联系电话:(0755)82110010

【论文】水稻秸秆还田对土壤溶液养分与酶活性的影响

水稻秸秆还田对土壤溶液养分与酶活性的影响

闫 超,刁晓林,葛慧玲,王晓伟,马春梅,龚振平*

(东北农业大学,黑龙江 哈尔滨 150030)

 
摘 要:水稻秸秆还田对于增加土壤有机质,减少碳排放具有重要意义。试验针对寒地水稻,在连续三年水稻秸秆还田条件下,研究了秸秆还田对土壤溶液中氮、磷、钾含量和土壤酶活性的影响。结果表明:水稻生育期间,秸秆还田与不还田处理土壤溶液中无机氮含量均呈现降低升高再降低的变化动态;土壤溶液中磷、钾含量呈逐渐降低的变化趋势;秸秆还田使水稻      分蘖期土壤溶液中无机氮含量和整个生育期间土壤溶液中磷含量降低,增加了钾的含量。秸秆还田处理降低了土壤脲酶的        活性,提高了蔗糖酶活性,对酸性磷酸酶和过氧化氢酶无明显影响。
关 键 词:水稻;秸秆还田;土壤溶液;土壤酶
中图分类号:S158       文献标识码:A       文章编号:0564-3945(2012)05-1232-05
 

 

       土壤是作物生长的基础,土壤中的各种养分元素是作物生长发育的必要条件,而作物根系吸收土壤中的养分则要以土壤溶液作为介质。土壤溶液通常被定义为含有溶质和溶解性气体的土壤间隙水,它是土壤化学反应和土壤形成过程发生的场所[1],Hoagland, D.R.等[2]很早就指出,在农业生产中,土壤溶液中的养分含量是衡量土壤肥力的重要性标志。土壤酶是土壤营养代谢的重要驱动力[3],反映了土壤中各种生物化学活性的高低和土壤养分转化强度与方向,对土壤中物质转化具有重要作用。土壤酶活性的高低直接影响土壤生态系统的物质循环过程,是衡量土壤理化性质、肥力水平、微生物学特征和土壤环境污染状况的重要指标[4,5]。秸秆还田可以通过增加土壤有机碳的直接输入实现固碳, 是提高土壤有机质含量和减少温室气体排放的有效途径[6,7]。由于水稻秸秆富含 C、N、P、K 等营养元素,还田后要通过微生物分解后融入土壤,势必影响土壤溶液养分和酶活性。
       本实验针对寒地水稻,在连续三年水稻秸秆还田条件下,研究秸秆还田对土壤溶液中 N、P、K 含量和土壤酶活性的影响,为实现寒地水稻秸秆还田生产提供依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

       试验于 2008~2010 年在东北农业大学香坊实验实习基地进行,前两年为预备试验,2010 年正式取样分析。其方法是:在用混凝土筑成 2 m×2 m 的框池中, 填入供试土壤,土壤的基础肥力为:硝态氮(NO3-N)46.29 mg kg-1,铵态氮(NH +-N)32.48 mg kg-1,速效磷 35.31 mg kg-1,速效钾 286.73 mg kg-1,有机质26.2 g kg-1。试验期间,每年将前一年收获的水稻秸秆截成 5 cm 左右的小段,于 5 月 20 日将稻秸采用翻埋的方式还入田里,还田量为 5 kg 框 -1,处理采用随机的排列方式,每个处理三次重复。5 月 23 日开始泡田, 于 6 月 1 日插秧,插秧规格为 27 cm (行距)×13 cm (株距)×3~4 株 穴-1。供试品种为松粳 6 号。每框按照尿素(N:46%)150  kg  hm-2、磷酸二铵(N:18% ,P2O5: 46%)150 kg hm-2 和硫酸钾(K2O:30%)100 kg hm-2 的施肥量作为基肥,并于 6 月 25 日追施 150 kg hm-2 的尿素(N:46%),其他管理措施与大田生产一致。于 9 月25 日进行收获。
 

