全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015188 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
孙亚男,李茜,李以康,林丽,杜岩功,曹广民.氮、磷养分添加对高寒草甸土壤酶活性的影响.草业学报,2016,25(2):1826.
SUNYaNan,LIQian,LIYiKang,LINLi,DUYanGong,CAOGuangMin.Theeffectofnitrogenandphosphorusapplicationsonsoilenzyme
activitiesinQinghai-Tibetanalpinemeadows.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(2):1826.
氮、磷养分添加对高寒草甸土壤酶活性的影响
孙亚男1,2,李茜1,李以康1,2,林丽1,杜岩功1,曹广民1
(1.中国科学院西北高原生物研究所,青海 西宁810008;2.中国科学院大学,北京100049)
摘要:本试验以典型的青藏高原高寒矮嵩草草甸(犓狅犫狉犲狊犻犪犺狌犿犻犾犻狊meadow)为研究平台,以表征土壤碳、氮、磷、硫
养分循环的6种土壤酶为研究对象,研究土壤酶以及土壤速效养分在4年氮、磷养分添加的累积效应下的变化规
律,分析和评价氮、磷养分添加对土壤养分循环方面的影响。试验结果为:氮、磷养分添加改变了土壤中速效养分
的含量;氮添加与0~10cm土层中的碱性磷酸酶活性有正效应,磷添加抑制了0~10cm土层中的碱性磷酸酶活
性;氮、磷养分添加均抑制了0~10cm土层中的脲酶活性;氮添加抑制了2个土层中的纤维素酶活性;芳基硫酸酯
酶活性和蔗糖酶活性没有表现出显著差异性;10~20cm土层中的几丁质酶活性在氮、磷养分添加处理下均增强,
其中磷添加对几丁质酶活性的增幅最显著。结果表明:外源添加的氮在调控磷的矿化方面有促进作用,磷的添加
对氮素的释放也有一定的作用;青藏高原高寒草甸受磷限制的程度可能更大。
关键词:青藏高原高寒草甸;土壤酶活性;速效磷;碱解氮;养分循环;磷限制
犜犺犲犲犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犪狀犱狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狊狅狀狊狅犻犾犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀犙犻狀犵
犺犪犻-犜犻犫犲狋犪狀犪犾狆犻狀犲犿犲犪犱狅狑狊
SUNYaNan1,2,LIQian1,LIYiKang1,2,LINLi1,DUYanGong1,CAOGuangMin1
1.犖狅狉狋犺狑犲狊狋犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犘犾犪狋犲犪狌犅犻狅犾狅犵狔,犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊,犡犻狀犻狀犵810008,犆犺犻狀犪;2.犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲
犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊,犅犲犻犼犻狀犵100049,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thisstudyinvestigatestheeffectofnitrogenandphosphorusapplicationsonsoilnutrientcycles,fo
cusingonsoilenzymeactivitiesinparticular.Enzymeactivitiesandavailablenutrientshavebeenmeasuredin
plotsofQinghai-Tibetanalpinemeadowwith4yearsofNandPfertilizerapplication.Thestudyfocuseson
sixsoilenzymeactivitiesthatrepresentseveralsignificantnutrientcycles(C,N,P,S).Theresultsshowed
thatthecontentsofavailablephosphorusandalkalinenitrogenincreasedunderthedifferenttreatments.The
activitiesofalkalinephosphatase,urease,chitinaseandcelulasevarysignificantlyunderthedifferenttreat
ments,whilethereisnosignificantdifferenceintheactivitiesofarylsulfataseandsucrase.Insoilsatadepthof
0-10cm,nitrogenapplicationshaveapositiveeffectandphosphorusapplicationsanegativeeffectonalkaline
phosphataseactivity.Ureaseactivityisrepressedin0-10cmsoilsunderbothnitrogenandphosphorustreat
ments.Insoilsatadepthof10-20cm,chitinaseactivityissignificantlypromotedbynitrogenandphosphorus
applications,andespecialybyphosphorus.Celulaseactivityatbothsoildepthsisrepressedbynitrogentreat
ment.TheresultsindicatethatnitrogensupplyeffectsthemineralizationofPandthatphosphorussupplycan
18-26
2016年2月
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
第25卷 第2期
Vol.25,No.2
收稿日期:20150413;改回日期:20150629
基金项目:国家973自然科学基金项目(2014CB954002)和青海省科技促进新农村计划项目(2013N540)资助。
作者简介:孙亚男(1989),女,甘肃武威人,在读硕士。Email:luckyyazi@163.com
通信作者Correspondingauthor.Email:caogm@nwipb.ac.cn
promotethedecreaseofN.Therelativedegreeofphosphoruslimitationmaybehigherthannitrogenlimitation
inQinghai-Tibetanalpinemeadows.
