有機種植方式下紅壤性水稻土腐殖質與酶活性的變化規律

摘要：為了建立和完善有機種植方式下紅壤性水稻土的固碳理論體系，對水稻分蘗期、孕穗期、抽穗期、灌漿期和完熟期5個生育階段的紅壤性水稻土腐殖質各組分碳含量及土壤酶活性等指標的變化規律進行了分析。結果表明，與常規種植水稻方式相比，有機種植水稻有利于土壤腐殖質的更新和積累；有機種植方式下水稻各生長時期的胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、PQ值（HA/FA）、脲酶（URE）、酸性磷酸酶（ACP）和蔗糖酶（SUC）活性均高于常規種植方式，分別高出10.96%、7.48%、3.72%、20.16%、7.08%和15.36%，且土壤酶活指標與土壤腐殖質含量表現出一致的變化規律。

關鍵詞：有機種植；紅壤性水稻土；腐殖質組分；酶活性

中圖分類號：S151.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）17-4381-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.007

Abstract： In order to build the system of carbon sequestration of paddy soil derived from red earth under organic planting condition， field experiments were carried out to analyze the effects of organic planting methods combined with synthetic fertility amendments on soil humus composition and enzyme activities at 5 different growth stages（tillering stage， booting stage， heading stage， grain filling stage and ripe stage）. The results showed that soil humus and soil enzyme activities in organic planting method were higher than in conventional planting method. Compare with conventional planting soil， the values of humic acid， fulvic acid， PQ（the ratio of humic acid and fulvic acid）， urease， acid phosphatase， invertase in tested organic planting soil were increased by 10.96%， 7.48%， 3.72%， 20.16%， 7.08% and 15.36% respectively. Moreover， humus composition and enzyme in the tested soils were in consistent trend in different soils.

Key words： organic planting method； paddy soil derived from red earth； humus composition； enzyme activit

2004年中國水稻種植面積達到2 837.87萬hm2，分別占全國谷物總播種面積、糧食作物總播種面積和農作物總播種面積的35.76%、27.93%和18.48%[1]。紅壤性水稻土是中國主要水稻土類型之一，其中尤以江西省分布最為集中，發育于紅壤性母質的水稻土占全省水稻土總面積（350萬hm2）的67.7%[2]。但紅壤性水稻土的肥力相對較低[3]，如何保障農產品品質，提高作物產量對江西省農業的可持續健康發展至關重要。近年來的研究表明，有機種植方式不僅可以提高水稻作物的品質，還可以有效培肥土壤[4]，因此，在紅壤性水稻土上開展有機種植模式具有廣闊的應用前景。

土壤腐殖質是土壤有機質的重要組成部分，對土壤肥力、結構和性質均具有調節功能。它的組成和數量對土壤碳儲量的貢獻及其穩定機制己經成為全球變化中農業生態系統碳循環研究的重要內容[4]。有機物在土壤酶及微生物作用下形成腐殖質，腐殖質又在一定的條件下緩慢分解釋放出養分供植物生長，形成一個動力學積累和穩定的過程。采取配施功能性生物肥的有機種植方式，在水稻分蘗期、孕穗期、抽穗期、灌漿期和完熟期5個生育階段，研究紅壤性水稻土腐殖質各組分碳含量及土壤酶活性等指標的變化規律，對建立和完善有機種植方式下紅壤性水稻土的固碳理論體系，實現江西省有機農業可持續發展有重要的理論意義和實踐價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地位于江西省南昌市北郊某農場，該地區屬于亞熱帶濕潤氣候，氣候溫和，雨量充沛，日照充足，無霜期長，具有明顯的干濕季節變化。2012年，農場內有26.67 hm2水稻田取得了中綠華夏有機食品認證中心認證，有機農場隔離帶外為常規種植稻田。供試水稻土為第四紀紅色黏土發育的潴育型紅壤土。水稻供試品種為黃華占，單季種植。2013年7月分別采集有機種植（OR）和常規種植（CN）耕層土壤（0～15 cm）樣品，其基本理化性質如表1所示。

1.2 試驗設計

試驗包括有機種植與常規種植兩種水稻種植方式，有機種植模式在休耕期主要施入綠肥鮮草、農家肥和水稻秸稈等方式培肥，同時施用生物肥5 g/kg（主要成分：有機質83 g/kg、堿解氮330 mg/kg、速效磷26 g/kg，pH 7.94），不施化肥。常規種植模式施用化肥，肥料用量根據實際生產習慣和各產品推薦用量設置。灌溉方式根據當地種植習慣安排。

1.3 樣品采集

2013年7-10月，在水稻分蘗期、孕穗期、抽穗期、灌漿期和完熟期等5個時期分別采集兩種種植方式下稻田土壤樣品，各選取3個試驗小區（約66.7 m2）定點監測。每個小區采用直角線均勻布點法采集3個樣品，采樣時先清除地表雜物，用土鉆采集0～15 cm的土壤，采集好的新鮮土樣帶回實驗室自然風干后，過20目篩后混合用于土壤指標的分析測定。

1.4 測定方法

土壤腐殖質碳（胡敏酸、富里酸、胡敏素）提取采用焦磷酸鈉和氫氧化鈉混合液浸提[5]，提取的腐殖質各組分碳采用重鉻酸鉀外加熱比色法[6]測定；土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[7]測定；土壤脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法[7]測定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法[7]測定。

