土壤類過氧化物酶活性對長期施肥的響應(yīng)

來源：上海綠緣官網(wǎng)
作者：網(wǎng)絡(luò)部
發(fā)布時間：2023-04-04

酶活性反映了土壤元素(包括碳、氮、磷、硫)循環(huán)與物質(zhì)轉(zhuǎn)化、積累、分解等生物地球化學(xué)過程，是評估土壤生態(tài)功能的重要指標(biāo)。通常，研究者將土壤酶活性改變歸因于微生物貢獻(xiàn)。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，滅菌甚至500℃高溫后的土壤仍有較強(qiáng)的氧化活性，表明除微生物、植物分泌的酶之外，土壤礦物顆粒也具有類似催化劑的強(qiáng)氧化活性。最新研究也表明，當(dāng)?shù)V物粒徑小到一定程度(如納米)時則具備了類似天然酶的催化活性，被稱為納米酶。納米酶已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品、化工、環(huán)境等多個領(lǐng)域，其發(fā)現(xiàn)改變了以往人們認(rèn)為無機(jī)納米材料是一種生物惰性物質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。嚴(yán)格意義上，納米酶并不是傳統(tǒng)意義上的酶促反應(yīng)，其催化活性來源于表面活性位點，因此更類似于礦物表面介導(dǎo)的氧化還原反應(yīng)。例如，鐵礦物(如Fe3O4)納米顆粒已被發(fā)現(xiàn)具備固有過氧化物酶(peroxidase, POD)活性，該類酶活性是在過氧化氫(H2O2)存在條件下鐵礦物與底物發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將無色3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)底物氧化為藍(lán)色產(chǎn)物(TMBox)，同時釋放出水的過程。過氧化物酶對土壤有機(jī)質(zhì)合成和分解具有重要意義，其活性對土壤碳循環(huán)具有重要影響。

為了探究土壤類型和農(nóng)業(yè)措施對土壤類過氧化物酶活性的影響，天津大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院余光輝教授課題組在國家自然科學(xué)基金項目(U22A20608和41977271)資助下，以湖南祁陽和新疆2個長期(>30年)定位試驗站的不同施肥處理土壤為研究對象，首次分析了土壤顆粒的類酶活性及其對長期施肥處理的響應(yīng)。結(jié)果表明，與天然辣根過氧化物酶(HRP)相似，土壤也具有經(jīng)典的催化顏色反應(yīng)，灰漠土和紅壤類過氧化物酶活性范圍為0.4 ~ 1.0 U/kg(圖1)。長期施肥顯著改變了土壤類過氧化物酶活性，其中以施有機(jī)肥的土壤類酶活性為最高，可達(dá)0.7 U/kg，較不施肥處理增加了70%以上。不同施肥年限下，不施肥和施化肥的土壤類過氧化物酶活性并無顯著差異，而施有機(jī)肥的土壤類過氧化物酶活性則隨施肥時間線性增加(圖2)。高溫滅菌處理后，土壤類過氧化物酶活性大多沒有改變(圖3)，表明其活性是土壤本身固有的氧化還原特性，進(jìn)而提出了土壤類酶活性假說。此外，發(fā)現(xiàn)施肥措施可以通過改變土壤固有類過氧化物酶活性而影響?zhàn)B分周轉(zhuǎn)(圖4)。

鑒于土壤礦物納米顆粒的豐度和活性，深入研究農(nóng)業(yè)施肥措施下的土壤納米酶活性對于深入理解活性礦物介導(dǎo)的土壤碳儲存、礦物–有機(jī)復(fù)合體形成和養(yǎng)分周轉(zhuǎn)具有重要意義。