翻壓不同綠肥品種對植煙土壤肥力及酶活性的影響①

張明發(fā)，田 峰，王興祥，巢 進(jìn)，蔡云帆，張黎明，朱三榮，呂啟松

(1 湖南湘西州煙草公司生產(chǎn)技術(shù)中心，湖南吉首 416000；2中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008)

翻壓不同綠肥品種對植煙土壤肥力及酶活性的影響①

張明發(fā)1，田 峰1，王興祥2，巢 進(jìn)1，蔡云帆1，張黎明1，朱三榮1，呂啟松1

(1 湖南湘西州煙草公司生產(chǎn)技術(shù)中心，湖南吉首 416000；2中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008)

為了明確不同綠肥品種與土壤肥力及酶活性的關(guān)系，通過田間試驗(yàn)及簡單相關(guān)分析、典型相關(guān)分析和主成分分析，研究種植翻壓不同品種綠肥對植煙土壤酶活性及土壤肥力的影響。結(jié)果表明，不同品種綠肥種植翻壓均可顯著改善土壤的物理性狀，提高土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性，在效應(yīng)上具有相似的特點(diǎn)，主要影響土壤脲酶、過氧化氫酶與酸性磷酸酶活性及堿解氮和有效磷的含量，主要差異是土壤體積質(zhì)量、孔隙度、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、過氧化氫酶的變化；脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶 4 種土壤酶不僅兩兩之間均呈極顯著正相關(guān)，而且與土壤肥力指標(biāo)均呈極顯著相關(guān)；土壤肥力與土壤酶活性存在極顯著的典型相關(guān)關(guān)系；此結(jié)果對當(dāng)前的烤煙生產(chǎn)和土壤改良具有較大的意義。

綠肥；土壤酶活性；土壤肥力

綠肥在田間生長期和還田后均向土壤中釋放酶，還田的綠肥為土壤微生物提供能源與養(yǎng)分，使土壤酶活性發(fā)生變化[1]。研究種植翻壓不同品種綠肥對植煙土壤酶活性及土壤肥力的影響，對特色優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)具有重要意義。土壤酶活性的變化是反映土壤肥力變化的重要指標(biāo)之一[2-3]。它推動土壤代謝過程，影響土壤生產(chǎn)能力，是評價土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要部分[4-7]。近期對它和土壤肥力的研究已成為土壤學(xué)界研究的熱點(diǎn)[8-16]。當(dāng)前對綠肥效應(yīng)的研究中多為單因素研究[6-7,17]，然而多因素研究卻報(bào)道不多。本文通過探討綠肥品種和土壤酶活性及肥力的協(xié)調(diào)作用機(jī)理，明確土壤酶作為評價土壤肥力指標(biāo)的可行性，明確不同綠肥品種的土壤肥力效應(yīng)，為湘西州億元產(chǎn)值的1.67萬hm2特色煙葉開發(fā)和肥力退化植煙土壤改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2009—2014年在湖南省鳳凰縣千工坪鄉(xiāng)巖板井村(海拔452 m，109.30°E， 28.01°N)進(jìn)行。試驗(yàn)地全年降水多在1 000 mm以上，4—6月降水量占39% 左右，年平均氣溫14 ～ 18℃。供試土壤為石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的旱地黃壤。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用定位試驗(yàn)，始于2009年，5個處理分別為紫云英(T1)、黑麥草(T2)、箭舌豌豆(T3)、光葉紫花苕(T4)、不種植還田綠肥的冬閑處理為對照(CK)。每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為39 m2，光葉紫花苕、箭舌豌豆、黑麥草的播種量為7.50 g/m2，紫云英的播種量為4.50 g/m2；鮮草平均翻壓量：光葉紫花苕為33 570.00 kg/hm2、箭舌豌豆為30 368.40 kg/hm2、紫云英為20 930.40 kg/hm2、黑麥草為23 211.60 kg/hm2。烤煙品種為云煙87。烤煙大田行距1.2 m，株距0.5 m，密度16 500 株/hm2，移栽時間均為每年4月28日左右?；适┯昧棵磕昃鶠椋嚎緹煂Ｓ没?50 kg/hm2，發(fā)酵枯餅225 kg/hm2，硫酸鉀300 kg/hm2，烤煙專用追肥300 kg/hm2，煙草提苗肥75 kg/hm2，其氮、磷、鉀養(yǎng)分含量分別為111.75、136.64、291.67 kg/hm2。

