張露，張水清，任科宇，李俊杰，段英華，徐明崗,4

（1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002；4中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，廣東湛江 524091）

0 引言

【研究意義】土壤作為植物生產(chǎn)的根本，是農(nóng)業(yè)的基本生產(chǎn)資料，其本質(zhì)是肥力。土壤肥力一方面影響土壤蓄納和穩(wěn)定供應(yīng)養(yǎng)分的能力，另一方面影響微生物活性和根系生長(zhǎng)，進(jìn)而影響?zhàn)B分在土壤-作物系統(tǒng)中的高效循環(huán)利用。我國(guó)土壤肥力差異大，一般來(lái)說(shuō)，高肥力土壤上作物產(chǎn)量和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用能力均較高。相同施肥量下，高肥力土壤上的玉米產(chǎn)量較中肥力和低肥力上高12.4%和23.1%[1]，且氮肥損失量可降低大約11%和22%[2]。多年來(lái)，我國(guó)相繼實(shí)施了有機(jī)肥補(bǔ)貼、秸稈還田等一系列措施來(lái)提高土壤肥力，而這些措施的核心都是提高土壤有機(jī)質(zhì)水平。土壤有機(jī)質(zhì)（包含有機(jī)碳、有機(jī)氮和有機(jī)磷）的形成和礦化既直接影響?zhàn)B分庫(kù)的構(gòu)成，有機(jī)碳又以供給微生物能量來(lái)調(diào)控微生物-土壤-作物互作功能。因?yàn)橹参矬w和土壤微生物的形成都需要一定量的碳氮磷比（C∶N∶P），因此C∶N∶P對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化或形成具有重要的指示作用，表征了土壤中養(yǎng)分的豐缺狀況，是指示土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)[3]。闡明不同肥力土壤上的C∶N∶P差異及影響因素對(duì)提高土壤肥力、作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】對(duì)于土壤C∶N∶P的確定，前人已進(jìn)行了大量的研究。全球范圍內(nèi)的土壤全量C∶N∶P為186∶13∶1[4]，我國(guó)整個(gè)剖面（250 cm）的土壤全量 C∶N∶P約為60∶5∶1，有機(jī)土壤表層全量C∶N∶P為134∶9∶1[5]。通常來(lái)說(shuō)，土壤C∶P要比土壤C∶N變異性程度大，主要原因在于磷元素并不是腐殖酸和棕黃酸的結(jié)構(gòu)組分，且不參與大氣循環(huán)[6]。微生物是土壤中最為活躍的部分，微生物量C、N、P是土壤活性養(yǎng)分的儲(chǔ)存庫(kù)，微生物量 C∶N∶P體現(xiàn)了養(yǎng)分是否滿足微生物生長(zhǎng)所需，決定了土壤C、N、P的活化程度，因此C、N和 P的有效性歸根結(jié)底取決于微生物量 C∶N∶P（SMBC∶SMBN∶SMBP）。土壤微生物生物量C∶P低，表明與土壤中的碳相比，磷素是相對(duì)富足的，此時(shí)微生物會(huì)礦化土壤有機(jī)質(zhì)補(bǔ)充土壤碳庫(kù)，使得土壤碳對(duì)微生物的限制進(jìn)一步加大；而微生物生物量C∶P高，則表明與土壤中的磷素相比碳相對(duì)富足、磷素相對(duì)限制，此時(shí)微生物為了維持自身的正常生長(zhǎng)發(fā)育需要同化更多磷素，表現(xiàn)為固定磷素能力的提高，這種情況一般可能會(huì)造成與植物對(duì)磷素的競(jìng)爭(zhēng)。土壤微生物通過(guò)胞外酶將有機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)，顯著改變C∶N∶P比例和養(yǎng)分有效性。BG和CBH是與碳轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的酶，NAG和LAP是與氮轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的酶，AP是與磷轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的酶，這些胞外酶的活性與微生物代謝、養(yǎng)分的生物循環(huán)密切相關(guān)。在目前的研究中，常將（BG+CBH）∶（NAG+LAP）、（BG+CBH）∶AP和（NAG+LAP）∶AP與養(yǎng)分元素C∶N、C∶P和N∶P相聯(lián)系，用來(lái)評(píng)價(jià)微生物生物量C、N、P養(yǎng)分供給情況，繼而提出了土壤酶化學(xué)計(jì)量學(xué)的概念。多數(shù)研究表明，施用有機(jī)肥料，增加外源有機(jī)物質(zhì)的投入可以提高土壤中微生物的活性，從而顯著提高土壤微生物量碳、氮含量及土壤酶活性，根據(jù)土壤中碳氮磷元素的適宜比例，微生物會(huì)對(duì)限制元素優(yōu)先進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使得土壤胞外酶C∶N、C∶P和N∶P的響應(yīng)不盡相同[7-8]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】土壤胞外酶C∶N∶P在全球尺度上的比值約為1∶1∶1，說(shuō)明在生物地球化學(xué)循環(huán)之間C、N、P營(yíng)養(yǎng)元素存在相互耦合關(guān)系[4]。但不同的土壤有機(jī)質(zhì)水平和施肥量會(huì)導(dǎo)致土壤C∶N∶P的差異，從而產(chǎn)生不同的微生物量C∶N∶P關(guān)系和群落結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致碳氮磷酶活比的不同[9-10]。那么，不同肥力土壤上胞外酶C∶N∶P差異情況如何，是受單一養(yǎng)分限制，還是受其比例的限制？對(duì)于因地制宜地合理施肥和培肥土壤具有重要意義，亟需進(jìn)行深入分析?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】潮土區(qū)是我國(guó)糧食生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)，本研究選取了不同肥力水平的潮土，分析了土壤微生物量和胞外酶C∶N∶P的差異，結(jié)合土壤養(yǎng)分指標(biāo)，旨在通過(guò)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，明確不同肥力土壤的酶化學(xué)計(jì)量學(xué)特征及其養(yǎng)分限制因素，為土壤肥力提升和肥料合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況

