農(nóng)田栽參土壤改良中肥料對(duì)土壤元素及酶活性的影響

劉晨陽(yáng), 高成林, 趙玥, 唐玲玲, 鄒季，許永華, *

農(nóng)田栽參土壤改良中肥料對(duì)土壤元素及酶活性的影響

劉晨陽(yáng)1, 高成林1, 趙玥1, 唐玲玲2, 鄒季3，許永華1, *

1. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院, 人參新品種選育與開發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心, 長(zhǎng)春 130118 2. 吉林省電力醫(yī)院, 長(zhǎng)春 130021 3. 松原市寧江區(qū)綠色食品開發(fā)中心, 松原, 138000

為探究農(nóng)田栽參土壤改良中肥料對(duì)土壤元素與土壤酶活性的影響, 于2019年5月21日采集經(jīng)混合肥、土地樂、腐殖酸、木醋液、益生源處理過的土壤樣品, 對(duì)其土壤養(yǎng)分與土壤酶活性進(jìn)行研究。結(jié)果表明: 不同肥料在土壤中發(fā)揮出不同的作用, 施用混合肥的土壤SOM、ACa含量最高分別為139.51 g·kg-1、848.9 mg·kg-1。施用土地樂生物有機(jī)肥后土壤中AP和AMn含量最高分別為36.7 mg·kg-1、126.12 mg·kg-1。施用腐殖酸后土壤中AFe、電導(dǎo)率、AK數(shù)值最高分別為737.36 mg·kg-1、59.67 mg·kg-1、794.87 mg·kg-1。施用木醋液與益生源菌劑后各養(yǎng)分均有不同程度增加; 過氧化氫酶活性在混合肥處理后最低, 對(duì)照處理最高。漆酶活性在腐殖酸處理后最低, 木醋液處理最高。蔗糖酶活性在腐殖酸處理最低, 混合肥處理最高。脲酶活性在腐殖酸處理最低, 益生源處理后最高; 相關(guān)性分析表明, 土壤養(yǎng)分與土壤酶活性有密切關(guān)系, 存在不同程度的相關(guān)性。五種肥料在土壤改良中都有顯著效果。

農(nóng)田栽參; 土壤改良; 土壤元素; 土壤酶活性

0 前言

人參()是五加科宿根植物, 東北三寶之首, 在中國(guó)有四千多年的藥用歷史[1], 有大補(bǔ)元?dú)庵π2]。古代人參來源為野生山參, 生長(zhǎng)年限長(zhǎng), 有效成分含量高, 但數(shù)量很少, 價(jià)格昂貴, 藥材的使用人群有很大局限性。近代人們選擇伐林栽參等方式種植人參, 但由于人參的忌連作特性, 老參地?cái)?shù)十年內(nèi)不能再次種參。若一直采用等待老參地超過年限再利用, 則不能滿足市場(chǎng)需求, 而且隨著人參產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 伐林面積日益擴(kuò)大, 每年有4000多公頃林地被伐, 用作栽參, 嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡[3], 現(xiàn)在國(guó)家已嚴(yán)令禁止伐林栽參, 農(nóng)田栽參模式應(yīng)運(yùn)而生。利用農(nóng)田栽培人參是適應(yīng)現(xiàn)代人參栽培產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種新型栽參模式, 20世紀(jì)70年代我國(guó)開始進(jìn)行農(nóng)田栽參的研究, 1989年后我國(guó)農(nóng)田栽參技術(shù)就較為成熟, 黑龍江、吉林、遼寧、河北等省份開始進(jìn)行農(nóng)田栽參試驗(yàn)。而且, 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示, 農(nóng)田栽培的人參中總皂苷、氨基酸等有效成分含量不低于同年分林地參[4]。人參栽培方式由伐林栽參走向農(nóng)田栽參是人參產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的必然選擇。

