为分析比较不同浓度石灰氮对连作黄瓜田土壤环境的作用效果,通过2年温室定位试验,在黄瓜秸秆还田的基础上以不施石灰氮为对照(CK),研究施用\[高浓度石灰氮1350 kg·hm-2(CaCN290)、中浓度石灰氮900 kg·hm-2(CaCN260)、低浓度石灰氮450 kg·hm-2(CaCN230)\]对连作黄瓜土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)及酶活性的影响.结果表明:与其他处理相比,CaCN290显著降低苗期0~10 cm 土层SMBC,但增加了初瓜期后0~20 cm土层SMBC.施用石灰氮处理均显著提高了末瓜期0~20 cm土层SMBC及盛瓜期至末瓜期0~10 cm土层SMBN,但第1年(2012年)不同石灰氮用量间无明显规律,第2年(2013年)盛瓜期后SMBN随着石灰氮施用浓度的增加而升高.施用石灰氮有利于秸秆的腐熟,提高土壤有机质含量,且石灰氮浓度越高越有利于秸秆的腐熟.相比对照,施用石灰氮能有效提升土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,其中脲酶活性随石灰氮浓度的增加升高,而多酚氧化酶活性随石灰氮浓度的增加而降低,CaCN260可有效提高过氧化氢酶活性.相关分析表明:土壤有机质、脲酶及过氧化氢酶活性与SMBC、SMBN呈极显著正相关,多酚氧化酶活性与SMBC、SMBN呈显著负相关.表明黄瓜秸秆还田后施用石灰氮900 kg·hm-2能够改善温室黄瓜连作田土壤环境,有效减缓温室黄瓜连作障碍.
A 2year field experiment was conducted to study the effects of CaCN2 combined with cucumber straw retention on soil microbial biomass carbon (SMBC), soil microbial biomass nitrogen (SMBN) and soil enzyme activities under cucumber continuous cropping system. Four treatments were used in this study as follows: CK (null CaCN2), CaCN290 (1350 kg CaCN2·hm-2), CaCN260 (900 kg CaCN2·hm-2), CaCN230 (450 kg CaCN2·hm-2). The results indicated that, compared with the other treatments, CaCN290 treatment significantly decreased SMBC in 0-10 cm soil layer at seedling stage, but increased SMBC in 0-20 cm soil layer after earlyfruit stage. Compared with CK, CaCN2 increased SMBC in 0-20 cm soil layer at latefruit stage, and increased SMBN in 0-10 cm soil layer at mid and latefruit stages, however there was no significant trend among CaCN2 treatments in the first year (2012), while in the second year (2013) SMBN increased with the increasing CaCN2 amount after midfruit stage. CaCN2 increased straw decaying and nutrients releasing, and also increased soil organic matter. Furthermore, the CaCN290 could accelerate straw decomposition. Compared with CK, CaCN2 effectively increased soil urease, catalase and polyphenol oxidase activity. The soil urease activity increased while the polyphenol oxidase activity decreased with the increase of CaCN2, and CaCN260 could significantly improve catalase activity. Soil organic matter, urease activity and catalase activity had significant positive correlations with SMBC and SMBN. However, polyphenol oxidase activity was negatively correlated to SMBC and SMBN. Our findings indicated that CaCN2 application at 900 kg·hm-2 combined with cucumber straw retention could effectively improve soil environment, alleviating the soil obstacles under the cucumber continuous cropping system.
