環(huán)境管理_施氮措施對(duì)旱作玉米地土壤酶活性及co2排放量的影響

目錄 1.緒論.1 1.1 研究目的和意義1 1.2 土壤酶研究進(jìn)展1 1.3 土壤酶活性的綜述2 1.4 土壤酶活性影響因子3 1.4.1 土壤狀況與土壤酶活性3 1.4.2 土壤微生物、土壤動(dòng)物與土壤酶活性.5 1.4.3 農(nóng)業(yè)耕作措施與土壤酶活性5 1.4.4 植物生長(zhǎng)與土壤酶活性.7 1.5 土壤 CO2 排放研究進(jìn)展7 1.6 CO2排放研究方法9 1.6.1 箱法9 1.6.2 微氣象法.10 2.試驗(yàn)內(nèi)容.10 2.1 試區(qū)概況10 2.2 試驗(yàn)試劑與器材10 2.2.1 供試材料.10 2.2.2 試驗(yàn)器材.10 2.2.3 試驗(yàn)試劑.10 2.3 試驗(yàn)設(shè)置11 2.4 測(cè)定方法11 2.5 數(shù)據(jù)處理12 3.結(jié)果與分析.12 3.1 不同施氮措施對(duì)土壤酶活性的影響12 3.1.1 不同施氮措施對(duì)土壤脲酶活性的影響.12 3.1.2 不同施氮措施對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響.13 3.1.3 不同施氮措施對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響.14 3.2 不同施氮措施對(duì)土壤 CO2 排放量的影響15 3.3 土壤酶活性與土壤 CO2 排放量相關(guān)性17 4結(jié)論與討論.18 4.1 不同施氮措施對(duì)土壤酶活性的影響18 4.1.1 不同施氮措施對(duì)土壤脲酶活性的影響18 4.1.2 不同施氮措施對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響.18 4.1.3 不同施氮措施對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響.19 4.2 不同施氮措施對(duì)土壤 CO2 排放量的影響20 4.3 土壤酶活性與土壤 CO2 排放量相關(guān)性20 參考文獻(xiàn)：.21 附錄：.24 致謝：.34 施氮措施對(duì)旱作玉米地土壤酶活性及 CO2排放量的影響 作者：韓松 指導(dǎo)老師：廖允成 摘 要：為研究不同氮肥種類以及氮肥施用量對(duì)旱作玉米地土壤酶活性與 CO2排放量的關(guān)系， 本研究設(shè)置了 9 個(gè)處理，速效氮肥采用尿素（N）=46%，施氮量為 80 kg/hm2（N1）、160 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）、320 kg/hm2（N4），緩釋氮肥 （N）=44.6%，施肥量為 80 kg/hm2（SR1）、160 kg/hm2（SR2）、240 kg/hm2（SR3）、320 kg/hm2（SR4），不施氮肥處理為 對(duì)照（CK）。 對(duì)施用速效氮肥(尿素)和緩釋氮肥的旱作夏玉米地土壤酶活性及 CO2排放量進(jìn)行分析。結(jié)果表 明，與不施肥處理比較，不同氮肥種類和施用量均可顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性 和 CO2的排放量。在整個(gè)生育期，尿素與緩釋氮肥處理土壤酶活性和土壤 CO2排放量表現(xiàn)出相同 變化趨勢(shì)，尿素和緩釋氮肥處理土壤 CO2平均排放量分別為 459.12 mgm-2h-1和 427.11 mgm-2h- 1，兩者達(dá)到顯著差異水平（P麥稈草木樨：對(duì)脲酶活性和磷酸酶活性的影響為草木樨玉 米秸稈麥秸。與對(duì)照相比，化肥的施用也提高了土壤酶活性，但幅度較小。而施用化 肥提高土壤酶活性的原因，是由于化肥能促進(jìn)作物根系代謝，使根系分泌物增多，微 生物繁殖加快，從而提高土壤酶活性。袁玲等對(duì)水稻土的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)、無機(jī)肥配 合施用能提高土壤中轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶的活性，而對(duì)過氧化氫酶的影響 較小，其中土壤蛋白酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶的活性與土壤NH4-N和有機(jī)質(zhì)含量，土壤磷酸 酶的活性與土壤有機(jī)磷和有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著或顯著正相關(guān)。李科江等在半干旱區(qū)進(jìn) 行的施肥對(duì)土壤酶活性影響的研究表明，施肥處理土壤的酶活性與對(duì)照相比，均有不 同程度地提高，尤其對(duì)脲酶和蔗糖酶的影響最大，綠肥對(duì)土壤酶活性的影響最大35。 馮銳的研究結(jié)果表明，施肥、尤其是有機(jī)肥+化肥與不施肥相比，能夠極顯著或顯著地 提高土壤中堿性磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶的活性，有機(jī)肥+化肥比單施化肥更顯著地 提高了酶的活性36。關(guān)連珠對(duì)棕壤土和潮棕壤土農(nóng)田的研究表明，施用有機(jī)肥的各處 理，過氧化氫酶活性可提高1015，施用化肥處理則降低36，轉(zhuǎn)化酶的效 果也較明顯，施用有機(jī)肥各處理增加幅度為4090，化肥處理和對(duì)照減少21 l，脲酶活性變化最大，施用有機(jī)肥各處理增加140230，化肥處理雖有增加趨 勢(shì)(15)，但增幅很小，對(duì)照處理則有所下降，下降幅度為218，施有機(jī)肥 各處理的磷酸酶活性亦有所增加，但與化肥相比增加不甚明顯。總之，長(zhǎng)期施用有機(jī) 肥或化肥均可提高土壤中各種酶的活性，其中脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶等 增加較多，而且有機(jī)肥、無機(jī)肥配施的效果最佳37。 （3）灌溉 灌溉能改善土壤的水分狀況，也能改善土壤的其他性質(zhì)，如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的移動(dòng)性和 微生物的活動(dòng)等。Xasvlee(1982)對(duì)淋溶黑鈣土的研究表明，在所有的耕作處理里，灌 溉均增強(qiáng)了土壤的酶活性。