牟芝熠 段春燕 黎彥余 張德楠 孫英杰 滕秋梅 陳運(yùn)霜 曹楊 王紫卉 徐廣平

摘 要： 為探究土壤酶活性對(duì)生物炭輸入的響應(yīng)特征，以及為合理應(yīng)用桉樹枝條生物炭提供理論參考，該研究基于桂北桉樹人工林田間試驗(yàn)，以桉樹人工林采伐剩余物枝條為原料，在500 ℃條件下厭氧制備生物炭，施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0（CK）、0.5%（T1）、1%（T2）、2%（T3）、4%（T4）和 6%（T5）的桉樹枝條生物炭，輸入1 a 后，分析了不同處理下土壤酶活性的變化特征。結(jié)果表明：（1）沿著土層垂直深度，土壤酶含量減小。（2）各土層脲酶、過(guò)氧化氫酶、β-葡萄糖苷酶和脫氫酶的含量隨生物炭施用量的增加而增大，在生物炭施用量為6%時(shí)含量最高。（3）酸性磷酸酶、蔗糖酶、亮氨酸氨基肽酶和纖維二糖苷酶的含量隨著生物炭施用量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，其中酸性磷酸酶和亮氨酸氨基肽酶在生物炭施用量為2%時(shí)含量最高，蔗糖酶和纖維二糖苷酶則在生物炭施用量4%時(shí)含量最高?？傮w上，桉樹枝條生物炭施用不同程度地提高了桉樹人工林的土壤酶活性。該研究結(jié)果可為林業(yè)廢棄物制備生物炭資源化利用途徑及其在桉樹人工林的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 生物炭， 土壤酶活性， 桉樹人工林， 桂北， 田間試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： Q948? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? 文章編號(hào)： 1000-3142（2023）05-0880-10

Abstract： To investigate the effects of different biochar applications on soil enzyme activities in Eucalyptus plantations in North Guangxi， and provide theoretical references for the rational application of biochar to Eucalyptus plantations. Based on field experiments， biochar was prepared anaerobically at 500 ℃ from branches of Eucalyptus plantation harvesting residues， and with six treatment groups， such as 0 （CK）， 0.5% （T1）， 1% （T2）， 2% （T3）， 4% （T4）， and 6% （T5） ， to analyze the changes in soil enzyme activities under different application rates after one year importation. The results were as follows： （1） The soil enzyme content decreased gradually as the soil layer deepened. （2） In the same soil layer， the contents of urease， catalase， β-glucosidase and dehydrogenase increased with the increase of biochar application， and the highest contents were found at 6% of biochar application. （3） With the increase of biochar application， the contents of acid phosphatase， sucrase， leucine aminopeptidase and cellobioglucosidase showed a trend of first increasing and then decreasing. Acid phosphatase and leucine aminopeptidase had the highest contents at 2% of biochar application. Sucrase and cellobioglucosidase had the highest contents at 4% of biochar application. In general， the biochar application increased the soil enzyme activities of Eucalyptus plantations. The results of this study can provide a scientific basis for the application of forestry waste biochar in Eucalyptus plantations.

Key words： biochar， soil enzyme activity， Eucalyptus plantations， North Guangxi， field experiment

生物炭是生物質(zhì)在厭氧的情況下進(jìn)行熱解處理的固體殘留物，其原料來(lái)源和熱解條件影響著其特性（Campos et al.， 2020）。生物炭含碳量豐富、容重小、比表面積大、結(jié)構(gòu)疏松多孔、吸附能力強(qiáng)，添加生物炭能增加土壤的有機(jī)碳含量，調(diào)節(jié)和保持土壤水分和空氣，改善土壤的肥力等，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)（Wang et al.， 2020）。研究結(jié)果表明，生物炭可作為新型的土壤改良劑被廣泛用于土壤修復(fù)等方面（何選明等，2015；段春燕等，2020；徐瑾等，2020；王豪吉等，2021）。

土壤酶來(lái)源于土壤中動(dòng)植物和微生物細(xì)胞的分泌物及殘?bào)w的分解等，是土壤中最活躍的組分之一，在有機(jī)質(zhì)分解中發(fā)揮著積極作用（關(guān)松蔭，1986），能指示土壤質(zhì)量的變化情況（Xu et al.， 2017）。根據(jù)酶的功能及其催化反應(yīng)的類型，土壤酶主要分為水解酶、裂合酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶等（關(guān)松蔭，1986），氧化還原類酶是在土壤中催化氧化還原反應(yīng)的酶，在能量傳遞和物質(zhì)代謝方面有著重要的作用，主要包括過(guò)氧化氫酶、脫氫酶等；水解酶是將蛋白質(zhì)等物質(zhì)分解為易被植物吸收的酶，包括蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、肽酶、纖維素酶等。研究土壤酶活性的變化可以更好地反映生物炭輸入對(duì)土壤微生態(tài)的影響。前人研究表明，在新疆地區(qū)的灰漠土和風(fēng)沙土連作的棉田上施用生物炭，能提高其根際土壤養(yǎng)分和微生物多樣性（顧美英等，2014）。但也有研究報(bào)道樹枝制備生物炭可以提高壤土和砂土中與氮磷循環(huán)相關(guān)的酶活性，卻降低了土壤中與碳循環(huán)有關(guān)的酶活性（Bailey et al.， 2011；尚杰等，2016）。目前關(guān)于生物炭對(duì)土壤酶活性影響的研究多集中于室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)或短期的田間試驗(yàn)，結(jié)果還不盡一致（Castaldi et al.， 2011）。可見，生物炭對(duì)土壤酶活性的影響因其原料來(lái)源和土壤類型的不同而有較大差異。因此，基于野外大田試驗(yàn)，有必要探究生物炭施用后土壤酶活性的變化特征，對(duì)深入揭示生物炭對(duì)土壤的改良效應(yīng)具有重要意義。

