施肥对马尾松中龄林根际和非根际土壤酶的影响 毕业论文.doc

i 目 录 摘要 .ii abstract iii 前言 1 1.材料与方法 3 1.1 实验区概况 .2 1.2 试验材料 .2 1.3 样地设置 2 1.4 试验设计 .2 1.5 样品采集 3 1.6 测定方法 3 1.7 统计分析方法 3 2.结果与分析 4 2.1 施肥对 12 年生马尾松二代人工纯林根际土壤酶活性的影响 4 2.2 施肥对 12 年生马尾松二代人工纯林非根际土壤酶活性的影响 .7 3.结论与讨论 .10 3.1 讨论 10 3.2 结论 10 参考文献 .12 致谢 .13 ii 施肥对马尾松中龄林根际和非根际土壤酶的影响 摘要 为探讨不同的施肥处理与土壤酶活性的关系，对贵州省龙里林场播箕桥分场一碗 井林区内 12 年生马尾松二代人工纯林的根际和非根际土壤酶的活性进行了测定和分析。 研究结果表明：适量增施 n、p 肥有利于提高根际土壤酶活性，施肥过量会使土壤酶活 性降低;n、p、k 混施对增强 12 年生马尾松二代人工纯林根际土壤蔗糖酶的活性效果最 佳，对其他酶活性影响不显著;增施 k 肥使根际土壤酶活性降低。对于非根际土壤，多 酚氧化酶对不同的施肥处理方式有非常明显的响应，对蔗糖酶来说，单施 n、p、k 肥 和混施 n、p、k 肥它的活性都随施肥量的增加而有所增强，其他的酶活性对于施肥种 类和施肥量的不同变化不大。蔗糖酶、淀粉酶和碱性磷酸酶的活性根际土高于非根际 土，脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性根际土低于非根际土。 关键词：马尾松;根际;非根际;土壤酶活性 iii the influence of the rhizosphere and non-rhizosphere soil enzymes of middle-aged masson pine after fertilization abstract to explore the different fertilization treatments and the relationship between soil enzyme activities, on long lane farm in guizhou province broadcast kei bridge locations are bowl well in 12 year old pine forest plantation generations were n, p, k of the different fertilization treatments, and non-rhizosphere and rhizosphere soil enzyme activities were measured and analyzed. the results show that: the amount of increasing n, p fertilizer was beneficial to improve the activity of rhizosphere soil, excess fertilizer will reduce soil enzyme activity; n, p, k mixed fertilizer on enhanced second generation 12 year old pine plantation rhizosphere soil invertase activity of the best, on the other activity not significant; adding to k fertilizer decreased the activity of rhizosphere soil. for non-rhizosphere soil, polyphenol oxidase with different fertilization treatments have a very clear response to the invertase, the single application of n, p, k fertilizer and mixed fertilizer