施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及CO2排放量的影响.doc

目录 1 绪论 1 1 1 研究目的和意义 1 1 2 土壤酶研究进展 1 1 3 土壤酶活性的综述 2 1 4 土壤酶活性影响因子 3 1 4 1 土壤状况与土壤酶活性 3 1 4 2 土壤微生物 土壤动物与土壤酶活性 5 1 4 3 农业耕作措施与土壤酶活性 5 1 4 4 植物生长与土壤酶活性 7 1 5 土壤 CO2 排放研究进展 7 1 6 CO2排放研究方法 9 1 6 1 箱法 9 1 6 2 微气象法 10 2 试验内容 10 2 1 试区概况 10 2 2 试验试剂与器材 10 2 2 1 供试材料 10 2 2 2 试验器材 10 2 2 3 试验试剂 10 2 3 试验设置 11 2 4 测定方法 11 2 5 数据处理 12 3 结果与分析 12 3 1 不同施氮措施对土壤酶活性的影响 12 3 1 1 不同施氮措施对土壤脲酶活性的影响 12 3 1 2 不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响 13 3 1 3 不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响 14 3 2 不同施氮措施对土壤 CO2 排放量的影响 15 3 3 土壤酶活性与土壤 CO2 排放量相关性 17 4 结论与讨论 18 4 1 不同施氮措施对土壤酶活性的影响 18 4 1 1 不同施氮措施对土壤脲酶活性的影响 18 4 1 2 不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响 18 4 1 3 不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响 19 4 2 不同施氮措施对土壤 CO2 排放量的影响 20 4 3 土壤酶活性与土壤 CO2 排放量相关性 20 参考文献 21 附录 24 致谢 34 施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及 CO2排放量的影响 作者 韩松 指导老师 廖允成 摘 要 为研究不同氮肥种类以及氮肥施用量对旱作玉米地土壤酶活性与 CO2排放量的关系 本研究设置了 9 个处理 速效氮肥采用尿素 N 46 施氮量为 80 kg hm2 N1 160 kg hm2 N2 240 kg hm2 N3 320 kg hm2 N4 缓释氮肥 N 44 6 施肥量为 80 kg hm2 SR1 160 kg hm2 SR2 240 kg hm2 SR3 320 kg hm2 SR4 不施氮肥处理为 对照 CK 对施用速效氮肥 尿素 和缓释氮肥的旱作夏玉米地土壤酶活性及 CO2排放量进行分析 结果表 明 与不施肥处理比较 不同氮肥种类和施用量均可显著提高土壤脲酶 蔗糖酶 过氧化氢酶活性 和 CO2的排放量 在整个生育期 尿素与缓释氮肥处理土壤酶活性和土壤 CO2排放量表现出相同 变化趋势 尿素和缓释氮肥处理土壤 CO2平均排放量分别为 459 12 mg m 2 h 1和 427 11 mg m 2 h 1 两者达到显著差异水平 P 0 05 相关分析表明 土壤脲酶 蔗糖酶和过氧化氢酶活性与土 壤 CO2排放量呈显著或极显著正相关 相关系数分别为 0 79 0 64 和 0 80 说明相同施氮量缓释氮 肥较尿素能有效提高土壤酶活性并降低土壤碳排放量 关键词 旱作农田 夏玉米 氮肥 酶活性 CO2排放量 3 38 Effects of fertilizers on soil enzyme activities and CO2 emission in dry land of maize Abstract This experiment is conducted to explore the effects of different types and dosages of nitrogen fertilizers on soil enzymatic activities and soil CO2 emission in the arid farming land of summer maize Nine treatment levels were set including four levels each of available nitrogen urea and low release nitrogen specifically 80 kg hm 2 urea N1 160 kg hm 2 urea N2 240 kg hm 2 urea N3 320 kg