環(huán)境管理_施氮措施對旱作玉米地土壤酶活性及co2排放量的影響

目錄 1.緒論.1 1.1 研究目的和意義1 1.2 土壤酶研究進展1 1.3 土壤酶活性的綜述2 1.4 土壤酶活性影響因子3 1.4.1 土壤狀況與土壤酶活性3 1.4.2 土壤微生物、土壤動物與土壤酶活性.5 1.4.3 農(nóng)業(yè)耕作措施與土壤酶活性5 1.4.4 植物生長與土壤酶活性.7 1.5 土壤 CO2 排放研究進展7 1.6 CO2排放研究方法9 1.6.1 箱法9 1.6.2 微氣象法.10 2.試驗內(nèi)容.10 2.1 試區(qū)概況10 2.2 試驗試劑與器材10 2.2.1 供試材料.10 2.2.2 試驗器材.10 2.2.3 試驗試劑.10 2.3 試驗設(shè)置11 2.4 測定方法11 2.5 數(shù)據(jù)處理12 3.結(jié)果與分析.12 3.1 不同施氮措施對土壤酶活性的影響12 3.1.1 不同施氮措施對土壤脲酶活性的影響.12 3.1.2 不同施氮措施對土壤蔗糖酶活性的影響.13 3.1.3 不同施氮措施對土壤過氧化氫酶活性的影響.14 3.2 不同施氮措施對土壤 CO2 排放量的影響15 3.3 土壤酶活性與土壤 CO2 排放量相關(guān)性17 4結(jié)論與討論.18 4.1 不同施氮措施對土壤酶活性的影響18 4.1.1 不同施氮措施對土壤脲酶活性的影響18 4.1.2 不同施氮措施對土壤蔗糖酶活性的影響.18 4.1.3 不同施氮措施對土壤過氧化氫酶活性的影響.19 4.2 不同施氮措施對土壤 CO2 排放量的影響20 4.3 土壤酶活性與土壤 CO2 排放量相關(guān)性20 參考文獻：.21 附錄：.24 致謝：.34 施氮措施對旱作玉米地土壤酶活性及 CO2排放量的影響 作者：韓松 指導(dǎo)老師：廖允成 摘 要：為研究不同氮肥種類以及氮肥施用量對旱作玉米地土壤酶活性與 CO2排放量的關(guān)系， 本研究設(shè)置了 9 個處理，速效氮肥采用尿素（N）=46%，施氮量為 80 kg/hm2（N1）、160 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）、320 kg/hm2（N4），緩釋氮肥 （N）=44.6%，施肥量為 80 kg/hm2（SR1）、160 kg/hm2（SR2）、240 kg/hm2（SR3）、320 kg/hm2（SR4），不施氮肥處理為 對照（CK）。 對施用速效氮肥(尿素)和緩釋氮肥的旱作夏玉米地土壤酶活性及 CO2排放量進行分析。結(jié)果表 明，與不施肥處理比較，不同氮肥種類和施用量均可顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性 和 CO2的排放量。在整個生育期，尿素與緩釋氮肥處理土壤酶活性和土壤 CO2排放量表現(xiàn)出相同 變化趨勢，尿素和緩釋氮肥處理土壤 CO2平均排放量分別為 459.12 mgm-2h-1和 427.11 mgm-2h- 1，兩者達到顯著差異水平（P麥稈草木樨：對脲酶活性和磷酸酶活性的影響為草木樨玉 米秸稈麥秸。與對照相比，化肥的施用也提高了土壤酶活性，但幅度較小。而施用化 肥提高土壤酶活性的原因，是由于化肥能促進作物根系代謝，使根系分泌物增多，微 生物繁殖加快，從而提高土壤酶活性。袁玲等對水稻土的研究發(fā)現(xiàn)，有機、無機肥配 合施用能提高土壤中轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶的活性，而對過氧化氫酶的影響 較小，其中土壤蛋白酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶的活性與土壤NH4-N和有機質(zhì)含量，土壤磷酸 酶的活性與土壤有機磷和有機質(zhì)含量呈極顯著或顯著正相關(guān)。李科江等在半干旱區(qū)進 行的施肥對土壤酶活性影響的研究表明，施肥處理土壤的酶活性與對照相比，均有不 同程度地提高，尤其對脲酶和蔗糖酶的影響最大，綠肥對土壤酶活性的影響最大35。 馮銳的研究結(jié)果表明，施肥、尤其是有機肥+化肥與不施肥相比，能夠極顯著或顯著地 提高土壤中堿性磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶的活性，有機肥+化肥比單施化肥更顯著地 提高了酶的活性36。關(guān)連珠對棕壤土和潮棕壤土農(nóng)田的研究表明，施用有機肥的各處 理，過氧化氫酶活性可提高1015，施用化肥處理則降低36，轉(zhuǎn)化酶的效 果也較明顯，施用有機肥各處理增加幅度為4090，化肥處理和對照減少21 l，脲酶活性變化最大，施用有機肥各處理增加140230，化肥處理雖有增加趨 勢(15)，但增幅很小，對照處理則有所下降，下降幅度為218，施有機肥 各處理的磷酸酶活性亦有所增加，但與化肥相比增加不甚明顯?？傊L期施用有機 肥或化肥均可提高土壤中各種酶的活性，其中脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶等 增加較多，而且有機肥、無機肥配施的效果最佳37。 （3）灌溉 灌溉能改善土壤的水分狀況，也能改善土壤的其他性質(zhì)，如營養(yǎng)物質(zhì)的移動性和 微生物的活動等。Xasvlee(1982)對淋溶黑鈣土的研究表明，在所有的耕作處理里，灌 溉均增強了土壤的酶活性。灌溉后的土壤酶活性的增強是因為微生物的生命活動得到 了改善。在O2的吸收和CO2的泌出速率間存在著顯著的相關(guān)。 