Characterzing Enzymatic,Microbial and Chemical Properties of Red and Brown Soils under Two Contrasting Plant Residues and Water.pdf

1、土壤酶是影響土壤中有機(jī)物分布的生物因素，對土壤生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物的保留起到最終決定作用。課題實(shí)施一項(xiàng)為期六個月的溫室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，來調(diào)查土壤中氧化酶和水解酶的活性以及它們在兩種不同條件下（干燥和水浸）分解土壤中有機(jī)物（棕色堿性和紅色酸性中國土壤中的稻草和綠肥）的作用。實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)化完全區(qū)組設(shè)計(jì)，十個處理，三個重復(fù)。稻草和綠肥在土壤中的含量均采用每克土壤中含0mg，5mg或者25mg，分別表示為對照(CK)，RS1，RS2，GM1和GM2。土壤

2、保持在兩個水位，25％(W1)和200％(W2)。結(jié)果表明，棕壤中酚氧化酶和過氧化氫酶的活性分別是紅壤中這兩種酶的2倍和1.5倍。這也就導(dǎo)致棕壤中有機(jī)物的分解速率比紅壤中的高，其中碳和氮礦化作用分別高1.23倍和1.2倍，溶解有機(jī)碳和溶解有機(jī)氮分別高1.23倍和1.21倍，最終導(dǎo)致棕色中的低有機(jī)物含量。相反，紅壤的低氧化酶活性減少碳和氮礦化作用和有機(jī)質(zhì)的溶解，結(jié)果使紅壤中剩余有機(jī)物的含量比棕色中高1.38倍。同樣，由于紅壤中酚氧化酶和過

3、氧化氫酶的活力低，還原糖和氨基酸的值比棕壤中低2.58倍和2.22倍，而酚類化合物的含量則比棕壤中高1.36倍。這表明，紅壤中氧化酶的低活性不利于于酚類化合物的降解，這也最終導(dǎo)致分解率的降低和還原糖和氨基酸的減少。添加綠肥對土壤的酶和生化活性有顯著的促進(jìn)作用(P＜0.05)，而添加稻草的作用次之。水位的影響在孵育初期同樣顯著(P＜0.05)，高水含量的添加降低分解率，降低酶和生化活性。堿性土壤的PH能夠通過控制底物的可利用性來優(yōu)化氧化酶

4、的活性。
　　在水浸條件下的水解酶（如尿素酶和中性磷酸酶）無法在土壤有機(jī)質(zhì)的分解過程中發(fā)揮相關(guān)作用，并且與棕壤和紅壤中的有機(jī)質(zhì)呈不顯著相關(guān)(p＜0.05)。相反，氧化酶（如酚氧化酶和過氧化氫酶）在土壤有機(jī)質(zhì)的分解過程中起到關(guān)鍵作用，并且與棕壤和紅壤中的有機(jī)質(zhì)呈顯著相關(guān)(p＜0.05)。實(shí)驗(yàn)表明，有機(jī)添加物的低分解率，特別是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素以及水浸條件下的富含有機(jī)質(zhì)的添加物，能夠增加如酚類化合物一樣更難降解的有機(jī)聚合物的形成

5、。這最終抑制水解酶的活性，使得它們不能在有機(jī)物的分解過程中發(fā)揮應(yīng)有的作用。我們同樣證實(shí)尿素酶和中性磷酸酶不能觸發(fā)分解酚類化合物一樣更難分解的有機(jī)聚合物，所以在紅壤和棕壤中都存在尿素酶與中性磷酸酶和酚類化合物之間不顯著的相關(guān)性。盡管如此，這些酶依然在容易分解的有機(jī)化合物的生物降解過程中起重要的作用，同時與紅壤和棕壤中的氨基酸和還原糖有非常顯著(p＜0.01)的相關(guān)。另外，氧化酶（酚氧化酶和過氧化氫酶）和紅壤和棕壤中的酚化合物、氨基酸以及還

6、原糖之間有顯著的相關(guān)性。這表明，即使在高濕度的條件下，氧化酶依舊是土壤中有機(jī)物分解通路中的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明，土壤酶的高活性保證了有機(jī)物的有效分解;另外氧化酶（酚氧化酶和過氧化氫酶）負(fù)責(zé)降解酚類化合物一樣更難分解的有機(jī)聚合物;土壤中有機(jī)物的富集最終可能在標(biāo)準(zhǔn)的濕度條件下也會形成“酶鎖”。
　　為了研究有機(jī)添加物（稻草和綠肥）和水位（25％和200％）對紅壤中微生物總量和微生物群落變化的影響，我們進(jìn)行了一項(xiàng)孵育實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)化完