犓犲狔狑狅狉犱狊:Qinghai-TibetanAlpinemeadow;soilenzymeactivities;availablephosphorus;alkalinenitrogen;
nutrientcycle;phosphoruslimitation
土壤酶是积累于土壤中,在胞外发生作用的酶的总称,包括存在于活细胞内的胞内酶和存在于土壤溶液中或
者吸附在土壤颗粒表面的胞外酶。其主要来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动、植物残体分解过程中
释放的酶[12]。土壤酶在催化对生命过程很重要的反应网、分解有机物、养分循环、有机质的形成、土壤结构的塑
造等方面有着重要的作用[3]。在区域或者微环境尺度上测得土壤酶活性可以反映土壤对环境变化的迅速响应,
也可以用于生态系统生物地球化学循环模型[4]。土壤酶被认为是由耕作、施肥等土壤管理方式导致的土壤特性
发生变化的早期很重要的指示因子[56],可以作为指示土壤生态胁迫以及土壤生态修复的敏感的重要指标[7]。土
壤中几乎所有的生物化学反应都是由土壤酶驱动的,碳、氮、磷、硫等养分的周转中均有各种不同功能的酶进行调
控[89]。测定方法成熟的酶包括脱氢酶、葡萄糖苷酶、脲酶、酰胺酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、纤维素酶等[1,10]。
在不同生态系统中进行养分添加试验,以土壤酶活性为研究内容的研究,在农田生态系统较多、研究内容也
较全面。王俊华等[11]研究在区域尺度上以不同种类的养分(氮、磷、钾、有机肥、微肥等)进行添加;Guo等[12]以
无机氮(铵、硝酸盐)、有机氮(尿素、氨基酸、脂肪酸等)等不同形式的氮肥添加;万忠梅等[13],Edwards等[14],曾艳
等[15]的研究以设置不同浓度梯度的养分添加等内容来研究土壤酶活性的变化规律。近些年来,在森林和草原生
态系统中考察养分添加对土壤酶活性的影响,研究较多的是不同水平的氮沉降[1617]、氮和水添加试验[18]、模拟增
温和养分添加试验[19]等对土壤酶活性的影响。在青藏高原上用酶化学的手段测定土壤酶活性,研究土壤养分循
环,还需要进行大量的研究工作。
青藏高原高寒草甸土壤中碳、氮、磷总量丰富,但是由于该生态系统养分的有效性受到低温的限制,其中植物
可利用的氮的释放对温度尤其敏感[2021]。作为生态系统普遍受限制的养分,氮、磷的有效性会限制初级生产力和
分解等生态学过程,研究二者之间的相互关系很有必要,氮磷限制在全球尺度上仍然缺乏深入的研究[22]。土壤
酶是受许多相互作用的因子调控的,土壤酶活性直接反映着土壤中养分的供需关系[23],因此,土壤酶是用来考察
由环境改变导致土壤生物化学循环改变的一个很好的工具。本试验就是在氮、磷养分添加背景下,着眼于地下,
选择6种典型的土壤酶(碱性磷酸酶、脲酶、几丁质酶、芳基硫酸酯酶、纤维素酶、蔗糖酶)为研究对象,通过探讨养
分添加对土壤酶的影响,分析土壤中养分的变化规律,为青藏高原高寒草甸土壤受氮、磷限制程度的问题提供新
的证据,同时为科学合理地管理高寒草甸提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
本试验是在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站)进行的。海北站的地理范围
是:纬度37°29′-37°45′N,经度101°12′-101°23′E。山地海拔约4000m,谷区海拔约2900~3600m。海北站
的气候是由西伯利亚的东南季风和高气压带主导的,属于大陆季风气候,其冬季漫长而寒冷,夏季短暂而凉爽。
全年平均气温是-1.11℃(1981-2013年),冬季高原地区的平均温度可以下降至-15~-20℃,夏季的最暖月