1.2 取样方法

         土壤溶液取样方法:采集装置如图 1 所示。将30 cm 长的 PVC 硬塑管一端封闭,靠近封闭端 2~3 cm 处钻取 2 mm 孔径的细孔两个,作为土壤溶液采集孔; 在 PVC 管的另一端钻取 5 mm 的通气孔,土壤溶液收集孔外用纱网包严,防止杂物堵塞进水孔,在每个稻池中随机插入一个取液管,使土壤溶液采集孔位于土层中 10 cm 处,采集土层中 10 cm 内的土壤溶液,共取样8 次。自水稻返青开始,每隔 10 d 用安装细橡胶长管的 50 ml 注射器取样;为了保证取样管中的溶液为当天渗入的土壤溶液,在取样的前一天将取样管中在取样间歇期已渗入的土壤溶液抽净,并盖上橡胶塞防止雨水及杂物落入管内,第二天进行取样;采集的土壤溶液存放在塑料瓶中,并迅速放置于冰柜中冷冻,待测。土壤酶活性测定取样:用土钻钻取 0~20 cm 的土样, 置于阴凉处平铺于塑料板上风干,待风干后挑出土中秸秆,并过 20 目筛存于阴凉干燥处,用于测定酶活性。取样时期自泡田前一天开始;插秧后第二天取一次,以后每隔 20 d 左右取样一次,收获后 10 d 加取一次,共取样 9 次。

 

土壤溶液取样方法

1.3 测定方法

        土壤脲酶的测定:靛酚比色法;土壤酸性磷酸酶的测定:磷酸苯二钠比色法;土壤蔗糖酶的测定:3,5- 二硝基水杨酸比色法;土壤过氧化氢酶的测定:高锰酸钾滴定法;土壤溶液中无机氮的测定:先将溶液中的NO --N 经 FeSO·7H O 和 Zn 还原为 NH +-N 后,用全
田并未影响土壤溶液中无机氮含量的变化规律,但使水稻分蘖期间的土壤溶液无机氮含量降低,生产上需要调整氮肥的施用时间及用量。

土壤水溶液测定方法

 

 土壤水溶液测定方法

        图 3 是土壤溶液中磷浓度的变化曲线, 土壤溶液中磷含量变化较一致,先少量上升后逐渐下降,至 8 月10 日以后趋于稳定。但是,在取样的整个时期内,秸秆不还田处理土壤溶液中磷浓度一直高于还田处理,而且各时期磷含量的差值也比较相近。自动 B-324 型凯氏定氮仪测定出此溶液中的 NH +-N含量;土壤溶液中 P 的测定:钼锑抗比色法; 土壤溶液中K 的测定:火焰光度法。
 

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对土壤溶液 N、P、K 养分含量的影响

        由图 2 可知,秸秆还田与不还田两个处理土壤溶液中无机氮变化趋势较一致,呈现降低升高再降低变化动态。在第一次取样时(返青期)无机氮的含量显著高于之后的各个时期,由于水稻分蘖期追肥使得 7 月10 日无机氮含量又显著增加,之后又开始下降,而且自 7 月 20 日后无机氮含量变化不大。从 6 月 20 日至7 月 20 日的一个月内秸秆还田处理土壤溶液中无机氮含量明显低于不还田处理。由以上分析得知,秸秆还

        秸秆还田与不还田处理土壤溶液中的钾含量变化如图 4 所示,两个处理中钾含量的变化规律一致,呈逐渐降低变化趋势,至 8 月 10 日后趋于稳定,但秸秆还田处理土壤溶液中钾含量要显著高于不还田处理。2.2 秸秆还田对土壤酶活性的影响土壤酶活性可以作为土壤肥力,土壤质量及土壤健康的重要指标[8]。对于土壤物质代谢和利于作物生长

 

 

秸秆还田对土壤溶液 N、P、K 养分含量的影响


 

 

 
 
        发育的重要土壤酶有脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶等[9]。土壤酶活性与土壤有机质含量、肥力状况、土 壤质地、pH、及气候条件都有关系。由表 1 可见,土壤酶活性随时间变化的规律性不强,秸秆还田与不还田处理间有一定的差异。脲酶在整个取样时期内活性呈现升高 -- 降低 -- 升高的变化趋势,秸秆还田处理和不还田处理分别在 8 月 21 日和9 月 1 日降到最低值;秸秆还田处理脲酶平均活性445.5 mg g-1  d-1,较不还田处理平均活性 570.5 mg g-1  d-1低 28.1%,而整个取样时期都较不还田处理低。秸秆还田处理在整个取样过程中,转化酶活性呈现先升高后降低,且前三次取样时转化酶活性高于其他时期,之后转化酶活性变化不大;不还田处理转化酶活性呈现升高降低反复交替变化特点;秸秆还田处理转化酶平均活性 20.2 mg g-1 d-1,较不还田处理平均活性 16.2 mg g-1 d-1高 19.8%。秸秆还田处理酸性磷酸酶活性波动较大,最大值出现在 8 月 21 日,最低值出现在 9 月 1 日,酶活性差值超过 200 mg g-1  d-1,不还田处理酶活性表现为降低—升高—降低,秸秆还田处理与不还田处理平均活性相差很小。过氧化氢酶两个处理在整个取样时期内酶活性变化规律比较一致,呈先降低后升高的规律, 而且处理间差异不明显。