hm 2 urea N4 80 kg hm 2 slow release fertilizer SR1 160 kg hm 2 slow release fertilizer SR2 240 kg hm 2 slow release fertilizer SR3 320 kg hm 2 slow release fertilizer SR4 and no fertilizer treatment served as control CK The results showed that CO2 emission and activities of urease invertase and catalase in the fertilizer treatments were higher than those in no fertilizer treatment P 0 05 During the whole growth period the same trends of three enzymes activities and CO2 emissions were detected between the treatments of available nitrogen and slow release nitrogen There were significant differences P麦秆 草木樨 对脲酶活性和磷酸酶活性的影响为草木樨 玉 米秸秆 麦秸 与对照相比 化肥的施用也提高了土壤酶活性 但幅度较小 而施用化 肥提高土壤酶活性的原因 是由于化肥能促进作物根系代谢 使根系分泌物增多 微 生物繁殖加快 从而提高土壤酶活性 袁玲等对水稻土的研究发现 有机 无机肥配 合施用能提高土壤中转化酶 磷酸酶 蛋白酶 脲酶的活性 而对过氧化氢酶的影响 较小 其中土壤蛋白酶 脲酶 转化酶的活性与土壤NH4 N和有机质含量 土壤磷酸 酶的活性与土壤有机磷和有机质含量呈极显著或显著正相关 李科江等在半干旱区进 行的施肥对土壤酶活性影响的研究表明 施肥处理土壤的酶活性与对照相比 均有不 同程度地提高 尤其对脲酶和蔗糖酶的影响最大 绿肥对土壤酶活性的影响最大 35 冯锐的研究结果表明 施肥 尤其是有机肥 化肥与不施肥相比 能够极显著或显著地 提高土壤中碱性磷酸酶 脲酶 过氧化氢酶的活性 有机肥 化肥比单施化肥更显著地 提高了酶的活性 36 关连珠对棕壤土和潮棕壤土农田的研究表明 施用有机肥的各处 理 过氧化氢酶活性可提高10 15 施用化肥处理则降低3 6 转化酶的效 果也较明显 施用有机肥各处理增加幅度为40 90 化肥处理和对照减少2 1 l 脲酶活性变化最大 施用有机肥各处理增加140 230 化肥处理虽有增加趋 势 1 5 但增幅很小 对照处理则有所下降 下降幅度为2 18 施有机肥 各处理的磷酸酶活性亦有所增加 但与化肥相比增加不甚明显 总之 长期施用有机 肥或化肥均可提高土壤中各种酶的活性 其中脲酶 过氧化氢酶 磷酸酶 转化酶等 增加较多 而且有机肥 无机肥配施的效果最佳 37 3 灌溉 灌溉能改善土壤的水分状况 也能改善土壤的其他性质 如营养物质的移动性和 微生物的活动等 Xasvlee 1982 对淋溶黑钙土的研究表明 在所有的耕作处理里 灌 溉均增强了土壤的酶活性 灌溉后的土壤酶活性的增强是因为微生物的生命活动得到 7 38 了改善 在O2的吸收和CO2的泌出速率间存在着显著的相关 1 4 4 植物生长与土壤酶活性植物生长与土壤酶活性 植物的生活以叶的光合作用和根的养分吸收为基础 而土壤养分变化与酶促作用 有关 所以 土壤酶与植物生长之间存在密切联系 主要表现为土壤有效养外的释放 与植物干物质积累的联系 不同温 湿度条件下 土壤生化过程强度与植物生育的协 调性 酶活性对植物根系的依赖性 土壤酶动态变化与土壤生产力的关系等方面 1 作物生育期时酶活性 作物不同生育时期气候条件有异 土壤酶活性变化较大 但它们之间存在一定的 关系 中国农业科学院土壤肥料研究所的研究结果表明 种植冬小麦的褐土酶活性变 化趋势为 小麦前期到成熟期 脲酶活性 蛋白酶活性变化趋势基本一致 越冬期与 收获后期酶活性最低 幼苗期活性稍高 尿酶 蛋白酶活性迅速增强 最高都在三月 内 从拔节到开花期均逐渐下降 蔗糖酶活性自幼苗期迅速上升后 从越冬到开花均 处在较高活性水平 成熟期下降 以后稍有回升 表明冬小麦整个生育时期与土壤酶 活性密切相关 陈恩风等的研究结果表明 蔗糖酶活性随作物生长而增强 至作物生 育盛期达最大值 而后趋于减弱 关松荫研究潮土过氧化氢酶活性发现 在冬小麦生 育旺盛阶段酶活性最高 曾路生等 38 研究表明 水稻不同生育期土壤脲酶活性表现出 先升后降 而酸性磷酸酶和脱氢酶活性则表现出先降后升再降的变化规律 脲酶及酸 性磷酸酶活性在水稻移栽后30d左右形成峰值 