桉樹（Eucalyptus）作為速生樹種，在廣西種植歷史悠久，桉樹人工林的面積不斷擴(kuò)大，促進(jìn)了廣西地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但由于桉樹人工林經(jīng)營(yíng)中也存在土壤地力衰退等生態(tài)問(wèn)題（黃國(guó)勤和趙其國(guó)，2014；溫遠(yuǎn)光等，2019），桉樹人工林的土壤質(zhì)量及其肥力水平有待進(jìn)一步的提高。桉樹人工林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的林業(yè)廢棄物，通過(guò)制備生物炭并就地還田，如能發(fā)揮桉樹枝條生物炭在桉樹人工林的積極作用，將產(chǎn)生較大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。目前生物炭在農(nóng)業(yè)方面的研究比較充分，但將生物炭施用于桉樹人工林方面的研究較少，生物炭施用對(duì)桉樹人工林土壤酶活性的影響尚不明確。因此，本研究以桉樹人工林采伐剩余物枝條為原料，經(jīng)過(guò)高溫厭氧制備成生物炭，將其按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)施用于桉樹人工林土壤，探討桉樹枝條生物炭施用后對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶等酶活性的影響，篩選有利于促進(jìn)土壤酶活性的生物炭最佳施用量比例，研究結(jié)果有望為林業(yè)廢棄物生物炭資源化利用和桉樹人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)域概況

試驗(yàn)區(qū)位于廣西國(guó)營(yíng)黃冕林場(chǎng)（109°43′46″—109°58′18″ E、24°37′25″—24°52′11″ N），為低山和丘陵地貌，試驗(yàn)地土壤類型主要以山地黃紅壤、紅壤等為主。詳細(xì)描述見段春燕等（2020）。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 野外樣地和土壤采集

以黃冕林場(chǎng)試驗(yàn)地及周邊區(qū)域內(nèi)桉樹人工林采伐剩余物枝條為原料，由濟(jì)寧德漢齊機(jī)械工程科技有限公司，經(jīng)過(guò)高溫（500 ℃）厭氧條件下裂解而成生物炭。生物炭的具體性質(zhì)詳見段春燕等（2020）的描述。

2017年3月開始隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，在桉樹人工林樣地，參考郭艷亮等（2015）質(zhì)量百分比和完全混合的方法進(jìn)行生物炭施用，比例為CK（0%）、T1（0.5%）、T2（1%）、T3（2%）、T4（4%）和T5（6%），各3個(gè)重復(fù)，共18個(gè)試驗(yàn)區(qū)，各小區(qū)8 m × 8 m。于2018年3月采集土壤樣品，以10 cm為間隔，分3層取至30 cm深度，按照5點(diǎn)法取樣（段春燕等，2020）。土樣風(fēng)干后用于土壤酶活性和理化性質(zhì)的測(cè)定。

2.2 土壤酶活性的分析

土壤酶活性參考關(guān)松蔭（1986）的方法，一個(gè)樣品3個(gè)平行，分別采用苯酚鈉比色、3，5 二硝基水楊酸比色、磷酸苯二鈉比色、高錳酸鉀滴定、氯化三苯基四唑還原和硝基酚比色的方法，測(cè)定脲酶（urease， URE， mg·g-1）、蔗糖酶（sucrase， SUC， mg·g-1）、酸性磷酸酶（acid phosphatase， ACP， mg·g-1）、過(guò)氧化氫酶（catalase， CAT， mL·g-1）、脫氫酶（dehydrogenase， DHA， μg·g-1·h-1）和β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，BG，μg·g-1· h-1）的活性。采用微孔板熒光法（Bell et al.， 2013）測(cè)定土壤纖維二糖苷酶（cellobioglucosidase，CB，nmol·g-1· h-1）和亮氨酸氨基肽酶（leucine aminopeptidase，LAP，nmol·g-1· h-1）。

2.3 土壤理化性質(zhì)的分析

用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重（soil bulk density， SBD）；用烘干法測(cè)定土壤含水量（soil water content， SWC）；用酸度計(jì)法測(cè)定pH值；土壤孔隙度（soil porosity， SP）和總土壤孔隙度（total soil porosity， TSP）通過(guò)密度和容重計(jì)算得出；用島津 5000A總有機(jī)碳 TOC 儀測(cè)定土壤有機(jī)碳（soil organic carbon， SOC）；用鉬銻抗比色法（BUV-1600，紫外可見分光光度計(jì)）測(cè)定全磷（total phosphorus， TP）；用硫酸-高氯酸消煮，火焰光度法測(cè)定全鉀（total potassium， TK）；用堿解擴(kuò)散法測(cè)定速效氮（available nitrogen， AN）；用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷（available phosphorus， AP）；用火焰光度法（美國(guó)Cole Parmer火焰光度計(jì)）測(cè)定速效鉀（available potassium， AK）；用 1 mol·L-1乙酸銨交換法測(cè)定土壤陽(yáng)離子交換量（cation exchange capacity， CEC）；用電導(dǎo)率儀（DDS-307A）測(cè)定電導(dǎo)率（electrical conductivity， EC）（水土比為5∶1）；用1 mol·L-1KCl 提取，0.02 mol·L-1NaOH滴定法（魯如坤，2000）測(cè)定土壤交換性酸（exchangeable acid， E-ac）、交換性鋁（exchangeable aluminum， E-al）和交換性氫（exchangeable hydrogen， E-hy）；參考馬立峰等（2007）的浸提方法，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-7400，ThermoFisher Scientific）測(cè)定土壤交換性鈉（exchangeable sodium， E-na）、交換性鈣（exchangeable calcium， E-ca）、交換性鎂（exchangeable magnesium， E-ma）。

