黄土高原旱地轮作与施肥长期定位试验研究 Ⅰ.长期轮作与施肥对土壤酶活性的影响樊

在黄土高原旱作条件下,对连续轮作、施肥15年后不同处理过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性进行了测定。结果表明,长期轮作施肥降低了旱地黑垆土的过氧化氢酶活性,以长期不种作物的休闲地酶活性最高,各处理比休闲地降幅为1.2%～20.6%。其它4种酶的活性则比休闲地有不同程度提高,蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性分别增加26.0%～138.3%、22.5%～321.7%、31.4～157.8%、15.2%～483.3%。有机肥的作用明显大于化肥,豆科作物苜蓿、豌豆、红豆草等对土壤酶活性的影响大于小麦、玉米等禾本科作物。     

长期施肥对棕壤主要酶活性的影响

研究目的是揭示长期施肥对棕壤主要酶活性的影响,为土壤培肥以及合理施肥提供理论依据。研究试材采自沈阳农业大学土地与环境学院棕壤肥料长期定位试验微区,共11个施肥处理。结果表明,土壤转化酶、中性磷酸酶、碱性磷酸酶在玉米拔节期及灌浆期出现两个活性高峰,脲酶在玉米拔节期、过氧化氢酶在玉米大喇叭口期各出现一个活性高峰。长期施用有机肥能够提高土壤过氧化氢酶、转化酶及脲酶活性,降低土壤磷酸酶活性,磷肥能够增强土壤过氧化氢酶及转化酶的活性,氮肥则对过氧化氢酶、转化酶、脲酶具有抑制作用。土壤各种酶之间及酶与土壤养分、玉米产量之间存在显著或极显著相关性。因此合理施肥营造良好的土壤生物化学环境将有利于土壤肥力的保持与提高,为作物的高产稳产提供有利保障。     

长期定位施肥土壤酶活性及其肥力变化研究

对小麦-玉米轮作区长期定位施肥土壤酶活性及其肥力变化的研究结果表明,与未施肥(对照)相比,长期施肥处理土壤脲酶、碱性磷酸酶、转化酶和过氧化氢酶活性均明显提高,其中有机肥(秸秆、厩肥)配施化肥效果明显优于单施化肥;施肥后休闲处理未提高土壤酶活性,表明施肥(化肥、有机肥)后作物根系及其分泌物具有刺激土壤酶活性的作用,且土壤酶活性高低与作物产量(即土壤肥力)相关性显著.     

香蕉间作模式和香蕉茎秆堆沤还田对土壤酶活性的影响

采用大田试验研究了香蕉3种间作模式(香蕉-大豆、香蕉-花生、香蕉-生姜)和香蕉茎秆堆沤处理后2种不同还田量(2.5 kg·株^-1、1.5 kg·株^-1)对蕉园土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性的影响。结果表明, 香蕉间作可提高土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性, 其中对蔗糖酶活性的影响最为明显, 碱性磷酸酶、脲酶次之; 香蕉间作模式的过氧化氢酶活性低于香蕉单作。不同间作模式对酶活性影响的大小总体表现为: 间作大豆>间作花生>间作生姜>香蕉单作。茎秆堆沤还田处理的蔗糖酶、脲酶活性明显上升, 其中对蔗糖酶活性提高的幅度最大, 达34.6%~39.2%, 脲酶达9.7%~28.7%; 茎秆堆沤还田对过氧化氢酶活性影响相对较小, 而对碱性磷酸酶活性则表现为明显的抑制作用。不同还田量处理对土壤酶活性的影响表现为: 随还田量增加, 脲酶活性增强, 蔗糖酶增加不显著, 过氧化氢酶活性在还田量低于2.5 kg·株^-1时比对照略有下降。     

长期定位施肥对黄土旱塬黑垆土土壤酶活性的影响

以30年(1979~2008年)肥料长期定位试验为基础,探讨长期定位施肥对黄土旱塬黑垆土土壤酶活性的影响及不同土壤酶间相关性。结果表明:SNP和MNP处理可提高土酶蔗糖酶活性,比不施肥对照分别增加19.98%、19.14%;土壤脲酶活性单施M效果最佳,较对照提高30.72%,MNP和SNP处理优于其它处理;MNP提高碱性磷酸酶活性的效果最好、增幅196.5%,单施M和SNP效果次之;单施N可提高土壤蛋白酶活性,较对照增加28.3%,而施P有抑制黄土旱塬黑垆土蛋白酶活性的作用。脲酶与碱性磷酸酶呈显著正相关,相关系数为0.7241,过氧化氢酶与碱性磷酸酶、脲酶呈显著负相关。综合考虑,长期有机-无机NP肥配施是促进黄土旱塬黑垆土土壤良性循环、提高耕地质量的有效施肥管理措施。     