人參的生長(zhǎng)對(duì)土壤的要求非常嚴(yán)格, 喜土地肥沃、養(yǎng)分充足的土壤, 普通農(nóng)田存在土壤容重高、易板結(jié)、養(yǎng)分含量低等問題[5-6], 不適合人參的生長(zhǎng)。農(nóng)田栽參需要對(duì)普通農(nóng)田的土壤進(jìn)行改良, 使其土壤中的養(yǎng)分、微生物群落結(jié)構(gòu)等達(dá)到適合人參生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。所以土壤改良技術(shù)是農(nóng)田栽參的關(guān)鍵。據(jù)2018年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示, 吉林省農(nóng)田栽參的面積達(dá)到4000萬m2, 但在土壤改良方面并未明確具體的改良標(biāo)準(zhǔn), 參農(nóng)多憑“經(jīng)驗(yàn)”進(jìn)行土壤改良, 改良后的土壤缺乏科學(xué)論證, 容易造成土壤單體營(yíng)養(yǎng)過剩或缺失, 不利于人參的生長(zhǎng)?？茖W(xué)施肥, 既能節(jié)約成本, 又能減少因營(yíng)養(yǎng)過剩而導(dǎo)致的水體富營(yíng)養(yǎng)化等污染。

土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量都是土壤肥力重要指標(biāo)[7-8]。土壤酶是許多生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)者[9-10], 推動(dòng)土壤養(yǎng)分代謝[11]。土壤酶參與土壤的許多重要生化過程和物質(zhì)循環(huán)[12-13]、土壤腐殖質(zhì)分解和土壤SOM的轉(zhuǎn)化[14]、催化有機(jī)物礦化釋放無機(jī)養(yǎng)分, 在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程中具有關(guān)鍵作用[15]。通常, 土壤酶活性與土壤有機(jī)、無機(jī)養(yǎng)分密切相關(guān)[16], 如土壤SOM、全氮、全磷直接或間接影響脲酶、酸性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性[9]。其中土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶等水解酶表征土壤C、N等養(yǎng)分的循環(huán), 多酚氧化酶參與土壤有機(jī)組分中芳香族化合物的轉(zhuǎn)化, 而過氧化物酶能氧化土壤SOM。目前, 有關(guān)土壤肥力與酶活性關(guān)系的研究多采用相關(guān)分析方法, 一定程度上反映了二者的關(guān)系。但還不能完全解釋變量關(guān)系。

本文針對(duì)土壤改良時(shí)施用的5種肥料, 分析施用肥料后土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性的變化, 為進(jìn)一步探討施用不同肥料對(duì)土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的影響, 促進(jìn)有機(jī)肥、菌肥的合理利用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)域土壤母質(zhì)為暗棕壤, 試驗(yàn)區(qū)為吉林省萬康園農(nóng)業(yè)科技有限公司人參栽培改良地, 位于吉林省東部山區(qū)吉林省延邊朝鮮族自治州敦化市青溝子鄉(xiāng), 長(zhǎng)白山腹地, 屬半山區(qū), 平均海拔672 m。地理坐標(biāo)為東經(jīng)128°10′—128°32′, 北緯43°41′—43°58′, 屬溫帶大陸季風(fēng)氣候, 年平均氣溫2.6 ℃, 5月至9月積溫為2400 ℃。最大凍土深度為1.77 m, 最大積雪深度為33 cm。年平均降雨量為640 mm, 年平均相對(duì)濕度70%, 夏季盛行西南風(fēng), 冬季盛行西風(fēng), 平均風(fēng)速2.8 m·s-1, 無霜期為105—115天。試驗(yàn)地前茬種植農(nóng)作物為玉米, 作物收割后整地、改良一年。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)小區(qū), 每個(gè)小區(qū)約300 m2, 于2018年6月進(jìn)行土壤改良處理, 各種肥料施用量如下表1, 施用后機(jī)械混勻, 6個(gè)處理分別編號(hào)為A、B、C、D、E、F。

