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土壤酶对土壤pH变化响应研究.doc
pH变化对酸性土壤酶活性的影响
王涵,王果,黄颖颖,陈璟,陈妹妹
福建农林大学资源与环境学院福建 福州 350002
采用酸性土壤,以添加酸或碱的方式,研究酸化或碱化对土壤酶活性的影响。结果表明,培养过程中对照土壤微生物C量 Cmic 变化与土壤pH变化密切相关,Cmic大时pH值相对较低,显示土壤中微生物活动加剧对土壤pH下降的影响。除过氧化物酶外,土壤pH值变化对土壤酶活性影响较大。脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脱氢酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性大致呈现酸化抑制碱化激活的规律。前期酸碱添加都抑制了酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性,中期酸碱添加都抑制了多酚氧化酶活性,后期酸碱添加都抑制了蛋白酶活性。蔗糖酶活性呈现前期酸化激活碱化抑制,中期酸碱都以激活为主,后期碱化又呈现抑制作用。纤维素酶活性变化没有明显规律性。总体上酸添加对土壤酶活性主要起抑制作用,碱添加主要起激活作用。土壤Cmic变化和酶活性变化之间有着较为密切的关系,存在酸化抑制Cmic碱化激活Cmic的现象,pH变化对微生物活性的影响是造成土壤酶活性变化的主要因素。
酸化碱化pH值土壤酶微生物C量中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(200)0-2401-06土壤酶与土壤组分结合形成复合酶,具有与纯酶不一样的酶学特性[1],但二者同样都具有适宜催化的pH范围。一些野外调查结果表明,土壤pH与土壤酶活性之间的关系较为密切[23],人工改变土壤pH值对土壤酶活性存在一定程度的影响[4]。尽管pH对土壤酶催化功能具有重要作用,但少有人对此进行系统研究。pH变化对土壤酶作用机理大致可以从两方面加以阐明,第一酶空间构象的改变影响土壤酶催化活性,第二土壤微生物类群发生变化而影响酶来源。先前大多研究使用酶构象改变解释pH对土壤酶活性的影响[56]。但是研究表明,反映土壤微生物总量指标的微生物C量与土壤pH值之间的关系较为密切[78]。因此土壤酶催化能力不仅取决于土壤中现有酶,从土壤酶发生学观点出发,微生物变化决定土壤酶来源数量,这可能为影响酶活性的更关键因素。为此本研究采用南方酸性土壤,通过HCl和NaOH酸化或碱化培养土壤,考察酸化或碱化对土壤酶及微生物C量的影响,进而探讨pH变化对土壤酶的影响机制。
供试土壤采自福建省龙岩市新罗区铁山镇富溪村。此地远离城市,附近无明显污染源。采集菜园耕作层土壤(20 cm),风干,去除石块和动植物残体,过2 mm筛。部分土风干后进行土壤基本理化性质的测定。供试土壤的主要性质:pH 4.77,碱解氮102.47 mg·kg-1,全磷0.33 g·kg-1,有机质33.1 g·kg-1。
将80 g过2 mm筛的风干土壤置于150 mL聚乙烯塑料杯中,加入一定量事先配制好的0.1 mol·L-1 HCl或NaOH溶液,将土壤搅拌均匀,加水调节至田间最大持水量60%。最终使各处理土壤[H+]加入量为80、160、240 mmol·kg-1,以[H+]80、[H+]160、[H+]240表示。[OH-]加入量为40、80、120 mmol·kg-1,以[OH-]40、[OH-]80、[OH-]120表示。同时设立未加酸碱的土壤作为对照,即CK。以上设置事先经过检验,各处理的pH值变化范围在37之间,为福建省农田土壤常见pH值范围。各处理均设15个重复。用保鲜膜将塑料杯封口,并在保鲜膜上开孔通气。将塑料杯放置于恒温箱中培养,温度控制在25 ℃左右。每隔3调节一次土壤水分,使之维持恒定水分含量。培养后的第3、10、17、31、52天分别从每种处理中取3个培养杯(3个重复),采用杯中新鲜土样进行土壤酶活性测定。
蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、纤维素酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性测定参考关松荫等介绍的方法,并做一定的改进[9]。脱氢酶活性测定参照朱南文等的方法并做一定的改进[10]。微生物C量、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性测定参考鲁如坤等介绍的方法[11]。
最初酸碱的添加改变了土壤pH值,形成了从2.986.95之间的系列,然而培养期间土壤pH值在不断发生着变化(见表1)。总体来看,培养过程中酸化土壤的pH值不断升高而碱化土壤的pH值不断降低,对照土壤的pH则先降后升,然后再次降低。酸化土壤的pH值变化幅度不大,在0.10.2个pH单位之间。对照土壤和碱化土壤的pH值变化幅度较大,在0.40.9pH单位之间,其中[OH-]80、[OH-]120和对照土壤的pH变化幅度最大,大致都在0.8个pH单位。
表1 培养过程土壤pH值的变化
Table 1 Change of pH during incubation
酸碱处理 3 10 17 31 52 [H+]240 2.98 3.05 3.14 3.19 3.20
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