吉林省延安市烟区土壤养分与土壤酶活性的关系

吉林省延安市烟区土壤养分与土壤酶活性的关系

微生物、植物和动物的活动或残留物土壤酶是高度蒸发的生物催化剂。作为土壤的重要组成部分,土壤酶参与土壤中的一切生物化学过程,其活性是土壤肥力的重要标志,直接影响土壤养分的供应和储备。已有研究结果表明,农作物土壤酶活性和土壤养分含量之间具有较好的关联性,可作为衡量土壤肥力水平高低的较好指标。其中土壤过氧化氢酶(CAT)、脲酶、蔗糖转化酶(Sue)的总体活性对评价土壤养分状况具有重要意义。然而,目前有关植烟土壤酶活性和土壤养分关系的研究报道甚少。鉴于此,以吉林省延边烟区暗棕壤、黑砂土和白浆土为对象,研究了这3种类型植烟土壤养分含量和土壤酶活性的变化与差异,并采用典型相关分析方法,探讨土壤养分含量与土壤酶活性之间的相关关系,为调控和改善烟株生长的土壤生态条件,进一步提高烟叶品质提供科学依据。1材料和方法1.1调查和土壤管理供试烟草:选择吉林省主栽烤烟品种吉烟9号作为供试烟株,2010年3月上旬托盘育苗,4月上旬假植,5月中旬移栽。烟田管理按当地常规方法进行。供试土壤:在吉林省延边地区敦化县,选择植烟面积较大且烟叶质量风格迥异的暗棕壤、黑砂土和白浆土3种土壤类型作为供试土壤,土壤基础肥力如表1所示。烟田地势平坦,灌溉便利,前茬作物为黄豆。1.2测量和方法1.2.1根际土取样方法从每种类型土壤中选取一块面积约666.7m2的地块作为试验用地。移栽后每20d分别取烟草根际土和非根际土各1次,共取6次。试验重复3次。根际土取样方法:每种类型土壤上,随机选取15株健壮无病烤烟,去掉0～2cm的表土,挖出烟草根系,除去根围附近较大土壤团块,小心抖动并收集粘附在烟草根表面0～4mm的土壤,混合5株根系为一个样品。非根际土取样方法:随机在烟地选取无根系生长的垄沟土,去除表层0～2cm土,取20～40cm深土层,5点法取样。将土壤样品带回实验室,晾干,粉碎过2mm孔径筛子,1个月内完成分析。1.2.2土壤酶活性测定CAT、脲酶和Sue活性测定参考文献中的方法,依次采用:高锰酸钾滴定法、NH+4释放量法、水杨酸比色法。CAT活性测定以1g干土37℃20min消耗1mL0.02mol/L的高锰酸钾定义为1个酶活单位(1U);脲酶活性测定将1g土壤37℃恒温培养24h生成1mgNH3-N定义为1U;Sue活性测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法,将1g土壤37℃恒温培养24h生成1mg葡萄糖定义为1U。3次平行,并设无基质对照和无土对照。土壤养分的测定参考文献中的方法。土壤pH值的测定采用电位法;碱解氮用碱解扩散法测定;速效磷用0.5mol/L碳酸氢钠浸提,钼锑抗比色法测定;速效钾采用NH4OAc浸提,火焰光度法测定。1.3数据的统计分析方差分析采用SPSS17.0软件完成。2结果与分析2.1不同类型土壤的碱解氮、联合群延边地区3种类型植烟土壤不同生育时期土壤养分含量如表2所示。统计分析表明,土壤pH值在土壤类型间存在差异,但在同一土壤类型不同生育时期变化甚微。碱解氮含量在白浆根际土中最高,在白浆非根际土以及暗棕壤、黑砂壤的根际、非根际土中变化幅度较大。总体上,速效磷含量在暗棕壤非根际土中最少,黑砂壤非根际土次之,白浆非根际土较其他2种非根际土大。3种类型的根际土壤速效磷含量变化幅度较大。总体上,速效钾含量根际土和非根际土均表现为暗棕壤>黑砂壤>白浆土。2.2不同类型土壤酶活性延边地区3种类型根际和非根际土壤的CAT、脲酶、Sue活性的变化如表3所示。在烟株整个生育期间,脲酶和Sue活性变化均较大,其变化趋势在不同类型土壤间也存在差异;而CAT活性在移栽后100d时变化较大。