而脱氢酶活性则在50d左右形成峰值 且在水稻不同生育阶段差异显著 2 土壤酶活性与作物生产力关系 土壤酶活性与作物生育有很好的协调性 那么酶活性与土壤生产力之间存在的联 系是怎样的呢 多数研究者指出 土壤酶活性的变化与土壤生产力存在较好的相关性 酶活性状况较好的土壤生化过程较活跃 生产性能也较好 一些研究者发现 土壤磷 酸酶与作物产量之间存在正相关关系 土壤磷酸酶活性 有机磷含量与马铃薯产量之 间的相关分析指出 土壤磷酸酶活性和有机磷含量之间 马铃薯产量与有机磷之间 马铃薯产量与磷酸酶活性之间均具有很好的相关性 认为土壤磷酸酶可做为衡量土壤 有效肥力水平及土壤生产性能的指标之一 1 5 土壤 CO2排放研究进展 太阳辐射被大气层中的温室气体吸收 很大一部分辐射能又返回到地球表面 从 而导致全球温度上升 这称为温室效应 大多数学者认为温室效应是造成全球变暖的 重要原因 工业革命以来 人类活动对生物圈的影响已由区域扩展到全球 人口的增 加 土地利用和覆盖的变化 化石燃料的燃烧 环境污染的加剧 导致大气中 8 38 CO2 N2O和CH4等温室气体的浓度逐年增加 大气中不断增多的CO2是导致全球变暖的 主要原因 工业革命以来 温室效应引起的全球气候变暖问题是21世纪人类面对的最大生态 问题 全球气候变暖不仅对全球生态环境造成巨大的影响 还对世界各国的经济发展 甚至人类的生存环境产生了一系列不利影响 而且这种影响是全球性的 同时也将是 长期性的 中国是目前世界上最大的发展中国家 同时也是世界上仅次于美国的第二 大CO2排放国家 因此研究中国的CO2排放问题 不仅有利于中国的可持续发展 而且 对缓和全球气候变暖也有重要意义 影响土壤二氧化碳排放的因素有 1 土壤微生物 土壤微生物直接或间接影响着土壤CO2的排放 有研究表明土壤微生物呼吸约占土 壤总呼吸的50 土壤微生物量与土壤呼吸速率有明显的正相关关系 39 温度和降水 等气候因素通过控制土壤的养分供给 数量等影响土壤微生物呼吸作用 土壤环境 水分 重金属 农药也直接或间接影响微生物呼吸 2 植物 植物根系呼吸在土壤呼吸中占很大比例 根系生物量大的土壤 其土壤呼吸速率 也较大 土壤因子 气候因子 人为干扰等都会通过影响根系呼吸而影响土壤呼吸 在作物不同的生长阶段 干系呼吸的强度也不同 在生长旺盛的阶段 根系生物量也 相应增加 根系呼吸在土壤呼吸中的比重也较高 40 叶面积也影响了土壤呼吸 它是 通过影响植物覆盖下的土壤湿度 温度而直接影响土壤呼吸 Raich等发现 近熟林土 壤呼吸与凋落物呈正比例 在德国东部斐克特高原的挪威云杉林中 移除凋落物层后 土壤呼吸明显减弱 42 3 土壤温度 土壤温度可以驱动土壤呼吸 大量研究表明 温度升高会促进土壤CO2的排放 43 44 土壤温度通过影响微生物活性 植物生长 有机质分解等影响土壤呼吸 但也有学者 认为CO2的通量与温度的关系不大 而是受到光照的影响较大 45 4 土壤水分 野外试验证明农田土壤CO2的排放不能单一的用土壤温度的影响来解释 土壤含水 量对土壤呼吸同样存在很大影响 土壤水分主要影响土壤氧化还原电位 Eh pH 土 壤空隙度 温室气体的扩散速率 植物生长 微生物活性等 进而影响土壤呼吸 Subke等的研究发现 湿度是影响土壤CO2排放的重要非生物因素之一 46 Chimner等 人发现在一定水分含量范围内 CO2排放量与水分呈极显著相关 5 土壤有机质 土壤有机质是土壤呼吸的碳源 对土壤温室气体排放有重要影响 土壤活性有机 碳是微生物生长的速效基质 其含量高低直接影响土壤微生物活性 从而影响温室气 体的排放 张金波等的研究证明 土壤有机碳的结构和数量是影响土壤呼吸温度敏感 9 38 性的重要因素 47 6 土壤pH 土壤pH通过影响土壤微生物的活动 土壤有机质及作物根系的生长等影响土壤呼 吸 一般认为 pH值为6 8时 土壤微生物活性最强 48 土壤pH是通过酸化累积过程 导致土壤养分元素含量的差异影响CO2的排放 所以pH并不是直接影响土壤呼吸的因 素 49 50 7 人类活动 人类活动对农田土壤呼吸有巨大的影响 主要包括化肥的施用 耕作方式 土地 利用方式 灌溉等 他们通过影响土壤的非生物及生物因子而影响土壤呼吸 这些影 响因子之间不是独立存在的 多个因子之间相互影响 共同作用 所以在研究土壤呼 吸时应考虑因子的综合作用 这也是研究土壤呼吸过程中的难点 1 6 CO2排放研究方法 最早对土壤二氧化碳测定的报道可追溯到Boussingault和Lewy于1853年所发表的文 章 他们采用了氢氧化钡溶液吸收土壤空气中的二氧化碳 在其后的100多年 测定方 法主要依靠在此基础上的化学吸收和物理气压计量测定 尽管在土壤化学和土壤生物 化学方面进行了努力 其灵敏度问题仍然无法解决 到20世纪50年代末 气相色谱 GC 方 