充分濕潤(rùn)與淹水栽培對(duì)土壤養(yǎng)分與酶活性的影響

張 娜,潘瑞瑞,周增輝,3,劉 野,江解增*,田秋芳,石如瓊

(1.揚(yáng)州大學(xué) 水生蔬菜研究室,江蘇 揚(yáng)州 225009；2.浙江仙璟梅林果業(yè)有限公司,浙江 舟山 316100；3.浙江省舟山市定海區(qū)雙橋街道,浙江 舟山 316100)

充分濕潤(rùn)與淹水栽培對(duì)土壤養(yǎng)分與酶活性的影響

張 娜1,2,潘瑞瑞1,周增輝1,3,劉 野1,江解增1*,田秋芳1,石如瓊1

(1.揚(yáng)州大學(xué) 水生蔬菜研究室,江蘇 揚(yáng)州 225009；2.浙江仙璟梅林果業(yè)有限公司,浙江 舟山 316100；3.浙江省舟山市定海區(qū)雙橋街道,浙江 舟山 316100)

摘要：研究了充分濕潤(rùn)與淹水栽培對(duì)設(shè)施土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的影響以及土壤酶活性與養(yǎng)分含量之間的關(guān)系。結(jié)果表明：充分濕潤(rùn)和淹水栽培對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響的差異不大,均會(huì)使0～40 cm土層土壤速效磷、鉀含量和0～20 cm土層硝態(tài)氮含量小幅下降；兩種水作后期0～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量均略有增加,0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均在20 g/kg以上；兩種水作均會(huì)降低土壤酶的活性,但充分濕潤(rùn)栽培對(duì)土壤酶活性的影響較小。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),土壤硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量與土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性之間密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：充分濕潤(rùn)栽培；淹水栽培；水旱輪作；土壤養(yǎng)分；土壤酶活性

土壤酶主要來(lái)源于土壤微生物活動(dòng)、植物根系分泌、植物殘?bào)w以及土壤動(dòng)物區(qū)系分解[1],其作為土壤組分中最活躍的有機(jī)成分之一,不僅可以表征土壤物質(zhì)能量代謝旺盛程度,而且可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要生物指標(biāo)。目前,土壤鹽漬化的發(fā)生,導(dǎo)致設(shè)施蔬菜連作障礙越來(lái)越嚴(yán)重,限制了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2]。江解增等[3]認(rèn)為設(shè)施蔬菜水旱輪作可有效防控土壤鹽漬化。前期調(diào)查發(fā)現(xiàn),淹水栽培處理可以降低0～40 cm土層土壤鹽分,充分濕潤(rùn)栽培處理可以降低0～30 cm土層的土壤鹽分[4]。因此,調(diào)查研究充分濕潤(rùn)和淹水栽培對(duì)土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的影響以及土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系,可以為設(shè)施蔬菜水(濕)旱輪作改良鹽漬化土壤的生態(tài)新模式提供更多的理論依據(jù)。

孫瑞蓮等[5]對(duì)土壤耕層、王生鑫等(2011)對(duì)不同間作模式、劉淑英[6]對(duì)小麥?zhǔn)斋@期、侯彥慧等(2009)對(duì)放牧草地及宋海燕等[7]對(duì)濱海地區(qū)棗園土壤等均進(jìn)行了分層研究,他們的研究結(jié)果均表明土壤酶活性與土壤養(yǎng)分具有密切的關(guān)系。目前,有關(guān)不同水作方式對(duì)設(shè)施土壤0～40 cm不同層次土壤有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分和酶活性的影響以及土壤養(yǎng)分與土壤酶活性之間關(guān)系的研究尚未見報(bào)道。鑒于此，筆者探討了設(shè)施蔬菜水旱輪作新模式下土壤酶活性與養(yǎng)分的關(guān)系,以及充分濕潤(rùn)和淹水栽培對(duì)不同層次土壤酶活性及養(yǎng)分含量影響的差異,以期為設(shè)施蔬菜水旱輪作防治土壤鹽漬化提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與土樣采集

