全 文 ：第 17 卷 第 3 期
Vol. 17 No . 3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 5 月
May 2009
松嫩草原盐碱土过氧化物酶活性
及其与肥力因素的关系
岳中辉1, 2, 王博文1 , 王洪峰1 , 阎秀峰1* ,陈红艳2
( 1. 东北林业大学生命科学学院,东北林业大学林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室, 哈尔滨 150040;
2.哈尔滨师范大学生命科学与技术学院, 哈尔滨 150025)
摘要: 2007 年 5- 9 月,对松嫩草原盐碱土过氧化物酶活性及肥力因素进行测定, 为改良利用盐碱草地提供理论依
据。结果表明:研究样地内过氧化物酶活性变化范围较大 , 8 月份变异系数最高;随着植被盖度的增加,酶活性呈现
逐渐降低的趋势;在植被生长季内酶活性 5月较高,而在 8 月较低; 过氧化物酶活性和全氮呈显著负相关; 和速效
磷、全盐、pH 值有显著的正相关关系; 和其他肥力因素相关性因月份而异。主成份分析结果表明可以用过氧化物
酶活性作为盐碱土肥力变化的指示指标。
关键词:过氧化物酶; 肥力因素;盐碱土
中图分类号: S154. 2 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 03029404
Soil Peroxidase Activity and Its Relationship to Soil
Fertility Factors in Songnen Alkali Grassland
YUE Zhonghui1, 2 , WANG Bowen1 , WANG Hongfeng1 , YAN Xiufeng1* , CHEN Hongyan2
( 1. Key Lab oratory of For est Tr ee Gen et ic Im provement and Biotechn ology, M in ist ry of Educat ion , College of Life S cien ce,
Northeast Forest ry University, Harbin, H eilon gjiang Province 150040, China; 2. College of Life Science and
Technology, H arbin Normal University, Harbin, H eilon gjiang 150025, China)
Abstract: Soil per oxidase ( POD) activ ity and fert ility factors in Songnen alkaline grassland w ere examined
during M ey and September in 2007 to analyze the relat ionship betw een them. T he results indicate that
there w as larg e scope change of soil POD act iv it ies in the sampling plots and the larg est coef ficient of varia
t ion appeared in August. Soil POD was high in M ay and low in August at the vegetat ion g row ing season.
There w as a notably positiv e correlation betw een so il POD act ivity and total N, w hile a negat ive cor relat ion
to available P, to tal salt , and pH . Corr elat ions betw een so il POD act ivity and fert ility facto rs v aried in dif
ferent months. Pr incipal component analysis results show that the soil POD act ivity could be used as
demonst rat ive indices of soil fert ility in alkali soil.
Key words: Peroxidase; Soil fert ility factors; Alkali soil
松嫩草原由于区域内独特的地貌条件、成土母
质组成、气候条件、地下水水位及其含盐量等因素作
用,尤其是近几十年人为因素的干扰,盐碱地面积增
加,盐碱化程度加剧[ 1] ,其恢复与重建工作已经成为
科研和生产的主要任务, 对于盐碱草地内在生物学
机制的研究也刻不容缓。
过氧化物酶能利用由于微生物活动和某些氧化
酶(例如尿酸盐氧化酶)的作用而在土壤中形成的过
氧化氢和其他有机过氧化物中的氧, 氧化土壤有机
物质,催化多种芳香族化合物(苯酚、取代酚、苯胺、
多环芳烃等)的氧化反应,在腐殖质的形成中具有重
