曾 艷，周柳強，黃美福，黃金生，韋運蘭，謝如林，譚宏偉

(1. 廣西農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 南寧 530007； 2. 廣西農(nóng)科院甘蔗研究所， 南寧 530007)

不同施氮量對桑園紅壤耕層酶活性的影響

曾 艷1，周柳強1，黃美福1，黃金生1，韋運蘭1，謝如林1，譚宏偉2,*

(1. 廣西農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 南寧 530007； 2. 廣西農(nóng)科院甘蔗研究所， 南寧 530007)

在廣西紅壤典型氣候區(qū)研究施用氮肥對桑園土壤過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶酶活性的影響，為廣西紅壤區(qū)桑園合理施氮和耕地保育提供科學(xué)依據(jù)。試驗設(shè)置3個施氮量水平(N1：120.75 kg N/hm2，N2：172.5 kg N/hm2，N3:207 kg N/hm2)，在冬季測定不同氮肥處理下耕層土壤酶活性，并與桑葉產(chǎn)量進行相關(guān)分析。結(jié)果表明，土壤脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性均隨著施氮量的增加而增加，過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性在中等施氮量(N2處理)下較大。土壤轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性呈顯著的正相關(guān)關(guān)系、轉(zhuǎn)化酶和磷酸酶活性呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，土壤脲酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶活性與桑葉產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)。合理施用氮肥能提高桑園土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、脲酶活性，土壤脲酶和蔗糖酶活性可作為評價桑園土壤肥力質(zhì)量的指標(biāo)之一。

桑園；土壤酶活性；施氮量; 紅壤區(qū)

氮素是植物生長的必需大量元素之一，同時也是組成植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、酶類和維生素、生物堿、葉綠素以及其它數(shù)千種物質(zhì)的重要成分之一，故氮肥對促進桑樹生長發(fā)育及增產(chǎn)的效果最為顯著。但是，一些蠶農(nóng)為了獲得較高的桑樹葉片產(chǎn)量，未能根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和桑樹需肥規(guī)律而盲目地加大氮肥的施用量，這不但不能提高桑葉產(chǎn)量，反而加大了投入成本，致使養(yǎng)蠶質(zhì)量差。造成氮肥利用率降低，土壤養(yǎng)分大量累積、鹽分表聚、土壤酸化及生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)象日益突出，逐漸成為當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵問題，受到廣泛的關(guān)注。因此，深入研究不同氮肥用量對桑園耕層土壤酶活性的影響，對廣西桑樹種植氮肥用量方面的研究，提高蠶桑的生產(chǎn)水平，發(fā)展優(yōu)質(zhì)蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)都具有重要的意義。土壤酶是土壤中動植物殘體分解、植物根系分泌和土壤微生物代謝的產(chǎn)物，是一類具有生物化學(xué)催化活性的特殊物質(zhì)，參與土壤中許多重要的生物化學(xué)過程，如腐殖質(zhì)的合成與分解，有機化合物、高等植物和微生物殘體的分解及其轉(zhuǎn)化等[1]，為評價土壤肥力和土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要生物學(xué)指標(biāo)之一[2- 3]，與土壤質(zhì)量存在極為密切的關(guān)系。適量施用氮、磷、鉀等無機肥料對土壤酶有一定的激活效應(yīng)，能增強土壤酶活性[4]。施肥可影響紅壤旱地土壤微生物量及C、N、P的動態(tài)變化，并能調(diào)控土壤養(yǎng)分，提高各種土壤酶活性[5]。目前有關(guān)不同氮肥處理對桑園土壤酶活性影響的研究報道相對較少。通過開展不同施氮肥處理對廣西桑園土壤酶活性的影響研究，分析桑園土壤酶活性之間及土壤酶與桑葉產(chǎn)量之間的相關(guān)性，為制定合理的桑園土壤管理措施，定向培肥土壤和調(diào)控土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地設(shè)在廣西南寧市良慶區(qū)書林鎮(zhèn)書林村。位于108°25′39.16″E， 22°44′35.41″N，屬于典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候，四季氣溫溫暖適中，日照充足，年平均氣溫21.6oC，年平均降水量1562mm。屬于典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候。試驗地土壤屬于典型的赤紅壤類型，其基本理化性狀為：pH 4.4，有機質(zhì) 17.0 g/kg，堿解氮31.6 mg/kg，速效磷73.85 mg/kg，速效鉀50.85 mg/kg。供試桑樹品種為桑沙22*倫109品種(MorusatropurpureaRoxb.)，供試肥料為尿素(產(chǎn)于廣西河池市，N 46%)、硫酸鉀鎂(產(chǎn)于青海，K2O 22%)、過磷酸鈣(產(chǎn)于廣西貴港市，P2O516%)。