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010軟件和SPSS 23.0軟件進(jìn)行圖表制作和數(shù)據(jù)處理，對(duì)不同處理的土壤酶活性分別進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）、LSD多重比較（α=0.05）和Pearson相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同處理土壤過(guò)氧化氫酶和脲酶的變化

由圖1可知，與對(duì)照（CK）的0～30 cm土層相比，過(guò)氧化氫酶和脲酶隨著生物炭施用量的增加，其含量一致呈現(xiàn)出逐漸增高的趨勢(shì)，增幅分別為7.97%～56.46%和5.48%～31.45%，并在T5時(shí)最高。在同一處理下，隨土層的增加，均呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)。同一土層不同處理間，過(guò)氧化氫酶在0～10 cm土層，除了TI與CK、TI與T2外，其他均達(dá)到了顯著性水平（P<0.05）；在10～20 cm土層中，過(guò)氧化氫酶和脲酶T4與T5之間差異不顯著，其他處理之間差異顯著；在20～30 cm土層中，過(guò)氧化氫酶和脲酶在各處理間均達(dá)到了顯著性水平（P<0.05）。

不同小寫字母表示同一土層不同處理間差異顯著（P<0.05）；不同大寫字母表示同一處理不同土層間差異顯著（P<0.05）。下同。

3.2 不同處理土壤脫氫酶和β-葡萄糖苷酶的變化

由圖2可知，在不同生物炭處理下，與對(duì)照（CK）的0～30 cm土層相比，增加了土壤脫氫酶和β-葡萄糖苷酶含量，分別增加了53.51%～202.33%和12.12%～83.09%，在T5處理最高。隨著土層的增加，各處理的脫氫酶和β-葡萄糖苷酶均呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)。同一土層不同處理中，在0～10 cm土層，脫氫酶除了在T1與T2、T3與T4外，β-葡萄糖苷酶除了在CK與T1、T2與CK和T1、T3與T2和T4外，其他處理之間差異顯著；在10～20 cm土層中，脫氫酶CK與T1之間，T3與T4之間差異不顯著，β-葡萄糖苷酶中T1分別與T2、T3之間差異不顯著（P>0.05），而與其他處理之間顯著；在20～30 cm土層中，脫氫酶T4分別與T2、T3之間差異不顯著（P>0.05），β-葡萄糖苷酶除了T1與T2外，其他均達(dá)到了顯著性水平（P<0.05）。相比較而言，施用生物炭對(duì)土壤脫氫酶和β-葡萄糖苷酶的影響較為突出。

3.3 不同處理土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶的變化

由圖3可知，與對(duì)照（CK）的0～30 cm土層相比，酸性磷酸酶含量大小關(guān)系依次為T50.05），蔗糖酶中T4與T5差異不顯著（P>0.05），其他各個(gè)處理差異顯著（P<0.05）；10～20 cm土層中，蔗糖酶CK與T1之間、T4與T5之間差異不顯著（P>0.05），而其他處理之間差異顯著；20～30 cm土層中，酸性磷酸酶CK與T4之間差異不顯著（P>0.05），其他處理之間差異顯著（P<0.05），蔗糖酶在各個(gè)處理間均顯著差異（P<0.05）。

3.4 不同處理土壤亮氨酸氨基肽酶和纖維二糖苷酶的變化

由圖4可知，相對(duì)于對(duì)照（CK）的0～30 cm土層， 亮氨酸氨基肽酶的大小關(guān)系表現(xiàn)為T1圖 2 不同處理下土壤脫氫酶和β-葡萄糖苷酶的變化T50.05），纖維二糖苷酶T4與T5之間差異不顯著（P>0.05），而其他處理之間差異顯著；在10～20 cm土層中，亮氨酸氨基肽酶CK與T1之間、T2和T4之間差異不顯著（P>0.05），纖維二糖苷酶T4與T5之間差異不顯著（P>0.05），而與其他處理之間差異顯著（P<0.05）；在20～30 cm土層中，亮氨酸氨基肽酶和纖維二糖苷酶中CK均與T1之間差異不顯著（P>0.05），而與其他處理之間差異顯著（P<0.05）。

