喀斯特濕地轉變為農用地對土壤有機硫形態及芳基硫酸酯酶活性的影響

陳運霜，沈育伊，曹 楊，王紫卉，徐廣平，孫英杰，黃科朝，滕秋梅，毛馨月

（1 廣西師范大學生命科學學院 / 廣西漓江流域景觀資源保育與可持續利用重點實驗室，廣西桂林 541006；2 廣西壯族自治區中國科學院廣西植物研究所 / 廣西喀斯特植物保育與恢復生態學重點實驗室，廣西桂林 541006；3 廣西壯族自治區中國科學院廣西植物研究所 / 廣西植物功能物質與資源持續利用重點實驗室，廣西桂林 541006；4 桂林理工大學環境科學與工程學院，廣西桂林 541006）

硫是自然界重要的營養元素之一，在植物生長發育及代謝過程中扮演著重要角色[1]。濕地是碳、氮、硫等元素的源、匯或轉換器[2]，土壤是硫生物地球化學過程的重要載體。硫對濕地系統結構、功能和生產力起著關鍵作用，硫有助于維持濕地生態環境的健康發展[3]，土地利用方式轉變會影響儲存在濕地土壤中的硫組分動態，從而成為影響全球氣候變化的重要因素之一[4]。濕地土地利用方式變化會導致植被覆蓋和土壤氧化還原條件發生變化，影響土壤水分狀況、pH、容重等理化性質以及土壤微生物群落的動態變化，進而驅動土壤硫形態的轉換過程[5]。

研究表明，在黃河三角洲濕地，濕地轉變為其他土地利用方式后在短時間內會引起土壤硫組分的流失[6]。李新華等[7]在三江平原濕地的研究發現，土壤全硫的變化與土地利用方式密切相關，濕地圍墾造田會降低土壤全硫含量，導致土壤肥力下降。袁彥婷等[8]的研究表明，紅樹林沉積物中的全硫含量普遍高于當地光灘、魚塘和農田土壤，濕地轉變為其他土地利用方式加劇了土壤硫的流失。Zhang 等[9]研究表明，美國佛羅里達州淡水沼澤轉變為甘蔗地，使得土壤全硫含量顯著減少。濕地轉變為其他土地利用方式是影響濕地土壤硫組分特征的重要因素，但具體表現為硫素含量增加還是減少，結論不盡相同，還有待深入研究[10]。Cooper[11]研究指出：20 種土壤中芳基硫酸酯酶活性與土壤有機硫量呈顯著正相關。土壤芳基硫酸酯酶是參與土壤硫循環的重要酶類，能將土壤中的有機硫分解為可被植物直接吸收利用的無機硫酸鹽，是反映土壤質量的一個重要生物學指標[12]。因此，研究濕地轉變為農用地對土壤不同形態有機硫含量及芳基硫酸酯酶活性的影響，對豐富硫營養元素生物化學循環的研究和濕地環境保護均具有重要意義。

目前，國內濕地轉變為農用地后，土壤硫的相關研究區域主要集中在黃河口濱海濕地[6]、閩江河口濕地[13]、三江平原沼澤[7,14]等，對于人類活動干擾較大的喀斯特濕地，土壤硫的研究較為薄弱[5]。受水熱條件的影響，不同類型的濕地，土壤硫含量及不同形態有機硫含量的響應特征存在差異[5]。桂林會仙喀斯特濕地被譽為“漓江之腎”，是中國南方典型的喀斯特濕地之一，也是響應全球變化和人類活動較為敏感的生態系統[15]。由于受到人類活動的干擾，會仙喀斯特濕地部分被開墾為農田、魚塘養殖等土地利用方式，濕地生態系統受到了一定的脅迫[15-16]。土地利用改變了會仙喀斯特濕地土壤的養分、微生物生物量、酶活性以及真菌群落結構等[15-17]，但濕地轉變為農用地后不同土地利用方式下土壤有機硫形態的研究還未見報道。本研究擬解決的科學問題為：1) 喀斯特濕地土壤全硫、有機硫形態和硫循環相關的芳基硫酸酯酶活性在不同土地利用方式下的變化特征是什么？2) 喀斯特濕地土壤有機硫形態含量的關鍵影響因素是什么？因此，以桂林會仙典型喀斯特天然沼澤濕地及由其轉變而來的5 種土地利用方式(水稻田、旱地、果園、養殖地和棄耕地)為研究對象，通過分析土壤中全硫、有機硫形態含量以及土壤芳基硫酸酯酶活性，明確受人為干擾后喀斯特濕地土壤有機硫形態和芳基硫酸酯酶活性的響應特征及其影響因素，為南方典型喀斯特濕地土地合理規劃、養分循環利用及可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