灌溉后的土壤酶活性的增強(qiáng)是因?yàn)槲⑸锏纳顒?dòng)得到 了改善。在O2的吸收和CO2的泌出速率間存在著顯著的相關(guān)。 1.4.4 植物生長(zhǎng)與土壤酶活性植物生長(zhǎng)與土壤酶活性 植物的生活以葉的光合作用和根的養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ)，而土壤養(yǎng)分變化與酶促作用 有關(guān)。所以，土壤酶與植物生長(zhǎng)之間存在密切聯(lián)系。主要表現(xiàn)為土壤有效養(yǎng)外的釋放 與植物干物質(zhì)積累的聯(lián)系；不同溫、濕度條件下，土壤生化過程強(qiáng)度與植物生育的協(xié) 調(diào)性；酶活性對(duì)植物根系的依賴性；土壤酶動(dòng)態(tài)變化與土壤生產(chǎn)力的關(guān)系等方面。 （1）作物生育期時(shí)酶活性 作物不同生育時(shí)期氣候條件有異，土壤酶活性變化較大，但它們之間存在一定的 關(guān)系。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所的研究結(jié)果表明，種植冬小麥的褐土酶活性變 化趨勢(shì)為：小麥前期到成熟期，脲酶活性、蛋白酶活性變化趨勢(shì)基本一致，越冬期與 收獲后期酶活性最低，幼苗期活性稍高。尿酶、蛋白酶活性迅速增強(qiáng)，最高都在三月 內(nèi)，從拔節(jié)到開花期均逐漸下降。蔗糖酶活性自幼苗期迅速上升后，從越冬到開花均 處在較高活性水平，成熟期下降，以后稍有回升。表明冬小麥整個(gè)生育時(shí)期與土壤酶 活性密切相關(guān)。陳恩風(fēng)等的研究結(jié)果表明，蔗糖酶活性隨作物生長(zhǎng)而增強(qiáng)，至作物生 育盛期達(dá)最大值，而后趨于減弱。關(guān)松蔭研究潮土過氧化氫酶活性發(fā)現(xiàn)，在冬小麥生 育旺盛階段酶活性最高。曾路生等38研究表明：水稻不同生育期土壤脲酶活性表現(xiàn)出 先升后降，而酸性磷酸酶和脫氫酶活性則表現(xiàn)出先降后升再降的變化規(guī)律。脲酶及酸 性磷酸酶活性在水稻移栽后30d左右形成峰值，而脫氫酶活性則在50d左右形成峰值， 且在水稻不同生育階段差異顯著。 （2）土壤酶活性與作物生產(chǎn)力關(guān)系 土壤酶活性與作物生育有很好的協(xié)調(diào)性，那么酶活性與土壤生產(chǎn)力之間存在的聯(lián) 系是怎樣的呢?多數(shù)研究者指出，土壤酶活性的變化與土壤生產(chǎn)力存在較好的相關(guān)性。 酶活性狀況較好的土壤生化過程較活躍，生產(chǎn)性能也較好。一些研究者發(fā)現(xiàn)，土壤磷 酸酶與作物產(chǎn)量之間存在正相關(guān)關(guān)系。土壤磷酸酶活性、有機(jī)磷含量與馬鈴薯產(chǎn)量之 間的相關(guān)分析指出，土壤磷酸酶活性和有機(jī)磷含量之間，馬鈴薯產(chǎn)量與有機(jī)磷之間， 馬鈴薯產(chǎn)量與磷酸酶活性之間均具有很好的相關(guān)性。認(rèn)為土壤磷酸酶可做為衡量土壤 有效肥力水平及土壤生產(chǎn)性能的指標(biāo)之一。 1.5 土壤 CO2排放研究進(jìn)展 太陽(yáng)輻射被大氣層中的溫室氣體吸收，很大一部分輻射能又返回到地球表面，從 而導(dǎo)致全球溫度上升，這稱為溫室效應(yīng)。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為溫室效應(yīng)是造成全球變暖的 重要原因。工業(yè)革命以來，人類活動(dòng)對(duì)生物圈的影響已由區(qū)域擴(kuò)展到全球。人口的增 加、土地利用和覆蓋的變化、化石燃料的燃燒、環(huán)境污染的加劇，導(dǎo)致大氣中 CO2、N2O和CH4等溫室氣體的濃度逐年增加。大氣中不斷增多的CO2是導(dǎo)致全球變暖的 主要原因。 工業(yè)革命以來，溫室效應(yīng)引起的全球氣候變暖問題是21世紀(jì)人類面對(duì)的最大生態(tài) 問題。全球氣候變暖不僅對(duì)全球生態(tài)環(huán)境造成巨大的影響，還對(duì)世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展 甚至人類的生存環(huán)境產(chǎn)生了一系列不利影響，而且這種影響是全球性的，同時(shí)也將是 長(zhǎng)期性的。中國(guó)是目前世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，同時(shí)也是世界上僅次于美國(guó)的第二 大CO2排放國(guó)家。因此研究中國(guó)的CO2排放問題，不僅有利于中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展，而且 對(duì)緩和全球氣候變暖也有重要意義。影響土壤二氧化碳排放的因素有： （1）土壤微生物 土壤微生物直接或間接影響著土壤CO2的排放。有研究表明土壤微生物呼吸約占土 壤總呼吸的50。土壤微生物量與土壤呼吸速率有明顯的正相關(guān)關(guān)系39。溫度和降水 等氣候因素通過控制土壤的養(yǎng)分供給、數(shù)量等影響土壤微生物呼吸作用；土壤環(huán)境、 水分、重金屬、農(nóng)藥也直接或間接影響微生物呼吸。 （2）植物 植物根系呼吸在土壤呼吸中占很大比例，根系生物量大的土壤，其土壤呼吸速率 也較大。土壤因子、氣候因子、人為干擾等都會(huì)通過影響根系呼吸而影響土壤呼吸。 在作物不同的生長(zhǎng)階段，干系呼吸的強(qiáng)度也不同：在生長(zhǎng)旺盛的階段，根系生物量也 相應(yīng)增加，根系呼吸在土壤呼吸中的比重也較高40；葉面積也影響了土壤呼吸，它是 通過影響植物覆蓋下的土壤濕度、溫度而直接影響土壤呼吸。Raich等發(fā)現(xiàn)，近熟林土 壤呼吸與凋落物呈正比例。在德國(guó)東部斐克特高原的挪威云杉林中，移除凋落物層后 土壤呼吸明顯減弱42。 （3）土壤溫度 土壤溫度可以驅(qū)動(dòng)土壤呼吸，大量研究表明，溫度升高會(huì)促進(jìn)土壤CO2的排放43,44。 土壤溫度通過影響微生物活性、植物生長(zhǎng)、有機(jī)質(zhì)分解等影響土壤呼吸。但也有學(xué)者 認(rèn)為CO2的通量與溫度的關(guān)系不大，而是受到光照的影響較大45。 （4）土壤水分 野外試驗(yàn)證明農(nóng)田土壤CO2的排放不能單一的用土壤溫度的影響來解釋，土壤含水 量對(duì)土壤呼吸同樣存在很大影響。