3.5 土壤酶活性與理化性質(zhì)的相關(guān)性特征

由表1可知，CAT、URE、DHA、BG、ACP、SUC、LAP和CB均分別與CEC、E-ca、E-ma、SWC、SP、TSP、SOC、TP、TK、AP、AK、AN之間有極顯著正相關(guān)（P<0.01）；pH、EC與ACP之間有顯著正相關(guān)（P<0.05），與其他土壤酶之間存在極顯著正相關(guān)（P<0.01）；SBD與ACP之間存在極顯著正相關(guān)（P<0.01），與LAP之間存在顯著正相關(guān)（P<0.05）； E-ac和E-al分別與CAT、SUC、DHA、BG之間無(wú)顯著相關(guān)（P>0.05）；E-hy與SUC之間有顯著正相關(guān)，與CAT、DHA之間無(wú)顯著相關(guān)性（P>0.05）；E-na分別與SUC、URE、ACP、BG、CB和LAP之間有極顯著正相關(guān)（P<0.01）。表明土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)間存在密切的關(guān)系，土壤酶活性受到多因子的共同影響，且SOC對(duì)土壤酶活性的影響較為顯著。

4 討論

土壤蔗糖酶反映了土壤有機(jī)質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化狀況，過(guò)氧化氫酶主要參與木質(zhì)素、酚類物質(zhì)的降解，促進(jìn)土壤腐殖質(zhì)的形成（Burns et al.， 2013），β-葡糖苷酶是主要的多糖分解酶。過(guò)氧化氫酶和纖維素酶對(duì)土壤有機(jī)碳的分解和轉(zhuǎn)化具有重要作用（Schimel & Weintraub， 2003），土壤脫氫酶可以反映土壤體系內(nèi)活性微生物量以及其對(duì)有機(jī)物的降解特征，能作為土壤微生物的降解性能指標(biāo)。以上各酶多參與土壤中的碳循環(huán)。Bamminger等（2013）的研究表明，施用玉米秸稈生物質(zhì)炭后，顯著增強(qiáng)了森林土壤中的β-葡萄糖苷酶活性。前人研究表明，生物炭施用降低了過(guò)氧化氫酶和纖維素酶的活性（Lehmann et al.， 2011），向砂質(zhì)壤土和紅壤中分別施加活性污泥生物質(zhì)炭后，脫氫酶和β-葡萄糖苷酶活性均顯著增強(qiáng)（Demisie et al.， 2014）。金巖等（2018）的研究表明，套作以及添加生物炭的栽培模式更好地提高了土壤過(guò)氧化氫酶、脫氧酶和脲酶的活性。高鳳等（2019）研究發(fā)現(xiàn)將生物炭施入種植白菜的土壤中提高了其土壤纖維素酶、蔗糖酶活性。

杜倩等（2021）研究表明，將玉米生物炭和油菜生物炭施入煙草土壤后，促進(jìn)了脲酶、蔗糖酶、蛋白酶和β-葡萄糖苷酶的活性，隨著生育期的變化而不同。與以上研究結(jié)果相類似，本研究中，在同一土層不同處理間，隨著生物炭施用量的增加，脫氫酶和β-葡萄糖苷酶的含量均逐漸增高；在同一處理不同土層間，隨著土層的增加，脫氫酶和β-葡萄糖苷酶的含量明顯降低。這表明桉樹枝條生物炭促進(jìn)了與土壤碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶的活性。胡華英等（2019）在南方紅壤杉木人工林土壤中添加杉木生物炭的研究結(jié)果表明，生物炭的添加對(duì)過(guò)氧化氫酶影響不顯著。何秀峰等（2020）將生物炭應(yīng)用于葡萄幼苗土壤中，通過(guò)不同施用方式及施用量的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)隨著生物炭施用量的增加，土壤過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶的活性也隨之增加。過(guò)氧化氫一般會(huì)對(duì)土壤有益微生物的活動(dòng)產(chǎn)生毒害作用，但過(guò)氧化氫酶則能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解。本試驗(yàn)各處理的過(guò)氧化氫酶活性由高到低依次為T5＞T4＞T3＞T2＞T1，說(shuō)明施用生物炭提高了土壤過(guò)氧化氫酶活性，可促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，同時(shí)，桉樹枝條生物炭疏松多孔的結(jié)構(gòu)可能吸附過(guò)氧化氫，進(jìn)而共同降低過(guò)氧化氫對(duì)土壤的可能危害，可見，生物炭施用后，能改善桉樹林的土壤質(zhì)量。

脲酶是具有對(duì)尿素轉(zhuǎn)化起關(guān)鍵作用的酶，可以用來(lái)表示土壤供氮能力，土壤亮氨酸氨基肽酶是一類能水解肽鏈N-末端為亮氨酸的蛋白酶（關(guān)松蔭，1986）。前人研究表明，施加小麥秸稈制備的生物質(zhì)炭可顯著提高灰化土中脲酶活性（Oleszczuk et al.， 2014），紅壤施用橡木-竹混合生物炭后，提高了脲酶的活性（Demisie et al.， 2014）。王智慧等（2019）的研究表明不同玉米秸稈生物炭施用量對(duì)土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶的活性均有促進(jìn)作用，其中脲酶在高施用量時(shí)促進(jìn)作用更明顯。王豪吉等（2021）通過(guò)在耕地紅壤中對(duì)比單一施用炭處理和與有機(jī)肥配施試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雖然單一施用生物炭顯著提高了土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性，但生物炭與有機(jī)肥的混合施用更能促進(jìn)酶活性。本研究中，在同一土層不同處理間，隨著生物炭施用量的增加，脲酶含量逐漸增高，表明生物炭施用顯著增強(qiáng)了土壤脲酶活性，且土壤脲酶與速效氮關(guān)系密切（P＜0.01），表明在外源桉樹枝條生物炭的作用下，提高了土壤的供氮能力。

