水肥氮鎘耦合下土壤酶活性及玉米生長與 鎘吸收響應的初步研究

韋翔華，付旋旋，劉曉永，楊忠蘭，陳勝男，鄭佳舜

(廣西大學 農學院，廣西 南寧 530003)

隨著工業化和城市化的加快發展，難降解難移動的重金屬大量進入土壤系統，引起土壤微生物和土壤酶活性的變化，降低土壤質量[1]。探索農業生產中氮素高效利用、重金屬清潔化管理、作物高產優質生產模式已成為科研關注的重點[2]。土壤微生物、土壤酶活性能敏感地反映出土壤環境的變化[3]，被認為是指示重金屬土壤污染的敏感指標[4]。有研究發現，隨著Cd濃度的不斷提高，土壤酶活性受到明顯抑制，尤其是脲酶，可作為土壤中鎘污染的指示酶[5]。

土壤的水分、養分在一定程度上會影響土壤的微生物學特征。韋澤秀等[6]發現，水肥供給的增加有利于提高土壤中蔗糖酶活性，而水分降低會使土壤中脲酶活性增加。水肥管理是農業增產的基本措施之一，近年來，水肥耦合效應的研究主要集中在不同灌水量和不同施肥措施對作物水分利用率、化肥利用率、生理生態、產量、品質的影響，以及對耕地土壤理化性質和肥力特征的影響方面[7]，而有關水肥耦合對氮鎘復合土壤上作物生長及鎘吸收影響的研究較少。為了探討不同灌水量及無機肥、有機肥和生物肥對氮鎘復合土壤酶活性及玉米鎘含量的影響，通過盆栽試驗模擬研究水、肥、氮、鎘復合條件下土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性，以及玉米生物量和玉米Cd吸收情況，旨在為相關研究提供借鑒與參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試作物為黔單16號玉米(ZeamaysL.)。

供試土壤采自廣西大學農學院教學實習基地，pH(H2O)值7.13，土壤有機質22.51 g·kg-1，全磷0.34 g·kg-1，速效磷34 mg·kg-1，全氮0.67 g·kg-1，堿解氮45.42 mg·kg-1，全鉀7.28 g·kg-1，速效鉀134.19 mg·kg-1，全鎘0.62 mg·kg-1。

供試有機肥為雞糞。生物肥為有機無機微生物復合肥，北京航天恒豐科技發展有限公司生產，有效活菌數≥0.2億 g-1，有機質含量≥20%，N-P2O5-K2O含量14%-4%-7%，腐殖酸含量≥15%，氨基酸含量≥10%。化肥為尿素、KH2PO4、K2SO4。

外源鎘為CdCl2·2.5H2O。

1.2 方法

1.2.1 處理設計

采取盆栽模擬培養法，每盆裝土10 kg。采用4因素3水平正交試驗方案L9(34)。4因素及各水平設置：N，0、0.1(低)、0.2 g·kg-1(高)；Cd，0、1(低)、2 mg·kg-1(高)；肥料，化肥、有機肥、生物肥；灌水量，50%(低)、75%(中)、100%(高)。其中，100%的為常規灌水，而50%、75%水平為局部根區交替灌水，用水量分別為常規灌水量的50%、75%。每個處理3個重復，共27盆。試驗處理組合：T1，N 0 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，無機肥，灌水量50%；T2，N 0 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，有機肥，灌水量75%；T3，N 0 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，生物肥，灌水量100%；T4，N 0.1 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，無機肥，灌水量100%；T5，N 0.1 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，生物肥，灌水量50%；T6，N 0.1 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，無機肥，灌水量75%；T7，N 0.2 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，生物肥，灌水量75%；T8，N 0.2 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，無機肥，灌水量100%；T9，N 0.2 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，有機肥，灌水量50%。

1.2.2 試驗實施管理

采用盆栽土培方法， 2013年11月15日在廣西大學農業資源與環境專業的溫室內裝盆，按照處理方案開展試驗，依據試驗方案進行土壤水分管理。灌水方法：100%灌水量按照常規灌溉量保持土壤濕潤，漫灌；75%、50%灌水量分別按照常規灌水量的75%和50%，交替灌溉(裝盆時，盆中左右垂直插入2根直徑1.6 cm的PVC管，埋入土中部分的管壁事先均勻鉆孔，且用紗網包扎)。2014年3月15日(移栽前)采土，同天移栽玉米苗； 2014年5月15日(玉米移栽60 d，拔節期)采收并取土，進行室內分析。