土壤水分主要影響土壤氧化還原電位(Eh)、pH、土 壤空隙度、溫室氣體的擴(kuò)散速率、植物生長(zhǎng)、微生物活性等，進(jìn)而影響土壤呼吸。 Subke等的研究發(fā)現(xiàn)，濕度是影響土壤CO2排放的重要非生物因素之一46。Chimner等 人發(fā)現(xiàn)在一定水分含量范圍內(nèi)，CO2排放量與水分呈極顯著相關(guān)。 （5）土壤有機(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)是土壤呼吸的碳源，對(duì)土壤溫室氣體排放有重要影響。土壤活性有機(jī) 碳是微生物生長(zhǎng)的速效基質(zhì)，其含量高低直接影響土壤微生物活性，從而影響溫室氣 體的排放。張金波等的研究證明，土壤有機(jī)碳的結(jié)構(gòu)和數(shù)量是影響土壤呼吸溫度敏感 性的重要因素47。 （6）土壤pH 土壤pH通過影響土壤微生物的活動(dòng)、土壤有機(jī)質(zhì)及作物根系的生長(zhǎng)等影響土壤呼 吸。一般認(rèn)為，pH值為68時(shí)，土壤微生物活性最強(qiáng)48。土壤pH是通過酸化累積過程 導(dǎo)致土壤養(yǎng)分元素含量的差異影響CO2的排放，所以pH并不是直接影響土壤呼吸的因 素49,50。 （7）人類活動(dòng) 人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)田土壤呼吸有巨大的影響，主要包括化肥的施用、耕作方式、土地 利用方式、灌溉等。他們通過影響土壤的非生物及生物因子而影響土壤呼吸。這些影 響因子之間不是獨(dú)立存在的，多個(gè)因子之間相互影響，共同作用。所以在研究土壤呼 吸時(shí)應(yīng)考慮因子的綜合作用，這也是研究土壤呼吸過程中的難點(diǎn)。 1.6 CO2排放研究方法 最早對(duì)土壤二氧化碳測(cè)定的報(bào)道可追溯到Boussingault和Lewy于1853年所發(fā)表的文 章，他們采用了氫氧化鋇溶液吸收土壤空氣中的二氧化碳。在其后的100多年，測(cè)定方 法主要依靠在此基礎(chǔ)上的化學(xué)吸收和物理氣壓計(jì)量測(cè)定，盡管在土壤化學(xué)和土壤生物 化學(xué)方面進(jìn)行了努力，其靈敏度問題仍然無法解決。到20世紀(jì)50年代末，氣相色譜(GC)方 法的發(fā)明以及在土壤學(xué)方面的廣泛應(yīng)用，極大地提高了土壤CO2測(cè)定的靈敏度，相繼發(fā) 明了以渦度相關(guān)技術(shù)為核心的微氣象學(xué)方法、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)箱法等方法。隨著現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展，土壤二氧化碳測(cè)定從單一化學(xué)方法，到化學(xué)一物理一生態(tài)學(xué)的多方位、 多角度的測(cè)定方法，都有長(zhǎng)足的進(jìn)展。在諸多的測(cè)定方法和設(shè)備、裝置中，應(yīng)用比較 廣泛的土壤二氧化碳通量原位測(cè)定方法有微氣象學(xué)方法和箱法。 1.6.1 箱法箱法 箱法的工作原理是用特制采樣箱罩在一定面積的土壤及其植物上方，并隔絕箱內(nèi) 外氣體的自由交換，測(cè)定箱內(nèi)空氣中被測(cè)溫室氣體隨時(shí)間的變化，并據(jù)此計(jì)算得到該 氣體的交換通量。箱法測(cè)定(chamber method)包括靜態(tài)(static)和動(dòng)態(tài)(dynamic)箱法。 （1）靜態(tài)箱一堿液吸收法 是一種應(yīng)用最早的化學(xué)方法。把盛有堿溶液的容器敞口置于一個(gè)下端開口的樣品 箱里，快速密封樣品箱，扣在待測(cè)樣地上，一段時(shí)間后拿出做酸堿滴定，計(jì)算土壤CO2 通量。 （2）靜態(tài)箱一氣相色譜法 即用密封的箱子在野外收集二氧化碳，用注射器采集氣體樣品，拿回到實(shí)驗(yàn)室用 氣相色譜(GC)測(cè)定CO2的濃度，進(jìn)而推算此時(shí)此地的土壤二氧化碳通量。 （3）靜態(tài)箱一紅外線法 即用密封的箱子在野外收集CO2，用注射器采集氣體樣品，拿回到實(shí)驗(yàn)室用紅外線 氣體分析儀測(cè)定CO2的濃度或者直接在野外測(cè)定土壤CO2通量。 （4）動(dòng)態(tài)箱法 又稱開放箱法，其工作原理是用不含CO2或已知CO2，以一定的速率從覆蓋在土壤 表面的箱體，經(jīng)過紅外線氣體分析儀測(cè)量其中氣體的CO2含量，根據(jù)進(jìn)出箱體的CO2濃 度差，計(jì)算土壤CO2通量。 1.6.2 微氣象法微氣象法 微氣象學(xué)測(cè)定方法(micrometeorological method)是建立在氣象學(xué)基礎(chǔ)上的微型化氣 象測(cè)定方法。它根據(jù)氣溫、地溫、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、降雨量等氣象因子來推算 CO2通量，要求建立觀測(cè)站，包括觀測(cè)塔和相關(guān)的氣象觀測(cè)儀器和設(shè)備，代價(jià)昂貴，需 要維護(hù)，適于大范圍、中長(zhǎng)期定位觀測(cè)，對(duì)于土壤CO2通量的測(cè)定相對(duì)比較間接。 2.試驗(yàn)內(nèi)容 2.1 試區(qū)概況 本試驗(yàn)于2010年在西北農(nóng)林科技大學(xué)標(biāo)本區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)田處于北緯34o21，東經(jīng) 108o10，海拔525 m，年均日照時(shí)數(shù)2196 h，年均氣溫1214 ，年均降水量580.5 mm，屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候。試驗(yàn)田土壤為壤土，pH值7.30，土層深厚，通氣良好， 020 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)12.19 g/kg、全氮1.43 g/kg、速效磷18.12 mg/kg、速效鉀 120.64 mg/kg。 2.2 試驗(yàn)試劑與器材 2.2.1 供試材料供試材料 供試品種為巡天19號(hào)。 