會仙喀斯特濕地位于桂林市臨桂縣會仙鎮，東至雁山區，西至四塘鄉，地理坐標為北緯 25°01′30″～25°11′15″，東經 110°08′15″～110°18′00″，海拔150～160 m，總面積約120 km2，是以草本沼澤為主的巖溶濕地，是國內為數不多的中低海拔大型巖溶濕地之一，現已規劃為我國最大的喀斯特濕地公園。該區屬亞熱帶季風氣候區，年均氣溫 16.5℃～20.5℃，極高溫度達38.80℃，極低溫度為-3.30℃，年均降雨量為 1890.4 mm。降雨時空分布不均，多集中在每年的3—8 月，形成了春夏雨多而集中，秋冬少雨干旱的特點。土壤以紅黃壤和紅壤為主，集中分布于洼地、平原和緩坡，山區土壤層薄甚至基巖裸露。濕地植被以挺水植被和沉水植被為主，植物種類較多，且生長茂盛，蓋度?？蛇_ 80%～95%，主要建群種有蘆葦(Phragmitescommunis)、華克拉莎(Cladiumchinense)、五刺金魚藻(Ceratophyllum demersumvaroryzelorum)等[17]。

1.2 樣品采集

2021 年9 月，在野外調查的基礎上，選擇桂林會仙喀斯特沼澤濕地(自然恢復約51 年，W) 為對照，并由其開墾后轉變而來的5 種土地利用方式，即稻田(開墾約28 年，種植水稻，PF)、旱地(開墾約28 年，種植黃豆，蔬菜等，U)、果園(開墾約18年，種植桑樹和柑橘，O)、池塘養殖地(開墾約23年，BL)和棄耕地(開墾約13 年，AL)為研究對象，在各土地利用方式分別設置3 塊面積為40 m×40 m，直線距離在100 m 以上的樣地作為3 個重復，按照“S”形方法分別在每塊樣地中選取5 個代表性樣點，按0—10、10—20、20—30 和30—40 cm 層次，用土壤取樣器(直徑5 cm)分層取土，同層土壤混勻為1 個土樣。將采集的土壤樣品裝在無菌自封袋中，迅速置于密封冰袋容器中冷藏后帶回實驗室于4℃冰箱中保存，然后分2 份處理(1 份鮮樣，1份風干樣)。鮮樣用于土壤芳基硫酸酯酶活性等分析；剩余樣品常規處理，過2 mm 篩后裝密封瓶保存，用于分析土壤硫組分含量及其土壤理化性質等。

1.3 測定方法

土壤樣品風干后過0.178 mm 篩，采用Vario MAC-RO cube 型元素分析儀(德國Elmentar 公司)測定土壤全硫(TS)[6]含量；采用連續浸提—硫酸鋇比濁法[18]，雙光束紫外可見光分光光度計 (TU-1901，北京普析通用儀器有限責任公司）測定無機硫(水溶性硫、吸附性硫、鹽酸可溶性硫、鹽酸揮發性硫)含量。土壤有機硫(OS)為全硫減去無機硫(IS) 計算得到[14]。酯鍵硫(C-O-S) 采用氫碘酸(HI、HCOOH、H3PO2混合液比例4∶1∶2)還原法測定，酯鍵硫(CO-S)為氫碘酸還原硫和無機硫的差值(酯鍵硫= HI 還原硫-無機硫)，碳鍵硫(C-S)采用Raney-Ni 還原法測定(碳鍵硫=Raney-Ni 還原硫)，未知態硫(UOS)=全硫-(HI 還原硫+碳鍵硫)，氫碘酸還原硫(HIS)采用氫碘酸、次亞磷酸和甲酸混合物還原亞甲基藍比色法測定[18-19]。土壤全硫儲量(TSR)=10TS×D×h，其中TS (g/kg) 為全硫質量比，D為土壤容重(g/cm3)，h為實際土層深度 (cm)。

土壤pH 數據野外用 IQ-150 原位pH 計(IQ Inc，USA)測定。土壤有機碳(SOC)采用(TOC) 儀(島津5000A，日本)測定。全氮(TN)通過德國Vario ELIII元素分析儀測定。采用環刀法，帶回實驗室烘干稱重后計算土壤含水量(SWC)，全鐵(TFe)和全錳(TMn)含量采用高溫電爐灰化—王水消煮—鹽酸提取—原子吸收分光光度法測定。土壤芳基硫酸酯酶活性參考Tabatabai[20]的方法測定，以單位時間單位質量土壤釋放的p-NP 的量表示。

1.4 數據分析

通過Origin 2021 進行圖表的制作，SPSS 22.0 軟件進行數據的統計分析。采用單因素方差分析，比較不同土地利用方式土壤理化性質、有機硫和全硫含量以及土壤芳基硫酸酯酶活性差異，設定顯著性水平為α= 0.05。統計檢驗使用Duncan’s 檢驗，數據未符合正態分布的條件下使用Dunnett’s T3 檢驗。分析土壤有機硫形態組分與理化性質以及芳基硫酸酯酶活性之間的相關性，通過Bartlett 的球形度檢驗數據之間相關性的可靠性。