酸性磷酸酶是評(píng)價(jià)磷轉(zhuǎn)化的重要指標(biāo)。Demisie等（2015）的研究表明，土壤酸性磷酸酶活性隨生物質(zhì)炭的增加而降低。李少朋等（2019）將不同生物炭量添加在鹽堿土中，研究發(fā)現(xiàn)土壤脲酶活性隨著生物炭量的增加而增加，酸性磷酸酶則呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。與上述研究結(jié)果相類似，本研究中，隨桉樹枝條生物炭施用量的增加，酸性磷酸酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。Lehmann等（2011）的研究表明，生物炭富含P、K、Mg等元素，通過(guò)促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而增加了土壤酶活性。以上研究結(jié)果表明，由于生物炭施用量及其自身元素含量的差異性、不同來(lái)源的生物炭對(duì)土壤酶活性的作用效果不同。本研究中，桉樹枝條生物炭還田后，通過(guò)改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)了土壤酶活性的提高。同時(shí)，桉樹枝條生物炭中包含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可作為產(chǎn)酶微生物的底物，加之具有多孔結(jié)構(gòu)特征及吸附性，影響了土壤中反應(yīng)底物的數(shù)量，促進(jìn)了微生物活性，增強(qiáng)了酶促反應(yīng)，進(jìn)而增加了土壤酶活性。由于生物炭自身獨(dú)特的性質(zhì)，添加生物炭使得土壤酶活性在一定程度上發(fā)生了變化。孫慧等（2016）研究發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫酶活性受土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量的影響，與土壤pH成正相關(guān)。鄭慧芬等（2019）將小麥秸稈生物炭施用于紅壤之中，研究發(fā)現(xiàn)土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶與pH值顯著正關(guān)聯(lián)（P＜0.05），與酸性磷酸酶有負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），表明生物炭通過(guò)影響pH值，對(duì)土壤生物化學(xué)過(guò)程有調(diào)控作用，也表明酶活性與土壤養(yǎng)分之間存在一定的聯(lián)系。

許云翔等（2019）研究發(fā)現(xiàn)在稻田土壤中施用生物炭提高了脲酶和酸性磷酸酶活性，其酸性磷酸酶活性與土壤容重呈極顯著正相關(guān)。王智慧等（2019）的研究表明施用生物炭可提高土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀含量，生物炭自身就含有豐富的碳元素，施入土壤中，可能增加了碳源，而對(duì)氮素的促進(jìn)可能是因?yàn)槊富钚缘奶岣?。本研究中，施用生物炭有利于增加土壤磷酸酶和蔗糖酶的活性，這與施用生物炭后土壤有機(jī)質(zhì)和土壤速效磷的增加密切關(guān)聯(lián)。段春燕等（2020）的研究表明，生物炭高施用量處理的土壤速效磷含量較高，這也說(shuō)明酸性磷酸酶促進(jìn)了土壤磷素的積累。本研究中土壤β-葡萄糖苷酶與土壤有機(jī)碳含量呈極顯著正相關(guān)，表明β-葡萄糖苷酶的變化與有機(jī)碳大小有關(guān)，這與段春燕等（2020）研究得出的生物炭還田后增加了土壤有機(jī)碳含量相一致。本研究中，桉樹枝條生物炭施用影響了土壤酶活性，隨著施用量的不同而變化，酶活性指示了對(duì)土壤養(yǎng)分含量的促進(jìn)作用。

有研究表明，0.5%生物炭（玉米秸稈，450 ℃）促進(jìn)了土壤纖維素水解酶和β-葡萄糖苷酶的活性，而1%生物炭添加反而抑制了上述酶活性（Wang et al.， 2015）。在紫色土中施用4%的生物炭，土壤蔗糖酶含量最高（李治玲，2016）。王垚等（2020）將生物炭添加在鎘污染土壤中，發(fā)現(xiàn)隨著生物炭量的添加，土壤脲酶和蔗糖酶均在5%生物炭施入量時(shí)顯著增加，而酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶均隨使用量增加而降低，并在5%生物炭施入量時(shí)較為穩(wěn)定。香蕉莖葉生物炭提高了蕉園酸化土壤的酶活性，施用量在3%時(shí)，對(duì)蕉園土壤的培肥效應(yīng)較好（徐廣平等，2020）。本研究與以上研究結(jié)論相似，在4%～6%生物炭條件下，脫氫酶、過(guò)氧化氫酶、β-葡萄糖苷酶和脲酶含量隨著施用量的增加而增大，高施用量對(duì)桉樹人工林土壤過(guò)氧化氫酶等酶含量的提高作用較顯著。而蔗糖酶、纖維二糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶含量隨著生物炭施用量增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)?？梢?，土壤酶活性指示了土壤理化性質(zhì)的變化，生物炭自身性質(zhì)、土壤和作物類型、環(huán)境因子（土壤養(yǎng)分、酸堿性等）和人為因素（施肥灌溉、管理措施等）等共同影響了桉樹林的土壤酶活性。Elzobair等（2016）認(rèn)為土壤微生物對(duì)生物炭中養(yǎng)分的利用狀況影響著酶活性。王妙芬等（2021）發(fā)現(xiàn)生物炭對(duì)土壤pH、碳、氮含量提升較高，而氮素與幾種水解酶具有顯著的相關(guān)性，這是由于氮素通過(guò)影響土壤微生物的數(shù)量、功能等影響酶活性。本研究中，桉樹枝條生物炭通過(guò)自身的高養(yǎng)分含量，改變土壤的pH等理化性質(zhì)，間接地對(duì)土壤礦質(zhì)元素的有效性產(chǎn)生影響，改善了桉樹人工林的土壤環(huán)境，進(jìn)而影響酶活性。此外，還可能通過(guò)促進(jìn)土壤微生物的繁衍與生長(zhǎng)及其代謝影響酶活性。盡管因不同酶的類型而表現(xiàn)出小的差異性，但與對(duì)照相比，桉樹枝條生物炭施用2%以上比例，對(duì)土壤酶活性的影響表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，而且這些酶均與土壤碳氮磷元素的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，進(jìn)一步說(shuō)明桉樹人工林施用生物炭起到了較好的土壤保肥能力。

