全 文 ：第 19 卷 第 1 期
Vol. 19 No. 1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2011 年 1 月
Jan. 2011
生物腐植酸对甘草生物量和土壤腐殖质
组分含量及土壤酶活性的影响
于 江1, 朱昌雄1* , 郭 萍1 , 赵永华2
( 1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081; 2.全国医药技术市场协会, 北京 100044)
摘要 : 新疆是我国甘草( Gly cy r rhiz a uralensis )的重要产区,提高甘草产量与改善其产地环境防止土壤沙退化具有
重要的社会、经济和环境效益。通过田间小区试验, 研究生物腐植酸不同施用量对新疆甘草生物量、其产地土壤腐
殖质组分含量和土壤酶活性的影响。结果表明:施用生物腐植酸可以显著提高甘草生物量(植株高度、单株地上鲜
重和产量)、产地土壤腐殖质(可提取腐殖质、富里酸、胡敏酸)各组分含量以及土壤酶(脲酶、碱性磷酸酶和过氧化
氢酶)活性,最佳施用量为 450 kg hm- 2。种植甘草第 3年其植株高度、单株地上鲜重和甘草产量分别达到80. 80
cm、137. 5 g 和 18412. 95 kg hm- 2 ,分别比对照提高 8. 2% , 6. 9% 和 29. 1% ; 施用生物腐植酸后 190 d 时,可提取
腐殖质碳、富里酸碳和胡敏酸碳含量分别达到 4. 15 g kg- 1 , 2. 16 g kg - 1和 1. 99 g kg - 1 , 比对照分别提高了
21. 0% , 17. 4%和 20. 1% ;土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性分别达到187. 12 mg kg - 1 3 h- 1 , 26. 33 mg
kg - 1 h- 1和 3. 62 mL 0. 1 N KM nO 4 g- 1 20 min- 1 ,比对照分别提高了 57. 6% , 20. 3% 和 11. 9% , 差异均达显
著或极显著水平。因此,施用生物腐植酸对于甘草产量的提高和产地环境的改善具有明显的促进作用。
关键词:生物腐植酸; 新疆;甘草生物量; 腐殖质;土壤酶活性
中图分类号: S153. 62; S154. 2 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2011) 01006807
Effect of Bioactive Humic Substance on the Biomass of Glycy rrhiza
uralensis, Soil Humus Composition and Enzymatic Activities
YU Jiang
1
, ZHU Changxiong1* , GUO Ping1 , ZHAO Yonghua2
( 1. Inst itute of E nvironmen t and Sustainab le Developm ent in Agricultur e, CAAS, Beijin g 100081, China;
2. Nat ional M ark et Associat ion for Medical T echnology, Beijing 100041, C hina)
Abstract: Xinjiang is an most important area fo r Gly cy rr hi z a ur alensis product ion. It favors growth condi
t ions to allow social, economical and environmental prof it s improv ing the y ield of Gly cy r rhi z a uralensi s.
Further, modified soil environment of the production ar ea prevents soil deg radat ion and desert if icat ion.
Results show ed that the applicat ion o f BHS significant ly increases biomass o f Gly cy rr hiz a uralensi s ( the
height , upland fresh w eight per piece and the y ield) , soil humus ( ex t ractable humus, fulvic acid and humic
acid) contents, and soil enzymat ic activit ies ( urease, alkaline phosphotase and catalase) . T he best applica
t ion r ate w as 450 kg hm- 2 . The height , upland fr esh w eight per piece and yield in the third year reached
80. 80 cm, 137. 5 g and 18412. 95 kg hm- 2 , increased by 8. 2% , 6. 9% and 29. 1% . The carbon content of
ex t ractable humus, fulvic acid and humic acid after applicat ion o f BHS fo r 190 days r eached 4. 15 g kg- 1 ,
2. 16 g kg- 1 and 1. 99 g kg - 1 , impr oved by 21. 0%, 17. 4% and 20. 1%, respect ively. The act ivit ies of
soil ur ease, alkaline phosphotase and catalase reached 187. 12 mg kg- 1 3 h- 1 , 26. 33 mg kg- 1 h- 1
and 3. 62 mL 0. 1 N KMnO 4 g - 1 20 min- 1 , improved by 57. 6%, 20. 3% and 11. 9% , respectively.