2 結果與分析

2.1 會仙喀斯特濕地不同土地利用方式土壤理化性質的變化特征

由表1 可知，土壤理化性質在不同土地利用方式及土層間均存在顯著差異(P＜0.05)。在同一土地利用方式中，0—40 cm 土層的土壤有機碳、全氮、含水量、全鐵以及全錳含量大體上隨土層深度增加而減小，而pH 呈現逐漸增大的趨勢。不同土地利用方式下，0—10 cm 土層有機碳含量表現為：濕地＞水稻田＞果園＞旱地＞養殖地＞棄耕地；10—40 cm 各土層有機碳和pH 平均值均表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞果園＞養殖地＞棄耕地。0—40 cm 各土層全氮含量表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園＞棄耕地。0—30 cm 各土層土壤含水量表現為：濕地＞水稻田＞養殖地＞果園＞旱地＞棄耕地，30—40 cm 土層則表現為：濕地＞水稻田＞養殖地＞旱地＞果園＞棄耕地。0—20 和30—40 cm 土層的全鐵以及0—40 cm 土層的全錳均表現為：水稻田＞旱地＞養殖地＞果園＞濕地＞棄耕地；20—30 cm 土層的全鐵表現為：水稻田＞旱地＞果園＞養殖地＞棄耕地＞濕地。

表1 不同土地利用方式下土壤理化性質的變化特征Table 1 Change characteristics of soil physical and chemical properties under different land use types

2.2 會仙喀斯特濕地不同土地利用方式土壤有機硫形態的變化特征

由圖1 可知，土壤酯鍵硫、碳鍵硫以及殘渣態硫含量在濕地和其他4 種土地利用方式(水稻田、旱地、果園和養殖地)中整體均隨土層深度增加呈現下降的趨勢，而棄耕地呈現為隨土層深度的增加而有所增加。在0—10 cm 土層中，土壤中酯鍵硫和碳鍵硫含量均表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園＞棄耕地；殘渣態硫含量表現為：濕地＞養殖地＞旱地＞水稻田＞果園＞棄耕地。在10—20 cm 土層中，各土地利用方式酯鍵硫和碳鍵硫含量和0—10 cm 土層的變化趨勢一致，殘渣態硫含量表現為：濕地＞水稻田＞養殖地＞旱地＞果園＞棄耕地。在20—30 cm 土層中，酯鍵硫含量表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞棄耕地＞養殖地＞果園；碳鍵硫含量表現為：濕地＞水稻田＞棄耕地＞旱地＞養殖地＞果園；殘渣態硫含量表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞棄耕地＞果園＞養殖地。在30—40 cm 土層中，酯鍵硫含量表現為：濕地＞水稻田＞棄耕地＞旱地＞養殖地＞果園；碳鍵硫含量表現為：濕地＞棄耕地＞水稻田＞養殖地＞旱地＞果園；殘渣態硫含量表現為：濕地＞棄耕地＞水稻田＞旱地＞果園＞養殖地。

圖1 不同土地利用方式各形態有機硫含量分布Fig.1 Distribution of different forms of organic sulfur under different land use types

與沼澤濕地相比，其他5 種土地利用方式的酯鍵硫、碳鍵硫以及殘渣態硫含量顯著降低，在水稻田土壤中的降幅分別為29.20%～47.34%、16.31%～33.40%和42.84%～63.75%，在旱地土壤中的降幅分別為51.33%～63.12%、19.79%～61.82%和55.31%～69.71%，在果園土壤中的降幅分別為59.41%～84.66%、45.65%～80.73%和69.53%～86.43%，在養殖地土壤中的降幅分別為54.16%～82.03%、33.67%～69.77%和54.92%～87.98%，在棄耕地土壤中的降幅分別為47.38%～89.78%、18.66%～82.36% 和54.62%～91.68%，尤其在0—30 cm 土層間差異顯著(P＜0.05)。

由不同土地利用方式下土壤有機硫形態組分在有機硫中所占的比例(表2)可知，碳鍵硫占有機硫的比例為39.08%～63.54%，酯鍵硫占有機硫的比例為22.91%～34.28%，殘渣態硫占有機硫的比例為13.55%～28.46%，表明碳鍵硫是土壤有機硫組分的主要形態，其次是酯鍵硫和殘渣態硫。各有機硫形態的比例在0—40 cm 土層中的平均值，酯鍵硫占有機硫的比例表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞棄耕地＞果園＞養殖地，碳鍵硫占有機硫的比例表現為：養殖地＞果園＞棄耕地＞水稻田＞旱地＞濕地，殘渣態硫占有機硫的比例表現為：濕地＞旱地＞棄耕地＞果園＞水稻田＞養殖地。說明沼澤濕地轉變為其他土地利用方式后，改變了濕地土壤有機硫形態占有機硫的比例關系，分別降低了酯鍵硫和殘渣態硫占有機硫的比例，增加了碳鍵硫占有機硫的比例。