試驗(yàn)地位于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)基地（東經(jīng) 113°41′47.66″—113°42′00″，北緯35°00′28.43″—35°50′00″），屬暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候。四季分明，光照充足，年均氣溫14.5℃，年均積溫5 300℃，≥10℃積溫5 169℃，年均降水量615.1 mm，年蒸發(fā)量 1 450 mm，年均日照時(shí)數(shù) 2 324 h。試驗(yàn)地土壤為潮土，成土母質(zhì)為黃河沖積物。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選取了基地內(nèi)及周?chē)?個(gè)不同養(yǎng)分含量的潮土（0—20 cm），依次記為S1—S5，土壤質(zhì)地均為砂質(zhì)壤土。其中，S1為黃河河漫灘土壤，養(yǎng)分含量低，試驗(yàn)之前長(zhǎng)期處于撂荒狀態(tài)，未種植任何作物；S2—S5 為農(nóng)田土壤，氮肥施用量為 165—281 kg·hm-2，磷肥施用量和鉀肥施用量均為82.5—93.8 kg·hm-2。種植作物均為小麥-玉米輪作。土壤樣品采集前 S2—S4的玉米產(chǎn)量水平約為 6 750 kg·hm-2，S5 的玉米產(chǎn)量水平約為9 750 kg·hm-2，土壤基礎(chǔ)理化性狀見(jiàn)表1。根據(jù)農(nóng)用地利用等別[11]，可將 S1劃分為低肥力土壤，S2—S4為中肥力土壤，S5為高肥力土壤。

1.3 測(cè)試方法

試驗(yàn)于2018年10月10日取樣，采用五點(diǎn)取樣法，用直徑為2 cm的土鉆采取0—20 cm耕層土壤，每個(gè)肥力土壤采取3次重復(fù)，新鮮土壤過(guò)2 mm篩并挑根后，4℃保存供分析SMBC和SMBN，-20℃保存供分析BG、CBH、NAG、LAP、AP酶活性。

