參與碳氮磷轉(zhuǎn)化的水解酶對不同施肥響應的差異①

閔凱凱，何向陽，吳倩怡，張冠友，胡 鋒，李輝信，焦加國

(南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，南京 210095)

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤酶主要來源于高等植物根系、土壤動物以及土壤微生物的分泌作用，是一類具有高度催化作用的蛋白質(zhì)。研究表明，水解酶通過作用于有機化合物中的糖苷鍵、脂鍵、肽鍵、酸酐鍵等來降解淀粉、纖維素、半纖維素、多肽物質(zhì)、幾丁質(zhì)、磷酸酯類等物質(zhì)，將大分子有機化合物分解為能容易被土壤微生物利用和植物吸收的小分子化合物[1]。鑒于土壤水解酶可以催化降解土壤有機質(zhì)，在參與土壤碳、氮、磷轉(zhuǎn)化的過程中起重要作用，因此被用作指示土壤質(zhì)量的指標，已被國內(nèi)外眾多科研工作者應用于研究不同類型的生態(tài)系統(tǒng)[2]。土壤酶活性受到土壤中物理、化學和生物因素的影響，是多種因素交互作用的結(jié)果[3]。此外由于土壤酶的專一性和高度敏感性，使土壤酶活性表現(xiàn)出一定的空間和時間差異性，同時酶活性的大小能夠表征其所控制的酶促反應的方向和強度，所以通過研究酶活性一方面能比較不同區(qū)域的土壤環(huán)境特征，評價不同區(qū)域的土壤質(zhì)量水平，另一方面能夠反映土壤碳、氮和磷等物質(zhì)轉(zhuǎn)化的情況，進而評估土壤營養(yǎng)物質(zhì)的周轉(zhuǎn)，揭示酶活性在調(diào)節(jié)土壤營養(yǎng)供給方面的重要作用。

土壤微生物作為土壤水解酶的主要生產(chǎn)者，其在合成分泌酶的過程中以成本效益為基本原則[3]，即根據(jù)外界養(yǎng)分物質(zhì)或底物數(shù)量的變化減少某些土壤酶分泌，同時增加另一些土壤酶的分泌，即微生物根據(jù)外界環(huán)境變化和對不同營養(yǎng)物質(zhì)的需求不同，進而調(diào)控不同類型土壤酶的活性變化，用最小的消耗獲取最大的利益。施用肥料帶入到土壤中的大量速效養(yǎng)分是調(diào)控酶活性的重要影響因子，可引發(fā)土壤微生物的負反饋調(diào)節(jié)來影響微生物分泌不同酶的能力，從而控制酶活性[10]。有機肥中的物質(zhì)組成復雜，在改善土壤質(zhì)量方面有著突出的作用，能刺激微生物生長并引發(fā)微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需求，同時微生物分泌土壤酶催化土壤中各種物質(zhì)的合成與降解過程，直接或間接影響著生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與功能的發(fā)揮[11]。

為研究土壤水解酶對不同施肥響應的差異以及進一步驗證養(yǎng)分對酶活性的負反饋調(diào)節(jié)，本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)方法，通過分別施加有機、無機肥，動態(tài)監(jiān)測碳氮磷水解酶活性，利用冗余分析(redundancy analysis，RDA)以及非度量多維度尺度分析(nonmetric multidimensional scaling，NMDS)[12]進一步揭示土壤水解酶活性與速效養(yǎng)分的反饋關(guān)系以及土壤水解酶活性響應差異的影響因素。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

土壤采自江西省紅壤生態(tài)研究所典型農(nóng)田旱地紅壤(R)；牛糞商品有機肥(C)為牛糞與稻殼按質(zhì)量比 3.5︰1(碳氮比為 25)堆制而成；化肥(NPK)為尿素、磷酸二氫鈣、氯化鉀。土壤與有機肥的基本性狀見表1。

表1 試驗材料的基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of tested materials

1.2 試驗處理

本試驗設(shè)置3 個處理，每個處理3 次重復：①紅壤+牛糞有機肥(R+C)；②紅壤+化肥(R+NPK)；③紅壤不添加肥料(對照，R)。

1.3 材料預處理與培養(yǎng)采樣

將土壤樣品與商品有機肥過20 目網(wǎng)篩，按照C 3 g/kg (干土)的標準添加牛糞有機肥，化肥的添加量按照所添加有機肥中的氮磷鉀含量等量加入。調(diào)整土壤含水率至田間持水量的60%(按照干基計算含水率)。將混合后的土壤分裝于培養(yǎng)瓶中，放置在25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每周加水保持含水率不變。分別在5、30 和90 d 進行破壞性采樣。

