充分濕潤與淹水栽培對土壤養分與酶活性的影響

張 娜,潘瑞瑞,周增輝,3,劉 野,江解增*,田秋芳,石如瓊

(1.揚州大學 水生蔬菜研究室,江蘇 揚州 225009；2.浙江仙璟梅林果業有限公司,浙江 舟山 316100；3.浙江省舟山市定海區雙橋街道,浙江 舟山 316100)

充分濕潤與淹水栽培對土壤養分與酶活性的影響

張 娜1,2,潘瑞瑞1,周增輝1,3,劉 野1,江解增1*,田秋芳1,石如瓊1

(1.揚州大學 水生蔬菜研究室,江蘇 揚州 225009；2.浙江仙璟梅林果業有限公司,浙江 舟山 316100；3.浙江省舟山市定海區雙橋街道,浙江 舟山 316100)

摘要：研究了充分濕潤與淹水栽培對設施土壤養分和土壤酶活性的影響以及土壤酶活性與養分含量之間的關系。結果表明：充分濕潤和淹水栽培對土壤養分含量影響的差異不大,均會使0～40 cm土層土壤速效磷、鉀含量和0～20 cm土層硝態氮含量小幅下降；兩種水作后期0～10 cm土層有機質含量均略有增加,0～20 cm土層土壤有機質含量均在20 g/kg以上；兩種水作均會降低土壤酶的活性,但充分濕潤栽培對土壤酶活性的影響較小。相關分析發現,土壤硝態氮、速效磷、速效鉀、有機質含量與土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性之間密切相關。

關鍵詞：充分濕潤栽培；淹水栽培；水旱輪作；土壤養分；土壤酶活性

土壤酶主要來源于土壤微生物活動、植物根系分泌、植物殘體以及土壤動物區系分解[1],其作為土壤組分中最活躍的有機成分之一,不僅可以表征土壤物質能量代謝旺盛程度,而且可以作為評價土壤肥力高低、生態環境質量優劣的一個重要生物指標。目前,土壤鹽漬化的發生,導致設施蔬菜連作障礙越來越嚴重,限制了農業可持續發展[2]。江解增等[3]認為設施蔬菜水旱輪作可有效防控土壤鹽漬化。前期調查發現,淹水栽培處理可以降低0～40 cm土層土壤鹽分,充分濕潤栽培處理可以降低0～30 cm土層的土壤鹽分[4]。因此,調查研究充分濕潤和淹水栽培對土壤養分和土壤酶活性的影響以及土壤酶活性與土壤養分之間的關系,可以為設施蔬菜水(濕)旱輪作改良鹽漬化土壤的生態新模式提供更多的理論依據。

孫瑞蓮等[5]對土壤耕層、王生鑫等(2011)對不同間作模式、劉淑英[6]對小麥收獲期、侯彥慧等(2009)對放牧草地及宋海燕等[7]對濱海地區棗園土壤等均進行了分層研究,他們的研究結果均表明土壤酶活性與土壤養分具有密切的關系。目前,有關不同水作方式對設施土壤0～40 cm不同層次土壤有機質、速效養分和酶活性的影響以及土壤養分與土壤酶活性之間關系的研究尚未見報道。鑒于此，筆者探討了設施蔬菜水旱輪作新模式下土壤酶活性與養分的關系,以及充分濕潤和淹水栽培對不同層次土壤酶活性及養分含量影響的差異,以期為設施蔬菜水旱輪作防治土壤鹽漬化提供理論依據。

1材料與方法

1.1 試驗設計與土樣采集

試驗設計與土樣采集方法與前期試驗[4]相同。

1.2測定方法

采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質含量；采用NH4OAc浸提-火焰光度法[8]測定土壤速效鉀含量；采用紫外分光光度法[9]測定土壤硝態氮含量；采用Olsen法[10]測定有效磷含量；采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶活性；采用磷酸苯二鈉比色法測定土壤磷酸酶活性；采用靛酚藍比色法[11]測定土壤脲酶活性。

1.3數據處理

用Excel 2003和SPSS 16.0對所有數據進行處理分析。

2結果與分析

2.1兩種水作前后期土壤速效養分及有機質的變化

由圖1可知,兩種水作后期0～40 cm土層土壤速效磷、鉀含量,0～10 cm土層硝態氮含量和10～40 cm土層有機質含量均有所下降,0～10 cm土層有機質含量有所上升。兩種水作后期0～10 cm土層有機質含量略有增加,可能是因為表層土壤中植物殘體較多,在水分充足的情況下,有機質的礦化速率較慢,導致了表層土壤有機質緩慢積累；兩種水作10～40 cm土層有機質含量降幅差異不明顯。充分濕潤栽培后期20～40 cm土層硝態氮含量有所上升,而淹水栽培后期10～40 cm土層硝態氮含量均有所上升,且淹水栽培升幅較小。土壤速效鉀和速效磷經充分濕潤栽培處理后變幅較小,相比之下,經淹水栽培處理后變幅較大。淹水栽培處理有效磷含量降幅較大,可能與土壤有效磷隨水下移及植物吸收有關。兩種水作后期30～40 cm土層速效鉀含量均略有上升,可能與速效鉀養分積累到該土層有關。從土壤剖面看,隨著土壤層次加深,土壤速效養分和有機質含量均降低。

