尿素對(duì)土壤微生物和土壤酶活性的影響研究

王勝楚

（周南中學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

不同肥料用量對(duì)土壤生物學(xué)過(guò)程的影響研究是肥域土壤生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容。尿素是最為常用的氮肥之一，在提高作物產(chǎn)量，培肥土壤肥力等方面起到了積極的作用。尿素在土壤中的轉(zhuǎn)化受很多因素影響，土壤微生物和和酶是最重要的兩個(gè)因素。土壤微生物的種群數(shù)量直接關(guān)系到土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)化，影響植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用。土壤酶是土壤的組成成分之一，其活性能反映土壤中多種生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度。土壤中的酶和微生物活性高低可以代表土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，在一定程度上反映作物對(duì)氮素的吸收利用與生長(zhǎng)發(fā)育狀況等，是土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)。提高土壤酶和土壤微生物活性能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)，防治和減輕病蟲(chóng)危害，增加作物產(chǎn)量[1-2]。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)不同作物的土壤酶活性及根際微生物的數(shù)量和組成進(jìn)行了研究[3-6]，但主要是關(guān)于長(zhǎng)期施肥或有機(jī)肥處理下微生物和酶活性的變化，關(guān)于尿素用量對(duì)小麥根際微生物和土壤酶活性影響的研究較少。為此，筆者探討了不同尿素施用量對(duì)水稻田內(nèi)微生物和土壤酶活性的影響，以期為水稻經(jīng)濟(jì)施肥和高效栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)用土采自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)草莓基地附近的水稻田，土壤為潮土，采集土壤分成8盆，保存于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的瓦罐花盆中，花盆高度30 cm、直徑20 cm、底部有直徑 2 cm 的小孔。用 3.0、6.0、9.0、12.0、15.0、18.0、21.0 g/m2的尿素分別處理7盆土壤，等相應(yīng)體積另留一盆加相應(yīng)的純凈水作為對(duì)照；每天向土壤樣品中補(bǔ)加20mL水，樣品處理時(shí)間為15 d。

1.2 試驗(yàn)方法

土壤微生物計(jì)數(shù)采用十倍稀釋法，土壤細(xì)菌測(cè)定使用選擇性培養(yǎng)基—牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基；微生物呼吸強(qiáng)度測(cè)定，利用一定濃度的NaOH溶液吸收土壤呼吸放出的二氧化碳，然后用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定剩余的NaOH量，求出NaOH的消耗量，計(jì)算出CO2的釋放量；蛋白酶活性的測(cè)定法用銅鹽比色法；蔗糖酶活性測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；多酚氫化酶，脲酶活性測(cè)定采用比色方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤細(xì)菌的影響

從圖1可以看出：不同尿素施用量對(duì)土壤中微生物的數(shù)量有不同程度的影響，隨著施肥量的增加，土壤中細(xì)菌的數(shù)量由上升到達(dá)頂峰后迅速下降，然后一直保持下降趨勢(shì)，其中在9 g/m2的尿素用量時(shí)細(xì)菌數(shù)量最高，說(shuō)明土壤中施該濃度尿素最適合細(xì)菌生長(zhǎng)。之后一直下降的原因可能是由于尿素濃度過(guò)高反而抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)。其中未處理比21 g/m2濃度處細(xì)菌數(shù)量高也可以充分說(shuō)明濃度過(guò)高會(huì)影響土壤中細(xì)菌的數(shù)量。

圖1 不同尿素用量對(duì)土壤細(xì)菌的影響

2.2 對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度的影響

從圖2中可以看出，尿素對(duì)水稻田土壤呼吸作用的有明顯的影響，施用量在0～6 g/m2時(shí)，土壤呼吸強(qiáng)度逐漸升高，說(shuō)明在該濃度范圍內(nèi)土壤中微生物的代謝一直處于上升狀態(tài)，在6 g/m2時(shí)達(dá)到最高。當(dāng)尿素濃度繼續(xù)上升，可能抑制了土壤中微生物的活性而使呼吸強(qiáng)度逐漸下降。土壤呼吸強(qiáng)度應(yīng)該與土壤中微生物的生物量成正相關(guān)性，但由圖1可見(jiàn)細(xì)菌達(dá)到最高生物量的尿素濃度在9 g/m2處，而土壤微生物呼吸強(qiáng)度的最高值為6 g/m2，這可能是由于受到土壤中其他微生物如真菌、放線菌的影響。