(7月)在山谷的平均温度是14~22℃,高原的平均温度是4~10℃,其中极端高温达到27.6℃,极端低温有
-37.1℃。平均年降水范围在516.8mm(1981-2013年),其中80%的降水是来自夏季短暂的生长季节(5-9
月)。平均年日照时间为2462.7h,占到总的有效辐射的60.1%。海北站区的土壤类型主要是由高寒灌丛土、高
寒草甸土、沼泽土等组成,主要特点是氮、磷、钾、有机质总量丰富,土壤发育年轻、土层薄、土表覆盖有较厚的草毡
层。海北高寒草地的土壤中氮、磷主要存在于矿化过程弱的有机质阶段,其有效成分往往很低,无法满足地上植
物的生长所需[24]。该试验研究于2011年5月选择位于海北站东北处大约2km的一片地势较平整的草场作为
91第25卷第2期 草业学报2016年
养分添加试验样地。该试验样地区的草地类型属于耐寒中生植物高寒矮生嵩草(犓狅犫狉犲狊犻犪犺狌犿犻犾犻狊)草甸。
1.2 试验设计
该试验设计类型属于完全随机区组试验设计,共4个处理,分别为:氮添加(N)、磷添加(P)、氮和磷混合添加
(NP)、对照(CK)。4个处理随机安排在6个小区内,即每个处理6次重复,共计24个小样方,每个样方面积是6
m×6m,各样方之间设置保护行。其中,N肥以尿素形式、100kg/(hm2·年)的量进行添加;P肥以重过磷酸钙
的形式、50kg/(hm2·年)的量进行添加;NP是以上述N肥和P肥混合添加;CK为无养分添加。施肥时间选择
在植物生长季的中期,雨天或晴天的傍晚进行。将肥料用手均匀地撒在对应的各个小区内,雨水或次日形成的露
水使得肥料迅速溶解进入土壤,为保证施肥的均匀性,每个小区撒2次肥。实验期间,养分添加日期是从2011-
2014年,每一年的6月1日、7月1日和8月1日进行。
1.3 样品采集
土壤样品采集工作于2014年8月12日进行,取0~10cm和10~20cm两个层次的土壤。各养分添加处理
小区随机选择4个点取样,混合制样。将取得的土壤样品分装入已编号的自封袋中,密封好置于盛有冰块的塑料
泡沫箱中,带回实验室。土样分两种处理方式:一种是鲜土,过2mm筛,置于4℃冰箱中,人工除去石块、草根等
杂物,用于尽快测定含水量和酶活性,另一种是风干土,用来测定土壤速效磷和碱解氮含量。
1.4 土壤酶活性的测定方法
该试验中土壤酶活性的测定原理均是向标准定量化的土壤样品中加入已知浓度的特定的基质,培养一段时
间后,测定终产物的生成量[25]。土壤碱性磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法[1],以磷酸苯二钠为基质,在
磷酸酶作用下,恒温箱中37℃下培养2h,测定生成苯酚的量;土壤脲酶的测定采用靛酚蓝比色法[1],以尿素为基
质,恒温箱中37℃下培养24h,测定NH4+与次氯酸盐和苯酚反应,生成水溶性靛酚蓝的含量;土壤纤维素酶的
测定采用3,5二硝基水杨酸比色法[1],以羧甲基纤维素溶液为基质,恒温箱中37℃下培养72h,测定生成的还原
糖;土壤芳基硫酸酯酶的测定采用对硝基酚硫酸盐比色法[26],以对硝基酚硫酸钾为基质,恒温箱中37℃下培养2
h,测定水解产生的对硝基酚含量;土壤几丁质酶的测定采用对二甲氨基苯甲醛法(DMAB)比色法[2728]测定,以
几丁质为基质,恒温箱中37℃下培养18h,测定几丁质水解产生的N乙酰葡萄糖胺的含量,用来表示几丁质酶
活性;土壤蔗糖酶的测定采用3,5二硝基水杨酸比色法[1],以蔗糖为基质,恒温箱中37℃下培养24h,测定还原
糖的含量。
1.5 土壤速效养分的测定
风干土样用来测定速效磷和碱解氮的含量,速效磷的测定方法是采用0.5mol/LNaHCO3 浸提、钼锑抗比
色法测定[28];碱解氮的测定方法是用扩散皿进行碱解扩散、H2SO4 滴定法[29]测定其含量。
