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目 录

摘要 3

1 引 言 5

1.1国内外研究现状 5

1.2研究目的及意义 6

2 材料与方法 6

2.1 供试土样及处理 6

2.2 土壤酶活性的测定方法 7

2.3 统计分析 7

3 结果与分析 7

3.1 酸雨对土壤酶活性的影响 7

3.1.1酸雨对蔗糖酶活性的影响 8

3.1.2酸雨对过氧化氢酶活性的影响 9

3.1.3酸雨对脲酶活性的影响 9

3.1.4酸雨对纤维素酶活性的影响 10

3.2 土壤酶与温度的相关性分析 11

3.3 土壤酶活性与土壤PH的相关性分析 11

3.4 综合评判及聚类分析 12

4 讨 论 13

5 总 结 14

参考文献 14

致 谢 17

酸雨影响及气候变暖下不同土壤的酶学评价研究

汪美华

, China

Abstract: Soil enzymes are sensitive indicators of soil quality change. Under background of climate warming, for evaluating the influence of acid rain on soil in Nanjing, representative soil enzymes of Nanjing were measured. And the relevant analysis was used to screen sensitive soil enzymes as evaluation index. Soil health was assessed by enzymatic comprehensive evaluation. Tidal soil, paddy soil, and thick bone soil were selected as the research object, and setting three different temperature (0℃, 2℃, 4℃), three different gradient of acid rain(PH3.5, PH5.0, PH6.4), then setting up 9 kinds of processing by the orthogonal experiment, soil samples were cultivated for 1 day,3 day, 5 day, 14 day, 30 day and 120 day under the corresponding condition. Finally, sucrase, catalase, urease and cellulose enzyme activity of seven time point were measured. The experimental result showed that catalase and urease were negatively correlated with temperature, surase enzyme and cellulose enzyme were positively correlated with temperature; urease was highly positively correlated with soil PH, catalase, sucrose and cellulose enzyme were positively correlated with soil PH, so urease was the most sensitive for change of soil PH. According to the orthogonal analysis, the importance of the three factors for sucrase activity: soil type﹥temperature﹥PH, the importance of the three factors for catalase activity: temperature﹥PH﹥soil type, the importance of the three factors for urease activity: soil type﹥PH﹥temperature, the importance of the three factors for cellulose activity: temperature﹥soil type﹥PH.

Key words: soil enzyme; simulated acid rain; correlation analysis; comprehensive evaluation

1 引 言

酸雨主要是指PH小于5.6的冰雹、降雨、降雪等各种类型的大气降水的总称^[1]。随着全球工业化的不断加速发展，化石燃料大量使用以及人类对植被的砍伐，导致酸雨出现的强度和频率越来越大，酸雨污染已成为当今世界性的环境问题^[2]。酸雨不仅对人体健康有危害，而且也可以改变土壤理化性质。同时由于人类的破坏，导致地球表面的气温在缓慢上升，并且气温的升高对土壤的性质也有影响。

依据作用和原理土壤酶可以分成4种：氧化还原酶类、水解酶类、裂合酶类、转移酶类。土壤组分中最活跃的有机成分包括酶^[3]，土壤中的酶和微生物一同促进土壤的代谢过程。土壤酶的来源有3种：动物、植物和微生物细胞，其主要来源是微生物细胞。土壤酶参加土壤中几乎全部的生物化学和化学反应过程，与矿质营养元素循环、有机物质矿化分解、环境质量、能量转移等十分相关^[4]。作为一种潜在的指标体系，土壤酶学特征能够指示相关土壤质量^[5]。当前有关酸雨对土壤的影响已有大量报道，例如：土壤在长期酸雨作用下，土壤PH会下降，在短期酸雨作用下，土壤对酸雨具有缓冲能力^[2]；模拟酸雨喷淋下杉木和马尾松,其土壤呼吸速率季节变化明显。同时在气候变暖背景下，温度对土壤酶也会有影响，一般来说温度过高或过低都不利于土壤酶。本实验通过模拟不同PH酸雨处理和温度处理研究土壤酶活性的变化。