法的发明以及在土壤学方面的广泛应用 极大地提高了土壤CO2测定的灵敏度 相继发 明了以涡度相关技术为核心的微气象学方法 静态和动态箱法等方法 随着现代科学 技术的发展 土壤二氧化碳测定从单一化学方法 到化学一物理一生态学的多方位 多角度的测定方法 都有长足的进展 在诸多的测定方法和设备 装置中 应用比较 广泛的土壤二氧化碳通量原位测定方法有微气象学方法和箱法 1 6 1 箱法箱法 箱法的工作原理是用特制采样箱罩在一定面积的土壤及其植物上方 并隔绝箱内 外气体的自由交换 测定箱内空气中被测温室气体随时间的变化 并据此计算得到该 气体的交换通量 箱法测定 chamber method 包括静态 static 和动态 dynamic 箱法 1 静态箱一碱液吸收法 是一种应用最早的化学方法 把盛有碱溶液的容器敞口置于一个下端开口的样品 箱里 快速密封样品箱 扣在待测样地上 一段时间后拿出做酸碱滴定 计算土壤CO2 通量 2 静态箱一气相色谱法 即用密封的箱子在野外收集二氧化碳 用注射器采集气体样品 拿回到实验室用 气相色谱 GC 测定CO2的浓度 进而推算此时此地的土壤二氧化碳通量 10 38 3 静态箱一红外线法 即用密封的箱子在野外收集CO2 用注射器采集气体样品 拿回到实验室用红外线 气体分析仪测定CO2的浓度或者直接在野外测定土壤CO2通量 4 动态箱法 又称开放箱法 其工作原理是用不含CO2或已知CO2 以一定的速率从覆盖在土壤 表面的箱体 经过红外线气体分析仪测量其中气体的CO2含量 根据进出箱体的CO2浓 度差 计算土壤CO2通量 1 6 2 微气象法微气象法 微气象学测定方法 micrometeorological method 是建立在气象学基础上的微型化气 象测定方法 它根据气温 地温 风向 风速 太阳辐射 降雨量等气象因子来推算 CO2通量 要求建立观测站 包括观测塔和相关的气象观测仪器和设备 代价昂贵 需 要维护 适于大范围 中长期定位观测 对于土壤CO2通量的测定相对比较间接 2 试验内容 2 1 试区概况 本试验于2010年在西北农林科技大学标本区进行 试验田处于北纬34o21 东经 108o10 海拔525 m 年均日照时数2196 h 年均气温12 14 年均降水量580 5 mm 属暖温带半湿润气候 试验田土壤为壤土 pH值7 30 土层深厚 通气良好 0 20 cm土层土壤有机质12 19 g kg 全氮1 43 g kg 速效磷18 12 mg kg 速效钾 120 64 mg kg 2 2 试验试剂与器材 2 2 1 供试材料供试材料 供试品种为巡天19号 2 2 2 试验器材试验器材 GXH 3010E1型便携式红外CO2气体分析仪 分光光度计 水浴锅 土钻 土壤筛 天平 试管 分液漏斗 移液管 三角瓶 滴定管等 2 2 3 试验试剂试验试剂 柠檬酸盐缓冲液 苯酚钠溶液 次氯酸钠显色剂 磷酸缓冲液 甲苯 碱性硫酸 11 38 铜溶液 Na2S2O3溶液 0 1mol L的KMnO4溶液等 2 3 试验设置 本试验地前茬作物为冬小麦 旋耕处理后设置9个处理 不施氮肥处理为对照 CK 缓释氮肥由中国农业大学胡树文教授提供 缓释氮肥 N 44 6 施 肥量分别为80 kg hm2 SR1 160 kg hm2 SR2 240 kg hm2 SR3 320 kg hm2 SR4 速效氮肥采用尿素 N 46 施氮量分别为80 kg hm2 N1 160 kg hm2 N2 240 kg hm2 N3 320 kg hm2 N4 上述各处理均一次性施入 过磷酸钙 P2O5 16 750 kg hm2作底肥 施氮量均为纯氮 磷量 小区面积6 m 9 m 54 m2 播量90 kg hm2 行距60 cm 6月20日播种 10月15日 收获 随机区组设计 3次重复 整个生育期全部为旱作 不进行人工浇水 其他管理 措施同当地农田 2 4 测定方法 2 4 1 酶测定酶测定 每小区采用S形取样法随机取5点 分别于2010 07 12 苗期 2010 08 12 拔节 期 2010 08 22 抽雄期 2010 09 15 开花期 2010 10 11 成熟期 进行田 间取样 用土钻取0 20 cm层土样 土样经风干后过1 mm土壤筛 然后进行蔗糖酶 土壤脲酶和过氧化氢酶活性测定 脲酶采用奈氏比色法测定 以尿素溶液和甲苯做培养液 用pH6 7的柠檬酸盐做缓 冲液 37 下培养24h后用1 35mol L苯酚钠溶液和0 9 次氯酸钠做显色剂 在721分光 光度计上于波长578nm处进行比色 酶活性用NH3 N的mg g土表示 蔗糖酶采用硫代硫酸钠滴定法测定 用pH5 5的磷酸缓冲液和甲苯做培养液 培养 24h后用碱性硫酸铜溶液做显色剂 再通过水浴锅加热 然后用Na2S2O3滴定 酶活性 用土壤中葡萄糖mg g土表示 