论文甘草对新疆盐碱地土壤理化性质与土壤酶活性的影响，该文是土壤类学士学位论文范文跟盐碱地和甘草和土壤酶活性类学术论文怎么写.
吴振振1,马淼2,张旭龙1
（1石河子大学生命科学学院,新疆石河子832003；2石河子大学甘草研究所,新疆石河子832003）
摘 要：选取尉犁县塔克拉玛干沙漠北缘盐碱荒漠为试验区,研究胀果甘草生长发育过程中盐碱地土壤理化性质及土壤酶活性的变化以及二者之间的相关性,旨在探讨栽培甘草对盐碱地土壤性质的影响,为干旱区盐碱荒漠的改良和利用提供科学依据.结果表明：栽培胀果甘草可使盐碱土壤得到有效改良.随着种植年限的增加,土壤中全氮、碱解氮及有机质等养分的含量均显著提高；土壤速效磷的含量显著降低.土壤含水量在甘草种植第3 年时比裸地土壤增加271%；种植甘草后,土壤pH及电导率均显著降低；土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶随种植年限的增加成递增趋势.简单相关分析表明,脲酶、磷酸酶、蔗糖酶3 种酶之间以及3 种酶与土壤理化因子之间均有极显著的相关关系；从回归分析得出的3 个方程可知,土壤含水量对以上3 种土壤酶活性起着主导作用,可以通过提高土壤含水量进一步影响土壤的酶活性.由此可见,在新疆盐碱荒漠种植胀果甘草可有效改善土壤理化性质,降低土壤含盐量,并且能够显著提高土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性,从而达到改良盐碱土的效果.
关键词：甘草；土壤理化性质；酶活性
中图分类号：S567.7+1 文献标志码：A 论文编号：cjas16010005
基金项目：国家自然科学基金项目“高盐环境下乌拉尔甘草叶片气孔泌盐与光合气体交换的利益冲突与权衡策略的研究”(31360047)；石河子大学重大科技攻关项目“高盐环境下乌拉尔甘草叶片气孔泌盐与光合气体交换的利益冲突与权衡策略的研究”(gxjs2012-zdgg06).
第一作者简介：吴振振,女,1990 年出生,山东东营人,硕士,主要从事资源值物研究.通信地址：832003 新疆省石河子市石河子大学生命科学学院,E-mail：1196352522@.com.
通讯作者：马淼,男,1970 年出生,新疆库尔勒人,教授,博士,主要从事资源植物学研究.通信地址：832003 新疆省石河子市石河子大学生命科学学院,E-mail：mamiaogg@126.com.
收稿日期：2016-01-06,修回日期：2016-03-08.
0 引言
新疆光热资源丰富,是中国重要的粮棉生产基地.近年来,由于脆弱的生态环境和缺乏科学管理的开发利用模式,农田土壤次生盐渍化现象非常严重[1].现有耕地中,31%的面积受到盐碱危害,其中强度盐渍化地占盐碱土耕地面积的18%,中强度盐渍化地占33%,轻度盐渍化地占49%[2],严重地影响了绿洲生态环境的稳定和干旱区农业发展的潜力.在众多土壤改良方法中[3-5],以利用本土植物进行土壤改良是目前备受青睐的方法之一[6].
胀果甘草(Glycyrrhiza inflata)为豆科甘草属植物,是中药“甘草”的原植物之一,是产于中国西北干旱、半干旱区的一种重要的药用植物[7],主要分布于新疆塔里木盆地和新疆东部吐哈盆地的盐碱荒漠草甸,是耐盐性最强的甘草属植物,在自然群落中常与柽柳(Tamarix chinensis)、大叶白麻(Poacynum hendersonii)、碱蓬(Suaeda glauca)等盐生植物伴生[8],被认为是盐碱地土壤改良的一种先锋经济植物[9].以往报道对胀果甘草耐干旱特性研究较多[10-12],对其耐盐性的研究主要集中在种子萌发和幼苗生长对土壤盐浓度的响应和耐盐阈值等方面,其对盐碱土的改良效果与改良机理的研究鲜有报道,尤其是种植甘草后对盐碱土土壤理化性质和土壤酶活性的影响格局仍不明确,在盐碱地改良和利用方面还缺乏必要的试验依据.
