龍文靖　倪先林　劉天朋　丁國(guó)祥　趙甘霖

摘要：研究四川瀘縣的國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地不同土層土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布特性，為生土熟化和科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。以國(guó)家高粱原原種擴(kuò)繁基地土壤為研究對(duì)象，測(cè)定不同土層（0—20、20—40、40—60、60～80、80—100 cm）土壤養(yǎng)分含量和酶活性，結(jié)果表明：土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布均具有明顯的規(guī)律性，國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地表層土壤養(yǎng)分根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量為4級(jí)水平，全鉀、速效鉀為3級(jí)水平，全磷、速效磷為2級(jí)水平。有機(jī)質(zhì)、全磷和速效養(yǎng)分含量均是上部土層高于下部土層，表現(xiàn)隨土層深度增加降低。而全氮含量在不同土層間無(wú)顯著差異，全鉀含量隨土層深度增加先增加后減少。土壤酶（除過(guò)氧化氫酶）活性均是上部土層高于下部土層，表現(xiàn)隨土層深度增加降低。土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間關(guān)系密切，除全氮含量、全鉀含量無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，土壤酶活性與堿解氮含量（除酸性磷酸酶）、速效鉀含量、全磷含量、速效磷含量以及有機(jī)質(zhì)與酶活性的相關(guān)關(guān)系均達(dá)到顯著或極顯著水平。土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加，較其他養(yǎng)分含量減少更大，在深層生土熟化過(guò)程中，應(yīng)重施有機(jī)肥和速效氮肥。

關(guān)鍵詞：國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地;土壤養(yǎng)分;土壤酶活性;垂直分布;生土熟化

中圖分類號(hào)：S153，S154

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

論文編號(hào)：cjas18020018

0引言

土壤肥力的重要評(píng)價(jià)標(biāo)志是土壤養(yǎng)分，其對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)，協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境條件，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)土地的可持續(xù)發(fā)展與利用具有重要作用[1]。而作為土壤生態(tài)系統(tǒng)組分之一的土壤酶，則是土壤有機(jī)體的代謝動(dòng)力，在整個(gè)土壤生態(tài)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要作用[2]。前人研究表明不同土層土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布具有明顯的規(guī)律性。黃紹文等[3]研究表明0—20 cm土層N（N H4+- N）、P、K、Mn、Zn、Fe、Cu等主要養(yǎng)分速效含量明顯高于20—40 cm和40—60 cm土層。文波龍等[4]對(duì)云南元陽(yáng)梯田的研究表明，同一海拔段土壤堿解氮含量隨著土層深度增加而增加，但在離村莊最近的中高海拔位置卻隨深度增加先減后增。范士超等[5]對(duì)海河低平原楊農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)不同間伐模式的研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮隨土層深度增加呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，速效磷呈現(xiàn)U型變化趨勢(shì)，速效鉀呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)。曹裕松等[6]研究表明，加拿大楊林和池杉林土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量均隨著土層深度增加而下降。水稻田土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷含量也隨著土層深度的增加迅速降低。郭明英等[7]對(duì)呼倫貝爾羊草草甸草原研究表明，土壤蛋白酶、轉(zhuǎn)化酶、過(guò)氧化氫酶活性均隨土層的增加而逐漸降低，脲酶活性相反。李林海等[8]對(duì)黃土高原溝壑區(qū)小流域自然坡面研究結(jié)果表明，隨土層的加深，土壤脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性逐漸降低，氧化氫酶活性升高，表現(xiàn)出與其他酶類不同的響應(yīng)特征。前人研究結(jié)果表明不同研究區(qū)狀況、研究對(duì)象，土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。

本研究以國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地土壤為研究對(duì)象，旨在探究基地土壤不同土層深度母質(zhì)生土的土壤養(yǎng)分和酶活性垂直變化規(guī)律，以期為基地集約化建設(shè)、不同土層生土熟化和科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試土壤為國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地土壤，該基地位于四川瀘縣，北緯27039‘-29°20、東經(jīng)105°8‘一106028之間，屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)。年均溫18—18.6℃，lO℃以上年積溫5735.7-6230.O℃，極端最低溫-2.40C;年日照1288.6—1400 h左右，無(wú)霜期350天左右;年降雨量1142 mm，相對(duì)濕度84%[9]。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)土壤類型為紫色壤土，前茬為油菜，當(dāng)季為高粱。于2016年5月用取土器分別取試驗(yàn)地土層深度5個(gè)梯度，分別為0—20、20—40、40—60、60—80、80～100 cm的土壤，所有樣點(diǎn)遵循“等量、隨機(jī)、多點(diǎn)混合”的原則，采取5點(diǎn)重復(fù)，點(diǎn)間隔20m，充分混合后四分法取土lkg，帶回實(shí)驗(yàn)室，樣品在自然狀態(tài)下風(fēng)干、磨細(xì)，過(guò)孔徑1.0 mm篩后測(cè)定有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀7個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)和脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶4個(gè)土壤酶活性指標(biāo)。