試驗(yàn)設(shè)計(jì)與土樣采集方法與前期試驗(yàn)[4]相同。

1.2測(cè)定方法

采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用NH4OAc浸提-火焰光度法[8]測(cè)定土壤速效鉀含量；采用紫外分光光度法[9]測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量；采用Olsen法[10]測(cè)定有效磷含量；采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤蔗糖酶活性；采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定土壤磷酸酶活性；采用靛酚藍(lán)比色法[11]測(cè)定土壤脲酶活性。

1.3數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和SPSS 16.0對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2結(jié)果與分析

2.1兩種水作前后期土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)的變化

由圖1可知,兩種水作后期0～40 cm土層土壤速效磷、鉀含量,0～10 cm土層硝態(tài)氮含量和10～40 cm土層有機(jī)質(zhì)含量均有所下降,0～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量有所上升。兩種水作后期0～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量略有增加,可能是因?yàn)楸韺油寥乐兄参餁報(bào)w較多,在水分充足的情況下,有機(jī)質(zhì)的礦化速率較慢,導(dǎo)致了表層土壤有機(jī)質(zhì)緩慢積累；兩種水作10～40 cm土層有機(jī)質(zhì)含量降幅差異不明顯。充分濕潤(rùn)栽培后期20～40 cm土層硝態(tài)氮含量有所上升,而淹水栽培后期10～40 cm土層硝態(tài)氮含量均有所上升,且淹水栽培升幅較小。土壤速效鉀和速效磷經(jīng)充分濕潤(rùn)栽培處理后變幅較小,相比之下,經(jīng)淹水栽培處理后變幅較大。淹水栽培處理有效磷含量降幅較大,可能與土壤有效磷隨水下移及植物吸收有關(guān)。兩種水作后期30～40 cm土層速效鉀含量均略有上升,可能與速效鉀養(yǎng)分積累到該土層有關(guān)。從土壤剖面看,隨著土壤層次加深,土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量均降低。

圖1　土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量在水作前后期的變化

2.2兩種水作前后期土壤主要酶活的變化

由表1可知,兩種水作后土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性均有所降低。其中,充分濕潤(rùn)栽培處理各土層土壤脲酶活性降幅在0.24%～15.05%之間,淹水栽培處理降幅在12.95%～57.00%,相比之下,充分濕潤(rùn)栽培處理的降幅較小,對(duì)維持土壤脲酶活性更有利。充分濕潤(rùn)栽培處理的0～10 cm和10～20 cm土層酸性磷酸酶活性降幅分別為1.06%和0.52%,而經(jīng)淹水栽培處理的降幅分別為8.81%和24.67%,顯然,充分濕潤(rùn)栽培對(duì)0～20 cm土層酸性磷酸酶活性具有更好的保護(hù)作用,進(jìn)而保持了土壤耕層的肥力。兩種水作處理20～30 cm土層酸性磷酸酶活性降幅均達(dá)55%以上,這可能與作物根系在此層對(duì)養(yǎng)分吸收較多有關(guān)。淹水栽培處理30～40 cm土層酸性磷酸酶活性降幅較充分濕潤(rùn)栽培處理大。除10～20 cm土層土壤蔗糖酶活性升幅達(dá)28.13%外,充分濕潤(rùn)栽培處理其他各層土壤蔗糖酶活性均降低。除20～30 cm土層土壤蔗糖酶活性有所升高外,淹水栽培處理其他各層均有所降低,其中30～40 cm土層降幅較大,達(dá)35.70%,可能與土壤養(yǎng)分的變化有關(guān)。充分濕潤(rùn)栽培處理土壤蔗糖酶活性的降幅明顯較淹水栽培處理小,說(shuō)明充分濕潤(rùn)栽培可以保持甚至增加土壤蔗糖酶活性。兩種水作各層土壤蔗糖酶活性的變化趨勢(shì)與有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢(shì)基本一致,因此,土壤蔗糖酶活性這種變化可能與土壤有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。