采樣時將土壤混合均勻后，一部分土壤樣品存放于4 ℃ 冰箱用于土壤酶活性、土壤基礎(chǔ)呼吸、可溶性有機碳和速效氮(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)等指標測定，另一部分土壤樣品風干后過篩用于土壤pH、有效磷的測定。

1.4 分析方法

土壤基本性狀采用常規(guī)方法測定[13]。土壤pH：1︰2.5(土︰水，m︰V)，pH 計(HANNA，HI2221)測定；有效磷：HCl-NH4F 提取，鉬銻抗比色法測定；土壤速效氮使用2 mol/L KCl 提取，連續(xù)流動分析儀測定(SEAL-AA3，德國)。

新疆晨曦椒業(yè)有限公司采購部經(jīng)理石峰國向與會的農(nóng)戶介紹了公司在收購辣椒時所關(guān)注的要點，以及如何提高辣椒的品質(zhì)和價值。他指出，焉耆是晨曦生物重要的辣椒色素產(chǎn)區(qū)，這離不開政府和各方力量的支持。好的品種+好的管理+好的肥藥+機械化規(guī)?；N植，辣椒就能達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和高收益。同時也希望，在新疆辣椒（色素）全產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟的各個環(huán)節(jié)的幫助下，共同將新疆的辣椒產(chǎn)業(yè)做大做強。

可溶性有機碳，使用純水提取，總有機碳分析儀(Elementar Vario EL III，德國)測定。土壤呼吸采用培養(yǎng)法，氣相色譜法測定。

土壤水解酶活性測定采用微孔板熒光法[14-15]。利用熒光物質(zhì)4-羥甲基-7-香豆素(MUB)共軛物質(zhì)作為測定底物，接種土壤懸液至96 孔微孔板中，測定具有代表性酶活性，包括4 種參與碳轉(zhuǎn)化的酶(α-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、纖維素酶、木聚糖酶)，2 種參與氮轉(zhuǎn)化的酶(亮氨酸氨基肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶)和1 種參與磷轉(zhuǎn)化的酶(磷酸酶)，用每小時每克樣品的基質(zhì)轉(zhuǎn)化率表示樣品酶活性(nmol/(g·h))。

總酶活性(total enzyme activities，TEA)[16]，該指標的構(gòu)建消除不同酶活性的類別、量綱及大小的影響來指示土壤總體酶活性水平，計算公式如下：

式中：Ei為單一酶活性的測定值。i代表不同類型酶，本研究共測定7 種酶(n= 7，即i=1,…,n)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用重復測量方差分析評價不同施肥方式、培養(yǎng)時間及兩者交互的影響，并用Tukey HSD 方法進行多重比較。為評估酶活性對不同環(huán)境的響應情況，將酶活性的原始數(shù)據(jù)經(jīng)對數(shù)(log10)轉(zhuǎn)化后，計算每種酶的相對比例，用于非度量多維尺度分析。冗余分析用于檢驗處理、酶活性和理化性質(zhì)三者之間的關(guān)系，以及不同處理之間的差異性。數(shù)據(jù)分析及繪圖均使用R software (version 3.5.0)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤化學性質(zhì)的影響

重復測量方差分析結(jié)果顯示(表2)，土壤添加有機肥(R+C)或化肥(R+NPK)后對土壤pH、土壤呼吸、可溶性有機碳、速效氮、有效磷有極顯著的影響(P＜0.001)。此外，不同培養(yǎng)時間對土壤呼吸、可溶性有機碳、速效氮、有效磷有顯著影響。處理與時間的交互對土壤呼吸、速效氮也有顯著影響。

表2 不同培養(yǎng)時間下，添加有機肥或化肥對土壤化學性質(zhì)影響的重復測量方差分析Table 2 Repeat ANOVAs on effects of adding organic amendment or chemical fertilizer on soil properties under different incubation times