There w as signif icant dif ference betw een the BHS tr eatment at the best rate and CK. Overall, the applica
t ion o f BHS has gr eat ef fect on the improvement of G ly cy r r hi z a ur alensi s product ion and modif ication of
soil environment of the production area.
Key words: Bioact ive humic substance; Xinjiang ; Biomass; Humus; Enzymatic act ivity
甘草( G ly cy r rhi z a ur alensi s )是我国最重要的
中草药之一,享有众药之王的美誉,被国家列为重
点专控中药材 [ 1]。当前国内外市场对甘草类产品需
求量很大, 目前国内年需要甘草 6~ 7万吨, 出口量
收稿日期: 20091204;修回日期: 20101213
基金项目:农业部结构调整项目 甘草种植区产地环境技术体系研究 ( 060802A)资助
作者简介:于江( 1981 ) ,男,辽宁大连人,博士研究生,主要研究方向为微生物工程与环境安全, Email: yujiang13@ 163. com; * 通讯作者
Auth or for correspon dence, Email: zhu cx120@ 163. com
第 1期 于江等:生物腐植酸对甘草生物量和土壤腐殖质组分含量及土壤酶活性的影响
也在持续增长。仅依靠采挖有限的野生资源已远不
能满足现在的需要[ 2] ;而且如果过度采挖,将导致甘
草产地土壤生境遭到严重破坏, 极易引起土壤沙化
退化。目前,西部各地的人工甘草种植都处在试种
阶段,发展甘草产业化种植,科学地提高甘草产量与
品质并改善甘草产地环境, 实现甘草资源的可持续
利用,具有切实的经济效益和环境效益。
土壤有机质对土壤的肥力功能和环境功能均十
分重要 [ 3] ,土壤腐殖质是土壤有机质的精华,能与土
壤酶形成腐殖质- 酶复合体, 增强土壤酶的稳定性,
提高土壤酶在极端环境下的耐受力和活性[ 4] , 土壤
腐殖质含量的增加,能够对植物营养、营养循环、生
物肥力、土壤自修复能力以及其他生物物理特性均
产生积极的作用[ 5~ 8] 。田间条件下,土壤腐殖质组
分的含量与施肥措施密切相关[ 9] 。腐殖化的有机
碳,即腐植酸和胡敏素代表着最稳定的土壤有机碳
库,对微生物来说,只有在稳定的腐殖物质增加的情
况下,土壤才有可能成为有机碳固定的稳定库; 此
外,疏水性强的腐植酸类物质,如褐煤腐植酸可以大
大降低微生物对外加碳源的矿化作用, 从而保证土
壤碳更有效的积累[ 10] 。土壤酶来自微生物、植物和
动物的活体或残体,通过催化土壤中的生化反应而
发挥重要作用。土壤酶的活性是土壤生物活性和土
壤肥力的重要指标[ 11] 。
乌拉尔甘草是我国干旱荒漠地区分布相当广泛
的甘草野生种, 也是当前人工栽培的主要品种。甘
草的抗寒、抗旱和耐热性很强,并耐沙埋, 能够改良
土壤、防风固沙、绿化荒漠, 维持生态平衡。生物腐
植酸是将蔗渣经有益微生物固态发酵而成的一种混
合物,富含有益微生物和富里酸、胡敏酸等腐殖酸类
物质, 温室试验表明, 其对豆科植物紫花苜蓿
(Medicago sat iva L. )生物量的提高和土壤质量的
改善有明显促进作用 [ 12]。
通过新疆田间小区试验, 研究生物腐植酸不同
施用量对乌拉尔甘草生物量、土壤腐殖质各组分(可
提取腐殖质碳、富里酸碳和胡敏酸碳)含量以及土壤
酶活性的影响, 验证生物腐植酸的作用效果, 并确定
其最佳施用量, 以期为提高新疆乃至我国甘草产量,
改善甘草产地环境提供一定的理论支持和实践参考。
1 材料与方法
1. 1 试验地概况
试验地位于新疆阜康 222 团 80 亩核心示范基
地( N4345~ 4530, E8746~ 8844 ) , 属大陆性