表2 不同土地利用方式下各有機硫形態在有機硫中的比例 (%)Table 2 Proportions of soil organic sulfur forms in total organic sulfur under different land use types

2.3 會仙喀斯特濕地不同土地利用方式土壤有機硫和全硫含量的分布

從圖2 可以看出，除棄耕地外，濕地以及其他4 種土地利用方式土壤有機硫和全硫含量隨土層深度的增加而降低，并且在各土層間均表現出顯著差異(P＜0.05)。會仙濕地土壤有機硫含量范圍在158.41～442.18 mg/kg，濕地的全硫含量范圍在180.22～510.83 mg/kg。0—40 cm 土層不同土地利用方式土壤全硫含量的平均值大小表現為：濕地(345.53 mg/kg)＞水稻田(222.87 mg/kg)＞旱地(177.03 mg/kg)＞養殖地(146.28 mg/kg)＞果園(114.67 mg/kg)＞棄耕地(98.06 mg/kg)。

圖2 不同土地利用方式土壤有機硫和全硫含量的分布Fig.2 Distribution of soil organic l sulfur and total sulfur content under different land use types

在0—10 和10—20 cm 土層中，不同土地利用方式土壤有機硫和全硫含量均表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園＞棄耕地，各土地利用方式之間存在顯著差異(P＜0.05)；20—30 cm 土層中，有機硫含量表現為：濕地＞水稻田＞棄耕地＞旱地＞養殖地＞果園，除旱地和棄耕地間差異不顯著(P＞0.05) 之外，其他處理間差異顯著(P＜0.05)；30—40 cm 土層中，有機硫和全硫含量表現為：濕地＞棄耕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園，除水稻田與棄耕地、旱地間差異不顯著之外，其他處理間均差異顯著(P＜0.05)?？傮w上，不同土地利用方式土壤有機硫和全硫含量的變化特征表現一致，說明土壤有機硫和全硫含量之間關系密切。

2.4 會仙喀斯特濕地不同土地利用方式土壤全硫儲量和芳基硫酸酯酶活性的分布

由圖3 可知，與沼澤濕地相比，其他5 種土地利用方式的土壤全硫儲量在0—40 cm 各土層中均顯著降低(P＜0.05)。隨土層深度增加，除棄耕地的土壤全硫儲量略增加外，濕地以及其他4 種土地利用方式均降低。在0—10 cm 土層，全硫儲量表現為：濕地＞旱地＞水稻田＞養殖地＞果園＞棄耕地，除旱地和水稻田外，其他土地利用方式間差異顯著(P＜0.05)；在10—20 cm 土層，全硫儲量表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園＞棄耕地，各土地利用方式間差異顯著(P＜0.05)；在20—30 cm 土層，全硫儲量表現為：濕地＞水稻田＞棄耕地＞旱地＞養殖地＞果園，除果園和養殖地外(P＞0.05)，其他土地利用方式間差異顯著(P＜0.05)；在30—40 cm 土層，全硫儲量表現為：濕地＞棄耕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園。

圖3 不同土地利用方式土壤全硫儲量的分布Fig.3 Distribution of soil total sulfur stocks under different land use types

由圖4 可以看出，在0—40 cm 土層中，不同土地利用方式的土壤芳基硫酸酯酶活性均隨土層深度的增加而減小。天然沼澤濕地土壤中的芳基硫酸酯酶活性顯著高于墾殖后的其他土地利用方式(P＜0.05)。不同土地利用方式土壤芳基硫酸酯酶活性的變化范圍為12.47～125.25 μg/(g·h)。在同一土層不同土地利用方式中，各土層的土壤芳基硫酸酯酶活性均表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園＞棄耕地，不同土地利用方式之間存在顯著差異(P＜0.05)。

圖4 不同土地利用方式土壤芳基硫酸酯酶活性的分布Fig.4 Distribution of arylsulphatase activities under different land use types

從不同土地利用方式下0—40 cm 土層土壤芳基硫酸酯酶活性及相對于沼澤濕地的變化差異(表3)可以看出，其他5 種土地利用方式的土壤芳基硫酸酯酶活性都有所減小，水稻田、旱地、果園、養殖地和棄耕地降幅分別為18.19%、27.48%、39.72%、33.81% 和51.77%。表明天然沼澤濕地墾殖為其他土地利用方式對于土壤芳基硫酸酯酶活性有很大的影響，相對而言，墾殖為水稻田對土壤芳基硫酸酯酶活性的影響較小，而對棄耕地中土壤芳基硫酸酯酶活性的影響較大。

表3 不同土地利用方式下土壤芳基硫酸酯酶活性及相對于沼澤濕地的變化量[μg/(g·h)]Table 3 Arylsulphatase activities under different land use types and their variations relative to the marsh wetland

