全 文 ：第 25卷第 6期
2005年 6月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.25,No.6
Jun.,2005
液体地膜覆盖对棉田土壤微生物和酶活性的影响
杨青华,韩锦峰,贺德先
(河南农业大学农学院,郑州 450002)
基金项目:河南省科技攻关资助项目(991030304)
收稿日期:2004-02-12;修订日期:2004-06-28
作者简介:杨青华(1966～),男,河南柘城人,博士生,副教授,主要从事作物化控栽培研究。E-mail:yangqh2000@163.com
Foundationitem:theKeyTechnologiesResearchandDevelopmentProgrammerofHenanProvince(No.991030304)
Receiveddate:2004-02-12;Accepteddate:2004-06-28
Biography:YANG Qing-Hua,Ph.D.candidate,Associateprofessor,mainlyengagedincropchemicalregulationcultivation.E-mail:
yangqh2000@163.com
摘要:通过液体地膜不同用量覆盖棉田对土壤微生物数量和酶活性的影响研究表明:适量液体地膜(112.5～150kg/hm2)覆盖
棉田显著增加土壤微生物细菌、放线菌和真菌数量,增强土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶、中性磷酸酶和多酚氧化酶活性,且这种
效应受棉花生长发育进程的影响。表明液体地膜覆盖棉田有益于土壤物质的转化、累积,提高土壤的肥力,对土壤化学特性无不
良影响。
关键词:液体地膜;覆盖;棉花生长期;土壤微生物;土壤酶
文章编号:1000-0933(2005)06-1312-06 中图分类号:S154 文献标识码:A
Effectsofliquidfilmonthequantityofmicroorganismsandactivityofenzymes
inacottonfield
YANG Qing-Hua,HAN Jin-Feng,HEDe-Xian (CollegeofAgriculture,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou
450002,China).ActaEcologicaSinica,2005,25(6):1312～1317.
Abstract:Liquidfilmisanewly-developedorganicmacromolecularcompound.Athin,solidifiedcrustformsafterthediluted
compoundwassprayedonthesoilsurface.Itwaswidelyreportedthatafterthesoilistreated,soiltemperature,moistureand
porosityincreases,andbulkdensitydoesnotincrease.Asaresult,soilphysical,chemicalandbiologicalpropertiesdifferwhen
comparedtonon-treatedsoil.Soilmicroorganismsandenzymesaremaincomponentsofsoilbiochemicalproperties.Theyplay
animportantroleinnutrientconversion,decompositionoforganicmatter,degradationofpolutants,andsoilremediation.The
objectivesofthisstudywere:(1)toquantifytheeffectofliquidfilm onsoilmicroorganismsandsoilenzymes,and(2)to
evaluateeffectsonsoilenvironmentalfactors.
Theexperimentwascompletedonasandyloam atHenanAgricultureUniversityExperimentalStation,Zhengzhou,
Henan,China.Contentofsoilorganicmatter,totalN,availableP,andavailableKwas12.1g/kg,0.96g/kg,24.2mg/kg,
and115.3mg/kg,respectively.TheproductwasproducedbyHenanAgricultureUniversity.Thetreatmentsincluded:T1-
75.0kg/hm2,T2-112.5kg/hm2,T3-150.0kg/hm2,T4-187.5kg/hm2,andCK(openfieldwithnoliquidfilmused).The
materialwasappliedatadilutionrateof1kgproductper20kgofwaterandwassprayedontheinterrow soilsurface.
Approximately60% oftheexperimentalfieldwastreated.Arandomizedblockdesignwasemployedwiththreereplications.
Eachplotwas4×6m2.Onehundredandfiftykg/hm2ofN,112.5kg/hm2ofP2O5,and112.5kg/hm2ofK2Oweremixedand
usedaspre-plantingfertilizers.Additional34.5and138kg/hm2ofN wastop-dressedatseedlingstageandbolstage,
respectively.
Soilsamplesinadepthof0～20cmforeachtreatmentweretakenatpre-sowing,youngseedling,earlybudding,early
flowering,andbolopeningstage,respectively.Sampleswerefulymixed,putintosterilebagsandtransportedtothelabas
quicklyaspossible.Partofsoilsamplewassiftedwitha1-mmsieveforanalysisofmicrobialquantity,andpartwasair-dried
fordeterminationofactivityofsoilenzymesperoxidase,invertase,neutralphosphatase,urease,
===================================================================
andpolyphenoloxidasewith
potassiumpermanganate,sodiumthiosulfate,disodiumphenylphosphate,sodiumphenoxide,andpyrogalol,respectively.