1.3 采樣與測定

連年翻壓綠肥后，每個處理于2014年煙株移栽后35 d (團(tuán)棵期) 左右分小區(qū)隨機(jī)采集煙壟上兩株煙正中位置 (距煙株25 cm處) 0 ～ 20 cm土樣5個，混勻后陰涼處風(fēng)干。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定土壤酶活性及相關(guān)土壤肥力因子指標(biāo)；每次取樣時測定土壤體積質(zhì)量后計(jì)算孔隙度。酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定，土壤脲酶采用鈉氏比色法測定，蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，過氧化氫酶采用高錳酸鉀容量法測定[18]；土壤全氮采用半微量凱氏定氮法測定，土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定，土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗顯色分光光度法測定，土壤速效鉀采用醋酸銨提取-火焰光度法測定，土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法[19]；土壤體積質(zhì)量采用環(huán)刀法測定，土壤pH采用電位法測定[19]。不同品種綠肥生物學(xué)性狀、產(chǎn)量及養(yǎng)分含量按常規(guī)方法觀察測定(表1)。

表1 不同品種綠肥生物學(xué)性狀與產(chǎn)量及養(yǎng)分含量Table 1 Biological characters, yields and nutrient contents of different green manure varieties

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003工具與DPS14.5及SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 翻壓不同品種綠肥對土壤酶活性和土壤肥力的影響

根據(jù)綠肥中養(yǎng)分釋放主要集中在前6周的礦化腐解規(guī)律[20]，煙株移栽后35 d左右的土壤肥力指標(biāo)能較好反映綠肥品種的培肥改良植煙土壤效應(yīng)。由表2和表3可見，種植并翻壓綠肥后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH、孔隙度增幅分別為13.14% ～ 71.11%、6.48% ～ 27.80%、1.15% ～11.10%、16.13% ～ 35.34%、10.38% ～ 38.68%、2.77%～ 7.12%、0.19% ～ 2.53%；土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶分別提高13.23% ～ 24.05%、13.05% ～ 29.67%、76.10% ～ 236.86%、29.46% ～37.45%；體積質(zhì)量降幅為1.48% ～ 5.20%。同時可以看出，綠肥品種紫云英對旱土土壤酶活性和肥力的影響較差，以光葉紫花苕、箭舌豌豆和黑麥草較好。

表2 翻壓不同品種綠肥對土壤酶活性的影響Table 2 Effects of returning different green manures on soil enzyme activities

表3 翻壓不同品種綠肥對土壤肥力因子的影響Table 3 Effects of returning different green manures on soil fertility indexes

2.2 土壤肥力因子和酶活性的關(guān)聯(lián)分析

土壤酶活性是評價土壤肥力的重要指標(biāo)[21]，全面分析所有土壤肥力因子單項(xiàng)指標(biāo)不僅工作量大，而且不易找出問題的主要方面，為揭示其主要矛盾，特進(jìn)行簡單相關(guān)分析、典型相關(guān)分析和主成分分析。

2.2.1 簡單相關(guān)分析 表4顯示，4種酶在促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、提高土壤腐殖化程度方面與增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)方面起重要作用；同時可見，同一種酶對多種土壤肥力因子有極顯著的相關(guān)性，說明4種土壤酶均影響了表中所有土壤養(yǎng)分因子的轉(zhuǎn)化過程，密切關(guān)聯(lián)著土壤理化性狀的變化。

表4 土壤酶活性與土壤理化性狀及主要養(yǎng)分含量的相關(guān)系數(shù)Table 4 Coefficients between soil enzyme activities and soil fertility indexes