要作用[ 2] 。国内外对过氧化物酶的研究主要集中在
污染土壤的修复方面, 过氧化物酶对土壤中一些潜
在污染物或它们的衍生物有较强的去除作用,通过
收稿日期: 20081014;修回日期: 20090125
基金项目:国家科技支撑计划项目 ( 2006BAC01A08 ) ; 黑龙江省自然科学基金重点项目 ( ZJN050201) ; 黑龙江省教育厅科技项目
( 11521065) ;黑龙江省博士后资助基金资助
作者简介:岳中辉( 1971 ) ,女,汉族,博士,副教授,主要从事植物和土壤生态学研究, Em ail: yu ezh ong hui@ 163. com; * 通讯作者 Auth or
for correspondence, Email : xfyan@ mail. hl. cn
第 2期 岳中辉等:松嫩草原盐碱土过氧化物酶活性及其与肥力因素的关系
将污染物转化为其他产物的方法来消除污染物的毒
素[ 3~ 6]。对不同植被类型土壤过氧化物酶活性的研
究也较多, 但大都集中在林地土壤。在各种类型林
地内酶活性都随土层的加深而降低,人工林的酶活
性高于人工混交林,高于纯林地[ 7~ 10]。草地土壤过
氧化物酶活性方面研究相对较少,仅有的研究表明
在轻度退化草地中的酶活性大于重度退化草地 [ 11]。
本实验对松嫩草原盐碱土过氧化物酶活性及其与肥
力因素的关系进行研究, 试图为盐碱草地的改良利
用提供理论基础。
1 材料与方法
1. 1 研究区域概况
研究区域位于松嫩平原西部, 地处 N4553~
478, E12345~ 12442,平均海拔 152 m, 属温带
大陆性季风气候,年均降雨量为 400 mm 左右, 80%
集中在 7、8、9月,年平均气温 3. 6~ 4. 4 , 日平均
气温稳定在 0 以上的日数 210 d,无霜期 140 d, 封
冻期在 11月上旬,解冻期在 5月上旬。
1. 2 土壤样品采集
选择杜尔伯特蒙古族自治县他拉哈镇南部的盐
碱草地作为研究样地,样地内光碱斑面积约占 30%
以上,主要植被有车前( P lantago asiat ica L. )、羊
草( A neur olep id ium chinense ( T rin. ) Kitag . )、星
星草( Puccinel l ia tenui f lora ( T ur cz. ) Scribn. et
Merr. )、虎尾草 ( Chlori s vi rgata Sw artz)、碱蓬
( Suaeda glauca ( Bunge) Bunge)、黄蒿( Ar temisia
scopar ia Waldst . et Kitag . )、萎陵菜 ( Potent il la
chinensi s Ser. )等,样地内各种植被分布不均。在样
地内选取 50 cm 50 cm 的样方 15 个, 用 GPS 定
位,各样方内植物种类和生长情况不同,包括了从植
物不能生长的碱斑地到植被生长相对茂盛的地段,
样方 1到15植被盖度逐渐增加。在2007年5月 20
日、6月 22日、7月 25日、8月 26日、9月 29日定点
取样( 9月为 13个样方) ,风干后分析土壤过氧化物
酶活性及主要肥力因素状况。
1. 3 分析方法
1. 3. 1 土壤过氧化物酶活性的测定 用邻苯三酚
比色法[ 12] , 酶活性以 3 h 后每克土壤中紫色没食子
素的毫克数表示。
1. 3. 2 土壤肥力因素的测定 全氮含量用凯氏定
氮法, 碱解氮含量用碱解扩散法, 全磷含量用
HClO 4H 2 SO4 法,速效磷含量用钼锑抗比色法, 全
钾含 量用 HFHClO4 消煮 法, 速 效钾含 量用
NH4OAC火焰光度法,有机质含量用重铬酸钾法容量法
(外加热法) ,全盐含量用电导法, pH值用电位法[ 13,14]。
1. 3. 3 数据分析 应用 SAS 8. 1软件分析。
2 结果与分析
2. 1 盐碱草地土壤过氧化物酶活性的变化
研究区域内,不同月份过氧化物酶活性的变化
范围都较大(表 1) , 5月为 0. 554~ 3. 643 mg g- 1
3 h- 1 , 6月为 0. 042~ 2. 931 mg g- 1 3 h- 1 , 7
月为 0. 098~ 2. 317 mg g- 1 3 h- 1 , 8月为0. 021
~ 3. 105 mg g - 1 3 h- 1 , 9 月为 0. 068~ 2. 395
mg g - 1 3 h- 1 ,这是由于各样方内植被盖度和植
被种类不同,引起根系分泌物的量发生变化,使得酶
活性发生相应的变化。不同月份酶活性的变异系数
也不同, 5 月为 63. 30%, 6 月为 66. 66% , 7 月为
56. 61% , 8月为 104. 66% , 9月为 77. 52%, 8 月变
异系数明显高于其他月份可能是由于该月植被生长
茂盛,凋落物和根系分泌物增加,使得不同样方间酶
活性的差异加大。
方差分析结果表明,同一月份酶活性之间差异
显著( F> F 14( 12) , 30( 26) , 0. 05 ) , 在整个生长季酶活性均表
现为从样方 1到 15逐渐下降,即随着植被盖度的增
加,酶活性降低(表 1)。这对于盐碱草地土壤肥力
的恢复具有一定意义, 因为过氧化物酶能够增强土
壤有机质分解,在植被生长较差地段酶活性高, 有机