1.3土壤指標(biāo)測(cè)定方法

土壤養(yǎng)分測(cè)定參照土壤農(nóng)化分析的方法[10]。其中，土壤全氮采用凱氏定氮法，全磷采用磷鉬藍(lán)比色法，全鉀采用火焰分光光度計(jì)法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用NH4F- HC1法，速效鉀采用NH40Ac浸提后的火焰分光光度法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法一稀釋熱法測(cè)定。土壤酶活性的測(cè)定參照萬(wàn)年鑫等[11]測(cè)定馬鈴薯根區(qū)土壤的方法。其中，脲酶采用苯酚鈉一次氯酸鈉比色法測(cè)定，蔗糖酶采用3，5一二硝基水楊酸比色法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測(cè)，酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法。

1.4土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

本文參照表l全國(guó)第二次土壤普查及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)級(jí)[12]。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，DPS7.0進(jìn)行方差分析。顯著性檢驗(yàn)采用單因素方差分析最小顯著差異法（LSD），顯著性水平設(shè)定為a=0.05。圖表中數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2結(jié)果與分析

2.1不同土層養(yǎng)分變化

由表2可知，土壤全氮含量隨土層深度未表現(xiàn)明顯差異，變異系數(shù)最小，僅為2.72%。全磷、全鉀養(yǎng)分隨土層深度增加差異較大，全磷含量在表層土壤（0—20 cm）顯著高于其他土層含量，隨土層深度增加，全磷含量均在0.60 g/kg上下浮動(dòng)。全鉀含量隨土層深度增加先增加后減少，在40—60 cm含量最高，其在不同土層間變異幅度較小，變異系數(shù)為4.92%。而土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)較明顯的垂直分布規(guī)律，總的趨勢(shì)是上部土層含量高于下部土層。有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量隨土壤深度變化影響較大，其變異系數(shù)均達(dá)到20%以上。

2.2不同土層土壤養(yǎng)分評(píng)級(jí)

根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（表1），對(duì)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)級(jí)，由表3可知，全氮、全鉀以及速效磷的評(píng)價(jià)等級(jí)并未隨土層深度的改變而改變。該區(qū)0—20 cm土層全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)評(píng)級(jí)為4級(jí)，鉀養(yǎng)分為3級(jí)，磷養(yǎng)分均為2級(jí)，說(shuō)明試驗(yàn)基地土壤氮素略缺乏，鉀含量適中，磷養(yǎng)分豐富，總體而言土壤養(yǎng)分為中等水平。有機(jī)質(zhì)、堿解氮隨土層深度增加降級(jí)明顯，生土的堿解氮和有機(jī)質(zhì)均從4級(jí)水平降到最低6級(jí)水平（80—100 cm土層）。

2.3不同土層土壤酶活性的變化

過(guò)氧化氫酶作為土壤中的氧化還原酶類，活性可表征土壤腐殖質(zhì)化強(qiáng)度大小和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化速度。土壤蔗糖酶活性增強(qiáng)可以增加土壤中的易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其活性與有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化和呼吸強(qiáng)度有密切關(guān)系。土壤脲酶可促使有機(jī)質(zhì)分子中的肽鍵水解而形成氨，其活性能夠在一定程度上反映土壤的供氮能力。土壤磷酸酶活性高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[2]。從表4可以看出，土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性均隨土層深度增加而下降，且在0—20、20—40、40～60 cm差異顯著，表現(xiàn)為表聚性，而過(guò)氧化氫酶活性則隨土層深度增加而增加，可促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，防止對(duì)生物體的毒害作用。受土層深度影響較大的土壤酶類有脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶，其變異系數(shù)均在50%以上。