圖1　土壤速效養分及有機質含量在水作前后期的變化

2.2兩種水作前后期土壤主要酶活的變化

由表1可知,兩種水作后土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性均有所降低。其中,充分濕潤栽培處理各土層土壤脲酶活性降幅在0.24%～15.05%之間,淹水栽培處理降幅在12.95%～57.00%,相比之下,充分濕潤栽培處理的降幅較小,對維持土壤脲酶活性更有利。充分濕潤栽培處理的0～10 cm和10～20 cm土層酸性磷酸酶活性降幅分別為1.06%和0.52%,而經淹水栽培處理的降幅分別為8.81%和24.67%,顯然,充分濕潤栽培對0～20 cm土層酸性磷酸酶活性具有更好的保護作用,進而保持了土壤耕層的肥力。兩種水作處理20～30 cm土層酸性磷酸酶活性降幅均達55%以上,這可能與作物根系在此層對養分吸收較多有關。淹水栽培處理30～40 cm土層酸性磷酸酶活性降幅較充分濕潤栽培處理大。除10～20 cm土層土壤蔗糖酶活性升幅達28.13%外,充分濕潤栽培處理其他各層土壤蔗糖酶活性均降低。除20～30 cm土層土壤蔗糖酶活性有所升高外,淹水栽培處理其他各層均有所降低,其中30～40 cm土層降幅較大,達35.70%,可能與土壤養分的變化有關。充分濕潤栽培處理土壤蔗糖酶活性的降幅明顯較淹水栽培處理小,說明充分濕潤栽培可以保持甚至增加土壤蔗糖酶活性。兩種水作各層土壤蔗糖酶活性的變化趨勢與有機質含量的變化趨勢基本一致,因此,土壤蔗糖酶活性這種變化可能與土壤有機質含量有關。

從土壤剖面看,隨土層深度的增加,兩種水作的土壤脲酶、酸性磷酸酶和土壤蔗糖酶活性均降低,可能與表層土壤水、肥、氣、熱條件較優越有關。

表1　土壤主要土壤酶活性在水作前后期的變化

注：括號內數據為與相應處理前相比的變化幅度。

2.3兩種水作下土壤酶活性與土壤養分間以及不同酶活性之間的相關性

由表2可以看出：充分濕潤及淹水栽培處理土壤脲酶活性與硝態氮含量之間分別達到極顯著和顯著正相關水平,其相關系數分別為0.735、0.500；在兩種水作方式下,土壤蔗糖酶活性與有機質含量間的正相關性達到了極顯著水平,其相關系數分別為0.884、0.750,但充分濕潤栽培處理下的線性相關更強；土壤磷酸酶活性與速效磷含量間也存在很強的相關關系,但淹水栽培處理下的相關性更強,相關系數為0.856，達極顯著水平。

相關分析發現,在充分濕潤栽培處理下,除速效磷和堿解氮含量與3種酶活性之間呈顯著的正相關外,有機質、速效鉀含量與土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性之間均呈極顯著正相關關系,其相關系數均在0.800以上；淹水栽培處理的3種酶活性與4種養分含量之間均存在極顯著的相關性,相關系數均在0.750以上。

表2　兩種水作下土壤酶活性與養分間及不同酶活性間的相關性

注：“**”表示相關極顯著(P<0.01)；“*”表示相關顯著(P<0.05)。

3討論

充分濕潤和淹水栽培處理0～40 cm土層土壤速效養分含量基本上呈現降低的趨勢。有機質含量在0～10 cm土層略有增加,可能與表層土壤中植物殘體和微生物含量較多有關,在水分充足的情況下,植物殘體腐殖化且有機質的礦化速率較慢而導致有機質緩慢積累[12]。兩種水作處理20～40 cm土層的有機質含量均表現為下降的趨勢且淹水栽培下的下降幅度較大,說明充分濕潤栽培可以保持土壤有機質含量。土壤速效鉀和速效磷含量經淹水栽培處理后變幅較大,相比之下,充分濕潤栽培處理后變幅較小；而充分濕潤栽培下的土壤硝態氮含量降幅較淹水栽培下的大。由此表明,充分濕潤栽培時植物需要的大量養分(磷、鉀養分)在土壤中有一定的保留,而土壤中富集較多的硝態氮含量在降低后適于植物吸收利用。淹水栽培處理的土壤有效磷含量降幅較大,可能與土壤有效磷隨水下移到土壤底層及作物吸收有關。兩種水作后期0～30 cm土層土壤速效鉀含量均有所降低,而在30～40 cm土層有所上升,可能與土壤表面水壓有關,使得速效鉀在底層累積。