5 結(jié)論

在桉樹人工林施用桉樹枝條生物炭對(duì)土壤酶活性有著明顯的影響，在不同土層，土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、脫氫酶和β-葡萄糖苷酶含量隨生物炭施用量的增加而增大，均在6%施用量時(shí)最高；而亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶先增加后減少，在2%施用量時(shí)最高；纖維二塘苷酶和蔗糖酶含量則在4%施用量時(shí)最高。隨著土層深度的增加，生物炭對(duì)酶活性的影響逐漸減弱，土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)?？傮w上，桂北桉樹人工林施用生物炭，改善了土壤理化性質(zhì)，提高了土壤酶活性。

致謝 感謝于倩倩、田壘、程桂霞、劉建春等在試驗(yàn)樣品分析方面提供的幫助，特此謝意！

參考文獻(xiàn)：

BAILEY VL， FANSLER SJ， SMITH JL，et al.， 2011. Reconciling apparent variability in effects of biochar amendment on soil enzyme activities by assay optimization ［J］. Soil Biol Biochem， 43（2）： 296-301.

BAMMINGER C， MARSCHNER B， JUSCHKE E， 2013. An incubation study on the stability and biological effects of pyrogenic and hydrothermal biochar in two soils ［J］. Eur J Soil Sci， 65（1）： 72-82.

BELL CW， FRICKS BE， ROCCA JD， et al.， 2013. High-throughput fluorometric measurement of potential soil extracellular enzyme activities ［J］. J Vis Exp， 81： 1-16.

BURNS RG， DEFOREST JL， MARXSEN J， et al.， 2013. Soil enzymes in a changing environment： current knowledge and future directions ［J］. Soil Biol Biochem， 58： 216-234.

CAMPOS P， MILLER AZ， KNICKER H， et al.， 2020. Chemical， physical and morphological properties of biochars produced from agricultural residues： Implications for their use as soil amendment ［J］. Waste Manag， 105： 256-267.

CASTALDI S， RIONDINO M， BARONTI S， et al.， 2011. Impact of biochar application to a Mediterranean wheat crop on soil microbial activity and greenhouse gas fluxes ［J］. Chemosphere， 85（9）： 1464-1471.

DEMISIE W， LIU Z， ZHANG MK， 2014. Effect of biochar on carbon fractions and enzyme activity of red soil ［J］. Catena， 121： 214-221.

DEMISIE W， ZHANG MK， 2015. Effect of biochar application on microbial biomass and enzymatic activities in degraded red soil ［J］. Afr J Agric Res， 10（8）： 755-766.

DU Q， HUANG R， LI B， et al.， 2021. Effect of biochar returning on labile organic carbon and enzyme activity in tobacco-growing soil ［J］. J Nucl Agric Sci， 35（6）： 1440-1450. ［杜倩， 黃容， 李冰， 等， 2021. 生物炭還田對(duì)植煙土壤活性有機(jī)碳及酶活性的影響 ［J］. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 35（6）： 1440-1450.］

DUAN CY， SHEN YY， XU GP， et al.， 2020. Effects of Eucalyptus branches biochar application on soil physicochemical properties of acidified soil in a Eucalyptus plantation in Northern Guangxi ［J］. Chin J Environ Sci， 41（9）： 358-369. ［段春燕， 沈育伊， 徐廣平， 等， 2020. 桉樹枝條生物炭輸入對(duì)桂北桉樹人工林酸化土壤的作用效果 ［J］. 環(huán)境科學(xué)， 41（9）： 358-369.］

ELZOBAIR KA， STROMBERGER ME， IPPOLITO JA， et al.， 2016. Contrasting effects of biochar versus manure on soil microbial communities and enzyme activities in an Aridisol ［J］. Chemosphere， 142： 145-152.