因此,笔者以新疆尉犁县塔克拉玛干沙漠北缘盐碱地为试验区,研究了不同种植年限的胀果甘草对盐渍化土壤理化性质和酶活性的影响格局,揭示了土壤理化性质与土壤酶活性之间的相关关系及影响土壤酶活性的重要因素,以期为新疆盐碱荒漠及盐渍化弃耕地的生态修复提供科学依据.
1 材料与方法
1.1 试验地区概况
研究区位于新疆塔克拉玛干沙漠北缘尉犁县的盐碱荒漠,土质盐碱荒漠灰钙土,土壤pH 8.28.属暖温带大陆性干旱气候,东经85°14′10″—86°34′21″、北纬41°10′48″—42°21′36″.总日照数2990 h,无霜期平均210 天,年平均气温11.4℃,最低为-28℃,年平均降水量58.6 mm,年最大蒸发为2788.2 mm,超过自然降水量的近48倍,极易发生土壤次生盐化弃耕现象.
选地势平坦、土壤条件与地上植被一致的区域作为试验区.试验区域长方形,东西长120 m,南北宽20 m,沿东西方向等面积划分成24个地块,每个地块为5m×20m.随机区组设计,其中6块为对照组(CK),称之为裸地,不做任何人工处理,其余18块地分为3组,每组6 块,分别于2012、2013、2014 年4 月人工种植胀果甘草,行距20 cm,株距10 cm.水肥处理采用当地栽培甘草的常规管理模式,即：播种前以300 kg/hm2和75 kg/hm2的剂量分别施磷酸氢二铵和硫酸钾作为底肥,后期不再施肥.除第一年滴灌给水4 次（4、6、7、8 月各一次）以外,其余年份不再人工额外补水.
1.2 土壤样品采集
于2014 年11 月6 日选取裸地及1、2、3 年生的甘草地进行采样.每小区按5 点对角线法进行采样,用土钻采取土壤表层(0~30 cm)样品,将每个小区内采集的土壤混合为一个土样,样品除去动植物残体等杂质,四分法去除多余土样,样品经风干研磨过筛后装袋备用.
1.3 土壤理化性质分析
土壤理化性质指标（全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质、pH、电导率、含水量）测定均按照鲍士旦主编的土壤农化分析（第三版）进行试验[13].
1.4 土壤酶活性测定
土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定,以24 h 后1 g 土壤中NH3-N的毫克数表示土壤脲酶的活性.土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定,以24 h 后1 g 土壤中释放出的酚的质量(mg)表示磷酸酶活性.土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定,以24 h 后1 g 干土生成葡萄糖的毫克数表示.采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定土壤纤维素酶活性,以72 h 小时后1 g 干土生成葡萄糖的毫克数表示.
1.5 统计分析
采用SPSS 17.0 统计软件对数据进行方差分析、相关性分析及回归分析,利用WPS进行作图.
2 结果与分析
2.1 不同种植年限甘草对土壤养分的影响
由表1 可知,不同种植年限的土壤肥力因素的变化趋势不同,与裸地相比,生长了1、2、3 年的甘草均能显著提高土壤中全氮、碱解氮及有机质等养分的含量(P＜0.05),其含量均在甘草种植第3 年时达到最高,分别比裸地增加了42%、60%和40%,并随甘草生长年限的延长呈增加趋势.而不同种植年限的甘草降低了土壤中速效磷和速效钾的含量,其中土壤速效磷含量分别与CK相比降低了37%、46%和72%,土壤速效钾含量分别降低了3.5%、27%和45%,且均随着种植年限的增加呈下降趋势,与对照组相比差异达到显著水平(P＜0.05).
2.2 不同种植年限甘草对土壤pH、电导率及含水率的影响
由图1 可以看出,土壤的pH随着种植年限的增加呈下降趋势,且在甘草种植第3 年时,与对照及生长1、2 年甘草相比均达到差异显著水平(P＜0.05).不同种植年限的胀果甘草显著降低了土壤的电导率值(P＜0.05),并随着种植年限的增加下降幅度增大,与对照相比依次降低了42%、72%和80%.土壤含水率随甘草生长年限的增加显著提高(P＜0.05),裸地的土壤含水率仅为4.59%,而1、2、3 年生甘草地分别比裸地提高了49%、133%和271%.
