9C9F壤磷酸酶活性及其影响因素夏牧定稿.docx

1、9C9F壤磷酸酶活性及其影响因素夏牧定稿毕 业 论 文（本科生）中文标题 不同林龄油松表层土壤磷酸酶活性及其影响因素英文标题Phosphatase activity and its influencing factors in the surface soil of different ages tabulaeformis 学生姓名 阿依谢姆 指导教师 曹靖 学 院 生命科学学院 专 业 生物技术 年 级 2005 诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

2、除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。特此声明。论文作者签名： 日 期： 目 录摘要 2Abstract 31前言 42材料和方法 72.1研究地概况 72.2方法与计算 72.3各参数的测定 83 结果分析及讨论 93.1不同林龄土壤理化性质的比较 93.1.1不同林龄土壤磷酸酶活性的比较 93.1.2不同林龄土壤全磷、有机磷和有效磷 93.1.3不同林龄土壤含水量和全氮 93.1.4不同林龄土壤有机质与pH 93.2土壤参数间的关系 103.2.1有机质与含水量的关系 103.2.2有机质积累与全氮积累的相关性 113.2.3磷酸酶活性与有机质、全

3、氮、含水量的关系 123.2.4磷酸酶活性与全磷、有机磷积累 124结论 14参考文献 15致谢 17不同树龄油松表层土壤中磷酸酶活性及其影响因素阿依谢姆 兰州大学生科院2005生物技术 兰州甘肃730000摘要：通过测定小陇山不同林龄油松表层土壤磷酸酶-酸性、碱性磷酸酶的活性，明确它们随着土壤有机质的积累对整个P循环的作用。本实验通过测定油松的全氮、有效磷、有机磷全磷等随着树龄的变化，来探究土壤不同P形态的转化和平衡过程。结果表明：1.磷酸酶活性主要受土壤C/N，含水量影响。2.磷酸酶影响土壤的有机质、全氮积累，从而影响土壤含水量和pH。3.有机质积累可提高磷酸酶活性，但有机质积累到4.5g

4、/kg左右时达到最大协同效应，有机质积累大于4.5g/kg时，表现对碱性磷酸酶的强烈抑制。4.磷酸酶可作为土壤肥沃程度的指标，林龄在1520之间时油松表层土壤相当肥沃，20年之后肥沃程度开始下降，林龄超过20年时应该及时砍伐。关键词：土壤磷酸酶， C/N ，P循环Phosphatase activity and its influencing factors from surface soil of different age tabulaeformisAyixiemuLanzhou university college of life sciences Lanzhou Gansu 73000

5、Abstract： By measuring phosphatase activity in the surface soil with different age tabulaeformis, their roles were identified in the P cycle of forest soil with the accumulation of soil organic matter. organic matter，available phosphorus，organic phosphorus and total P in different stand soil were an

6、alysied to explore the transformation and balance progress among the various P forms. Experimental results show that: 1. Phosphatase activity is mainly affected by soil C/N, water content. 2. Phosphatase influences soil organic and total nitrogen accumulation, thus affecting the soil moisture and pH

7、. 3. Organic can increase the accumulation of phosphatase activity, but when the accumulation of organic matter is greater than 4.5g/kg it strong inhibited the alkaline phosphatase. 4. Phosphatase can be used as indicators of the degree of soil fertility, age at between 15 to 20 tabulaeformis very f

8、ertile topsoil, 20 years after the beginning of fertility decline in the extent, therefore more than 20 years of age the tree species should be consider to cut down in time.Keyword: phosphorus acid enzyme，C/N，P cycle1前言 甘肃小陇山沙坝林业实验基地位于秦岭的西部，地处我国暖温带南缘与北亚热带的过渡地带，气候温暖湿润，属于暖温带中温带半湿润大陆性季风气候类型。实验地所采集的土壤全部

9、来自实验基地次生林区。林地表层终年覆盖落叶，零落物长期积累，经降雨和微生物长期作用，表层土壤的肥沃程度得到改善。因实验地封闭性良好,林龄范围较大(730),试验结果可以普遍作为西北黄土高原地区次生林管理的参考。酶是一种具有催化特定化学反应性质的蛋白质分子 ，在物质的分解转化过程中起着至关重要的作用。在土壤中 ,土壤微生物分布广、数量大、种类多，能分泌出各种酶 ，构成了土壤肥力的重要组成部分。土壤酶在土壤微生物化学过程中 ，特别是对有机质的分解和转化过程中具有重要作用。磷酸酶是一种酶促有机磷化合物的水解酶 ，它水解土壤的有机磷化合物释放出相应的醇和无机磷 ，作为植物磷素营养。土壤磷酸酶是一类催化

