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化肥减施对紫云英还田土壤活性有机碳和碳转化酶活性的影响

李增强 张贤 王建红 曹凯 徐昌旭 曹卫东

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化肥减施对紫云英还田土壤活性有机碳和碳转化酶活性的影响

    作者简介: 李增强 E-mail:lizengqiang789@163.com;
    通讯作者: 王建红, E-mail:jianhong1203@sina.com

Effect of chemical fertilizer reduction with return of Chinese milk vetch (Astragalus sinicus L.) on soil labile organic carbon and carbon conversion enzyme activities

    Corresponding author: Jian-hong WANG, E-mail:jianhong1203@sina.com ;
  • 摘要: 【目的】评价紫云英绿肥还田配施化肥对稻田土壤活性有机碳含量以及与碳转化相关酶活性的影响。【方法】田间试验在浙江省金华市红壤黄筋泥土发育而成的水稻土上进行。供试紫云英 (Astragalus sinicus L.) 品种为‘宁波大桥’,每年4月在紫云英盛花期异地翻压。试验连续进行了6年,处理包括空白对照 (CK)、单施常规量化肥 (CF),单施紫云英 (MV),紫云英配合20%、40%、60%和80%的常规化肥量共7个处理。除空白和单施化肥处理外,其它处理均翻压45 t/hm2紫云英鲜草。N、P2O5、K2O化肥常规用量分别为210、56.3、112.5 kg/hm2。水稻收获后,采集0—20 cm表层土样,测定了土壤活性有机碳 (可溶性有机碳 (DOC)、热水提取态有机碳 (HEOC)、微生物生物量碳 (MBC)、颗粒有机碳 (POC)、易氧化有机碳 (ROC)) 和总有机碳 (TOC) 含量,以及碳转化酶 (纤维素酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、酚氧化酶和过氧化物酶) 活性。【结果】与CF相比,MV处理能够显著增加DOC、HEOC和ROC含量,对MBC和TOC含量无显著影响;显著增加纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性,对酚氧化酶和过氧化物酶活性无显著影响。四个紫云英配施化肥处理中,DOC和POC含量以MV + 60%CF处理最高,显著高于MV处理。随着配施化肥量的增加,土壤碳库管理指数随之增加。MV处理的纤维素酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、酚氧化酶和过氧化物酶活性均显著低于其与化肥配合处理,上述五种酶活性均以MV + 60%CF处理最高。几何平均酶活性和总体酶活性均表现为MV < MV + 20%CF < MV + 40%CF、MV + 80%CF < MV + 60%CF处理 (P < 0.05)。通径分析表明纤维素酶活性对HEOC具有最大的直接正效应,蔗糖酶活性分别对DOC和MBC表现出最大的直接正效应,β-葡萄糖苷酶活性分别对POC和ROC表现出最大的直接正效应。酚氧化酶活性对DOC表现出最高的间接效应,β-葡萄糖苷酶活性则对HEOC具有最高的间接效应,过氧化物酶活性分别对MBC、POC和ROC表现出最大的间接效应。【结论】紫云英还田量为45 t/hm2条件下,适当减少常规化肥用量能够显著增加土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性,以配施60%的化肥用量效果最佳。土壤活性有机碳含量受纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性的直接影响,而受酚氧化酶和过氧化物酶活性的间接影响。
  • 表 1  不同处理的土壤活性有机碳组分和总有机碳含量

    Table 1.  Contents of soil labile organic carbon fractions and total organic carbon in different treatments

    处理Treatment DOC (mg/kg) HEOC (mg/kg) MBC (mg/kg) POC (g/kg) ROC (g/kg) TOC (g/kg)
    CK 34.4 e 384.8 e 570.6 e 2.80 d 2.6 f 12.4 c
    CF 42.5 d 502.4 d 638.9 d 3.56 c 2.9 e 14.1 b
    MV 48.3 c 544.7 c 660.5 d 3.98 b 3.0 d 14.4 b
    MV + 20%CF 53.1 b 575.3 b 714.3 c 4.07 ab 3.4 c 16.1 a
    MV + 40%CF 55.4 ab 594.8 ab 740.9 bc 4.18 ab 3.6 b 16.4 a
    MV + 60%CF 58.8 a 609.8 a 796.0 a 4.30 a 3.8 a 16.9 a
    MV + 80%CF 56.0 ab 594.7 ab 763.6 ab 4.20 ab 3.8 a 16.7 a
    注(Note):DOC—可溶性有机碳 Dissolved organic C; HEOC—热水提取态有机碳 Hot H2O extractable organic C; MBC—微生物生物量碳 Microbial biomass C; POC—颗粒有机碳 Particulate organic C; ROC—易氧化有机碳 Readily oxidized organic C; TOC—总有机碳 Total organic C. 紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O 常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2;同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 2  不同处理的土壤活性有机碳组分占总有机碳的比例 (%)