1.4.4 植物生長與土壤酶活性植物生長與土壤酶活性 植物的生活以葉的光合作用和根的養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ)，而土壤養(yǎng)分變化與酶促作用 有關(guān)。所以，土壤酶與植物生長之間存在密切聯(lián)系。主要表現(xiàn)為土壤有效養(yǎng)外的釋放 與植物干物質(zhì)積累的聯(lián)系；不同溫、濕度條件下，土壤生化過程強度與植物生育的協(xié) 調(diào)性；酶活性對植物根系的依賴性；土壤酶動態(tài)變化與土壤生產(chǎn)力的關(guān)系等方面。 （1）作物生育期時酶活性 作物不同生育時期氣候條件有異，土壤酶活性變化較大，但它們之間存在一定的 關(guān)系。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所的研究結(jié)果表明，種植冬小麥的褐土酶活性變 化趨勢為：小麥前期到成熟期，脲酶活性、蛋白酶活性變化趨勢基本一致，越冬期與 收獲后期酶活性最低，幼苗期活性稍高。尿酶、蛋白酶活性迅速增強，最高都在三月 內(nèi)，從拔節(jié)到開花期均逐漸下降。蔗糖酶活性自幼苗期迅速上升后，從越冬到開花均 處在較高活性水平，成熟期下降，以后稍有回升。表明冬小麥整個生育時期與土壤酶 活性密切相關(guān)。陳恩風等的研究結(jié)果表明，蔗糖酶活性隨作物生長而增強，至作物生 育盛期達最大值，而后趨于減弱。關(guān)松蔭研究潮土過氧化氫酶活性發(fā)現(xiàn)，在冬小麥生 育旺盛階段酶活性最高。曾路生等38研究表明：水稻不同生育期土壤脲酶活性表現(xiàn)出 先升后降，而酸性磷酸酶和脫氫酶活性則表現(xiàn)出先降后升再降的變化規(guī)律。脲酶及酸 性磷酸酶活性在水稻移栽后30d左右形成峰值，而脫氫酶活性則在50d左右形成峰值， 且在水稻不同生育階段差異顯著。 （2）土壤酶活性與作物生產(chǎn)力關(guān)系 土壤酶活性與作物生育有很好的協(xié)調(diào)性，那么酶活性與土壤生產(chǎn)力之間存在的聯(lián) 系是怎樣的呢?多數(shù)研究者指出，土壤酶活性的變化與土壤生產(chǎn)力存在較好的相關(guān)性。 酶活性狀況較好的土壤生化過程較活躍，生產(chǎn)性能也較好。一些研究者發(fā)現(xiàn)，土壤磷 酸酶與作物產(chǎn)量之間存在正相關(guān)關(guān)系。土壤磷酸酶活性、有機磷含量與馬鈴薯產(chǎn)量之 間的相關(guān)分析指出，土壤磷酸酶活性和有機磷含量之間，馬鈴薯產(chǎn)量與有機磷之間， 馬鈴薯產(chǎn)量與磷酸酶活性之間均具有很好的相關(guān)性。認為土壤磷酸酶可做為衡量土壤 有效肥力水平及土壤生產(chǎn)性能的指標之一。 1.5 土壤 CO2排放研究進展 太陽輻射被大氣層中的溫室氣體吸收，很大一部分輻射能又返回到地球表面，從 而導(dǎo)致全球溫度上升，這稱為溫室效應(yīng)。大多數(shù)學(xué)者認為溫室效應(yīng)是造成全球變暖的 重要原因。工業(yè)革命以來，人類活動對生物圈的影響已由區(qū)域擴展到全球。人口的增 加、土地利用和覆蓋的變化、化石燃料的燃燒、環(huán)境污染的加劇，導(dǎo)致大氣中 CO2、N2O和CH4等溫室氣體的濃度逐年增加。大氣中不斷增多的CO2是導(dǎo)致全球變暖的 主要原因。 工業(yè)革命以來，溫室效應(yīng)引起的全球氣候變暖問題是21世紀人類面對的最大生態(tài) 問題。全球氣候變暖不僅對全球生態(tài)環(huán)境造成巨大的影響，還對世界各國的經(jīng)濟發(fā)展 甚至人類的生存環(huán)境產(chǎn)生了一系列不利影響，而且這種影響是全球性的，同時也將是 長期性的。中國是目前世界上最大的發(fā)展中國家，同時也是世界上僅次于美國的第二 大CO2排放國家。因此研究中國的CO2排放問題，不僅有利于中國的可持續(xù)發(fā)展，而且 對緩和全球氣候變暖也有重要意義。影響土壤二氧化碳排放的因素有： （1）土壤微生物 土壤微生物直接或間接影響著土壤CO2的排放。有研究表明土壤微生物呼吸約占土 壤總呼吸的50。土壤微生物量與土壤呼吸速率有明顯的正相關(guān)關(guān)系39。溫度和降水 等氣候因素通過控制土壤的養(yǎng)分供給、數(shù)量等影響土壤微生物呼吸作用；土壤環(huán)境、 水分、重金屬、農(nóng)藥也直接或間接影響微生物呼吸。 （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 也較大。土壤因子、氣候因子、人為干擾等都會通過影響根系呼吸而影響土壤呼吸。 在作物不同的生長階段，干系呼吸的強度也不同：在生長旺盛的階段，根系生物量也 相應(yīng)增加，根系呼吸在土壤呼吸中的比重也較高40；葉面積也影響了土壤呼吸，它是 通過影響植物覆蓋下的土壤濕度、溫度而直接影響土壤呼吸。Raich等發(fā)現(xiàn)，近熟林土 壤呼吸與凋落物呈正比例。在德國東部斐克特高原的挪威云杉林中，移除凋落物層后 土壤呼吸明顯減弱42。 （3）土壤溫度 土壤溫度可以驅(qū)動土壤呼吸，大量研究表明，溫度升高會促進土壤CO2的排放43,44。 土壤溫度通過影響微生物活性、植物生長、有機質(zhì)分解等影響土壤呼吸。但也有學(xué)者 認為CO2的通量與溫度的關(guān)系不大，而是受到光照的影響較大45。 （4）土壤水分 野外試驗證明農(nóng)田土壤CO2的排放不能單一的用土壤溫度的影響來解釋，土壤含水 量對土壤呼吸同樣存在很大影響。土壤水分主要影響土壤氧化還原電位(Eh)、pH、土 壤空隙度、溫室氣體的擴散速率、植物生長、微生物活性等，進而影響土壤呼吸。 