1.6 统计分析方法
该研究中随机区组试验设计的统计分析方法视为两因素方差分析(twowayANOVA),用R3.1.3软件对
所测定的数据依次做正态性检验、方差齐性检验以及在犘≤0.05水平下,对不同施肥处理下的各项酶活性等指
标进行均值的TukeyHSD多重比较差异性分析,速效养分和土壤酶活性之间的相关关系采用的是Pearson相关
性分析。绘图工具使用的是Origin8.5。
2 结果与分析
2.1 氮、磷养分添加对土壤酶活性的影响
2.1.1 土壤碱性磷酸酶活性 土壤中的磷酸酶是用来描述磷酸酯类和酸酐类水解作用的一类酶的总称,主要
表征的是土壤中磷的状况[1]。青藏高原高寒草甸的土壤呈碱性,该试验测定的是碱性磷酸酶活性。如图1所示,
外源增加N对0~10cm土层中的碱性磷酸酶的发生有正效应。单施N肥有增强0~10cm土层中碱性磷酸酶
活性的趋势,与CK相比,增加幅度为13.19%,但是差异不显著。磷的添加对0~10cm土层中的碱性磷酸酶活
性表现出了明显的抑制作用。NP混合施用和单施P肥后,0~10cm土层中的碱性磷酸酶活性显著降低,与CK
相比,碱性磷酸酶活性的降低幅度分别达到6.94%和40.00%。土壤中的碱性磷酸酶活性呈现出随土层深度增
02 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
加而降低的规律,0~10cm土层的碱性磷酸酶活性均高于10~20cm土层中的酶活性。各个养分添加处理下的
碱性磷酸酶含量在10~20cm土层中没有表现出显著差异性。
2.1.2 土壤脲酶活性 土壤中脲酶的酶促反应产生的氨是植物生长所需的重要氮源之一。脲酶的专性较强,
它可以酶促尿素水解生成氨、二氧化碳和水。因此,在尿素的水解与脲酶密切相关[1]。如图2,0~10cm土层中
的脲酶活性在氮、磷养分添加处理下均受到抑制,其中单施P和NP混合施用的抑制作用最显著。0~10cm土
层中,N、P、NP与CK相比,降幅分别为57.02%、79.05%和69.73%。土层中的脲酶活性呈现出随土层深度增
加而降低的规律。10~20cm土层中的脲酶活性在氮、磷养分添加处理下没有表现出显著性差异。
图1 不同养分添加处理后碱性磷酸酶的活性
犉犻犵.1 犜犺犲狆犺狅狊狆犺犪狋犪狊犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀狊狅犻犾狊狌狀犱犲狉犖犪狀犱犘犪犱犱犻狋犻狅狀
图2 不同养分添加处理后脲酶的活性
犉犻犵.2 犜犺犲狌狉犲犪狊犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀狊狅犻犾狊狌狀犱犲狉犖犪狀犱犘犪犱犱犻狋犻狅狀
2.1.3 土壤纤维素酶的活性 纤维素是植物残体进入土壤的碳水化合物的重要组分之一。土壤纤维素酶是
碳素循环过程中一个很重要的酶[30]。该试验的结果如图3,0~10cm土层中,单施N对纤维素酶表现出了明显
的抑制作用。单施N和NP混合与CK相比,土壤纤维素酶活性的降低幅度分别为46.53%和29.85%。单施P
肥对0~10cm土层中的纤维素酶活性有一定的积极作用,但是效果不显著。土壤中的纤维素酶活性呈现出随土
层深度增加而降低的规律,0~10cm土层的纤维素酶活性均高于10~20cm土层中的酶活性。在10~20cm土
层中,单施N肥的累积效应使得土壤纤维素酶的活性明显降低,与CK相比,降幅达到了64.92%。10~20cm
土层中的土壤纤维素酶活性在单施N肥与NP混合添加之间差异显著,NP混合添加对纤维素酶活性有一定的
促进作用,但是差异不显著,可能是较深层土壤受氮、磷养分限制的程度较大。
2.1.4 土壤芳基硫酸酯酶的活性 土壤中的芳基硫酸酯酶在硫的循环和周转中有着重要的作用,可以在早期