2.5 會仙喀斯特濕地不同形態有機硫含量與土壤理化性質間的相關分析

不同土地利用方式下土壤各形態有機硫與土壤理化性質間的相關分析結果(表4) 顯示，沼澤濕地、水稻田、旱地、果園、養殖地的酯鍵硫、碳鍵硫以及殘渣態硫含量分別與土壤有機碳、全氮、含水量、全鐵、全錳和土壤芳基硫酸酯酶呈極顯著正相關(P＜0.01)；濕地的酯鍵硫以及濕地、水稻田的殘渣態硫分別與pH 呈顯著負相關(P＜0.05)；濕地、水稻田、旱地的碳鍵硫以及旱地的酯鍵硫與pH 相關性不顯著；果園、養殖地的酯鍵硫、碳鍵硫以及殘渣態硫含量分別與pH 呈極顯著負相關(P＜0.01)；對于棄耕地，酯鍵硫、碳鍵硫分別與pH 呈極顯著正相關(P＜0.01)，與土壤含水量、全鐵、全錳和土壤芳基硫酸酯酶呈極顯著負相關(P＜0.01)，酯鍵硫與土壤有機碳呈顯著負相關(P＜0.05)，與全氮相關性不顯著，碳鍵硫與土壤有機碳和全氮均呈極顯著負相關(P＜0.01)，殘渣態硫與土壤全錳呈顯著負相關(P＜0.05)，與土壤有機碳、全氮、含水量、全鐵以及土壤芳基硫酸酯酶相關性不顯著。

表4 不同土地利用方式有機硫形態與土壤理化性質間的相關分析(r)Table 4 Pearson correlation analysis between organic sulfur forms and soil physical-chemical properties under different land use types

對不同土地利用方式下土壤各形態有機硫和土壤理化性質進行主成分分析(圖5)。PC1 軸、PC2 軸的解釋量分別為74.8%和16.4%，累計解釋的土壤有機硫組分和土壤理化性質的信息量為91.2%。PC1 軸與C-S、C-O-S、UO-S、土壤芳基硫酸酯酶、SWC、SOC、全氮呈現正相關；PC2 軸與TFe、TMn 呈現正相關關系，與pH 呈現負相關關系。其中，C-O-S、C-S、UO-S 與土壤芳基硫酸酯酶、SWC、SOC、全氮的夾角較小，表現出較強的相關關系，并且土壤有機硫組分與SOC、全氮、SWC、土壤芳基硫酸酯酶的相關系數較大，說明土壤芳基硫酸酯酶、SWC、SOC、全氮是影響不同土地利用方式有機硫形態組分的主要因素。此外，濕地與棄耕地、養殖地、果園等其他土地利用方式間的樣本差異大，各土地利用方式在PC1 軸上由正相關轉變為負相關，說明土壤各形態有機硫含量很大程度上受土地利用方式的影響。

圖5 不同土地利用方式各形態有機硫與土壤理化性質間的主成分分析Fig.5 Principal component analysis of different organic sulfur forms and soil physical-chemical properties under different land uses

3 討論

3.1 會仙喀斯特濕地與國內濕地全硫含量研究對比

與國內相關研究對比可知，會仙喀斯特沼澤濕地土壤的全硫含量在我國整體處于較低水平，其平均值明顯低于鄱陽湖濕地、三江平原濕地、黃河三角洲濕地以及吉林西部的向海濕地(表5)[21-23]。會仙濕地全硫含量較低的原因可能是：一方面，會仙濕地自20 世紀90 年代開始逐漸被開墾為耕地和魚塘等，長期的人類活動可能導致濕地有機質輸入量的減少，影響了土壤中有機硫的礦化[24]；另一方面，會仙濕地土壤母質主要是喀斯特石灰巖風化物，成土條件較差，并且喀斯特地區土壤中鈣鎂離子富集，容易與硫元素結合形成硫化物沉淀，故而濕地土壤全硫含量較低[25]。另外，濱海濕地主要分布在沿海岸的過渡帶，受到海水潮汐變化影響，并且沿海濕地土壤對海水中存在的大量硫酸鹽(SO42-)吸附能力較高，進而成為導致濱海濕地與內陸濕地土壤全硫差異較為明顯的主要原因之一[26]。已有研究表明，世界土壤全硫含量的變化范圍在30～10000 mg/kg，平均值約為700 mg/kg[14]。據統計，中國南方10 省耕作層土壤全硫平均值為299 mg/kg[27]。會仙喀斯特濕地0—40 cm 土層全硫含量平均值為346 mg/kg，低于世界全硫含量均值，略高于我國南方10 省耕作層土壤全硫平均值。同時表明會仙喀斯特濕地轉變為其他土地利用方式后，土壤全硫含量平均值為98.06～222.87 mg/kg，加之農用地由于外源硫輸入的減少、土壤硫素流失等原因，土壤表現出潛在的缺硫趨勢。

表5 不同研究地區土壤全硫含量對比(mg/kg)Table 5 Comparison of soil total sulfur in different study areas

