 "!%茬，"茬作物都为番茄，%茬种
植时换茬作物主要为芸豆、黄瓜、辣椒和茄子。!#
年以下大棚管理水平相似，肥料投入主要为化肥和
有机肥。其中，化肥以氮、磷、钾复合肥（0 1 2"34 1
5"3 6 !41!4 1!4）为主，其次为磷酸二铵、碳酸氢铵、
普钙、尿素等，投入量年平均为 !!### 78 9 :;"；有机
肥投入量达 "##### 78 9 :;"，*#&为鸡粪，其次为猪
粪和豆饼。灌水主要以沟灌形式。当大棚连续种植
!#年左右时，多数大棚土壤连作障碍严重，影响蔬
菜产量和质量。当地多采用“换土法”，即把大棚内
耕层土壤运出棚外，再把露天大田土壤运回棚内。
露地对照为小麦玉米轮作体系的麦田土壤，肥料用
复合肥（!4(!4(!4），底肥为 )4# 78 9 :;"，灌浆前追肥
%)4 78 9 :;"，小麦播种后、苗期及灌浆期进行浇水，
如雨水丰沛则减少水量。
!"# 采样和测定项目与方法
"##)年 ’月采样。选择棚龄分别为 !、4、*、!"<
以及临近地块的大田麦地为对照土壤（/5）。每个
棚龄取 %个棚，每棚按 #—"#、"#—$#、$#—’# =;分
别走“>”形用土钻取 4 点土样混合；混合土样采用
“四分法”，保留 " 78左右用无菌塑料袋保存，一部
分土样立即过 " ;;尼龙筛，用以测定土壤呼吸强
度和酶活性；另一部分风干后过 " ;;筛，用以测定
土壤 ,-和 ./。
表 ! 第二次全国土壤普查时试验地区土壤基本理化性质（!$%&）
’()*+ ! ,-.* /012.3(* (45 30+6.3(* /7-/+78.+2 -9 80+ 8+28+5 (7+( .4 80+ 2+3-45 4(8.-4(* 2-.* .4:+28.;(8.-4
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注（0HCD）：3E—有机质 3P8钾 GU<@?’’* 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !4卷
用新鲜土样测定土壤微生物活性时，同时测定
土壤含水量以求得烘干土重。
土壤呼吸强度采用室内密闭培养，!"# $%& ’ (
)*+,吸收法测定，以 -+.!/ ’（/·0）表示；脱氢酶活
性采用氯化三苯基四氮唑（11-）比色法测定，以
123!/ ’（/·4）表示；土壤脲酶活性采用苯酚钠比色
法测定，以 ),56) $/ ’（/·4）表示。过氧化氢酶活性
用 789+:容量法测定，以 !"# $%& 789+:，$( ’（/·0）
表示。;,值用 2,<=5- 精密 ;,计测定（水土比为
."> ?#）；@-用 AA数据用 @EFG& .!!!及 <2<< ##">进行分析。
! 结果与讨论
!"# 土壤呼吸强度的变化
大棚内土壤呼吸强度比大棚外有了明显的提
高。图 #看出，#*棚龄的土壤呼吸强度显著增强，5*
棚龄时达最高值，以后随连作年限延长而逐年减弱，
但在连作 #.*的大棚中，!—:! F$土层的呼吸强度
又有所回升。这与菜地有机碳投入较高，碳源物质
丰富，促进了土壤微生物的生长，呼出了较多的 -+.