2.4不同土層土壤酶與土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間聯(lián)系密切。由不同土層土壤酶與土壤養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)（表5）可知，除全氮含量、全鉀含量與不同的土壤酶活性無(wú)相關(guān)關(guān)系外，堿解氮含量（除酸性磷酸酶外）、速效鉀含量、全磷含量、速效磷含量以及有機(jī)質(zhì)與酶活性的相關(guān)關(guān)系均達(dá)到顯著或極顯著水平，其中過(guò)氧化氫酶活性與養(yǎng)分指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而脲酶、蔗糖酶以及酸性磷酸酶活性均呈正相關(guān)關(guān)系。

3討論

3.1國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地土壤養(yǎng)分垂直分布特性

國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分速效含量呈現(xiàn)較明顯的垂直分布規(guī)律，總的趨勢(shì)是上部土層含量高于下部土層。表層受人為農(nóng)耕活動(dòng)的影響，長(zhǎng)期的培肥措施和農(nóng)田殘根枯枝落葉的累積使得表層土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的含量較高。全氮含量在不同土層變化不顯著，與大多數(shù)研究表層土壤全氮含量高不同，可能是國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地土壤氮素水平偏低造成的，土壤氮素供應(yīng)略有不足，而前作油菜每生產(chǎn)100 kg油菜籽粒吸收氮9.48 kg[13]，對(duì)表層氮肥吸收也較大。0—20 cm土層土壤磷素明顯高于其他土層，主要與施入土壤中的磷（一般施在0—20 cm的耕層范圍內(nèi)）移動(dòng)性小而使所施磷肥絕大部分殘留在耕層，下部土層磷一直處于耗竭狀態(tài)而難以得到補(bǔ)充[3]。全鉀含量表現(xiàn)為隨土層深度增加，先增加后減少，可能的原因是，施入土壤中的鉀移動(dòng)性較磷大[3]，上部鉀素在雨水淋溶條件下，逐步富集到40—60 cm。

3.2國(guó)家高粱原原種擴(kuò)繁基地土壤酶活性的垂直分布特性

國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地土壤酶活性呈現(xiàn)較明顯的垂直分布規(guī)律。土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性的垂直分布特征為隨土層的增加而逐漸降低，該結(jié)果與羅珠珠等[14-16]大部分學(xué)者研究得出的土壤酶活性垂直變化的特點(diǎn)相一致，表層土壤相對(duì)于深層土壤，有更多的枯枝落葉和腐殖質(zhì)，長(zhǎng)期人工培肥松土，具有良好的溫度條件和通氣狀況，微生物數(shù)量大，因此表層的土壤酶活性高，也反映了表層土壤營(yíng)養(yǎng)、土壤肥力狀況更高。由于研究區(qū)狀況、研究對(duì)象等不同，一種土壤酶活性表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。本研究表明，土壤過(guò)氧化氫酶活性呈現(xiàn)隨土層深度增加而增加的趨勢(shì)，與前人大多數(shù)研究相反，這是因?yàn)檫^(guò)氧化氫酶屬氧化還原酶類，活性大小受根系分泌物及土壤環(huán)境影響較大。

3.3土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布特性對(duì)生土熟化指導(dǎo)意義

近年來(lái)隨著農(nóng)業(yè)集約化治理，高低不平的坡地和零星破碎的小塊地變?yōu)槠秸乃疂驳?，位于耕作層之下的母質(zhì)生土不可避免地被外翻至地表[17]。由于生土肥力低，土體緊實(shí)，生物活性弱㈣。在相同栽培技術(shù)條件下，生土栽培當(dāng)年產(chǎn)量減產(chǎn)18%—35%，甚至多達(dá)40%—50%[19]。因此，從根本上解決生土的快速熟化及其土地復(fù)墾的可持續(xù)性發(fā)展成為研究者的重要任務(wù)。本研究表明隨土層深度增加，速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量減少，因此越深層生土熟化越要提高土壤的速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，而隨土壤深度增加堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量較其他養(yǎng)分含量減少更大，因此在深層生土熟化過(guò)程中，應(yīng)重施有機(jī)肥和速效氮肥。另外速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)與土壤酶活性存在顯著的相關(guān)關(guān)系，保持土壤耕層濕潤(rùn)[17]，深耕碎土精細(xì)整地[18]，增施多菌種的微生物有機(jī)復(fù)合肥、地膜溝植壟蓋等綜合技術(shù)措施[20]，翻壓綠肥[21]等均能促進(jìn)微生物代謝，增加土壤生物活性，加速生土熟化，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。