從土壤剖面看,隨土層深度的增加,兩種水作的土壤脲酶、酸性磷酸酶和土壤蔗糖酶活性均降低,可能與表層土壤水、肥、氣、熱條件較優(yōu)越有關(guān)。

表1　土壤主要土壤酶活性在水作前后期的變化

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為與相應(yīng)處理前相比的變化幅度。

2.3兩種水作下土壤酶活性與土壤養(yǎng)分間以及不同酶活性之間的相關(guān)性

由表2可以看出：充分濕潤(rùn)及淹水栽培處理土壤脲酶活性與硝態(tài)氮含量之間分別達(dá)到極顯著和顯著正相關(guān)水平,其相關(guān)系數(shù)分別為0.735、0.500；在兩種水作方式下,土壤蔗糖酶活性與有機(jī)質(zhì)含量間的正相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平,其相關(guān)系數(shù)分別為0.884、0.750,但充分濕潤(rùn)栽培處理下的線性相關(guān)更強(qiáng)；土壤磷酸酶活性與速效磷含量間也存在很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系,但淹水栽培處理下的相關(guān)性更強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.856，達(dá)極顯著水平。

相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),在充分濕潤(rùn)栽培處理下,除速效磷和堿解氮含量與3種酶活性之間呈顯著的正相關(guān)外,有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量與土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)均在0.800以上；淹水栽培處理的3種酶活性與4種養(yǎng)分含量之間均存在極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)均在0.750以上。

表2　兩種水作下土壤酶活性與養(yǎng)分間及不同酶活性間的相關(guān)性

注：“**”表示相關(guān)極顯著(P<0.01)；“*”表示相關(guān)顯著(P<0.05)。

3討論

充分濕潤(rùn)和淹水栽培處理0～40 cm土層土壤速效養(yǎng)分含量基本上呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。有機(jī)質(zhì)含量在0～10 cm土層略有增加,可能與表層土壤中植物殘?bào)w和微生物含量較多有關(guān),在水分充足的情況下,植物殘?bào)w腐殖化且有機(jī)質(zhì)的礦化速率較慢而導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)緩慢積累[12]。兩種水作處理20～40 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)且淹水栽培下的下降幅度較大,說(shuō)明充分濕潤(rùn)栽培可以保持土壤有機(jī)質(zhì)含量。土壤速效鉀和速效磷含量經(jīng)淹水栽培處理后變幅較大,相比之下,充分濕潤(rùn)栽培處理后變幅較?。欢浞譂駶?rùn)栽培下的土壤硝態(tài)氮含量降幅較淹水栽培下的大。由此表明,充分濕潤(rùn)栽培時(shí)植物需要的大量養(yǎng)分(磷、鉀養(yǎng)分)在土壤中有一定的保留,而土壤中富集較多的硝態(tài)氮含量在降低后適于植物吸收利用。淹水栽培處理的土壤有效磷含量降幅較大,可能與土壤有效磷隨水下移到土壤底層及作物吸收有關(guān)。兩種水作后期0～30 cm土層土壤速效鉀含量均有所降低,而在30～40 cm土層有所上升,可能與土壤表面水壓有關(guān),使得速效鉀在底層累積。

土壤蔗糖酶可以增加土壤中易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),其活性與有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化和呼吸強(qiáng)度有密切關(guān)系[13]。土壤脲酶能分解有機(jī)物,促其水解成氨和二氧化碳[14],其活性在一定程度上可以反映土壤的供氮能力。土壤磷酸酶的活性高低直接影響土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性。兩種水作處理后,各土層的土壤脲酶、蔗糖酶及磷酸酶活性均有所下降,且脲酶和磷酸酶活性的變化較蔗糖酶大。土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性相互之間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系?？赡苁且?yàn)檫@幾種酶存在相同的底物,當(dāng)其中一種酶與底物結(jié)合后會(huì)釋放某一種或多種信息物質(zhì)激活其他酶的活性,從而導(dǎo)致不同種類的酶之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[15]。土壤酶參與腐殖質(zhì)的形成和有機(jī)質(zhì)的分解等土壤中多種元素的生物循環(huán),其活性可以反映土壤養(yǎng)分,尤其是氮、磷養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的強(qiáng)弱[16]。相關(guān)分析結(jié)果表明,兩種水作下的土壤硝態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量與土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性均密切相關(guān),其中有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量與土壤脲酶呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,速效磷和速效鉀對(duì)脲酶活性的影響主要是通過(guò)有機(jī)質(zhì)、堿解氮的間接影響[17]。本研究表明,土壤蔗糖酶活性與硝態(tài)氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系,這與李東坡等[18]對(duì)黑土地培肥試驗(yàn)的研究結(jié)果相似；酸性磷酸酶活性與有機(jī)質(zhì)、速效鉀、速效磷、硝態(tài)氮含量間均存在顯著正相關(guān)關(guān)系,這說(shuō)明土壤酶可以表征土壤肥力,土壤酶活性的提高可以顯著提高土壤肥力。這與唐玉姝等[19]和王智功[20]的研究結(jié)果一致。

