不同施硅方式對(duì)土壤化學(xué)性狀及土壤酶活性的影響

沈彥輝 周新剛 吳鳳芝

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

不同施硅方式對(duì)土壤化學(xué)性狀及土壤酶活性的影響

沈彥輝 周新剛 吳鳳芝*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

選取北方大田黑土，以黃瓜品種津研4號(hào)為試材，采用盆栽試驗(yàn)，研究無苗土壤加硅、種苗硅灌根、種苗硅葉面噴施等不同施硅方式對(duì)土壤化學(xué)性狀及土壤酶活性的影響。結(jié)果表明：與無苗土壤不加硅對(duì)照相比，無苗土壤加硅處理后第20、30天，顯著提高了土壤pH值、EC值及土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶活性，顯著降低了土壤速效鉀含量；與種苗不加硅對(duì)照相比，種苗硅灌根處理后第20、30天顯著增加了土壤有效磷含量、pH值、EC值及土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶活性，降低或顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量；與種苗不加硅對(duì)照相比，種苗硅葉面噴施處理后第20天顯著提高了土壤pH值、有效磷含量及土壤脲酶活性，顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量。綜上，不同施硅方式均能在一定程度上影響土壤化學(xué)性狀和土壤酶活性，硅灌根處理對(duì)土壤化學(xué)性狀和土壤酶活性影響最大，無苗土壤加硅處理對(duì)土壤化學(xué)性狀和土壤酶活性的影響次之，硅葉面噴施對(duì)土壤化學(xué)性狀和土壤酶活性影響最小。

硅；灌根；葉面噴施；土壤化學(xué)性狀；土壤酶活性

硅是地殼中含量最豐富的礦質(zhì)元素之一，但由于土壤中硅廣泛存在（Vakalounakis，1996），且植物缺硅癥狀表現(xiàn)不明顯，硅在植物生長(zhǎng)過程中的生理功能長(zhǎng)期被忽視。但隨著研究的深入，大量研究表明硅對(duì)許多植物的生長(zhǎng)發(fā)育都有一定的生理效應(yīng)，硅元素已被列為“有益元素”（饒立華 等，1986）。硅肥已成為繼氮、磷、鉀肥之后的第四大元素肥料（Huang et al．，2011）。

土壤肥力是作物生長(zhǎng)發(fā)育的供給源，直接影響著作物的產(chǎn)量和品質(zhì)（陳秀芳 等，2005；劉慧霞和郭正剛，2011）。隨著作物的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分不斷被消耗，且不同元素間的相互作用也會(huì)改變其存在的形態(tài)，進(jìn)而影響植物的吸收利用。土壤酶作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中土壤生物活性和土壤肥力的重要組成部分（Marx et al．，2011），在催化土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮著重要作用（Zhou et al．，2011），其活性不僅能夠反映土壤微生物活性的高低，還能表征土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的速率和轉(zhuǎn)移能力的大小，對(duì)土壤肥力的演化產(chǎn)生重要影響（Boerner et al.，2005）。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于硅對(duì)土壤肥力影響的研究大多集中在單子葉植物上，尤其是水稻（Chen et al．，2011）、甘蔗（Huang et al．，2011）、小麥（董敬娜 等，2011）等喜硅作物。關(guān)于硅對(duì)雙子葉植物尤其是對(duì)種植黃瓜的土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀的影響多集中在礦質(zhì)元素間的互作效應(yīng)及礦質(zhì)元素生態(tài)因子間的部分替代功能，而將土壤化學(xué)性狀和土壤酶活性有機(jī)結(jié)合起來的研究相對(duì)較少。本試驗(yàn)以黃瓜（Cucumis sativus L.）為試材，研究無苗土壤加硅、種苗硅灌根、種苗硅葉面噴施處理對(duì)土壤化學(xué)性狀及土壤酶活性的影響，旨在探明不同施硅方式對(duì)土壤性狀和土壤酶活性影響的差異，以期為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采取合理的施硅肥方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為津研4號(hào)（沈陽市新民聯(lián)聞蔬菜種苗中心）；供試硅源為Na2SiO3·9H2O（天津市巴斯夫化工有限公司）；供試土壤為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)實(shí)習(xí)基地中未種植過黃瓜的大田黑土，其基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量73.58 g·kg-1、速效鉀123.75 mg·kg-1、有效磷47.92 mg·kg-1、堿解氮100.68 mg·kg-1、有效硅32.25 mg·kg-1、電導(dǎo)率402.76 μS·cm-1（土∶水=1.0 m∶2.5 V）、pH值5.85（土∶水=1.0 m∶2.5 V）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年9～11月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站溫室大棚和園藝學(xué)院蔬菜生理生態(tài)研究室進(jìn)行。