量有关。连作 5*后可能开始出现连作障碍现象，养
分过剩等促使土壤理化性质变差，对土壤微生物的
新陈代谢作用产生抑制作用，使呼吸强度减弱。#.*
的大棚主要分布在边远地区，施肥水平相对较低，连
作障碍较轻，使 !—:! F$土层呼吸强度高于 C*大
棚。在逆境条件下，微生物为了抵御不利环境，需要
消耗更多的能量，产生较多的 -+.，因此，微生物对
有机碳源利用将由数量增长型向能量释放型转变，
使微生物商减小，而代谢商提高。
图 #还看出，!—.! F$土层呼吸强度最高，而
图 # 不同连作年限土壤呼吸作用强度的变化
$%&’# ()%* +,-.%+/0%)1 %10,1-%02 %1 3%44,+,10
5)10%16)6- 5+)..%1& 2,/+-
:!—H! F$土层较低。说明了表土层微生物活跃，有
利于土壤有机物质的分解和腐殖质的合成以及 )、
-、2、< 等元素的循环，使表土具有较高的肥力［#.］。
由表土向下，微生物活性减弱，土壤肥力水平也逐渐
降低。
!"! 土壤酶活性的变化
图 .表明，土壤脱氢酶活性与土壤的呼吸作用
相似，即大棚内 !—:! F$土层脱氢酶活性平均比露
地对照土壤要高，并随大棚连作年限增加而呈降低
趋势；而 #.* 大棚反而回升。:!—H! F$土层脱氢
酶活性 #* 棚龄低于对照，但随连作年限延长而增
加。同时还看出，表层土壤的脱氢酶活性要高于底
层。由于大棚内施肥量多于大田，为微生物提供了
丰富营养；棚内作物生物量大，根系分泌物丰富，主
要集中表层［#5］，使土壤脱氢酶活性强。随连作年限
增加，由于高强度地利用土地，使土壤生态环境遭到
破坏，影响脱氢酶的活性，但 #.*棚龄土壤，可能管
理水平较低，较为合适的养分状况促进了脱氢酶活
性的增强。
土壤脲酶活性与脱氢酶活性的变化类似，都是
自表层土壤向底层土壤递减（图 .）。但与对照相
比，大棚土壤脲酶活性随着棚龄的增加有递减的趋
势；其中 #*棚与对照无显著差异，而 >*以上棚龄与
对照差异显著。>*以上棚龄的土壤，!—.! F$的脲
酶活性差异较小，而 .!—:!、:!—H! F$土层脲酶活
性约下降到对照土壤的一半左右。脲酶为胞外酶，
受外界环境因素变化影响大［#:］。既受施肥影响，也
受灌溉和作物生长影响，同时还受土壤质量变化的
制约。而土壤表层施肥量多于下层，且根系分泌物
丰富，微生物活跃，为脲酶提供了丰富的基质，使脲
酶活性相对较高。土壤脲酶活性随连作年限增加而
下降，可能是土壤环境质量下降所致。
同为胞外酶，土壤过氧化氢酶活性变化与脲酶
活性相反，即随着连作年限的增加其活性有增强的
趋势（图 .）。与对照土壤比，大棚土壤 !—.! F$过
氧化氢酶活性差异显著，而 .!—H! F$土层差异不
显著，并且由表层向底层递减。这进一步说明了表
层土壤酶活性受外界环境和人类影响较大。土壤中
过氧化氢积累过多，能较严重地危害作物生长，引起
土壤环境质量退化。而过氧化氢酶能有效地分解过
氧化氢，对土壤微生物和作物生长起保护作用。土
壤过氧化氢酶活性可用于表征土壤微生物学过程的
强度［#>］。
IHC:期 曾路生，等：寿光大棚菜地土壤呼吸强度、酶活性、;,与 @-的变化研究
图 ! 不同连作年限土壤酶活性的变化
"#$%! &’#( )*+,-) ./0#1#0#)2 #* 3#44)5)*0 /’*0#*6’62 /5’77#*$ ,).52
!89 土壤 7:与 ;<的变化
随连作年限的增加，!—"! #$土层 %&趋于下
降，与对照比，连作 ’(和 )"(的大棚土壤 %&分别下
降了 !*+, 和 )*!- 个单位；"!—,!、,!—-! #$土层
差异不大（表 "）。就剖面分布看，./和 )、0(棚龄土
壤 %&表层与底层差异不明显，而连作 ’和 )"(土壤
%&表层与底层差异约为 !*’!!*+单位。由于大量
施用肥料，灌溉时淋洗作用以及大棚作物的高产量
从土壤中带走了过多的钾、钙、镁等碱基元素，同时
作物生长过程中根系产生大量有机酸等因素，使表
层土壤呈逐渐酸化的趋势。对大多数作物，目前该
地区大棚土壤 %&为 -*,0!1*,0，只要防治土壤进
一步酸化，仍适合于蔬菜生长的需要。
表 "还看出，2.变化与土壤 %&相反，随连作年
限的延长而增加，!—"! #$ 土层尤为明显，说明表
土层盐分逐渐积累。超量施用化肥和鸡粪，而鸡粪
易分解使有机质不易积累，加上缺乏雨水淋洗等原