过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定 加入过氧化氢反应剂 振荡30min后立即加 入硫酸以阻止其反应 随后用0 1mol L的KMnO4滴定 过氧化氢酶活性用消耗高锰酸 钾的数量mL g土表示 2 4 2 土壤土壤CO2排放量测定排放量测定 CO2排放量采用GXH 3010E1型便携式红外CO2气体分析仪测定 51 播种后把大盖 和底座嵌入土壤内5 cm 外围填土 打平 在每个取样点固定一个底座 观测时 按 要求把进出气管与仪器相连 开启主机测定样点起始CO2质量分数 然后拧紧小盖 接 通风扇电源 使容器内气体混合 一定时间后 记录样点的即时质量分数 在取土样 12 38 当天测定 测定时间为9 00 11 00 CO2排放速量由气腔内气体浓度随时间的变化率计 算得出 计算公式为 F A X2 X1 H t 式中F为土壤二氧化碳排放速量 mg m 2 h 1 H为容器高 m X1 X2分别为测定时二氧化碳初始质量分数和二氧化碳测定时的即 时质量分数 mg kg t为测定时间变化 h 2 5 数据处理 数据用Excel和SPSS17 0软件分析 3 结果与分析 3 1 不同施氮措施对土壤酶活性的影响 3 1 1 不同施氮措施对土壤脲酶活性的影响不同施氮措施对土壤脲酶活性的影响 由图3 1可知 不同的生育时期 各处理脲酶活性有差异 苗期土壤脲酶活性较低 对照处理CK脲酶活性为0 26mg g 处理组N1最低 为0 27mg g 其次为N3 为 0 28mg g 处理组N2脲酶活性最高 达到0 50mg g 其次是SR1 为0 47 mg g 从苗期 到拔节期 脲酶活性迅速增高 拔节期脲酶活性达到最大值 其中N4处理脲酶活性最 高 达到1 42mg g 其次是SR4处理 脲酶活性达1 39mg g 拔节期后脲酶活性逐渐下 降 至抽雄期N4脲酶活性最高 达到1 18 mg g 其次是SR4处理 达到1 12 mg g 除 对照组CK外 抽雄期脲酶活性最低是N1 0 49mg g 其次是SR1 0 60mg g 开 花期脲酶活性最高的是SR4 达到0 83mg g 最低为N4 0 75mg g 成熟期脲酶活性 最高的是SR2 0 89mg g 其次是SR4 0 88mg g 除对照组外N4脲酶活性最低 仅为0 75mg g 由此可以看出 不同施氮措施对夏玉米全生育期脲酶活性都有较大影响 经方差分 析可知 不同施氮措施下 脲酶平均活性较对照组显著提高 P0 05 另外 拔节期缓释氮肥处理土壤脲酶活性高于 等量氮素的尿素处理 其它4个生育期均低于缓释氮肥处理 脲酶活性增加的原因可能是脲酶反应底物的浓度升高 施入肥料后 由于肥料中所 含N素为尿素 土壤中氢氧化铵浓度升高 土壤有机质增加 提高了水溶性有机质含量 脲酶活性也随之提高 13 38 表3 1 不同施氮措施土壤酶活性及CO2排放量的平均值 处理 脲酶 mg g 蔗糖酶 mg g 过氧化氢酶 mL g CO2排放量 mg m 2 h 1 CK0 47b12 33b1 66b322 54a N10 69a19 56a2 45a420 2d N20 76a17 23ab2 47a429 4c N30 76a17 40ab2 49a434 76bc N40 92a17 57ab2 19a438 02b SR10 72a18 96ab2 39a399 62f SR20 72a20 87a2 52a406 78ef SR30 80a17 04ab2 49a409 52e SR40 91a23 44a2 33a411 86e 14 38 图 3 1 不同施氮措施对脲酶活性的影响 3 1 2 不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响 由图3 2 可知 尿素和缓释氮肥处理 蔗糖酶活性在夏玉米全生育期内起伏变化较 大 蔗糖酶活性在整个生育期变化趋势大致表现为苗期到抽雄期酶活性逐渐升高 开 花期降低 成熟期又迅速升高并达到最大值 其中SR4处理达到最大值为36 62 mg g 苗期N1处理蔗糖酶活性最大 达到12 23 mg g 最小为N4处理 5 26 mg g 拔节期SR2 处理酶活性最大 达到18 93 mg g 其次是N3处理 为17 48 mg g 除对照组CK N2 处理蔗糖酶活性最小 仅达到13 31 mg g 至抽雄期蔗糖酶活性略有回升 其中SR4处 理活性最大 达到32 89 mg g 其次为SR2处理 达到29 79 mg g 抽雄期除CK外 N4 处理蔗糖酶活性最小 仅为21 23 mg g 开花期蔗糖酶活性回落 SR3处理蔗糖酶活性 仅为8 19 mg g 并低于对照组CK的12 43 mg g 蔗糖酶活性最大的是N1处理 达到 15 06 mg g 