2.2.2 試驗(yàn)器材試驗(yàn)器材 GXH-3010E1型便攜式紅外CO2氣體分析儀、分光光度計(jì)、水浴鍋、土鉆、土壤篩、 天平、試管、分液漏斗、移液管、三角瓶、滴定管等。 2.2.3 試驗(yàn)試劑試驗(yàn)試劑 檸檬酸鹽緩沖液、苯酚鈉溶液、次氯酸鈉顯色劑、磷酸緩沖液、甲苯、堿性硫酸 銅溶液、Na2S2O3溶液、0.1mol/L的KMnO4溶液等。 2.3 試驗(yàn)設(shè)置 本試驗(yàn)地前茬作物為冬小麥，旋耕處理后設(shè)置9個(gè)處理，不施氮肥處理為對(duì)照 （CK）；緩釋氮肥由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)胡樹文教授提供，緩釋氮肥 (（N）=44.6%)，施 肥量分別為80 kg/hm2（SR1）、160 kg/hm2（SR2）、240 kg/hm2（SR3）、320 kg/hm2（SR4）；速效氮肥采用尿素（N）=46%，施氮量分別為80 kg/hm2（N1）、 160 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）、320 kg/hm2（N4）。上述各處理均一次性施入 過磷酸鈣（P2O5）16%750 kg/hm2作底肥，施氮量均為純氮、磷量。 小區(qū)面積6 m9 m=54 m2，播量90 kg/hm2，行距60 cm。6月20日播種，10月15日 收獲。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。整個(gè)生育期全部為旱作，不進(jìn)行人工澆水，其他管理 措施同當(dāng)?shù)剞r(nóng)田。 2.4 測(cè)定方法 2.4.1 酶測(cè)定酶測(cè)定 每小區(qū)采用S形取樣法隨機(jī)取5點(diǎn)，分別于2010-07-12（苗期）、2010-08-12（拔節(jié) 期）、2010-08-22（抽雄期）、2010-09-15（開花期）、2010-10-11（成熟期）進(jìn)行田 間取樣，用土鉆取020 cm層土樣，土樣經(jīng)風(fēng)干后過1 mm土壤篩。然后進(jìn)行蔗糖酶、 土壤脲酶和過氧化氫酶活性測(cè)定， 脲酶采用奈氏比色法測(cè)定。以尿素溶液和甲苯做培養(yǎng)液，用pH6.7的檸檬酸鹽做緩 沖液，37下培養(yǎng)24h后用1.35mol/L苯酚鈉溶液和0.9次氯酸鈉做顯色劑，在721分光 光度計(jì)上于波長(zhǎng)578nm處進(jìn)行比色，酶活性用NH3-N的mg/g土表示。 蔗糖酶采用硫代硫酸鈉滴定法測(cè)定。用pH5.5的磷酸緩沖液和甲苯做培養(yǎng)液，培養(yǎng) 24h后用堿性硫酸銅溶液做顯色劑，再通過水浴鍋加熱，然后用Na2S2O3滴定，酶活性 用土壤中葡萄糖mg/g土表示。 過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定。加入過氧化氫反應(yīng)劑，振蕩30min后立即加 入硫酸以阻止其反應(yīng)，隨后用0.1mol/L的KMnO4滴定，過氧化氫酶活性用消耗高錳酸 鉀的數(shù)量mL/g土表示。 2.4.2 土壤土壤CO2排放量測(cè)定排放量測(cè)定 CO2排放量采用GXH-3010E1型便攜式紅外CO2氣體分析儀測(cè)定51，播種后把大蓋 和底座嵌入土壤內(nèi)5 cm，外圍填土、打平，在每個(gè)取樣點(diǎn)固定一個(gè)底座。觀測(cè)時(shí)，按 要求把進(jìn)出氣管與儀器相連，開啟主機(jī)測(cè)定樣點(diǎn)起始CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后擰緊小蓋，接 通風(fēng)扇電源，使容器內(nèi)氣體混合。一定時(shí)間后，記錄樣點(diǎn)的即時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在取土樣 當(dāng)天測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為9:0011:00。CO2排放速量由氣腔內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間的變化率計(jì) 算得出，計(jì)算公式為：F=A(X2-X1) H/t，式中F為土壤二氧化碳排放速量mgm-2h-1； H為容器高（m）；X1、X2分別為測(cè)定時(shí)二氧化碳初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)和二氧化碳測(cè)定時(shí)的即 時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg/kg）；t為測(cè)定時(shí)間變化（h）。 2.5 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)用Excel和SPSS17.0軟件分析。 3.結(jié)果與分析 3.1 不同施氮措施對(duì)土壤酶活性的影響 3.1.1 不同施氮措施對(duì)土壤脲酶活性的影響不同施氮措施對(duì)土壤脲酶活性的影響 由圖3.1可知，不同的生育時(shí)期，各處理脲酶活性有差異。苗期土壤脲酶活性較低， 對(duì)照處理CK脲酶活性為0.26mg/g，處理組N1最低，為0.27mg/g，其次為N3，為 0.28mg/g。處理組N2脲酶活性最高，達(dá)到0.50mg/g，其次是SR1，為0.47 mg/g。從苗期 到拔節(jié)期，脲酶活性迅速增高，拔節(jié)期脲酶活性達(dá)到最大值，其中N4處理脲酶活性最 高，達(dá)到1.42mg/g；其次是SR4處理，脲酶活性達(dá)1.39mg/g。拔節(jié)期后脲酶活性逐漸下 降。至抽雄期N4脲酶活性最高，達(dá)到1.18 mg/g，其次是SR4處理，達(dá)到1.12 mg/g。除 對(duì)照組CK外，抽雄期脲酶活性最低是N1（0.49mg/g），其次是SR1（0.60mg/g）。開 花期脲酶活性最高的是SR4，達(dá)到0.83mg/g；最低為N4（0.75mg/g）。成熟期脲酶活性 最高的是SR2（0.89mg/g），其次是SR4（0.88mg/g）；除對(duì)照組外N4脲酶活性最低， 僅為0.75mg/g。 由此可以看出，不同施氮措施對(duì)夏玉米全生育期脲酶活性都有較大影響。經(jīng)方差分 析可知，不同施氮措施下，脲酶平均活性較對(duì)照組顯著提高（P0.05）。另外，拔節(jié)期緩釋氮肥處理土壤脲酶活性高于 等量氮素的尿素處理，其它4個(gè)生育期均低于緩釋氮肥處理。 