2.2.2 典型相關(guān)分析 根據(jù)不同品種綠肥的土壤肥力因子和土壤酶活性的典型分析及典型變量構(gòu)成 (表5)，構(gòu)建土壤酶活性典型變量 (U) 和土壤肥力因子典型變量 (V) 的線性表達(dá)式。其第一對典型變量表達(dá)式為：U1= -0.4423X1- 0.1435X2- 0.2714X3- 0.1784X4，V1= -0.3339Y1+ 0.1232Y2- 0.4388Y3- 0.5491Y4-0.1056Y5- 0.3218Y6+ 0.2140Y7- 0.3242Y8；第二對為U1= -0.0529X1+ 1.3000X2+ 0.7660X3- 2.0211X4，V2=1.4967Y1+ 0.7036Y2+ 0.0988Y3- 2.8403Y4+ 0.7594Y5-0.4028Y6+ 0.0460Y7+ 0.6037Y8；從表達(dá)式系數(shù)符號來看，第一對線性表達(dá)式中4種土壤酶兩兩之間呈正相關(guān)關(guān)系，8種肥力因子中全氮和體積質(zhì)量與其他肥力因子和土壤酶活性負(fù)相關(guān)(土壤酶活性與其他肥力因子呈正相關(guān))；從表達(dá)式構(gòu)成來看，脲酶在土壤酶綜合因子中起主要作用，堿解氮和有效磷特征向量在土壤肥力綜合因子中起主要作用。同理第二線性表達(dá)式中，酸性磷酸酶和過氧化氫酶在第二土壤酶活性綜合因子中起主要作用，有機(jī)質(zhì)和有效磷在土壤養(yǎng)分綜合因子中起主要作用，脲酶、過氧化氫酶與其他兩種酶呈負(fù)相關(guān)，有效磷、pH與其他肥力因子呈負(fù)相關(guān)。綜合來看，堿解氮和有效磷與脲酶呈正相關(guān)關(guān)系。前兩對典型變量卡方檢驗(yàn)結(jié)果呈極顯著相關(guān)(P＜0.01)，典型相關(guān)系數(shù)分別為0.982 5與0.967 2 (表6)，說明土壤肥力與土壤酶活性存在極顯著的典型相關(guān)關(guān)系，顯示4種酶及土壤肥力因子并不是孤立的單項(xiàng)指標(biāo)，均不同程度地直接或間接地關(guān)聯(lián)土壤肥力，種植翻壓不同品種綠肥主要影響土壤脲酶活性及堿解氮和有效磷的含量，間接影響過氧化氫酶與酸性磷酸酶活性。

表5 土壤酶活性與土壤肥力因子的典型變量Table 5 Canonical variables of soil enzyme activities and soil fertility indexes

表6 典型變量的顯著性檢驗(yàn)Table 6 Chi-square tests of canonical variables

2.2.3 主成分分析 由表7可見，特征值大于或略等于1的有2個，此兩個主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85%，能用于反映土壤系統(tǒng)全部信息。其中第一主成分的方差貢獻(xiàn)率可以近似地表示土壤的綜合肥力；且其系數(shù)(可理解為權(quán)重)與載荷(可理解為貢獻(xiàn)大小)的絕對值較為接近、正負(fù)符號基本相同，說明不同品種綠肥均能提高土壤酶活性與土壤肥力，在效應(yīng)上具有相似的特點(diǎn)(表8)。其他和典型相關(guān)分析的結(jié)果近似。

表7 綠肥種植翻壓土壤主成分特征值Table 7 Principal component eigenvalues of tested soils

表8 綠肥種植翻壓土壤主成分的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量矩陣Table 8 Principal component standardization eigenvector matrix of tested soils