玉米深松分层施肥和小麦限水灌溉对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响

小麦—玉米两熟为华北平原主要种植制度,以玉米季深松分层施肥和常规施肥定位试验为基础,研究小麦开花期土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)及酶活性对玉米季不同施肥方式和小麦不同灌水处理的响应。以冬小麦开花期农田土壤为研究对象,采用裂区试验设计,玉米季常规施肥(F1)和深松分层施肥(F2)为主区,小麦季3个灌溉处理为副区,分别为春季不灌水(W0)、春1水(拔节期灌水75 mm,W1)、春2水(拔节期和开花期灌水150 mm,W2)。结果表明:(1)玉米季深松施肥有利于提高氮、磷、钾的供应,改善土壤肥力,对小麦开花期耕层土壤理化性状影响显著。0—20,20—40 cm土层,F2W2处理土壤含水量和硝态氮含量显著高于其他处理,含水量受深松施肥和灌水的共同影响,而且互作效应显著;硝态氮受水分处理影响显著大于深松施肥因素。(2)SMBC和SMBN同时受深松施肥和灌水处理的共同影响,小麦季灌水处理可显著提高0—20 cm土层SMBC和SMBN含量,土壤含水量具有极显著影响(p<0.05),贡献率为78.3%;20—40 cm土层,玉米季施肥方式和小麦季灌水处理对SMBC和SMBN含量均有显著影响,且二者交互作用对SMBN影响显著,土壤含水量贡献率为86.3%。0—20 cm F2W2处理SMBN含量为94.16 mg/kg,显著高于其他处理;20—40 cm F2W2处理SMBN和SMBC含量分别为57.57,243.77 mg/kg,显著高于其他处理;SMBC和SMBN与有机碳、速效钾和硝态氮含量呈显著正相关,与土壤含水量呈极显著正相关。(3)玉米季相同施肥条件下,0—20 cm各处理土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性均表现为W2＞W1＞W0,且差异显著;小麦季相同水分管理条件下,0—20 cm土层蔗糖酶、过氧化氢酶活性F2处理最高,显著高于F1;0—20 cm土层蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶与速效钾和速效磷呈显著正相关,2个土层土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性与土壤含水量呈显著或极显著正相关关系。(4)F2W2处理小麦产量最高,养分携出量较其他处理显著提高,小麦产量和养分携出量与土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性和微生物量碳、氮含量均呈显著或极显著正相关。因此,小麦季灌溉拔节水和开花水结合玉米季分层深松施肥管理措施可有效促进土壤养分活化,提升土壤质量和保障土壤可持续生产。     

栽培模式对甘肃旱区胡麻地土壤酶活性及胡麻产量的影响

采用定位试验,研究不同栽培模式对胡麻土壤酶活性及产量变化特征的影响。结果表明,在0～20 cm耕作层,胡麻与小麦轮作、胡麻连作、胡麻与小麦间作模式下土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性变化规律具有明显的相似性,蔗糖酶活性不断增加,脲酶、过氧化氢酶活性先降低后增加,碱性磷酸酶活性略有所不同;在20～40 cm亚土层,胡麻与小麦轮作、胡麻连作、胡麻与小麦间作模式下的土壤脲酶活性变化规律具有明显的相似性,其余3种酶活性变化规律发生改变,说明深层土壤酶活性受到外因的干扰增多。合理的作物种植模式可以明显影响作物的产量及产量构成,轮作制度有效的缓解了胡麻连作带来的连作危害,而间作处理在一定程度上打破了连作可能带来的负面效应,但是效果有限。     

黄土高原旱地轮作与施肥长期定位试验研究 Ⅱ.土壤酶活性与土壤肥力

本文分析了长期试验土壤酶活性与土壤有机C、全N、有效P含量、主要微生物类群之间的关系。相关分析表明,土壤脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性随土壤有机C含量的增加而增加,蔗糖酶、过氧化氢酶活性与有机C之间的关系因施肥种类及种植方式的不同而不同;微生物数量仅真菌与脲酶、蛋白酶活性之间的相关性达到显著水平。除过氧化氢酶外,其它4种酶的活性均与当年种植冬小麦处理的产量存在显著相关关系。利用主成分分析与通径分析揭示了土壤酶活性与养分之间的内在关系及酶活性对土壤养分的影响。根据主成分分析结果,旱地土壤肥力状况用脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性作为综合评价指标优于过氧化氢酶与蔗糖酶。     