n, p, k fertilizer it activity increase with the increase of fertilizer has increased the activity of other fertilizer type and fertilizer for the different little change. invertase, amylase and alkaline phosphatase activity in rhizosphere than non-rhizosphere soil, urease, catalase and polyphenol oxidase activity in rhizosphere soil than non-rhizosphere soil. keywords:pinus; rhizospere; non-rhizosphere; soil enzyme activity 4 前言 土壤酶是土壤的组分之一,来自微生物、植物和动物的活体或残体,通过催 化土壤中的生化反应发挥重要作用，土壤酶活性是土壤生物活性和肥力的重要 指标 1。土壤酶是土壤代谢的动力,在土壤生态系统的能量转化和物质循环中起 着重要的作用。土壤有效养分含量的高低直接受土壤酶活性的影响，其中过氧 化氢酶、磷酸酶和脲酶的总体活性对评价土壤肥力水平有重要意义 2。不同耕 作制度及栽培管理措施均会影响土壤酶活性及土壤养分的空间变异 3。土壤酶 对土壤环境的净化、土壤生态环境保护和保持整个生态平衡具有重要意义。国 内外学者对土壤酶进行了大量研究，主要在土壤养分、微生物与土壤酶活性的 相关性方面、土壤酶与植物生长关系方面、各种管理措施对土壤酶活性的影响 方面研究较多 4-6。已有研究主要侧重于长期施肥或有机肥处理及不同耕作方 式下的土壤酶活性变化，诸多研究结果表明,土壤酶活性与土壤养分含量间相关 性强,可将土壤酶活性作为衡量土壤养分状况的指标 7-9,但这些研究大多仅是 对植物某一生育时期采集土样研究的结果,而对土壤酶活性与土壤养分含量动态 变化进行研究的较少。 林木根际是林木和土壤进行物质、能量交换的场所,也是生化活性最强的区 域，林木根系通过分泌各类有机物质和不平衡的元素吸收来影响土壤性质,而这 种影响首先会以根际土壤性质的变化反映出来，近年来,根际微生态系统的土壤 环境引起了人们的广泛关注 10,但对于不同施肥对马尾松根际和非根际土壤酶 活性的影响还尚未研究。土壤酶对土壤环境的净化、土壤生态环境保护和保持 整个生态平衡具有重要意义。研究不同施肥处理对酶活性的影响对于为合理利 用土壤,营造最佳生态效益的林分,防止地力衰退和改善生态环境具有重大意义。 本研究以贵州省龙里林场播箕桥分场一碗井林区内选择 12 年生马尾松( pinus massoniana)二代人工纯林作为研究对象，研究不同土壤施肥处理对马尾松中龄 林土壤酶活性的影响，以期了解土壤酶活性变化，探索分析施肥与土壤酶活性 的相关性，为马尾松科学施肥，提高林地生产力提供参考。 5 1.材料与方法 1.1 研究地概况 本次研究的实验样地位于贵州省龙里林场播箕桥分场一碗井林区，北坡，海拔 1125m- 1140m 左右。林地主要树种为马尾松，林分密度大，郁闭度 0.9 以上，林分平均胸径在 10.0cm-12.5cm 之间，平均高为 7.0m-9.8m。由于林分密度大，郁闭度大，使林内光照条件 较差，马尾松树冠下部的枯枝很多，林地内的枯枝落叶层也比较厚。林下植被主要有光皮 桦（betual luminifera） ，麻栎 (quercus acutissima)，青冈栎（c yclobalanopsis glauca) ，构 树(broussoneti papyrifera)，杨梅(myrica rubra) ，火棘 (pyracantha fortuneana) ，鼠刺 (spinifex littore)，木姜子(litsea pungens)等，但数量稀少，而且分布很不均匀。样地内土壤 是由砂岩发育而成，上层（0-20cm）为砂质粘壤土，下层（20-40cm）为粘壤土。 1.2 试验材料 本次研究的实验材料为 12 年生马尾松( pinus massoniana)二代人工纯林， 林分密度大，郁闭度 0.9 以上，林分平均胸径在 10.0-12.5cm 之间，平均高为 7.0-9.8m。