硅磷交互作用對(duì)盆栽水稻土壤酶活力的影響

硅磷交互作用對(duì)盆栽水稻土壤酶活力的影響

土壤酶是土壤中動(dòng)植物殘留物分解、植物根系分泌和土壤微生物代謝的產(chǎn)物。這是生物化學(xué)過(guò)程中的一種特殊藥物。它可以參與土壤中的許多重要生物化學(xué)過(guò)程。它是評(píng)價(jià)土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量的重要生物學(xué)指標(biāo)之一，與土壤肥力呈極其密切的關(guān)系。其中土壤過(guò)氧化氫酶、磷酸酶、蔗糖酶是土壤中常見(jiàn)酶。土壤過(guò)氧化氫酶能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解而有利于防治過(guò)氧化氫對(duì)生物體的損害。土壤磷酸酶能加速土壤有機(jī)磷的脫磷速度,可以表征土壤磷素有效化強(qiáng)度。土壤蔗糖酶是一種水解酶,它可以把土壤中高分子質(zhì)量的蔗糖分子分解成能夠被植物和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖。因此,這幾種酶的活力對(duì)反映土壤肥力水平,指示土壤肥力的變化有著非常重要的意義。土壤酶活力與施肥、耕作及其他農(nóng)業(yè)措施密切相關(guān)。近年來(lái),人們采用不同培肥措施、不同肥料品種等方式對(duì)土壤酶活力進(jìn)行了研究,但在施用硅肥、磷肥后對(duì)土壤酶活力所產(chǎn)生的影響研究甚少。水稻在生長(zhǎng)中需要吸收大量的硅,因此硅是水稻生命中重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一,僅次于氮、磷、鉀居第四位。研究表明,施用硅不但可以減少磷在土壤中的吸附和固定,進(jìn)而推動(dòng)磷在植物體內(nèi)向頂部、籽粒運(yùn)輸,而且當(dāng)磷施用過(guò)量時(shí)硅還能抑制植物對(duì)磷過(guò)多吸收。本研究采用水稻盆栽試驗(yàn),通過(guò)調(diào)配硅肥、磷肥的施用比例,應(yīng)用響應(yīng)曲面法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來(lái)考察硅、磷交互作用對(duì)土壤酶活力的影響,為水稻生產(chǎn)中合理施用硅肥、磷肥,調(diào)控土壤酶活力提供理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。1材料和方法1.1材料表面1.1.1篩、制備、制備供試土壤為黑土,采集東北農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地0~20cm耕層土,過(guò)2mm篩,備用。其基礎(chǔ)肥力:有機(jī)質(zhì)3.46%,堿解氮152.64mg·kg-1,全氮0.18%,速效鉀68.72mg·kg-1,緩效鉀1254.78mg·kg-1,速效磷64.37mg·kg-1,全磷0.11%,pH6.8。1.1.2試劑、試劑廠和酸水稻:東農(nóng)423,粳稻;硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O),分析純(天津市天大化學(xué)試劑廠);磷酸一銨,一級(jí)品(四川省金河磷礦化工廠);尿素,一級(jí)品(滄州大化股份公司);硫酸鉀,一級(jí)品(中信國(guó)安公司)。1.2方法1.2.1試驗(yàn)因素及水平采用SAS8.2中的Designofexperiments程序,以硅酸鈉和磷酸一銨為主要考察因子(自變量),分別以X1、X2表示,并以+1.414、+1、0、-1、-1.414分別代表自變量的高、中、低水平,根據(jù)預(yù)試驗(yàn)及參考文獻(xiàn)選定硅酸鈉和磷酸一銨范圍。試驗(yàn)因素編碼及水平見(jiàn)表1。以土壤酶活性指標(biāo)(過(guò)氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶)為響應(yīng)值Y,擬合二階多項(xiàng)式方程:式中,Y-預(yù)測(cè)值;a0-常數(shù)項(xiàng);a1、a2-線性系數(shù)項(xiàng);a11、a12、a22-二次項(xiàng)系數(shù),其中a12為交互作用項(xiàng)系數(shù)。按表2試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行盆栽試驗(yàn),每組5個(gè)重復(fù)。在30cm×20cm塑料桶中裝土8kg,使土上表面距離桶口6cm,將基礎(chǔ)肥料尿素2.55g·桶-1、硫酸鉀0.74g·桶-1及考察肥料磷酸一銨、硅酸鈉混勻施入;灌水至桶口邊緣。2d后,待水完全滲入土中即可插秧,每桶插6株水稻秧苗,全部成活后剔除2株,采用寒地水稻栽培方式管理。在水稻拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟后取適量土壤,風(fēng)干,過(guò)1mm篩,分別測(cè)定土壤過(guò)氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶的活力,測(cè)定3次,取平均值。