质分解过程加强, 当环境条件不利于微生物活动时,
土壤代谢仍能在一定程度上继续进行 [ 12]。
2. 2 盐碱草地土壤过氧化物酶活性与肥力因素的
关系
相关分析结果表明(表 2) ,盐碱土生长季内 15
个样方的土壤过氧化物酶活性和全氮呈显著 ( P<
0. 01)负相关, 和速效磷、全盐、pH 值呈显著( P<
0. 01)正相关( P< 0. 01) , 这说明全氮、速效磷、全盐
以及 pH 值对酶活性有较大影响,土壤酶活性随着
土壤盐碱化程度的提高而增加, 速效磷和酶活性正
相关,可能是由于盐碱土壤中高含量的盐分促进了
磷素的分解所致。其他肥力因素和酶活性的相关性
在不同月份不同, 5月只有有机质和酶活性显著( P<
0. 01)负相关, 6、7月,速效氮、有机质和酶活性显著
( P< 0. 01求 P< 0. 01)负相关, 9 月酶活性和速效
氮、速效钾、有机质显著( P< 0. 01或 P< 0. 01)负相
295
草 地 学 报 第 17卷
表 1 盐碱土过氧化物酶活性特征值及方差分析
T able 1 Eigenvalues and var iance analysis of the POD activ ity in alkali so il
样方 Sample 5月 May 6月 June 7月 July 8月 August 9月 S eptemb er
1 3. 643 0. 121Aa 2. 931 0. 027Aab 2. 190 0. 060Ab 3. 105 0. 018Aab 2. 395 0. 077Ab
2 3. 125 0. 151Aa 2. 028 0. 022Bb 2. 317 0. 033Ab 2. 247 0. 067Bb 2. 319 0. 016ABb
3 1. 852 0. 070BCa 1. 876 0. 010BCa 2. 158 0. 021Aa 2. 120 0. 015BCa 2. 240 0. 043ABa
4 1. 923 0. 038BCab 1. 511 0. 026DEb 2. 178 0. 021Aa 1. 796 0. 029CDab 2. 111 0. 014ABa
5 2. 045 0. 058Ba 1. 433 0. 036Ea 1. 713 0. 008Ba 1. 690 0. 062Da
6 1. 605 0. 040BCDab 1. 795 0. 060BCDa 1. 600 0. 048BCab 0. 931 0. 021Ec 1. 198 0. 050CDbc
7 1. 497 0. 021BCDEa 1. 511 0. 066DEa 1. 589 0. 028BCa 0. 407 0. 016FGb 1. 695 0. 037CDa
8 1. 342 0. 023CDEF ab 1. 535 0. 045CDEa 1. 241 0. 085CDab 0. 327 0. 012FGc 0. 938 0. 022DEbc
9 1. 159 0. 027DEFGa 1. 245 0. 012Ea 0. 938 0. 022DEa 0. 508 0. 022Fb 0. 533 0. 054DEFb
10 0. 982 0. 030DEFGb 1. 276 0. 041Ea 0. 733 0. 032Ebc 0. 484 0. 071Fc 0. 627 0. 066DEFc
11 0. 940 0. 095EFGa 0. 778 0. 082Fa 0. 919 0. 015DEa 0. 111 0. 050FGb 0. 399 0. 132EFb
12 0. 597 0. 031Ga 0. 235 0. 070Gb 0. 677 0. 041EFa 0. 068 0. 029FGb 0. 562 0. 053DEFa
13 0. 747 0. 021FGa 0. 221 0. 038Gb 0. 754 0. 010Ea 0. 232 0. 078FGb 0. 108 0. 028Fb
14 0. 554 0. 019Ga 0. 096 0. 049Gb 0. 098 0. 025Gb 0. 021 0. 019Gb 0. 068 0. 152Fb
15 0. 822 0. 068FGa 0. 042 0. 022Gc 0. 319 0. 026FGb 0. 047 0. 011FGc
注:表中数据为平均数 标准差, n= 3;不同的大写字母代表不同样方间酶活性差异显著(< 0. 05) , 不同的小写字母代表不同月份的酶
活性差异显著(< 0. 05)
Note: Data are mean SD; means w ith diff erent capital letter are s ignifi can tly dif f erent among samples and different small let ters are sig
ni ficant ly dif ferent am ong m on th s
表 2 盐碱土过氧化物酶活性和肥力因素的相关系数
T able 2 Cor relation coefficients of t he POD activ ity and soil fert ility facto rs in alkali soil