10、土壤有机磷化合物矿化的酶 ，其活性性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性。磷酸单脂酶将磷酸单脂转化为可被植物吸收利用的无机磷酸盐。土壤磷酸酶活性可作为土壤肥沃程度的指标之一(关松荫，1984)。本实验测定采自小陇山实验基地表层土壤的碱性磷酸酶和酸性磷酸酶活性。 充足的磷素供应是植物正常生长的重要保证。然而，由于土壤的吸附作用，磷的低溶性以及土壤难以移动等因素的影响，仅有少量的磷素存在土壤溶液中( N C，1990)。土壤中的磷素大部分是以迟效性状态存在，因此土壤全磷含量并不能作为土壤磷素供给的指标，全磷含量高时并不意味着磷素供给充裕，而全磷含量低于某一水平素，却可能意味着磷素供给

11、不够。因此了解土壤磷总贮量，对出产实践仅有肯定的参考价值。土壤有机磷是土壤中重要的磷库，占土壤总磷量的5%90%。土壤中的有机磷为非活性养分，仅有少量能被植物直接吸收，大部分有机磷只有被水解成无机磷形态才能被植物吸收利用，这需要经历一个从固态到液态、大分子到小分子、有机到无机的转化过程。在这个过程中，根际生生命活动产生的磷酸酶类物质起到重要作用。有机磷是一种重要的土壤磷素资源 ，其含量一般占土壤磷素总量的 30 - 70 % (D J，1967) 。Available phosphorous，缩写为A-P，也称为速效磷，是土壤中可被植物吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷，有

12、的土壤中还包括某些沉淀态磷。在化学上，有效磷定义为：能与32P进行同位素交换的或容易被某些化学试剂提取的磷及土壤溶液中的磷酸盐。土壤中有效磷含量与全磷含量之间虽不是线性相关，但当土壤全磷含量低于0.03%时，土壤往往表现缺少有效磷。土壤有效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标，土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的贮量和供应能力。土壤中有效磷含量状态指能被当季作物吸收的磷量。植物通过一系列的生理生化过程不断改善根际的磷酸酶数量的增加，植物在感受磷饥饿时能刺激磷酸酶的产生(L M，2003)。土壤微生物是土壤中最原始的活有机体。它们的作用是：分解有机质，合成腐殖质，转化土壤中难溶性的矿质养分

13、及固氮。根据土壤微生物的形态构造和生理活动特点，一般可分为：细菌、真菌、放线菌。土壤有机质是土壤固相的组成成分之一。它在土壤的形成过程中，特别是在土壤肥力的发展过程中，起着极其重要的作用。如矿质化过程：就是有机质被分解成简单的无机化合物，释放出矿质营养的过程；腐殖化过程：使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物，使有机质及其养分保蓄起来的过程。土壤有机质是指土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称。它主要来源于高等绿色植物的枯枝、落叶动、植物残体中主要的、落果、根系等；其次是土壤中动物、微生物的遗体；及人为施用的有机肥料。土壤有机质，特别是腐殖质，对

14、土壤肥力的影响是多方面的，它含有大量而全面的植物养分，特别是氮素，土壤中的氮素95以上是有机态的，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体，腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同时它分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气热及酸碱状况。胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。 腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水能力。土壤中的粘

15、粒吸水力一般为5060，而腐殖质可高达400600。腐殖质是带负电荷的有机胶体，根据电荷同性相斥的原理，所以新形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和而相互凝聚，形成凝胶。腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结在一起，形成结构体。另外，腐殖质是一种亲水胶体，可以通过于燥冰冻脱水变性，形成凝胶。腐殖质这种变性是不可逆的，所以能成水稳性团粒结构。腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸盐粘土矿物的45倍，最大吸水量可以超过500%。最大吸湿水量可达本身一倍。由于土壤全氮含量的空间变是非常复杂的,往往受到不同环境因素和随机因素的交互影响，本实验