指示土壤中硫化物的缺乏[25]。试验结果如图4所示,土壤中的芳基硫酸酯酶活性随土层深度的增加而降低。在
0~10cm和10~20cm土层中,芳基硫酸酯酶活性在各个养分添加处理之间都没有表现出显著性差异(犘>
0.05)。氮、磷养分添加在该试验中没有影响到土壤中硫的养分状况。
图3 不同养分添加处理后纤维素酶的活性
犉犻犵.3 犜犺犲犮犲犾狌犾犪狊犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀狊狅犻犾狊狌狀犱犲狉犖犪狀犱犘犪犱犱犻狋犻狅狀
图4 不同养分添加处理后芳基硫酸酯酶的活性
犉犻犵.4 犜犺犲犪狉狔犾狊狌犾犳犪狋犪狊犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀狊狅犻犾狊狌狀犱犲狉犖犪狀犱犘犪犱犱犻狋犻狅狀
12第25卷第2期 草业学报2016年
2.1.5 土壤几丁质酶的活性 几丁质酶是几丁质分解主要途径中的至关重要的一类酶。几丁质酶水解几丁
质的糖苷键,释放包括有机氮在内的更小的氮,最终被矿化为无机氮。几丁质代表了土壤中有机氮的一种重要形
式[31]。如图5,该试验中测得的几丁质酶活性在10~20cm土层中均高于0~10cm土层中的几丁质酶活性。
氮、磷养分添加不同程度地增强了几丁质酶活性,但是0~10cm土层中几丁质酶活性在各个养分添加处理之间
没有表现出显著性差异。0~10cm土层中,N与CK相比,几丁质酶活性增幅达到95.73%(犘=0.069)。10~
20cm土层中,氮、磷养分添加均促进了几丁质酶活性,其中,P的添加与CK相比,差异极显著(犘<0.01),几丁
质酶的增加幅度为84.11%。说明磷的添加更有利于高寒草甸有机氮的释放。
2.1.6 土壤蔗糖酶活性 土壤蔗糖酶对增加土壤中的易溶性营养物起着重要作用。蔗糖酶活性不仅能够表
征土壤的生物学活性强度,也可以作为评价土壤质量的一个很好的指标[12]。如图6,蔗糖酶活性随土层深度的
增加而降低。0~10cm和10~20cm土层中的蔗糖酶活性在各个养分添加处理之间没有表现出显著差异性。
图5 不同养分添加处理后几丁质酶的活性
犉犻犵.5 犜犺犲犮犺犻狋犻狀犪狊犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀狊狅犻犾狊狌狀犱犲狉犖犪狀犱犘犪犱犱犻狋犻狅狀
图6 不同养分添加处理后蔗糖酶的活性
犉犻犵.6 犜犺犲狊狌犮狉犪狊犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀狊狅犻犾狊狌狀犱犲狉犖犪狀犱犘犪犱犱犻狋犻狅狀
2.2 氮、磷养分添加背景下土壤速效养分的变化规律
2.2.1 土壤速效磷含量的变化规律 土壤中的速效磷是植物可以吸收利用的磷,来自有机磷的矿化和无机磷
的释放[32]。对速效磷含量的测定结果如表1所示,0~10cm土层中的速效磷含量均高于10~20cm土层中的速
效磷含量。2个土层经养分添加处理后,NP和P添加的样方内速效磷含量显著提高,NP和P之间的差异极显
著(犘<0.01)。说明氮、磷养分添加显著增加了高寒草甸土壤速效磷的含量,氮、磷混合添加对速效磷的促进作
用优于单独添加磷的作用。
表1 不同养分添加处理下速效磷和碱解氮(平均值±标准误)
犜犪犫犾犲1 犃狏犪犻犾犪犫犾犲狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊犪狀犱犪狏犪犻犾犪犫犾犲狀犻狋狉狅犵犲狀犮狅狀狋犲狀狋狊狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊(犿犲犪狀±犛犈)
速效养分
Availablenutrient
土层深度