1.1国内外研究现状

国内于20世纪60年代开始研究土壤酶，主要研究土壤微生物与土壤酶的关系、植物生长与土壤酶的关系及耕作技术对土壤酶的影响^[6]。在20世纪70年代初期,开始研究土壤酶活性以及某些土壤积累酶的特点，并且探讨了土壤酶与其它肥力因素的关系^[7,8]，同时农业管理措施的有效性可以用土壤酶来评估^[9]，土壤酶也可以用来决定土壤的种类和肥力水平^[6]。从20世纪80年代中期以后，伴随着环境科学的进步，学术界十分关注土壤酶对废物、废水的降解作用 ^[10,11]，并且许多学者非常重视金属元素对土壤酶的影响^[12]。在国内，许多学者喜欢研究农田生态系统的土壤酶。土壤酶对于酸沉降有较敏感的响应，许多研究证明土壤酶活性指标具有评价酸沉降对土壤质量影响的潜力。2006年，王校常观测了太湖地区耕作土壤中β-葡萄糖苷酶活性的剖面分布，表明β-葡萄糖苷酶活性与土壤PH具有明显的负相关^[13]。根据一些实验研究结果，可以知道温度对土壤酶也有影响，不过对于不同的温度其土壤酶活性不一样。杨万勤等研究表明过高和过低的温度都可以使土壤酶失去活性^[14]。徐振锋等实验结果表明土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性随温度的上升而增大，这个现象可以说明气候变暖可能提高土壤酶的活性^[15]。

19世纪末Woods发现过氧化氢酶标志着国外对土壤酶研究的开始。在19世纪50年代以后，植物和生物化学以及其他学科研究的进步导致土壤酶学的研究大量引入这方面的理论成果及方法，从而进一步加深了对土壤酶促反应方面的了解，因此环境的问题和现代农业中出现的问题可以用土壤酶学方面的知识来解决。1984年，Stefanie等通过计算过氧化氢酶和脱氢酶的活性得到土壤肥力生物学指标BIF(The biological index of fertility)；2006年，Bastida等利用脱氢酶活性、水溶性碳水化合物、脲酶活性、水溶性碳和呼吸构建了土壤质量退化的生物学判断指标体系。因为土壤酶活性与土壤生物、土壤理化性质和环境条件十分相关^[16]，所以土壤质量指标的主攻方向包括根际土壤酶功能的关键性、土壤酶活性对环境扰动的响应、土壤酶以及土壤酶研究技术^[17~19]。2012年，Jalali等指出作为陆生生态系统的基本组成部分，土壤系统是酸雨污染的最终受体，酸雨可以加速土壤酸化，导致盐基离子大量淋失以及土壤肥力下降^[20]。国外也研究了温度对土壤酶的影响，Steinweg等(2012)研究结果表明温度的变化对β-葡萄糖苷酶影响非常大^[21]。Waldrop等(2004)实验结果得出多酚氧化酶的活性随温度的升高而增大^[22]。不过Tscherko等(2001)认为由于土壤酶还受其它因子的影响，因此升高温度对土壤酶活性影响不大^[23]。

1.2研究目的及意义

通过测定南京城市土壤样品的酶活性，利用相关分析筛选敏感的土壤酶作为评价指标，采用模糊综合评判法建立城市土壤质量酶学综合评价系统。土壤酶可以催化土壤中的生物化学反应，从而影响土壤肥力，一般情况下土壤肥力与土壤酶活性呈正相关，因此可以用土壤酶活性大小评价土壤肥力的高低。

2 材料与方法

2.1 供试土样及处理

试验所取土壤为中国南方典型土壤类型：水稻土、潮土、粗骨土。根据中国土壤数据库、中国土壤发生分类专题图及元数据检索确定具体土壤类型，根据地形和土地利用状况选择典型土壤。

选取南京地区的水稻土、潮土、粗骨土作为实验土壤，配置三种不同梯度的模拟酸雨(PH3.5, PH5.0, PH6.4)，用PH6.4的去离子水作为对照组，然后设置三个温度梯度：室温（0℃）、增温2℃（2℃）、增温4℃（4℃）。为了研究不同条件下土壤的酶学指标，应该用正交表设计正交试验，一共设置9个处理。

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