16、通过不同树龄的油松表层土壤全氮含量的测定来了解氮与有机质，磷，含水量之间的关系。近年来我国从施肥和胁迫对土壤磷酸酶的影响，松根际与非根际磷酸酶活性与磷的有效性，不同林地土壤磷酸酶的垂直分布以及土壤磷酸酶活性演变与林木生长的关系等方面研究的较多，但具体到黄土高原典型次生林表层土壤磷酸酶活性的较少。本实验目的在与通过对油松次生林表层褐色或棕色土壤中磷酸酶及其他一些重要指标的测定，找出油松次生林区土壤磷酸酶对有效磷的积累以怎样的模式进行，次生林随着林龄提高如何自我改良土壤环境，土壤环境又如何对它进行反作用的；通过实验还可以为黄土高原区以油松为主的次生林土壤肥沃程度做大概的估计。2材料和方法2.1研究

17、地概况甘肃小陇山沙坝林业实验站位于秦岭的西部，地处我国暖温带南缘与北亚热带的过渡地带，气候温暖湿润，属于暖温带中温带半湿润大陆性季风气候类型，年均温7.2 ，极端最高气温30.3 ，极端最低气温-22.40 ，10 有效积温2484 ，初霜期10月16日，终霜期5月4日，无霜期154天。年降雨量560- 800mm（平均降水量757毫米），降雨集中分布于79月，一般春秋雨占年降水量的70 %80 % ，降水的年际变化较大。年平均蒸发量1012.2毫米，平均相对湿度78；年平均日照时数1553小时，无霜期120218 d。实验地土壤以山地褐土和山地棕壤为主。土层厚度3060 cm，土壤质地多为粉

18、壤土、粉砂土。研究地点描述见表1。表1 研究地点概况树龄（a）海拔（M）经度（N）纬度（N）坡度（）密度株/亩郁闭度平均高度（m)密度株/亩71763105523409.46321800.73.5180101673105523009.27381600.906160161643105533409.19331200.879120231568105543408.83251500.7510150301604105533409.17331100.8161102.2方法与计算2.2a试验方法: 实验在沙坝林业实验基地进行，分别选取不同龄林的次生林作为样地。2007年10月下旬进行样地调查及采样在每一林地内

19、选15个11m定点观测样方，每个样方内取0-5cm表层土，把每个林地内采集的多个样点（15个点）充分混匀，组成1个混合样，一部分土样风干过0.2mm筛用于土壤理化性质。通过对有机磷，有效磷，全磷，全氮，有机质含量测定来确定他们与海拔高度，林龄，土壤PH及含水量关系，初探他们的相关性以及对表层土壤肥力的影响。将另一部分新鲜土壤放在无菌土壤盒内在04保存，带回室内后立刻冷冻在-20的冰箱中用于土壤磷酸酶的分析。2.2b计算所涉及的公式: 全磷计算公式如下:全p ，%= 显色液Pppm *显色液体积*分取倍数W*106 *100（显色液液体积-50ML，分取倍数-消煮溶液定容体积 /吸取消煮液的体积

20、，W-烘干土样重）；有效磷,ppm=显色液Pppm*显色液体积*分取倍数（显色液Pppm-从工作曲线查得显色液的Pppm数，显色液体积-50ml，分取倍数-浸提剂总体积/吸取浸出液的体积，W-分干土重；有机磷，=全P，（灼烧）-全P，（未灼烧）；X=（V0-V）c2*0.003*1.742*100/m式中：X-土壤有机质含量；V0-空白滴定时消耗硫酸亚铁标准溶液体积,ml；V-测定试样时消耗硫酸亚铁标准溶液体积,ml；0.003-1/4碳原子的摩尔质量数,g/mol；1.724-由有机碳换算为有机质的系数；m-烘干试样质量,g；土壤磷酸酶活性(ug苯酚.g-1.h-1)=CV/(dwt*t)；

21、式中C为样品苯酚含量（ug/ml），V为溶液体积-13.5ml, dwt-烘干土壤质量，t-反应时间。2.3各参数的测定磷酸酶的测定：对硝基酚磷酸钠比色法。取五种树龄油松的表层土各1.00克于50ml的三角瓶中，加0.25ml甲苯，4.00mlMUB缓冲液和1.00ml用相同缓冲液配制的对-硝基酚磷酸钠溶液，盖塞混匀，在37下培养1H，然后加入4.00ml氢氧化钠溶液，充分混匀后过滤，400nm处比色。同时做空白对照，加对硝基酚磷酸钠之前加入氯化钙和氢氧化钠溶液，并迅速过滤。每个样品重复三次。P工作曲线的绘制:分别吸取5ppm P标准溶液0，1，2，3，4，5，6ml于50ml容量瓶中，加水稀