1.5 數據處理

用Microsoft Excel 2003對數據進行相關的統計分析。數據的差異性檢驗采用Duncan法（新復極差法）和成對樣本t檢驗法進行差異顯著性統計。

2 結果與分析

2.1 不同種植方式下土壤胡敏酸及富里酸的動態變化

土壤腐殖質除少部分以游離態存在外，大部分與土壤顆粒結合在一起形成土壤有機無機復合體，因此單獨分離出各形態腐殖質比較困難。目前仍是根據腐殖質組分在酸、堿溶液中的溶解度不同分為胡敏酸、富里酸和胡敏素。胡敏酸（HA）是腐殖質中最活躍的，富里酸（FA）既是形成HA的一級物質，又是HA分解的一級產物，在HA的積累和更新中起重要的作用[8]，研究HA與FA的動態變化可以更好地闡明土壤的腐殖質組分間的變化規律。由表2可知，在水稻生長的5個生育期，土壤HA及FA含量均呈現出動態增長趨勢，且有機種植方式下水稻土的HA和FA含量均高于常規種植方式。這主要是由于配施的生物肥可改善土壤結構，促進土壤微團聚體形成。這與潘根興等[9]得出的單施化肥處理土壤碳的礦化損失大大高于配施有機肥處理的結論是一致的。在水稻分蘗期與完熟期，有機種植方式下水稻土的HA含量比CN分別高0.28、0.40 g/kg，FA含量分別高0.42、0.41 g/kg。這可能是因為HA及FA主要來源于新鮮有機物質，有機種植施用綠肥鮮草、農家肥和水稻秸稈進行培肥，龔偉等[10]的研究也表明腐熟的有機肥料含較多的HA和FA。

2.2 不同種植方式下土壤腐殖質及PQ的動態變化

PQ值（HA/FA）作為腐殖化程度的指標，是衡量土壤腐殖質品質優劣的一個重要指標，胡敏酸含量越高，比值越大，分子質量越大，分子結構越復雜，腐殖質品質越好[3]。由圖1可以看出，兩種種植方式下水稻土PQ值為0.51～0.64，說明紅壤水稻土的PQ比值較低，這與李忠佩等[3]的研究是一致的，這主要是由于該區高溫多雨，土壤酸性較高，礦物高度風化，HA活性較大，腐殖質中以FA為主。有機種植方式下水稻土PQ值隨水稻生育期的變化幅度較常規種植方式大，平均高0.03，達顯著性差異（P<0.05），說明有機種植可以提高土壤腐殖化程度，土壤更活躍，這與張晉京等[11]的研究結果一致。

在水稻生長的全生育期，常規和有機兩種種植條件下土壤腐殖質表現出不同的變化規律（圖1）。常規種植下腐殖質呈先上升后下降的趨勢，即土壤腐殖質最終表現為釋放規律，潘根興等[9]的研究也表明，傳統種植方式表現為“碳源”；有機種植下水稻土腐殖質的波動幅度較小，大致呈積累趨勢，即在土壤中表現為“碳匯”，這與Pablo等[12]、Andrea等[13]的研究一致。

2.3 不同種植方式下土壤酶的動態變化

土壤中生物化學過程是陸地生態系統功能的基礎，這些過程主要得益于土壤中酶的作用，其中蔗糖酶（SUC）、酸性磷酸酶（ACP）及脲酶（URE）常用來表征土壤生物活性的高低，成為反映土壤肥力和腐殖化程度的生物學指標[4]。

由圖2可以看出，種植方式未改變土壤SUC、ACP和URE酶活性在全生育期的變化趨勢，但有機種植方式下各酶的活性均比常規種植方式的活性高，SUC、ACP和URE酶活性平均提高了15.36%、7.08%和20.16%。王延軍等[14]的研究也表明生態肥可顯著提高土壤如脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶等關鍵性酶活性，實現培肥土壤和改善土壤速效養分供給。隋躍宇等[15]的研究也表明施用各類有機肥料可以往土壤中帶入大量的酶類，而常規種植條件下高濃度的農藥化學物質直接抑制土壤酶活性。

研究結果說明配施生物肥的有機種植方式可有效提高土壤酶活性，且與土壤腐殖質的含量表現出一致的變化規律。這主要是由于土壤養分、土壤酶活性、土壤腐殖質組分三者相互依賴。腐殖質含碳量不僅影響土壤有機物質分解、礦物質溶解、膠體的凝聚與分散、氧化還原及微生物活動強度，而且直接影響土壤酶參與的生化反應速度。有機種植能夠提高酸性土壤的pH[16]，促進土壤酶的活性，增強土壤酶的穩定性，提高土壤酶在極端環境下的耐受力和活性[17]。反過來，土壤酶活性的提高又能夠促進生物肥的腐殖化作用，增加土壤養分供給的有效率和持續利用。

3 結論

1）與常規種植方式相比，有機種植方式水稻田HA、FA、腐殖質碳及PQ值均有所提高，并表現出固碳增匯效益。在水稻分蘗期與完熟期，有機種植方式下水稻土的HA含量比常規種植方式分別高0.28、0.40 g/kg，FA含量分別高0.42、0.41 g/kg；與分蘗期相比，在完熟期水稻土腐殖質碳含量增加，由12.75 g/kg增加至14.13 g/kg。紅壤水稻土的PQ值較低，兩種種植方式下水稻土PQ值在0.51～0.64之間。

2）在有機種植方式下，配施功能性生物肥有利于改善土壤的生物學特性，提高水稻生育期內紅壤性水稻土耕層URE、ACP和SUC活性，在水稻全生育期有機種植方式比常規種植方式平均提高了20.16%、7.08%和15.36%。

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