中温带气候区, 年均气温 6. 7 ; 日照时数 2931. 3
h;有效积温 3551. 5 ; 无霜期 174 d; 降雨量 205
mm。试验地前茬为小麦( T ri ti cum aesti vum )。土
壤类型为盐碱度中等的砂质土, 基本养分指标为:
pH 8. 42; 全氮 0. 244 g kg- 1 ; 全磷 0. 726 g
kg- 1 ; 全钾 15. 0 g kg - 1 ; 碱解氮 41. 8 mg kg- 1 ;
速效磷 5. 13 mg kg- 1 ; 速效钾 350 mg kg- 1 ; 有
机质 4. 97 g kg- 1。在播种甘草种子前深耕 30 cm
左右,翻耕后整平耙细,施足底肥。
1. 2 试验材料
生物腐植酸由福建诏安生化有限公司提供,其
中枯草芽孢杆菌等有益菌含量 2 106 CFU
g- 1 ;有机质含量 30%, 可提取腐殖质碳含量
12%,富里酸碳含量 6%, 胡敏酸碳含量6% , N
+ P2O 5+ K2O14% ( N: P2O 5 K2O= 3 12)。
试验所用甘草的种源为乌拉尔甘草的干燥成熟
种子。播前用物理方法处理,即用碾米机磨种皮,使
种皮粗糙,增加透水性,播种前将种子在 45 温水
中浸泡 10 h。
1. 3 试验设计
试验设 6 个处理: CK 为对照(不施肥) , 低量
( 150 kg hm- 2 )、次低量 ( 300 kg hm- 2 )、中量
( 450 kg hm- 2 )、次高量 ( 600 kg hm- 2 )、高量
( 750 kg hm - 2 )生物腐植酸。生物腐植酸于播种
前施入。每个处理设置 3个重复, 每个小区面积为
1/ 15 hm 2 ,小区按随机区组排列。
播种时间为 2007年春季( 4月 10日)。播种方
法为机械播种,采用条播, 播深 2~ 3 cm, 行距为 25
cm,播后适当镇压。播种量折合 45 kg hm- 2。第
1年甘草在出苗 10 d后浇水 1 次, 在 6月中旬又浇
水 1次。在乌拉尔甘草生长的第 1 年, 即幼苗期进
行中耕除草,第 2年后杂草很难与甘草竞争,不再中
耕除草。甘草生长期未发生严重病虫害, 没有进行
防治。
1. 4 样品采集及处理
施用生物腐植酸后第 190 d取土样,每次每小
区选 5个点共采集 1 kg 土样, 充分混合后, 自然风
干,装入布袋,运回试验室后按要求过 2 mm 筛以测
定土壤腐殖质组分数量。对 CK、低量、中量和高量
生物腐植酸处理的甘草生物量指标进行了调查, 每
69
草 地 学 报 第 19卷
小区采取对角线方法选取 5个样点,四周样点要距
地边 1 m 以上, 每次从样点一侧取 10株,取后洗净
泥土后备用。
1. 5 测定指标及方法
1. 5. 1 甘草生物量的测定 每小区采取对角线方
法选取5个样点,四周样点要距地边 1 m 以上,每次
从样点一侧取 10株,取后洗净泥土进行各项指标测
定,最后取平均值测定结果。甘草植株高度的调查
时间为 2007年至 2009年每年 8月下旬, 地上鲜重
和产量的调查时间为 2007年至 2009年每年 9月上
旬。
1. 5. 2 土壤中可提取腐殖质碳、富里酸碳和胡敏酸
碳的测定 测定方法 [ 13, 14]有改动。
称 5. 00 g 土样于 100 mL 离心管中, 加入 30
mL 蒸馏水(土水比为 16) ,搅匀后于( 60 2) 恒
温下振荡 1 h 后, 离心 15 min, 将上清液过滤后至
50 mL 容量瓶中, 再用 20 mL 蒸馏水洗残渣一次,
离心过滤至 50 mL 容量瓶中,定容。该溶液为水溶
性有机质。在上述土样中加入 30 mL, 0. 1 mol
L
- 1的 NaOH + Na4 P2O 4 混合液, 混合后于 ( 60
2) 下恒温震荡 1 h, 取出离心 15 min,将上清液过
滤至 50 mL 容量瓶中, 再用 20 mL NaOH +
Na4 P2O 4 混合液洗涤残渣,并离心过滤后定容至 50
mL 容量瓶中, 此溶液为可提取腐殖质 ( EH ) , 离心