圖2 不同尿素用量對(duì)土壤微生物呼吸強(qiáng)度的影響

2.3 對(duì)土壤酶的影響

土壤蛋白酶可以水解蛋白質(zhì)為短肽，短肽進(jìn)一步水解為氨基酸，這些水解產(chǎn)物是植物的氮源之一，土壤蛋白酶活性的高低在一定程度上反映了土壤的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，從表1中可以看出，蛋白酶的活性隨著尿素含量的增加也是呈先上升后下降的趨勢(shì)，活性最高點(diǎn)在尿素用量為12.0 g/m2，并且也是在15.0 g/m2開(kāi)始極速下降，之后下降速度減慢。這與土壤中細(xì)菌數(shù)量的關(guān)系十分相似?？梢哉f(shuō)明該土壤中蛋白酶與土壤細(xì)菌存在密切的相關(guān)性。多酚氧化酶的活性則呈一直上升趨勢(shì)，而未處理的土壤樣品的酶活性高于樣品施15.0 g/m2尿素之前的酶活，說(shuō)明低濃度的尿素可能會(huì)抑制多酚氧化酶的活性，尿素用量在18.0 g/m2以上時(shí)能促進(jìn)該酶的活性。蔗糖酶活性的總體趨勢(shì)也基本是由逐漸上升到下降，蔗糖酶主要來(lái)自于土壤微生物和植物，在無(wú)植物時(shí)主要受微生物的影響，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與土壤細(xì)菌數(shù)量變化趨勢(shì)基本一致。隨尿素施用量的增加，脲酶含量基本呈上升趨勢(shì)（僅尿素施用量從12.0 g/m2升至15.0 g/m2時(shí)稍降），這與脲酶分解尿素的作用一致，反映了土壤有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化情況。

表1 不同處理土壤中蛋白酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶的含量

2.4 對(duì)全氮的影響

由表2可以得出：尿素處理明顯高于對(duì)照，其中加入9 g/m2尿素的含氮量最高，為對(duì)照的1.53倍，當(dāng)加入尿素的量高于9 g/m2時(shí)，含氮量反而下降，可能是由于尿素加入過(guò)多，影響土壤微生物的分布規(guī)律，使尿素分解菌增多，氨細(xì)菌等細(xì)菌分解了尿素等氮素，以氨氣、NO2等氣體形式流失。

表2 不同濃度尿素對(duì)土壤總氮量的影響

3 討 論

土壤是一個(gè)很特別的微區(qū)域，由于植物根系的影響，使其周?chē)奈⒂蛟谖锢?、化學(xué)和生物特性方面與土體主體不同。已有研究表明，不同作物的根際有其特定的微生物群落，就是同一作物在不同生育時(shí)期和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，其土壤微生物數(shù)量也呈現(xiàn)一定的動(dòng)態(tài)變化[6]。本試驗(yàn)中，尿素對(duì)水稻田微生物數(shù)量均產(chǎn)生影響；其中微生物總量在施用9 g/m2尿素時(shí)數(shù)量最多，之后隨濃度升高數(shù)量有所下降，這可能是因?yàn)槟蛩貪舛冗^(guò)高導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)受到抑制，從而微生物總量降低。專(zhuān)家對(duì)水稻的研究也表明，水稻生長(zhǎng)旺盛的時(shí)候，水稻根系與根際土壤微生物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致水稻根際土壤微生物活性下降[7]。而作物與根際微生物爭(zhēng)奪土壤養(yǎng)分過(guò)程中，土壤生態(tài)系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)作用，避免與作物爭(zhēng)奪養(yǎng)分，對(duì)于后期產(chǎn)量的提高是有益的[8]。

本研究結(jié)果表明，不同施氮水平土壤酶活性不同。蛋白酶活性隨施氮水平增加而變化與馬東云等人所做的蛋白酶酶活性變化的結(jié)果相一致[9]。作物與土壤微生物有密切關(guān)系。水稻生長(zhǎng)過(guò)程中微生物數(shù)量和土壤酶活性的變化反映了水稻生長(zhǎng)促使了根系微生物的形成及酶活性的高低，同時(shí)，根系微生物的大量繁殖和旺盛活動(dòng)以及土壤酶活性的高低又必將對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響。這表明，肥料、土壤、作物和微生物之間關(guān)系十分密切，肥料促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，強(qiáng)大的根土系統(tǒng)促進(jìn)了微生物的繁衍。而微生物的繁衍又可促進(jìn)土壤有機(jī)物的礦化，從而形成作物與微生物在土壤載體中的相互依存相互促進(jìn)的關(guān)系。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中如何采取科學(xué)合理的施肥及栽培管理措施，使土壤微生物及酶活性有利于水稻的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的提高將是進(jìn)一步的研究課題。由于微生物和酶對(duì)環(huán)境變化的敏感性，增加尿素的量必然會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生一些影響。在本試驗(yàn)中，施用9～12 g/m2尿素是土壤微生物和酶活性明顯變化的一個(gè)轉(zhuǎn)折區(qū)。其原因可能是，尿素溶解后高濃度的脅迫，pH值的變化，土壤有效水分的虧缺以及整個(gè)土壤環(huán)境的變化所致，有必要開(kāi)展“肥際”研究，以從微觀了解肥料對(duì)土壤和植物根系生長(zhǎng)發(fā)育的影響，也能為研究如何提高肥料利用率、降低肥料的負(fù)面效應(yīng)的科研工作者提供一個(gè)新的視角。

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