Whenrecommendedrates(112.5～150kgproduct/hm2)wereused,soilbacteria,actinomyces,andfungisignificantly
increased,andactivityofsoilperoxidase,invertase,neutralphosphatase,urease,andpolyphenoloxidasewasenhanced.The
resultsalsoshowedthatsoilmicrobialquantityandactivityofsoilenzymesvariedwithgrowingstages.Microorganismsand
enhancedactivityofsoilenzymeswasrelatedtoimprovedcottongrowthanddevelopment,andinturn,statusofcottongrowth
anddevelopmentexertedinfluenceonsoilmicroorganismpopulationandenzymeactivity.Soilmicrobeswerekeyfactorsfor
maintainingsoilquality.Baseduponaboveanalyses,itcouldbeconcludedthatthesoilstabilizerwashelpfulforconversionand
accumulationofsoilorganicmatter,improvementinsoilfertility,andhadnonegativeinfluenceonsoilchemicalproperties.
Keywords:liquidfilm;mulch;cottongrowingstage;soilmicroorganism;soilenzyme
土壤微生物和酶是土壤生物化学特性的重要组成部分,在营养物质转化、有机质分解、污染物降解及修复等方面起着重要
的作用[1～5],是评价土壤质量的重要指标之一,成为近年来土壤学界研究的热点。液体地膜(也称多功能可降解液体地膜)是一
种新开发出的高分子有机化合物,兑水喷施后,可在土壤表层形成一层很薄的固化膜。液体地膜覆盖具有提高土壤的温度和含
水量[6～9],加快棉花生育进程,调控和优化棉花株型,显著提高棉花产量等重要作用[10,11],而关于液体地膜覆盖棉田对土壤微生
物和酶的影响研究尚属空白。本研究采用田间小区试验,研究液体地膜覆盖和裸地棉花生长过程中不同生育时期土壤微生物数
量和酶活性的动态变化及其差异,旨在探讨液体地膜覆盖在棉花生长期间对土壤微生物数量和酶活性的影响,为评价液体地膜
对土壤环境因子的影响提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计与基本情况
试验于河南农业大学科教园区进行。土质为黄潮土,养分含量为:有机质 12.1g/kg,全氮 0.96g/kg,速效磷 24.2mg/kg,速
效钾 115.3mg/kg。试验采取随机区组设计,3次重复,小区面积 24m2(4×6m2)。液体地膜用量为:T1(75.0kg/hm2)、T2
(112.5kg/hm2)、T3(150.0kg/hm2)、T4(187.5kg/hm2)及 CK(露地对照)。液体地膜由河南农业大学研制与生产,兑水 20倍喷
洒于播种行地面,各处理最终喷水总量相等。覆盖度 60%。棉花大田直播期为 2003-04-15,播前施入基肥 750kg/hm2(N、P2O5、
K2O含量分别为 20%、15%、15%),苗期撒施纯氮 34.5kg/hm2,铃期追施纯氮 138kg/hm2。
1.2 土样采集
各小区分别于棉花播种前、苗期、初蕾期、初花期和吐絮期,采取 5点混合取样法,用土钻取 0～20cm土层样,分别混合均
匀后装入无菌纸袋,立即带回实验室。将新鲜土样研磨过 1mm筛,一部分测定土壤微生物数量,另一部分土样经自然风干,测定
土壤酶活性。每样品测定时重复 3次。
1.3 测定方法
1.3.1 土壤微生物 稀释平板法测定土壤微生物总数,细菌采用牛肉膏蛋白胨、真菌采用马丁氏(Martin)、放线菌采用改良
高氏一号等培养基[12]。
1.3.2 土壤酶活性 过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法;转化酶采用硫代硫酸钠滴定法;中性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法;