7、全區(qū)組設(shè)計(jì)，十個處理，三個重復(fù)。土壤中微生物總量和微生物群落的確定采用標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果由常規(guī)方法獲得，并采用微量量熱法證實(shí)。結(jié)果顯示，與對照組相比，稻草和綠肥的添加，特別是高添加量（每克土壤添加25mg）時能夠顯著增加土壤微生物總碳、微生物總氮和微生物總磷;同時也能夠增加土壤中微生物群落，如真菌、細(xì)菌和放線菌等。通過對綠肥和稻草這兩種植物殘留物效率的比較得出，綠肥的促進(jìn)作用更加顯著。水位（W1和W2）同樣有很顯著的影響(P＜0.0

8、5)，微生物總量和群落隨著水位的上升而減少。為了使用微量量熱法證實(shí)常規(guī)方法所得的結(jié)果，我們測量了熱力學(xué)參數(shù)并且記錄了添加了葡萄糖和硫酸銨的土壤樣品的功率-時間曲線。我們測算了微生物生長率常量k，總演化熱量Q，峰值高度Pmax和峰值時間tmax。最大峰值高度Pmax，k和Q取自水位W1(25％)時的有機(jī)物添加組，而tmax取自對照組和水位W2(200％)時的有機(jī)物添加組。土壤微生物更高的生長率、更多的峰值高度、更短的峰值時間和每個細(xì)胞單元

9、更長的散熱表明有機(jī)物的添加促使土壤微生物的代謝更加有效率;反之，對照組中微生物的低活力則是由于養(yǎng)分和底物的匱乏。.微量量熱法的參數(shù)Pmax,k和Q（p＜0.01時正相關(guān)）和tmax（p＜0.01時負(fù)相關(guān)）與常規(guī)技術(shù)測量得到的參數(shù)值顯著相關(guān)。我們發(fā)現(xiàn)，所有的量熱法參數(shù)（Pmax,tmax,Q和k）都對土壤的許多內(nèi)在屬性高度敏感，可作為土壤微生物群落變化和活動的指數(shù)。
　　為了探究有種截然不同的水位（25％和200％）和有機(jī)添加物（稻

10、草和綠肥）對采集于中國河南的棕壤的酶學(xué)（過氧化氫酶，脲酶，堿性磷酸酶，中性磷酸酶，酚氧化酶和脫氫酶）、微生物學(xué)（微生物總碳，微生物總氮，微生物總磷，細(xì)菌，真菌和放線菌）和化學(xué)（土壤有機(jī)物，溶解有機(jī)碳，溶解有機(jī)氮，碳礦物化，單礦物化，酸堿值和導(dǎo)電性）方面的影響作用，我們進(jìn)項(xiàng)了另一項(xiàng)引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。稻草和綠肥分別以5mg/g和25mg/g的比例和土壤混勻后裝入花盆中。土壤中所含去離子水量保持在25％(W1)和200％(W2)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的目的是通過

11、常規(guī)方法和使用微量量熱法證實(shí)過的結(jié)果來評價土壤的酶學(xué)，微生物學(xué)和化學(xué)屬性。與對照組相比，稻草和綠肥的添加，特別是高添加量時能夠顯著增強(qiáng)土壤的酶學(xué)，微生物學(xué)和化學(xué)屬性(P＜0.05)。比較這兩種不同的植物殘留物，我們觀察到綠肥比稻草能夠更加有效的增強(qiáng)土壤的酶和生化屬性(P＜0.05)。同理，不同含水量(25％(W1)和200％(W2)對土壤的酶和生化屬性也有顯著的影響(P＜0.05)。200％(W2)的水位對土壤所有的土壤的酶和生化屬性都

12、有顯著的負(fù)面影響(P＜0.05)，比如氧化酶和水解酶的活力，微生物總量，微生物群落，碳氮的礦物化，可溶有機(jī)物量和導(dǎo)電性。為了比較傳統(tǒng)方法的結(jié)果和檢測微量量熱法的敏感度，我們測算了熱力學(xué)參數(shù)，微生物生長常數(shù)（k），總演化熱量Q，峰值高度Pmax和峰值時間tmax。最大峰值高度Pmax(,)，k和Q取自水位W1(25％)時綠肥比例最高的實(shí)驗(yàn)組，而最大tmax取自含水量為W1的對照組。微量量熱法參數(shù)，Pmax,和k正相關(guān)，而tmax和所有測量

13、的酶學(xué)，微生物學(xué)和生物化學(xué)結(jié)果在p＜0.01時負(fù)相關(guān)。相反，總演化熱量Q和這些結(jié)果沒有顯著的相關(guān)性(p＜0.05))，具體為尿酸酶(0.248)，中性磷酸酶(0.281)，脫氫酶(0.291)，微生物總碳(0.283)，微生物總磷(0.277)，溶解有機(jī)碳(0.269)，溶解有機(jī)氮(0.190)，土壤有機(jī)物(0.284)和酸堿度(0.047)。結(jié)果表明，微量量熱法參數(shù)Pmax,和k對土壤許多內(nèi)在屬性都高度敏感，可作為衡量土壤生態(tài)系統(tǒng)中酶