微生物量碳和微生物量氮采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[12]。土壤樣品從4℃冰箱里拿出后，在25℃培養(yǎng)箱里培養(yǎng)1周使微生物恢復(fù)活性，稱(chēng)取12.50 g土壤樣品放入真空干燥器，用氯仿熏蒸24 h，以未熏蒸土壤作為對(duì)照，同時(shí)測(cè)定土壤樣品含水量，然后加50 mL（水土比 4∶1）0.5 mol·L-1優(yōu)級(jí)純 K2SO4溶液振蕩、過(guò)濾，濾液中的SMBC和SMBN采用multi N/C3100總有機(jī)碳氮分析儀測(cè)定。

土壤胞外酶活性采用96孔酶標(biāo)板熒光分析法[10]。取 1.00 g 新鮮土壤樣品，加入 100 mL 50 mmol·L-1的醋酸鈉緩沖溶液（pH為土壤樣品pH的平均值，如樣品之間 pH相差較大，需配置不同緩沖溶液），用磁力攪拌器使其均質(zhì)化后移取 200 μL懸浮液于酶標(biāo)板中，以緩沖液為空白，4-甲基羥基香豆素（MUB）為標(biāo)準(zhǔn)物（LAP采用 7-氨基-4-甲基香豆素（AMC）為標(biāo)準(zhǔn)物），不同胞外酶相應(yīng)加入對(duì)應(yīng)的底物，25℃黑暗培養(yǎng) 4 h 后（酸性土壤需加入 50 μL 1 mol·L-1的NaOH溶液終止反應(yīng)），在激發(fā)光365 nm，發(fā)射光450 nm條件下，用Synergy H/M酶標(biāo)儀測(cè)定其熒光度，胞外酶活性以每克每小時(shí)干物質(zhì)產(chǎn)生底物的納摩爾數(shù)（nmol·g-1·h-1）計(jì)算。

表1 不同肥力水平土壤的基礎(chǔ)性狀Table 1 Basic properties of soil with different fertility levels

土壤綜合酶指數(shù)（IEI）計(jì)算[13]分為3個(gè)步驟：因子的選擇、權(quán)重的確定和綜合指標(biāo)的獲得。由于土壤因子變化具有連續(xù)性，故各評(píng)價(jià)指標(biāo)采用連續(xù)性質(zhì)的隸屬度函數(shù)，并從主成分因子負(fù)荷量值的正負(fù)確定隸屬度函數(shù)分布的升降，與各因子對(duì)植被的效應(yīng)相符。對(duì)碳氮磷相關(guān)酶采用升型分布函數(shù)。IEI計(jì)算公式如下：

式中，IEI為土壤綜合酶指數(shù)，IEI(xi)表示土壤酶隸屬度值，wi表示土壤酶(i)的權(quán)重。

升型分布函數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中，xij表示土壤酶活性值，ximax和ximin分別表示土壤酶（i）活性的最大值和最小值。

由于土壤質(zhì)量的各個(gè)因子的狀況與重要性通常不同，所以通常用權(quán)重系數(shù)來(lái)表示各個(gè)因子的重要程度。權(quán)重系數(shù)的確定有許多方法，本研究利用主成分分析因子負(fù)荷量計(jì)算各因子作用的大小，確定其權(quán)重。利用下式計(jì)算：

式中，Ci為公因子方差，C為公因子方差之和。

土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量法，全氮采用開(kāi)氏定氮法，全磷采用高氯酸-硫酸-鉬銻鈧比色法，全鉀采用高氯酸-硫酸- 火焰光度法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻鈧比色法，速效鉀采用NH4OAC浸提-火焰光度法，pH采用玻璃電極法（土水比1∶2.5）[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)通過(guò) Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，差異顯著性檢驗(yàn)采用SPSS22.0軟件包進(jìn)行單因素方差分析（P＜0.05），選擇Duncan多重比較分析土壤間差異，冗余分析（RDA）采用Canoco5繪制，其他圖表采用Excel和SigmaPlot12.5軟件完成。

2 結(jié)果

2.1 土壤微生物量碳氮的差異

由表2可見(jiàn)，SMBC和SMBN均呈現(xiàn)出隨土壤肥力提高而增加的規(guī)律：S5＞S4＞S3，S2＞S1?？偟膩?lái)說(shuō)，高肥力土壤的SMBC約為中肥力土壤的2.6倍，低肥力土壤的5.8倍；高肥力土壤的SMBN約為中肥力土壤的 3.1倍，低肥力土壤的 5.5倍。除了 S2的SMBC/SMBN較高外，其他土壤的 SMBC/SMBN為7.66—9.56，沒(méi)有顯著差異。