林下植被种类较少且分布不均。 1.3 样地设置 本次试验设置 3 个区组，每个区组设计 4 个主区，每个主区分为 4 个副区， 每个主区面积为 2030m2。共设置 12 块样地，主区为肥种，副区为施肥量。 1.4 试验设计 试验采用随机施肥试验方法，每个样地为 2030m2，每个样地分为 4 个小 区。设计马尾松施肥肥种和施肥量的试验，主处理为肥种，分别为 n、p、k 以 及 npk 不同配合，副处理为不同的施肥量 4 个水平，随机施肥设计，重复 3 次。 6 选用肥料为尿素(含 n 460g/kg)、钙镁磷肥(含 p2o5140g/kg)、硫酸钾(含 k2o 500g/kg)，于每株树的坡上方树冠投影下呈弧形开 15 厘米沟施入。每种肥 料均设置 4 个水平，其中尿素为每株 0g(n1)、150g(n2)、300g(n3)、 450g（n4） ，钙镁磷肥为每株 0g(p1)、500g(p2)、1000g(p3)、1500g（p4） ，硫 酸钾为每株 0g(k1)、100g(k2)、200g(k3)、300g（k4） ，不同肥种配合设计 4 个水平，分别为 0、n1p3k2 、n2p3k2、n2p1k2，设置 3 次重复。 1.5 样品采集 于 2008 年冬季（11 月底）对每个样地内马尾松进行每木检尺，得出林分 的平均胸径，根据林分的平均胸径确定每个样地内的 12 株平均木，在平均木树 冠下方随机用锄头挖开土壤，将根际土和非根际土分开搜集，带回实验室测定 土壤酶活性。 1.6 测定方法 土壤酶的测定方法为：蔗糖酶和淀粉酶用 3,5二硝基水杨酸比色法；脲 酶用苯酚钠比色法；碱性磷酸酶用磷酸苯二钠比色法。过氧化氢酶用高锰酸钾 滴定法；多酚氧化酶用碘量滴定法。 土壤酶活性表示方法为：蔗糖酶以 37 下在蔗糖酶作用下 24 h 内每克土 中生成葡萄糖质量数表示（单位：mg/g)；淀粉酶以每克土中生成麦芽糖质量数 表示（单位：mg/g)；脲酶以 37 下在脲酶作用下 24 h 内每克土中生成氨态 氮质量数表示(单位：mg/g)；碱性磷酸酶以 37 碱性条件在磷酸酶作用下 2h 内每克土中生成 p2o5质量数表示(单位：mg/g)；过氧化氢酶以在过氧化氢酶作 用下每克土中生成消耗的 0.1 mol/l kmno4的毫升数表示(单位：ml/g)；多酚 氧化酶在多酚氧化酶作用下每克土中消耗的 0.01 mol/li2的毫升数表示(单位： ml/g)。 7 1.7 统计分析方法 本研究所有数据通过 excel 分析处理 8 2.结果与分析 2.1 施肥对 12 年生马尾松二代人工纯林根际土壤酶活性的影响 分析结果详见表 2.1、图 2.1、图 2.2、图 2.3、图 2.4。 表 2.1 施肥对根际土壤酶活性的影响 施肥 处理 蔗糖酶/ 葡萄糖 （mg/g ） 淀粉酶/ 麦芽糖 （mg/g ） 脲酶 /nh3- n（mg/g ） 碱性磷 酸酶 /p2o5（ mg/g） 过氧化 氢酶 /0.1n kmno4（ ml/g） 多酚氧 化酶 /0.01n i2（ml/ g） n1 1.84 0.22 0.18 1.55 0.45 0.46 n2 1.9 0.27 0.22 1.64 0.51 0.99 n3 2.14 0.25 0.25 1.62 0.47 1.13 n4 2.18 0.26 0.28 1.65 0.45 1.27 p1 1.46 0.24 0.18 1.62 0.34 0.52 p2 1.69 0.26 0.19 1.65 0.44 0.95 p3 1.98 0.25 0.2 1.67 0.46 1.97 p4 1.93 0.27 0.24 1.71 0.56 2.16 k1 1.73 0.25 0.26 1.67 0.59 0.59 k2 2.64 0.35 0.2 1.61 0.43 0.39 k3 2.89 0.27 0.22 1.66 0.5 0.36 k4 2.01 0.29 0.31 1.64 0.54 0.38 0 3.75 0.25 0.16 1.64 0.43 0.86 n1p3k2 3.06 0.24 0.27 3.62 0.39 1.65 n2p3k2 3.57 0.25 0.17 1.65 0.42 2.49 n2p1k2 2.09 0.25 0.25 1.53 0.43 1.66 注：*表中数据为 3 个重复平均值; 土壤中的一切反应 ,都是在酶的参与下进行的。