采取盆栽方法，將供試土壤混合均勻后裝入規(guī)格為14 cm×16 cm的塑料盆中，每盆1 kg。根據(jù)施硅方式的不同設(shè)置5個(gè)處理：無苗土壤不加硅對(duì)照（KB）、無苗土壤加硅處理（KB+Si）、種苗不加硅對(duì)照（WK）、種苗硅灌根處理（Si+R）、種苗硅葉面噴施處理（Si+L），為防止試驗(yàn)過程中葉面噴施硅處理時(shí)濺落到塑料盆中影響試驗(yàn)結(jié)果，所有處理均用塑料薄膜將盆口覆蓋但留一定的縫隙。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)15盆，完全隨機(jī)排列，小區(qū)周圍設(shè)置保護(hù)行，常規(guī)管理。黃瓜種子常規(guī)浸種、催芽、播種，子葉展開后定植到塑料盆中，種苗處理每個(gè)塑料盆中定植2株，待緩苗后進(jìn)行間苗，每盆留取1株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗。在幼苗第1片真葉完全展開第2片真葉剛露心時(shí)進(jìn)行土壤硅灌根和硅葉面噴施處理，其中土壤加硅處理（KB+Si和Si+R）是使用量筒按每個(gè)塑料盆加入100 mL SiO2濃度為2 mmoL·L-1的Na2SiO3·9H2O溶液（Pavlovic et al．，2013）；Si+L處理是噴施SiO2濃度為100 mg·kg-1的Na2SiO3·9H2O溶液，噴施量以所有葉片全部濕潤(rùn)但不形成水滴流走為宜，每7 d處理1次（Liang et al．，2005；Gonzalo et al．，2013）；土壤不加硅處理（KB、WK和Si+L）土壤澆灌等量的蒸餾水，WK和Si+R處理均在葉面噴施等量的蒸餾水。期間采用稱重法澆灌滅菌水，維持各處理間含水量保持一致，每2 d將塑料盆隨機(jī)調(diào)整位置，避免由于自然因素的不均造成的影響。分別于加硅處理后10、20、30 d取土樣，隨機(jī)收集不同處理黃瓜土壤，每重復(fù)隨機(jī)取3盆，將采集后的土壤樣品過2 mm篩，一部分自然風(fēng)干用于土壤化學(xué)性狀的測(cè)定，另一部分土樣保存于4 ℃冰箱中，用于土壤酶活性的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤化學(xué)性狀的測(cè)定：土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；速效氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷含量采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定；速效鉀含量采用醋酸銨-火焰光度法測(cè)定；pH值按土水比1.0 m：2.5 V用酸度計(jì)測(cè)定；EC值按土水比1.0 m：2.5 V用電導(dǎo)率儀測(cè)定（鮑士旦，2000）。土壤酶活性的測(cè)定：采用靛酚比色法測(cè)定脲酶活性，采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定轉(zhuǎn)化酶活性，采用磷酸苯二鈉法測(cè)定中性磷酸酶活性（嚴(yán)旭升，1988）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件整理原始數(shù)據(jù)，采用SAS 8.1軟件中Tukey進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響

隨著時(shí)間的增加，不同施硅方式的土壤速效氮含量均呈先增加后降低的趨勢(shì)（圖1）。第10天，無苗土壤加硅處理（KB+Si）的土壤速效氮含量高于無苗土壤不加硅對(duì)照（KB）；第10、20天，種苗加硅處理（Si+R、Si+L）的土壤速效氮含量也高于種苗不加硅對(duì)照（WK）；各個(gè)時(shí)期不同處理間無顯著差異。