SMBC/SOC和SMBN/TN一定程度上表明了土壤中C和N的生物有效性。由表2可見(jiàn)，SMBC/SOC和SMBN/TN均為S5和S1土壤最高，且無(wú)顯著差異，均顯著高于中肥力土壤。中肥力土壤中，SMBN/TN為S2土壤最低，S4土壤最高。

2.2 土壤胞外酶活性的變化以及土壤酶指數(shù)

由圖1-a可見(jiàn)，土壤碳轉(zhuǎn)化相關(guān)的BG和CBH的活性在S5土壤上最高，S2—S4其次，S1土壤最低。其中，S5土壤的BG和CBH活性在為S1土壤的 8.1倍，在 S2、S3、S4土壤為 S1的 3.7、2.7、2.7倍。與碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性類(lèi)似，土壤氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的NAG和LAP的活性由圖1-b所示，也表現(xiàn)為在S5土壤上最高，S1土壤上最低。其中，S5土壤的NAG和LAP活性為S1土壤的4.6倍，S2、S3、S4為S1土壤的2.2、2.4、2.2倍。從圖1-c可以看出，AP的活性S5土壤最高，為S1的5.3倍；在S2、S3、S4其次，為S1的2.3、2.8、2.7倍，S1土壤最低，中等肥力土壤間差異不顯著。

表2 不同肥力土壤的微生物量碳氮Table 2 Microbial biomass carbon and nitrogen in different fertility soils

圖1 不同肥力土壤碳氮磷轉(zhuǎn)化相關(guān)胞外酶活性和綜合酶指數(shù)Fig. 1 Extracellular enzyme activity and integrated enzyme index related to carbon, nitrogen and phosphorus transformation in different fertility soils

土壤酶指數(shù)（IEI）是所有土壤胞外酶活性的綜合反映，能夠全面、客觀地反映土壤胞外酶活性的變化過(guò)程。從圖1-d可以看出，不同肥力土壤上的IEI存在著顯著性差異。高肥力土壤S5的IEI最高，為0.74；S2、S3、S4為0.33、0.25、0.33，S1土壤為0.21。

2.3 不同肥力土壤胞外酶活性與微生物量碳氮的關(guān)系

土壤碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶（BG+CBH）活性與SMBC（圖2-a），和土壤氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶（NAG+LAP）活性與SMBN（圖 2-b），均呈直線正相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)分別為0.924和0.847，說(shuō)明SMBC和SMBN的提高會(huì)顯著提高碳和氮的相關(guān)酶活性，且提高幅度在不同肥力梯度上無(wú)顯著差異。SMBC和SMBN每增加1 mg·kg-1，（BG+CBH）和（NAG+LAP）活性可分別提高0.134和 10.53 nmol·g-1·h-1。

高肥力土壤S5的碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性和SMBC、SMBN均顯著高于其他肥力土壤，而低肥力土壤 S1土壤碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性以及SMBC、SMBN含量均最低，中肥力土壤 S2—S4的碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性以及SMBC含量相近，但SMBN含量表現(xiàn)為S4＞S3＞S2，說(shuō)明在相同SMBN含量下，氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性依次表現(xiàn)為 S2＞S3＞S4，即氮轉(zhuǎn)化速率依次表現(xiàn)為 S2＞S3＞S4。

2.4 不同肥力土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量學(xué)

5 種肥力土壤的 ln（BG+CBH）∶ln（NAG+LAP）、ln（BG+CBH）∶ln AP 和 ln（NAG+LAP）∶ln AP均呈直線正相關(guān)關(guān)系（圖 3）。ln（BG+CBH）∶ln（NAG+LAP）和ln（BG+CBH）∶ln AP均小于1，表明相對(duì)于氮、磷來(lái)說(shuō)，土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率受土壤碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性的限制。ln（NAG+LAP）∶ln AP高于 1，說(shuō)明相對(duì)于氮來(lái)說(shuō)，土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率更受土壤磷轉(zhuǎn)化酶活性的限制。另外，3個(gè)圖中土壤肥力越高，其比例越接近1，說(shuō)明低肥力土壤S1受養(yǎng)分限制最為強(qiáng)烈，高肥力土壤S5相比中肥力土壤S2—S4，其所受碳或磷的限制更小，養(yǎng)分比例更均衡。