土壤酶的活性反映了土壤 9 中进行的各种生物化学过程的程度和方向 ,它是土壤的本质属性之一。大量研 究表明 ,土壤酶活性与土壤理化性质、 水热状况，碳水化合物含量、 吸收性 复合体特征以及营林抚育措施等密切相关 ,是土壤生物活性和土壤肥力的一个 重要的指标。从表 2.1 可以看出,合理施肥可提高 12 年生马尾松二代人工纯林 根际土壤酶的活性，但是施肥过量又会使土壤酶的活性下降。 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 100 200 300 400 500 尿 素 施 肥 量 /g 土壤 酶活 性/ mg/ g 蔗 糖 酶 淀 粉 酶 脲 酶 碱 性 磷 酸 酶 过 氧 化 氢 酶 多 酚 氧 化 酶 图 2.1 施 n 量对根际土壤酶活性的影响 从图 2.1 可知,单施 n 肥时，蔗糖酶、脲酶和多酚氧化酶的活性随施肥量的 增加而增加，但是脲酶活性的增加不显著。其他根际土壤酶的活性与尿素的施 肥量相关性不显著。从结果看，施尿素 450g 时蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和多 酚氧化酶的活性最高，而淀粉酶和过氧化氢酶的活性以施尿素 150g 时最高。因 此 ,单施 n 肥时以施尿素 450g 增强马尾松根际土壤酶活性效果最佳。 图 2.2 施 p 量对根际土壤酶活性的影响 10 从图 2.2 看出，单施 p 肥时，脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化 酶的活性随钙镁磷肥施肥量的增加而增强，淀粉酶的活性与施肥量的相关性不 明显。钙镁磷肥的施肥量在 1000g 时蔗糖酶的活性最高，为 1.98,但施肥量大 于 1000g 以后蔗糖酶的活性又降低。脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧 化酶的活性以以施钙镁磷肥 1500g 时最强。因此 ,对 12 年生马尾松二代人工纯 林提高 p 肥施肥量对提高林地根际土壤酶活性有利。 图 2.3 施 k 量对根际土壤酶活性的影响 从图 2.3 可知，单施 k 肥时，蔗糖酶和淀粉酶的活性高于对照，在施肥量 小于 170g 时，蔗糖酶的活性随施肥量的增加而升高，而当施肥量大于 170g， 它的活性便会降低。脲酶和碱性磷酸酶的活性与施肥量相关性不显著。碱性磷 酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性均低于对照，而且多酚氧化酶的活性还 随着 k 肥量的增加而降低。总的看来，提高 k 肥的施肥量不利于提高林地土壤 酶活性。 图 2.4 npk 混合对根际土壤酶活性的影响 n、p、k 混施时，蔗糖酶的活性最高，远高于单施 n、p、k 肥，单施 k 肥 又高于单施 n、p 肥。碱性蛋白酶的活性以 n1p3k2 的肥种配置最高，其他的施 11 肥量对碱性蛋白酶的活性的影响不大。多酚氧化酶的活性以施 n2p3k2 的肥种配 置最高。其他的酶活性与不同施肥处理相关性不大。 2.2 施肥对 12 年生马尾松二代人工纯林非根际土壤酶活性的影响 分析结果详见表 2.2、图 2.5、图 2.6、图 2.7、图 2.8 表 2.2 施肥对非根际土壤酶活性的影响 施肥 处理 蔗糖酶 /葡萄糖 （mg/g ） 淀粉酶 /麦芽糖 （mg/g ） 脲酶 /nh3- n（mg/g ） 碱性磷 酸酶 /p2o5（ mg/g） 过氧化 氢酶 /0.1n kmno4（ ml/g） 多酚氧 化酶 /0.01n i2（ml/ g） n1 0.95 0.21 0.22 1.47 0.45 1.36 n2 1.1 0.22 0.23 1.57 0.62 2.39 n3 1.46 0.24 0.31 1.59 0.55 2.66 n4 1.97 0.23 0.34 1.63 0.5 5.78 p1 0.84 0.24 0.2 1.4 0.41 5.43 p2 0.87 0.25 0.33 1.53 0.58 3.38 p3 0.98 0.25 0.36 1.6 0.55 4.76 