管中的残渣为胡敏素。
吸取上述碱提取液 30 mL 于小烧杯中, 加入
0. 5 mo l L - 1 H 2 SO 4 调节至 pH 为 1. 0~ 1. 5, 于
60 下保温 2 h 后静置过夜,次日将溶液过滤至 50
mL 容量瓶中, 沉淀为胡敏酸( HA ) , 滤液为富里酸
( FA)。用 0. 005 mo l L- 1 H 2SO 4 洗涤沉淀 3次,
弃去洗液后, 将胡敏酸沉淀用温热的 ( 60 ) 0. 05
mol L- 1 N aOH 洗入 50 mL 容量瓶中,定容, 即为
胡敏酸溶液。
吸取可提取腐殖质和胡敏酸各 5 mL, 用 0. 5
mol L- 1 H 2 SO4 和 0. 1 mol L - 1 NaOH 溶液调
节 pH 至 7. 0后, 在水浴中蒸干( 60 )后采用重铬
酸钾容量法测定碳含量。富里酸的含量采用差减法
计算。可提取腐殖质、富里酸和胡敏酸的量分别用
其含碳量表示, 分别记为 EHC, FAC, HAC。
1. 5. 3 土壤酶活性测定 脲酶活性采用靛酚比色
法,碱性磷酸单酯酶活性采用对硝基苯磷酸盐法, 过
氧化氢酶活性采用 KMnO 4 滴定法[ 15]。
1. 6 数据处理
应用 Excel 2003对数据进行基本处理和作图,
采用 SAS 6. 12版统计软件进行方差分析和相关性
分析, 不同处理之间多重比较采用 Duncan 新复极
差法,并作 t检验。
2 结果与分析
2. 1 生物腐植酸对甘草生物量的影响
2. 1. 1 生物腐植酸不同用量处理对甘草植株高度
的影响 由图 1可知,施入生物腐植酸后的前 2年
( 2007年和 2008年) , 甘草植株高度虽以中量( 450
kg hm- 2 )生物腐植酸处理最高,但生物腐植酸处
理与对照间没有显著性差异。而第 3年( 2009 年) ,
中量( 450 kg hm- 2 )和低量( 150 kg hm- 2 )生物
腐植酸处理的植株高度分别达到 80. 8 cm 和 79. 4
cm,而对照为 74. 7 cm, 分别比对照提高 8. 2%和
6. 3%, 且差异达显著水平( P< 0. 05) , 而高量( 750
kg hm- 2 )生物腐植酸处理却与对照无显著差异。
表明生物腐植酸对甘草植株高度的影响是缓慢体现
出来的,有利于干物质的积累,不会发生徒长。
图 1 生物腐植酸不同用量对甘草植株高度的影响
F ig. 1 Effect of BH S on t he height of Gly cy r rhiz a uralensis
注:图中不同大写字母表示各处理间差异显著( P < 0. 05)
Note: Different capital letters show signif icant dif f erences ( P< 0. 05)
2. 1. 2 生物腐植酸不同用量对甘草地上鲜重的影
响 由图 2可知, 不同施用量的生物腐植酸对甘草
单株地上鲜重具有显著影响。第 1年 ( 2007年)和
第 2年( 2008年) , 与对照和其他处理相比, 中量生
物腐植酸处理极显著地提高甘草单株地上鲜重( P
< 0. 01) ,而低量和高量生物腐植酸处理与对照无显
70
第 1期 于江等:生物腐植酸对甘草生物量和土壤腐殖质组分含量及土壤酶活性的影响
著差异。第 3年( 2009 年)中量( 450 kg hm- 2 )和
低量( 150 kg hm- 2 )生物腐植酸处理的单株地上
鲜重分别达到 137. 5 g 和 134. 7 g, 比对照高 6. 9%
和 4. 7% ,且差异达极显著水平( P< 0. 01) , 而高量
( 750 kg hm- 2 )生物腐植酸处理却与对照无显著
差异。表明适宜施用量的生物腐植酸对甘草地上鲜
重的提高具有明显的促进作用。
图 2 生物腐植酸不同用量对甘草单株地上鲜重的影响
F ig . 2 Effect o f BH S on the upland fr esh w eight
of Gly cy r rhiz a uralensis