1.2 試驗方法

試驗設(shè)3個不同氮施用水平，即N1(120.75 kg N/hm2)、N2(172.5 kg N/hm2)和N3(207kg N/hm2)，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積26.7 m2。各處理均施等量148.5 kg/hm2K2O 和174.3kg/hm2P2O5。所施用肥料均作為基肥一次性施入。7月收獲期每小區(qū)調(diào)查20株桑樹，測定其桑葉產(chǎn)量,并同期于每個試驗區(qū)隨機采集3個樣點0—20cm土層土壤，同層混合后作為供試土樣，樣品采回后，立即放在4℃冰箱中備用。

1.3 測定項目及方法

土壤脲酶用苯酚鈉比色法測定，37℃培養(yǎng)24h；磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定，37℃培養(yǎng)24h；過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴(0.1mol/L KMn04，30min)；轉(zhuǎn)化酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，37℃培養(yǎng)24h[6]。

土壤基本理化性狀采用常規(guī)分析法測定[7]。有機質(zhì)，用重鉻酸鉀容量法；全N，用半微量凱氏法；全磷用高氯酸-硫酸-鉬銻抗比色法；速效氮，用堿解擴散硼酸吸收法；速效磷，用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法；速效K，用火焰光度法。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2003和SPSS 11.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用氮肥對紅壤區(qū)桑園耕層土壤酶活性的影響

2.1.1 不同氮肥處理對紅壤區(qū)桑園耕層土壤過氧化氫酶活性的影響

不同施氮肥水平條件下桑園土壤過氧化氫酶活性存在明顯差異。過氧化氫酶是一種重要的氧化還原酶，酶促有害物質(zhì)H2O2分解形成H2O和O2，從而緩解甚至消除H2O2的毒害作用，在一定程度上可以表征土壤生物氧化過程的強弱。從表1結(jié)果可以看出：與低氮肥處理N1相比，施氮肥降低了土壤中過氧化氫酶活性，N3處理的過氧化氫酶活性最低，N1的過氧化氫酶活性最高，各處理的過氧化氫酶活性變化為0.120—0.195 mL g-124h-1，各施氮肥處理間差異并不十分顯著。

2.1.2 不同氮肥處理對桑園耕層土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性的影響

肥料直接為桑樹提供養(yǎng)料，桑樹根系分泌釋放酶類，殘留根系也為土壤酶提供基質(zhì)；肥料是微生物的能源與底物，它能促進微生物的合成作用，土壤微生物區(qū)系釋放分泌酶類，使土壤酶活性增強。

從表1可見，施氮肥處理的土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性隨著施氮量的增加而有所提高，說明氮肥施用對這三種酶均有激活作用。N2和N3處理的脲酶活性分別比N1處理顯著增加了7.98%、12.8%，從而利于增加桑樹氮的供給。蔗糖酶參與土壤碳循環(huán)，酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，為植物及微生物提供重要的碳源。N2處理N3處理的蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性分別比N1顯著增加了52.5%、62.5%，隨著施氮量的增加蔗糖酶活性增幅均較大，表明施用氮肥有利于增強蔗糖酶活性。土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性的變化趨勢均表現(xiàn)為隨施氮量的增加而逐漸增加，以N3處理的土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性最高，N1處理最低，且N3處理與N1處理的差異均達(dá)極顯著水平。表明桑園土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性的高低與施氮水平相關(guān)。

表1 不同氮肥處理對紅壤區(qū)桑園耕層土壤酶活性的影響

同列中不同的大寫和小寫字母分別代表1%和5%水平差異顯著性

2.1.3 不同氮肥處理對紅壤區(qū)桑園耕層土壤磷酸酶活性的影響

氮肥對桑園土壤磷酸酶活性的影響如表1所示。結(jié)果表明：N2處理N3處理的磷酸酶活性分別比N1顯著增加了5.2%、1.6%，施用氮肥將加速磷酸酶酶促土壤有機磷化合物的水解，生成更多植物可利用的無機態(tài)磷，增強土壤磷的供應(yīng)能力。而過多施用氮肥，土壤磷酸酶的活性受到抑制，其中，N1處理最低，N2處理最高說明適當(dāng)增加土壤氮含量可以促進磷酸酶的活性。