隨著時(shí)間的增加，不同施硅方式對(duì)土壤有效磷含量的影響不同，與不加硅處理相比，加硅處理后第30天均增加了土壤有效磷含量（圖1）。相同處理時(shí)間下，無苗土壤加硅處理（KB+Si）與無苗土壤不加硅對(duì)照（KB）相比無顯著差異。第20、30天，與種苗不加硅對(duì)照（WK）相比，種苗加硅處理（Si+R、Si+L）顯著增加土壤有效磷含量；在整個(gè)取樣時(shí)期，種苗硅灌根處理（Si+R）土壤有效磷含量最高。

不同施硅方式均降低土壤速效鉀含量（圖1）。第20、30天，無苗加硅處理（KB+Si）與無苗不加硅對(duì)照（KB）相比、種苗硅灌根處理（Si+R）與種苗不加硅對(duì)照（WK）相比均顯著降低了土壤速效鉀含量；整個(gè)取樣時(shí)期，種苗硅葉面噴施處理（Si+L）的土壤速效鉀含量與種苗不加硅對(duì)照（WK）相比無顯著差異，種苗硅灌根處理（Si+R）的土壤速效鉀含量最低。

不同施硅方式均降低土壤有機(jī)質(zhì)含量（圖1）。第20天，與種苗不加硅對(duì)照（WK）相比，種苗加硅處理（Si+R、Si+L）均顯著降低土壤有機(jī)質(zhì)含量；整個(gè)取樣時(shí)期，種苗不加硅對(duì)照（WK）土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，無苗土壤加硅處理（KB+Si）最低。

不同施硅方式均增加土壤pH值（圖1）。第20、30天，無苗土壤加硅處理（KB+Si）與無苗土壤不加硅對(duì)照（KB）相比、種苗硅葉面噴施處理（Si+L）與種苗不加硅對(duì)照（WK）相比均顯著提高了土壤pH值；整個(gè)取樣時(shí)期，種苗硅灌根處理（Si+R）與種苗不加硅對(duì)照（WK）相比，均能顯著提高土壤pH值；整個(gè)取樣時(shí)期，種苗硅灌根處理（Si+R）處理土壤pH值最高。

不同施硅方式均能提高土壤EC值（圖1）。整個(gè)取樣時(shí)期，無苗土壤加硅處理（KB+Si）與無苗土壤不加硅對(duì)照（KB）相比、種苗土壤硅灌根（Si+R）處理與種苗土壤不加硅對(duì)照（WK）相比均顯著提高了土壤EC值；整個(gè)取樣時(shí)期，種苗硅葉面噴施處理（Si+L）與種苗不加硅對(duì)照（WK）的土壤EC值無顯著差異；第20、30天，種苗硅灌根（Si+R）處理土壤EC值顯著高于種苗硅葉面噴施（Si+L）處理；整個(gè)取樣時(shí)期，種苗硅灌根處理（Si+R）土壤EC值最高。

圖1 硅對(duì)土壤 學(xué)性狀的影響

2.2 硅對(duì)土壤酶活性的影響

第20、30天，不同施硅方式均能提高土壤中性磷酸酶活性（圖2）。整個(gè)取樣時(shí)期，無苗土壤加硅處理（KB+Si）中性磷酸酶活性均高于無苗土壤不加硅對(duì)照（KB），但差異不顯著；第20、30天，種苗加硅處理（Si+R、Si+L）中性磷酸酶活性高于種苗不加硅對(duì)照（WK），但差異不顯著。

第20、30天，不同施硅方式均能提高土壤脲酶活性（圖2）。整個(gè)取樣時(shí)期，無苗土壤加硅處理（KB+Si）土壤脲酶活性均顯著高于無苗土壤不加硅對(duì)照（KB）；第20、30天，種苗土壤加硅處理（Si+R、Si+L）土壤脲酶活性高于或顯著高于種苗不加硅對(duì)照（WK），且種苗硅灌根處理（Si+R）土壤脲酶活性最高。

