國家高梁原原種擴繁基地土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布特性

龍文靖　倪先林　劉天朋　丁國祥　趙甘霖

摘要：研究四川瀘縣的國家高梁原原種擴繁基地不同土層土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布特性，為生土熟化和科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。以國家高粱原原種擴繁基地土壤為研究對象，測定不同土層（0—20、20—40、40—60、60～80、80—100 cm）土壤養(yǎng)分含量和酶活性，結(jié)果表明：土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布均具有明顯的規(guī)律性，國家高梁原原種擴繁基地表層土壤養(yǎng)分根據(jù)分級標準，全氮、堿解氮、有機質(zhì)含量為4級水平，全鉀、速效鉀為3級水平，全磷、速效磷為2級水平。有機質(zhì)、全磷和速效養(yǎng)分含量均是上部土層高于下部土層，表現(xiàn)隨土層深度增加降低。而全氮含量在不同土層間無顯著差異，全鉀含量隨土層深度增加先增加后減少。土壤酶（除過氧化氫酶）活性均是上部土層高于下部土層，表現(xiàn)隨土層深度增加降低。土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間關(guān)系密切，除全氮含量、全鉀含量無顯著相關(guān)關(guān)系，土壤酶活性與堿解氮含量（除酸性磷酸酶）、速效鉀含量、全磷含量、速效磷含量以及有機質(zhì)與酶活性的相關(guān)關(guān)系均達到顯著或極顯著水平。土壤堿解氮和有機質(zhì)含量隨土層深度增加，較其他養(yǎng)分含量減少更大，在深層生土熟化過程中，應(yīng)重施有機肥和速效氮肥。

關(guān)鍵詞：國家高梁原原種擴繁基地;土壤養(yǎng)分;土壤酶活性;垂直分布;生土熟化

中圖分類號：S153，S154

文獻標志碼：A

論文編號：cjas18020018

0引言

土壤肥力的重要評價標志是土壤養(yǎng)分，其對促進植物生長，協(xié)調(diào)植物生長的營養(yǎng)與環(huán)境條件，進一步實現(xiàn)土地的可持續(xù)發(fā)展與利用具有重要作用[1]。而作為土壤生態(tài)系統(tǒng)組分之一的土壤酶，則是土壤有機體的代謝動力，在整個土壤生態(tài)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用[2]。前人研究表明不同土層土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布具有明顯的規(guī)律性。黃紹文等[3]研究表明0—20 cm土層N（N H4+- N）、P、K、Mn、Zn、Fe、Cu等主要養(yǎng)分速效含量明顯高于20—40 cm和40—60 cm土層。文波龍等[4]對云南元陽梯田的研究表明，同一海拔段土壤堿解氮含量隨著土層深度增加而增加，但在離村莊最近的中高海拔位置卻隨深度增加先減后增。范士超等[5]對海河低平原楊農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)不同間伐模式的研究表明，土壤有機質(zhì)和全氮隨土層深度增加呈現(xiàn)遞減趨勢，速效磷呈現(xiàn)U型變化趨勢，速效鉀呈現(xiàn)波動趨勢。曹裕松等[6]研究表明，加拿大楊林和池杉林土壤中有機質(zhì)、有效磷和速效鉀含量均隨著土層深度增加而下降。水稻田土壤中有機質(zhì)、有效磷含量也隨著土層深度的增加迅速降低。郭明英等[7]對呼倫貝爾羊草草甸草原研究表明，土壤蛋白酶、轉(zhuǎn)化酶、過氧化氫酶活性均隨土層的增加而逐漸降低，脲酶活性相反。李林海等[8]對黃土高原溝壑區(qū)小流域自然坡面研究結(jié)果表明，隨土層的加深，土壤脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性逐漸降低，氧化氫酶活性升高，表現(xiàn)出與其他酶類不同的響應(yīng)特征。前人研究結(jié)果表明不同研究區(qū)狀況、研究對象，土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。

本研究以國家高梁原原種擴繁基地土壤為研究對象，旨在探究基地土壤不同土層深度母質(zhì)生土的土壤養(yǎng)分和酶活性垂直變化規(guī)律，以期為基地集約化建設(shè)、不同土層生土熟化和科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試土壤為國家高梁原原種擴繁基地土壤，該基地位于四川瀘縣，北緯27039‘-29°20、東經(jīng)105°8‘一106028之間，屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)。年均溫18—18.6℃，lO℃以上年積溫5735.7-6230.O℃，極端最低溫-2.40C;年日照1288.6—1400 h左右，無霜期350天左右;年降雨量1142 mm，相對濕度84%[9]。