GAO F， YANG FJ， WU X， et al.， 2019. Effects of biochar application on organic matter content and enzyme activity in rhizosphere soil of Chinese cabbage ［J］. Chin J Soil Sci， 50（1）： 103-108. ［高鳳， 楊鳳軍， 吳瑕， 等， 2019. 施用生物炭對(duì)白菜根際土壤中有機(jī)質(zhì)含量及酶活性的影響 ［J］. 土壤通報(bào)， 50（1）： 103-108.］

GU MY， LIU HL， LI ZQ， et al.， 2014. Impact of biochar application on soil nutrients and microbial diversities in continuous cultivated cotton fields in Xinjiang ［J］. Sci Agric Sin， 47（20）： 4128-4138. ［顧美英， 劉洪亮， 李志強(qiáng)， 等， 2014. 新疆連作棉田施用生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分及微生物群落多樣性的影響 ［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 47（20）： 4128-4138.］

GUAN SY， 1986. Soil enzyme and its research methods ［M］. Beijing： Agriculture Press： 274-323. ［關(guān)松蔭， 1986. 土壤酶及其研究方法 ［M］. 北京： 農(nóng)業(yè)出版社： 274-323.］

GUO YL， WANG DD， ZHENG JY， et al.， 2015. Effect of biochar on soil greenhouse gas emissions in semi-arid region ［J］. Chin J Environ Sci， 36（9）： 3393-3400. ［郭艷亮， 王丹丹， 鄭紀(jì)勇， 等， 2015. 生物炭添加對(duì)半干旱地區(qū)土壤溫室氣體排放的影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué)， 36（9）： 3393-3400.］

HE XF， ZHAO FY， YU K， et al.， 2020. Effect of biochar on nutrient， enzyme activities and microbial diversity of rhizosphere soil of grape seedlings ［J］. Soil Fert Sci Chin， 290（6）： 19-26. ［何秀峰， 趙豐云， 于坤， 等， 2020. 生物炭對(duì)葡萄幼苗根際土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物多樣性的影響 ［J］. 中國(guó)土壤與肥料， 290（6）： 19-26.］

HE XM， FENG DZ， AO FL， et al.， 2015. Research on the characteristic and application of bio-carbon ［J］. Fuel Chem Proc， 46（4）： 1-3. ［何選明， 馮東征， 敖福祿， 等， 2015. 生物炭的特性及其應(yīng)用研究進(jìn)展 ［J］. 燃料與化工， 46（4）： 1-3.］

HU HY， YIN DY， CAO S， et al.， 2019. Effects of biochar on soil nutrient， enzyme activity， and bacterial properties of Chinese fir plantation ［J］. Acta Ecol Sin， 39（11）： 4138-4148. ［胡華英， 殷丹陽(yáng)， 曹升， 等， 2019. 生物炭對(duì)杉木人工林土壤養(yǎng)分、酶活性及細(xì)菌性質(zhì)的影響 ［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 39（11）： 4138-4148.］

HUANG GQ， ZHAO QG， 2014. The history， status quo， ecological problems and countermeasures of Eucalyptus plantations in Guangxi ［J］. Acta Ecol Sin， 34（18）： 5142-5152. ［黃國(guó)勤， 趙其國(guó)， 2014. 廣西桉樹種植的歷史、現(xiàn)狀、生態(tài)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略 ［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 34（18）： 5142-5152.］

JIN Y， YANG FJ， WU X， et al.， 2018. The intercropping and biochar interaction improved the soil enzyme activity and fruit quality of tomato ［J］. Xin Nongye， （7）： 6-10. ［金巖， 楊鳳軍， 吳瑕， 等， 2018. 套作與生物炭互作提高番茄土壤酶活性和果實(shí)品質(zhì) ［J］. 新農(nóng)業(yè)， （7）： 6-10.］

LEHMANN J， RILLIG MC， THIES J， et al.， 2011. Biochar effects on soil biota—a review ［J］. Soil Biol Biochem， 43（9）： 1812-1836.

LI SP， CHEN PZ， ZHOU YY， et al.， 2019. Effects of biochar application on available nutrients and enzyme activities in coastal saline-alkali soil ［J］. J S Agric， 50（7）： 1460-1465. ［李少朋， 陳昢圳， 周藝藝， 等， 2019. 生物炭施用對(duì)濱海鹽堿土速效養(yǎng)分和酶活性的影響 ［J］. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 50（7）： 1460-1465.］

LI ZL， 2016. Effect of biochar on nutrient content， soil microorganism and soil enzyme activities in purple soil and yellow soil ［D］. Chongqing： Southwest University： 47-49. ［李治玲， 2016. 生物炭對(duì)紫色土和黃壤養(yǎng)分、微生物及酶活性的影響 ［D］. 重慶： 西南大學(xué)： 47-49.］

LU RK， 2000. Methods of soil agricultural chemical analysis ［M］. Beijing： China Agricultural Science and Technology Press： 22-36. ［魯如坤， 2000. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法 ［M］. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版： 22-36.］

MA LF， YANG YY， SHI YZ， et al.， 2007. Applications of an universal soil extractant of Mehlich 3 to nutrient analysis of tea garden soil ［J］. Chin J Soil Sci， 38（4）： 745-748. ［馬立峰， 楊亦楊， 石元值， 等， 2007. Mehlich 3 浸提劑在茶園土壤養(yǎng)分分析中的應(yīng)用 ［J］. 土壤通報(bào)， 38（4）： 745-748.］

OLESZEZUK P， JOSKO I， FUTA B， et al.， 2014. Effect of pesticides on microorganisms， enzymatic activity and plant in biochar-amended soil ［J］. Geoderma， 214-215： 10-18.

SCHIMEL JP， WEINTRAUB MN， 2003. The implications of exoenzyme activity on microbial carbon and nitrogen limitation in soil： a theoretical model ［J］. Soil Biol Biochem， 35（4）： 549-563.