不同施硅方式處理均能提高土壤轉(zhuǎn)化酶活性（圖2）。第20、30天，無苗土壤加硅處理（KB+Si）與無苗土壤不加硅對(duì)照（KB）相比、種苗硅灌根處理（Si+R）與種苗不加硅處理（WK）相比均顯著提高了土壤轉(zhuǎn)化酶活性，種苗硅葉面噴施（Si+L）處理與種苗不加硅處理（WK）的土壤轉(zhuǎn)化酶活性差異不顯著。

圖2 硅對(duì)土壤酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

土壤酶活性和土壤化學(xué)性狀一般是評(píng)價(jià)土壤肥力狀況的重要指標(biāo)，測(cè)定相應(yīng)土壤酶活性和土壤化學(xué)性狀的變化可以間接地了解和預(yù)測(cè)土壤肥力的演變趨勢(shì)（Caldwell，2005）。本試驗(yàn)選取表征土壤化學(xué)性狀的速效氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH值、EC值及與碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化相關(guān)的酶研究不同施硅方式對(duì)土壤肥力的影響。初步研究結(jié)果表明，不同施硅方式處理對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響不同，與無苗土壤不加硅對(duì)照相比，無苗土壤加硅處理降低或顯著降低了土壤速效鉀含量，提高或顯著提高了土壤pH值、EC值。與種苗不加硅對(duì)照相比，種苗硅灌根處理增加或顯著增加了土壤有效磷含量及土壤pH值、EC值，降低或顯著降低了土壤速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量；加硅處理后第20、30天，種苗硅葉面噴施處理顯著增加了土壤有效磷含量及土壤pH值，降低或顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量。本試驗(yàn)硅對(duì)土壤速效氮含量影響的結(jié)果與前人研究結(jié)果不一致（李清芳和馬成倉(cāng)，2003），這可能與試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)短及土壤氮的形態(tài)轉(zhuǎn)化有關(guān)（楊敬天 等，2010）。前人研究表明，土施硅肥能提高土壤pH值（Huang et al.，2011），而本試驗(yàn)中種苗硅葉面噴施也顯著提高了土壤pH值，這可能是由于硅直接參與黃瓜幼苗的生理生化過程中植株-根系分泌物-微生物相互作用造成土壤pH值升高（Bais et al.，2006；Nicol et al.，2008；Badri et al.，2009）。無苗土壤加硅處理土壤有效磷含量隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，與胡克偉等（2002）認(rèn)為不同施硅量對(duì)水稻土壤磷的吸附和解吸的研究結(jié)果一致；加硅處理后第20、30天，與無苗不加硅對(duì)照相比，種苗硅灌根、種苗硅葉面噴施處理均顯著增加了土壤有效磷含量，這可能是由于隨著黃瓜的生長(zhǎng)硅對(duì)土壤磷的解吸量增加造成的，也可能是由于硅酸根離子和磷酸根離子之間競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，導(dǎo)致土壤有效磷含量增加；種苗葉面噴施硅被黃瓜吸收利用后，在黃瓜植株內(nèi)與其吸收的有效磷存在交互作用，增加了磷的移動(dòng)性和有效性，減少了黃瓜植株對(duì)土壤磷的吸收造成的。加硅處理后第20、30天時(shí)，與無苗不加硅對(duì)照相比，無苗土壤加硅處理顯著降低土壤速效鉀含量，這與加硅后土壤鉀的轉(zhuǎn)化形態(tài)有關(guān)（楊敬天 等，2010），而種苗硅灌根處理速效鉀含量顯著低于種苗不加硅對(duì)照，這可能是由于硅刺激植物根系H+-ATP酶活性和根系脫氫酶活性促進(jìn)了植物對(duì)鉀的吸收或硅具有選擇性吸鉀的能力造成的（Liang，1999；Liang et al.，2007；Richmond & Sussman，2003）。不同加硅方式均降低土壤有機(jī)質(zhì)含量是由于硅提高了土壤微生物的活性，將土壤有機(jī)質(zhì)分解為簡(jiǎn)單的可供植物吸收利用的無機(jī)化合物以及CO2和H2O等造成的。硅提高了土壤離子交換能力，造成土壤EC值升高（Camberato，2001）。