对3种类型根际和非根际土壤酶活性分析表明,暗棕壤根际和非根际土的CAT活性明显高于黑砂壤和白浆土;Sue活性在根际土之间表现为:暗棕壤>黑砂壤>白浆土,非根际土暗棕壤和黑砂壤均大于白浆土(移栽后100d白浆土略大于黑砂壤)。2.3典型变量的描述用SPSS17.0的canonicalcorrelation.sps程序对3种类型土壤养分和土壤酶活性进行典型相关分析。典型相关系数如表4。在土壤养分和土壤酶活性之间共提取出3对典型变量,其中有2对达到显著水平(P<0.05)。第1对典型变量相关系数r=0.899,第2对典型变量相关系数r=0.611。达到显著水平的2对典型变量共解释了72.7%的土壤养分组内变异和70.4%的土壤酶活性组内变异(表5)。因此,在土壤养分和土壤酶活性之间存在相关关系。典型变量的相关系数标准化后,达到显著水平的2对典型变量表达式如下:V1=-0.256x1-0.326x2+1.009x3+0.279x4W1=0.491y1+0.130y2+0.657y3V2=-0.146x1+0.691x2+0.050x3-0.456x4W2=-0.947y1+0.583y2+0.607y3典型变量V和W分别表示土壤养分变量和土壤酶活性变量。原始变量x1、x2、x3分别代表碱解氮、速效磷和速效钾含量,x4代表土壤pH值。原始变量y1、y2、y3分别代表土壤CAT、脲酶和Sue活性。典型变量V1:解释了29.2%的土壤养分原始变量方差,除x1(碱解氮含量)外,V1和其他3个土壤养分原始变量呈正相关(表5)。V1和x3(速效钾含量)之间有显著的正相关关系。V1和原始变量x2之间的相关系数(0.190)符号与V1表达式中x2的系数(-0.326)符号相反,故x2(速效磷含量)是一个校正变量。V1和x4(pH值)呈正相关,但在V1表达式中,x4的系数远小于x3,因此V1主要表示的是原始变量x3。典型变量W1:解释了49.3%的土壤酶活性原始变量方差,W1和y1(CAT活性)、y3(Sue活性)之间均有显著的正相关关系,因此W1主要表示的是原始变量y1和y3。第1对典型变量V1W1说明土壤速效钾含量与CAT活性和Sue活性呈正相关。典型变量V2:解释了43.5%的土壤养分原始变量方差,V2和x2(速效磷含量)正相关,和x4(pH值)负相关,x1(碱解氮含量)是校正变量。在V2表达式中,x3的系数远小于x4系数绝对值,因此V2主要表示的是原始变量x4。典型变量W2:解释了21.1%的土壤酶活性原始变量方差,W2和y1(CAT活性)呈负相关,因此W2主要表示的是原始变量y1。第2对典型变量V2W2说明CAT活性与土壤pH值呈正相关。3土壤养分与土壤酶活性的关系对3种类型根际和非根际土壤养分含量和土壤酶活性分析表明,暗棕壤最适合烟株生长,土壤养分含量较符合常规要求,黑砂壤次之,白浆土最差。烟草生育期间,土壤养分含量在暗棕壤、黑砂壤和白浆土的根际土和非根际土之间存在显著差异。将烟草土壤养分含量与土壤酶活性之间进行典型相关分析,在显著水平0.05下,提取出2对达到显著水平的典型变量,包含了72.7%的3种根际土和非根际土的土壤养分信息和70.4%土壤酶活性信息。因此,土壤养分含量与土壤酶活性之间具有一定的相关性,这与李琰琰等的研究结果相似,但具体相关关系并不完全相同,这反映了不同地区土壤生态条件的复杂性。CAT是一种重要的土壤氧化还原酶,能促进过氧化氢对各种化合物的氧化,催化过氧化氢的分解,防止其对烟草的毒害作用。相关分析表明,CAT活性与速效钾含量呈正相关,这说明适当提高钾肥含量能有效改善土壤CAT活性,减轻有害物质的积累,对减轻烟草病虫害有重要意义。土壤pH值与土壤CAT活性呈正相关,这表明土壤CAT活性受土壤pH值的影响较大。一般情况下,土壤肥力越高,CAT活性越强,其可作为衡量土壤肥力高低的生物活性指标。Sue活性与速效钾含量呈正相关,适当提高钾肥在改善土壤CAT活性的同时,也提高了Sue活性。植烟土壤养分含量与脲酶