1.2 樣品采集

2019年5月分別在試驗(yàn)區(qū)采樣, 采樣按照“S”形隨機(jī)多點(diǎn)混合取樣, 在每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)土壤表層下5—10 cm取樣, 每份樣品由區(qū)域內(nèi)隨機(jī)采集5個(gè)樣點(diǎn)混勻, 以此方法在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)采集三份復(fù)合樣品作為實(shí)驗(yàn)重復(fù)。在6個(gè)區(qū)域內(nèi)共采集樣品18份。樣品采集后仔細(xì)去除新鮮土樣中可見植物殘?bào)w及土壤動(dòng)物, 按四分法取1 kg放入無菌采樣袋中, 封口, 帶回實(shí)驗(yàn)室。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后過2 mm孔徑篩, 用作測(cè)定土壤養(yǎng)分及土壤酶活性。

表1 土壤改良措施對(duì)照

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本研究測(cè)定了土壤pH、有機(jī)質(zhì)(SOM)、速效磷(AP)、銨態(tài)氮(NH4+)、速效鈣(ACa)、速效鎂(AMg)、速效鐵(AFe)、速效鋅(AZn)、氧化還原酶類的過氧化氫酶活性、水解酶類的脲酶、蔗糖酶活性和多酚氧化酶類的漆酶活性等土壤指標(biāo), 具體測(cè)試方法如下:

土壤理化指標(biāo): pH采用電位法(1: 5)[18]; 電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測(cè)定(1: 5)[18]; SOM采用重鉻酸鉀滴定法[18]; AP采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法[18]; NH4+采用氯化鉀浸提-靛酚藍(lán)比色法[18]; 金屬離子采用醋酸氨浸提[17], 使用icp-oes測(cè)定。

土壤酶活性指標(biāo): 脲酶活性采用苯酚鈉比色法, 酶活性以24 h后1 g土壤中NH4+-N的毫克數(shù)表示[9];蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法, 活性以24 h后1 g土壤生成的葡萄糖毫克數(shù)表示[9]; 過氧化氫酶活性采用容量法, 酶活性以2 h后1 g土壤消耗0.005 mol·L-1I2標(biāo)準(zhǔn)液的毫升數(shù)表示[9]; 漆酶采用ABTS(2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二氨鹽)比色法, 酶活性可通過漆酶分解底物ABTS產(chǎn)生自由基, 通過自由基的增加速率, 計(jì)算得漆酶活性[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過不同方法改良土壤所得土壤養(yǎng)分及酶活性數(shù)據(jù)差異顯著性采用方差分析(ANOVA)進(jìn)行檢驗(yàn), 顯著性水平設(shè)定為=0.05。以上數(shù)據(jù)利用SPSS 24.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用Origin2017軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料處理土壤養(yǎng)分差異性分析

不同處理后土壤理化狀況如表2所示, 整體來說, 五種處理方式均降低了土壤pH值。與對(duì)照相比,

表2 不同處理土壤環(huán)境因子性多重比較

注：同行不同小寫和大寫字母分別表示處理間差異顯著(<0.05)。

A、B的pH值降低不顯著, 處理C使pH降低了0.3, 降低效果最顯著。與對(duì)照相比, 處理A對(duì)增加土壤SOM含量的效果最佳, 達(dá)到139.51 g·kg-1, 顯著高于其他處理SOM增加的量。經(jīng)處理D后, SOM含量顯著提高, 且顯著高于處理B; 總體來看試驗(yàn)地中AK含量偏高, 對(duì)照組土壤中AK含量最低達(dá)到了493.8 mg·kg-1。處理A、B、C、D組相對(duì)于對(duì)照組都顯著提高了土壤中AK的含量, 且之間差異顯著, 其中處理C提高值最大, 達(dá)到了794.87 mg·kg-1。處理B土壤中AP含量最高, 為36.6 mg·kg-1, 其余含量順序?yàn)镃>D>A>E>F; 處理A、C、D、E中NH4+含量顯著高于對(duì)照組, 其中處理C中NH4+含量最高, 為164.04 mg·kg-1; 處理B中NH4+含量顯著低于對(duì)照組。