施肥方式对旱地土壤酶活性和养分含量的影响

为了明确不同施肥方式下旱地土壤酶活性与养分间的相互关系,以30年(1979-2008)肥料长期定位试验地为基础,研究了不同施肥方式下旱地小麦田耕层(0~20cm)土壤酶活性与养分的变化趋势及其相关性。结果表明,相比单施氮肥和氮磷配施,小麦秸秆与氮磷配施的土壤蔗糖酶、磷酸酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性以及土壤中全氮、全磷和有机质含量提高,但全钾含量降低。相关分析表明:土壤中的蔗糖酶活性与磷酸酶和过氧化物酶的活性,磷酸酶与过氧化物酶活性之间相关显著,相关系数依次为0.6747、0.5878、0.6414(n=9),其余酶活性之间相关不显著。土壤蔗糖酶、过氧化物酶活性与土壤全氮含量,土壤磷酸酶活性与土壤全磷和有机质含量高度正相关,相关系数分别为0.9969、0.9997、0.9998、0.9863(n=9);多酚氧化酶活性与土壤中的全磷和有机质含量密切负相关,相关系数分别为0.9945、0.9587(n=9),而蔗糖酶、磷酸酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性与土壤中的全钾含量相关性较低。     

不同施肥措施对春玉米农田土壤酶活性的影响

为研究肥料配比对春玉米农田土壤酶活性的影响,连续4年采用田间定位种植春玉米,分析各生育期各土层酶活性,利用聚类分析和主成分分析揭示酶活性的动态变化差异。结果表明,各种施肥措施显著增加蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性,主要影响10~20 cm土层酶活性。施用有机肥土壤酶活性最大值出现在散粉期,施用无机肥土壤酶活性最大值出现在大喇叭口期。随着土层深度的增加,蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性呈下降趋势;过氧化氢酶活性10~20 cm土层最低。配合施肥中增施氮肥降低过氧化氢酶活性,增加蔗糖酶、脲酶活性;增施磷肥增加脲酶、磷酸酶活性;增施有机肥增加过氧化氢酶活性,降低蔗糖酶、脲酶活性。单施氮肥降低土壤脲酶和磷酸酶活性。有机无机肥配施能够延长春玉米生育期土壤酶活性的高值期。土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性分别受全钾、全氮、有机质和全氮、全磷和有机质含量的影响,施肥通过改变土壤元素含量及供给能力影响土壤酶活性。     

有机无机肥配施提高旱地麦田土壤养分有效性及酶活性

【目的】有机无机肥配施可显著提高土壤微生物活性,改善土壤养分供应状况。深入理解不同氮肥用量配施有机肥下土壤的生物化学性状,为充分发挥肥料效益,实现冬小麦高产稳产提供科学施肥依据。【方法】以冬小麦为供试作物,在黄土高原南部半湿润易旱区连续三年进行了田间定位试验。采用裂区试验,设置5个氮肥用量 (N 0、75、150、225、300 kg/hm2),配施或不施有机肥 (30 t/hm2)。在冬小麦拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期,取0—20 cm土层样品,采用常规方法测定土壤养分和酶活性。在收获期,调查了冬小麦籽粒产量。【结果】1) 冬小麦产量以施氮量N 150 kg/hm2配施有机肥处理最高,且有机无机肥配施与单施化肥处理相比能够在减少19.1%的氮肥用量条件下,保证冬小麦产量稳产高产,此外在天气不理想的状况下,冬小麦的净收益也能保持在较高水平。2)在冬小麦的整个生育期,有机无机肥配施处理可显著提高0—20 cm土层土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、硝态氮含量以及土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶活性,与单施化肥处理相比分别增加18.2%、27.4%、149.3%、31.4%、27.6%、4.0%、4.7%、1.5%,但对过氧化氢酶活性无明显促进作用,且除了脲酶以施氮量N 300 kg/hm2配施有机肥的活性最高,其余指标均以施氮量N 150 kg/hm2配施有机肥处理效果最佳。3) 施氮量、有机肥、冬小麦生育期显著影响土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性,施氮量和有机肥的交互效应显著影响碱性磷酸酶活性,施氮量和冬小麦生育期的交互效应显著影响土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性,有机肥和冬小麦生育期的交互效应显著影响土壤碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性,施氮量、有机肥和冬小麦生育期三者的交互效应显著影响土壤蔗糖酶活性。4) 相关分析表明,土壤碱性磷酸酶与有机质间、脲酶与速效钾之间均未达显著相关水平,土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶与有机质、全氮、有效磷、速效钾均呈显著或极显著正相关。【结论】土壤养分、酶活性和冬小麦产量之间密切相关,在施用有机肥30 t/hm2的基础上配施氮肥N 150 kg/hm2,有利于增强黄土高原南部半湿润易旱区冬小麦土壤生态系统的可持续性。     