注:图中不同大写字母表示各处理间差异极显著( P< 0. 01)水平,下同
Note: Dif ferent capital let ters show significant dif ferences
( P < 0. 01) , the same as below
2. 1. 3 生物腐植酸不同处理对甘草产量的影响
由图 3可知,在施入生物腐植酸后 3年的时间里, 不
同施用量生物腐植酸对甘草产量的影响均具有极显
著差异 ( P < 0. 01) , 产量依次为中量 ( 450 kg
hm - 2 ) > 高量 ( 750 kg hm - 2 ) > 对照> 低量 ( 150
kg hm- 2 )。中量和高量生物腐植酸处理的甘草产
量在第 3 年 ( 2009) 分别达到 18. 41 t hm - 2和
16. 67 t hm - 2 ,分别比对照增产 29. 1%和 16. 9%,
增产效果非常明显。而低量( 150 kg hm- 2 )生物
腐植酸处理却低于对照。由此表明,与植株高度和
单株地上鲜重相比,生物腐植酸对甘草产量的影响
更大,适宜施用量的生物腐植酸能够极显著提高甘
草产量。
综合来看, 低量( 150 kg hm- 2 )生物腐植酸主
要对甘草植株高度和地上鲜重的增加具有很好的促
进作用,但其抑制甘草根部的发育, 降低了甘草产
量;高量( 750 kg hm- 2 )生物腐植酸,对甘草植株
高度和地上鲜重没有显著影响, 但其对甘草根部发
育具有促进作用, 极显著地提高了甘草产量; 中量
( 450 kg hm- 2 )生物腐植酸既能显著提高甘草植
株高度( P< 0. 05) , 又能极显著增加地上鲜重和甘
草产量( P< 0. 01) ,是最佳处理。
图 3 生物腐植酸不同用量对甘草产量(干重)的影响
Fig . 3 Effect of BH S on the yield ( dry w eight )
o f Gly cy r rhiz a uralens is
2. 2 生物腐植酸对土壤腐殖质各组分含量的影响
由表 1可知,各生物腐植酸处理的土壤可提取
腐殖质碳含量均高于对照,且均与对照达到显著差
异( P< 0. 05) , 中量( 450 kg hm- 2 )生物腐植酸处
理最好,达到 4. 15 g kg- 1 ,比对照提高了 21. 0%;
各处理的土壤富里酸碳含量均高于对照, 中量和高
量( 750 kg hm- 2 )生物腐植酸处理与对照达到极
显著差异( P< 0. 01) , 分别比对照提高了 17. 4%和
26. 1% ,次低量( 300 kg hm- 2 )、次高量( 600 kg
hm- 2 )生物腐植酸处理与对照达到显著差异( P<
0. 05) , 低量生物腐植酸处理与对照差异不显著; 各
生物腐植酸处理的土壤胡敏酸含量均高于对照, 中
量和次高量生物腐植酸处理相当,比对照提高了25. 2%,
表 1 施用生物腐植酸对土壤腐殖质各组分含量的影响
Table 1 Effect of BH S on so il humus composition
and contents, g kg- 1
施用量
Applicat ion rate,
kg hm - 2
可提取腐殖质碳
Ext ractable humic
subs tance carbon
富里酸碳
Fulvic acid
carbon
胡敏酸碳
Humic acid
carbon
0 3. 43Ca 1. 84Cc 1. 59Cc
150 3. 86Ba 2. 00BCbc 1. 85ABab
300 3. 82Ba 2. 06Babc 1. 76Bbc
450 4. 15Aa 2. 16ABab 1. 99Aa
600 4. 10Aa 2. 12ABabc 1. 99Aa
750 4. 09Aa 2. 32Aa 1. 78Bb
注:同列数据比较, 不同大、小写字母分别表示各处理间差异显
著( P < 0. 05)、极显著( P < 0. 01) ,下同
Note: Different capital and smal l letters in the same column
