圓葉決明添加量對(duì)紅壤可溶性氮及酶活性的影響

鐘珍梅, 楊 慶, 游小鳳, 邢世和

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所， 福建 福州 350013；2.福建農(nóng)林大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 福建 福州 350002；3.河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所， 河北 石家莊 050035； 4.福建省丘陵草業(yè)工程技術(shù)研究中心， 福建 福州 350013)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，因豆科植物具有生物固氮作用，能通過根系共生的根瘤菌將空氣中游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為可被作物吸收利用的氮素形態(tài)，再通過植株翻壓向土壤釋放氮，提高土壤氮含量和供氮能力，同時(shí)增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[1-5]，因此，豆科植物常被作為綠肥間套種于其它主栽植物周圍。圓葉決明(Chamaecristarotundifolia)原產(chǎn)于北美洲、中美洲和南美洲北部，具有耐酸、耐貧瘠、抗性強(qiáng)、生長迅速等特性[6]，20世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國后，在我國南方丘陵山地具有很強(qiáng)的適應(yīng)性[7]。研究表明，圓葉決明常被間套種于山地果茶園，在提高土壤肥力、改善土壤理化性狀、防治水土流失等方面具有顯著的效果[8-9]。但關(guān)于圓葉決明翻壓后對(duì)紅壤的影響研究較少，這使得圓葉決明在應(yīng)用和推廣過程中依然存在管理粗放甚至不管理的現(xiàn)狀，影響了綠肥效果的發(fā)揮。

酶是土壤中重要的組成部分，其活性不僅與土壤的理化性狀、營養(yǎng)物質(zhì)供給密切相關(guān)，還能反應(yīng)土壤微生物的活性、化學(xué)過程的強(qiáng)度及方向[10]。水解酶是土壤酶中能將大分子有機(jī)物水解生成小分子有機(jī)物或無機(jī)鹽的一類酶，其主導(dǎo)了土壤中有機(jī)碳(C)、氮(N)、磷(P)、硫(S)等營養(yǎng)物質(zhì)的礦化過程，還和土壤微生物群落及營養(yǎng)庫密切相關(guān)[11-12]。當(dāng)綠肥施入土壤時(shí)，改變了土壤C,N營養(yǎng)物質(zhì)的含量，導(dǎo)致土壤微生物種類和數(shù)量發(fā)生改變[13]，同時(shí)改變了土壤酶活性[14-16]，促進(jìn)有機(jī)物料的分解，為微生物和植物的生長提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也促進(jìn)腐殖化反應(yīng)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[17]。土壤脲酶、蛋白酶和天冬酰胺酶等是土壤氮循環(huán)的重要水解酶，直接參與土壤中含氮有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化[11,18]，在土壤氮循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用。因此研究這3種土壤酶活性的變化及與土壤可溶性氮之間的關(guān)系，對(duì)評(píng)估土壤供氮能力具有重要的意義。本試驗(yàn)通過研究不同量的圓葉決明施入紅壤后對(duì)可溶性氮及氮水解酶活性變化的影響，闡明不同量圓葉決明作用下土壤供氮能力的變化規(guī)律，旨在為圓葉決明綠肥推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

培養(yǎng)用土為福州市郊外的果園紅壤。將取回的紅壤去除礫石、草根等，捏碎后風(fēng)干，待風(fēng)干至土壤含水量約5%時(shí)過0.20 mm的篩，備用。土壤總氮(TN)1.10 g·kg-1、總磷(TP)1.62 g·kg-1、總鉀(TK)23.36 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)2.13 g·kg-1，pH值5.23，速效氮7.00 mg·kg-1，有效磷<0.01%，速效鉀32.10 mg·kg-1。

圓葉決明由福建省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所基地提供，為剛結(jié)莢的圓葉決明，全氮含量為23.49 g·kg-1，全碳含量為448.03 g·kg-1，粗纖維含量為306.25 g·kg-1，C/N為19.07。圓葉決明先用100℃殺青5 min，然后65℃烘干10～12 h，再用植物粉碎機(jī)粉碎成約0.2～0.5 cm的片段，備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用室內(nèi)好氣恒濕培養(yǎng)法培養(yǎng)。準(zhǔn)備了108個(gè)容積200 mL的玻璃培養(yǎng)瓶，洗凈烘干，稱取100 g風(fēng)干土放入玻璃培養(yǎng)瓶中，加入圓葉決明草粉，根據(jù)圓葉決明的畝產(chǎn)量估算草粉添加量。將單位面積土地上生長的圓葉決明翻壓入土，其生物量與耕層土重量的比例約為1%，在此基礎(chǔ)上設(shè)置草土比例分別為0.5%，1%和2%，設(shè)為T1，T2和T3，以未添加草粉為對(duì)照(CK)，設(shè)為T0。調(diào)節(jié)培養(yǎng)土含水量至20%(相當(dāng)于田間持水量的25%)，用封口膜封口，放入25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每處理3次重復(fù)，培養(yǎng)3個(gè)月。第一個(gè)月每隔7 d取一次樣，第二個(gè)月每隔10 d取一次樣，第三個(gè)月每隔15 d取一次樣，共取樣9次。取樣時(shí)每處理從培養(yǎng)箱中取出3個(gè)培養(yǎng)瓶，將培養(yǎng)瓶中的土全部取出，根據(jù)指標(biāo)的需求將取好的土樣放入4℃冰箱保存或風(fēng)干備用。

