舒 灝,石國榮
(1. 湖南農業(yè)大學生物科學技術學院,湖南 長沙 410128;2. 湖南農業(yè)大學理學院,湖南 長沙 410128;3. 湖南農業(yè)大學煙草研究院,湖南 長沙 410128)
外源有機碳對植煙土壤活性有機碳及酶活性的影響
舒 灝1,3,石國榮2,3
(1. 湖南農業(yè)大學生物科學技術學院,湖南 長沙 410128;2. 湖南農業(yè)大學理學院,湖南 長沙 410128;3. 湖南農業(yè)大學煙草研究院,湖南 長沙 410128)
試驗設置2%木本泥炭(M1)、2%草本泥炭(M2)和2%褐煤(M3)3個處理,對植煙土壤的活性有機碳、碳庫管理指數和酶活性進行了考察。結果表明:施用外源有機碳可以提高土壤活性有機碳(LOC)、高活性有機碳(HLOC)和碳庫管理指數(CMI),提升幅度為木本泥炭>褐煤>草木泥炭;施用外源有機碳后,植煙土壤的過氧化氫酶活性均無顯著變化,施用木本泥炭12個月后,土壤蔗糖酶活性降低了54.6%,脲酶活性升高了25.9%,而草本泥炭和褐煤處理的土壤蔗糖酶和脲酶活性變化不大。
外源有機碳;植煙土壤;活性有機碳;酶活性
隨著土壤利用強度的加大,土壤侵蝕現象日益嚴重[1]。土壤有機碳是土壤的重要組成部分[2],是評價土壤肥力和土壤質量的指標之一[3-4]。但有機碳數量不能很好評價土壤有機質的質量,而活性有機碳的不同組分和碳庫管理指數(CMI)能更為客觀地反映土壤質量和土壤肥力狀況[5]?;钚杂袡C碳在土壤物質循環(huán)、養(yǎng)分周轉以及維持團粒結構穩(wěn)定性中起重要的作用,能更靈敏地指示土壤質量的變化[6]。
有機碳的變化需要較長時間才能表現出來,而土壤酶活性則能夠在較短時期內鑒別出土壤管理措施的利弊[7]。土壤酶活性與土壤中進行的生物化學過程的強度和方向以及土壤的透氣性等密切相關[8-9],可以表征土壤的綜合肥力特征、物質能量循環(huán)以及養(yǎng)分轉化情況,是評價土壤質量的敏感指標之一[10]。其中,土壤蔗糖酶活性與土壤呼吸強度有關,脲酶活性與土壤氮素轉化有關,而過氧化氫酶活性則與土壤生物學強度有關[11]。
施用外源有機碳是解決土壤肥力下降的有效途徑之一[10],但外源有機碳對土壤活性有機碳和酶活性的影響研究較少。筆者通過對比添加2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤的處理,研究外源有機碳對植煙土壤活性有機碳和土壤酶活性的影響,以期為提升土壤質量提供理論依據。
1.1 供試土壤
選擇湖南農業(yè)大學教學實習基地煙—稻輪作土作為供試土壤,采樣時間為2015年12月。在采樣點按S形隨機設置5個采樣點,從采樣點采集土樣作為供試土壤,采集深度為0~15 cm,并且盡量保持土壤原樣。供試土壤pH值為5.38,有機質、全氮、全磷和全鉀含量分別為26.28、1.16、0.57和5.00 g/kg,速效磷和速效鉀含量為24.08和124.60 mg/kg。
1.2 供試外源有機碳
外源有機碳材料包括木本泥炭(國外進口)、草本泥炭(國產)和山西褐煤。
1.3 試驗設計
采用土壤盆栽方式,將外源有機碳木本泥炭、草本泥炭和山西褐煤粉碎后,過1 mm篩,分別按2%添加量與風干土壤混合均勻。稱取5 kg混合土于盆中,分別標記為M1(添加2%木本泥炭)、M2(添加2%草本泥炭)和M3(添加2%山西褐煤)共3個處理,同時設置1個空白對照(CK),每個處理重復3次。試驗于2016年2月8日開始,在溫室大棚內(溫度15~25℃,相對濕度40%~80%)放置兩個月后,于2016年4月8日放置室外,定時取樣測定土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性和活性有機碳。
1.4 測定方法
土壤總有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法進行測定[12];土壤脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法進行測定[13];土壤蔗糖酶采用3, 5-二硝基水楊酸比色法進行測定[13];土壤過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法進行測定[13]。采用333和33 mmol/L高錳酸鉀氧化法分別測定活性有機碳和高活性有機碳含量[14]。以CK作為對照,參照徐明崗等[5]的方法計算土壤碳庫指數(CPI)及碳庫管理指數(CMI),具體計算方法為:CMI=CPI× LI×100,其中,CPI=樣品總有機碳含量/對照土壤總有機碳含量,LI為活度指數,用于表征碳的損失及其對碳穩(wěn)定性的影響,LI=樣品的碳庫活度(L)/對照土壤的碳庫活度(L0),而碳庫活度(L)=樣本中的活性有機碳(LOC)/樣本中的非活性有機碳(NLOC)。