與對照相比，有機肥能顯著提高土壤pH，而化肥則顯著降低土壤pH(P＜0.05)；3 個處理在不同采樣時間的pH 并沒有發(fā)生顯著變化(表3)。在5 d 時，有機肥能顯著提高土壤呼吸速率，但隨著培養(yǎng)時間的延長，這種促進作用逐漸減弱，到30 d 時各處理間無顯著性差異。有機肥處理在每個采樣時間的可溶性有機碳含量均顯著高于其他處理；隨著時間增加，可溶性有機碳含量逐漸降低，在90 d 時相對于5 d，有機肥、化肥和對照處理的可溶性有機碳含量分別下降8.68%、28.18%、38.87%?；侍幚碓诿總€采樣時間均保持最高的速效氮含量，在90 d 時相對于5 d，有機肥、化肥和對照處理的速效氮含量分別升高162.53%、35.26%、122.84%。有機肥、化肥處理與對照處理相比，在3 個采樣時間均能顯著提高有效磷含量，且隨培養(yǎng)時間增加，有效磷含量有升高的趨勢，在90 d 時相對于5 d，有機肥、化肥處理和對照處理有效磷含量分別升高23.47%、42.84%、35.01%(表3)。

表3 不同培養(yǎng)時間下，添加有機肥或化肥對土壤化學性質(zhì)的影響Table 3 Effects of adding organic amendment or chemical fertilizer on soil properties under different incubation times

2.2 不同施肥處理對土壤酶活性影響

土壤水解酶活性的重復測量方差分析結(jié)果(表4)顯示：施肥處理對β-1,4-葡萄糖苷酶、纖維素酶、木聚糖酶活性沒有顯著影響，但培養(yǎng)時間對其有顯著影響；此外，處理與時間的交互對木聚糖酶活性有顯著影響。處理、時間以及處理與時間的交互對α-1,4-葡萄糖苷酶活性均有顯著影響，以上4 種土壤酶主要與土壤碳轉(zhuǎn)化有關(guān)。處理、處理與時間的交互對亮氨酸氨基肽酶活性有顯著影響，處理、時間分別對β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性有顯著影響，這兩種土壤酶與土壤氮轉(zhuǎn)化有關(guān)。磷酸酶活性與土壤磷轉(zhuǎn)化有關(guān)，處理與時間分別顯著影響其活性。處理、時間及處理與時間的交互對總酶活性均有顯著影響。

表4 土壤酶活性的重復測量方差分析Table 4 Repeat ANOVAs results (F values and Probability level) of soil hydrolase activities

從圖1 結(jié)果可以看出，參與碳轉(zhuǎn)化的水解酶中，β-1,4-葡萄糖苷酶活性最高、其次為纖維素酶，木聚糖酶和α-1,4-葡萄糖苷酶活性較低。β-1,4-葡萄糖苷酶、纖維素酶、木聚糖酶這3 種水解酶活性對施肥響應不敏感，前2 次采樣時期處理間均無顯著性差異，只是90 d 時添加有機肥處理的這3 種酶活性與對照相比顯著降低，與無機肥處理相比無顯著差異；且無機肥處理與對照間也無顯著性差異。然而，α-1,4-葡萄糖苷酶活性對不同施肥處理具有相反的響應特征；前2 個時期，施加有機肥顯著增加了α-1,4-葡萄糖苷酶活性，而后又顯著低于對照處理；但化肥處理在5 d 時與對照沒有明顯差異，而后的2 個時期則顯著低于對照處理。這表明α-1,4-葡萄糖苷酶活性對施肥的敏感性較強，且對施加有機肥和無機肥的響應不同。

氮轉(zhuǎn)化的水解酶中，亮氨酸氨基肽酶顯著高于β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性。從總的趨勢看，施用有機肥提高了2 種氮轉(zhuǎn)化酶的活性，但僅在30 d和90 d 時對β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性增加顯著；而施用無機肥則降低了2 種氮轉(zhuǎn)化酶的活性，在30 d 和90 d 時對亮氨酸氨基肽酶活性降低達顯著水平，且顯著低于有機肥處理。說明亮氨酸氨基肽酶對化肥較為敏感，且活性受到抑制；而β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶對有機肥較為敏感，且活性得到促進。

參與磷轉(zhuǎn)化的水解酶活性也表現(xiàn)出對不同施肥具有不同的響應特征。與對照相比，施用有機肥在整個培養(yǎng)階段都降低了磷酸酶的活性，并顯著低于無機肥處理；而無機肥處理總體上并未影響磷酸酶的活性(只有中期30 d 時，顯著低于對照)。