全氮
TotalN
速效氮
AvailableN
全磷
TotalP
速效磷
AvailableP
全钾
TotalK
速效钾
AvailableK
有机质
O. M.
全盐
T otal sal t pH
5月 May - 0. 833** - 0. 310 - 0. 288 0. 872** - 0. 001 0. 198 - 0. 626* 0. 944** 0. 903**
6月 Jun e - 0. 643** - 0. 555* - 0. 465 0. 713** 0. 475 - 0. 206 - 0. 655** 0. 829** 0. 889**
7月 July - 0. 814** - 0. 615* - 0. 228 0. 741** - 0. 174 0. 303 - 0. 541* 0. 859** 0. 920**
8月 Augus t - 0. 891** - 0. 425 - 0. 427 0. 759** - 0. 109 - 0. 404 - 0. 457 0. 967** 0. 969**
9月 Septemb er - 0. 788** - 0. 655* - 0. 294 0. 711** - 0. 049 - 0. 597* - 0. 822** 0. 943** 0. 890**
注: * 和** 分别表示在 0. 05水平和 0. 01水平上的显著相关
Note: * and ** den otes the signif icant correlat ion at 0. 05 level and 0. 01 level , respect ively
关。8月酶活性和肥力因素的相关性较差(只和 4
种肥力因素显著相关) ,而 9月酶活性和肥力因素的
相关性较好(和 7种肥力因素显著相关)。
2. 3 盐碱草地土壤过氧化物酶活性和主要肥力因
子的主成分分析
将过氧化物酶和肥力因素进行主成分分析, 得
到三个主成分的方差贡献率达到 80. 63% (表 3) , 能
够反映土壤肥力因子的绝大部分信息。三个主成分
中第一主成分的方差贡献率达到 51. 15% , 在全部
因子中占主导地位, 是土壤肥力的最重要方面,过氧
化物酶在其中占有较大分量, 说明能够用过氧化物
酶活性来表征土壤肥力的变化,作为肥力变化的指标。
3 结论
3. 1 草原盐碱土生长季内过氧化物酶活性的变化
范围都较大,以 8月变异系数最高。在整个生长季
内酶活性随着植被盖度的增加逐渐降低。不同样方
的酶活性呈现不同的季节变化规律, 但都在 5月酶
活性较高,而在 8月酶活性较低(表 1)。
3. 2 草原盐碱土过氧化物酶活性在生长季内和全
氮呈显著( P< 0. 01)的负相关,和速效磷、全盐、pH
值呈显著( P< 0. 01)的正相关, 其他肥力因素和酶
活性的相关性在不同月份不同, 8月酶活性和肥力
因素的相关性较差, 而 9 月酶活性和肥力因素的相
关性较好(表 2)。
3. 3 主成分分析结果表明,过氧化物酶活性在第一
主成分中占有较大分量(表 3) ,可以作为盐碱土肥
力变化的指示指标。
4 讨论
随着生态环境不断恶化, 土壤质量受到人们的
296
第 2期 岳中辉等:松嫩草原盐碱土过氧化物酶活性及其与肥力因素的关系
表 3 盐碱土肥力因素的主成分特征根及特征向量
T able 3 P rincipal component eig envalues and eigenvector s of soil fert ility facto rs in alkali soil
项目
Item
第一主成分
1 s t prin cipal componen t
第二主成分
2 nd principal component
第三主成分
3 rd principal com ponent
特征向量 Eigenvector 过氧化物酶 POD 0. 392 0. 226 0. 027
全氮 TotalN - 0. 399 0. 151 - 0. 076
速效氮 AvailableN - 0. 270 0. 202 - 0. 478
全磷 TotalP - 0. 224 0. 538 0. 062
速效磷 AvailableP 0. 332 0. 389 - 0. 209
全钾 T otalK - 0. 014 0. 215 0. 837
速效钾 Avai lab leK - 0. 126 0. 489 0. 015
有机质 O. M - 0. 320 0. 264 0. 004
全盐 T otalsalt 0. 401 0. 256 - 0. 114
pH 0. 416 0. 156 - 0. 064
特征根 Eigenvalue 5. 115 1. 831 1. 116
方差贡献率(% ) Varian ce cont ribu tion rate 51. 15 18. 31 11. 16
累积方差贡献率( % ) Cumu lat ive varian ce cont rib ution rate 51. 15 69. 47 80. 63
普遍重视,而土壤酶是土壤代谢的动力,在推动生态
系统中能量流动和物质循环中起着重要作用, 几乎
所有的土壤生态系统退化都伴随着土壤酶活性的变