2.2 不同肥料處理對(duì)土壤酶活性的影響

不同土壤改良模式對(duì)土壤酶活性的影響如圖所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明土壤經(jīng)不同處理后土壤中蔗糖酶活性存在差異。處理A、B、D土壤中蔗糖酶活性顯著高于對(duì)照組, 其中處理A中蔗糖酶活性最高, 為23 U·g-1。土壤經(jīng)處理A、E處理后土壤蔗糖酶活性顯著高于對(duì)照組, 其中處理E蔗糖酶活性最高, 為817.64 U·g-1; 處理B、C、D蔗糖酶活性顯著低于對(duì)照組, 其中處理C中蔗糖酶活性最低, 為421.32 U·g-1。處理后土壤脲酶活性順序?yàn)镋>A>F>D>B>C。處理B、E、A土壤中漆酶活性高于對(duì)照組, 且差異顯著, 處理B土壤中漆酶活性最高, 數(shù)值為91.23 U·g-1; 處理E土壤中漆酶活性略高于對(duì)照組, 但差異不顯著; 處理C土壤中漆酶活性低于對(duì)照組, 且有顯著性差異。從整體來看, 五種處理方式土壤中過氧化氫酶活性均低于對(duì)照組, 其中C處理土壤中過氧化氫酶活性最低, 為327.96 U·g-1; 具體酶活性順序?yàn)镕>B>E>D>A>C。

2.3 土壤元素與土壤酶活性相關(guān)性分析

研究表明, 土壤養(yǎng)分與土壤酶活性之間存在著一定聯(lián)系[19], 土壤酶活性與土壤的物理特性和水熱狀況、土壤的無機(jī)和有機(jī)組分的化學(xué)組成及吸收性復(fù)合體的特征、以及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等有著密切的相關(guān)。為了研究改良后土壤中土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系, 以便對(duì)土壤物理狀況、無機(jī)和有機(jī)組分等因素和酶活性進(jìn)行雙向調(diào)節(jié), 對(duì)土壤酶活性對(duì)土壤養(yǎng)分與土壤酶活性間做了相關(guān)性分析, 結(jié)果如表3所示: 土壤過氧化氫酶與土壤中AK、AMn、AZn呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與土壤SOM、電導(dǎo)率、AFe、NH4+存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與土壤中AMg、ACa呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 與土壤pH呈極顯著正相關(guān)關(guān)系; 土壤漆酶與土壤電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與土壤中AK、NH4+呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與土壤pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 與土壤中ACa、AMn呈極顯著正相關(guān)關(guān)系; 土壤蔗糖酶與土壤中NH4+呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與土壤中AP、AZn呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 與土壤中ACa、AMn呈極顯著正相關(guān)關(guān)系; 土壤脲酶與土壤中AK呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與土壤電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

注: 不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Figure 1 Contrast map of soil enzyme activity

表3 土壤營(yíng)養(yǎng)元素與土壤酶活性相關(guān)系數(shù)