sh ow signif icant diff er ences at the 0. 05 and 0. 01 levels, the s ame as
below
71
草 地 学 报 第 19卷
与对照、次低量和高量生物腐植酸处理达到极显著
差异( P< 0. 01)。由此可见, 施用生物腐植酸能够
提高土壤腐殖质各组分含量, 其中适宜施用量( 450
kg hm- 2 )的生物腐植酸,作用效果最好。
2. 3 生物腐植酸对土壤酶活性的影响
各生物腐植酸处理的脲酶活性均高于对照, 其
中中量( 450 kg hm- 2 )生物腐植酸处理最高, 与对
照达到显著差异( P< 0. 05) , 其余处理与对照差异
不显著,处理间差异也不显著(表 2) ; 各生物腐植酸
处理的碱性磷酸酶活性均高于对照,中量、次高量和
高量生物腐植酸处理均与对照达极显著差异 ( P<
0. 01) , 而其余处理差异不显著; 各生物腐植酸处理
的过氧化氢酶均高于对照, 低量( 150 kg hm- 2 )生
物腐植酸处理与对照达到显著差异 ( P< 0. 05) , 其
余处理均与对照达到极显著差异( P< 0. 01)。由于
过氧化氢酶活性的大小可以反映土壤抗逆性能的强
弱,还与土壤呼吸作用和土壤微生物活动息息相关,
是表征土壤生物特性的重要酶, 所以经生物腐植酸
处理后过氧化氢酶活性的提高表明, 土壤抗逆性能
得到很大提高,土壤健康状况逐渐改善。
表 2 施用生物腐植酸对土壤酶活性的影响
Table 2 Effect o f BH S on so il enzymatic activit ies
施用量
Appl ication rate
kg hm- 2
脲酶活性
U rease act ivity
m g kg- 1 3 h- 1
碱性磷酸酶活性
Alkaline ph osphotase act ivi ty
mg kg- 1 h- 1
过氧化氢酶活性
Catalas e act ivity
mL 0. 1 N KMnO 4 g- 1 20 m in- 1
0 118. 73Ba 21. 89Cb 3. 19Dd
150 161. 18ABa 24. 00BCab 3. 38Ccd
300 165. 37ABa 23. 67BCab 3. 54BCc
450 187. 12Aa 26. 33ABa 3. 62Bbc
600 158. 31ABa 27. 44Aa 3. 87Aa
750 171. 36ABa 27. 78Aa 3. 84Aab
2. 4 土壤腐殖质组分、土壤酶与主要养分指标的相关性
由表 3可知,土壤可提取腐殖质碳与全氮、有机
碳呈极显著正相关, 与碱解氮、速效钾呈显著正相
关,与土壤碳氮比呈显著负相关; 富里酸碳与碱解
氮、有机碳呈极显著正相关,与全氮、速效钾呈显著
正相关,与碳氮比呈较高程度负相关;胡敏酸碳与土
壤碳氮比呈较高程度负相关, 与其他养分指标呈一
定程度正相关, 但不显著。脲酶与全氮呈显著正相
关,与碳氮比呈显著负相关,与碱解氮、速效钾、有机
碳呈较高程度正相关; 碱性磷酸酶与全氮、有机碳呈
极显著正相关,与碱解氮、速效钾呈显著正相关; 过
氧化氢酶与全氮、有机碳呈极显著正相关, 与碱解
氮、速效磷呈较高程度正相关,与碳氮比呈较高程度
负相关。由此可见, 土壤腐殖质各组分和土壤酶与
土壤主要养分间具有明显相关性, 可作为评价土壤
修复效果的重要指标。
表 3 土壤腐殖质组成与土壤主要养分指标的相关性分析
T able 3 Cor relativ e coeff icient s betw een soil humus composition, soil enzymes and so il main nutr ient indices
项目
Item
全氮
T otalN
碱解氮
Availab leN
速效磷
AvailableP
速效钾
AvailableK
有机碳
Organic carb on
碳氮比
C/ N rat io