全 文 :不同浓度石灰氮对黄瓜连作土壤微生物
生物量及酶活性的影响∗
张学鹏 宁堂原∗∗ 杨 燕 孙 涛 张淑敏 王 斌
(山东农业大学农学院 /作物生物学国家重点实验室 /农业部作物水分生理与抗旱种质改良作物重点实验室 /山东省作物生物
学重点实验室, 山东泰安 271018)
摘 要 为分析比较不同浓度石灰氮对连作黄瓜田土壤环境的作用效果,通过 2 年温室定位
试验,在黄瓜秸秆还田的基础上以不施石灰氮为对照(CK),研究施用[高浓度石灰氮 1350
kg·hm-2(CaCN2⁃90)、中浓度石灰氮 900 kg·hm
-2(CaCN2⁃60)、低浓度石灰氮 450 kg·hm
-2
(CaCN2⁃30)]对连作黄瓜土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)及酶活性的
影响.结果表明:与其他处理相比,CaCN2⁃90 显著降低苗期 0 ~ 10 cm 土层 SMBC,但增加了初
瓜期后 0~20 cm土层 SMBC.施用石灰氮处理均显著提高了末瓜期 0~20 cm土层 SMBC 及盛
瓜期至末瓜期 0~10 cm土层 SMBN,但第 1 年(2012 年)不同石灰氮用量间无明显规律,第 2
年(2013年)盛瓜期后 SMBN随着石灰氮施用浓度的增加而升高.施用石灰氮有利于秸秆的腐
熟,提高土壤有机质含量,且石灰氮浓度越高越有利于秸秆的腐熟.相比对照,施用石灰氮能
有效提升土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,其中脲酶活性随石灰氮浓度的增加升高,
而多酚氧化酶活性随石灰氮浓度的增加而降低,CaCN2⁃60 可有效提高过氧化氢酶活性.相关
分析表明:土壤有机质、脲酶及过氧化氢酶活性与 SMBC、SMBN呈极显著正相关,多酚氧化酶
活性与 SMBC、SMBN呈显著负相关.表明黄瓜秸秆还田后施用石灰氮 900 kg·hm-2能够改善
温室黄瓜连作田土壤环境,有效减缓温室黄瓜连作障碍.
关键词 石灰氮; 连作障碍; 土壤微生物生物量碳; 土壤微生物生物量氮; 土壤酶活性
∗公益性行业 (农业) 科研专项 ( 201103001, 201503121)、国家科技支撑计划项目 ( 2012BAD14B07) 和山东省科技发展计划项目
(2014GNC111007)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: ningty@ 163.com
2014⁃11⁃10收稿,2015⁃06⁃28接受.
文章编号 1001-9332(2015)10-3073-10 中图分类号 S311 文献标识码 A
Effects of different application rates of calcium cyanamide on soil microbial biomass and en⁃
zyme activity in cucumber continuous cropping. ZHANG Xue⁃peng, NING Tang⁃yuan, YANG
Yan, SUN Tao, ZHANG Shu⁃min, WANG Bin (College of Agriculture, Shandong Agricultural
University / State Key Laboratory of Crop Biology / Key Laboratory of Crop Water Physiology and
Drought⁃Tolerance Germplasm Improvement of Ministry of Agriculture / Shandong Key Laboratory of Crop
Biology, Tai’an 271018, Shandong, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(10): 3073-3082.
Abstract: A 2⁃year field experiment was conducted to study the effects of CaCN2 combined with cu⁃
cumber straw retention on soil microbial biomass carbon (SMBC), soil microbial biomass nitrogen
(SMBN) and soil enzyme activities under cucumber continuous cropping system. Four treatments
were used in this study as follows: CK ( null CaCN2), CaCN2⁃90 (1350 kg CaCN2 ·hm
-2 ),
CaCN2⁃60 (900 kg CaCN2·hm
-2), CaCN2⁃30 (450 kg CaCN2·hm
-2). The results indicated
that, compared with the other treatments, CaCN2⁃90 treatment significantly decreased SMBC in 0-
10 cm soil layer at seedling stage, but increased SMBC in 0-20 cm soil layer after early⁃fruit stage.
Compared with CK, CaCN2 increased SMBC in 0-20 cm soil layer at late⁃fruit stage, and increased
SMBN in 0-10 cm soil layer at mid⁃ and late⁃fruit stages, however there was no significant trend
among CaCN2 treatments in the first year (2012), while in the second year (2013) SMBN in⁃
creased with the increasing CaCN2 amount after mid⁃fruit stage. CaCN2 increased straw decaying and
nutrients releasing, and also increased soil organic matter. Furthermore, the CaCN2⁃90 could acce⁃
应 用 生 态 学 报 2015年 10月 第 26卷 第 10期
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2015, 26(10): 3073-3082
lerate straw decomposition. Compared with CK, CaCN2 effectively increased soil urease, catalase
and polyphenol oxidase activity. The soil urease activity increased while the polyphenol oxidase ac⁃
tivity decreased with the increase of CaCN2, and CaCN2⁃60could significantly improve catalase ac⁃
tivity. Soil organic matter, urease activity and catalase activity had significant positive correlations
with SMBC and SMBN. However, polyphenol oxidase activity was negatively correlated to SMBC
and SMBN. Our findings indicated that CaCN2 application at 900 kg·hm
-2 combined with cucum⁃
ber straw retention could effectively improve soil environment, alleviating the soil obstacles under
the cucumber continuous cropping system.