1.2試驗設(shè)計

試驗土壤類型為紫色壤土，前茬為油菜，當季為高粱。于2016年5月用取土器分別取試驗地土層深度5個梯度，分別為0—20、20—40、40—60、60—80、80～100 cm的土壤，所有樣點遵循“等量、隨機、多點混合”的原則，采取5點重復(fù)，點間隔20m，充分混合后四分法取土lkg，帶回實驗室，樣品在自然狀態(tài)下風(fēng)干、磨細，過孔徑1.0 mm篩后測定有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀7個土壤養(yǎng)分指標和脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶4個土壤酶活性指標。

1.3土壤指標測定方法

土壤養(yǎng)分測定參照土壤農(nóng)化分析的方法[10]。其中，土壤全氮采用凱氏定氮法，全磷采用磷鉬藍比色法，全鉀采用火焰分光光度計法，堿解氮采用堿解擴散法，速效磷采用NH4F- HC1法，速效鉀采用NH40Ac浸提后的火焰分光光度法，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法一稀釋熱法測定。土壤酶活性的測定參照萬年鑫等[11]測定馬鈴薯根區(qū)土壤的方法。其中，脲酶采用苯酚鈉一次氯酸鈉比色法測定，蔗糖酶采用3，5一二硝基水楊酸比色法測定，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測，酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法。

1.4土壤質(zhì)量評價方法

本文參照表l全國第二次土壤普查及有關(guān)標準，對不同土層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等指標進行評級[12]。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行統(tǒng)計，DPS7.0進行方差分析。顯著性檢驗采用單因素方差分析最小顯著差異法（LSD），顯著性水平設(shè)定為a=0.05。圖表中數(shù)據(jù)用平均值±標準差表示。

2結(jié)果與分析

2.1不同土層養(yǎng)分變化

由表2可知，土壤全氮含量隨土層深度未表現(xiàn)明顯差異，變異系數(shù)最小，僅為2.72%。全磷、全鉀養(yǎng)分隨土層深度增加差異較大，全磷含量在表層土壤（0—20 cm）顯著高于其他土層含量，隨土層深度增加，全磷含量均在0.60 g/kg上下浮動。全鉀含量隨土層深度增加先增加后減少，在40—60 cm含量最高，其在不同土層間變異幅度較小，變異系數(shù)為4.92%。而土壤速效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量呈現(xiàn)較明顯的垂直分布規(guī)律，總的趨勢是上部土層含量高于下部土層。有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量隨土壤深度變化影響較大，其變異系數(shù)均達到20%以上。

2.2不同土層土壤養(yǎng)分評級

根據(jù)全國第二次土壤普查及有關(guān)標準（表1），對不同土層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等指標進行評級，由表3可知，全氮、全鉀以及速效磷的評價等級并未隨土層深度的改變而改變。該區(qū)0—20 cm土層全氮、堿解氮、有機質(zhì)評級為4級，鉀養(yǎng)分為3級，磷養(yǎng)分均為2級，說明試驗基地土壤氮素略缺乏，鉀含量適中，磷養(yǎng)分豐富，總體而言土壤養(yǎng)分為中等水平。有機質(zhì)、堿解氮隨土層深度增加降級明顯，生土的堿解氮和有機質(zhì)均從4級水平降到最低6級水平（80—100 cm土層）。

2.3不同土層土壤酶活性的變化

過氧化氫酶作為土壤中的氧化還原酶類，活性可表征土壤腐殖質(zhì)化強度大小和有機質(zhì)轉(zhuǎn)化速度。土壤蔗糖酶活性增強可以增加土壤中的易溶性營養(yǎng)物質(zhì)，其活性與有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化和呼吸強度有密切關(guān)系。土壤脲酶可促使有機質(zhì)分子中的肽鍵水解而形成氨，其活性能夠在一定程度上反映土壤的供氮能力。土壤磷酸酶活性高低直接影響著土壤中有機磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[2]。從表4可以看出，土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性均隨土層深度增加而下降，且在0—20、20—40、40～60 cm差異顯著，表現(xiàn)為表聚性，而過氧化氫酶活性則隨土層深度增加而增加，可促進過氧化氫的分解，防止對生物體的毒害作用。受土層深度影響較大的土壤酶類有脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶，其變異系數(shù)均在50%以上。

2.4不同土層土壤酶與土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間聯(lián)系密切。由不同土層土壤酶與土壤養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)（表5）可知，除全氮含量、全鉀含量與不同的土壤酶活性無相關(guān)關(guān)系外，堿解氮含量（除酸性磷酸酶外）、速效鉀含量、全磷含量、速效磷含量以及有機質(zhì)與酶活性的相關(guān)關(guān)系均達到顯著或極顯著水平，其中過氧化氫酶活性與養(yǎng)分指標呈負相關(guān)關(guān)系，而脲酶、蔗糖酶以及酸性磷酸酶活性均呈正相關(guān)關(guān)系。