可提取腐殖质碳 Ext ractable humic subs tance carbon 0. 945** 0. 851* 0. 195 0. 842* 0. 930** - 0. 879*
富里酸碳 Fulvic acid carbon 0. 910* 0. 975** - 0. 291 0. 858* 0. 921** - 0. 758
胡敏酸碳 H umic acid carbon 0. 747 0. 507 0. 640 0. 614 0. 711 - 0. 778
脲酶 U rease act ivity 0. 826* 0. 799 0. 128 0. 769 0. 779 - 0. 841*
碱性磷酸酶 Alk aline phosp hotase act ivity 0. 928** 0. 871* 0. 013 0. 842* 0. 951** - 0. 666
过氧化氢酶 Catalase act ivity 0. 923** 0. 794 - 0. 048 0. 729 0. 921** - 0. 754
注: * 表示显著相关, ** 表示极显著相关; n= 6,下同
Note: * and ** mean signif icant dif f erences at 5% and 1% levels , respect ively; n = 6, the s am e below
如表 4所示,碱性磷酸酶与可提取腐殖质碳呈
极显著正相关, 脲酶、过氧化氢酶与可提取腐殖质碳
呈显著正相关。碱性磷酸酶、过氧化氢酶与富里酸
碳呈显著正相关,脲酶与富里酸碳呈较高程度正相
关, 3种酶均与胡敏酸碳呈较高程度正相关。由此
表明,施用生物腐植酸由于显著提高了土壤腐殖质
各组分含量,改善了土壤环境, 土壤酶活性增强, 从
而促进土壤腐殖质的形成, 实现良性循环。
72
第 1期 于江等:生物腐植酸对甘草生物量和土壤腐殖质组分含量及土壤酶活性的影响
表 4 土壤酶活性与土壤腐殖质各组分的相关系数
Table 4 Co rr elative coefficients betw een so il enzymes and humus composition
项目
Item
可提取腐殖质碳
Ext ractab le hum ic substance carb on
富里酸碳
Fulvic acid carbon
胡敏酸碳
H umic acid carbon
脲酶 U rease act ivity 0. 890* 0. 790 0. 750
碱性磷酸酶 Alk aline phosp hotase act ivity 0. 925** 0. 907* 0. 717
过氧化氢酶 Catalase act ivity 0. 877* 0. 884* 0. 659
3 讨论
3. 1 施用生物腐植酸对甘草生物量的影响
施用生物腐植酸对甘草植株高度、单株地上鲜
重和产量 3个方面的影响不尽相同,对单株地上鲜
重和产量的影响相对更大,尤其对产量的影响最大。
合适施用量( 450 kg hm- 2 )的生物腐植酸增产效
果最为显著,表明生物腐植酸对甘草的药用部分, 即
根部的生长发育具有极大的刺激作用。可能原因有
两点,一是适宜施用量的生物腐植酸改变了土壤养
分运移规律,使养分利用率增加,从而达到增产的目
的;二是适宜施用量的生物腐植酸刺激了土壤根瘤
菌等固氮微生物以及其他有益微生物的大量生长繁
殖,间接促进根系生长。深层次原因有待于进一步
研究。Mylonas 和 Mccants [ 16]的研究表明, 腐植酸
在低浓度( 0~ 100 mg L- 1 )的条件下能够显著增
加烟草( N icotiana tabacum )苗的根数和根长, 且作
用效果随浓度和培养时间增加而增强, 最适浓度为
75~ 100 mg L - 1 ,根长比对照增加 30%,而浓度超
过 500 mg L- 1时则出现明显的抑制作用。张燕
等[ 17]在盆栽条件下研究了氮素营养对 1年和 2 年
生乌拉尔甘草产量和质量的影响,结果表明在氮素
梯度试验中,当施氮量达到 0. 15 g L - 1时,氮的增