Key words: calcium cyanamide; continuous cropping obstacles; soil microbial biomass carbon;
soil microbial biomass nitrogen; soil enzyme activity.
土壤微生物是土壤中各种生物化学过程的主要
调节者,微生物生物量碳、氮被认为是土壤活性养分
的储存库,是植物生长可利用养分的重要来源[1] .土
壤酶是土壤中动植物残体分解、植物根系分泌和土
壤微生物代谢的产物,是一类具有生物化学催化活
性的特殊物质,参与土壤中许多重要的生物化学过
程,如腐殖质的合成与分解,有机化合物、高等植物
和微生物残体的分解及其转化等[2] .土壤中的酶和
微生物活性高低可以代表土壤中物质代谢的活跃程
度及养分物质循环状况,在一定程度上反映作物对
养分吸收利用与生长发育状况等,是衡量土壤质量
的重要指标,其对土壤受到的干扰比较敏感,能够反
映不同条件下土壤质量的变化[2-5] .
黄瓜(Cucumis sativus)是我国设施农业生产中
的主要蔬菜作物之一.近年来,设施蔬菜生产中普遍
存在施肥不合理、复种指数过高、栽培种类单一等问
题,造成土壤微生态失调、土壤生物多样性下降、土
壤养分失衡、土传病害严重、蔬菜产量和品质下降等
连作障碍现象[6] .秸秆是重要的农作物废弃资源,大
量的蔬菜秸秆堆积,既浪费资源又污染环境,合理开
发和利用蔬菜秸秆具有重要的经济和生态意义[7-9] .
目前蔬菜秸秆大都采用堆沤腐熟法来实现还田,而
蔬菜秸秆携带大量的病菌微生物有害物是蔬菜秸秆
还田所面临的主要限制因素,因此很少采用秸秆直
接还田.而具有土壤消毒、控制土传病虫害、矫正土
壤酸性、促进土壤有益微生物的繁殖、加速秸秆分
解、提高土壤酶活性、改善农产品品质等诸多功能和
优点的石灰氮,正重新为研究者们所重视[10-12] .关
于石灰氮对土壤微生物生物量碳、氮及酶活性的影
响,尤其石灰氮与蔬菜秸秆互作对设施连作菜田系
统中土壤特性以及作物生长发育的影响鲜有报道.
因此,本试验采用温室试验,对黄瓜秸秆还田后不同
石灰氮浓度处理下土壤微生物生物量碳、氮和土壤
酶活性的动态变化进行研究,以期为科学进行蔬菜
秸秆直接还田及合理使用石灰氮来减缓设施菜田连
作障碍提供理论依据.
1 研究地区与研究方法
1 1 试验地概况与供试材料
试验于 2012—2013 年在山东省烟台市莱阳市
姜家泊村温室中进行,供试土壤为连续种植 6 年温
室黄瓜土壤,该土壤已经出现较为明显的连作障碍
现象,土壤与植株病虫害频繁发生.供试土壤为砂壤
土,基础地力:有机质 10. 4 g · kg-1,全氮 0 74
g·kg-1,速效氮 29. 98 mg · kg-1,速效磷 99 13
mg·kg-1,速效钾 121.42 mg·kg-1,pH 7.21.供试黄
瓜品种为奇山白玉黄瓜,种植密度为 45000 ~ 50000
株·hm-2 .