土壤蔗糖酶可以增加土壤中易溶性營養物質,其活性與有機質的轉化和呼吸強度有密切關系[13]。土壤脲酶能分解有機物,促其水解成氨和二氧化碳[14],其活性在一定程度上可以反映土壤的供氮能力。土壤磷酸酶的活性高低直接影響土壤中有機磷的分解轉化及其生物有效性。兩種水作處理后,各土層的土壤脲酶、蔗糖酶及磷酸酶活性均有所下降,且脲酶和磷酸酶活性的變化較蔗糖酶大。土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性相互之間均存在極顯著正相關關系。可能是因為這幾種酶存在相同的底物,當其中一種酶與底物結合后會釋放某一種或多種信息物質激活其他酶的活性,從而導致不同種類的酶之間呈現正相關關系[15]。土壤酶參與腐殖質的形成和有機質的分解等土壤中多種元素的生物循環,其活性可以反映土壤養分,尤其是氮、磷養分轉化的強弱[16]。相關分析結果表明,兩種水作下的土壤硝態氮、有機質、速效磷、速效鉀含量與土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性均密切相關,其中有機質和速效鉀含量與土壤脲酶呈極顯著正相關關系,速效磷和速效鉀對脲酶活性的影響主要是通過有機質、堿解氮的間接影響[17]。本研究表明,土壤蔗糖酶活性與硝態氮、速效磷、有機質、速效鉀含量呈極顯著或顯著正相關關系,這與李東坡等[18]對黑土地培肥試驗的研究結果相似；酸性磷酸酶活性與有機質、速效鉀、速效磷、硝態氮含量間均存在顯著正相關關系,這說明土壤酶可以表征土壤肥力,土壤酶活性的提高可以顯著提高土壤肥力。這與唐玉姝等[19]和王智功[20]的研究結果一致。

4結論

經兩種水作處理后,0～40 cm各層土壤速效磷、鉀含量均呈下降趨勢,但經充分濕潤栽培處理的降幅較小。有機質含量在0～10 cm表層土壤有所上升,在10～30 cm土層有所下降,但降幅均不明顯。淹水栽培處理10～40 cm土層硝態氮含量有所上升,而充分濕潤栽培處理僅20～40 cm土層上升。土壤蔗糖酶活性在20～30 cm土層有所上升。說明兩種水作方式均可改良鹽漬化土壤。充分濕潤栽培處理基本上可以保持土壤有效養分和土壤生態環境的穩定性,對鹽漬化土壤的改良更有利。另外,充分濕潤栽培可以作為缺水、灌溉難及保水差地區改良鹽漬化的生態模式。相對于要長時間保持明水層的淹水栽培而言，充分濕潤栽培簡單易行,同時可以避免過量灌水引起的養分流失,符合節水灌溉、可持續發展的理念。

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(責任編輯：黃榮華)

Effects of Full Wettish Cultivation and Waterlogging Cultivation on Soil Nutrient Content and Enzyme Activities

ZHANG Na1,2, PAN Rui-rui1, ZHOU Zeng-hui1,3, LIU Ye1,JIANG Jie-zeng1*, TIAN Qiu-fang1, SHI Ru-qiong1

(1. Institute of Aquatic Vegetable Research, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2. Xianjing Meilin Fruit Industrial Limited Company in Zhejiang, Zhoushan 316100, China; 3. Shuangqiao Street, Dinghai District of Zhoushan City in Zhejiang Province, Zhoushan 316100, China)

Abstract：The experiment was undertaken to study the effect of full wettish cultivation and waterlogging cultivation on facility soil nutrient content and soil enzyme activities, and the relationship between soil enzyme activities and nutrients. The results showed that the difference in the impact of full wettish and waterlogging cultivation on soil nutrients was small. Two kinds of water-submerging-cultivation would reduce soil available P and K content in 0～40 cm soil layers and nitrate-N content in 0～20 cm soil layers. Soil organic matter content increased slightly in 0～10 cm soil layers, and soil organic matter content in 0～20 cm soil layers were more than 20 g/kg, achieving a moderate or high level. Both water-submerging-cultivation could reduce soil enzyme activities, but wettish cultivation had a smaller effect on them. Correlation analysis showed that nitrate-N, available P and K and organic matter content were closely related to soil urease, sucrase and phosphatase activities.

Key words：Full wettish cultivation; Waterlogging cultivation; Paddy-upland rotation; Soil nutrients; Soil enzyme activities

收稿日期：2015-09-13

基金項目：江蘇省農業三新工程[SXGC(2014)314]；國家科技計劃課題(2012BAD27B00)。

作者簡介：張娜(1989─),主要從事水旱輪作研究。*通訊作者：江解增。

中圖分類號：S153.6

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)04-0028-04