施对甘草主要生长、生理、产量和药效等指标均有良
好的促进作用, 以 0. 10~ 0. 15 g L - 1为最佳, 而超
过 0. 15 g L - 1时各指标均有不同程度的下降。因
此,外源物料的施用对作物产量和土壤功能来说存
在相对饱和点, 这也符合科学施肥原则中的报酬递
减律。目前肥料不合理施用是生产上普遍存在的问
题,肥料投入量较大, 而利用率较低,不合理的施肥
不仅造成资源的浪费,引起环境污染,而且会造成药
材产量下降,有效成分降低,甘草质量下降, 需引起
高度重视。此外,今后应对甘草的营养特征及需肥
规律以及甘草酸含量等进行考察,与土壤养分运移
规律相结合,揭示甘草增产的原因和机理,从而也更
能说明生物腐植酸的作用效果。
3. 2 施用生物腐植酸对土壤腐殖质组分含量及土
壤酶活性的影响
施用生物腐植酸可促进土壤腐殖质的积累,且
对土壤腐殖质各组分含量的提高具有明显的超补偿
效应。按生物腐植酸中 HEC 含量为 12%计算,施
用量为 450 kg hm - 2时提供的可提取腐殖质碳约
为 54 kg hm- 2 , 按耕层土壤重 22. 5 105 kg
hm- 2来算, 其本身对土壤 HEC的理论贡献量约为
0. 024 g kg- 1 , 施用量为 450 kg hm- 2的土壤可
提取腐殖质碳含量为 4. 15 g kg- 1 , 比对照土壤可
提取腐殖质碳含量 ( 3. 43 g kg- 1 ) 实际增加了
0. 72 g kg- 1 ,实际增加量比理论增加量多 30倍,
可见土壤可提取腐殖质碳的实际增加量远远大于生
物腐植酸自身可提取腐殖质碳的贡献量, 具有明显
的超补偿效应。同理, 按生物腐植酸中富里酸碳和
胡敏酸碳含量分别为 6%来算,其本身对土壤 FAC
和 HAC 的理论贡献量均为 0. 012 g kg- 1 , 施用
量为 450 kg hm- 2的土壤富里酸碳和胡敏酸碳含
量分别为 2. 16 g kg- 1和 1. 99 g kg- 1 , 比对照土
壤 FAC含量( 1. 84 g kg- 1 )和HAC含量( 1. 59 g
kg- 1 )实际增加了 0. 32 g kg- 1和 0. 57 g kg- 1 ,
超补偿效应更为明显。腐殖质的形成是土壤固碳的
重要过程,微生物发挥着非常重要的作用[ 4]。在今
后的研究中,应采用核磁共振( NMR)和 13 C 等技
术加强生物腐植酸对土壤腐殖物质结构和形成转化
影响的研究,并着力研究腐殖物质形成转化的微生
物学过程,阐明施用生物腐植酸后土壤腐殖质显著
增加的机理,以及引起超补偿效应的原因,从而为生
物腐植酸广泛应用于我国甘草产地土壤质量改善和
沙退化土壤修复提供更坚实的理论依据。
施用生物腐植酸显著提高了土壤腐殖质含量,
从而使腐殖质酶复合体的数量和稳定性显著增强,
这可能是土壤酶活性得以显著提高的主要原因[ 4]。
土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶是土壤碳、氮、
磷转化的直接参与者, 直接影响土壤的物质循环和
能量循环,以及植株对土壤中营养元素的吸收, 本试
73
草 地 学 报 第 19卷
验结果表明其与土壤主要肥力因子显著相关或极显
著相关,可以用来表征土壤肥力状况,这与众多学者
的研究结果一致 [ 18~ 21]。
4 结论
施用生物腐植酸能够显著提高新疆甘草生物量
(植株高度、单株地上鲜重和甘草产量)、甘草产地土
壤腐殖质各组分(可提取腐殖质碳、富里酸碳和胡敏
酸碳)含量以及土壤酶(脲酶、碱性磷酸酶和过氧化
氢酶)活性,最佳施用量为 450 kg hm- 2。在此施
用量条件下,实现了甘草产量提高和产地土壤质量
改善的双重目标。相关性分析表明土壤腐殖质各组
分、土壤酶与土壤其他主要养分指标具有很好的相
关性,可作为评价新疆产地土壤质量的重要指标。
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(责任编辑 李美娟)
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