4結(jié)論

經(jīng)兩種水作處理后,0～40 cm各層土壤速效磷、鉀含量均呈下降趨勢(shì),但經(jīng)充分濕潤(rùn)栽培處理的降幅較小。有機(jī)質(zhì)含量在0～10 cm表層土壤有所上升,在10～30 cm土層有所下降,但降幅均不明顯。淹水栽培處理10～40 cm土層硝態(tài)氮含量有所上升,而充分濕潤(rùn)栽培處理僅20～40 cm土層上升。土壤蔗糖酶活性在20～30 cm土層有所上升。說(shuō)明兩種水作方式均可改良鹽漬化土壤。充分濕潤(rùn)栽培處理基本上可以保持土壤有效養(yǎng)分和土壤生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性,對(duì)鹽漬化土壤的改良更有利。另外,充分濕潤(rùn)栽培可以作為缺水、灌溉難及保水差地區(qū)改良鹽漬化的生態(tài)模式。相對(duì)于要長(zhǎng)時(shí)間保持明水層的淹水栽培而言，充分濕潤(rùn)栽培簡(jiǎn)單易行,同時(shí)可以避免過(guò)量灌水引起的養(yǎng)分流失,符合節(jié)水灌溉、可持續(xù)發(fā)展的理念。

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(責(zé)任編輯：黃榮華)

Effects of Full Wettish Cultivation and Waterlogging Cultivation on Soil Nutrient Content and Enzyme Activities

ZHANG Na1,2, PAN Rui-rui1, ZHOU Zeng-hui1,3, LIU Ye1,JIANG Jie-zeng1*, TIAN Qiu-fang1, SHI Ru-qiong1

(1. Institute of Aquatic Vegetable Research, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2. Xianjing Meilin Fruit Industrial Limited Company in Zhejiang, Zhoushan 316100, China; 3. Shuangqiao Street, Dinghai District of Zhoushan City in Zhejiang Province, Zhoushan 316100, China)

Abstract：The experiment was undertaken to study the effect of full wettish cultivation and waterlogging cultivation on facility soil nutrient content and soil enzyme activities, and the relationship between soil enzyme activities and nutrients. The results showed that the difference in the impact of full wettish and waterlogging cultivation on soil nutrients was small. Two kinds of water-submerging-cultivation would reduce soil available P and K content in 0～40 cm soil layers and nitrate-N content in 0～20 cm soil layers. Soil organic matter content increased slightly in 0～10 cm soil layers, and soil organic matter content in 0～20 cm soil layers were more than 20 g/kg, achieving a moderate or high level. Both water-submerging-cultivation could reduce soil enzyme activities, but wettish cultivation had a smaller effect on them. Correlation analysis showed that nitrate-N, available P and K and organic matter content were closely related to soil urease, sucrase and phosphatase activities.

Key words：Full wettish cultivation; Waterlogging cultivation; Paddy-upland rotation; Soil nutrients; Soil enzyme activities

收稿日期：2015-09-13

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程[SXGC(2014)314]；國(guó)家科技計(jì)劃課題(2012BAD27B00)。

作者簡(jiǎn)介：張娜(1989─),主要從事水旱輪作研究。*通訊作者：江解增。

中圖分類號(hào)：S153.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)04-0028-04