不同耕作方式对旱地土壤酶活性动态的影响

结合中长期田间定位试验,研究了传统耕作(T)、免耕(NT)、免耕结合秸秆覆盖(NTS)以及秸秆还田(TS)处理下春小麦生长期内土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶等活性的动态变化趋势。结果表明:(1)各种酶的活性随着小麦生育期的变化呈现出明显的规律性变化,并且四种耕作方式下各种酶活性的变化趋势基本一致。土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性呈现先上升,在灌浆期出现峰值后逐渐下降的变化规律。土壤脲酶和碱性磷酸酶活性呈现先上升,在拔节期出现峰值后逐渐下降,而在灌浆期到收获后又处于回升阶段。(2)在春小麦的各生育期:与T相比较,NT、NTS以及TS处理均可使土壤酶活性增加。     

不同土地利用和施肥方式对土壤酶活性及相关肥力因子的影响

以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验为平台,研究了不同土地利用和施肥方式对土壤酶活性和相关肥力因子的影响,结果表明,种植苜蓿和土地休闲两种方式与裸地相比脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性、土壤全碳、全氮含量和碱解氮、速效磷、速效钾含量均显著增加。其中,脲酶活性增加了24.5%和25.0%,转化酶活性增加了18.4%和18.9%,磷酸酶活性增加了54.6%和50.4%,过氧化氢酶活性增加了8.52%和59.3%,土壤全碳、全氮含量分别增加了13.8%、13.0%和36.8%、33.7%,但苜蓿和休闲两种方式间无显著差异。不同施肥方式相比,土壤酶活性、土壤全碳、全氮含量及土壤养分含量相差显著,其高低顺序为:NPKOM （氮磷钾肥＋有机肥）＞NPKST （氮磷钾肥＋秸秆）＞NPK（氮磷钾肥）＞CK （无肥）;施肥,特别是有机肥,显著提高了土壤酶活性,使土壤全碳、全氮、有效养分含量显著增加。表明黑土经自然恢复和人工恢复及施肥后土壤肥力提高,土壤质量得到改善。     

长期施肥对土壤酶活性和氮磷养分的影响

10年定位试验的结果表明，有机肥与化肥配合施用能提高土壤有机质和氮磷养分含量，增强土壤蛋白酶、脾酶、转化酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性。其中，土壤蛋白酶、腺酶、转化酶的活性与土壤NH4+-N和有机质，土壤磷酸酶的活性与土壤有效磷和有机质呈显著或极显著正相关。有机肥和化肥长期配合施用，可为作物生长创造一种良好的土壤环境。在水稻生育期，土壤蛋白酶、脲酶和转化酶的活性随水稻生育期递进而降低;土壤磷酸酶的活性在水稻拔节期至抽穗期最高，分蘖期和成熟期较低。土壤的酶活性与氮、磷养分的有效化密切相关。     

长期施用有机肥对草甸碱土土壤酶活性及养分特征的影响

依托东北农业大学盐碱土改良长期定位试验站,以松嫩平原草甸碱土为研究对象,探讨不同年限有机培肥措施下草甸碱土酶活性变化趋势、有机质和养分提升状况及其相互关系。结果表明:长期施用有机肥,草甸碱土脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性含量均显著提高,长期施用有机肥对过氧化氢酶活性影响较小。草甸碱土有机质、全氮、全磷及碱解氮、有效磷含量均显著提高,土壤pH值显著降低。施用有机肥5年后,草甸碱土的改良效果显著。经相关分析,土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶与土壤有机质和养分间呈显著或极显著正相关,过氧化氢酶则无显著相关性。     