2.5 不同肥力土壤胞外酶活性與基礎(chǔ)理化性狀的冗余分析（RDA）

圖2 不同肥力土壤碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)胞外酶活性與微生物量碳氮的關(guān)系Fig. 2 Relationship between extracellular enzyme activities related to carbon and nitrogen transformation and microbial biomass carbon and nitrogen in different fertility soils

圖3 不同肥力土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量學(xué)Fig. 3 Stoichiometry of extracellular enzymes in different fertility soils

圖 4 不同肥力土壤胞外酶活性與基礎(chǔ)理化性狀的冗余分析Fig. 4 Redundant analysis of extracellular enzyme activity and basic properties of different fertility soils

通過(guò)冗余分析（圖 4）可以發(fā)現(xiàn)碳氮磷轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性與基礎(chǔ)理化性狀的主解釋率達(dá)到了95.7%，表明胞外酶活性與土壤養(yǎng)分有著非常緊密的聯(lián)系。碳氮磷轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性與 SOC、TN、TP存在著緊密的正相關(guān)關(guān)系，表明土壤全量碳氮磷養(yǎng)分含量顯著影響胞外酶活性，與AP、AK、TK、C/N有著正相關(guān)關(guān)系，pH與胞外酶活性?shī)A角為鈍角，表示pH與胞外酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能是所選的5個(gè)肥力土壤的pH相差不大，土壤pH不是影響胞外酶活性的主要因素。

3 討論

3.1 不同肥力土壤微生物量碳氮差異

本研究中SMBC和SMBN均在高肥力土壤上最高，低肥力土壤上最低。其原因可能是高肥力土壤上作物根系生物量較高且養(yǎng)分庫(kù)容大，因此有機(jī)碳積累量高。有機(jī)碳的積累一方面增加了微生物的數(shù)量和活性[15]，另一方面可促進(jìn)團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤物理性狀，為微生物生長(zhǎng)繁殖提供了良好的條件[16-17]，進(jìn)而提高微生物量。但是，也有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)肥對(duì)SMBC和SMBN的影響較小[18]，因?yàn)樽魑锷L(zhǎng)消耗大部分養(yǎng)分且小麥生長(zhǎng)狀況較差，根系及殘留物都較少，長(zhǎng)期施用化肥使土壤的C/N比降低，加速了土壤中原有有機(jī)碳的分解，導(dǎo)致土壤中積累的有機(jī)碳總量較少[19]。但是本研究中高肥力土壤在后期試驗(yàn)收獲時(shí)作物產(chǎn)量較高（數(shù)據(jù)尚未發(fā)表），微生物量也較高。與化肥相比，很多研究表明，施用有機(jī)物料可更大幅度的提高微生物生物量[20-23]。主要的原因是有機(jī)物料可以促進(jìn)作物根系和地上部的生長(zhǎng)，增加外源碳的輸入，增加土壤微生物數(shù)量，增強(qiáng)了微生物的活性。

土壤微生物量碳氮比（SMBC∶SMBN）可表征土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)信息，一般來(lái)說(shuō)，真菌的C/N值在7—12之間，細(xì)菌在3—6之間[24]。有研究發(fā)現(xiàn)盡管施肥顯著提高了微生物的總量，但并未明顯改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)[25]。本試驗(yàn)結(jié)果中土壤的SMBC∶SMBN在 7.66—12.43之間，除 S2外沒(méi)有顯著差異（表2），說(shuō)明供試土壤間整體群落結(jié)構(gòu)中細(xì)菌真菌比例無(wú)顯著差異。雖然細(xì)菌真菌比例沒(méi)有差異，但隨著土壤肥力的提升，SMBC和SMBN含量顯著升高，土壤細(xì)菌和真菌含量應(yīng)該都有所提高，這與之前的研究也相吻合[17]，只是其比例沒(méi)有變化。深入分析不同土壤肥力以及施肥對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)，尤其是關(guān)鍵微生物種群的影響，對(duì)于闡明養(yǎng)分功能發(fā)揮的差異機(jī)制具有重要意義，值得進(jìn)行深入研究。