 土壤酶活性的变化动态

表 1 土壤酶活性的变化动态  Table 1 Dynamics of soil enzyme activities  脲酶Urease

转化酶Invertase  酸性磷酸酶Acid phosphatase   过氧化氢酶Catalase

      由于酶活性原始时间序列具有非线性随机变化的特点,本文利用了灰色系统理论中一次累加法分析数据的差异性(表 2)。脲酶两个模型的斜率、截距均有明显差异,可以认为秸秆还田处理脲酶活性显著低于不
 

最小二乘线性模型方程

表 2 基于一次累加的最小二乘线性模型方程
Table 2 LSM linear model based on one time accumulation


        还田处理。在转化酶中两处理模型斜率差异较小,但是截距值差异较大,可以认为秸秆还田增加了转化酶的活性,但是增加幅度达不到极显著水平。酸性磷酸酶、过氧化氢酶的模型方程秸秆还田处理与不还田处理的斜率、截距相差很小,表明酶活性无明显差异。

3 讨论

        本试验研究表明,连续三年稻草还田明显降低水稻分蘖期土壤溶液中无机态氮的含量。徐凤花等认为,微生物在分解能源物质过程中保护土壤中有效磷,转化难溶性磷,达到提高土壤中有效磷含量和供磷水平的目的[11]。而本试验秸秆还田处理土壤溶液中磷含量低于不还田处理,与徐凤花等人的研究差异很大。水稻生育期间土壤溶液中磷含量,在水稻生育前期有所升高,之后逐渐降低的规律与赵牧秋等研究结果一致[12]。本试验研究表明: 稻草还田能够增加土壤溶液中钾的含量,为水稻的生长提供充足的钾源,这与绝大多数试验研究结果一致[13-15]。

      脲酶对尿素转化起关键作用,能催化尿素分解为氨而被作物利用。脲酶活性高,尿素转化快,导致短时间内 NH +-N 含量升高,对作物的影响表现为后期所能吸收的氮素含量降低,所以在生产中为延长尿素的作用时间常使用脲酶抑制剂。本试验研究表明:水稻秸秆还田降低了土壤脲酶的活性,这可能是导致水稻分蘖期土壤溶液中无机态氮含量低的原因。也有研究资料认为,脲酶活性与土壤有机碳之间无显著相关或负相关[16]。转化酶活性反映了土壤有机碳累积与分解转化的规律,左右着土壤的碳循环,一般情况下土壤肥力越高,转化酶活性越强,可用来表征土壤生物学活性强度和土壤肥力[17]。本试验研究表明,水稻秸秆还田能够 增加转化酶的活性。酸性磷酸酶可加速有机磷的脱磷速度,对土壤磷素的有效性具有重要作用。孙瑞莲等研究认为,合理施用 N、P、K 可以提高磷酸酶的活性,而增量的N 配施 P、K 则可抑制磷酸酶活性 [18]。

     土壤过氧化氢酶促进过氧化氢的分解,有利于防止其对生物体的毒害作用。杨良静等研究认为:过氧化氢酶活性与土壤有机质含量有关,与微生物数量也有一定关系,一定程度上反应了土壤微生物学过程的强度[17]。在本试验中,水稻秸秆还田对酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性没有产生明显影响。
      徐昌旭等研究结果表明,秸秆还田能够促进水稻产量的增加。也有学者认为秸秆还田不能增加水稻产量[20]甚至降低水稻的产量[21-22]。本试验研究认为(表 3), 在连续三年水稻秸秆还田条件下,水稻产量有所增加, 但是未达到显著水平。秸秆还田降低了土壤溶液中磷的含量而未降低水稻产量,其原因可能是在当前磷含量水平足以维持水稻正常生产。与磷含量相反秸秆还田使溶液中钾的含量升高,但未使水稻产量有明显增加表明,在生产过程中可以适当的减少钾肥的施用量。

 

========================

看完这篇内容,能否解答您的问题呢,如有问题随时联系我们吧。

你可能还关心的别的问题:

=============

Copyright © 深圳大雄电子 版权所有   备案号:粤ICP备19117504号-2

大雄电子专业生产土壤溶液采样器,,原理采用负压式,因此也叫吸压式土壤溶液采样器,土壤孔隙水取样器,压气式土壤溶液取样器,性能媲美rhizon土壤溶液取样器_和WS系列土壤溶液采样器,产品主要应用于【科研】研究。