1 2 试验设计
试验设 4 个处理,高浓度石灰氮处理(CaCN2⁃
90)、中浓度石灰氮处理(CaCN2⁃60)、低浓度石灰氮
处理(CaCN2⁃30),不施石灰氮为对照(CK),高、中、
低浓度石灰氮用量分别是 1350、 900 和 450
kg·hm-2 .每个处理 3 次重复,区组随机排列,小区
面积 75 m2,东西长 10 m,南北宽 7.5 m.在温室黄瓜
夏季高温休闲时期(2012 年 9 月 2 日和 2013 年 9
月 7日),将上茬秸秆粉碎还田并撒施石灰氮进行
高温闷棚熏蒸处理,秸秆还田量为 1900 ~ 2100
kg·hm-2 .熏蒸程序:秸秆粉碎至 1 cm 均匀覆盖于
小区→石灰氮撒施在秸秆上→翻埋秸秆、耙平→浇
水→密封大棚熏蒸 30 d.
熏蒸结束后将温室通风处理 30 d,然后施用复
合肥 750 kg·hm-2并旋地起垄,分别于 2012 年 11
月 5日和 2013年 11月 7日将提前育好的黄瓜苗移
栽入温室各个处理中并覆膜.
1 3 土壤样品采集
分别在处理前(施用石灰氮后 0 d)、黄瓜苗期
(施用石灰氮后 60 d)、初瓜期(施用石灰氮后 120
4703 应 用 生 态 学 报 26卷
d)、盛瓜期(施用石灰氮后 150 d)、末瓜期(施用石
灰氮后 180 d),于每个处理的小区随机取 3个样点,
取 0~10、10~20 cm 两个层次,分别混合,一份土样
在 4 ℃条件下保存,用于测定微生物生物量 C、N;一
份土样风干后研磨过筛,用于测定土壤有机质和酶
活性.
1 4 测定项目与方法
土壤多酚氧化酶采用邻苯三酚比色法,以 30
℃下培养 3 h,每克土壤中生成红紫棓精毫克数表
示土壤多酚氧化酶活性.土壤过氧化氢酶采用高锰
酸钾滴定法,以每克土壤消耗的 0.002 mol·L-1高锰
酸钾毫升数表示土壤过氧化氢酶活性;土壤脲酶采
用苯酚⁃次氯酸钠比色法,37 ℃下培养 24 h ,用每克
土壤中生成的 NH4
+ ⁃N 毫克数表示土壤脲酶活
性[13] .土壤有机质采用水合热重铬酸钾氧化⁃比色法
(g·kg-1) [14] .
土壤微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸⁃K2SO4
提取法,将欲熏蒸土样置于内径 30 cm 可抽气的干
燥器内隔板上,干燥器底部放置装有 30 mL 无乙醇
氯仿的 100 mL 烧杯,并另外放置 1 个装有蒸馏水
的小烧杯,使熏蒸时土壤含水量不变.随之抽气,直
到氯仿出现气泡沸腾后持续 5 min,停止抽气,密闭
干燥器,并将其置于室温黑暗处,24 h 后取出土样,
在通气良好的地方放置 2 ~ 3 h,使残留土壤中的氯
仿尽可能挥发.不熏蒸的土样置于另一干燥器中,用
蒸馏水代替氯仿,相同方法处理,作为不熏蒸对照.
取熏蒸和未熏蒸的土样,转入 100 mL 三角瓶中,按
土水比 1 ∶ 4加 0.5 mol·L-1的 K2SO4溶液,振荡 30
min后过滤,滤液中有机碳采用重铬酸钾容量法测
定,全氮采用茚三酮比色法测定.土壤微生物生物量
碳、氮含量以熏蒸和未熏蒸的有机碳、全氮含量之差
分别除以 KEC和 KEN得到,其中 KEC = 0 38,KEN =
0 2[15] .
1 5 数据分析
用 Microsoft Excel 2003 对数据进行处理,采用
SPSS 18.0数据分析系统进行方差和相关性分析,用
SigmaPlot 10.0软件作图.
2 结果与分析
2 1 不同石灰氮浓度对设施黄瓜连作土壤微生物
生物量碳、氮的影响
2 1 1对土壤微生物生物量碳的影响 由图 1 可看
出,0~10 cm 土层:2012 和 2013 年 SMBC 变化趋势
基本一致.相比处理前, 2012 和 2013 年苗期除
CaCN2⁃90处理外,均呈现出上升趋势, SMBC 均表
现为 CaCN2⁃30>CK>CaCN2⁃60>CaCN2⁃90,表明石灰
图 1 不同处理对土壤微生物生物量碳(SMBC)的影响
Fig.1 Effects of different treatments on soil microbial biomass carbon (SMBC, mg·kg-1).
