干旱脅迫下不同品種甘蔗土壤養(yǎng)分及酶活性的差異性研究

王梓軒 張潤卿 卜俊瑤

[摘 要] 水分對植物的生長會(huì)產(chǎn)生很大的影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上是主要限制因子之一。隨著全球氣候逐漸惡劣，氣象災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，其中旱災(zāi)已成為影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要的自然災(zāi)害。本文以4個(gè)不同品種的甘蔗為研究對象，分析不同品種甘蔗應(yīng)對干旱脅迫根際土壤碳、氮、速效磷含量及土壤酶活性的差異，結(jié)合土壤理化性質(zhì)關(guān)聯(lián)分析明確干旱脅迫下甘蔗高效生產(chǎn)的土壤微生物作用機(jī)理、土壤肥力特征，為構(gòu)建高效、生態(tài)、可持續(xù)的甘蔗抗旱技術(shù)體系提供理論支撐。

[關(guān)鍵詞] 干旱脅迫;甘蔗;土壤養(yǎng)分;土壤酶活性

[中圖分類號] S566.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號] 1674-7909（2020）02-80-2

甘蔗是我國重要的糖料作物。目前，我國甘蔗主要種植于廣西、廣東、云南等省區(qū)，其中廣西壯族自治區(qū)丘陵旱地甘蔗種植地面積高達(dá)90%，這些地區(qū)大多無灌溉條件，由于自然降雨不均衡、土壤保水能力有限、水利工程設(shè)施不完善等原因，導(dǎo)致作物旱害越來越嚴(yán)重。干旱問題已成為影響甘蔗產(chǎn)量的首要問題[1-3]。

甘蔗的根系是第一個(gè)受到干旱脅迫的器官，耐旱基因型甘蔗的根系會(huì)對干旱做出反饋，并向甘蔗植株其他細(xì)胞、組織和器官發(fā)出應(yīng)激信號。干旱脅迫可改變作物根系構(gòu)型和代謝水平，篩選和塑造根系周圍的微生物種群，從而改變根際土壤養(yǎng)分循環(huán)過程，進(jìn)而影響作物對土壤養(yǎng)分的活化利用。土壤養(yǎng)分的有效性是決定植物生長狀況的關(guān)鍵因素。土壤酶在土壤環(huán)境中是最活躍的成分之一，土壤酶主要來自于土壤微生物的活動(dòng)、植物根系分泌物和動(dòng)植物殘?bào)w腐解[4]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2018年10月至2019年1月在廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)溫室進(jìn)行。試驗(yàn)用塑料桶內(nèi)徑30 cm、深50 cm，內(nèi)裝30 kg土樣。甘蔗品種為桂糖21號、桂糖31號、桂糖42號、粵糖93-159。將甘蔗莖段放入基質(zhì)中進(jìn)行育苗，待長出芽后移植入桶內(nèi)進(jìn)行種植，每桶種植2株。

試驗(yàn)處理為干旱脅迫，同時(shí)設(shè)置正常澆水作為對照，采用TDR土壤水分測定儀對水分進(jìn)行監(jiān)測并控制土壤水分。干旱脅迫前所有處理均正常澆水，待甘蔗長至分蘗期時(shí)進(jìn)行干旱脅迫，干旱脅迫結(jié)束后采取每桶的土壤樣本。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

土壤養(yǎng)分采用以下分析方法[5]：土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定;全氮采用開氏法消解，采用凱式定氮儀測定;速效磷采用0.05 mol/L碳酸氫鈉提取，采用鉬銻抗比色法測定。

土壤酶活性的測定包括脲酶、酸性磷酸酶活性的測定，使用試劑盒進(jìn)行提取，并使用紫外分光光度法進(jìn)行測定。

1.3 土壤樣品采集

2019年1月25日，采集根上富集的根際土土壤樣品，土樣自然風(fēng)干、過1 mm篩，測土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel和GraphPad Prism 8軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對土壤養(yǎng)分的影響