脲酶采用苯酚钠比色法;多酚氧化酶采用邻苯三酚比色法[3,13]。
2 结果与分析
2.1 液体地膜覆盖对棉田土壤微生物数量的影响
土壤微生物几乎参与土壤中一切生物和生物化学反应,是维持土壤质量的重要组成部分,对土壤中的动植物残体和土壤有
机质及其有害物质的分解、生物化学循环和土壤结构的形成起着重要的调节作用[14]。土壤微生物的数量分布,不仅可以敏感地
反映土壤环境质量的变化[14],而且亦是土壤中生物活性的具体体现[15]。
2.1.1 对细菌数量的影响 分析结果(表 1)表明,在棉花不同生育阶段,覆盖处理对土壤细菌数量的影响程度不同。播种前各
处理土壤中细菌数量较少,且差异不明显;播种至苗期阶段,各处理土壤中的细菌数量迅速增加,并达到显著水平(p<0.05),
尤其是 T2和 T3,土壤中的细菌数量分别是 CK的 3.04倍和 2.04倍;苗期至初蕾阶段,各处理土壤中的细菌数量迅速降低,这
与棉花生长发育或土壤含水量、温度等环境因素的变化有关;初蕾之后,土壤中的细菌数量又迅速上升,初花期 T3和 T2细菌
数量较高,达到显著水平(p<0.05),较 CK分别提高 51.1%和 25.5%;初花至吐絮阶段,各处理土壤细菌数量均明显下降,其
中以 CK下降幅度最大,为 52.9%;吐絮期覆盖土壤中的细菌数量高于 CK,并达到显著水平(p<0.05),其中 T2与 T3的细菌
数量较 CK分别提高 120.5%和 80.4%。整个测定期间,T2和 T3的土壤细菌数量平均较 CK分别提高 92.4%和 67.4%,而
T1和 T4平均较 CK分别提高 22.2%和 17.8%。
31316期 杨青华 等:液体地膜覆盖对棉田土壤微生物和酶活性的影响
表 1 液体地膜覆盖对土壤细菌数量的影响(×106个/g干土)
Table1 Effectsofliquidfilmmulchingonsoilbacteria(×106/gdrysoil)
处理
Treatment
播种前
Presowing
苗期
Seedlingstage
初蕾期 First
buddingstage
初花期 First
floweringstage
吐絮期 Bol
openingstage
T1 3.38 19.20 8.60 15.40 12.90
T2 3.40 35.00 13.90 22.60 18.70
T3 3.38 23.50 12.07 27.20 15.30
T4 3.39 16.72 6.33 17.90 13.00
CK 3.39 11.50 7.29 18.00 8.48
LSD0.05 0.0261 2.5630 0.7734 3.0241 1.4077
2.1.2 对放线菌数量的影响 表 2指出,与 CK相比,液体地膜处理显著提高土壤放线菌数量(p<0.05)。播种前各处理土壤
放线菌数量无明显差异,随着棉花生长发育,各处理土壤中的放线菌数量变化类似于细菌数量变化。整个测定期内,以 T2和
T3土壤中的放线菌数量较高,平均较CK分别提高 44.1%和 43.8%,而T4和T1的放线菌数量平均较CK分别提高 20.2%和
12.5%。一般认为,放线菌能同化土壤中的无机氮,分解碳水化合物及脂类、单宁等物质。因此,液体地膜覆盖土壤中较高的放线
菌数量将有利于物质转化。
表 2 液体地膜覆盖对土壤放线菌数量的影响 (×105个/g干土)
Table2 Effectsofliquidfilmmulchingonsoilactinomyces(×105/gdrysoil)
处理
Treatment
播种前
Presowing
苗期
Seedlingstage
初蕾期 First
buddingstage
初花期 First
floweringstage
吐絮期 Bol
openingstage
T1 15.10 18.90 17.80 27.40 23.40
T2 14.90 30.30 19.30 42.10 24.80
T3 15.00 33.60 19.30 39.60 23.60
T4 15.20 21.40 18.30 31.10 23.60
CK 15.20 17.70 17.20 22.40 18.70
LSD0.05 0.1598 2.1663 0.3482 1.6260 0.3775
2.1.3 对真菌数量的影响 真菌在土壤中有机质的分解和腐殖质的形成、土壤中的氨化作用以及团聚体的形成等过程中起着
重要作用。图 1a表明,各处理土壤真菌数量的动态变化呈双峰曲线。其中,T2和T3土壤中的真菌数量较高,与CK相比达到显