1.5 數據處理
采用SPSS 21.0軟件進行數據處理。
2.1 外源有機碳處理對土壤有機碳和碳庫管理指數的影響
從表1可以看出,施用2%木本泥炭、草本泥炭和褐煤后,各處理土壤中的活性有機碳含量(LOC)呈下降趨勢,施用12個月后,M1、M2和M3處理的土壤LOC分別比CK高106.8%、43.2%和83.0%。而從表2則可以看出,M1、M2和M3處理6~12個月內,土壤高活性有機碳含量(HLOC)趨于穩(wěn)定,外源有機碳施用12個月時,HLOC分別比CK高128.9%、57.9%和102.6%。
從表3可以看出,M1、M2和M3處理土壤的碳庫管理指數(CMI)呈先上升后下降的趨勢,在施用8個月時達到最大,分別比CK高149.4%、86.0%和118.6%,而施用10個月之后開始下降。M1、M2和M3處理相比,各時期處理的LOC、HLOC和CMI的增加幅度均為木本泥炭>褐煤>草本泥炭。
表1 外源有機碳處理對土壤活性有機碳的影響 (mg/g)
表2 外源有機碳處理對土壤高活性有機碳的影響(mg/g)
表3 外源有機碳對土壤碳庫管理指數的影響 (%)
據報道,在0~20 cm土層中,經過高、中、低水平秸稈處理的土壤LOC較CK分別增加了29.30%、40.76%和30.57%,CMI則 分 別提 高了35.61%、45.45%和35.45%[15]。但大豆和玉米秸稈全量還田、配施有機肥和配施生物炭處理的土壤LOC分別較CK增加11.7%、21.5%和16.9%[16],而小麥和玉米秸稈還田能增加紅壤總有機碳含量,卻不能增加土壤的LOC和HLOC值[5]。水稻秸稈還田6、12和24個月后,0~20 cm土層中,CMI分別增加了18.1%、26.3%和2.65%[17]。由試驗可知,施用外源有機碳能顯著提高植煙土壤的LOC、HLOC和CMI,且LOC、HLOC和CMI提升的幅度高于施用秸稈和有機肥等傳統有機物料。
2.2 外源有機碳處理對土壤酶活性的影響
從圖1可以看出,施用外源有機碳后,2%木本泥炭處理的土壤蔗糖酶活性呈先上升后下降的趨勢,而2%草本泥炭和褐煤處理則與CK具有類似的上升趨勢。2%木本泥炭處理4~8個月內,土壤蔗糖酶活性逐漸增加,而8個月后逐漸下降,施用12個月時,M1處理的土壤蔗糖酶活性比CK低54.6%。2%草本泥炭和褐煤處理4~10個月內,土壤蔗糖酶活性略低于CK,但12個月時,M2和M3處理的土壤蔗糖酶活性與CK無顯著性差異。
從圖2可以看出,施用外源有機碳后,各處理與CK的土壤脲酶活性均逐漸下降,至10個月時趨于穩(wěn)定。2%木本泥炭處理能提高土壤的脲酶活性,施用12個月時比CK高25.9%;而2%草本泥炭和褐煤處理對土壤脲酶活性的影響不大,施用12個月時的土壤脲酶活性與CK相比無顯著性差異。
圖1 外源有機碳處理對土壤蔗糖酶活性的影響
圖2 外源有機碳處理對土壤脲酶活性的影響
從圖3可以看出,施用外源有機碳后,各處理土壤與CK的過氧化氫酶活性均在6個月后開始明顯下降,除木本泥炭處理在施用12個月時低于CK以外,其余處理時期的過氧化氫酶活性與CK間無顯著差異。
圖3 外源有機碳處理對土壤過氧化氫酶活性的影響
泥炭施用除對土壤蔗糖酶和脲酶活性有抑制作用,對過氧化氫酶活性有輕微的促進作用外,對其他土壤酶活性影響不大[18]。此外,每盆(裝土22.5 g)施 用250、500、1 000和2 000 g草 炭 后, 植 煙土壤的過氧化氫酶和土壤脲酶活性均變化不顯著[19],而草炭、褐煤和風化煤對脲酶、過氧化氫酶有抑制作用,對蔗糖酶有促進作用[20]。
施用外源有機碳可以提高LOC、HLOC和CMI,其增加幅度為木本泥炭>褐煤>草本泥炭,且對LOC、HLOC和CMI的提升高于施用秸稈、有機肥等傳統有機物料。
[1] 陳文超,朱安寧,張佳寶,等. 保護性耕作對潮土團聚體組成及其有機碳含量的影響[J]. 土壤,2014,(1):35-40.