CK: 不施石灰氮 No CaCN2; CaCN2 ⁃30: 450 kg·hm-2 CaCN2;CaCN2 ⁃60: 900 kg·hm-2 CaCN2; CaCN2 ⁃90: 1350 kg·hm-2 CaCN2 . Ⅰ: 处理前
Pre⁃treatment; Ⅱ: 苗期 Seedling stage; Ⅲ: 初瓜期 Early⁃fruit stage; Ⅳ: 盛瓜期 Mid⁃fruit stage; Ⅴ: 末瓜期 Late⁃fruit stage. 下同 The same below.
570310期 张学鹏等: 不同浓度石灰氮对黄瓜连作土壤微生物生物量及酶活性的影响
氮施用初期,CaCN2⁃30能够提高 SMBC,随着石灰氮
浓度增加,SMBC显著降低;初瓜期,2012 和 2013 年
CaCN2⁃60 和 CaCN2⁃90 处理均呈回升趋势, 而
CaCN2⁃30处理和 CK 均呈降低趋势,施用石灰氮处
理均高于对照,且 2012 年差异显著;盛瓜期,2012
和 2013 年施用石灰氮 3 个处理均呈现降低趋势,
CaCN2⁃90>CaCN2⁃60>CaCN2⁃30,且差异显著,其中
2012年对照处理略有升高,而 2013 年对照处理显
著低于施用石灰氮的 3 个处理;末瓜期,2012 和
2013年施用石灰氮 3个处理均升高,且显著高于对
照处理,而 CaCN2⁃30显著高于其他处理.
10~20 cm土层:2012 和 2013 年 SMBC 呈现出
不同的变化趋势,其中 2012 年表现为 W 型变化,
2013年相反,呈现出 M 型变化.苗期,2012 和 2013
年 SMBC均表现出 CaCN2⁃90>CaCN2⁃60>CaCN2⁃30,
与 0~10 cm土层相反,表明石灰氮浓度的增高能够
促进 10~20 cm 土层 SMBC 的升高;除 2013 年初瓜
期,CaCN2⁃90处理后黄瓜整个生育期 SMBC 均显著
高于其他处理.
2 1 2对土壤微生物生物量氮的影响 由图 2可看
出,2012年:随着时间推进,0~10 cm土层施用石灰氮
3个处理 SMBN均高于对照,表明石灰氮有利于土壤
微生物生长繁殖;苗期,SMBN 表现为 CaCN2⁃90 >
CaCN2⁃60>CaCN2⁃30>CK,且差异显著,说明随着施
用石灰氮浓度的增高 SMBN 显著提高;初瓜期,
CaCN2⁃90和 CaCN2⁃60 处理 SMBN 降低,而 CaCN2⁃
30和 CK处理有所升高,仍表现出与苗期同样的趋
势;盛瓜期,4 个处理均呈现降低趋势,CaCN2⁃90 处
理降幅较大;末瓜期,除 CaCN2⁃60继续降低外,其他 3
个处理 SMBN均有所回升,对照 SMBN含量最低.10~
20 cm土层除苗期外,施用石灰氮处理 SMBN均低于
不施石灰氮处理,且苗期后随着时间推进,施石灰氮
3个处理呈直线降低,且 CaCN2⁃60处理降幅较大.
2013 年:0 ~ 10 cm 土层,与处理前相比,苗期
SMBN同样表现出随石灰氮施用量的增加而增加;
各处理在初瓜期均降至最低,呈现 CK>CaCN2⁃30>
CaCN2⁃60>CaCN2⁃90,且差异显著;盛瓜期,SMBN均
回升,表现为 CaCN2⁃90>CaCN2⁃60>CaCN2⁃30>CK,
且差异显著;末瓜期,SMBN 均逐渐回落.10 ~ 20 cm
土层随着生育时间推进,SMBN整体变化趋势与 0 ~
10 cm土层一致,初瓜期各处理 SMBN 降至最低,随
后逐渐升高,至末瓜期又有所回落.黄瓜生育中后期
(盛瓜期和末瓜期),CaCN2⁃60 和 CaCN2⁃90 处理比
较有利于提高 SMBN含量.