p4 1.05 0.25 0.37 1.61 0.63 5.27 k1 0.95 0.24 0.36 1.66 0.66 1.99 k2 1.09 0.23 0.43 1.53 0.53 4.64 k3 1.52 0.25 0.26 1.51 0.52 4.22 k4 1.52 0.22 0.38 1.63 0.57 1.83 0 1.11 0.2 0.31 1.47 0.51 4.42 n1pk2 0.76 0.23 0.33 1.51 0.51 3.31 n2p3k2 1.39 0.24 0.24 1.59 0.51 3.96 n2p1k2 1.03 0.21 0.28 1.49 0.46 3.85 注：*表中数据为 3 个重复平均值 12 图 2.5 施 n 量对非根际土壤酶活性的影响 图 2.6 施 p 量对非根际土壤酶活性的影响 图 2.7 施 k 量对非根际土壤酶活性的影响 13 图 2.8 npk 混合处理对非根际土壤酶活性的影响 从表 2.2 和图 2.5-图 2.8 看来，除了多酚氧化酶的活性以外，不同的施 肥处理对 12 年生马尾松二代人工纯林非根际土壤酶活性的影响不是很大。对于 蔗糖酶来说，单施 n、p、k 肥和混施 n、p、k 肥它的活性都随施肥量的增加而 有所增强，单施 450gn 肥时蔗糖酶活性是最强的。图 2.7 显示，硫酸钾的施肥 量大于 200g 以后，蔗糖酶的活性就没有什么变化了。淀粉酶、脲酶和过氧化氢 酶的活性对于施肥种类和施肥量的不同变化不大。单施 n 肥时，多酚氧化酶的 活性随施肥量的增加而增强。单施 p 肥时，多酚氧化酶的活性先是随施肥量的 增加而降低，随后又随施肥量的增加而增强。单施 k 肥时，多酚氧化酶的活性 先是随施肥量的增加而加强，施肥过量，多酚氧化酶的活性又会降低。而 n、p、k 肥混施对其又无显著影响。 结合表 2.1 和表 2.2，蔗糖酶、淀粉酶和碱性磷酸酶的活性根际土高于非 根际土，脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性根际土低于非根际土。 14 3 结论与讨论 3.1 讨论 土壤酶活性与土壤理化性质、水热状况，碳水化合物含量、 吸收性复合体 特征以及营林抚育措施等密切相关 。适量施肥可在一定程度上提高根际土壤蔗 糖酶、淀粉酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,其原因可能 是可能是由于施肥促进了作物根系代谢,使根系分泌物增多,微生物繁殖加快,而 根际微生物通过吸收土壤中的养分,可以形成近根缓效供应的养分库,从而有利 于提高土壤酶活性。另外，施肥可通过改善土壤水热状况和微生物区系来影响 土壤酶活性,改善土壤 11。但是，如果肥料用量超过最大临界范围,土壤酶活性 将会降低，这可能是因为过量的化肥会损坏土壤理化性质，影响植物根系的吸 收功能，抑制根际微生物的繁殖和活动，从而使根际土壤酶的活性降低。 土壤酶主要来源于植物根系和微生物的活动，它参与土壤各种生物化学过 程和物质循环。根际土壤酶的活性受施肥的影响比较大，是因为根际内微生物 数总是比根际外要高得多,当微生物受到环境因素刺激时,便不断向周围介质分 泌酶,致使根际内外酶活性存在很大的差异。非根际土壤内的微生物较少，土壤 酶活性受根系和微生物活动影响较少，所以不同的施肥处理对非根际土壤酶活 性影响不大。但多酚氧化酶对于不同的施肥处理响应很明显，这可能是由于多 酚氧化酶参与土壤中芳香族有机化合物转化为腐殖质组分的过程，不同施肥处 理对土壤中芳香族有机化合物的积累量影响较大，从而影响了多酚氧化酶的活 性。 一般情况下，根际土壤酶活性高于非根际土，但本研究中脲酶、过氧化氢 酶和多酚氧化酶的活性根际土低于非根际土，可能由于马尾松根际养分被根吸 收，使根际土壤中的有机质含量降低，微生物活动受到抑制，从而导致酶活性 降低。 15 3.2 结论 根际土壤酶对不同的施肥处理方式有明显的响应，施肥可提高根际土壤中 蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性。适量增 施 n、p 肥有利于提高根际土壤酶活性，施肥过量会使土壤酶活性降低; n、p、k 混施对增强 12 年生马尾松二代人工纯林根际土壤蔗糖酶的活性效果最 佳，对其他酶