用對數(shù)轉(zhuǎn)化后的幾何平均數(shù)來表示總酶活性。圖1 結(jié)果顯示，施加化肥處理總酶活性在中后期2 次采樣中都顯著低于對照，而有機肥處理總酶活性與對照基本持平，表明有機肥在保持土壤酶活和功能穩(wěn)定性方面有重要作用。

圖1 不同培養(yǎng)時間下，添加有機肥或化肥對土壤酶活性的影響Fig. 1 Effects of organic amendment or chemical fertilizer on soil hydrolase activities

為明確7 類土壤水解酶對不同施肥處理的響應是否有差異，使用經(jīng)過計算相對比例后的酶數(shù)據(jù)進行NMDS 分析(圖2)。結(jié)果顯示：NMDS 排序的stress值為0.036 5，小于0.1, 表明排序效果良好；相似性檢驗(ADONIS)的結(jié)果說明處理和時間均顯著影響土壤水解酶活性(處理：R2=0.533 2***，時間：R2=0.344 7***)。

相似性檢驗(ANOISM)能夠比較不同肥料處理之間的差異大小(R2＞0，表明處理之間存在差異)，在5、30 和90 d 時，R2值在0.72 ～ 0.99 間浮動，P值為0.008 ～ 0.014。說明3 個培養(yǎng)時間下各施肥處理的水解酶差異顯著。同時結(jié)合圖2 中不同處理點位置的相對遠近，處理之間距離越遠，酶活性變化的差異越大，且不同處理在圖中的位置不同也說明各處理中不同酶的活性變化是不同的。

此外，不同土壤酶在圖中的位置是根據(jù)加權(quán)平均值計算得來，其位置離中心點(0, 0)越遠且靠近坐標軸，說明該酶對坐標軸的貢獻越大，也說明施肥對其活性的影響越大，例如α-1,4-葡萄糖苷酶(AG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和木聚糖酶(XYL)偏離中心點較遠，同時各施肥處理在圖中的位置與土壤酶的位置越接近說明該酶在相應處理中的值越大。進一步表明不同施肥處理之間的酶活性差異主要來源于AG 和LAP 的貢獻，這與圖1 中的結(jié)果完全一致(相較于對照處理，有機肥處理的AG 和LAP 酶活性明顯增加，而化肥處理的明顯下降)。在圖1 中，與對照相比，有機肥處理的磷酸酶活性顯著降低，而化肥處理的無變化，這與圖2 的結(jié)果一致。以上結(jié)果說明土壤水解酶對不同施肥處理的響應程度并不一致，這其中α-1,4-葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶響應最明顯，其次為磷酸酶與木聚糖酶。

2.3 土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

相關(guān)性分析結(jié)果(表5)顯示，土壤總酶活性僅與土壤pH、土壤呼吸有正相關(guān)關(guān)系。在參與碳轉(zhuǎn)化的4 種酶中，α-1,4-葡萄糖苷酶與土壤pH、土壤呼吸具有顯著正相關(guān)關(guān)系，而與速效氮含量有顯著負相關(guān)關(guān)系；β-葡萄糖苷酶與pH 有顯著負相關(guān)關(guān)系，與速效氮為顯著正相關(guān)關(guān)系；纖維素酶與土壤pH、可溶性有機碳有顯著負相關(guān)關(guān)系；木聚糖酶僅與土壤呼吸有顯著正相關(guān)關(guān)系；對于兩種參與氮轉(zhuǎn)化的酶來說，亮氨酸氨基肽酶僅與土壤呼吸有顯著負相關(guān)關(guān)系，而β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶與可溶性有機碳、有效磷有顯著正相關(guān)關(guān)系；參與磷轉(zhuǎn)化的磷酸酶與速效氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與其他土壤理化指標呈顯著負相關(guān)關(guān)系。

圖2 土壤酶活性的非度量多維尺度分析(NMDS)Fig. 2 NMDS plot of soil hydrolase activities

表5 土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis between soil hydrolase activities and soil properties

采用冗余分析方法，進一步揭示不同土壤水解酶活性的相對變化情況與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系(圖3)。結(jié)果顯示，前兩個限制軸(PC1 和PC2)能解釋水解酶活性總變異的52.52%。其中第一軸可解釋水解酶活性變異的32.26%，以土壤pH、可溶性有機碳、土壤呼吸和速效氮以及α-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-葡萄糖苷酶和磷酸酶對第一軸的貢獻最大。第二軸可解釋水解酶活性變異的20.26%，且以亮氨酸氨基肽酶、木聚糖酶為主要貢獻因子。不同肥料對土壤酶活性及理化性質(zhì)的影響較大，3 個處理分別位于3 個象限中。有機肥明顯提高土壤可溶性有機碳含量、土壤呼吸強度以及土壤pH；化肥明顯提高土壤速效氮含量，降低土壤pH，同時α-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶活性在有機肥處理中提高，在化肥處理中活性降低(圖1，表3)