本試驗(yàn)中，與相應(yīng)不加硅對(duì)照相比，加硅處理后第20、30天無苗土壤加硅和種苗硅灌根處理均顯著提高了土壤脲酶活性，種苗硅葉面噴施僅在加硅處理第20天時(shí)顯著提高了土壤脲酶活性；加硅處理后第20、30天，無苗土壤加硅和種苗硅灌根處理顯著提高了土壤轉(zhuǎn)化酶活性；不同施硅方式對(duì)土壤中性磷酸酶活性無顯著影響，這與前人的研究部分相似（Liang，1999；Wang et al.，2013）。前人研究表明，土壤加硅可提高土壤微生物的活性和微生物區(qū)系的組成（Matichenkov & Calvert，2002；Wang et al.，2013），而土壤微生物活性和微生物區(qū)系組成可以間接影響土壤酶的活性（Zhou et al．，2011），這可能是造成土壤加硅處理脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性增加的原因。本試驗(yàn)中，硅葉面處理除加硅處理第20天時(shí)顯著提高了土壤脲酶活性，對(duì)轉(zhuǎn)化酶、中性磷酸酶活性無顯著影響，這可能是由于葉面噴施硅被作物吸收后直接參與植物的生理生化過程和形態(tài)建成，提高了植株體內(nèi)養(yǎng)分元素的有效性，植株對(duì)土壤養(yǎng)分需求減少，土壤養(yǎng)分含量一定程度上影響了土壤酶活性。

此外，本試驗(yàn)僅測(cè)定了加硅處理后10、20、30 d的黃瓜根際土壤，并未對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期定位追蹤，隨著時(shí)間的增加，土壤養(yǎng)分含量、酶活性以及微生物區(qū)系可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，隨著不斷地添加Na2SiO3·9H2O所引入的鈉離子和有效硅不斷積累也可能影響作物生長(zhǎng)和土壤性狀。本試驗(yàn)僅測(cè)定了表征土壤肥力的土壤化學(xué)性狀和土壤酶活性，并未測(cè)定土壤微生物學(xué)活性和土壤物理學(xué)性狀，這些都需要進(jìn)一步研究。要明確硅對(duì)土壤肥力狀況的影響，還需要進(jìn)一步探明硅對(duì)土壤物理性狀及生物學(xué)性狀的影響。

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Effects of Different Silicon Fertilization Patterns on Soil Chemical Property and Soil Enzyme Activity

SHEN Yan-hui，ZHOU Xin-gang，WU Feng-zhi*
（College of Horticulture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030， Heilongjiang，China）

Black field soil from northern China was chosen，and cucumber‘Jinyan No.4’ was used as testing material. This pot culture experiment studies the effect of different silicon fertilization patterns such as nonseedling soil plus silicon，seedling soil applying silicon at root or spraying silicon at leaf surface， on soil chemical property and soil enzyme activity. The results showed that non-seedling soil plus silicon could significantly increase soil pH value，EC value， soil urease and inverted activity，decrease the content of available potassium significantly 20 days and 30 days after the treatment， and yet had no effect on the contents of available phosphorus，organic matter and available nitrogen. With seedling soil root-applied silicon could significantly increase soil available phosphorus content， pH value， EC value，soil urease and inverted activity，significantly decrease the contents of soil organic matter and available potassium 20 days and 30 days after the treatment. With seedling soil foliar-applied silicon could significantly increase soil pH value and available phosphorus contents and soil urease activity， reduce soil organic matter content 20 days after the treatment. In summary， different application of silicon in a certain extent can affect the soil chemical property and soil enzyme activity. Root-applied silicon can mostly influence soil chemical property and soil enzyme activity. Soil add silicon treatment can affect soil chemical property and soil enzyme activity. Silicon foliar application has minimal impact on soil chemical property and soil enzyme activity.

Silicon；Root-applied；Foliar-applied；Soil chemical properties；Soil enzyme activity

沈彥輝，男，碩士研究生，專業(yè)方向：設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)，E-mail：960286062@qq.com

*通訊作者（Corresponding author）：吳鳳芝，女，教授，博士生導(dǎo)師，專業(yè)方向：設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)，E-mail：fzwu2006@aliyun.com

2015-07-09；接受日期：2015-10-19

大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-25-08），國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAD05B01）