注：同行*和**分別表示處理間差異顯著(<0.05)和極顯著(<0.01)。

3 討論

3.1 不同肥料處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

五種肥料均能不同程度的改良土壤肥力, 施加腐殖酸后土壤SOM含量高于其他處理, 可能是由于腐殖酸改善了土壤物理結(jié)構(gòu), 使土壤孔隙度、土壤通透性增加, 加快了土壤中有機(jī)物質(zhì)分解, 從而提高了土壤SOM含量。這與張青, 李杰等人研究結(jié)果一致[20-21]。陸欣、張宏偉[22-24]等研究表明, 土壤中施入腐殖酸后可增加土壤AP與NH4+等含量, 本研究中使用腐殖酸的土壤NH4+增加效果最顯著, 這與其研究結(jié)果一致。以上也說明腐殖酸可以在各種土質(zhì)中發(fā)揮作用, 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中適合各地域不同土質(zhì)使用; 土地樂為吉林肥料公司生產(chǎn)的有機(jī)無機(jī)混合肥, 其是由傳統(tǒng)有機(jī)肥料、微量元素、土壤功能菌混合而成, 屬于生物有機(jī)肥, 兼有增肥和活菌的作用[25], 能夠通過改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)改善土壤酶活性與土壤速效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)[26-28]。施用生物有機(jī)肥有利于土壤有機(jī)碳的積累, 提高土壤肥力水平, 改善土壤質(zhì)量, 對(duì)土壤中鐵、鎂元素含量的增加有顯著效果, 本試驗(yàn)研究結(jié)果與賀美等[29]的研究基本一致。研究表明生物有機(jī)肥中有多種功能菌, 不僅能防治許多蟲害, 還對(duì)土壤中鐮刀菌等能夠引起的腐病、霉病等植物病害的微生物有抑制作用, 達(dá)到防治或延緩植物病害的效果[30-31]。而且生物有機(jī)肥中帶有多種功能菌, 而酶是微生物的代謝產(chǎn)物, 功能菌的存在可以促進(jìn)土壤酶活性的提高; 木醋液為鋸末在厭氧情況下, 通過外來的熱量來加熱蒸餾出氣體, 在一定溫度下冷凝而成。對(duì)木醋液在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的研究由來已久[32-33], 李忠徽等、周紅娟等通過實(shí)驗(yàn)表明, 施用木醋液能速效提高土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)數(shù)量, 提高SOM含量, 降低土壤pH值, 增加速效微量元素含量, 改良土壤環(huán)境, 本研究中施用木醋液后不同程度增加了土壤中養(yǎng)分含量, 降低了土壤pH, 與李忠徽等、周紅娟等的研究結(jié)果一致。木醋液對(duì)能快速降低土壤pH, 活化土壤養(yǎng)分, 使土壤速效養(yǎng)分在短時(shí)間內(nèi)增加, 這種特性如果在生長(zhǎng)植物的土壤施用會(huì)引起植物生長(zhǎng)環(huán)境不適, 影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育, 但是在土壤改良中使用卻會(huì)得到理想的效果, 尤其適合堿性土地使用; 益生源與中元混合肥為一種復(fù)合菌劑, 由枯草芽孢桿菌、假單胞桿菌等生防菌和有益菌組成。不僅能夠改變土壤群落結(jié)構(gòu), 從而改善土壤性質(zhì), 抑制土傳病害病原微生物的生長(zhǎng), 降低植物病害的發(fā)生率。

3.2 不同肥料處理對(duì)土壤酶活性的影響

土壤蔗糖酶又叫轉(zhuǎn)化酶, 是土壤中一種重要的酶類。本研究中處理A、B、D土壤脲酶活性顯著高于對(duì)照組, 劉敏等實(shí)驗(yàn)表明, 木醋液對(duì)土壤酶活性的影響有雙面性, 低濃度木醋液能增加土壤酶活性, 濃度過高會(huì)抑制土壤酶活性[34], 與本研究結(jié)果一致。本實(shí)驗(yàn)使用的為低濃度木醋液, 低濃度的木醋液容易被微生物分解利用, 為微生物生長(zhǎng)發(fā)育提供充足營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和適宜環(huán)境, 從而使微生物數(shù)量增加, 活性提高, 從而提高土壤酶活性。本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示木醋液的使用顯著提高了土壤蔗糖酶活性, 可能是因?yàn)槟敬滓旱氖┯媒档土送寥纏H, 而蔗糖酶在酸性環(huán)境中活性最大; 本研究中五種處理后脲酶活性與對(duì)照組均有顯著差異, 結(jié)果顯示施用中元混合肥與益生源的土壤脲酶活性顯著高于對(duì)照組, 這與張知曉等研究結(jié)果一致[35], 他們發(fā)現(xiàn)微生物是影響脲酶活性的重要因素?？赡苁枪δ芫氖褂迷鰪?qiáng)了土壤中與脲酶相關(guān)細(xì)菌的活力, 改善了土壤理化環(huán)境, 為微生物的生存提供了良好的生存條件, 增加了微生物群落多樣性, 從而使土壤脲酶活性提高。也有研究報(bào)道稱土壤脲酶活性與土壤 pH 有關(guān)[35]。本研究中木醋液的施用使土壤 pH降低, 改變了土壤環(huán)境, 可能導(dǎo)致了土壤脲酶活性的降低; 漆酶為氧化酶的一種, 它參與土壤有機(jī)組分中芳香族化合物的轉(zhuǎn)化作用。土壤中的酚類物質(zhì)在氧化酶作用下氧化生成醌類化合物, 醌與氨基酸等通過一系列生物化學(xué)過程縮合成最初的胡敏酸分子, 所以, 氧化酶是腐殖化的一種媒介[36]。本研究發(fā)現(xiàn)B、D處理后土壤漆酶活性顯著高于對(duì)照處理, C處理后土壤中漆酶活性顯著低于對(duì)照處理; 土壤過氧化氫酶在土壤中分布廣泛, 其作用是促進(jìn)土壤中過氧化氫的分解, 防止其對(duì)植物體的毒害作用[37]。本研究中五種處理后, 土壤中過氧化氫酶活性顯著低于對(duì)照處理。