3 討論

在本研究中并不是所有土壤水解酶都對肥料有強烈的響應(表3)。只有參與碳轉(zhuǎn)化的α-1,4-葡萄糖苷酶，參與氮轉(zhuǎn)化的亮氨酸氨基肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶以及參與磷轉(zhuǎn)化的磷酸酶和總酶活性對不同的施肥處理有著顯著的響應(表3，圖1)。以往的研究表明[2-4]：土壤酶活性與土壤速效養(yǎng)分含量存在負反饋調(diào)節(jié)，即當土壤中速效養(yǎng)分含量升高時，相應的酶活性就降低。

圖 3 土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的冗余排序圖Fig. 3 Redundancy analysis ordination showing relation between soil hydrolase activities and soil physicochemical properties

在本研究中，有機肥處理的α-1,4-葡萄糖苷酶活性在30 d 之前增加，這與榮勤雷等[17]研究結(jié)果一致，即有機肥或有機肥與化肥配施能提高土壤α-1,4-葡萄糖苷酶活性，因而并不符合負反饋調(diào)節(jié)的假設(shè)。這可能是因為有機肥提高了土壤環(huán)境的pH(R2=0.55**)，接近酶促反應的最適pH，同時可能帶入一定數(shù)量的底物，從而促進了α-1,4-葡萄糖苷酶活性的提高。但在90 d 時有機肥處理的α-1,4-葡萄糖苷酶活性顯著低于對照處理，可能是由于微生物利用α-1,4-葡萄糖苷酶水解的產(chǎn)物用于自身的生長代謝(添加有機肥的處理土壤呼吸明顯提高)，底物被大量消耗，沒有充足的底物刺激α-1,4-葡萄糖苷酶，致使其活性下降。此外，化肥的添加明顯抑制α-1,4-葡萄糖苷酶活性，這與前人研究結(jié)果不一致[18]，可能與試驗條件不一致有關(guān)，在本試驗中該酶活性受土壤pH 的影響較其他碳轉(zhuǎn)化酶大?；侍砑痈淖兞送寥拉h(huán)境的pH，偏離了α-1,4-葡萄糖苷酶的最適pH，因此酶活性降低，同時土壤pH 降低使微生物數(shù)量減少，對碳源的需求相應減少[19-20]。此外在5 d 和30 d 時，β-1,4-葡萄糖苷酶、纖維素酶和木聚糖酶活性對施肥無響應，而在90 d 時有一定的下降趨勢，說明這3 種酶在本試驗條件下對肥料添加的響應不敏感，表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性。相關(guān)性分析結(jié)果也顯示，β-1,4-葡萄糖苷酶、纖維素酶活性和木聚糖酶活性分別與速效氮、可溶性有機碳和土壤呼吸速率有顯著的正相關(guān)關(guān)系，進一步說明碳氮轉(zhuǎn)化酶復雜的耦聯(lián)關(guān)系

本研究中，對于碳轉(zhuǎn)化酶來說，負反饋調(diào)節(jié)的假設(shè)并不能完全解釋土壤酶活性變化。值得注意的是，4 種參與碳轉(zhuǎn)化的酶活性范圍并不一致：β-1,4-葡萄糖苷酶活性最大(約200 ～ 400 nmol/(g·h))，其次是纖維素酶活性(約100 ～ 200 nmol/(g·h))，最后是α-1,4-葡萄糖苷酶和木聚糖酶活性(約25 ～ 125 nmol/(g·h))，一定程度說明β-1,4-葡萄糖苷酶仍然是參與土壤碳轉(zhuǎn)化的主要酶，即使它對不同肥料添加未有明顯的響應，一般情況下，β-1,4-葡萄糖苷酶由于被土壤膠體保護，所以其活性相對穩(wěn)定[21]。