著水平,苗期较 CK分别提高 94.8%和 40.5%,初花期较CK分别提高 20.0%和 6.5%。整个测定期内,T2、T3和 T4土壤中的
真菌数量较 CK分别平均提高 36.8%、20.9%和 11.3%,而 T1土壤中的真菌数量与 CK的差异不明显。
图 1 土壤真菌数量(a)与过氧化氢酶活性(b)动态变化
Fig.1 Dynamicchangesofsoilfungi(a)andperoxidaseactivity(b)
PS、SS、FBS、FFS和 BOS分别表示播种前、苗期、初蕾期、初花期和吐絮期 PS,SS,FBS,FFSandBOSindexedpre-sowing,seedlingstage,
firstbuddingstage,firstfloweringstageandbolopeningstage,respectively;下同 thesamebelow
2.2 液体地膜覆盖对棉田土壤酶活性的影响
土壤微生物活性与土壤酶活性密切相关[13]。酶作为土壤的组成部分,其活性的大小可较敏感地反映土壤中生化反应的方
向和强度[3,13]。
4131 生 态 学 报 25卷
2.2.1 对土壤过氧化氢酶活性的影响 图 1b指出,各处理土壤中的过氧化氢酶活性动态变化呈"S"型曲线,液体地膜处理均
增强了土壤过氧化氢酶活性。播种前至苗期各处理土壤中过氧化氢酶活性均呈降低趋势,这是由于覆盖土壤含水量增加,通透
性降低,导致棉花根系及土壤呼吸加剧,CO2分压增高,土壤氧化还原电位下降[16],特别是覆盖后土壤 pH值下降,从而抑制了
过氧化氢酶活性[17]。随着棉花的生长发育,各处理土壤中过氧化氢酶活性又迅速升高,并于初花期达到最大,T1、T2、T3和 T4
土壤中过氧化氢酶活性分别较 CK提高 6.6%、11.0%、10.4%和 10.4%。初花后土壤过氧化氢酶活性又逐渐下降,至吐絮期
T2和 T3土壤中过氧化氢酶活性仍较 CK提高 7.1%和 9.6%。表明土壤过氧化氢酶活性变化与棉花生长发育进程密切相关。
2.2.2 对土壤脲酶活性的影响 土壤脲酶直接参与土壤中含氮有机化合物的转化,其活性强度常被用来表征土壤氮素供应水
平[4]。由图 2a可知,各处理土壤中脲酶活性动态变化呈单峰曲线,覆盖处理均不同程度提高了土壤脲酶活性,尤其在初蕾至初
花阶段。播种前各处理土壤中的脲酶活性差异较小,随着棉花生长发育,土壤脲酶活性逐渐增强,并于初花期达到最高,T2、T3
和 T4土壤中脲酶活性较 CK分别提高 18.2%、15.1%和 14.2%,而后迅速降低。整个测定期内,T2、T3、T4和 T1土壤中的脲
酶活性平均较 CK分别提高 12.2%、9.2%、7.1%和 4.1%。
图 2 土壤脲酶活性(a)与转化酶活性(b)动态变化
Fig.2 Dynamicchangesofsoilureaseactivity(a)andinvertaseactivity(b)
2.2.3 对土壤中性磷酸酶活性的影响 表 3指出,覆盖处理提高土壤中性磷酸酶活性,并达到显著水平(p<0.05)。播种前各
处理土壤中性磷酸酶活性亦无明显差异,播种至苗期土壤中性磷酸酶活性迅速降低,尤其是对照 CK,下降幅度为 6.7%,这与
无机磷施入土壤所产生的抑制作用有关[9];苗期至初蕾阶段,各处理土壤中性磷酸酶活性均呈上升趋势,其中 T2的磷酸酶活
性最大,较 CK提高 50.4%;初蕾至初花阶段,T2、T3和 T4的磷酸活性呈下降趋势,而 T1和 CK的磷酸酶活性则呈升高趋势,
而后各处理的磷酸酶活性又有不同程度的降低,吐絮期T2和T3的磷酸酶活性仍较CK分别提高 10.6%和 5.4%。土壤中性磷
酸酶能促进土壤中有机磷化合物水解,生成能为植物所利用的无机态磷。因而,液体地膜覆盖显著提高土壤中磷的有效性。
表 3 液体地膜覆盖对土壤中性磷酸酶活性的影响(mg/100gdrysoil)
Table3 Effectsofliquidfilmmulchingonsoilneutralphosphataseactivity(mg/100gdrysoil)
处理
Treatment
播种前
Presowing
苗期
Seedlingstage
初蕾期 First
buddingstage
初花期 First
floweringstage
吐絮期 Bol
openingstage
T1 6.62 3.57 3.82 4.26 3.90
T2 6.60 3.92 5.34 4.52 4.29
T3 6.59 3.39 4.72 4.46 4.09
T4 6.58 3.76 4.52 4.30 3.98
