水肥氮鎘耦合下土壤酶活性及玉米生長(zhǎng)與 鎘吸收響應(yīng)的初步研究

韋翔華，付旋旋，劉曉永，楊忠蘭，陳勝男，鄭佳舜

(廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530003)

隨著工業(yè)化和城市化的加快發(fā)展，難降解難移動(dòng)的重金屬大量進(jìn)入土壤系統(tǒng)，引起土壤微生物和土壤酶活性的變化，降低土壤質(zhì)量[1]。探索農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮素高效利用、重金屬清潔化管理、作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)模式已成為科研關(guān)注的重點(diǎn)[2]。土壤微生物、土壤酶活性能敏感地反映出土壤環(huán)境的變化[3]，被認(rèn)為是指示重金屬土壤污染的敏感指標(biāo)[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，隨著Cd濃度的不斷提高，土壤酶活性受到明顯抑制，尤其是脲酶，可作為土壤中鎘污染的指示酶[5]。

土壤的水分、養(yǎng)分在一定程度上會(huì)影響土壤的微生物學(xué)特征。韋澤秀等[6]發(fā)現(xiàn)，水肥供給的增加有利于提高土壤中蔗糖酶活性，而水分降低會(huì)使土壤中脲酶活性增加。水肥管理是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的基本措施之一，近年來(lái)，水肥耦合效應(yīng)的研究主要集中在不同灌水量和不同施肥措施對(duì)作物水分利用率、化肥利用率、生理生態(tài)、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，以及對(duì)耕地土壤理化性質(zhì)和肥力特征的影響方面[7]，而有關(guān)水肥耦合對(duì)氮鎘復(fù)合土壤上作物生長(zhǎng)及鎘吸收影響的研究較少。為了探討不同灌水量及無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥和生物肥對(duì)氮鎘復(fù)合土壤酶活性及玉米鎘含量的影響，通過(guò)盆栽試驗(yàn)?zāi)M研究水、肥、氮、鎘復(fù)合條件下土壤中過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性，以及玉米生物量和玉米Cd吸收情況，旨在為相關(guān)研究提供借鑒與參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試作物為黔單16號(hào)玉米(ZeamaysL.)。

供試土壤采自廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院教學(xué)實(shí)習(xí)基地，pH(H2O)值7.13，土壤有機(jī)質(zhì)22.51 g·kg-1，全磷0.34 g·kg-1，速效磷34 mg·kg-1，全氮0.67 g·kg-1，堿解氮45.42 mg·kg-1，全鉀7.28 g·kg-1，速效鉀134.19 mg·kg-1，全鎘0.62 mg·kg-1。

供試有機(jī)肥為雞糞。生物肥為有機(jī)無(wú)機(jī)微生物復(fù)合肥，北京航天恒豐科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥0.2億 g-1，有機(jī)質(zhì)含量≥20%，N-P2O5-K2O含量14%-4%-7%，腐殖酸含量≥15%，氨基酸含量≥10%?；蕿槟蛩?、KH2PO4、K2SO4。

外源鎘為CdCl2·2.5H2O。

1.2 方法

1.2.1 處理設(shè)計(jì)

采取盆栽模擬培養(yǎng)法，每盆裝土10 kg。采用4因素3水平正交試驗(yàn)方案L9(34)。4因素及各水平設(shè)置：N，0、0.1(低)、0.2 g·kg-1(高)；Cd，0、1(低)、2 mg·kg-1(高)；肥料，化肥、有機(jī)肥、生物肥；灌水量，50%(低)、75%(中)、100%(高)。其中，100%的為常規(guī)灌水，而50%、75%水平為局部根區(qū)交替灌水，用水量分別為常規(guī)灌水量的50%、75%。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共27盆。試驗(yàn)處理組合：T1，N 0 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，無(wú)機(jī)肥，灌水量50%；T2，N 0 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，有機(jī)肥，灌水量75%；T3，N 0 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，生物肥，灌水量100%；T4，N 0.1 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，無(wú)機(jī)肥，灌水量100%；T5，N 0.1 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，生物肥，灌水量50%；T6，N 0.1 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，無(wú)機(jī)肥，灌水量75%；T7，N 0.2 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，生物肥，灌水量75%；T8，N 0.2 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，無(wú)機(jī)肥，灌水量100%；T9，N 0.2 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，有機(jī)肥，灌水量50%。

1.2.2 試驗(yàn)實(shí)施管理

采用盆栽土培方法， 2013年11月15日在廣西大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專(zhuān)業(yè)的溫室內(nèi)裝盆，按照處理方案開(kāi)展試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)方案進(jìn)行土壤水分管理。灌水方法：100%灌水量按照常規(guī)灌溉量保持土壤濕潤(rùn)，漫灌；75%、50%灌水量分別按照常規(guī)灌水量的75%和50%，交替灌溉(裝盆時(shí)，盆中左右垂直插入2根直徑1.6 cm的PVC管，埋入土中部分的管壁事先均勻鉆孔，且用紗網(wǎng)包扎)。2014年3月15日(移栽前)采土，同天移栽玉米苗； 2014年5月15日(玉米移栽60 d，拔節(jié)期)采收并取土，進(jìn)行室內(nèi)分析。