3.3 土壤養(yǎng)分與土壤酶活性關(guān)聯(lián)性分析

研究表明, 土壤SOM、土壤金屬離子、土壤pH等因素是土壤脲酶活性的重要因素[38], 土壤的微量元素含量可能是決定土壤酶活性的一個(gè)重要生態(tài)學(xué)因素。微量元素對(duì)土壤酶活性的影響, 取決于土壤的性質(zhì)(特別是pH及速效性微量元素的含量)和不同的土壤酶類對(duì)不同的微量元素的專性特性: 對(duì)某些酶是激活劑的微量元素, 對(duì)另一些酶則可能起著抑制的作用[37]; 同一微量元素的含量不同時(shí), 可以起激活作用, 也可以起抑制作用[39-40]。本研究中土壤脲酶活性與土壤電導(dǎo)率、K元素、NH4+呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤脲酶的活性與土壤的N含量存在著直接相關(guān), 因?yàn)? 第一, 作為肥力的主要因素之一的、積累在土壤SOM中的氮, 決定了酶進(jìn)入土壤的數(shù)量; 第二, 氮是蛋白質(zhì)分子(其中也包括積累在土壤中的酶)的組分部分。土壤脲酶活性高, 土壤中氮含量應(yīng)短時(shí)間內(nèi)含量降低, 與本研究結(jié)果得出的結(jié)論相同。本實(shí)驗(yàn)田土壤呈酸性, SOM含量也較高, 為脲酶分解酶促底物提供了良好的環(huán)境。土壤脲酶在微酸性土壤環(huán)境中活性較高, 說明土壤脲酶在酸性土壤中分解底物效率較高, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可以通過控制土壤pH控制土壤脲酶活性, 從而決定抑制氮的釋放還是促進(jìn)氮的釋放, 進(jìn)而提高氮肥的利用率。

土壤蔗糖酶活性與土壤微量元素含量、土壤NH4+含量、土壤pH等因素有關(guān)。一般SOM含量越高, 土壤蔗糖酶活性越高。本實(shí)驗(yàn)土壤蔗糖酶活性與NH4+呈顯著性負(fù)相關(guān), C處理氮含量最低, 而且C處理土壤蔗糖酶活性最高, 兩種指標(biāo)結(jié)果共同驗(yàn)證了這一結(jié)論。

過氧化氫酶參與土壤SOM的形成, 其可以氧化植物殘?bào)w, 形成腐殖質(zhì), 在這個(gè)過程中微生物活動(dòng)會(huì)提供過氧化氫酶。本研究中過氧化氫酶活性與土壤SOM呈極顯著負(fù)相關(guān), 與土壤pH呈極顯著正相關(guān), 一定范圍內(nèi)隨著pH的增加過氧化氫酶活性增加, 這與前人研究結(jié)果吻合[41]。而本研究中過氧化氫酶活性與土壤SOM呈負(fù)相關(guān)地結(jié)果與許多前人的結(jié)果有一些出入[42], 可能原因?yàn)榇紊x產(chǎn)物為過氧化氫酶的微生物豐度低, 無法滿足過氧化氫酶催化氧化植物殘?bào)w的速度。