红壤旱地玉米开花期土壤酶活性对长期施肥的响应

【目的】 长期施肥条件下,土壤酶活性与土壤养分周转和作物生长密切相关,因此,研究驱动土壤速效氮磷钾养分和作物养分吸收的关键土壤酶活性因子十分重要。 【方法】 基于始于1986年的红壤旱地长期施肥定位试验,于试验进行31年时的早玉米开花期 (2017年6月18日) 采集不施肥 (CK)、氮磷钾化肥 (NPK)、两倍氮磷钾化肥 (2NPK)、氮磷钾化肥配施有机肥 (NPKM)、单施有机肥 (OM) 5个处理的土壤样品,分析土壤蔗糖转化酶 (INV)、脱氢酶 (DEH)、纤维素酶 (CEL)、脲酶 (UR)、多酚氧化物酶 (PHOX)、酸性磷酸酶 (ACP) 和β-葡萄糖苷酶 (BG) 的变化规律,并利用冗余分析 (RDA) 探讨了驱动红壤旱地速效养分和玉米氮磷钾含量的关键土壤酶活性因子。 【结果】 与CK处理相比,施肥可以显著增加红壤旱地的土壤酶活性,且以NPKM处理的土壤酶活性最高。NPKM处理下INV、DEH、UR、PHOX、ACP和BG活性分别比OM处理增加了13.7%、13.5%、10.6%、10.5%、5.6%和13.4%,比2NPK处理增加了32.4%、112.2%、22.8%、33.3%、27.6%和50.4%。但是,在氮磷钾化肥用量之间,呈现出2NPK处理的CEL和UR活性显著高于NPK处理 (增幅为26.0%和50.6%),而INV、DEH、PHOX、ACP和BG均无显著差异。土壤pH、有机碳、速效氮磷钾和植株氮磷钾含量也呈现出NPKM处理显著高于其他处理的规律。RDA结果表明,INV、CEL和UR是影响土壤速效氮磷钾和植株养分含量的关键酶活性因子 (R2 > 0.90, P < 0.001)。 【结论】 在红壤旱地上,玉米开花期土壤酶活性对不同施肥处理的响应规律不同,其中有机无机肥配施更有利于提高土壤酶活性,且纤维素酶和脲酶活性对氮磷钾化肥用量改变的响应比较敏感。土壤蔗糖转化酶、纤维素酶和脲酶可以作为关键酶活性因子表征玉米开花期红壤旱地的养分周转和迁移。      

红壤水稻土累积酶活性及养分对长期不同施肥处理的响应

本研究基于鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站24年的长期定位试验,揭示对照(不施肥,CK)、有机肥(C)、化学氮磷钾肥(NPK)、化学氮磷钾肥+有机肥(NPKC)等不同施肥处理对红壤水稻土酶活性及土壤养分的影响。于晚稻收获后采集各小区耕层土壤,测定红壤水稻土中转化酶、脲酶活性(测定时并设加0.5 ml甲苯与不加甲苯处理)及转化酶动力学特征,同时测定土壤养分含量及微生物生物量碳,分析酶活性与养分含量及微生物生物量碳间的关系,明确土壤中累积酶活性及土壤养分对长期不同施肥处理的响应。结果发现,与对照相比,施肥处理下土壤转化酶活性显著提高了31.3%~131.7%,微生物生物量碳显著提高了84.9%~125.1%;在没有甲苯抑制微生物活性下,施肥处理的转化酶底物蔗糖转化速率增加量提高了89.5%~153.7%,脲酶底物尿素转化增加量提高了59.2%~98.9%,表明微生物显著影响两种累积酶表观酶活性;转化酶活性、脲酶活性与微生物生物量碳呈显著正相关。与对照处理相比,施肥处理显著增加了土壤有机碳(30.1%~36.3%)、全磷(28.6%~102.9%)、速效磷(62.2%~445.0%)、碱解氮(35.9%~56.4%)含量;统计分析显示,转化酶活性、脲酶活性均与碱解氮、有机碳含量显著正相关。与对照相比,各施肥处理土壤的转化酶米氏常数(Km)差异并不显著,而转化酶表观活性(Vmax)及转化系数(Vmax/Km)均显著增加。长期施肥处理增加了土壤养分含量和微生物生物量碳,提高了土壤中累积酶的活性。