SMBC與SOC的比值稱(chēng)為微生物熵，表示土壤中的碳轉(zhuǎn)化效率，一定程度上表明了土壤中碳的生物有效性[26]，同理，SMBN與TN的比值也代表了土壤中氮的生物可利用性[27]。施氮量的提高可以顯著提高土壤微生物熵，這是因?yàn)槭┯玫蕪浹a(bǔ)了土壤中氮素的消耗，加大了SMBN的固持，提高了SMBC量，但會(huì)加速SOC的分解，從而提高微生物熵[28-29]。本試驗(yàn)中，S1和S5的SMBC/SOC和SMBN/TN均較高，這是因?yàn)?S5的施氮量和肥力均較高，因此微生物熵高于S2、S3、S4；而低肥力土壤S1雖然土壤肥力缺乏，但是土壤養(yǎng)分沒(méi)有作物消耗，微生物可利用碳源較為充足，利用碳源的效率較高[18]。

3.2 不同肥力土壤胞外酶活性差異

土壤酶活性代表微生物的活性，是土壤活性功能最重要的指標(biāo)，在土壤有機(jī)物分解和物質(zhì)循環(huán)中起到重要作用[30]。土壤胞外酶活性在3種肥力土壤上差異顯著，均表現(xiàn)為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤（圖1）。這是因?yàn)楦叻柿ν寥牢⑸锪扛?，微生物分泌到土壤中的胞外酶?shù)量較多，致使土壤胞外酶活性以及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力較強(qiáng)。本研究中碳、氮、磷的轉(zhuǎn)化酶活性均在高肥力土壤上高，這是因?yàn)橐环矫娓叻柿ν寥郎献魑锷锪看?，殘留根茬量高；另一方面施肥通過(guò)增加根系分泌物，調(diào)節(jié)碳氮比，直接或間接增減了碳源，促進(jìn)微生物活性，加速了土壤碳、氮、磷的循環(huán)。馬曉霞等[31]發(fā)現(xiàn)，對(duì)化肥配施有機(jī)肥提高了土壤微生物量，也提高了蔗糖酶和脲酶等胞外酶的活性。所以，通過(guò)增施有機(jī)物來(lái)提高地力是促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)、提高作物產(chǎn)量的主要途徑。相對(duì)于氮磷轉(zhuǎn)化酶活性，本研究中碳轉(zhuǎn)化酶的活性較低，這可能是因?yàn)橥寥篱L(zhǎng)期施用氮磷肥，大量的肥料投入造成了土壤中氮磷的累積，從而提高了氮磷轉(zhuǎn)化相關(guān)酶的活性，而外源碳投入的缺乏，導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化酶的活性偏低。

本研究發(fā)現(xiàn)碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性分別與SMBC和SMBN呈直線正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明SMBC和SMBN的提高會(huì)顯著提高碳氮轉(zhuǎn)化酶的活性。SMBC和SMBN每增加 1 mg·kg-1，（BG+CBH）和（NAG+LAP）活性可分別提高 0.134 和 10.53 nmol·g-1·h-1。前人有關(guān)酶活的研究有的集中在酶活與土壤養(yǎng)分的關(guān)系，如黃土的尿酶、堿性磷酸酶和蛋白酶活性隨土壤SOC含量增加而增加[32]；有的分析了酶活、SMBC和SMBN隨作物生育期的變化，如玉米SMBC和SMBN與土壤酶活性有在玉米生長(zhǎng)的前中后期呈現(xiàn)先升高后降低再趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)[33]，但是卻很少有人去量化胞外酶活性與SMBC和SMBN的關(guān)系。筆者認(rèn)為量化它們之間的關(guān)系是很有必要的，因?yàn)槊竵?lái)源于微生物，酶的活性也影響著微生物的活性，如果將研究放眼于作物的整個(gè)生育期，那么酶活性與SMBC和SMBN的關(guān)系就表征了整個(gè)生育期的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化量，對(duì)于研究生育期內(nèi)養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化和深入理解養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的生物機(jī)制具有重要意義[34-36]。值得注意的是，微生物量碳氮和胞外酶活性靈敏度非常高，受到土壤類(lèi)型、季節(jié)、測(cè)定方法等多種因素影響[12,37-38]，其定量關(guān)系的獲得還需要保證采樣、測(cè)定環(huán)境條件一致并進(jìn)行多次重復(fù)以降低其試驗(yàn)誤差，保證其相關(guān)方程的準(zhǔn)確性，更好的理解養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的過(guò)程機(jī)理。