土壤pH是影響土壤酶活性的重要因素[9]。本研究中土壤pH與土壤過氧化氫酶、土壤漆酶存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤中的酶活性與土壤中的氫離子濃度密切相關(guān)。土壤pH決定了酶的生成者的生物量、組成和生理學(xué)特征, 也決定了酶進(jìn)入土壤的數(shù)量及其活性的保存程度, 因?yàn)樵诓煌耐寥纏H值時(shí), 酶分子會(huì)產(chǎn)生不同的解離, 而只有一定解離形式的酶才具有催化活性。此外, 土壤pH也決定了底物的狀態(tài)—它的速效性和水解性, 這些特性在很大程度上決定了土壤酶催化反應(yīng)的強(qiáng)度[37]。在通常的土壤pH范圍內(nèi), 土壤的酶活性與土壤pH值呈正相關(guān), 土壤酶活性與土壤pH的這種關(guān)系, 使我們可以通過改變土壤的pH來改變土壤酶的活性。

根據(jù)土壤酶活性與土壤肥力間的相關(guān)性, 土壤酶活性可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力的指標(biāo)。土壤SOM是土壤肥力的基礎(chǔ), 是給土壤酶提供底物的源, 兩者之間關(guān)系密切。土壤其他酶活性與其他肥力因子也存在不同程度的相關(guān)性。土壤蔗糖酶的酶促產(chǎn)物葡萄糖是植物與微生物的主要碳源, 土壤呼吸強(qiáng)度能夠通過其呼吸強(qiáng)度反應(yīng); 土壤脲酶的酶促產(chǎn)物氮是植物氮素的重要營(yíng)養(yǎng)源, 其活性能夠反應(yīng)土壤有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化狀況; 磷酸酶的酶促產(chǎn)物是土壤AP是植物重要的磷源, 其活性強(qiáng)度能夠表示土壤有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化狀況; 土壤過氧化氫酶和脫氫酶活性與土壤SOM的轉(zhuǎn)化速度有密切關(guān)系; 多酚氧化酶能夠反映土壤腐殖化狀況, 酶促氧化產(chǎn)物—醌與土壤中的氨基酸縮合成胡敏酸分子。這些土壤酶直接影響土壤有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化和合成過程。因此, 可以用土壤酶活性的總體評(píng)價(jià)土壤肥力水平和供肥能力。土壤潛在肥力-酶活性-植物速效養(yǎng)分, 三者之間的關(guān)系是非常密切的。研究它們之間的關(guān)系, 有助于了解植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化動(dòng)向和土壤速效肥力狀況。

在診斷土、水遭受污染方面, 可用土壤酶活性作為監(jiān)測(cè)目標(biāo)。利用含重金屬的污水灌溉農(nóng)田時(shí), 酚類氧化酶參與有毒物質(zhì)的轉(zhuǎn)化, 可以減輕有毒元素對(duì)植物的危害。測(cè)定酚氧化酶活性, 能夠了解污水灌溉地段有毒物質(zhì)的轉(zhuǎn)化狀況。脲酶是種對(duì)氮素循環(huán)有貢獻(xiàn)的酶?？刂仆寥离迕富钚? 有利于防止硝酸鹽和亞硝酸鹽的大量積累。消除其對(duì)大氣、土、水的污染和對(duì)人畜、動(dòng)植物的危害。農(nóng)用殺蟲劑和除莠劑對(duì)土壤的影響, 也可用土壤酶活性作為測(cè)定的對(duì)象予以調(diào)控。

在提高肥料利用率方面, 可通過篩選調(diào)節(jié)劑控制酶活性[43]。脲酶是一種專性較強(qiáng)的酶, 土壤脲酶活性過高或過低, 均是尿素氮損失的原因之一。脲酶活性低透性強(qiáng)的土壤, 施用尿素會(huì)導(dǎo)致氮素最大淋失。因?yàn)殡迕富钚耘c溫度有關(guān), 低溫條件下脲酶活性較弱。所以, 從施肥時(shí)間上講, 在晚秋或早春施用尿素是不夠經(jīng)濟(jì)的。而牧場(chǎng)地尿素氮的揮發(fā)損失, 是因?yàn)橥寥离迕富钚愿咭鸬? 可以選用優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料作激活劑與尿素混合, 在脲酶活性低的砂質(zhì)土壤上應(yīng)用; 篩選某些化合物作抑制劑, 在脲酶活性高的土壤上應(yīng)用, 以提高尿素氮的利用率。