SHANG J， GENG ZC， WANG YL， et al.， 2016. Effect of biochar amendment on soil microbial biomass carbon and nitrogen and enzyme activity in tier soils ［J］. Sci Agric Sin， 49（6）： 1142-1151. ［尚杰， 耿增超， 王月玲， 等， 2016. 施用生物炭對(duì)（土婁）土微生物量碳、氮及酶活性的影響 ［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 49（6）： 1142-1151.］

SUN H， ZHANG JF， HU Y， et al.，2016. Research on the response of soil catalase to different forest stand covers ［J］. Chin J Soil Sci， 47（3）： 605-610. ［孫慧， 張建鋒， 胡穎， 等， 2016. 土壤過(guò)氧化氫酶對(duì)不同林分覆蓋的響應(yīng) ［J］. 土壤通報(bào)， 47（3）： 605-610.］

WANG HJ， SHI MX， XU YY， et al.， 2021. Effects of the combined application of biochar and organic fertilizer on the soil enzyme activity and crop yield of cultivated red soil ［J］. J Yunnan Norm Univ（Nat Sci Ed）， 41（1）： 56-63. ［王豪吉， 施夢(mèng)馨， 徐應(yīng)垚， 等， 2021. 生物炭與有機(jī)肥配施對(duì)耕地紅壤酶活性及作物產(chǎn)量的影響 ［J］. 云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 41（1）： 56-63.］

WANG LW， OCONNOR D， RINKLEBE J， et al.， 2020. Biochar aging： mechanisms， physicochemical changes， assessment and implications for field applications ［J］. Environ Sci Technol， 54（23）： 14797-14814.

WANG MF， LIANG MM， YANG Q， et al.， 2021. Effects of the addition of straw and biochar on the activities of soil enzyme ［J］. Fujian Agric Sci Technol， 52（7）： 10-17. ［王妙芬， 梁美美， 楊慶， 等， 2021. 秸稈及其生物炭添加對(duì)土壤酶活性的影響 ［J］. 福建農(nóng)業(yè)科技， 52（7）： 10-17.］

WANG XB， SONG DL， LIANG GQ， et al.， 2015. Maize biochar addition rate influences soil enzyme activity and microbial community composition in a fluvo-aquic soil ［J］. Appl Soil Ecol， 96： 265-272.

WANG Y， HU Y， MA YH， et al.， 2020. Effect of biochar addition on soil available cadmium and enzyme activities ［J］. Chin J Soil Sci， 51（4）： 979-985. ［王垚， 胡洋， 馬友華， 等， 2020. 生物炭對(duì)鎘污染土壤有效態(tài)鎘及土壤酶活性的影響 ［J］. 土壤通報(bào)， 51（4）： 979-985.］

WANG ZH， YIN DW， WANG HY， et al.， 2019. Effects of different amounts of biochar applied on soil nutrient， soil enzyme activity and maize yield ［J］. NE Agric Sci， 44（3）： 14-19. ［王智慧， 殷大偉， 王洪義， 等， 2019. 生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及玉米產(chǎn)量的影響 ［J］. 東北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 44（3）： 14-19.］

WEN YG， ZHOU XG， ZHU HG， 2019. Theoretical exploration and practices of ecological management in Eucalyptus plantations ［J］. Guangxi Sci， 26（2）： 159-175. ［溫遠(yuǎn)光， 周曉果， 朱宏光， 2019. 桉樹生態(tài)營(yíng)林的理論探索與實(shí)踐 ［J］. 廣西科學(xué)， 26（2）： 159-175.］

XU GP， TENG QM， SHEN YY， et al.， 2020. Effects of banana stems-leaves biochar on soil properties and control of banana fusarium wilt ［J］. Ecol Environ Sci， 29（12）： 2373-2384. ［徐廣平， 滕秋梅， 沈育伊， 等， 2020. 香蕉莖葉生物炭對(duì)香蕉枯萎病防控效果及土壤性狀的影響 ［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 29（12）： 2373-2384.］

XU J， WANG R， DENG FF， et al.， 2020. Effects of biochar application on soil physicochemical properties and enzyme activities in poplar plantation in Dongtai coastal area ［J］. J Fujian Agric For Univ（Nat Sci Ed）， 49（3）： 348-353. ［徐瑾， 王瑞， 鄧芳芳， 等， 2020. 施用生物炭對(duì)東臺(tái)沿海楊樹人工林土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響 ［J］. 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 49（3）： 348-353.］

XU M， XIA HX， WU J， et al.， 2017. Shifts in the relative abundance of bacteria after wine-lees-derived biochar intervention in multi metal-contaminated paddy soil ［J］. Sci Total Environ， 599-600： 1297-1307.

XU YX，HE LL， LIU YX， et al.， 2019. Effects of biochar addition on enzyme activity and fertility in paddy soil after six years ［J］. Chin J Appl Ecol， 30（4）： 1110-1118. ［許云翔， 何莉莉， 劉玉學(xué)， 等， 2019. 施用生物炭6年后對(duì)稻田土壤酶活性及肥力的影響 ［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 30（4）： 1110-1118.］

ZHENG HF， WU HH， WENG BQ， et al.， 2019. Improved soil microbial characteristics and enzyme activities with wheat straw biochar addition to an acid tea plantation in red soil ［J］. Soil Fert Sci Chin， 280（2）： 68-74. ［鄭慧芬， 吳紅慧， 翁伯琦， 等， 2019. 施用生物炭提高酸性紅壤茶園土壤的微生物特征及酶活性 ［J］. 中國(guó)土壤與肥料， 280（2）： 68-74.］

（責(zé)任編輯 周翠鳴）