Subke等的研究發(fā)現(xiàn)，濕度是影響土壤CO2排放的重要非生物因素之一46。Chimner等 人發(fā)現(xiàn)在一定水分含量范圍內(nèi)，CO2排放量與水分呈極顯著相關(guān)。 （5）土壤有機質(zhì) 土壤有機質(zhì)是土壤呼吸的碳源，對土壤溫室氣體排放有重要影響。土壤活性有機 碳是微生物生長的速效基質(zhì)，其含量高低直接影響土壤微生物活性，從而影響溫室氣 體的排放。張金波等的研究證明，土壤有機碳的結(jié)構(gòu)和數(shù)量是影響土壤呼吸溫度敏感 性的重要因素47。 （6）土壤pH 土壤pH通過影響土壤微生物的活動、土壤有機質(zhì)及作物根系的生長等影響土壤呼 吸。一般認為，pH值為68時，土壤微生物活性最強48。土壤pH是通過酸化累積過程 導(dǎo)致土壤養(yǎng)分元素含量的差異影響CO2的排放，所以pH并不是直接影響土壤呼吸的因 素49,50。 （7）人類活動 人類活動對農(nóng)田土壤呼吸有巨大的影響，主要包括化肥的施用、耕作方式、土地 利用方式、灌溉等。他們通過影響土壤的非生物及生物因子而影響土壤呼吸。這些影 響因子之間不是獨立存在的，多個因子之間相互影響，共同作用。所以在研究土壤呼 吸時應(yīng)考慮因子的綜合作用，這也是研究土壤呼吸過程中的難點。 1.6 CO2排放研究方法 最早對土壤二氧化碳測定的報道可追溯到Boussingault和Lewy于1853年所發(fā)表的文 章，他們采用了氫氧化鋇溶液吸收土壤空氣中的二氧化碳。在其后的100多年，測定方 法主要依靠在此基礎(chǔ)上的化學(xué)吸收和物理氣壓計量測定，盡管在土壤化學(xué)和土壤生物 化學(xué)方面進行了努力，其靈敏度問題仍然無法解決。到20世紀50年代末，氣相色譜(GC)方 法的發(fā)明以及在土壤學(xué)方面的廣泛應(yīng)用，極大地提高了土壤CO2測定的靈敏度，相繼發(fā) 明了以渦度相關(guān)技術(shù)為核心的微氣象學(xué)方法、靜態(tài)和動態(tài)箱法等方法。隨著現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展，土壤二氧化碳測定從單一化學(xué)方法，到化學(xué)一物理一生態(tài)學(xué)的多方位、 多角度的測定方法，都有長足的進展。在諸多的測定方法和設(shè)備、裝置中，應(yīng)用比較 廣泛的土壤二氧化碳通量原位測定方法有微氣象學(xué)方法和箱法。 1.6.1 箱法箱法 箱法的工作原理是用特制采樣箱罩在一定面積的土壤及其植物上方，并隔絕箱內(nèi) 外氣體的自由交換，測定箱內(nèi)空氣中被測溫室氣體隨時間的變化，并據(jù)此計算得到該 氣體的交換通量。箱法測定(chamber method)包括靜態(tài)(static)和動態(tài)(dynamic)箱法。 （1）靜態(tài)箱一堿液吸收法 是一種應(yīng)用最早的化學(xué)方法。把盛有堿溶液的容器敞口置于一個下端開口的樣品 箱里，快速密封樣品箱，扣在待測樣地上，一段時間后拿出做酸堿滴定，計算土壤CO2 通量。 （2）靜態(tài)箱一氣相色譜法 即用密封的箱子在野外收集二氧化碳，用注射器采集氣體樣品，拿回到實驗室用 氣相色譜(GC)測定CO2的濃度，進而推算此時此地的土壤二氧化碳通量。 （3）靜態(tài)箱一紅外線法 即用密封的箱子在野外收集CO2，用注射器采集氣體樣品，拿回到實驗室用紅外線 氣體分析儀測定CO2的濃度或者直接在野外測定土壤CO2通量。 （4）動態(tài)箱法 又稱開放箱法，其工作原理是用不含CO2或已知CO2，以一定的速率從覆蓋在土壤 表面的箱體，經(jīng)過紅外線氣體分析儀測量其中氣體的CO2含量，根據(jù)進出箱體的CO2濃 度差，計算土壤CO2通量。 1.6.2 微氣象法微氣象法 微氣象學(xué)測定方法(micrometeorological method)是建立在氣象學(xué)基礎(chǔ)上的微型化氣 象測定方法。它根據(jù)氣溫、地溫、風向、風速、太陽輻射、降雨量等氣象因子來推算 CO2通量，要求建立觀測站，包括觀測塔和相關(guān)的氣象觀測儀器和設(shè)備，代價昂貴，需 要維護，適于大范圍、中長期定位觀測，對于土壤CO2通量的測定相對比較間接。 2.試驗內(nèi)容 2.1 試區(qū)概況 本試驗于2010年在西北農(nóng)林科技大學(xué)標本區(qū)進行。試驗田處于北緯34o21，東經(jīng) 108o10，海拔525 m，年均日照時數(shù)2196 h，年均氣溫1214 ，年均降水量580.5 mm，屬暖溫帶半濕潤氣候。試驗田土壤為壤土，pH值7.30，土層深厚，通氣良好， 020 cm土層土壤有機質(zhì)12.19 g/kg、全氮1.43 g/kg、速效磷18.12 mg/kg、速效鉀 120.64 mg/kg。 2.2 試驗試劑與器材 2.2.1 供試材料供試材料 供試品種為巡天19號。 2.2.2 試驗器材試驗器材 GXH-3010E1型便攜式紅外CO2氣體分析儀、分光光度計、水浴鍋、土鉆、土壤篩、 天平、試管、分液漏斗、移液管、三角瓶、滴定管等。 2.2.3 試驗試劑試驗試劑 檸檬酸鹽緩沖液、苯酚鈉溶液、次氯酸鈉顯色劑、磷酸緩沖液、甲苯、堿性硫酸 銅溶液、Na2S2O3溶液、0.1mol/L的KMnO4溶液等。 2.3 試驗設(shè)置 本試驗地前茬作物為冬小麥，旋耕處理后設(shè)置9個處理，不施氮肥處理為對照 （CK）；緩釋氮肥由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)胡樹文教授提供，緩釋氮肥 (（N）=44.6%)，施 肥量分別為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%，施氮量分別為80 kg/hm2（N1）、 160 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）、320 kg/hm2（N4）。