至成熟期蔗糖酶活性达到最大值 N4处理酶活性达到最大值36 62 mg g 除对照组CK外N2处理蔗糖酶活性最低 为26 64 mg g 由图3 1可知 各处理蔗糖酶活性较对照组CK均发生明显变化 各生育期蔗糖酶活 性均表现出升高的趋势 经方差分析 各处理土壤蔗糖酶平均活性较对照组均达到显 著差异水平 P 0 05 N1 N2 N3 N4 处理的蔗糖酶平均活性较对照组分别提高 59 40 41 42 SR1 SR2 SR3 SR4处理的蔗糖酶平均活性较对照组分别 提高54 69 38 90 SR2 SR4 与SR1 SR3处理以及N1与N2 N3 N4 处 理土壤蔗糖酶活性均达到显著差异水平 P 0 05 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 苗期拔节期抽雄期开花期成熟期 生育时期 脲酶活性 mg g CK N1 N2 N3 N4 SR1 SR2 SR3 SR4 15 38 图 3 2 不同施肥措施度蔗糖酶活性的影响 3 1 3 不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响 由图3 3可知 相比于土壤脲酶和蔗糖酶 土壤过氧化氢酶活性在夏玉米整个生育 期变化较平稳 具体表现为从苗期到抽雄期酶活性缓慢提高 至抽雄期达到最大 之 后酶活性缓慢减弱 全生育期内 过氧化氢酶活性的变化范围在1 23 3 29 mL g之间 变化不大 过氧化氢酶活性测定结果 图3 3 表明 过氧化氢酶活性受肥料类型的影响较小 苗期对照组CK酶活性很低 为1 23mL g 8个处理组过氧化氢酶活性分布在1 68 1 78mL g之间 拔节期酶活性较苗期有所提高 最大值为SR1处理的2 92 mL g 除对 照组CK外 N1处理过氧化氢酶活性最低 为2 34mL g 抽雄期过氧化氢酶活性达到峰 值 其中N1处理酶活性最大 达到3 39mL g 但对照组CK过氧化氢酶活性仍较低 仅 为2 04mL g 从开花期过氧化氢酶活性开始下降 处理组中N3酶活性最大 为 2 80mL g 成熟期过氧化氢酶酶活性进一步降低 最大值仅为N2的2 45mL g 综上可知 夏玉米全生育期过氧化氢酶活性变化较平稳 施肥处理可明显提高过 氧化氢酶酶活性 但肥料类型对过氧化氢酶活性的影响较小 相关分析表明 各处理 的土壤过氧化氢酶平均活性较均对照组均达到显著差异水平 P抽雄期 开花期 苗期 成熟期 苗期CO2排放量较低 对照组CO2排放量最少 仅为246 0mg m 2 h 1 其 次为SR1处理 排放量为272 1mg m 2 h 1 N4处理CO2排放量最高 达到294 2mg m 2 h 1 拔节期CO2排放量达到峰值 其中N4处理排放量最高 达到629 9mg m 2 h 1 除对 照组外SR1处理CO2排放量最低 仅为589 2mg m 2 h 1 抽雄期CO2排放量开始逐渐下降 最大值出现在N4处理 达到542 3mg m 2 h 1 SR1处理CO2排放量最小 为480 9mg m 2 h 1 开花期CO2排放进一步降低 N4处理排放量最大 达到441 7mg m 2 h 1 抽雄期 土壤CO2排放量最低 分析9个处理CO2平均排放量 表3 2 对照组CO2排放量最低 仅为322 5 mg m 2 h 1 N4处理CO2排放量最高 达到438 0mg m 2 h 1 不同处理CO2排放量顺序为 CK SR1 SR2 SR3 SR4 N1 N2 N3 N4 整个夏玉米生长季尿素处理和缓释 氮肥处理土壤CO2 平均排放量分别为459 12mg m 2 h 1 和427 11 mg m 2 h 1 两者达到显 著差异水平 P 0 5 表3 2 不同处理土壤CO2排放量 mg m 2 h 1 处理苗期拔节期抽雄期开花期成熟期平均值 CK246 0368 5371 7389 9236 6322 5 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 苗期拔节期抽雄期开花期成熟期 生育时期 过氧化氢酶活性 mL g CK N1 N2 N3 N4 SR1 SR2 SR3 SR4 17 38 SR1272 1589 2480 9413 6242 3399 6 SR2273 5601 0502 3413 6243 5406 8 SR3278 9601 4503 2413 8250 3409 5 SR4280 4603 2503 9420 8251 0411 9 N1280 7600 7516 0430 6273 0420 2 N2285 7620 8530 9433 8275 8429 4 N3291 2625 4538 5438 9279 8434 8 N4294 2629 9542 3441 7282 