CK 6.61 2.85 3.55 4.14 3.88
LSD0.05 0.1339 0.0399 0.0891 0.1159 0.2256
2.2.4 对土壤转化酶活性的影响 液体地膜处理提高了土壤转化酶活性 (图 2b)。播种前至苗期,T1、T2和T3的土壤转化酶
活性均呈增强趋势,而 T4和 CK的转化酶活性则呈降低趋势,但下降幅度不明显;苗期至初花阶段各处理的土壤转化酶活性均
呈上升趋势,之后又逐渐降低。整个测定期间,T2、T3和 T4的土壤转化酶活性平均较 CK分别提高 7.5%、6.7%和 4.5%,而
T1的土壤转化酶活性与 CK差异不明显。转化酶与土壤肥力关系密切,转化酶活性增强有利于土壤中有机质的转化。因此,适
量液体地膜覆盖有利于土壤肥力水平的改善和提高。
2.2.5 对土壤多酚氧化酶活性的影响 表 4表明,对照土壤中的多酚氧化酶活性随着棉花生长发育呈逐渐降低趋势,吐絮期
较播种前的土壤多酚氧化酶活性下降 8.2%。而液体地膜处理播种后的土壤多酚氧化酶活性迅速增强,尤其是 T2,苗期土壤多
51316期 杨青华 等:液体地膜覆盖对棉田土壤微生物和酶活性的影响
酚氧化酶活性较 CK提高 48.5%,而后液体地膜处理的土壤多酚氧化酶活性变化差异较大,总体上呈下降趋势,但初花期以后
不同处理土壤多酚氧化酶活性又呈上升趋势。液体地膜覆盖增强土壤多酚氧化酶活性,并达到显著水平(p<0.05),T2、T3、T4
和 T1土壤中多酚氧化酶活性平均较CK分别提高 29.3%、24.8%、17.9%和 15.9%。多酚氧化酶活性增强,有益于土壤有机组
分中芳香族化合物的转化,增加土壤有机质的累积,提高土壤肥力。
表 4 液体地膜覆盖对土壤多酚氧化酶活性的影响((0.01mol/L)I2ml/gdrysoil)
Table4 Effectsofliquidfilmmulchingonsoilpolyphenoloxidaseactivity((0.01mol/L)I2ml/gdrysoil)
处理
Treatment
播种前
Presowing
苗期
Seedlingstage
初蕾期 First
buddingstage
初花期 First
floweringstage
吐絮期 Bol
openingstage
T1 18.54 21.45 22.09 16.18 21.19
T2 18.47 28.64 22.74 18.70 22.70
T3 18.56 24.06 24.95 17.89 21.63
T4 18.70 22.60 19.69 17.85 22.26
CK 18.69 19.29 18.92 16.45 12.45
LSD0.05 0.3143 1.1831 0.4782 0.2580 1.1059
3 结语与讨论
3.1 液体地膜覆盖棉田显著增加土壤微生物数量,增强土壤酶活性,但液体地膜不同用量效应存在一定差异,其原因是用量小
(75.0kg/hm2),成膜质量较差,用量大(187.5kg/hm2),成膜质量虽较高,但棉苗出土过程中膜受损面积较大,所以最终效果均
较低。从本研究结果来看,以液体地膜施量 112.5～150kg/hm2效应最为显著。这与液体地膜覆盖农田提高土壤温度和含水量,
降低土壤容重,增大土壤孔隙度等效应[6～9]相一致。表明液体地膜覆盖棉田有益于土壤物质的转化、累积,提高土壤的肥力。
3.2 液体地膜不同用量覆盖棉田对棉花的生长发育具有较大影响。杨青华等研究认为[10,11],适量液体地膜覆盖(112.5～150
kg/hm2)棉田,棉铃干物质积累加快,铃重提高;成铃时空分布合理,烂铃减少,优质铃数增加,皮棉增产效果显著,达 15.0%。其
原因之一是覆盖后土壤微生物数量和酶活性提高,而棉花健壮的生长发育反过来又影响到土壤微生物和酶活性,即土壤微生物
数量、酶活性与棉花生长发育进程相关。因此,土壤微生物数量和酶活性既可作为评价土壤理化性状是否优良的指标,也可反映
作物生长发育的状况。
3.3 目前,我国农业持续高效发展面临巨大的危机,如干旱缺水、土地沙化、环境污染等等问题,急需新技术、新产品改变传统
栽培技术[18]。本研究结果表明,液体地膜覆盖农田对土壤化学特性无不良影响,且液体地膜使用方便,应急性好,价格低廉,无
环境污染(主要成分为脂肪酸、海藻糖等可降解材料)。因此,从农业持续高效发展的角度出发,该类产品的开发与应用无疑会成
为人们关注的一个热点[19,20]。
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