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1.2.3 指標測定

土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，脲酶活性采用靛酚藍比色法測定，中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，過氧化氫酶活性采用0.1 mol·L-1高錳酸鉀滴定法測定，以30 min后1.00 g土壤消耗的0.002 mol·L-1高錳酸鉀的體積(mL)表示過氧化氫酶活性，全Cd采用硝酸-高氯酸體積比5∶1溶液消煮—原子吸收光譜法測定。

1.2.4 數據處理與分析

采用Excel 2007進行數據整理，在SPSS 19.0平臺上進行方差分析，對有顯著(P<0.05)差異的處理采用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤酶活性的影響

2.1.1 對土壤過氧化氫酶活性的影響

由表1可知，T9處理的土壤過氧化氫酶活性最高，T7處理的土壤過氧化氫酶活性最低，即高氮和高鎘復合條件下，施用有機肥并采用低量灌溉的土壤過氧化氫酶活性最高，而不添加外源鎘的條件下，施用生物肥、高氮，并采用中量灌溉的土壤酶活性較低。

由表1可知，T2處理的土壤蔗糖酶活性最高，而T9處理的土壤蔗糖酶活性最低，即不施氮和低鎘復合條件下，施用有機肥并采用中量灌溉的土壤蔗糖酶活性較高，而高氮和高鎘復合條件下，施用有機肥并采用低量灌溉的土壤蔗糖酶活性最低。

2.1.3 對土壤脲酶活性的影響

由表1可知，與對土壤過氧化氫酶活性的影響相似，T9處理的土壤脲酶活性最高，T7處理的土壤脲酶活性最低。

2.1.4 對土壤中性磷酸酶活性的影響

由表1可知，T7處理的土壤中性磷酸酶活性最高，T4處理的土壤中性磷酸酶活性最低，即不添加外源鎘時，施用生物肥、高氮，并采用中量灌溉的土壤酶活性較高，而施用有機肥、低氮，并采用高量灌溉的土壤酶活性較低。

表1 不同處理組合對土壤酶活性的影響

注：同列數據后無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。表2同。

2.2 不同處理對玉米生長及鎘吸收的影響

2.2.1 對玉米生長的影響

由表2可知，T8處理的玉米生物量最高，而T4處理的玉米生物量最低，即低鎘和高氮復合時，施用無機肥并高量灌溉的玉米生物量最高，而不添加外源鎘的條件下，施用有機肥、低氮，并采用高量灌溉的玉米生物量較小。

2.2.2 對玉米鎘吸收的影響

總體來看，在不施氮或低氮供應下，玉米地上部鎘含量及鎘吸收量隨著土壤鎘含量的增加而提高(T1

表2 不同處理組合對玉米生長及鎘吸收的影響

注：地上部生物量是指從根土界面開始計算的地上部生物量，系鮮重。地上部鎘含量以干重計。

3 討論

本研究顯示，在氮鎘復合條件下，不同的水肥措施對土壤酶活性的影響差異較大。在高鎘條件下，施用有機肥并低量灌溉時過氧化氫酶活性最高，說明在這種水肥措施下，土壤中H2O2積累量可能較大，不利于作物生長。在高氮高鎘條件下，玉米生物量驟減，表明過多的鎘會抑制玉米的生長，這與廖潔等[5]研究結果一致。玉米生物量隨著施氮量的增加有整體提高的趨勢，這說明在試驗條件下適當增加氮素供應有助于玉米生長，提高玉米對鎘的耐性。隨著外源鎘添加量增加，玉米地上部鎘含量整體呈增大趨勢，暗示Cd在玉米地上部的累積量與外源鎘處理濃度可能存在一定的相關性。高氮條件下，添加低量外源鎘時地上部吸鎘量最高，這主要與此條件下玉米生物量最大有關。