2.3 不同种植年限甘草对土壤酶活性的影响
研究表明（图2）,土壤脲酶、磷酸酶及蔗糖酶活性在不同种植年限甘草样地中均有显著差异(P＜0.05).不同种植年限甘草均促进了土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性,在甘草种植第3 年时酶活性达到最高,分别比对照增加了47%、301%和130%,差异均达到显著水平(P＜0.05),同时,从图中还可以看出,土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性随种植年限的增加不断提高.
2.4 土壤酶活性和土壤肥力因子的关系分析
利用Pearson 相关系数对不同种植年限甘草样地土壤酶活性与理化性质的相关性进行分析（表2）.结果表明：脲酶、磷酸酶、蔗糖酶3 种酶之间均成极显著正相关关系(P＜0.01).土壤脲酶与碱解氮、有机质、含水率成极显著正相关关系(P＜0.01),与全氮成显著正相关关系(P＜0.01)；而与土壤速效磷、速效钾和pH成极显著负相关关系(P＜0.01),与电导率成显著负相关关系(P＜0.01).土壤磷酸酶和蔗糖酶均与土壤全氮、碱解氮、有机质及含水率成极显著正相关关系(P＜0.01),与土壤速效磷、速效钾、pH及含水率均成极显著负相关关系(P＜0.01).
2.5 土壤酶活性与土壤理化性质的回归分析
为了更好地说明土壤酶活性和土壤理化性状之间的关系,采用逐步回归分析法得到最优回归方程,如(1)~(3)所示.
Y1等于0.080X1-1.994X2+0.004X3+2.219 ………… (1)
式中,Y1为土壤脲酶,X1为土壤含水率,X2为土壤全氮,X3为土壤有机质.土壤含水率、土壤全氮和土壤有机质的F 检验值分别为66.227 (P＜0.01),70.602(P＜0.01),75.923 (P＜0.01).可知土壤含水率、土壤全氮和土壤有机质对土壤脲酶的贡献较大,随着土壤含水量和土壤有机质的增加,土壤脲酶活性增加,而随着土壤全氮的增加土壤脲酶活性降低.
Y2等于0.087X1-2.101X2-0.063X3+0.745 …………… (2)
式中,Y2为土壤磷酸酶,X1为土壤含水量,X2为土壤全氮,X3为土壤有机质.土壤含水率、土壤全氮和土壤有机质的F 检验值分别为151.386 (P＜0.01),269.862 (P＜0.01),284.491 (P＜0.01).可知土壤含水率、土壤全氮和土壤有机质对土壤磷酸酶的贡献较大,随着土壤含水量的增加,土壤磷酸酶的活性增加,而随着土壤全氮和土壤有机质的增加,土壤磷酸酶活性降低.
Y3等于1.358X1-0.080X2-15.045 …………………… (3)
式中,Y3为土壤蔗糖酶,X1为土壤含水率,X2为土壤速效钾.土壤含水率和土壤速效钾的F检验值分别为174.632 (P＜0.01),178.660 (P＜0.01).可知土壤含水率和土壤速效钾对土壤蔗糖酶的贡献率较大,随着土壤含水率的增加,土壤蔗糖酶活性增加,而随着土壤速效钾的增加土壤蔗糖酶活性降低.
3 结论与讨论
改善土壤环境,提高土壤质量,促进农业可持续发展是21 世纪中国土壤科学所面临的重要课题[2].而土壤盐渍化依然是困扰当今农业发展的一大难题[14-15],成为制约干旱区农业发展的主要瓶颈,也是影响绿洲生态安全的重要因素[6].尤其在以新疆为代表的干旱-半干旱生态脆弱区,实施盐碱土改良,改善土壤环境,实现生态修复,提高土壤质量势在必行.