3.2 不同土地利用方式對土壤有機硫和全硫含量的影響

本研究中，除棄耕地外，濕地以及其他4 種土地利用方式土壤有機硫和全硫均隨土層深度增加呈現降低趨勢，說明全硫和有機硫含量主要富集在土壤表層。棄耕地土壤表層全硫和有機硫略低于底層，這可能與棄耕地土壤中有機硫的淋溶遷移有關[28]。Zhu 等[29]研究表明，濕地在厭氧條件下土壤硫素通常以硫化物的形式存在，但在好氧環境下硫大部分會被氧化成硫酸鹽，硫酸鹽通常比硫化物更容易發生溶解。會仙濕地墾殖后轉化為棄耕地，土壤的氧化還原條件發生變化，由于降雨以及地表徑流等影響，可能會導致硫酸鹽通過淋溶作用向下遷移并積累在土壤深層，從而影響土壤中硫素含量的分布。會仙沼澤濕地0—40 cm 土層的全硫含量顯著高于墾殖后的其他5 種土地利用方式，這是由于不同土地利用方式下土壤有機質含量、土壤水熱條件以及人為管理方式存在差異，天然沼澤濕地受到人為活動干擾較少，且其土壤植被覆蓋較好，植物的枯枝落葉殘體等主要積累在土壤表層，土壤有機質含量高，經過土壤微生物分解轉化重新歸還于土壤，其中元素硫全部歸還到土壤中；同時沼澤存在地表積水，部分水儲蓄于泥炭層和植被草根層中，泥炭層和草根層具有較大的持水性能，有利于減緩土壤全硫的流失；而會仙沼澤濕地開墾為水稻田、旱地、果園等農用地后，隨著高產作物的推廣種植，少硫和無硫的高濃度化肥的應用，大氣硫沉降的減少，含硫農藥用量以及秸稈還田量的降低，導致農用地土壤硫的歸還量有減無增。且農作物收獲后土壤有機質的輸出量大于輸入量，土壤的pH 降低，農用地存在一定的水土流失現象，其攜帶硫易流失，因此土壤中全硫含量趨于下降?？梢?，對于水稻田、旱地、果園等農用地，適當的施用硫肥，來補充和改善土壤硫素含量也很有必要。李瑞利等[30]對三江平原濕地養分累積的研究表明，沼澤濕地長期積水，地表以還原性環境為主，有利于硫化物的形成和積累，全硫含量在濕地土壤中較高，本研究結果與其類似。對于水稻田而言，前期灌溉促進水稻幼苗生長，淹水條件下有利于微生物還原單質硫轉化成有機硫，但成熟期進行排水晾田，土壤處于富氧環境，并且水稻田的生物量增加，使農作物對土壤硫的需求量增加，由于硫肥的供應不足，有機硫礦化分解，減少了土壤中有機硫的含量[31]。

土壤有機硫通過礦化作用為植物生長提供穩定的硫源，尤其是對于土壤中無機硫含量較低的地區更加重要。劉崇群等[32]對我國南方土壤硫的研究結果表明，南方地區土壤中的硫素主要以有機硫為主，而在北方地區無機硫在全硫含量中占比較高。Kour等[33]對土壤硫素有效性的研究結果表明，印度農業耕地土壤有機硫含量的平均值為225.10 mg/kg，其占全硫含量的主要部分。本研究中，濕地土壤中有機硫占全硫含量的86.60%～87.90%，是土壤中硫素的主要形態，與上述研究報道的結果相似。Norman 等[34]對森林土壤的研究表明，碳鍵硫是有機硫礦化的重要來源，碳鍵硫需要先轉化為酯鍵硫而后才能被礦化形成無機SO42-，碳鍵硫通過間接作用為植物供給可利用的硫素。李書田等[35]研究表明，酯鍵硫、碳鍵硫以及殘渣態硫對于植物都是有效的，在短期礦化過程中酯鍵硫易礦化分解而被植物吸收，而碳鍵硫較穩定，對于長期的礦化過程更重要。