Soildepth(cm)
氮磷养分添加处理N,Pnutrientadditiontreatment
N P NP CK
速效磷AvailableP(mg/kg) 0~10 6.95±0.30c 36.35±2.96b 47.57±1.81a 6.20±0.37c
10~20 3.48±0.38b 5.89±0.69a 7.70±0.79a 3.47±0.38b
碱解氮AlkalineN(mg/kg) 0~10 62.70±1.76a 53.75±1.04b 56.17±1.59b 57.58±1.28ab
10~20 43.54±1.11a 42.62±1.34a 41.28±0.92a 35.91±1.67b
注:小写字母表示处理间的差异显著性(犘<0.05)。
Notes:Differentlowercaselettersindicatesignificantdifferenceamongtreatments(犘<0.05).
2.2.2 土壤碱解氮的变化规律 土壤中碱解氮的含量可以较好地反映近期土壤氮素的养分状况、氮素释放的
速率,碱解氮是植物可以直接利用的有效态氮[33]。试验结果见表1所示,0~10cm和10~20cm两个土层中,单
施N肥的样方内碱解氮含量最高,但是0~10cm和10~20cm土层中的碱解氮含量在各个施肥处理之间的差
22 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
异性不同。0~10cm土层中,单独添加N对碱解氮的促进效应最明显,单施P和NP混合添加对碱解氮含量没
有表现出促进作用。10~20cm土层中,氮、磷养分添加处理与CK相比,均显著提高了碱解氮的含量。
2.3 土壤速效养分与土壤酶活性的相关关系
如表2,土壤中的速效磷含量和碱性磷酸酶活性在0~10cm土层中呈现出一定的负相关关系(犚2=-0.51,
犘<0.05)。0~10cm土层中的速效磷含量和脲酶活性也呈显著负相关(犚2=-0.61,犘<0.05)。在10~20cm
土层中,速效磷含量和芳基硫酸酯酶活性呈极显著正相关(犚2=0.69,犘<0.01)。0~10cm和10~20cm土层
中的碱解氮含量和6种土壤酶之间的相关关系均不显著。从总体上看,磷的添加对土壤酶活性的影响较大。
表2 土壤速效养分与土壤酶活性的相关关系
犜犪犫犾犲2 犜犺犲狉犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆狅犳狊狅犻犾犪狏犪犻犾犪犫犾犲狀狌狋狉犻犲狀狋狊犪狀犱狊狅犻犾犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊
分析项目
Items
土层深度
Soildepth(cm)
速效磷
AvailableP
碱解氮
AlkalineN
碱性磷酸酶
Alkalinephosphatase
脲酶
Urease
纤维素酶
Celulase
几丁质酶
Chitinase
芳基硫酸酯酶
Arylsulfatase
蔗糖酶
Sucrase
速效磷AvailableP 0~10 1 -0.41 -0.51 -0.61 0.21 0.22 -0.39 -0.12
10~20 1 0.29 0.30 -0.41 0.05 0.29 0.69 0.48
碱解氮AlkalineN 0~10 -0.41 1 0.31 0.07 -0.24 0.06 0.23 0.15
10~20 0.29 1 -0.24 0.03 -0.11 0.08 -0.02 -0.06
注:表示犘<0.05,表示犘<0.01。
Note:representthesignificancelevelof犘<0.05,representthesignificancelevelof犘<0.01.