2.2 不同氮肥處理對紅壤區(qū)桑樹生長、桑葉產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，桑葉產(chǎn)量隨著施氮量的增加而先增加后降低，在各種氮肥施用水平中以N2處理全年產(chǎn)量最高為36089 kg/hm2，其次是N3為34771 kg/hm2，最低是N1產(chǎn)量為30654 kg/hm2；N3和N2比N1分別增產(chǎn)桑葉4117 kg/hm2和5435 kg/hm2，增產(chǎn)幅度分別為13.43%和17.73%，差異均達(dá)顯著水平；而N3和N2之間差異不顯著。。說明施用適量的氮肥有利于桑樹的生長和產(chǎn)量的提高，當(dāng)施氮量濃度大于172.5mg/kg時，可能會抑制桑樹生長，增產(chǎn)效果不明顯降低其產(chǎn)量。各氮肥處理間的葉片數(shù)，差異達(dá)到極顯著水平，其葉片數(shù)多少順序是：N2>N3>N1；不同施氮水平對桑樹生長特性均有促進作用，桑樹枝條的各項經(jīng)濟性狀指標(biāo)都有一定的提高。N2處理、N3處理比N1處理的平均條長伸長的幅度分別為2.47%—5.10%(伸長了4.90—7.70 cm)、2.10%—2.32%(伸長了3.17—4.60 cm)，差異達(dá)到極顯著(P<0.01)水平；而處理N2和處理N3之間無顯著差異。

表2 不同氮肥處理對桑樹生長的影響

同列中不同大寫和小寫字母分別代表1%和5%水平差異顯著性

2.3 土壤酶活性與桑葉產(chǎn)量之間的相關(guān)性

桑園土壤酶活性之間，土壤酶活性與桑葉產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系如表3所示。土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶和脲酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶和磷酸酶活性均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，特別是土壤中轉(zhuǎn)化酶活性與脲酶活性呈極顯著正相關(guān)。土壤中脲酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶活性與產(chǎn)量均為顯著正相關(guān)，而過氧化氫酶活性與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。

表3 桑園土壤酶活性與桑葉產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系

R0.05=0.602，R0.01=0.735，n=7，*和**分別表示兩因素間的相關(guān)性達(dá)P<0.05和P<0.01的顯著水平

3 討論

土壤酶是土壤重要組成成分，參與土壤中許多重要的生物化學(xué)和物質(zhì)循環(huán)過程，其活性的高低可以客觀反映土壤肥力狀況[5,7]。土壤酶活性是土壤生物學(xué)活性的表現(xiàn)，也是衡量土壤肥力水平的重要指標(biāo)，能反映土壤養(yǎng)分尤其是N、P轉(zhuǎn)化能力的強弱，但土壤生物活性又受土壤養(yǎng)分狀況、土壤質(zhì)地等因素的影響[9]。在本試驗土壤肥力條件下，桑園土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、脲酶活性對氮肥有積極的響應(yīng)，這一方面是因為適量施入氮肥有利于協(xié)調(diào)桑園土壤C/N，改善土壤理化性質(zhì)，從而有助于桑樹和土壤微生物的生長，使更多的酶伴隨著旺盛的根系活動和土壤動物、微生物的生命活動而進入土壤；另一方面氮肥的分期施入補充了桑園土壤中氮的消耗，促進了土壤微生物的繁殖，從而提高了土壤酶活性和土壤肥力。