土壤中有機(jī)質(zhì)和氮、磷含量是作物生長中需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)，會(huì)對作物的生長產(chǎn)生很大的影響。分析圖1至圖3可知，土壤養(yǎng)分在干旱脅迫前后發(fā)生了較大的差異。由圖1可知，除桂糖31號外，與正常澆水相比，桂糖42號、桂糖21號、粵糖93-159干旱脅迫后土壤有機(jī)質(zhì)含量分別下降了7.58%、12.40%、62.56%。由圖2可知，干旱脅迫后相比原始土樣土壤全氮含量均顯著提升，桂糖42號、桂糖31號、桂糖21號、粵糖93-159干旱脅迫后土壤全氮含量相比原始土樣分別提升了68.69%、78.60%、25.45%、27.72%。由圖3可知，試驗(yàn)采用的4個(gè)甘蔗品種干旱脅迫后土壤速效磷含量較正常澆水相比均有了顯著的下降，桂糖42號、桂糖31號、桂糖21號、粵糖93-159分別下降了1.33%、1.24%、5.46%、4.33%?？梢姡珊得{迫會(huì)使得土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷含量降低，全氮含量則升高。

2.2 干旱脅迫對土壤酶活性的影響

土壤酶對環(huán)境脅迫十分敏感，并且能迅速發(fā)生變化，對土壤生態(tài)系統(tǒng)起到了預(yù)警和指示的作用。由圖4和圖5可知，土壤酶活性在干旱脅迫前后發(fā)生了較大的變化。由圖4可知，干旱脅迫后土壤酸性磷酸酶活性相較于正常澆水有了顯著的提升，桂糖42號、桂糖31號、桂糖21號、粵糖93-159分別提升了18.65%、29.33%、41.59%、74.49%。由圖5可知，除桂糖31號外，其他品種干旱脅迫后土壤脲酶活性較正常澆水均有所降低，桂糖42號、桂糖21號、粵糖93-159分別下降了11.52%、24.60%、15.08%?？梢?，土壤酸性磷酸酶活性和脲酶活性與干旱脅迫有著十分大的關(guān)系，干旱脅迫會(huì)使酸性磷酸酶活性顯著提高、脲酶活性顯著降低。

3 結(jié)論

土壤中的有機(jī)質(zhì)、氮、磷為植物生長所必需的營養(yǎng)元素。土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量與植物生長狀況有著密切的關(guān)系，有關(guān)植物根際土壤養(yǎng)分的研究愈來愈受到國內(nèi)外研究者的關(guān)注。隨著植物的生長，土體養(yǎng)分通過質(zhì)流和擴(kuò)散的方式向根表遷移，使根際土壤的養(yǎng)分狀況發(fā)生復(fù)雜的改變[6]。本試驗(yàn)也證明，在干旱脅迫下土壤養(yǎng)分會(huì)出現(xiàn)較大的變化。

土壤酶是土壤環(huán)境中最活躍的成分之一[4]。土壤酶積極參與土壤生物化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)過程，有效推動(dòng)土壤的代謝過程，是土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)（包括碳、氮、磷等）中十分重要的一個(gè)影響因素。土壤酶活性能反映土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)過程的強(qiáng)度和方向，最終反映土壤狀況[7，8]。本試驗(yàn)也證明，在干旱脅迫下土壤酸性磷酸酶和脲酶的活性會(huì)產(chǎn)生顯著變化。

雖然該研究僅采集了4個(gè)甘蔗品種的土樣進(jìn)行分析，但是仍能從一定程度上看出干旱脅迫下根際土壤養(yǎng)分含量和酶活性的差異。為了給構(gòu)建高效、生態(tài)、可持續(xù)的甘蔗抗旱技術(shù)體系提供理論，后續(xù)還需進(jìn)一步進(jìn)行田間試驗(yàn)對結(jié)果進(jìn)行多重驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]楊洪昌，吳才文，吳正焜，等.適宜旱地蔗區(qū)種植的甘蔗新品種：云引42號試驗(yàn)初報(bào)[J].甘蔗糖業(yè)，2008（2）：14-17.

[2]李楊瑞，楊麗濤.20世紀(jì)90年代以來我國甘蔗產(chǎn)業(yè)和科技的新發(fā)展[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009（5）：1469-1476.

[3]王繼華，張木清，曹干.甘蔗抗旱育種研究進(jìn)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（12）：34-51.

[4]He M，Dijkstra F A. Drought effect on plant nitrogen and phosphorus： A meta-analysis [J].New Phytologist，2014（4）：924-931.

[5]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.

[6]李從娟，李彥，馬健，等.干旱區(qū)植物根際土壤養(yǎng)分狀況的對比研究[J].干旱區(qū)地理，2011（2）：222-228.

[7]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[8]Burns R G. International Conference： Enzymes in the environment： activity， ecology and applications[J].Soil Biology and Biochemistry，2000（13）：1815.