3 讨论与结论
养分添加可以改变胞外酶的潜在活性,土壤酶活性的改变对于土壤有机质降解和植物残体的分解过程又是
至关重要的[34]。但是土壤受多种生态因子的影响[21,35],具有极大的复杂性和不确定性。因此,在4年氮、磷养分
添加试验的累积效应下,养分添加与土壤酶活性有着较复杂的效应。
某种特定养分的供应不仅会影响与之相关的特定的酶来矿化同种养分,而且还会矿化其他养分,即一种养分
的供应在调控另一种养分的矿化方面发挥着一定的作用。试验表明,氮肥与0~10cm土层中的碱性磷酸酶活性
之间有着正效应,该结果同 Moorhead和Sinsabaugh[36]的研究结果一致,说明氮的供应对表层土壤中碱性磷酸
酶水解磷脂、释放有机磷、无机磷的矿化等过程有积极作用。磷肥与10~20cm土层中的几丁质酶活性之间也是
正效应,此结果与Olander和 Vitousek[31]的研究结果类似。氮、磷混合施用促进速效磷的释放,磷的添加促进了
10~20cm土层中碱解氮的释放。
一些研究指出,土壤酶活性和养分有效性之间存在着负反馈作用[29,3738],土壤酶活性高低是和生物对特定养
分的需求相联系的。该试验中,0~10cm土层中的速效磷含量和碱性磷酸酶活性之间存在显著的负相关关系;
氮、磷添加对0~10cm土层中的脲酶有抑制作用,其中,在0~10cm土层中,速效磷含量和脲酶活性之间存在着
极显著的负相关关系;氮、磷添加对10~20cm土层中的几丁质酶有促进作用(P添加的增幅最显著)。
该试验中测得的芳基硫酸酯酶活性和蔗糖酶活性没有表现出一定的变化规律,其原因较为复杂。Jason
等[39]的研究证明了近十年的施氮肥试验,平均有72g/(m2·年)的多余的碳被输入到施氮肥的区域。该试验中
添加的氮肥是尿素,其成分中有碳的存在,引入土壤的多余的碳可能会对蔗糖酶活性和纤维素酶活性有一定的影
响。该试验中,氮添加就对2个土层中的纤维素酶活性有明显的抑制作用。胡雷等[40]的研究指出,蔗糖酶活性
是由一系列复杂的影响因子(土壤的有机质、氮、磷含量、微生物数量及土壤呼吸强度等因素)的影响。Olander
和Vitousek[31]的研究指出,土壤酶会被土壤中的有机质和土壤黏粒固定,在固定和降解过程中十分稳定,因此某
些养分循环变化可能被掩盖了。此外,也有可能是由于高寒草甸生态系统具有自我平衡的功能,适应了外源N、
P的输入[4142]。
土壤速效磷的含量在磷添加后显著增加,氮磷混合施用的促进作用在0~10cm和10~20cm土层中都是最
32第25卷第2期 草业学报2016年
明显的。说明氮磷混合添加后,氮对速效磷的释放发挥着积极的作用。养分添加对0~10cm土层中的土壤碱解
氮含量的增加没有显著的促进作用,但是对10~20cm土层中的碱解氮含量有显著的促进作用。说明了高寒草
甸土壤同时受到氮和磷的限制,尤其是较深土层同时受氮和磷限制的程度更大。
由6种土壤酶活性和土壤碱解氮、速效磷的变化规律,做出推测,土壤中的磷有可能是比氮更重要的养分限
制因子,青藏高原高寒草甸的土壤受磷的限制程度可能更高。这一结果与杨晓霞等[42]在氮、磷养分添加处理下
对植物群落地上、地下、总生物量的测定做出的推测结果较一致。在下一步的研究中,对氮、磷的添加剂量将设置
浓度梯度,则反映的科学问题会更加严谨,更有助于为科学合理的管理青藏高原高寒草甸提供理论依据。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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