上述各處理均一次性施入 過磷酸鈣（P2O5）16%750 kg/hm2作底肥，施氮量均為純氮、磷量。 小區(qū)面積6 m9 m=54 m2，播量90 kg/hm2，行距60 cm。6月20日播種，10月15日 收獲。隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。整個生育期全部為旱作，不進行人工澆水，其他管理 措施同當?shù)剞r(nóng)田。 2.4 測定方法 2.4.1 酶測定酶測定 每小區(qū)采用S形取樣法隨機取5點，分別于2010-07-12（苗期）、2010-08-12（拔節(jié) 期）、2010-08-22（抽雄期）、2010-09-15（開花期）、2010-10-11（成熟期）進行田 間取樣，用土鉆取020 cm層土樣，土樣經(jīng)風干后過1 mm土壤篩。然后進行蔗糖酶、 土壤脲酶和過氧化氫酶活性測定， 脲酶采用奈氏比色法測定。以尿素溶液和甲苯做培養(yǎng)液，用pH6.7的檸檬酸鹽做緩 沖液，37下培養(yǎng)24h后用1.35mol/L苯酚鈉溶液和0.9次氯酸鈉做顯色劑，在721分光 光度計上于波長578nm處進行比色，酶活性用NH3-N的mg/g土表示。 蔗糖酶采用硫代硫酸鈉滴定法測定。用pH5.5的磷酸緩沖液和甲苯做培養(yǎng)液，培養(yǎng) 24h后用堿性硫酸銅溶液做顯色劑，再通過水浴鍋加熱，然后用Na2S2O3滴定，酶活性 用土壤中葡萄糖mg/g土表示。 過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定。加入過氧化氫反應(yīng)劑，振蕩30min后立即加 入硫酸以阻止其反應(yīng)，隨后用0.1mol/L的KMnO4滴定，過氧化氫酶活性用消耗高錳酸 鉀的數(shù)量mL/g土表示。 2.4.2 土壤土壤CO2排放量測定排放量測定 CO2排放量采用GXH-3010E1型便攜式紅外CO2氣體分析儀測定51，播種后把大蓋 和底座嵌入土壤內(nèi)5 cm，外圍填土、打平，在每個取樣點固定一個底座。觀測時，按 要求把進出氣管與儀器相連，開啟主機測定樣點起始CO2質(zhì)量分數(shù)，然后擰緊小蓋，接 通風扇電源，使容器內(nèi)氣體混合。一定時間后，記錄樣點的即時質(zhì)量分數(shù)。在取土樣 當天測定，測定時間為9:0011:00。CO2排放速量由氣腔內(nèi)氣體濃度隨時間的變化率計 算得出，計算公式為：F=A(X2-X1) H/t，式中F為土壤二氧化碳排放速量mgm-2h-1； H為容器高（m）；X1、X2分別為測定時二氧化碳初始質(zhì)量分數(shù)和二氧化碳測定時的即 時質(zhì)量分數(shù)（mg/kg）；t為測定時間變化（h）。 2.5 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)用Excel和SPSS17.0軟件分析。 3.結(jié)果與分析 3.1 不同施氮措施對土壤酶活性的影響 3.1.1 不同施氮措施對土壤脲酶活性的影響不同施氮措施對土壤脲酶活性的影響 由圖3.1可知，不同的生育時期，各處理脲酶活性有差異。苗期土壤脲酶活性較低， 對照處理CK脲酶活性為0.26mg/g，處理組N1最低，為0.27mg/g，其次為N3，為 0.28mg/g。處理組N2脲酶活性最高，達到0.50mg/g，其次是SR1，為0.47 mg/g。從苗期 到拔節(jié)期，脲酶活性迅速增高，拔節(jié)期脲酶活性達到最大值，其中N4處理脲酶活性最 高，達到1.42mg/g；其次是SR4處理，脲酶活性達1.39mg/g。拔節(jié)期后脲酶活性逐漸下 降。至抽雄期N4脲酶活性最高，達到1.18 mg/g，其次是SR4處理，達到1.12 mg/g。除 對照組CK外，抽雄期脲酶活性最低是N1（0.49mg/g），其次是SR1（0.60mg/g）。開 花期脲酶活性最高的是SR4，達到0.83mg/g；最低為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）；除對照組外N4脲酶活性最低， 僅為0.75mg/g。 由此可以看出，不同施氮措施對夏玉米全生育期脲酶活性都有較大影響。經(jīng)方差分 析可知，不同施氮措施下，脲酶平均活性較對照組顯著提高（P0.05）。另外，拔節(jié)期緩釋氮肥處理土壤脲酶活性高于 等量氮素的尿素處理，其它4個生育期均低于緩釋氮肥處理。 脲酶活性增加的原因可能是脲酶反應(yīng)底物的濃度升高，施入肥料后，由于肥料中所 含N素為尿素，土壤中氫氧化銨濃度升高，土壤有機質(zhì)增加，提高了水溶性有機質(zhì)含量， 脲酶活性也隨之提高。 表3.1 不同施氮措施土壤酶活性及CO2排放量的平均值 處理 脲酶 /（mg/g） 蔗糖酶 /（mg/g） 過氧化氫酶 /（mL/g） CO2排放量 /（mgm-2h-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 圖 3.1 不同施氮措施對脲酶活性的影響 3.1.2 不同施氮措施對土壤蔗糖酶活性的影響不同施氮措施對土壤蔗糖酶活性的影響 由圖3.2 可知，尿素和緩釋氮肥處理，蔗糖酶活性在夏玉米全生育期內(nèi)起伏變化較 大，蔗糖酶活性在整個生育期變化趨勢大致表現(xiàn)為苗期到抽雄期酶活性逐漸升高，開 花期降低，成熟期又迅速升高并達到最大值，其中SR4處理達到最大值為36.62 mg/g。 