土壤养分直接影响植物的生长发育,土壤的物理性状对土壤的理化、生物学过程及水、肥、气、热等因素起调控作用[16],因此通过对土壤理化性质的研究,不但能判识土壤的肥力状况,而且还可以对土壤质量的变化规律进行分析,对作物产量的提升和土壤质量的改善具有重要意义[17-18].胀果甘草为多年生豆科植物,其根瘤中有大量根瘤菌,可固定空气中的游离氮素,增加土壤的氮素水平.因此,人工种植甘草能显著提高土壤中全氮、碱解氮等养分的含量.同时,甘草为深根性耐盐植物,其根系深度可达100 cm 以下,可将土壤盐分经根系吸收后积聚在体内或分泌于体表[19-20],从而达到降低土壤盐分、降低土壤pH 和改善土壤的效果[21].研究结果还表明：土壤含水量随甘草种植年限的增加而显著提高,在甘草种植第3 年时比裸地土壤增加了271%,可见保水功效显著.此外,速效养分是植物能利用的养分,能真实反映土壤中养分的供应情况.研究结果显示胀果甘草能有效利用盐碱土中的养分以满足自身的生长发育,随着甘草的生长发育,土壤中速效养分降低,因此,在农业生产中可适量增施磷肥和钾肥促进甘草的生长发育,尚晓娜等研究也发现,在甘草栽培中应施一定的磷(P)、钾(K)肥能有效提高栽培甘草的产量,与笔者研究结果是一致的[22].
土壤酶主要来源于微生物和植物根系的活动,参与土壤的生物化学过程,与微生物一起催化有机物的转化、养分矿质化及同质化,在一定程度上反应了土壤生物活性的稳定性和灵敏性及土壤养分转化的动态情况[23].一般而言,肥力较高的土壤其生化活性也较强,因此酶活性可作为用以评价土壤质量的重要指标[24-26].试验区土壤的脲酶活性、磷酸酶活性及蔗糖酶活性在种植胀果甘草后均有大幅度的提高,且随着种植年限的增加酶活性逐渐增强,主要原因在于随着种植年限的增加,大量的枯枝落叶和腐殖质在土壤表层积累,提高了土壤中有机质的含量,其丰富的营养源促进了土壤中微生物的生长和繁殖；此外土壤中良好的通气状况和水热条件,也促使微生物的生长、代谢与繁殖,因而使土壤酶活性能维持较高水平[27].
笔者通过简单相关分析发现,不同种植年限甘草样地中土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶3 种酶之间与土壤养分（氮、碱解氮、有机质）之间存在不同程度的正相关关系,其原因可能是在土壤酶的作用下,土壤中的有机残体和有机物质被分解成不同的中间产物和最终产物,为植物的生长提供了丰富的营养物质和能量,此外有机物质在土壤酶活性的调节上也有重要作用,它们可以诱导胞外酶的生成,起到激活剂的作用[19].同时也进一步表明土壤的理化性质和土壤酶活性之间不是孤立存在的,而是有着互相促进、相互制约的关系.由此可见,土壤酶活性可作为表征土壤肥力水平和理化性质的一种手段.
新疆属于典型的干旱性大陆性气候,土壤性状受盐分和水分的双重影响[28],如赵静等[29]研究结果表明,土壤的含盐量和土壤的pH直接影响了土壤过氧化氢酶的活性,且其含盐量对土壤脲酶活性有直接影响.丁菡等[30]研究表明,土壤含水量是影响新疆等干旱地区土壤质量的主要制约因素,并与土壤中的各种酶活性具有相关性.本研究表明,土壤的pH及电导率均与土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶成极显著负相关关系,因此,在改良土壤的过程中可以通过降低土壤的含盐量来提高土壤酶活性.同时,由逐步回归模拟分析结果还可以看出,土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶均可以与土壤含水量之间构建回归方程,说明土壤含水量对该地区的土壤酶活性起着主导作用,因此,可以通过提高土壤含水量,降低土壤含盐量共同来影响酶的活性.
综上所述,在新疆盐碱荒漠种植胀果甘草可有效增加土壤有机质、显著提高土壤中全氮、碱解氮等养分的含量,降低土壤的pH及含盐量,并且能够显著提高土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的活性,从而达到改良盐碱土的效果.
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