0438 0 不同施肥措施对土壤CO2 排放量有显著影响 与对照比较 各处理土壤CO2 排放 量均达到显著差异水平 P 0 05 且尿素处理各处理间也达到显著差异水平 P 0 05 缓释肥处理组除SR3和SR4外 也均达到显著差异水平 P 0 05 图3 4 不同施肥措施对CO2排放量的影响 3 3 土壤酶活性与土壤土壤酶活性与土壤 CO2 排放量相关性排放量相关性 通过相关分析可知 蔗糖酶活性平均值与土壤CO2 排放量达到显著正相关 P 0 5 相关系数为0 64 土壤过氧化氢酶和脲酶活性平均值与土壤CO2 排放量呈 极显著正相关 P0 05 另外 拔节期缓释氮肥处理土壤脲 酶活性高于等量氮素的尿素处理 其它4个生育期均低于缓释氮肥处理 19 38 从苗期到拔节期土壤脲酶活性逐渐升高 至拔节期达最大值 而后逐渐下降 这 与张志栋 53 沈宏 54 等研究结果基本一致 脲酶活性增加原因可能是脲酶反应底物的 浓度升高 施入肥料后 由于肥料中所含N素为尿素 土壤中氢氧化铵浓度升高 土壤 有机质增加 提高了水溶性有机质含量 脲酶活性也随之提高 除拔节期外 相同施氮量缓释氮肥处理脲酶活性高于尿素处理 这是因为尿素为 速效肥 养分释放较快 可以很好解决拔节期供肥不足的问题 但后期会出现 脱肥 的现象 而缓释氮肥处理在整个生育期脲酶活性都保持较高水平 尤其是在吐丝和成 熟期缓释氮肥处理酶活性整体水平高于尿素处理 说明缓释氮肥能较好缓解作物生长 与肥料短缺的矛盾 4 1 2 不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响 蔗糖酶广泛地存在于所有的土壤中 参与碳水化合物的转化 能裂解二糖分子中 果糖基的 葡萄糖苷碳原子处的键 使蔗糖水解成植物和微生物能利用的营养物质 是表征土壤的碳素循环和土壤生物化学活性的重要酶 在各个处理中 蔗糖酶的活性 为5 26 36 62mg g 1 尿素和缓释氮肥处理 蔗糖酶活性在夏玉米全生育期内起伏变化较大 蔗糖酶活 性在整个生育期变化趋势大致表现为苗期到抽雄期酶活性逐渐升高 开花期降低 成 熟期又迅速升高并达到最大值 其中SR4处理达到最大值36 62 mg g 1 本研究表明 各处理蔗糖酶活性较对照组CK均发生明显变化 各生育期蔗糖酶活 性均表现出提高的趋势 方差分析表明 各处理土壤蔗糖酶平均活性较对照组均达到 显著差异水平 P 0 05 N1 N2 N3 N4处理土壤蔗糖酶平均活性较对照组分别提 高了59 40 41 42 SR1 SR2 SR3 SR4处理土壤蔗糖酶平均活性较对照 组分别提高了54 69 38 90 N1 与N2 N3 N4处理以及SR2 SR4 与 SR1 SR3处理土壤蔗糖酶活性均达到显著差异水平 P 0 05 苗期到抽雄期蔗糖酶活性逐渐升高 这是因为这段时期玉米生长较快 需要大量 糖类物质 从而促进蔗糖酶活性上升 开花期蔗糖酶活性低 这与关松萌 王娟 55 等 的研究结论不一致 可能原因是该研究开花期遭遇大量降水 田间积水严重 土壤微 环境被改变 抑制了酶活性 关松萌 Guo 56 等的研究结果也表明 积水会降低土壤 蔗糖酶活性 4 1 3 不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响 过氧化氢是由生物呼吸过程和有机物的生物化学氧化反应产生的 对生物和土壤均 有毒害作用 而存在于土壤中的过氧化氢酶则能促近过氧化氢分解 从而解除了过氧 化氢的毒害作用 20 38 本研究表明 相比于土壤脲酶和蔗糖酶 土壤过氧化氢酶活性在夏玉米整个生育期 变化较平稳 具体表现为从苗期到抽雄期酶活性缓慢提高 至抽雄期达峰值 之后酶 活性缓慢减弱 全生育期内 过氧化氢酶活性的变化范围在1 23 3 29 mL g之间 变 化不大 综上可知 夏玉米全生育期过氧化氢酶活性变化较平稳 施肥处理可明显提高过 氧化氢酶酶活性 但肥料类型对过氧化氢酶活性的影响较小 相关分析结果表明 各 处理土壤过氧化氢酶平均活性较均对照均达到显著差异水平 P 0 05 N1 N2 N3 和 N4 处理过氧化氢酶平均活性较对照分别提高 48 49 50 33 SR1 SR2 SR3 和 SR4 处理过氧化氢酶平均活性较对照分 别提高 44 52 51 40 全生育期内 各施肥处理过氧化氢酶活性较 CK 处理 均有所增加 这说明肥料施用在一定程度上提高了土壤中过氧化氢酶的活性 但是不 同肥料处理之间过氧化氢酶活性差异不明显 速效氮肥和缓释氮肥处理土壤过氧化氢酶活性不同与两种肥料自身肥效释放速率有 关 可能原因是不同生育期释放入土壤中的肥料量不同引起土壤生物细胞渗透压改变 从而改变过氧化氢酶催化反应速率 施氮量由0 mg m 2 h 1增加至240 mg m 2 h 1 土壤 过氧化氢酶活性逐渐增加 320 mg