脲酶活性增加的原因可能是脲酶反應(yīng)底物的濃度升高，施入肥料后，由于肥料中所 含N素為尿素，土壤中氫氧化銨濃度升高，土壤有機(jī)質(zhì)增加，提高了水溶性有機(jī)質(zhì)含量， 脲酶活性也隨之提高。 表3.1 不同施氮措施土壤酶活性及CO2排放量的平均值 處理 脲酶 /（mg/g） 蔗糖酶 /（mg/g） 過氧化氫酶 /（mL/g） CO2排放量 /（mgm-2h-1） CK0.47b12.33b1.66b322.54a N10.69a19.56a2.45a420.2d N20.76a17.23ab2.47a429.4c N30.76a17.40ab2.49a434.76bc N40.92a17.57ab2.19a438.02b SR10.72a18.96ab2.39a399.62f SR20.72a20.87a2.52a406.78ef SR30.80a17.04ab2.49a409.52e SR40.91a23.44a2.33a411.86e 圖 3.1 不同施氮措施對(duì)脲酶活性的影響 3.1.2 不同施氮措施對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響不同施氮措施對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響 由圖3.2 可知，尿素和緩釋氮肥處理，蔗糖酶活性在夏玉米全生育期內(nèi)起伏變化較 大，蔗糖酶活性在整個(gè)生育期變化趨勢(shì)大致表現(xiàn)為苗期到抽雄期酶活性逐漸升高，開 花期降低，成熟期又迅速升高并達(dá)到最大值，其中SR4處理達(dá)到最大值為36.62 mg/g。 苗期N1處理蔗糖酶活性最大，達(dá)到12.23 mg/g，最小為N4處理，5.26 mg/g。拔節(jié)期SR2 處理酶活性最大，達(dá)到18.93 mg/g，其次是N3處理，為17.48 mg/g；除對(duì)照組CK，N2 處理蔗糖酶活性最小。僅達(dá)到13.31 mg/g。至抽雄期蔗糖酶活性略有回升，其中SR4處 理活性最大。達(dá)到32.89 mg/g，其次為SR2處理，達(dá)到29.79 mg/g。抽雄期除CK外，N4 處理蔗糖酶活性最小，僅為21.23 mg/g。開花期蔗糖酶活性回落，SR3處理蔗糖酶活性 僅為8.19 mg/g，并低于對(duì)照組CK的12.43 mg/g；蔗糖酶活性最大的是N1處理，達(dá)到 15.06 mg/g。至成熟期蔗糖酶活性達(dá)到最大值，N4處理酶活性達(dá)到最大值36.62 mg/g， 除對(duì)照組CK外N2處理蔗糖酶活性最低，為26.64 mg/g。 由圖3.1可知，各處理蔗糖酶活性較對(duì)照組CK均發(fā)生明顯變化，各生育期蔗糖酶活 性均表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。經(jīng)方差分析，各處理土壤蔗糖酶平均活性較對(duì)照組均達(dá)到顯 著差異水平（P抽雄期開花期 苗期成熟期。苗期CO2排放量較低，對(duì)照組CO2排放量最少，僅為246.0mgm-2h-1,其 次為SR1處理，排放量為272.1mgm-2h-1。N4處理CO2排放量最高，達(dá)到294.2mgm-2h- 1。拔節(jié)期CO2排放量達(dá)到峰值，其中N4處理排放量最高，達(dá)到629.9mgm-2h-1；除對(duì) 照組外SR1處理CO2排放量最低，僅為589.2mgm-2h-1。抽雄期CO2排放量開始逐漸下降， 最大值出現(xiàn)在N4處理，達(dá)到542.3mgm-2h-1，SR1處理CO2排放量最小，為480.9mgm- 2h-1。開花期CO2排放進(jìn)一步降低，N4處理排放量最大，達(dá)到441.7mgm-2h-1。抽雄期 土壤CO2排放量最低。 分析9個(gè)處理CO2平均排放量（表3.2），對(duì)照組CO2排放量最低，僅為322.5 mgm- 2h-1；N4處理CO2排放量最高，達(dá)到438.0mgm-2h-1。不同處理CO2排放量順序?yàn)?CKSR1SR2SR3SR4N1N2N3N4。整個(gè)夏玉米生長(zhǎng)季尿素處理和緩釋 氮肥處理土壤CO2 平均排放量分別為459.12mgm-2h-1 和427.11 mgm-2h-1，兩者達(dá)到顯 著差異水平（P0.05）。另外，拔節(jié)期緩釋氮肥處理土壤脲 酶活性高于等量氮素的尿素處理，其它4個(gè)生育期均低于緩釋氮肥處理。 從苗期到拔節(jié)期土壤脲酶活性逐漸升高，至拔節(jié)期達(dá)最大值，而后逐漸下降。這 與張志棟53、沈宏54等研究結(jié)果基本一致。脲酶活性增加原因可能是脲酶反應(yīng)底物的 濃度升高，施入肥料后，由于肥料中所含N素為尿素，土壤中氫氧化銨濃度升高，土壤 有機(jī)質(zhì)增加，提高了水溶性有機(jī)質(zhì)含量，脲酶活性也隨之提高。 除拔節(jié)期外，相同施氮量緩釋氮肥處理脲酶活性高于尿素處理，這是因?yàn)槟蛩貫?速效肥，養(yǎng)分釋放較快，可以很好解決拔節(jié)期供肥不足的問題，但后期會(huì)出現(xiàn)“脫肥” 的現(xiàn)象。而緩釋氮肥處理在整個(gè)生育期脲酶活性都保持較高水平，尤其是在吐絲和成 熟期緩釋氮肥處理酶活性整體水平高于尿素處理，說明緩釋氮肥能較好緩解作物生長(zhǎng) 與肥料短缺的矛盾。 4.1.2 不同施氮措施對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響不同施氮措施對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響 蔗糖酶廣泛地存在于所有的土壤中，參與碳水化合物的轉(zhuǎn)化，能裂解二糖分子中 果糖基的-葡萄糖苷碳原子處的鍵，使蔗糖水解成植物和微生物能利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 是表征土壤的碳素循環(huán)和土壤生物化學(xué)活性的重要酶。在各個(gè)處理中，蔗糖酶的活性 為5.2636.62mg/g-1。 尿素和緩釋氮肥處理，蔗糖酶活性在夏玉米全生育期內(nèi)起伏變化較大，蔗糖酶活 性在整個(gè)生育期變化趨勢(shì)大致表現(xiàn)為苗期到抽雄期酶活性逐漸升高，開花期降低，成 熟期又迅速升高并達(dá)到最大值，其中SR4處理達(dá)到最大值36.62 mg/g-1。 本研究表明，各處理蔗糖酶活性較對(duì)照組CK均發(fā)生明顯變化，各生育期蔗糖酶活 性均表現(xiàn)出提高的趨勢(shì)。