3討論

3.1國家高梁原原種擴繁基地土壤養(yǎng)分垂直分布特性

國家高梁原原種擴繁基地土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分速效含量呈現(xiàn)較明顯的垂直分布規(guī)律，總的趨勢是上部土層含量高于下部土層。表層受人為農(nóng)耕活動的影響，長期的培肥措施和農(nóng)田殘根枯枝落葉的累積使得表層土壤速效養(yǎng)分和有機質(zhì)的含量較高。全氮含量在不同土層變化不顯著，與大多數(shù)研究表層土壤全氮含量高不同，可能是國家高梁原原種擴繁基地土壤氮素水平偏低造成的，土壤氮素供應(yīng)略有不足，而前作油菜每生產(chǎn)100 kg油菜籽粒吸收氮9.48 kg[13]，對表層氮肥吸收也較大。0—20 cm土層土壤磷素明顯高于其他土層，主要與施入土壤中的磷（一般施在0—20 cm的耕層范圍內(nèi)）移動性小而使所施磷肥絕大部分殘留在耕層，下部土層磷一直處于耗竭狀態(tài)而難以得到補充[3]。全鉀含量表現(xiàn)為隨土層深度增加，先增加后減少，可能的原因是，施入土壤中的鉀移動性較磷大[3]，上部鉀素在雨水淋溶條件下，逐步富集到40—60 cm。

3.2國家高粱原原種擴繁基地土壤酶活性的垂直分布特性

國家高梁原原種擴繁基地土壤酶活性呈現(xiàn)較明顯的垂直分布規(guī)律。土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性的垂直分布特征為隨土層的增加而逐漸降低，該結(jié)果與羅珠珠等[14-16]大部分學(xué)者研究得出的土壤酶活性垂直變化的特點相一致，表層土壤相對于深層土壤，有更多的枯枝落葉和腐殖質(zhì)，長期人工培肥松土，具有良好的溫度條件和通氣狀況，微生物數(shù)量大，因此表層的土壤酶活性高，也反映了表層土壤營養(yǎng)、土壤肥力狀況更高。由于研究區(qū)狀況、研究對象等不同，一種土壤酶活性表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。本研究表明，土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)隨土層深度增加而增加的趨勢，與前人大多數(shù)研究相反，這是因為過氧化氫酶屬氧化還原酶類，活性大小受根系分泌物及土壤環(huán)境影響較大。

3.3土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布特性對生土熟化指導(dǎo)意義

近年來隨著農(nóng)業(yè)集約化治理，高低不平的坡地和零星破碎的小塊地變?yōu)槠秸乃疂驳?，位于耕作層之下的母質(zhì)生土不可避免地被外翻至地表[17]。由于生土肥力低，土體緊實，生物活性弱㈣。在相同栽培技術(shù)條件下，生土栽培當年產(chǎn)量減產(chǎn)18%—35%，甚至多達40%—50%[19]。因此，從根本上解決生土的快速熟化及其土地復(fù)墾的可持續(xù)性發(fā)展成為研究者的重要任務(wù)。本研究表明隨土層深度增加，速效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量減少，因此越深層生土熟化越要提高土壤的速效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量，而隨土壤深度增加堿解氮和有機質(zhì)含量較其他養(yǎng)分含量減少更大，因此在深層生土熟化過程中，應(yīng)重施有機肥和速效氮肥。另外速效養(yǎng)分和有機質(zhì)與土壤酶活性存在顯著的相關(guān)關(guān)系，保持土壤耕層濕潤[17]，深耕碎土精細整地[18]，增施多菌種的微生物有機復(fù)合肥、地膜溝植壟蓋等綜合技術(shù)措施[20]，翻壓綠肥[21]等均能促進微生物代謝，增加土壤生物活性，加速生土熟化，實現(xiàn)增產(chǎn)增收。

4結(jié)論

國家高梁原原種擴繁基地表層土壤養(yǎng)分總體表現(xiàn)為中等水平，全氮、堿解氮、有機質(zhì)含量為4級水平（缺乏），全鉀、速效鉀為3級水平（適量），全磷、速效磷為2級水平（豐富）。土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布具有明顯的規(guī)律性，土壤酶（除過氧化氫酶）活性、有機質(zhì)、全磷和速效養(yǎng)分含量均是上部土層高于下部土層，表現(xiàn)隨土層深度增加而降低。而全氮含量在不同土層間無顯著差異，全鉀含量隨土層深度增加先增加后減少。土壤酶活性與土壤養(yǎng)分有很大的相關(guān)關(guān)系，多數(shù)養(yǎng)分指標與酶活性間的相關(guān)關(guān)系均達顯著水平。隨土層深度增加，土壤堿解氮和有機質(zhì)含量較其他養(yǎng)分含量減少更大，在深層生土熟化過程中，應(yīng)重施有機肥和速效氮肥。

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