因引起土壤次生盐渍化。寿光大棚菜地的 3、4、/
用量一般是大田的 ,!)!倍，是蔬菜生长需要量的
-!’倍［)-］。设施菜地土壤 .、3含量的增加和 . 5 3
比的下降，伴随着菜田土壤明显的酸化、盐渍化和土
壤 3、4、/ 养分的富集［)1］。据报道，2. 6 !*0
$7 5 #$，其值越大，蔬菜生长越好，2. 8 !*0$7 5 #$
时，植株吸收水分、养分开始受阻［)’］。本试验表明，
该地区土壤 2. 6 !*0 $7 5 #$，能较好地满足作物生
长需要。如不采取有效措施，防治大棚土壤酸化与
盐分的不断积累，将会引起土壤理化性质的变化，从
而影响土壤微生物、酶活性及作物生长，并影响该地
区大棚生产的可持续发展。有关研究认为，寿光日
光温室自休闲至番茄第一次追肥前土壤硝态氮的大
量积累与频繁灌溉导致了整个生产体系氮素大量损
失，可通过种植填闲作物或者施用高 . 5 3比作物秸
表 ! 不同连作年限土壤 7:和 ;<的变化
=.>() ! &’#( 7: .*3 ;< #* 3#44)5)*0 /’*0#*6’62
/5’77#*$ ,).52
连作年限（(）
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土层深度
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秆等可能的方法来控制土壤氮素转化，减少该时期
的氮素损失［)+］。
!8? 土壤呼吸强度、酶活性与土壤 7:、;<变化的
相关分析
相关分析（表 G）表明，土壤 %&与 2.及过氧化
氢酶活性表现出极显著的负相关性；而与其他参数
表现出负相关趋势，但达不到显著水平。2.与 G种
土壤酶活性呈显著或极显著的正相关性；过氧化氢
酶活性与土壤呼吸强度、脱氢酶活性、%&及 2.的变
化都是表现出极显著相关性。关连珠等［"!］研究了
不同植烟年限土壤 %&和酶活性的变化，表明土壤
%&是影响亚表层土壤酶活性的重要因素。本研究
’-’ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 )0卷
表明，土壤 !"是影响土壤 #$和酶活性变化的重要
因素。有研究认为，不同培肥措施对土壤过氧化氢
酶活性影响较小，而对土壤熟化程度影响较大，这与
土壤中铁、锰化合物在过氧化氢分解时所起的作用
有关［%&］。
表 ! 土壤微生物活性与土壤 "#、$%变化的相关关系
&’()* ! %+,,*)’-.+/0 (*-1**/ 0+.) 2.3,+(.’) ’3-.4.-.*0 ’/5 0+.) "# ’/5 $%
变 量
’()*(+,- !"
土壤呼吸强度
./*, )-0#*)(1*/2
脲酶
3)-(0-
脱氢酶
4-567)/8-2(0-
过氧化氢酶
"(1(,(0-
#$ 9 :;<%&!! 9 :;%=> 9 :;&>< 9 :;?&: 9 :;=@A!!
!" :;%=> :;AB:!! :;=:A! :;=@土壤呼吸强度
./*, )-0#*)(1*/2 *21-20*16 :;&>A :;%@B :;B!!
脲酶 3)-(0- :;%脱氢酶 4-567)/8-2(0- :;B?=!!
! #":;:A；!! #":;:&；2 C ?:
! 结论
&）土壤呼吸强度大棚内明显高于大田，并随连
作年限延长开始增强而后减弱；由于管理差异，&%
年棚龄土壤又回升。其中，:—%: DE 土层要高于
%:—=:、=:—B: DE土层。
%）土壤脱氢酶活性开始随棚龄增加而增强，到
一定年限减弱，&%年棚龄时又回升。但脲酶活性随
棚龄增加逐渐减弱，而过氧化氢酶活性逐渐增强，各
种酶活性都由表层向底层减弱。土壤呼吸强度和酶
活性既受大棚连作年限的影响，同时还受管理水平
的制约。
?）随着连作年限延长，:—%: DE土层 #$逐渐
下降，而 !" 逐渐增加，其他层次变化不显著。!"
是影响土壤 #$及酶活性变化的重要因素。目前寿
光大棚土壤 #$和 !"尚能较好地满足蔬菜生长的
需要。
=）相关分析表明，土壤 !"及过氧化氢酶活性
与土壤其他参数变化有较好的相关性。建议将土壤
!"及过氧化氢酶活性作为反映大棚菜地土壤质量
变化的参考指标。
参 考 文 献：
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