2 2 不同石灰氮浓度对设施黄瓜连作土壤有机质
的影响
由图 3可看出,0~10、10~20 cm 土层中土壤有
机质含量随时间的推移呈先升高后降低趋势,且 0~
图 2 不同处理对土壤微生物生物量氮(SMBN)的影响
Fig.2 Effects of different treatments on soil microbial biomass nitrogen (SMBN, mg·kg-1).
6703 应 用 生 态 学 报 26卷
图 3 不同处理对土壤有机质的影响
Fig.3 Effects of different treatments on soil organic matter (g·kg-1).
图 4 不同处理对土壤脲酶活性的影响
Fig.4 Effects of different treatments on urease activity in soil (mg·g-1).
10 cm土层有机质含量高于 10~20 cm土层.2012和
2013年 0~10 cm 土层中施用石灰氮处理显著高于
对照处理,表现为 CaCN2⁃90>CaCN2⁃60>CaCN2⁃30>
CK;10~20 cm土层趋势与 0~10 cm基本一致,说明
施用石灰氮有利于秸秆的腐熟,且石灰氮浓度越高
越有利于秸秆的腐熟,从而增加土壤有机质含量.
770310期 张学鹏等: 不同浓度石灰氮对黄瓜连作土壤微生物生物量及酶活性的影响
2 3 不同石灰氮浓度对设施黄瓜连作土壤脲酶活
性的影响
从图 4 可以看出,0 ~ 10 cm 土层,随着时间推
进,2012 和 2013 年数据均显示施用石灰氮大幅提
高苗期土壤脲酶活性,初瓜期降至最低,随后逐渐升
高;除初瓜期外,施用石灰氮 3个处理的土壤脲酶活
性显著高于对照,且 CaCN2⁃90 处理显著高于
CaCN2 ⁃60和CaCN2 ⁃30.10 ~ 20 cm土层整体变化趋
图 5 不同处理对土壤过氧化氢酶活性的影响
Fig.5 Effects of different treatments on catalase activity in soil (mL·g-1).
图 6 不同处理对土壤多酚氧化酶活性的影响
Fig.6 Effects of different treatments on polyphenol oxidase activity in soil (mg·g-1).
8703 应 用 生 态 学 报 26卷
图 7 土壤有机质、土壤酶与土壤微生物生物量 C、N的线性回归分析
Fig.7 Linear regression analysis between the soil organic matter, soil enzymes and SMBC, SMBN.
∗ P<0.05; ∗∗ P<0.01.
势与 0~10 cm基本一致,除初瓜期外,施用石灰氮 3
个处理土壤脲酶活性均显著高于对照.表明施用石
灰氮能有效促进土壤脲酶活性的提高,且随石灰氮
浓度增加脲酶活性升高.
2 4 不同石灰氮浓度对设施黄瓜连作土壤过氧化
氢酶活性的影响
由图 5 可看出,2012 和 2013 年土壤过氧化氢
酶活性变化趋势基本一致,其中 0~10 cm 土层表现
为先升高后降低,而 10 ~ 20 cm 土层表现为先降低
后升高.0~10 cm土层过氧化氢酶活性施用石灰氮 3
个处理显著高于对照不施石灰氮处理,2012 年施用
石灰氮处理表现为 CaCN2⁃60>CaCN2⁃30>CaCN2⁃90,
而 2013 年黄瓜生长中后期 CaCN2⁃30 >CaCN2⁃60 >
CaCN2⁃90.10~20 cm 土层,施用石灰氮处理整体上
970310期 张学鹏等: 不同浓度石灰氮对黄瓜连作土壤微生物生物量及酶活性的影响
显著高于对照,而 3 个石灰氮处理间变化规律不明
显.上述结果表明,施用石灰氮能有效提高土壤过氧
化氢酶活性,CaCN2⁃60 有利于提高过氧化氢酶活
性,而 CaCN2⁃90反而会降低过氧化氢酶的活性.