第二主成分的方差貢獻(xiàn)率不能代表土壤綜合肥力信息，主要反映了土壤生理生化過程的部分變化。其系數(shù)與載荷的絕對值差別大、正負(fù)符號多不相同，但體積質(zhì)量、孔隙度、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、過氧化氫酶均有相對較大的載荷，從第二主成分表達(dá)式可見，速效鉀、孔隙度隨著有機(jī)質(zhì)減少而減小、而全氮、pH、體積質(zhì)量卻隨著增加。說明不同品種綠肥在提高土壤酶活性與土壤肥力上的主要差異是體積質(zhì)量、孔隙度、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、過氧化氫酶的變化(表8)。

3 討論

綠肥品種紫云英對旱土土壤酶活性和肥力的影響較差，以光葉紫花苕、箭舌豌豆和黑麥草較好，與張珺穜等人[22]的研究不同，這與本試驗(yàn)土壤為旱土，而前人試驗(yàn)土壤為稻田有關(guān)，紫云英在稻田土有足夠的水分供其生長，而旱土則水分較少，其他三品種抗旱力較強(qiáng)。光葉紫花苕與箭舌豌豆對旱土土壤酶活性和肥力的影響較好，與前人的研究[23]不甚一致，此與光葉紫花苕生物學(xué)產(chǎn)量較大且腐解較慢而產(chǎn)量、產(chǎn)值低于箭舌豌豆和黑麥草有關(guān)。結(jié)果表明土壤肥力與土壤酶活性存在極顯著的典型相關(guān)關(guān)系，這與張?bào)w彬等人[23]和康亞龍等人[24]的研究基本相符。

種植翻壓不同品種綠肥主要影響土壤脲酶活性，與徐祥玉等人[25]的研究一致，但同一種酶對多種土壤肥力因子有極顯著的相關(guān)性，與上述研究不符，究其原因一是湘西州有機(jī)質(zhì)含量偏低，二是土壤綜合肥力受成土母質(zhì)、生態(tài)條件、栽培習(xí)慣等因素綜合影響。

不同品種綠肥均能提高土壤酶活性與土壤肥力，主要影響土壤脲酶活性，在效應(yīng)上具有相似的特點(diǎn)，紫云英對旱土土壤酶活性和肥力的影響較差，以光葉紫花苕、箭舌豌豆和黑麥草較好。不同品種綠肥及土壤綜合肥力因子間的關(guān)系具有區(qū)域性與特殊性。

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Effects of Different Green Manure Varieties on Enzyme Activities and Fertility of Tobacco-planting Soils

ZHANG Mingfa1, TIAN Feng1, WANG Xingxiang2, CHAO Jin1, CAI Yunfan1, ZHANG Liming1,ZHU Sanrong1, LV Qisong1
(1 Production Technique Center, Xiangxi Tobacco Company, Jishou, Hunan 416000, China;2 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Aim to study the relation between green manure varieties and the activity of soil enzymes and soil fertility,correlation analysis, canonical correlation analysis and principal component analysis were used in this paper to study the effects of returning different green manures on soil enzyme activities and fertility on the basis of a field experiment. The results showed that the returning green manures obviously increased soil enzyme activities, soil nutrients and physical properties, with similar characteristics in effects, mainly influenced the activities of soil urease, catalase and acid phosphatase, and influenced the contents of alkaline hydrolysis nitrogen and phosphorus, while mainly differed in the changes of soil bulk density, porosity, pH,organic matter, total nitrogen, available potassium and hydrogen peroxide enzyme activity. There are significant positive correlations between soil edaphic physicochemical factors and activities of soil urease, acid phosphatase, invertase and catalase,while there are also high significant positive canonical correlations between soil fertility and soil enzyme activity. The results are of great importance to the tobacco production and soil improvement nowadays.

Green manure; Soil enzyme activities; Soil fertility

S142；S158.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.05.008

湖南省煙草公司重點(diǎn)項(xiàng)目(15-18Aa01、xx14-16Aa01)資助。

張明發(fā)(1968—)，男，湖南永順人，本科，高級農(nóng)藝師，主要從事煙草栽培、土壤肥料等研究工作。E-mail： zhangmingfa98@163.com