苗期N1處理蔗糖酶活性最大，達到12.23 mg/g，最小為N4處理，5.26 mg/g。拔節(jié)期SR2 處理酶活性最大，達到18.93 mg/g，其次是N3處理，為17.48 mg/g；除對照組CK，N2 處理蔗糖酶活性最小。僅達到13.31 mg/g。至抽雄期蔗糖酶活性略有回升，其中SR4處 理活性最大。達到32.89 mg/g，其次為SR2處理，達到29.79 mg/g。抽雄期除CK外，N4 處理蔗糖酶活性最小，僅為21.23 mg/g。開花期蔗糖酶活性回落，SR3處理蔗糖酶活性 僅為8.19 mg/g，并低于對照組CK的12.43 mg/g；蔗糖酶活性最大的是N1處理，達到 15.06 mg/g。至成熟期蔗糖酶活性達到最大值，N4處理酶活性達到最大值36.62 mg/g， 除對照組CK外N2處理蔗糖酶活性最低，為26.64 mg/g。 由圖3.1可知，各處理蔗糖酶活性較對照組CK均發(fā)生明顯變化，各生育期蔗糖酶活 性均表現(xiàn)出升高的趨勢。經(jīng)方差分析，各處理土壤蔗糖酶平均活性較對照組均達到顯 著差異水平（P抽雄期開花期 苗期成熟期。苗期CO2排放量較低，對照組CO2排放量最少，僅為246.0mgm-2h-1,其 次為SR1處理，排放量為272.1mgm-2h-1。N4處理CO2排放量最高，達到294.2mgm-2h- 1。拔節(jié)期CO2排放量達到峰值，其中N4處理排放量最高，達到629.9mgm-2h-1；除對 照組外SR1處理CO2排放量最低，僅為589.2mgm-2h-1。抽雄期CO2排放量開始逐漸下降， 最大值出現(xiàn)在N4處理，達到542.3mgm-2h-1，SR1處理CO2排放量最小，為480.9mgm- 2h-1。開花期CO2排放進一步降低，N4處理排放量最大，達到441.7mgm-2h-1。抽雄期 土壤CO2排放量最低。 分析9個處理CO2平均排放量（表3.2），對照組CO2排放量最低，僅為322.5 mgm- 2h-1；N4處理CO2排放量最高，達到438.0mgm-2h-1。不同處理CO2排放量順序為 CKSR1SR2SR3SR4N1N2N3N4。整個夏玉米生長季尿素處理和緩釋 氮肥處理土壤CO2 平均排放量分別為459.12mgm-2h-1 和427.11 mgm-2h-1，兩者達到顯 著差異水平（P0.05）。另外，拔節(jié)期緩釋氮肥處理土壤脲 酶活性高于等量氮素的尿素處理，其它4個生育期均低于緩釋氮肥處理。 從苗期到拔節(jié)期土壤脲酶活性逐漸升高，至拔節(jié)期達最大值，而后逐漸下降。這 與張志棟53、沈宏54等研究結(jié)果基本一致。脲酶活性增加原因可能是脲酶反應(yīng)底物的 濃度升高，施入肥料后，由于肥料中所含N素為尿素，土壤中氫氧化銨濃度升高，土壤 有機質(zhì)增加，提高了水溶性有機質(zhì)含量，脲酶活性也隨之提高。 除拔節(jié)期外，相同施氮量緩釋氮肥處理脲酶活性高于尿素處理，這是因為尿素為 速效肥，養(yǎng)分釋放較快，可以很好解決拔節(jié)期供肥不足的問題，但后期會出現(xiàn)“脫肥” 的現(xiàn)象。而緩釋氮肥處理在整個生育期脲酶活性都保持較高水平，尤其是在吐絲和成 熟期緩釋氮肥處理酶活性整體水平高于尿素處理，說明緩釋氮肥能較好緩解作物生長 與肥料短缺的矛盾。 4.1.2 不同施氮措施對土壤蔗糖酶活性的影響不同施氮措施對土壤蔗糖酶活性的影響 蔗糖酶廣泛地存在于所有的土壤中，參與碳水化合物的轉(zhuǎn)化，能裂解二糖分子中 果糖基的-葡萄糖苷碳原子處的鍵，使蔗糖水解成植物和微生物能利用的營養(yǎng)物質(zhì)， 是表征土壤的碳素循環(huán)和土壤生物化學(xué)活性的重要酶。在各個處理中，蔗糖酶的活性 為5.2636.62mg/g-1。 尿素和緩釋氮肥處理，蔗糖酶活性在夏玉米全生育期內(nèi)起伏變化較大，蔗糖酶活 性在整個生育期變化趨勢大致表現(xiàn)為苗期到抽雄期酶活性逐漸升高，開花期降低，成 熟期又迅速升高并達到最大值，其中SR4處理達到最大值36.62 mg/g-1。 本研究表明，各處理蔗糖酶活性較對照組CK均發(fā)生明顯變化，各生育期蔗糖酶活 性均表現(xiàn)出提高的趨勢。方差分析表明，各處理土壤蔗糖酶平均活性較對照組均達到 顯著差異水平（P苗期抽 雄期開花期成熟期，這與韓廣軒等研究結(jié)果一致。拔節(jié)期尿素處理CO2排放量高于 相同施氮量緩釋氮肥。拔節(jié)期為作物生長盛期，施肥土壤CO2排放量顯著高于不施肥處 理，這是由于施肥增加了土壤養(yǎng)分供給，促進作物根部和地上部分生長，根系呼吸旺 盛，增加了土壤CO2排放量，這與張志棟等研究結(jié)果相符。開花期土壤CO2排放量低于 抽雄期，這與開花期田間積水有關(guān)，Lambers等研究結(jié)果也表明，田間積水會抑制植物 的根系呼吸，降低土壤CO2排放量。 