施肥和作物殘體可以改善土壤水熱狀況和微生物區(qū)系從而影響土壤酶活性，改善土壤[10]。增施有機物料和化學(xué)肥料有利于改善土壤理化性質(zhì)和微生物區(qū)系，提高土壤酶活性[11]。在本試驗條件下，施氮量的增加各施氮肥處理間差異并不十分顯著，這與有關(guān)資料認(rèn)為過氧化氫酶活性在施肥處理間差異較小相似。但也與有些文獻(xiàn)報道長期施肥可以提高土壤過氧化氫酶活性不同：可能是由于所研究的土壤類型、施肥方式及肥料用量不同的緣故。隨著施氮量的增加，土壤酶活性呈升高趨勢，土壤磷酸酶N2處理的最高，土壤脲酶和轉(zhuǎn)化酶最高值出現(xiàn)在N3處理。表明在氮肥對土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶均有激活作用?？赡苁怯捎诘蚀龠M了作物根系代謝，使根系分泌物增多，加快了微生物的繁殖，而根際微生物通過吸收土壤中的養(yǎng)分，形成了近根緩效供應(yīng)的養(yǎng)分庫，從而有利于土壤酶活性的提高[12- 13]。隨著桑樹的生長，桑根系分泌物增加，土壤微生物數(shù)量增加，土壤脲酶活性增強，促進了土壤有機氮的轉(zhuǎn)化，從而提高了土壤氮素肥力[14- 15]。但如果肥料用量超過最大臨界范圍，酶活性將會降低[6]。本研究結(jié)果表明，氮肥施用量在172.5—207 kg/hm2范圍內(nèi)均有利于桑樹土壤酶活性的提高，增加氮肥可提高桑園土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和酸性磷酸酶活性，但不同土壤酶活性的影響變化有所不同，土壤磷酸酶適宜氮用量(N2)處理的最高，土壤脲酶和轉(zhuǎn)化酶出現(xiàn)在高施氮量(N3)處理。桑園土壤轉(zhuǎn)化酶和脲酶、轉(zhuǎn)化酶和磷酸酶活性均呈顯著或極顯著相關(guān)。除與土壤過氧化氫酶外，土壤脲酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶與桑葉產(chǎn)量呈顯著相關(guān)性，可作為衡量土壤肥力水平的靈敏指標(biāo)之一。

4 結(jié)論

合理施用氮肥能提高桑園土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、脲酶活性，可以為桑園穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤生物化學(xué)環(huán)境，土壤脲酶和蔗糖酶活性可作為評價桑園土壤質(zhì)量指標(biāo)之一。施用過多的氮肥，土壤過氧化氫酶、磷酸酶活性受到抑制。

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Effects of nitrogen fertilization on enzyme activities in suface layer of red soil under mulberry cultivation

ZENG Yan1，ZHOU Liuqiang1，HUANG Meifu1，HUANG Jinsheng1，WEI Yunlan1，XIE Rulin1，TAN Hongwei2,*

1AgriculturalResourcesandEnvironmentResearchInstitute，GuangxiAcademyofAgriculturalSciences，Nanning530007，China2SugarcaneResearchInstitute,GuangxiAcademyofAgriculturalSciences，Nanning530007，China

Studying the effect of nitrogen fertilizer on soil enzymatic activities and Mulberry production is helpful for rational application of N fertilizer and preservation of cultivated lands in Guangxi. Four soil enzymes activities in surface layer of red soil were investigated by using a Mulberry field experiment with different N fertilization treatments in the representative climate zone of Guangxi province. There were three application levels for nitrogen fertilization, including 120.75 kg/hm2(N1), 172.5 kg/hm2(N2) and 207 kg/hm2(N3). The soil enzymes activities were investigated in winter and their correlation with Mulberry leave yield was analyzed. The results showed that the urease and invertase activities were enhanced with increasing N application rate, while the maximal activities of acid-phosphatase and catalase occured under the moderate N application rate (N2). Significant positive correlationsship was found between Mulberry leaf yield and activities of invertase, urease, and alkali-phosphatase. The invertase activity was closely correlated to the activities of alkali-phosphatase and urease.

mulberry gardens; soil enzyme activities; nitrogen application rate; red soil

國家自然科學(xué)基金(U1033004); 廣西農(nóng)科院基金(2011JM12,2013YM19,2014JZ18); 農(nóng)業(yè)部科技專項(201003014, 201203030)

2014- 05- 09;

2014- 08- 11

10.5846/stxb201405110956

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hwtan@gxaas.net

曾艷，周柳強，黃美福，黃金生，韋運蘭，謝如林，譚宏偉.不同施氮量對桑園紅壤耕層酶活性的影響.生態(tài)學(xué)報,2014,34(18):5306- 5310.

Zeng Y，Zhou L Q，Huang M F，Huang J S，Wei Y L，Xie R L，Tan H W.Effects of nitrogen fertilization on enzyme activities in suface layer of red soil under mulberry cultivation.Acta Ecologica Sinica,2014,34(18):5306- 5310.