22、释至约30ml，加入钼锑抗显色剂5ml，摇匀，定容。即得0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6ppmP标准系列溶液，与待测溶液同时比色，读取吸收值。在方格坐标纸上以吸收值为纵坐标，Pppm数为横坐标，绘制成工作曲线。全磷的测定用酸溶-钼锑抗比色法。灼烧-0.2N H2SO4浸提法测定土壤有机磷。0.03N NH4F-0.025N HCL浸提-钼锑抗比色法测定有效磷。重铬酸钾氧化法测定土壤有机质。3 结果分析及讨论3.1不同林龄土壤理化性质的比较3.1.1不同林龄土壤磷酸酶活性的比较见图1，随着树龄的递增，酸性碱性磷酸酶活性总体上也呈现递增趋势。23年油松磷酸酶活性出现例外，其磷酸酶

23、活性低于16年油松酸性磷酸酶活性，碱性磷酸酶活性在23年油松处表现同酸性磷酸酶相同的反常现象。图1还显示树龄在7-30年之间，油松表层土壤中酸性磷酸酶的活性总是高于碱性磷酸酶。3.1.2不同林龄土壤全磷、有机磷和有效磷见图2，全磷、有机磷两种磷积累与树龄的增高无显著关系，但是可以看出，随着树龄的变化有机磷积累与全磷积累呈现同步的减少或增加。有机磷含量随树龄的增高整体上呈缓慢递增；全磷含量与有机磷含量之间差值随树龄的增大呈现整体不变，16年油松全磷与有机磷之间差值最小，有效磷含量也最小。25年油松全磷与有机磷之间差值最大，10年油松次之，但10年油松有效磷含量比25年油松有效磷含量多，这说明土壤

24、有效磷与全磷和有机磷之间的差值随林龄无直接联系。3.1.3不同林龄土壤含水量和全氮图4显示，不同树龄的油松表层土壤中，含水量与全氮积累随林龄递增整体上呈现递减趋势。23年油松虽然林龄较大，但因土壤储水量少，微生物作用弱，土壤全氮含量也是5种林龄的油松表层土中含量最少的。3.1.4不同林龄土壤有机质与pH 由图5图6可知，随着油松年龄的增加，土壤中的有机质含量并不呈现直线增加。pH随有机质含量的积累而呈现与有机质积累相反的效应。随着林龄递增，有机质积累逐渐提高，pH却逐渐降低，土壤越偏酸。土壤有机质含量是影响土壤PH的主要原因。林龄越高，土壤越偏酸。表2 不同油松林龄土壤理化性质林龄pH全氮 g

25、/kg有机质含量g/kgC/N含水量g/kg76.70.5112.0423.600.36107.40.247.8432.660.29166.30.239.9843.390.33236.40.177.0741.580.19306.50.319.9532.090.34图1 图2 图3 图4 图5 图6 3.2土壤参数间的关系3.2.1有机质与含水量的关系由图9可知，随着有机质含量的增加，土壤含水量几乎呈显线性递增。林区接受相同自然降水，它们含水量存在明显差异的主要原因是不同松林的表层土有机质积累量不同。图9显示，5种油松土壤含水量的差异78.1%受有机质含量影响。有机质的多少可以反映土壤的持水力能

26、力。在郁闭度相近的情况下，土壤中有机质的来源主要是落叶，因为次生林密度和树龄的不同，土壤中有机质的含量亦不同。7年油松植株密度最大，含有机质的量最大；30年油松植株密度虽然没23年油松高，但因树龄较高，有机质积累比23年油松高。同时，海拔越高，土壤湿度越大，在湿润的地区，土壤有机质分解就比较慢。因此，海拔越高土壤有机质越丰富.图9知，在自然降水的情况下，土壤含水量主要受有机质含量影响。除此之外，含水量还应受坡度，海拔，植被覆盖等因素的影响。图7 图8图9 图10图11 图123.2.2有机质积累与全氮积累的相关性图9还显示，有机质积累与土壤全氮积累呈线性关系。有机质含量越高，土壤胶体越多，含氮