4.3 土壤酶活性與土壤 CO2排放量相關(guān)性 本研究表明，土壤蔗糖酶活性平均值與CO2 排放量達到顯著正相關(guān)（P G25 CK, and the acid phosphatase activities in the rhizosphere soil of G25 and G88 were increased by 8.92% - 56.00% and 5.36% - 77.50% respectively compared with that of the control. During the stages after Nov.1, the activity of acid phosphatase in rhizosphere soil of G88 was significantly higher than that of control. while the activity acid phosphatase in rhizosphere soil of G25 after the December 1 were significantly higher than that of control On Jan. 1, the activity of acid phosphatase in rhizosphere soil of G88 was significantly higher than that of G25. The catalase activity in rhizosphere soil of the two different varieties of garlic was higher tha- n that of control at the growth stages, which were increased by 6.00% - 63.89% and 8.00% - 69.44% respectively. Where in the difference in catalase activities between G88 and control at the same periods except Oct. 1 and Nov. 1 reached significance level, while the calalase activ ity in the rhizosphere soil of G25 was significantly higher than that of control only on Jan.1 and Feb.1.In addition, the difference in catalase activity between the two garlic cultivars was not significant, indicating that the effects of the two garlic cultivars on catalase activity were the same. Discussions Effect of garlic root exudates on rhizosphere microorganisms In a real environment, the soil microecosystem consisted of plant soil rhizosphere microorganisms is extremely complex. However, in the context of the same soil, the microbial number in garlic rhizosphere soil was much higher than that of control, which possibly was due to that the root exudates could supply energy for rhizosphere microorganisms,thereby to influence the number and species of rhizosphere microorganisms. The differences in microorganism number and enzyme activities in rhizosphere soil caused by the different garlic varieties were closely related to the amount and types of root exudates17- 18. The results showed that the root exudates of two varieties of gar lic had greater promotion effect on bacteria and actinomycetes than fungi, and promotion effect of G88 was greater than that of G25. Besides, it could be concluded that the changes in microorganisms in the rhizosphere soil were obv iously affected by the unique root exudates of the garlic var iety. Throughout the whole experimental per iod, the numbers of rhizosphere bacteria, actinomycetes and fungi of the two garlic cultivars showed the same trend of low-high-low, while bacteria, actinomycetes and fungi number in the control soil were generally reduced. The increase of the microorganism number in the treatment groups in the ear ly stage could be due to that the early stage was the per iod of higher rooting percentage, during which, the