土壤有機硫可分為酯鍵硫、碳鍵硫和殘渣態硫3 種形態，酯鍵硫主要存在于土壤胡敏酸中，是有機硫中相對比較活躍的部分，容易被HI 還原為無機SO42-形態而被植物吸收利用；碳鍵硫是一類不被HI 還原，但能被Raney-Ni 還原劑還原的低分子量含硫氨基酸(如胱氨酸和蛋氨酸)，主要存在于土壤富里酸中，易于礦化分解，也較易為植物利用；剩余的含硫有機化合物既不被HI 也不被Raney-Ni 還原，且難以被作物利用，這一類硫歸為殘渣態硫[36]。本研究中，各形態有機硫含量均隨土層深度的增加而降低，并且碳鍵硫在有機硫中占比最高，酯鍵硫次之，殘渣態硫最低，表明碳鍵硫是有機硫形態的重要組成部分，這與Tanikawa 等[37]的研究結果相一致。類似的是，Mansfeldt 等[38]研究發現，德國北部沼澤濕地土壤中碳鍵硫所占比例要高于酯鍵硫。李新華等[39]在三江平原小葉章濕地的研究也發現，碳鍵硫在有機硫形態中占主導地位，土壤酯鍵硫、碳鍵硫含量均隨土層深度增加趨于減小。不同的是，在太湖地區土壤有機硫中以酯鍵硫為主，一般占土壤全硫的40%～70%[40]。馬殿葉等[41]對不同施肥處理下土壤全硫和有機硫含量的研究認為，殘渣態硫是有機硫的主體，這可能與有機肥料的施加有利于有機硫特別是殘渣態硫在土壤中的累積等有關。水稻田、旱地和果園等土地利用方式受肥料施用的影響，肥料攜帶的一部分硫素會在土壤表層積累，有利于提高土壤中全硫含量，同時可能會誘導植物根系和根際微生物吸收更多易分解的硫酸鹽離子，從而促使惰性的殘渣態硫逐漸向碳鍵硫和酯鍵硫轉化。而且，相對于水稻田等，棄耕地經過長期閑置，植被生長主要依靠土壤原有的硫源，土壤全硫和有機硫的消耗量大。因此，會仙喀斯特濕地轉變為農用地后，合理的補施硫肥以及人為管理有助于維持土壤中硫庫的平衡。

3.3 不同土地利用方式對土壤芳基硫酸酯酶活性的影響

已有研究表明，土壤芳基硫酸酯酶能夠水解有機硫中的酯鍵硫，促進土壤有機硫礦化為植物可以吸收利用的無機硫，從而推動土壤環境中的硫循環[12]。芳基硫酸酯酶的活性受多種外部因素的影響，包括土壤水熱條件、作物輪作和植被覆蓋度，對土壤環境的變化非常敏感[42]。本研究中，0—40 cm 土層濕地土壤中芳基硫酸酯酶活性顯著高于其他土地利用方式，這可能是由于濕地植物衰亡腐爛后就地堆積殘留在濕地土壤表層，土壤酶的底物增多，酶活性升高；其次是濕地pH 的變化范圍適宜芳基硫酸酯酶活性的增加，有助于芳基硫酸酯酶水解酯鍵硫，從而促進濕地土壤中有機硫的礦化。會仙喀斯特沼澤濕地0—40 cm 土層土壤中芳基硫酸酯酶活性平均值為75.36 μg/(g.h)，小于陸琴等[40]報道的太湖地區水稻土芳基硫酸酯酶活性平均值160 μg/(g.h)。

Acosta-Martínez 等[43]研究發現，芳基硫酸酯酶活性受到土地利用的顯著影響，農田土壤的芳基硫酸酯酶活性低于受干擾程度較小的森林和牧場。Kalambukattu 等[44]研究也證明，喜馬拉雅土壤的土地利用明顯降低了酶的活性，并且土壤芳基硫酸酯酶在未受干擾的森林中活性最高，旱地、養殖地以及農田次之，棄耕地活性最低。土壤真菌和細菌在酯鍵硫礦化中起著重要的作用，在土壤硫限制條件下可以提高土壤芳基硫酸酯酶的活性[45]。研究表明，芳基硫酸酯酶的活性與有機質含量成正相關，有機質含量高的土壤，其芳基硫酸酯酶活性也高[46]，本研究中，芳基硫酸酯酶活性與有機碳和有機硫含量呈正相關，芳基硫酸酯酶指示了全硫和有機硫的變化趨勢。程躍揚等[16]對會仙濕地土壤真菌群落的研究表明，土地利用導致真菌生存環境發生變化，進而改變濕地土壤真菌多樣性和群落結構?？梢?，會仙喀斯特濕地人為墾殖為其他土地利用方式后，土壤芳基硫酸酯酶活性降低，也可能與土壤微生物活動受到影響有關，進而影響土壤有機硫的變化。

3.4 濕地土壤有機硫形態含量變化的影響因素

濕地土壤硫含量及其組分特征與土壤SOC、pH、植被類型以及人類活動等因素密切相關，影響土壤微生物活動，從而影響土壤硫形態和含量分布[5]。本研究中，會仙喀斯特濕地土壤中各形態有機硫含量與土壤SOC、全氮、SWC、TFe、TMn 和土壤芳基硫酸酯酶呈極顯著正相關(P＜0.01)；酯鍵硫、殘渣態硫與pH 呈顯著負相關(P＜0.05)，碳鍵硫與pH 相關性不顯著，這與林慧娜等[47]研究發現紅樹林濕地硫含量與pH 呈現負相關的結果一致。這是由于pH 會影響土壤中硫化物的賦存形態，隨著pH 增加，土壤中硫氧化和有機硫礦化速率加快，生成可供植物直接利用的硫酸鹽，在作物吸收和淋失后，硫酸鹽含量逐漸降低[48]，從而導致土壤全硫含量減少。Johnston等[49]對酸性淡水濕地的研究也表明，pH 是影響全硫含量的因素之一。本研究中，不同土地利用方式土壤全硫含量和有機碳呈顯著的正相關關系，表層土壤有機碳含量較高，其全硫的含量也較高，沿土層深度從上到下有機碳和全硫含量遞減，這與李瑞利等[30]的研究結果一致。