化,土壤酶活性成为必不可少的土壤生物学指标, 因
其对环境的敏感性常用来作为土壤变化的早期预警
指标[ 17] 。以往研究表明,过氧化物酶在土壤修复中
有一定的积极作用[ 4] ,本研究中,过氧化物酶活性与
土壤 pH、全盐含量显著正相关, 且随着植被盖度的
降低而升高,显示出其在盐碱土壤修复中的潜力, 用
其作为盐碱土壤肥力变化早期预警指标有一定可行
性。但仅以单一酶活性来表征土壤肥力变化还不够
全面,因为土壤中还存在和肥力相关的其他重要酶
类,在以后研究中将对此做进一步探讨。
在整个生长季, 除样方 3、5外,其他样方过氧化
物酶 活性 都有 明显 的季 节变 化规 律 ( F >
F4 ( 3) , 10( 8) , 0. 05 ) ,虽然各样方的变化规律不完全一致,
但大都在 5 月酶活性较高, 而在 8 月酶活性较低。
这与前人研究结果不同 [ 15] , 没有支持土壤酶活性
高峰出现在温度较高的季节的结论,可能是由于 8
月份植被凋落物增加,土壤呼吸加强,对根系有害的
过氧化氢及氧化物减少, 底物降低所致。
土壤肥力是影响土壤酶活性的重要因素, 以往
研究表明,过氧化物酶和林地土壤肥力的相关性较
差[ 6, 16] , 本研究与此结果不同,说明草原盐碱土不同
于林地土壤,有必要对其生物性状做进一步研究。
参考文献
[ 1] 刘兴土. 松嫩平原土地整治与农业发展[ M ] . 北京: 科学出版
社, 2001: 6264
[ 2] 周礼恺. 土壤酶学[ M ] . 北京: 科学出版社, 1987: 21
[ 3] Gianf reda L, Bollag J M . Ef fect of s oil s on the beh avior of im
mobilized enzym es [ J] . Soil Sci. Soc. , 1994, 58: 16721681
[ 4] Gianf reda L, Bollag J M . Isolated enzymes for the t ransforma
ti on and detoxif icat ion of or ganic pollutants [ A] . In: Burn s R,
ed. Enzymes in the En vi ronmen t Act ivity, Ecology an d Appli
cation s [ C] . New York: Mar cel Dekk er, Inc. 2002: 495527
[ 5] Servgent S , Revault M , Quiquampoix H , e t al . Conforma
ti on al ch anges of bovine serum albumin in duced by adsorption
on dif ferent clay su rface: FT IR an alys is [ J] . C ol loid Interface
Sci. , 2000, 4: 221238
[ 6] 张丽莉, 陈利军, 刘桂芬, 等. 污染土壤的酶学研究进展[ J ] .
应用生态学报, 2003, 14 ( 12) : 23422346
[ 7] 闫德仁. 落叶松人工林土壤腐殖质特征和土壤酶活性的研究
[ J] . 辽宁林业科技, 1994, (1) : 5759
[ 8] 谷思玉, 隋跃宇. 红松人工纯林、人工混交林和天然林几种土
壤酶活性比较[ J] . 农业系统科学与综合研究, 2007, 23( 4 ) :
783785
[ 9] 张崇邦, 金则新, 柯世省. 天台山不同林型土壤酶活性与土壤
微生物、呼吸速率以及土壤理化特性关系研究 [ J ] . 植物营养
与肥料学报, 2004, 10( 1) : 5156
[ 10] 于海霞, 戴伟, 夏良放, 等.亚热带不同人工林对土壤酶活性
及其动力学特征的影响 [ J] . 北京林业学报, 2007, 29 ( 1 ) :
510514
[ 11] 谈嫣蓉, 蒲小鹏, 张德罡, 等. 不同退化程度高寒草地土壤酶
活性的研究[ J] . 草原与草坪, 2006, 116( 3) : 1113
[ 12] 关松荫. 土壤酶及其研究法[ M ] . 北京: 农业出版社, 1986:
243248
[ 13] 鲍士旦. 土壤农化分析[ M ] . 北京: 中国农业出版社, 2000:
30108
[ 14] 中国土壤学会. 土壤农业化学分析方法[ M ] . 北京: 中国农业
科技出版社, 2000: 62120
[ 15] 何起利, 梁威, 贺锋, 等. 复合垂直流人工湿地基质氧化还原
酶活性研究[ J] . 应用与环境生物学报, 2008, 14 ( 1) : 9498
[ 16] 耿玉清, 白翠霞, 赵铁蕊, 等. 北京八达岭地区土壤酶活性及
其与土壤肥力的关系[ J ] . 北京林业大学学报, 2006, 28( 5 ) :
711
[ 17] 张玉兰, 陈利军, 张丽莉. 土壤质量的酶学指标研究 [ J ] . 土
壤通报, 2005, 36( 4) : 598604
(责任编辑 李 平)
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