physiological metabolic was active and the release of root exudates was more, which in evitably influenced the rhizospheremicroorganisms.And all the microorganisms showed decrease trend in the later period, possibly related to the reducing temperature of the environment. So, it could be concluded that the changes in rhizosphere microorganisms at the early stage were mainly affected by the physiological metabolic activity of the root system, and by combined effect of the plant itself and the environment at the later stage. Effect of garlic root exudates on rhizosphere soil enzyme activities Large number of studies had revealed that the enzyme activity in rhizosphere soil was much higher than that of nonrhizosphere soil. The reasons could include various enzymes secreted by the root system activity had been released into the rhizosphere soil the plant rhizosphere soil had the relatively high microorganism number and physiological metabolic activity. Both of the two garlic varieties promoted the growth of bacteria, actinomycetes and fungi in the rhizosphere soil and indirectly increased the urease, phosphatase and catalase activity, thereby improving the turnover and circulation of nitrogen, phosphorus and other nutrients in gar lic rhizosphere soil and providing a good microecological environment for the later crop. References: 1BROOKES P C，LANDMAN A，PRUDEN G，et alChloroform fumigationand the release of soil nitrogen： a rapid direct extract ionmethod to measu remicrobial biomass nitrogen in soilJ. Soil Biology 酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定， 其活性單位以1 g土樣在37條件下，經(jīng)過反應(yīng)1 h后消耗 苯酚的毫克數(shù)來表示; 過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，其活性單位以1 g土樣在反應(yīng)1 h后所 消耗的0.1mol/L KMnO4 溶液的毫克數(shù)來表示16。 1.2.3 數(shù)據(jù)處理。以3次取樣測定結(jié)果的平均值計為測定值，所有數(shù)據(jù)最后都通過測定各自的土壤含 水量換算為每克烘干土的含量。數(shù)據(jù)采用DPS軟件(7.5專業(yè)版)處理。 2 2 結(jié)果與分析結(jié)果與分析 2.1 大蒜不同時期根際土壤微生物數(shù)量的變化大蒜不同時期根際土壤微生物數(shù)量的變化 細菌、放線菌及真菌是構(gòu)成土壤微生物群體的主要種類，在土壤有機物質(zhì)分解、礦化和營養(yǎng)循 環(huán)中起重要作用， 其數(shù)量在一定程度上可以表征土壤肥力水平。由表1可知，對照土壤細菌數(shù)量較 低， 且隨著時間的變化呈現(xiàn)下降趨勢。而2種大蒜根際土壤細菌數(shù)量呈現(xiàn)不同程度上升的變化規(guī)律， 與對照相比，G25根際土壤細菌數(shù)量同期的增加幅度為12.7372.7；G88根際土壤細菌數(shù)量增 幅為54. 3418. 1。除在10月1日時G25根際土壤細菌數(shù)量與對照差異不顯著外，其他各時期2 個處理與對照間的差異均達極顯著水平。在10月1日、12月1日G88根際土壤細菌數(shù)量極顯著高于 G25， 表明2個大蒜品種對根際土壤中的細菌數(shù)量均有明顯的促進作用， 且G88對根際土壤中細菌 的促進作用大于G25。 對照土壤放線菌的數(shù)量隨著時間的變化呈下降趨勢，而2個大蒜品種根際土壤放線菌數(shù)量在各 時期均高于對照， 除10月1日、1月1日外，其他時期2種處理之間以及處理與對照之間差異均達極 顯著水平。