4結(jié)論

國(guó)家高梁原原種擴(kuò)繁基地表層土壤養(yǎng)分總體表現(xiàn)為中等水平，全氮、堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量為4級(jí)水平（缺乏），全鉀、速效鉀為3級(jí)水平（適量），全磷、速效磷為2級(jí)水平（豐富）。土壤養(yǎng)分和酶的垂直分布具有明顯的規(guī)律性，土壤酶（除過(guò)氧化氫酶）活性、有機(jī)質(zhì)、全磷和速效養(yǎng)分含量均是上部土層高于下部土層，表現(xiàn)隨土層深度增加而降低。而全氮含量在不同土層間無(wú)顯著差異，全鉀含量隨土層深度增加先增加后減少。土壤酶活性與土壤養(yǎng)分有很大的相關(guān)關(guān)系，多數(shù)養(yǎng)分指標(biāo)與酶活性間的相關(guān)關(guān)系均達(dá)顯著水平。隨土層深度增加，土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量較其他養(yǎng)分含量減少更大，在深層生土熟化過(guò)程中，應(yīng)重施有機(jī)肥和速效氮肥。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃安，楊聯(lián)安，杜挺，等基于主成分分析的土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)[J]干旱區(qū)研究，2014，31（5）：819-825

[2] 王理德，工方琳，郭春秀，等土壤酶學(xué)研究進(jìn)展[J]土壤，2016，48（1）：12-21

[3] 黃紹文，金繼運(yùn)，楊俐節(jié)，等.糧田土壤磷、鉀養(yǎng)分的垂直分布特征[J].土壤肥料，2001（4）：8-12.

[4] 文波龍，任國(guó)，張乃明云南元陽(yáng)哈尼梯田土壤養(yǎng)分垂直變異特征研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24（1）：78-81

[5] 范士超，張海林，黃光輝，等.不同間伐模式下楊農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤養(yǎng)分垂直分布特征[J]華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2010，25（S2）：236-241.

[6] 曹裕松，吳風(fēng)云，肖宜安，等.退耕還林對(duì)土壤養(yǎng)分含量及其垂直分布的影響[J]生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，25（2）：196-201

[7] 郭明英，朝克圖，尤金成，等.不同利用方式下草地土壤微生物及土壤呼吸特性[J].草地學(xué)報(bào)，2012，20（1）：42-48.

[8] 李林海，邱莉萍，夢(mèng)夢(mèng)黃土高原溝壑區(qū)土壤酶活性對(duì)植被恢復(fù)的響應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，23（12）：3355-3360.

[9] 徐炯志，潘介春，黃永祥，等.四川省瀘州市荔枝龍眼生產(chǎn)考察報(bào)告[J].廣西農(nóng)學(xué)報(bào)，2013，28（6）：25-29

[10]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005：30-107.

[11]萬(wàn)年鑫，鄭順林，周少猛，等.薯玉輪作對(duì)馬鈴薯根區(qū)土壤養(yǎng)分及酶活效應(yīng)分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，42（1）：74-80

[12]周偉，工文杰，張波，等長(zhǎng)春城市森林綠地土壤肥力評(píng)價(jià)[J]生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37（4）：1211-1220

[13]孫克剛，王亞莉，鹿智江，等.油菜氮磷鉀元素的需肥規(guī)律和施肥研究[J]土壤肥料，2002（4）：35-37

[14]羅珠珠，黃高宅，蔡立群，等.不同耕作萬(wàn)式下春小麥生育期土壤酶時(shí)空變化研究[J]草業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21（6）：94-101.

[15]王群，夏江寶，張金池，等黃河三角洲退化刺槐林地不同改造模式下土壤酶活性及養(yǎng)分特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2012，26（4）：133-137.

[16]文都口樂(lè)，李剛，張靜妮，等.呼倫貝爾不同草地類型土壤微生物量及土壤酶活性研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19（5）：94-102

[17]尚治安，李昱，杜治國(guó)，等.濕潤(rùn)灌溉加速生土熟化研究[J]水土保持學(xué)報(bào)，2001，15（6）：132-135

[18]李鴻恩“生土”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特性及培肥措施[J].土壤肥料，1990（4）：5-8.

[19]周晉丕.機(jī)修梯出生土熟化的研究[J]中國(guó)水土保持，1988（9）：42-45

[20]謝英荷，洪堅(jiān)平，周淑琴，等.黃土丘陵區(qū)新造田培肥熟化高產(chǎn)技術(shù)措施的探討[J].水土保持學(xué)報(bào)，2001，15（4）：126-128

[21]葉協(xié)鋒，楊超，李正，等綠肥對(duì)植煙土壤酶活性及土壤肥力的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2013，19（2）：445-454