方差分析表明，各處理土壤蔗糖酶平均活性較對(duì)照組均達(dá)到 顯著差異水平（P苗期抽 雄期開花期成熟期，這與韓廣軒等研究結(jié)果一致。拔節(jié)期尿素處理CO2排放量高于 相同施氮量緩釋氮肥。拔節(jié)期為作物生長(zhǎng)盛期，施肥土壤CO2排放量顯著高于不施肥處 理，這是由于施肥增加了土壤養(yǎng)分供給，促進(jìn)作物根部和地上部分生長(zhǎng)，根系呼吸旺 盛，增加了土壤CO2排放量，這與張志棟等研究結(jié)果相符。開花期土壤CO2排放量低于 抽雄期，這與開花期田間積水有關(guān)，Lambers等研究結(jié)果也表明，田間積水會(huì)抑制植物 的根系呼吸，降低土壤CO2排放量。 4.3 土壤酶活性與土壤 CO2排放量相關(guān)性 本研究表明，土壤蔗糖酶活性平均值與CO2 排放量達(dá)到顯著正相關(guān)（P G25 CK, and the acid phosphatase activities in the rhizosphere soil of G25 and G88 were increased by 8.92% - 56.00% and 5.36% - 77.50% respectively compared with that of the control. During the stages after Nov.1, the activity of acid phosphatase in rhizosphere soil of G88 was significantly higher than that of control. while the activity acid phosphatase in rhizosphere soil of G25 after the December 1 were significantly higher than that of control On Jan. 1, the activity of acid phosphatase in rhizosphere soil of G88 was significantly higher than that of G25. The catalase activity in rhizosphere soil of the two different varieties of garlic was higher tha- n that of control at the growth stages, which were increased by 6.00% - 63.89% and 8.00% - 69.44% respectively. Where in the difference in catalase activities between G88 and control at the same periods except Oct. 1 and Nov. 1 reached significance level, while the calalase activ ity in the rhizosphere soil of G25 was significantly higher than that of control only on Jan.1 and Feb.1.In addition, the difference in catalase activity between the two garlic cultivars was not significant, indicating that the effects of the two garlic cultivars on catalase activity were the same. Discussions Effect of garlic root exudates on rhizosphere microorganisms In a real environment, the soil microecosystem consisted of plant soil rhizosphere microorganisms is extremely complex. However, in the context of the same soil, the microbial number in garlic rhizosphere soil was much higher than that of control, which possibly was due to that the root exudates could supply energy for rhizosphere microorganisms,thereby to influence the number and species of rhizosphere microorganisms. The differences in microorganism number and enzyme activities in rhizosphere soil caused by the different garlic varieties were closely related to the amount and types of root exudates17- 18. The results showed that the root exudates of two varieties of gar lic had greater promotion effect on bacteria and actinomycetes than fungi, and promotion effect of G88 was greater than that of G25. Besides, it could be concluded that the changes in microorganisms in the rhizosphere soil were obv iously affected by the unique root exudates of the garlic var iety. Throughout the whole experimental per iod, the numbers of rhizosphere bacteria, actinomycetes and fungi of the two garlic cultivars showed the same trend of low-high-low, while bacteria, actinomycetes and fungi number in the control