2 5 不同石灰氮浓度对设施黄瓜连作土壤多酚氧
化酶活性的影响
由图 6 可看出,土壤多酚氧化酶活性均随着时
间推进呈现先升高、在盛瓜期达到峰值、后逐渐降低
的趋势;2012年施用石灰氮处理土壤多酚氧化酶活
性高于 CK,而 2013年与之相反,为 CK 高于施用石
灰氮处理;2012 和 2013 年施用石灰氮处理土壤多
酚氧化酶活性整体均表现为 CaCN2⁃30>CaCN2⁃60>
CaCN2⁃90;0~10和 10~20 cm土层多酚氧化酶活性
变化趋势基本一致.表明 CaCN2⁃30 有利于土壤多酚
氧化酶活性的显著提高,而长期施用石灰氮导致土
壤多酚氧化酶活性降低.
2 6 微生物生量碳、氮与土壤有机质、土壤酶的相
关性分析
土壤微生物生物量及酶活性与土壤化学性质之
间有着密切的关系,土壤养分含量高低在很大程度
上制约着土壤微生物生物量含量及酶活性,同时土
壤微生物生物量含量及酶活性又反过来影响着土壤
化学性质的改变,两者相互调节并转化,因此分析它
们之间的关系极其重要.
研究表明,土壤有机质含量与土壤微生物生物
量 C、N均呈极显著正相关(P<0.01);土壤脲酶活性
与微生物生物量 C、N均呈极显著正相关(P<0.01);
土壤过氧化氢酶活性与微生物生物量 C、N 也均呈
极显著正相关(P<0.01);土壤多酚氧化酶活性与微
生物生物量 C、N呈显著负相关(P<0.05).
3 讨 论
3 1 石灰氮对设施黄瓜土壤微生物生物量 C、N 的
影响
本试验研究表明,苗期 SMBC、SMBN 受石灰氮
浓度影响较为明显,其中 SMBC 随石灰氮浓度升高
而显著降低,CaCN2⁃30有利于 SMBC的提高.随着生
育期的推进, SMBC 含量逐渐恢复正常水平,且
SMBC含量随石灰氮浓度增加而升高.施用石灰氮
有效提高了 0~ 10 cm 土层的 SMBN,同时 SMBN 随
着石灰氮浓度的增加而升高.肖新等[16]研究表明,
合理增施氮肥可增加 SMBC、SMBN,施用石灰氮能
有效改善土壤 pH 环境,同时由于减轻了根结线虫
对根系的危害,从而增加了根系的活力,而植物根系
分泌物富含各种无机离子、低分子量糖、多种氨基酸
和有机酸,为根际微生物提供了更多额外的营养源
和能量源,使土壤微生物数量和生物量增加[17] .此
外,秸秆直接还田后腐解过程主要是在土壤微生物
作用下的生物化学过程.在对秸秆进行腐解的同时,
土壤微生物利用秸秆中的碳源物质大量进行自身繁
殖,将秸秆中的碳同化为微生物体碳,同时从土壤中
吸取部分氮养分作为自身机体的组成部分,将土壤
氮养分同化为微生物体氮[18] .本试验研究结果还显
示,苗期至初瓜期 0 ~ 10 cm 土层 CaCN2⁃90 和
CaCN2⁃60处理的 SMBN 出现大幅降低而 SMBC 却
上升,其原因可能是:1) SMBN 与土壤全氮呈显著
正相关[19],石灰氮处理前期,CaCN2⁃90 和 CaCN2⁃60
处理为土壤提供充足的全氮,从而提高 SMBN;而随
着时间的推进石灰氮在土壤中降解为尿素和氢氧化
钙等物质,且其遇水分解为氰胺盐,抑制了硝化作
用,从而影响了土壤氮循环代谢[20],进而 SMBN 大
幅降低;2) SMBC 与土壤有机质呈显著正相关[21],
而对土壤有机质的研究结果显示苗期至初瓜期
CaCN2⁃90和 CaCN2⁃60处理后土壤有机质含量显著
升高,因此 SMBC在初瓜期也呈现出上升趋势.