3.3 不同肥力潮土的酶活計(jì)量比

闡明養(yǎng)分元素特定化學(xué)計(jì)量關(guān)系，有助于研究土壤微生物代謝過(guò)程和酶活性相互耦合關(guān)系及其內(nèi)在機(jī)理，提升對(duì)微生物和酶活性的認(rèn)識(shí)以及相關(guān)機(jī)理的完善[39-41]。全球尺度上，土壤BG∶（NAG + LAP）為1.41，BG∶AP 為 0.62，（NAG+LAP）∶AP 為 0.44[42]。本研究中，BG∶（NAG + LAP）為0.05，遠(yuǎn)低于全球平均值；BG∶AP為0.21，與全球平均值相比差異不大；（NAG+LAP）∶AP為3.91，遠(yuǎn)高于全球平均值，表明了5種肥力土壤上氮轉(zhuǎn)化酶活性較強(qiáng)，N分解轉(zhuǎn)化較快，這是由于農(nóng)田土壤長(zhǎng)期施用大量氮肥，氮素積累量較高。

ln（BG+CBH）∶ln（NAG+LAP）和 ln（BG+CBH）∶ln AP等于1被認(rèn)為是土壤中最適宜于碳氮轉(zhuǎn)化的酶活比例，高于1則說(shuō)明該土壤受氮/磷源限制，低于1則受碳源限制[43]。本文的供試土壤中，ln（BG+CBH）∶ln（NAG+LAP）和 ln（BG+CBH）∶ln AP均小于1（圖3），表明相對(duì)于氮、磷，土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率受土壤碳轉(zhuǎn)化效率的限制。長(zhǎng)期施用化肥的土壤，由于缺少碳源的補(bǔ)充，碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性較低，會(huì)加劇土壤有機(jī)碳的礦化[29]，所以應(yīng)補(bǔ)充碳源，以保證微生物得到充足的能量，提高微生物活性，增強(qiáng)微生物的內(nèi)穩(wěn)性，加強(qiáng)其對(duì)氮磷養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化利用能力。ln（NAG+LAP）∶ln AP高于1，說(shuō)明相對(duì)于氮，土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率受土壤磷轉(zhuǎn)化酶活性的限制。這可能一方面是由于土壤中氮素的大量積累，另一方面磷素大多被固定而有效性低，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)注意氮肥適量減施和有效磷的供給。本研究還發(fā)現(xiàn)，高肥力土壤上的胞外酶活性對(duì)數(shù)計(jì)量比更接近于 1（圖3），說(shuō)明高肥力土壤上土壤酶活計(jì)量比更接近適宜值，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用能力更強(qiáng)，這可能是高肥力土壤高產(chǎn)高效的重要機(jī)制之一。

4 結(jié)論

提高土壤肥力可提高土壤微生物量碳氮，以及碳、氮、磷轉(zhuǎn)化相關(guān)胞外酶活性，但不改變微生物量碳氮比。土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性與SMBC、氮轉(zhuǎn)化酶活性與SMBN均呈直線正相關(guān)關(guān)系，SMBC和SMBN每增加1 mg·kg-1，碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶（BG和CBH）活性和氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶（NAG和 LAP）活性分別提高 0.134和 10.53 nmol·g-1·h-1。在長(zhǎng)期施用化肥的潮土上，碳是微生物活性的首要限制因子。高肥力土壤上碳、氮、磷相關(guān)酶活的比例更接近適宜值，說(shuō)明微生物活性更高，養(yǎng)分的循環(huán)轉(zhuǎn)化更快，這可能是高肥力土壤高產(chǎn)高效的主要機(jī)制之一。