soil were generally reduced. The increase of the microorganism number in the treatment groups in the ear ly stage could be due to that the early stage was the per iod of higher rooting percentage, during which, the physiological metabolic was active and the release of root exudates was more, which in evitably influenced the rhizospheremicroorganisms.And all the microorganisms showed decrease trend in the later period, possibly related to the reducing temperature of the environment. So, it could be concluded that the changes in rhizosphere microorganisms at the early stage were mainly affected by the physiological metabolic activity of the root system, and by combined effect of the plant itself and the environment at the later stage. Effect of garlic root exudates on rhizosphere soil enzyme activities Large number of studies had revealed that the enzyme activity in rhizosphere soil was much higher than that of nonrhizosphere soil. The reasons could include various enzymes secreted by the root system activity had been released into the rhizosphere soil the plant rhizosphere soil had the relatively high microorganism number and physiological metabolic activity. Both of the two garlic varieties promoted the growth of bacteria, actinomycetes and fungi in the rhizosphere soil and indirectly increased the urease, phosphatase and catalase activity, thereby improving the turnover and circulation of nitrogen, phosphorus and other nutrients in gar lic rhizosphere soil and providing a good microecological environment for the later crop. References: 1BROOKES P C，LANDMAN A，PRUDEN G，et alChloroform fumigationand the release of soil nitrogen： a rapid direct extract ionmethod to measu remicrobial biomass nitrogen in soilJ. Soil Biology 酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定， 其活性單位以1 g土樣在37條件下，經(jīng)過反應(yīng)1 h后消耗 苯酚的毫克數(shù)來表示; 過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，其活性單位以1 g土樣在反應(yīng)1 h后所 消耗的0.1mol/L KMnO4 溶液的毫克數(shù)來表示16。 1.2.3 數(shù)據(jù)處理。以3次取樣測(cè)定結(jié)果的平均值計(jì)為測(cè)定值，所有數(shù)據(jù)最后都通過測(cè)定各自的土壤含 水量換算為每克烘干土的含量。數(shù)據(jù)采用DPS軟件(7.5專業(yè)版)處理。 2 2 結(jié)果與分析結(jié)果與分析 2.1 大蒜不同時(shí)期根際土壤微生物數(shù)量的變化大蒜不同時(shí)期根際土壤微生物數(shù)量的變化 細(xì)菌、放線菌及真菌是構(gòu)成土壤微生物群體的主要種類，在土壤有機(jī)物質(zhì)分解、礦化和營(yíng)養(yǎng)循 環(huán)中起重要作用， 其數(shù)量在一定程度上可以表征土壤肥力水平。由表1可知，對(duì)照土壤細(xì)菌數(shù)量較 低， 且隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而2種大蒜根際土壤細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)不同程度上升的變化規(guī)律， 與對(duì)照相比，G25根際土壤細(xì)菌數(shù)量同期的增加幅度為12.7372.7；G88根際土壤細(xì)菌數(shù)量增 幅為54. 3418. 1。除在10月1日時(shí)G25根際土壤細(xì)菌數(shù)量與對(duì)照差異不顯著外，其他各時(shí)期2 個(gè)處理與對(duì)照間的差異均達(dá)極顯著水平。在10月1日、12月1日G88根際土壤細(xì)菌數(shù)量極顯著高于 G25， 表明2個(gè)大蒜品種對(duì)根際土壤中的細(xì)菌數(shù)量均有明顯的促進(jìn)作用， 且G88對(duì)根際土壤中細(xì)菌 的促進(jìn)作用大于G25。 對(duì)照土壤放線菌的數(shù)量隨著時(shí)間的變化呈下降趨勢(shì)，而2個(gè)大蒜品種根際土壤放線菌數(shù)量在各 時(shí)期均高于對(duì)照， 除10月1日、1月1日外，其他時(shí)期2種處理之間以及處理與對(duì)照之間差異均達(dá)極 顯著水平。