與對照相比，G25和G88根際土壤放線菌數(shù)量的增長率分別為6. 8% 130. 5% 、9. 4%190. 0%。 2個大蒜品種根際土壤真菌數(shù)量在各時期均高于對照，與對照相比，G25、G88根際土壤同期真 菌數(shù)量的增長率分別為19. 3%55. 2%、3. 4%64. 9%。與細菌和放線菌不同的是， G88在12月1 日和2月1日根際土壤真菌的數(shù)量顯著低于G25，其余各時期，兩者間差異未達顯著水平，表明G25 根系分泌物中的成分更有利于真菌的生長。從增長率角度分析，真菌增加的幅度遠遠小于細菌和放 線菌，表明大蒜根系分泌物更有利于細菌和放線菌的生長。 表1 大蒜不同時期根際土壤微生物數(shù)量的動態(tài)變化 Table 1 The dynamic changes in quality of microorganisms in rhizosphere soil of garlic at different growth stages 細菌細菌bacteria /106個個/g 放線菌放線菌actinomyces /104個個/g 真菌真菌fungus /104個個/g 日期日期 Date CKG25G88CKG25G88CKG25G88 2007-10-173.5bB82.9aA113.4aA48. 6 aA51. 8 aA53. 1 aA34. 7 bB41. 4 aAB47. 2 aA 2007-11-151.6bB83.4bB214.6aA33. 9 cC53. 5 bB86. 9 aA30. 8 bB47. 8 aA50. 8 aA 2007-12-149.8cC106.8aA258.0aA29. 7 cC68. 6 bB84. 8 aA29. 5 bB40. 5 aA30. 5 bB 2008-01-0136.4cC151.2aA96.2aA26. 6 bB46. 3 aA30. 7 bB30. 9 aA36. 7 aA40. 3 aA 2008-02-0130.8bB145.6aA151.7aA21. 3 cC40. 1 bB61. 6 aA14. 3 bB20. 4 aA18. 3 bB 注： 同列不同大、小寫字母分別表示在0.01和0.05水平差異顯著。 2.2 大蒜不同時期根際土壤酶活性的變化大蒜不同時期根際土壤酶活性的變化 由表2可知，與對照相比，2個大蒜品種根際土壤酶活性變化較大，但各時期其土壤脲酶活性均 高于同期對照。G25和G88根際土壤中脲酶活性分別比對照提高了10.00% 50.00%和 20.59%136.67%。G25在1月1日根際土壤脲酶活性顯著高于同期對照；G88除10月1日外， 其余 各時期酶活性均顯著高于對照，并且在11月1日、12月1日土壤酶活性顯著高于G25，表明G88根際 土壤脲酶活性變化較大。 除10月1日外，其余時期， 根際土壤酸性磷酸酶活性為G88G25CK，G25和G88根際土壤酶活 性分別比對照提高了8.92%56.00%和5.36%77. 50%。G88在11 月1日以后根際土壤酶活性都顯 著高于對照，而G25在12月1日后根際土壤酶活性顯著高于對照。在1月1日以后， G88根際酶活性 均高于G25，且兩者間差異達顯著水平。 不同時期2個大蒜品種根際土壤過氧化氫酶活性均高于對照，G25和G88比對照的增幅分別為 6.00%63.89%和8.00%69.44%，其中G88除在10月1日和11月1 日酶活性與對照間的差異不顯著 外，其他各時期與對照間的差異均達顯著水平；G25只在1月1日和2月1日酶活性顯著高于對照，同 期內(nèi)2個大蒜品種根際土壤過氧化氫酶活性差異不顯著，說明2個大蒜品種對根際土壤過氧化氫酶活 性影響一致。 表2 大蒜不同時期根際土壤酶活性的動態(tài)變化 Table 2 The dynam ic changes on the enzyme activity in the rhizo sphere soil of garlic at different growth stages 脲酶 urease磷酸酶 phasphatase過氧化氫酶catalase日期 DateCKG25G88CKG25G88CKG25G88 2007-10-010.34 aA0.38 aA0.41 aA0.56abA0 61 aA0.59 bA0.50 aA0.53 aA0.54 aA 2007-11-010.31 bB0.44bAB0.62 aA0.57 bA0.64abA0.68 aA0.51 bB0.61 aA0.62 aA 2007-12-010.30 bB0.33 bB0.71 aA0.50 bB0.78 aA0.82 aA0.47 bB0.55 aA0.64 aA 2008-01-010.32 bA0.48 aA0.53 aA0.52 cB0.65 bA0.77 aA0.36 bB0.59 aA0 61 aA 2008-02-010.24 bA0.42 bA0.52 aA0.40 bB0.58aAB0.71 aA0.34 bA0.51 aA0.55 aA 注： 同列不同大、小寫字母分別表示在0.01和0.05水平差異顯著。 3 3討論討論 3.13.1 大蒜根系分泌物對根際微生物數(shù)量的影響大蒜根系分泌物對根際微生物數(shù)量的影響 在現(xiàn)實環(huán)境中，由植物-土壤-根際微生物組成的土壤微生態(tài)系統(tǒng)極其復(fù)雜，但在相同土壤背景 下，種有大蒜的根際區(qū)微生物數(shù)量遠遠高于對照，可能是由于根系分泌物能夠為根際微生物提供繁 殖所需能源，因此影響根際環(huán)境微生物種類和數(shù)量的分布，但是僅因種植不同品種大蒜所造成的土 壤根系微生態(tài)環(huán)境中的微生物數(shù)量和酶活性的差異顯然