[2] 李 靖. 土壤中有機質的作用[J]. 平原大學學報,1999,(4):54-55.
[3] 趙廣帥,李發(fā)東,李運生,等. 長期施肥對土壤有機質積累的影響[J].生態(tài)環(huán)境學報,2012,21(5):840-847.
[4] 黃昌勇. 土壤學[M]. 北京:中國農業(yè)出版社,2000.
[5] 徐明崗,于 榮,王伯仁. 長期不同施肥下紅壤活性有機質與碳庫管理指數變化[J]. 土壤學報,2006,43(5):723-729.
[6] 王清奎,汪思龍,馮宗煒,等. 土壤活性有機質及其與土壤質量的關系[J]. 生態(tài)學報,2005,25(3):513-519.
[7] 曹 慧,孫 輝,楊 浩,等. 土壤酶活性及其對土壤質量的指示研究進展[J]. 應用與環(huán)境生物學報,2003,9(1):105-109.
[8] 劉國群,莊舜堯,孫繡華. 不同種植年限雷竹林土壤微生物量和酶活性變化[J]. 安徽農業(yè)科學,2012,40(2):866-868.
[9] 任 全,單武雄,肖潤林,等. 不同施肥措施對紅壤丘陵茶園土壤酶活性及呼吸強度的影響[J]. 農業(yè)現代化研究,2007,28(4):498-500.
[10] 周禮愷,張志明,曹承綿. 土壤酶活性的總體在評價土壤肥力水平中的作用[J]. 土壤學報,1983,(4):413-418.
[11] 林軍章,劉 森,楊翔華,等. 泥炭在農業(yè)上的應用[J]. 礦產保護與利用,2004,(3):24-27.
[12] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京:中國農業(yè)出版社,1999.
[13] 關松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京:農業(yè)出版社,1986.
[14] 于 榮,徐明崗,王伯仁. 土壤活性有機質測定方法的比較[J]. 中國土壤與肥料,2005,(2):49-52.
[15] 路文濤,賈志寬,張 鵬,等. 秸稈還田對寧南旱作農田土壤活性有機碳及酶活性的影響[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報,2011,30(3):522-528.
[16] 李 婧,遲鳳琴,魏 丹,等. 不同有機物料還田對黑土活性有機碳組分含量的影響[J]. 大豆科學,2016,(6):975-980.
[17] 吳 潔. 不同秸稈還田方式與秸稈生物炭施用對農田溫室氣體排放和土壤固碳的影響[D]. 南京農業(yè)大學,2014.
[18] 趙蘭坡,姜 巖. 施用有機物料對土壤酶活性的影響——Ⅰ.有機物料對土壤酶活性的效應[J]. 吉林農業(yè)大學學報,1987,(4):43-50,111-112.
[19] 王樹會,高家合. 不同草炭處理對植煙土壤理化性狀及煙葉產質影響研究[J]. 中國農學通報,2006,22(12):377-379.
[20] 賀 婧,鐘艷霞,顏 麗. 不同來源腐殖酸對土壤酶活性的影響[J].中國農學通報,2009,25(24):258-261.
(責任編輯:肖彥資)
Effects of Exogenous Organic Carbon on Soil Labile Organic Carbon and Enzyme Activity in Tobacco Growing Soil
SHU Hao1,3,SHI Guo-rong2,3
(1. College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. College of Science, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 3. Institute of Tobacco, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC)
The effects of exogenous organic carbon treatments on labile organic carbon, carbon pool management andenzyme activities in tobacco growing soil were investigated by conducted 2% of woody peat(M1), herbaceous peat(M2) or brown coal (M3).The results showed that the application of exogenous organic carbon could increase the soil labile organic carbon (LOC), high labile organic carbon (HLOC) and carbon pool management index (CMI), and the increase rate was M1>M3>M2; after applied the exogenous organic carbon, tobacco soil catalase activity had no significant difference, 12 months after applied the M1, soil sucrase activity decreased by 54.6%, urease activity increased by 25.9%, however, the activities of sucrase and urease in soil treated with M2 and M3 were not significant.
exogenous organic carbon; tobacco planting soil; active organic carbon; enzyme activity
S153.6
A
1006-060X(2017)04-0058-03
10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.004.016
2017-03-03
舒 灝(1991-),男,江西南昌市人,碩士研究生,研究方向為煙草化學。
石國榮