27、有机质分解速度就越减慢了。因此有机质含量越高，潜在供氮能力大，并能缓和土壤供氮速度，避免氮素被淋失而浪费。大气降水给土壤带来的氮素只占全氮量的很小部分，土壤母质含氮也极少。因此有机质是影响氮素供应的主导因子，也是最直接的因子，其他因素对氮素供应的影响主要通过影响土壤有机质的积累和分解而起作用。这里以不同植株密度和不同海拔为例说明。植株密度高的林区，凋落物较多，且分解后形成腐熟腐殖质，土壤有机质含量高。土壤全氮含量与其有机质呈正相关,R =0.781,说明土壤全氮的变异有78.1%可由土壤有机质变异所引起。有机质含量增加,相应地使土壤微生物数量增加,使其生命活动旺盛,增加氮的矿化 。因为土壤中氮

28、绝大部分以有机结合态氮存在,土壤氮的积累消耗程度取决于土壤有机质的积累和分解 。上述样地随着海拔、降水量的降低和温度的升高,土壤有机碳含量依次降低,必然引起土壤全氮含量的降低。土壤有机质含量同样与土壤含水量呈正相关。变异系数为0.78。3.2.3磷酸酶活性与有机质、全氮、含水量的关系图11图12显示，随着有机质含量的递增，酸性磷酸酶活性随有机质积累呈线性递增。土壤碱性磷酸酶活性随有机质的积累以二次多项式模式，先递增，后递减。随有机质含量的提高，土壤微生物分解作用加强。这些作用包括：微生物矿化作用加强； 含氮有机物的转化； 3.含硫有机物的转化4.硝化作用；5.含磷有机物的转化。以上5中因素是土

29、壤磷酸酶活性变化的主要原因。有机质含量丰富，相应微生物代谢旺盛，酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性相应增大。酸性磷酸酶活性与有机质的积累呈明显的正相关，酸性磷酸酶活性变易93.13%由有机质变易引起。当有机质含量过大时，碱性磷酸活性随着有机质含量的增高而出现递减。这是因为在大量有机质存在下，微生物作用加强，土壤酸度增强，碱性磷酸酶逐渐失活。有机质积累能够提高磷酸酶活性，它对酸碱性磷酸酶表现相同的协同作用。全氮对碱性磷酸酶与有机质对碱性磷酸酶活性的影响相一致。酸性磷酸酶活性与全氮含量成正比。对比图1图4可知，含水量随树龄变化趋势与酸碱性磷酸酶随树龄变化趋势一致。其中23年油松含水量最少，其酸碱性磷酸酶活

30、性最低，有机磷和全磷的积累量最大。从表2可知，C/N比可能也是影响土壤酶活性的因素之一，16年油松与23年油松C/N相近（16年油松C/N为43.39，23年油松C/N为41.58）但因含水量差异大，两种磷酸酶活性差异也大。30年油松C/N与10年油松相近，因含水量差异，含水量较多的土壤两种磷酸酶活性高。3.2.4磷酸酶活性与全磷、有机磷积累对比图7与图8可知，磷酸酶活性越高，两种磷的积累量越少。土壤全鳞的含量某种程度上影响磷酸酶活性，碱性磷酸酶与酸性磷酸酶的活性与全磷含量的关系呈现多项式二次分布模式，且两种磷酸酶活性受全磷含量的影响效应相似。全磷充分时，磷酸酶朝着磷解方向反应。对比图1和图3

31、，可以看出10年油松酸性碱性、磷酸酶活性都达到最大，10年油松表层土壤中有效磷积累量达到最大。土壤有机化合物中的磷，主要通过磷酸酶的作用来释放的。有学者认为，在磷酸酶缺乏的情况下，土壤有机磷的释放需要几百年时间,本实验支持此观点。4结论本实验地的土壤偏酸，5种林龄的油松磷酸酶活性均高于碱性磷酸酶。土壤有机质积累可以刺激酸/碱性磷酸酶的活性，从而提高了油松对磷的吸收。土壤酸性/碱性磷酸酶活性受多因素的影响，其中土壤含水量和土壤C/N是其主要影响因素。酸性、碱性磷酸酶活性可以作为土壤肥力指标。土壤酸性太强会抑制微生物的活动，不利于土壤有机质的分解，降低养分的有效性，改变土壤的强酸性，是提高土壤肥力的重要措施。油松和其他高达灌木交错种植，或许能够更好地利用土壤养分。林龄超过20年的油松应考虑及时砍伐。参考文献陈恩凤.土壤酶与土壤肥力研究. 北京:科学出版社，1979 :54 61陈俊 ,李传涵.杉木幼林根圈土壤磷酸酶活性、林组分及其相互关系.林业