m 2 h 1时降低 说明一定范围内施氮量增加有助于 氧化氢酶催化过氧化氢水解而起到解毒作用 从而改善土壤环境 这可能也与增施氮 肥能促进作物增产有关 4 2 不同施氮措施对土壤 CO2排放量的影响 耕作和施肥是影响土壤CO2排放的主要因素 本研究表明 不同施氮措施对土壤 CO2排放有着显著差异 这与杨兰芳和蔡祖聪 57 研究结果一致 分析9个处理CO2平均 排放量可知 对照组CO2排放量最低 仅为322 5mg m 2 h 1 N4处理CO2排放量最高 达到438 0mg m 2 h 1 不同处理CO2排放量顺序为 CK SR1 SR2 SR3 SR4 N1 N2 N3 N4 整个夏玉米生长季尿素和缓释氮肥 处理土壤CO2 平均排放量分别为459 12mg m 2 h 1 和427 11 mg m 2 h 1 两者达到显著差 异 P苗期 抽 雄期 开花期 成熟期 这与韩广轩等研究结果一致 拔节期尿素处理CO2排放量高于 相同施氮量缓释氮肥 拔节期为作物生长盛期 施肥土壤CO2排放量显著高于不施肥处 理 这是由于施肥增加了土壤养分供给 促进作物根部和地上部分生长 根系呼吸旺 盛 增加了土壤CO2排放量 这与张志栋等研究结果相符 开花期土壤CO2排放量低于 抽雄期 这与开花期田间积水有关 Lambers等研究结果也表明 田间积水会抑制植物 21 38 的根系呼吸 降低土壤CO2排放量 4 3 土壤酶活性与土壤 CO2排放量相关性 本研究表明 土壤蔗糖酶活性平均值与CO2 排放量达到显著正相关 P 0 05 相关系数为0 64 土壤过氧化氢酶和脲酶活性平均值与土壤CO2 排放量呈极显著正相关 P 0 01 相关系数分别为0 80和0 79 对不同生育期酶活性与土壤CO2 排放量进行 相关分析可以看出 夏玉米生育后期脲酶活性与土壤CO2 排放量都达到显著正相关 成熟期土壤蔗糖酶活性与CO2排放量达到显著相关 相关系数为0 72 生育前期过土壤 氧化氢酶活性与CO2排放量达到极显著或显著正相关 说明CO2排放量与土壤酶活性密 切相关 相关分析结果表明 各生育期土壤脲酶 蔗糖酶和过氧化氢酶活性与土壤CO2排放 量呈极显著或显著相关 支持前人关于土壤酶活性和土壤CO2排放等生物特性能敏感地 反映土壤质量的结论 但与张志栋的过氧化氢酶与土壤CO2排放量相关性不显著的结论 不相符 这可能是由于不同试验处理对土壤的生物特性影响有差异 本研究还表明 夏玉米不同生育时期土壤酶活性与土壤CO2排放量相关性也不同 参考文献 1 万忠梅 吴景贵 土壤酶活性影响因子研究进展 J 西北农林科技大学学报 自然科学版 2005 33 6 87 90 2 关松荫 土壤酶及其研究法 M 北京 农业出版社 1986 3 25 3 杨万勤 王开运 土壤酶研究动态与展望 J 应用与环境生物学报 2002 8 5 564 570 4 和文祥 陈会明 冯贵颖等 汞铬砷元素污染土壤的酶检测研究 J 环境科学学报 2000 20 3 338 343 5 陈蓓 张仁陟 免耕与覆盖对土壤微生物数量及组成的影响 J 甘肃农业大学学报 2004 39 6 634 638 6 王聪翔 闻杰 孙文涛等 不同保护性耕作方式土壤酶动态变化的研究初报 J 辽宁农业科 学 2005 6 16 18 7 严旭升 周礼恺 张德生 土壤肥力研究法 M 北京 农业出版社 1988 8 周礼恺 土壤酶的活性 J 土壤学进展 1980 8 4 9 15 9 周礼恺 张志明 陈恩风 黑土的酶活性 J 土壤学报 1981 18 2 58 165 10 周礼恺 张志明 曹承锦 土壤酶活性的总体在评价土壤肥力水平中的作用 J 土壤学报 1983 20 4 413 417 11 姜英范 粮草轮作中土壤酶活性与土壤肥力关系的初步研究 J 吉林农业大学学报 1983 4 65 68 22 38 12 何念祖 浙江省几种水稻土的酶活性及其与土壤肥力的关系 J 浙江农业大学学报 1986 12 1 43 47 13 Pankhurst CE Defining and assessing soil health and sustainable productivity Biological Indicators of Soil Health M CAB International 1997 1 28 14 Sarkar J M Formation of 14C cellulase humic complexes and their stability in soils J Soil Biols Biocbem 1986 18 251 254 15 Tabatabai M A Fu M Extraction of enzymes 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