4 結(jié)論

綜上所述, 五種肥料在土壤改良中都有顯著效果, 但并不是每種農(nóng)田都適合使用這五種肥料, 需要根據(jù)農(nóng)田基本理化情況按需施肥。腐殖酸適合NH4+、AP含量較低的土壤使用, ; 生物有機(jī)肥(土地樂)對(duì)能夠從多方面改良土壤; 木醋液酸性較大, 適合堿性土地的改良或鹽堿地土質(zhì)改良, 既能有效改變土壤酸堿度, 又能刺激土壤, 使其短時(shí)間內(nèi)養(yǎng)分增加; 菌肥能夠通過改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)來改善土壤理化性質(zhì)。但這一過程通常需要外源施加碳源和氮源以供土壤微生物利用, 且轉(zhuǎn)化時(shí)間較長(zhǎng)。

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Effects of fertilizer on soil elements and enzyme activities inimprovement soil ofplanted in farmland

LIU Chenyang1, GAO Chenglin1, ZHAO Yue1, TANG Lingling2, Zou Ji3, XU Yonghua1,*

1. College of Traditional Chinese Medicine, National Engineering Research Center of Ginseng Breeding and Application, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China 2. Hospital of Jilin Province Electric Power, Changchun 130021,China 3. Songyuan Ningjiang Green Food Development Center, Songyuan 138000,China

In order to explore the effect of fertilizer on soil elements and soil enzyme activities in the improvementsoil of farmland planting ginseng, soil samples treated with mixed fertilizer, Lule, humic acid, wood vinegar and probiotics were collected on May 21, 2019, and the soil nutrients and soil enzyme activities were studied.The results showed that different fertilizers played different roles in soil. The SOM and ACa contents of the soil with mixed fertilizer were the highest, which were 139.51 g·kg-1and 848.9 mg·kg-1, respectively.The highest contents of organic matter, available calcium in soil treated with mixed fertilizerwere 139.51 g·kg-1and 848.9 mg·kg-1respectively. The highest contents of available P and Mn in soil were 36.7 mg·kg-1and 126.12 mg·kg-1respectively after applying bio-organic fertilizer of TUDILE. The highest values of available iron, conductivity and available potassium in soil after humic acid application were 737.36 mg·kg-1, 59.67 mg·kg-1and 794.87 mg·kg-1, respectively.After applying wood vinegar and probiotics, all nutrients increased in varying degrees. Catalase activity was the lowest in the mixed fertilizer treatment, and the highest in the control treatment. Laccase activity was the lowest after humic acid treatment and the highest in wood vinegar treatment. The activity of sucrase was the lowest in humic acid treatment and the highest in mixed fertilizer treatment. The activity of urease was the lowest in humic acid treatment and the highest in probiotics treatment. The correlation analysis showed that soil nutrients were closely related to soil enzymes activity, and the correlation degrees were different. Five kinds of fertilizers had significant effects on soil improvement.

ginseng planted in farmland; soil improvement; soil elements; soil enzyme activity

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.006

S311

A

1008-8873(2021)02-040-08

2019-11-24;

2019-12-20基金項(xiàng)目:甘肅省科技廳國(guó)際合作項(xiàng)目(1504WKCA006)

潘秀雅(1983—), 女, 廣東韶關(guān)人, 碩士, 工程師, 主要從事水土保持研究, E-mail: panxiuya@163.com

陳文(1963—), 男, 副研究員, 主要從事地理環(huán)境與生態(tài)學(xué)研究, E-mail: cyw1018@sina.com

劉晨陽(yáng), 高成林, 趙玥, 等. 農(nóng)田栽參土壤改良中肥料對(duì)土壤元素及酶活性的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(2): 40–47.

LIU Chenyang, GAO Chenglin, ZHAO Yue, et al. Effects of fertilizer on soil elements and enzyme activities in soil improvement ofplanted in farmland[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 40–47.