3 2 石灰氮对设施黄瓜土壤有机质及酶活性的
影响
本试验研究表明,施用石灰氮有利于秸秆的腐
熟,且石灰氮浓度越高越有利.田永强等[12]研究表
明,石灰氮能促进秸秆分解,与此同时可以利用秸秆
分解产生的高温对土壤进行消毒,在提高土壤酶活
性方面也有显著效果.施用石灰氮能够提升土壤微
生物活性和植物根系分泌物的分泌,而土壤微生物
和根系分泌物的变化又能影响土壤酶的活性[22] .脲
酶是土壤中主要的水解酶类之一,对尿素在土壤中
的水解及作物对尿素氮的利用有重大的影响[23],它
的活性可以用来表征土壤氮素状况.施用石灰氮可
提高土壤脲酶活性[12,24],且 CaCN2⁃90 处理显著高
于 CaCN2⁃60和 CaCN2⁃30 处理.土壤脲酶活性随着
施氮量的增加而升高,主要是由于增施氮肥为土壤
脲酶的酶促反应提供了大量的基质,刺激了土壤脲
酶活性,促使其活性增强,同时氮肥改善了土壤微生
物的氮素营养,促进土壤微生物分泌更多的脲
酶[16] .此外,2012和 2013年初瓜期脲酶活性均出现
显著降低,原因可能也是石灰氮在土壤中的降解抑
制了硝化作用,影响了土壤氮代谢.而造成 2013 年
降幅较大的原因可能是 2013 年初瓜期前后温室外
为连续阴雪天气,从而造成温室内温度较低,导致土
0803 应 用 生 态 学 报 26卷
壤脲酶活性降低.
生物呼吸过程和有机物的氧化反应产生的过氧
化氢对生物和土壤均有一定毒害作用,而土壤中的
过氧化氢酶则能酶促过氧化氢分解为水和氧气,从
而减少或解除过氧化氢的毒害作用[25] .本研究表
明,石灰氮处理均显著提升了土壤过氧化氢酶活性,
石灰氮施用量由 450 增到 900 kg·hm-2,土壤过氧
化氢酶活性增加,施用量为 1350 kg·hm-2时降低,
这表明在一定范围内合理增施氮肥有助于过氧化氢
酶催化过氧化氢反应生成水和氧气并在细胞内起到
解毒作用,从而改善土壤生境,这与张俊丽等[26]研
究结果一致.
多酚氧化酶是由植物根系分泌、土壤微生物活
动、及动植物残体分解等释放的复合性酶,可降解土
壤中酚类物质,减缓植物间的化感作用[27] .周晓兵
等[28]在研究氮沉降增加对土壤酶活性的影响结果
表明,随着施氮量增加,多酚氧化酶活性降低,高氮
处理下其活性降低更显著.施用石灰氮处理表现为
CaCN2⁃30>CaCN2⁃60>CaCN2⁃90,与前人研究结果基
本一致;而 2012年施用石灰氮处理土壤多酚氧化酶
活性高于 CK,而 2013 年为 CK 高于施用石灰氮处
理,说明随着黄瓜种植年限的增加,酚类物质在土壤
中累积,使土壤多酚氧化酶活性呈上升趋势[29],同
时长期石灰氮的施入有效降低了土壤中的酚类
物质.
3 3 土壤微生物生物量 C、N与土壤有机质及酶活
性的相关性
本研究结果显示,土壤有机质、脲酶及过氧化氢
酶活性与土壤微生物生物量 C、N呈极显著正相关,
这是土壤肥力、土壤微生物与土壤酶协同发展的结
果.土壤中营养物质的循环在很大程度上依赖微生
物的活动以及土壤酶对底物的转化作用,而高有机
质含量的土壤可促进微生物的大量繁殖,进而土壤
酶活性增加[30-31] .多酚氧化酶活性与土壤微生物生
物量 C、N呈显著负相关,这可能是由于酚类物质可
被微生物作为碳源物质利用,因此土壤中微生物含
量高酚类物质累积较少,而以酚类物质为底物的多
酚氧化酶活性也会随之降低[32] .从以上土壤有机质
和酶活性与土壤微生物生物量 C、N 的相关性分析
结果来看,土壤酶活性和微生物生物量碳氮能很好
地反映土壤肥力状况,可以作为有效评价土壤质量
的生物学指标.
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作者简介 张学鹏, 男, 1988年生, 硕士研究生. 主要从事
保护性耕作与农业生态学研究. E⁃mail: zhangxuepeng22@
163.com
责任编辑 肖 红
2803 应 用 生 态 学 报 26卷