1.3 測定方法

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

表1 Mauchly的球形度檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 The results of Mauchly’s test of sphericity

2 結(jié)果與分析

2.1 方差分析結(jié)果

表2 可溶性氮和氮水解酶的方差分析結(jié)果Table 2 ANOVA results of soil soluble nitrogen and nitrogen hydrolase

2.2 圓葉決明添加量對(duì)紅壤可溶性氮含量的影響及動(dòng)態(tài)變化

圖1 圓葉決明添加后不同時(shí)期紅壤可溶性氮含量的變化Fig.1 The changes of soil soluble nitrogen content in red soil at different stages after the addition of C. rotundifolia 注：圖中數(shù)據(jù)均為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，同一組柱狀圖上的不同的字母表示不同處理差異顯著，顯著性水平P<0.05，下同Note:The data were all "mean±standard deviation". Different letters on the same group of bar charts indicated significant difference between different treatments,with significance level P < 0.05,the same as below

表3 不同處理紅壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮隨時(shí)間變化的回歸模型Table 3 Regression model of soil SON in red soil with incubating time under different treatments

2.3 圓葉決明添加量對(duì)紅壤氮水解酶活性的影響及動(dòng)態(tài)變化

圓葉決明不同添加量對(duì)紅壤氮水解酶活性的影響如圖2所示。培養(yǎng)7～88 d，T1，T2和T3處理脲酶活性均顯著高于T0處理，且在培養(yǎng)7 d，14 d，48 d和73 d，T3處理紅壤脲酶活性最高，顯著高于T1和T2處理。培養(yǎng)7～73 d，T1，T2和T3處理蛋白酶活性均顯著高于T0處理，且在培養(yǎng)28 d，38 d,48 d和88 d，T3處理紅壤蛋白酶活性也顯著高于T1和T2處理。除28 d,38 d,58 d外，培養(yǎng)7～73 d，T2和T3處理天冬酰胺酶活性均顯著高于T0處理；培養(yǎng)7 d，21 d，48 d和73 d，T1處理紅壤天冬酰胺酶活性也顯著高于T0處理。T3處理在培養(yǎng)48 d，73 d和88 d，紅壤天冬酰胺酶活性顯著高于T1和T2處理。表明添加圓葉決明進(jìn)果園紅壤能顯著提高脲酶、蛋白酶和天冬酰胺酶活性，且氮水解酶活性隨著添加量增加而增加。

圖2 圓葉決明添加后紅壤氮水解酶活性的變化Fig.2 Changes of nitrogen hydrolase activity in red soil after addition of C. rotundifolia

果園紅壤可溶性氮含量的動(dòng)態(tài)變化如表4所示。隨著培養(yǎng)時(shí)間延長，果園紅壤脲酶、蛋白酶和天冬酰胺酶活性的變化可用2次和3次函數(shù)方程擬合，呈先增加后降低的變化趨勢。所有擬合方程均有統(tǒng)計(jì)意義，即P<0.05。

表4 不同處理紅壤脲酶、蛋白酶和天冬酰胺酶隨時(shí)間變化的回歸模型Table 4 Regression model urease,protease and asparaginase changes with incubating time in red soil under different treatments

2.4氮與氮水解酶的PCA分析

圖3 各樣品的主成分分析Fig.3 Principal Component Analysis (PCA) of different samplings注：樣品的相關(guān)性越強(qiáng)，其距離越近，指標(biāo)相關(guān)性越強(qiáng)，夾角越小。樣本編號(hào)從左到右說明如下：“T+數(shù)字”表示處理，“數(shù)字+d”表示取樣時(shí)間，例，T07 d表示T0處理第7天的樣本，T388 d表示T3處理第88天的樣本，其它類似Note：The stronger the correlation of samples,the closer the distance;and the stronger the index correlation,the smaller the included angles. Sample numbers from left to right were described as follows:“T + number” represents the treatment,“number + D” represents the sampling time. For example,T07 d showed the sample of T0 treatment collected at the 7th day. T388 d showed the sample of T3 treatment at the 88th day,and others were similar

3 討論

4 結(jié)論