1.3指標(biāo)和方法的檢測(cè)土壤過(guò)氧化氫酶活力測(cè)定采用高錳酸鉀法;土壤磷酸酶活力測(cè)定采用對(duì)硝基苯磷酸鹽法;土壤蔗糖酶活力測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法。1.4數(shù)據(jù)分析最佳變量水平確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和二次模型的構(gòu)建采用統(tǒng)計(jì)軟件SAS8.2系統(tǒng)中的DesignofExperiments程序,回歸方程的解析以及響應(yīng)曲面的分析獲得最佳變量水平采用DesignExpert(6.0.5,Stat-EaseInc,Minneapolis,USA)軟件。2結(jié)果與分析2.1蔗糖酶活性的方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。利用SAS8.2分析系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)程序?qū)Ρ?數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合,分別獲得了土壤過(guò)氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶的預(yù)測(cè)值對(duì)編碼自變量處理磷酸一銨和硅酸鈉的二次多項(xiàng)回歸方程(1)、(2)和(3),且各回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)見(jiàn)表4。過(guò)氧化氫酶活性:磷酸酶活性:蔗糖酶活性:由表4方差分析可知,過(guò)氧化氫酶的二次多項(xiàng)模型極顯著(P<0.01,R2=0.8872),模型的校正決定系數(shù)AdjR2=0.8067。各項(xiàng)回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表明,x1、x12極顯著(P<0.01),x2、x22不顯著,交互項(xiàng)x1x2顯著(P<0.05)。磷酸酶二次多項(xiàng)模型極顯著(P<0.01,R2=0.9274),模型的校正決定系數(shù)AdjR2=0.8756,且回歸系數(shù)x1、x12呈極顯著(P<0.01),x2、x22顯著(P<0.05),交互項(xiàng)x1x2不顯著。蔗糖酶二次多項(xiàng)模型極顯著(P<0.01,R2=0.9535),模型的校正決定系數(shù)AdjR2=0.9203,且回歸系數(shù)x12呈極顯著(P<0.01),x1,x1x2、x22顯著(P<0.05),x2不顯著。綜上分析,3個(gè)模型方程擬合程度良好,試驗(yàn)誤差較小,模型是合適的。因此,上述3個(gè)模型方程均適合于分析和預(yù)測(cè)土壤酶活性變化。2.2磷酸一銨因素利用響應(yīng)曲面和等高圖法分析過(guò)氧化氫酶活力,結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知,當(dāng)硅酸鈉不變時(shí),隨著磷酸一銨的施用量增加,土壤過(guò)氧化氫酶活力先增加后下降;當(dāng)磷酸一銨不變時(shí),隨著硅酸鈉施用量增加,土壤過(guò)氧化氫酶活力先緩慢增加而后下降,在二者交互作用中,磷酸一銨是主要影響因素。由等高圖可以看出,較低的磷酸一銨和較高的硅酸鈉,可得到的土壤過(guò)氧化氫酶活力較高。綜合得出硅酸鈉為2.7~4.8g·桶-1、磷酸一銨為0.9~1.65g·桶-1時(shí),可取得土壤過(guò)氧化氫酶活性極值。2.3磷酸一銨和硅酸鈉對(duì)土壤磷酸酶活性的影響利用響應(yīng)曲面和等高圖法分析磷酸酶活力,結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知,當(dāng)硅酸鈉不變時(shí),隨著磷酸一銨的施用量增加,磷酸酶活力先增加后下降,當(dāng)磷酸一銨不變時(shí),隨著硅酸鈉施用量增加,土壤磷酸酶活力先緩慢增加而后下降,在二者交互作用中,磷酸一銨是主要影響因素。由等高線圖可以看出,較低的磷酸一銨和適中的硅酸鈉,可得到的土壤磷酸酶活性較高。綜合得出硅酸鈉為2.70~3.60g·桶-1、磷酸一銨為1.30~1.80g·桶-1時(shí),可取得土壤磷酸酶活性極值。2.4磷酸一銨和硅酸鈉對(duì)土壤蔗糖酶活力的影響利用響應(yīng)曲面和等高圖法分析蔗糖酶活力,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知,當(dāng)硅酸鈉不變時(shí),隨著磷酸一銨的施用量增加,土壤蔗糖酶活力先增加后下降;當(dāng)磷酸一銨不變時(shí),隨著硅酸鈉施用量增加,土壤蔗糖酶活力先增加而后下降。由等高圖可以看出,適中的磷酸一銨和適中的硅酸鈉,可得到較高的土壤蔗糖酶活力。綜合得出硅酸鈉為2.70~3.80g·桶-1、磷酸一銨為1.10~1.80g·桶-1時(shí),土壤蔗糖酶力達(dá)到極值。3硅磷最佳施用量試驗(yàn)本研究利用SAS8.2系統(tǒng)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)程序,首次采用響應(yīng)曲面法,研究了硅磷交互作用對(duì)