亮氨酸氨基肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶對不同肥料的響應明顯不同(圖1)。亮氨酸氨基肽酶可水解蛋白質(zhì)，能夠從多肽的 N 端水解亮氨酸和其他疏水氨基酸[22]。有機肥處理一定程度上提高了亮氨酸氨基肽酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性，但與對照相比并沒有全部達到顯著差異，這可能是因為有機肥能增加酶所作用的底物從而間接提高酶活性[23]，但底物在有機肥中的數(shù)量可能較低，提高其活性的作用不明顯；相反化肥處理的亮氨酸氨基肽酶活性顯著降低，可能是由于速效氮含量的顯著增加(表3)抑制了該酶活性，表現(xiàn)出一定的負反饋調(diào)節(jié)作用。β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶用來指示土壤中幾丁質(zhì)物質(zhì)的降解情況[24]，幾丁質(zhì)是土壤中重要的有機氮過渡庫[25]，研究表明不同生態(tài)系統(tǒng)β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性有千倍之差[5]，表現(xiàn)出對不同生態(tài)系統(tǒng)的特異性[26]。本研究中化肥與有機肥的添加，一定程度提高了β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性(5 d、30 d)，其活性變化范圍遠低于亮氨酸氨基肽酶，說明在土壤中亮氨酸氨基肽酶在氮轉(zhuǎn)化過程中起主導作用。此外，有機肥處理的有效磷含量顯著提高，對應磷酸酶活性顯著下降，表現(xiàn)出一定的負反饋調(diào)節(jié)現(xiàn)象，添加化肥的處理也有相同的現(xiàn)象，有效磷作為磷酸酶的負反饋調(diào)節(jié)因子在大多數(shù)研究中都較為普遍[4]。

從酶活性結(jié)果得知(圖1)，與對照相比，有機肥處理在3 個采樣時間的總酶活性并沒有顯著變化，同時添加化肥的處理在5 d 時總酶活性也沒有明顯差異。而NMDS 分析結(jié)果顯示(圖2)，在5 d 時，化肥、對照處理與有機肥處理大致分成兩簇出現(xiàn)，并且隨培養(yǎng)時間的增加，三者的差異逐漸變大。一定程度上說明化肥相對于有機肥在影響土壤酶活性上存在一定的滯后現(xiàn)象，同時也表明雖然總酶活性無明顯變化，但在有機肥處理中，不同酶活性的相對分配隨培養(yǎng)時間增加有了明顯的響應差異。這一方面可能是由于酶作用的底物數(shù)量不斷發(fā)生變化[27]，酶活性與底物濃度一般符合米氏動力學方程，底物濃度的不同影響酶活性的大??；另一方面由于酶的合成耗費大量能量和物質(zhì)，自然選擇使土壤微生物遵循用最少的營養(yǎng)獲得最大效益的“成本效益原則”[3]，以及遵守一定的化學計量平衡[28]。土壤微生物按照這些原則，根據(jù)環(huán)境中已有的資源重新分配不同酶的活性，同時不改變總酶活性，來滿足微生物自身生長發(fā)育對營養(yǎng)的需求。而化肥處理在5 d 時總酶活性與對照沒有顯著差異，隨后顯著降低，化肥強烈改變土壤pH(表3)，使土壤環(huán)境不利于酶的催化反應過程，導致總酶活性的不斷降低。

研究表明土壤酶活性受到溫度、pH 和重金屬等因素的影響[2-6]。本研究中土壤pH 與α-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、纖維素酶、磷酸酶都有顯著相關(guān)性。磷酸酶與土壤性質(zhì)均有顯著的相關(guān)關(guān)系。冗余分析中，5 個環(huán)境因子能夠解釋酶活性總變異的52.52%，模型擬合度R2=0.337 4***，達到極顯著水平，其中土壤pH 的貢獻最大，土壤pH 與可溶性有機碳對土壤酶活性影響最大。說明土壤pH 與可溶性有機碳是影響土壤酶活性的關(guān)鍵因子，這與前人的研究結(jié)果一致[29]。同時，土壤酶活性對土壤環(huán)境的變化響應敏感，使其能較好地指示土壤肥力或土壤健康變化。

4 小結(jié)

在室內(nèi)培養(yǎng)沒有植物和土壤動物等干擾的條件下，有機肥并沒有提高土壤總酶活性，而化肥則明顯降低土壤總酶活性，這一定程度表明有機肥在保持土壤功能穩(wěn)定和健康方面有重要作用。由于土壤養(yǎng)分狀況不同以及土壤微生物的反饋，參與土壤碳氮磷水解酶活性對施肥的響應產(chǎn)生分異，α-1,4-葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶響應最明顯，其次為磷酸酶與木聚糖酶。