與對(duì)照相比，G25和G88根際土壤放線菌數(shù)量的增長(zhǎng)率分別為6. 8% 130. 5% 、9. 4%190. 0%。 2個(gè)大蒜品種根際土壤真菌數(shù)量在各時(shí)期均高于對(duì)照，與對(duì)照相比，G25、G88根際土壤同期真 菌數(shù)量的增長(zhǎng)率分別為19. 3%55. 2%、3. 4%64. 9%。與細(xì)菌和放線菌不同的是， G88在12月1 日和2月1日根際土壤真菌的數(shù)量顯著低于G25，其余各時(shí)期，兩者間差異未達(dá)顯著水平，表明G25 根系分泌物中的成分更有利于真菌的生長(zhǎng)。從增長(zhǎng)率角度分析，真菌增加的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于細(xì)菌和放 線菌，表明大蒜根系分泌物更有利于細(xì)菌和放線菌的生長(zhǎng)。 表1 大蒜不同時(shí)期根際土壤微生物數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化 Table 1 The dynamic changes in quality of microorganisms in rhizosphere soil of garlic at different growth stages 細(xì)菌細(xì)菌bacteria /106個(gè)個(gè)/g 放線菌放線菌actinomyces /104個(gè)個(gè)/g 真菌真菌fungus /104個(gè)個(gè)/g 日期日期 Date CKG25G88CKG25G88CKG25G88 2007-10-173.5bB82.9aA113.4aA48. 6 aA51. 8 aA53. 1 aA34. 7 bB41. 4 aAB47. 2 aA 2007-11-151.6bB83.4bB214.6aA33. 9 cC53. 5 bB86. 9 aA30. 8 bB47. 8 aA50. 8 aA 2007-12-149.8cC106.8aA258.0aA29. 7 cC68. 6 bB84. 8 aA29. 5 bB40. 5 aA30. 5 bB 2008-01-0136.4cC151.2aA96.2aA26. 6 bB46. 3 aA30. 7 bB30. 9 aA36. 7 aA40. 3 aA 2008-02-0130.8bB145.6aA151.7aA21. 3 cC40. 1 bB61. 6 aA14. 3 bB20. 4 aA18. 3 bB 注： 同列不同大、小寫字母分別表示在0.01和0.05水平差異顯著。 2.2 大蒜不同時(shí)期根際土壤酶活性的變化大蒜不同時(shí)期根際土壤酶活性的變化 由表2可知，與對(duì)照相比，2個(gè)大蒜品種根際土壤酶活性變化較大，但各時(shí)期其土壤脲酶活性均 高于同期對(duì)照。G25和G88根際土壤中脲酶活性分別比對(duì)照提高了10.00% 50.00%和 20.59%136.67%。G25在1月1日根際土壤脲酶活性顯著高于同期對(duì)照；G88除10月1日外， 其余 各時(shí)期酶活性均顯著高于對(duì)照，并且在11月1日、12月1日土壤酶活性顯著高于G25，表明G88根際 土壤脲酶活性變化較大。 除10月1日外，其余時(shí)期， 根際土壤酸性磷酸酶活性為G88G25CK，G25和G88根際土壤酶活 性分別比對(duì)照提高了8.92%56.00%和5.36%77. 50%。G88在11 月1日以后根際土壤酶活性都顯 著高于對(duì)照，而G25在12月1日后根際土壤酶活性顯著高于對(duì)照。在1月1日以后， G88根際酶活性 均高于G25，且兩者間差異達(dá)顯著水平。 不同時(shí)期2個(gè)大蒜品種根際土壤過氧化氫酶活性均高于對(duì)照，G25和G88比對(duì)照的增幅分別為 6.00%63.89%和8.00%69.44%，其中G88除在10月1日和11月1 日酶活性與對(duì)照間的差異不顯著 外，其他各時(shí)期與對(duì)照間的差異均達(dá)顯著水平；G25只在1月1日和2月1日酶活性顯著高于對(duì)照，同 期內(nèi)2個(gè)大蒜品種根際土壤過氧化氫酶活性差異不顯著，說明2個(gè)大蒜品種對(duì)根際土壤過氧化氫酶活 性影響一致。 表2 大蒜不同時(shí)期根際土壤酶活性的動(dòng)態(tài)變化 Table 2 The dynam ic changes on the enzyme activity in the rhizo sphere soil of garlic at different growth stages 脲酶 urease磷酸酶 phasphatase過氧化氫酶catalase日期 DateCKG25G88CKG25G88CKG25G88 2007-10-010.34 aA0.38 aA0.41 aA0.56abA0 61 aA0.59 bA0.50 aA0.53 aA0.54 aA 2007-11-010.31 bB0.44bAB0.62 aA0.57 bA0.64abA0.68 aA0.51 bB0.61 aA0.62 aA 2007-12-010.30 bB0.33 bB0.71 aA0.50 bB0.78 aA0.82 aA0.47 bB0.55 aA0.64 aA 2008-01-010.32 bA0.48 aA0.53 aA0.52 cB0.65 bA0.77 aA0.36 bB0.59 aA0 61 aA 2008-02-010.24 bA0.42 bA0.52 aA0.40 bB0.58aAB0.71 aA0.34 bA0.51 aA0.55 aA 注： 同列不同大、小寫字母分別表示在0.01和0.05水平差異顯著。 3 3討論討論 3.13.1 大蒜根系分泌物對(duì)根際微生物數(shù)量的影響大蒜根系分泌物對(duì)根際微生物數(shù)量的影響 在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，由植物-土壤-根際微生物組成的土壤微生態(tài)系統(tǒng)極其復(fù)雜，但在相同土壤背景 下，種有大蒜的根際區(qū)微生物數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照，可能是由于根系分泌物能夠?yàn)楦H微生物提供繁 殖所需能源，因此影響根際環(huán)境微生物種類和數(shù)量的分布，但是僅因種植不同品種大蒜所造成的土 壤根系微生態(tài)環(huán)境中的微生物數(shù)量和酶活性的差異顯然