愛(ài)克發(fā)的環(huán)保實(shí)踐，落地于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，而不單單是產(chǎn)品本身，并且大量的工作屬于未雨綢繆，這一點(diǎn)尤為令人敬佩。隨著我們采訪(fǎng)的逐漸深入，感受也越來(lái)越深刻。以無(wú)錫工廠(chǎng)為例，其是印藝板塊在中國(guó)唯一的數(shù)碼印版生產(chǎn)基地，也是愛(ài)克發(fā)全球6家工廠(chǎng)中最年輕的一家。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定

土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶活性采用0.1 mol·L-1高錳酸鉀滴定法測(cè)定，以30 min后1.00 g土壤消耗的0.002 mol·L-1高錳酸鉀的體積(mL)表示過(guò)氧化氫酶活性，全Cd采用硝酸-高氯酸體積比5∶1溶液消煮—原子吸收光譜法測(cè)定。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，在SPSS 19.0平臺(tái)上進(jìn)行方差分析，對(duì)有顯著(P<0.05)差異的處理采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響

2.1.1 對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

由表1可知，T9處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性最高，T7處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性最低，即高氮和高鎘復(fù)合條件下，施用有機(jī)肥并采用低量灌溉的土壤過(guò)氧化氫酶活性最高，而不添加外源鎘的條件下，施用生物肥、高氮，并采用中量灌溉的土壤酶活性較低。

由表1可知，T2處理的土壤蔗糖酶活性最高，而T9處理的土壤蔗糖酶活性最低，即不施氮和低鎘復(fù)合條件下，施用有機(jī)肥并采用中量灌溉的土壤蔗糖酶活性較高，而高氮和高鎘復(fù)合條件下，施用有機(jī)肥并采用低量灌溉的土壤蔗糖酶活性最低。

2.1.3 對(duì)土壤脲酶活性的影響

由表1可知，與對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響相似，T9處理的土壤脲酶活性最高，T7處理的土壤脲酶活性最低。

2.1.4 對(duì)土壤中性磷酸酶活性的影響

由表1可知，T7處理的土壤中性磷酸酶活性最高，T4處理的土壤中性磷酸酶活性最低，即不添加外源鎘時(shí)，施用生物肥、高氮，并采用中量灌溉的土壤酶活性較高，而施用有機(jī)肥、低氮，并采用高量灌溉的土壤酶活性較低。

表1 不同處理組合對(duì)土壤酶活性的影響

注：同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。表2同。

2.2 不同處理對(duì)玉米生長(zhǎng)及鎘吸收的影響

2.2.1 對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

由表2可知，T8處理的玉米生物量最高，而T4處理的玉米生物量最低，即低鎘和高氮復(fù)合時(shí)，施用無(wú)機(jī)肥并高量灌溉的玉米生物量最高，而不添加外源鎘的條件下，施用有機(jī)肥、低氮，并采用高量灌溉的玉米生物量較小。

2.2.2 對(duì)玉米鎘吸收的影響

總體來(lái)看，在不施氮或低氮供應(yīng)下，玉米地上部鎘含量及鎘吸收量隨著土壤鎘含量的增加而提高(T1

表2 不同處理組合對(duì)玉米生長(zhǎng)及鎘吸收的影響

注：地上部生物量是指從根土界面開(kāi)始計(jì)算的地上部生物量，系鮮重。地上部鎘含量以干重計(jì)。

3 討論

本研究顯示，在氮鎘復(fù)合條件下，不同的水肥措施對(duì)土壤酶活性的影響差異較大。在高鎘條件下，施用有機(jī)肥并低量灌溉時(shí)過(guò)氧化氫酶活性最高，說(shuō)明在這種水肥措施下，土壤中H2O2積累量可能較大，不利于作物生長(zhǎng)。在高氮高鎘條件下，玉米生物量驟減，表明過(guò)多的鎘會(huì)抑制玉米的生長(zhǎng)，這與廖潔等[5]研究結(jié)果一致。玉米生物量隨著施氮量的增加有整體提高的趨勢(shì)，這說(shuō)明在試驗(yàn)條件下適當(dāng)增加氮素供應(yīng)有助于玉米生長(zhǎng)，提高玉米對(duì)鎘的耐性。隨著外源鎘添加量增加，玉米地上部鎘含量整體呈增大趨勢(shì)，暗示Cd在玉米地上部的累積量與外源鎘處理濃度可能存在一定的相關(guān)性。高氮條件下，添加低量外源鎘時(shí)地上部吸鎘量最高，這主要與此條件下玉米生物量最大有關(guān)。