有研究表明，土壤全硫與有機質呈顯著正相關，有機質含量越高則土壤全硫含量也就越高[8]。本研究中，有機碳含量與有機硫形態呈顯著正相關(P＜0.01)，是因為有機碳是土壤有機硫的主要來源，而有機硫又是全硫的主體，這與其他研究[47]結果一致。相對于其他土地利用方式而言，天然沼澤濕地受人類活動的干擾較小，濕地的生物量大，土壤碳源和氮源較為豐富，土壤有機質含量較高，因此沼澤濕地中土壤全硫和有機硫含量較高，進而影響有機硫形態含量的變化。土壤有機硫的礦化過程需要多種酶的共同參與，pH 顯著影響著土壤酶的活性從而參與有機硫礦化釋放SO42-的過程[50]。本研究中，濕地利的pH約為7.66，土地用方式的變化導致pH 趨于減小，這可能在一定程度上抑制了土壤微生物的活性，不利于土壤有機硫礦化過程的進行，從而影響土壤各形態有機硫含量的分布。黃科朝等[15]對會仙濕地土壤養分的研究結果表明，墾殖會導致濕地土壤呈現偏酸性并且土壤微生物的活性降低。郝慶菊等[14]對三江平原濕地土壤硫分布的研究表明，在濕地土壤中全硫和各形態硫之間呈顯著相關，全硫和有機硫之間的相關系數最大，兩者之間聯系最密切。

Lu 等[51]對黃河三角洲不同淹水時期濕地土壤硫形態的研究結果表明，土壤全硫與有機質(SOM)、電導率(EC)、SWC、全氮等環境因子呈正相關，與pH 呈負相關。陳冰冰等[52]研究認為，外源氮的輸入顯著改變了黃河口新生濕地土壤全硫含量的分布狀況，隨著氮輸入量的增加，表層之外其它土層的全硫含量均呈現增加的趨勢。孫文廣等[53]在黃河口新生濕地的研究認為，Fe、Mn 元素存在強烈的共源性、共生組合性和分布相似性。濕地土壤季節性或長期處于積水的還原態，濕地植物的根系表面容易形成鐵錳氧化膜，影響植物根系對土壤營養元素的吸收，SO42-容易被還原成S2-，進而與土壤中的Fe2+和Mn2+生成硫化物沉淀FeS 和MnS[54]。本研究中，會仙濕地有機硫分別與鐵和錳含量存在著顯著正相關性，推測會仙濕地硫與濕地鐵錳含量之間可能存在一定的耦合關系。土壤芳基硫酸酯酶活性隨土層深度的增加而減小，濕地、水稻田、旱地、果園和養殖地的全硫和有機硫含量也隨土層深度增加而減小，但棄耕地土壤表現相反，這可能是由于棄耕地土壤表層的草本植物較多，對土壤硫的吸收能力強，經過較長的時間，有機硫礦化可能釋放大量的SO42-，一部分被植物吸收并在體內進行富集，另一部分由于淋溶作用遷移至土壤底層。會仙喀斯特濕地土壤硫形態含量與Fe、Mn 等微量元素的關系及其作用機制，有待進一步深入探究。

4 結論

1)會仙喀斯特濕地土壤全硫和有機硫含量變化范圍分別為180～511、158～442 mg/kg；0—40 cm土層土壤平均全硫含量為346 mg/kg。0—40 cm 土層不同土地利用方式土壤全硫及有機硫含量平均值整體表現為：濕地＞水稻田＞旱地＞養殖地＞果園＞棄耕地，與土壤有機碳含量的變化趨勢接近。碳鍵硫占有機硫的比例為39.08%～63.54%，酯鍵硫占有機硫的比例為22.91%～34.28%，殘渣態硫占有機硫的比例為13.55%～28.46%，碳鍵硫是會仙喀斯特濕地土壤有機硫的主要形態，其次是酯鍵硫和殘渣態硫。

2) 會仙喀斯特濕地轉變為稻田、旱地、養殖地、果園和棄耕地后，土壤全硫、全硫儲量、酯鍵硫、碳鍵硫和殘渣態硫含量顯著降低，且降低了酯鍵硫和殘渣態硫占有機硫的比例，增加了碳鍵硫占有機硫的比例，表現出潛在的缺硫趨勢。土地利用方式變化對會仙喀斯特濕地土壤有機硫形態和芳基硫酸酯酶活性的影響較大，土壤有機碳、全氮、土壤含水量和芳基硫酸酯酶是有機硫形態變化的主要驅動因素。