    Table 2.  Ratios of soil labile organic carbon fractions to total organic carbon in different treatments

    处理Treatment DOC HEOC MBC POC ROC
    CK 0.28 b 3.09 c 4.59 a 22.63 b 21.06 bc
    CF 0.30 b 3.56 b 4.53 a 25.20 ab 20.26 c
    MV 0.33 a 3.77 a 4.57 a 27.61 a 21.08 abc
    MV + 20%CF 0.33 a 3.57 b 4.44 a 25.29 ab 21.32 abc
    MV + 40%CF 0.34 a 3.62 ab 4.51 a 25.44 a 22.07 ab
    MV + 60%CF 0.35 a 3.60 ab 4.71 a 25.41 a 22.54 ab
    MV + 80%CF 0.33 a 3.56 b 4.57 a 25.19 ab 22.80 a
    注(Note):DOC—可溶性有机碳 Dissolved organic C; HEOC—热水提取态有机碳 Hot H2O extractable organic C; MBC—微生物生物量碳 Microbial biomass C; POC—颗粒有机碳 Particulate organic C; ROC—易氧化有机碳 Readily oxidized organic C. 紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O 常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2;同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 3  不同处理土壤碳库管理指数 (%)

    Table 3.  The carbon management index in different treatments

    处理
    Treatment
    碳库活度
    Lability of C pool
    碳库活度指数
    Lability index
    碳库指数
    C pool index
    碳库管理指数
    C pool management index
    CK 0.27 bc 1.00 bc 1.00 c 100.00 f
    CF 0.25 c 0.95 c 1.14 b 107.96 e
    MV 0.27 bc 1.00 bc 1.16 b 116.13 d
    MV + 20%CF 0.27 bc 1.02 bc 1.29 a 131.39 c
    MV + 40%CF 0.28 ab 1.06 ab 1.32 a 140.12 b
    MV + 60%CF 0.29 ab 1.09 ab 1.36 a 148.30 a
    MV + 80%CF 0.30 a 1.11 a 1.34 a 148.44 a
    注(Note):紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 4  不同处理的土壤酶活性和酶活性指数

    Table 4.  Soil enzyme activities and index of enzyme activity in different treatments

    处理
    Treatments
    纤维素酶
    Cellulase
    [mg/(kg·h)]
    蔗糖酶
    Invertase
    [mg/(kg·h)]
    β-葡萄糖苷酶
    β-glucosidase
    [mg/(kg·h)]
    酚氧化酶
    Phenol oxidase
    [μmol/(g·h)]
    过氧化物酶
    Peroxidase
    [μmol/(g·h)]
    几何平均酶活性
    Geometric mean enzyme activity
    总体酶活性
    Total enzyme activity
    CK 12.1 f 315.1 e 89.4 f 1.4 e 6.1 d 19.6 f 3.5 f
    CF 15.6 e 411.3 d 119.6 e 1.5 d 6.9 c 24.1 e 4.3 e
    MV 17.6 d 498.6 c 143.2 d 1.6 d 7.1 c 26.9 d 4.8 d
    MV + 20%CF 18.4 cd 566.1 b 170.8 c 1.7 c 7.4 b 29.5 c 5.2 c
    MV + 40%CF 19.1 bc 593.8 b 190.1 bc 1.8 b 7.5 ab 31.2 b 5.5 b
    MV + 60%CF 20.1 a 638.5 a 218.6 a 1.9 a 7.7 a 33.5 a 6.0 a
    MV + 80%CF 19.6 ab 605.5 ab 194.8 b 1.8 ab 7.6 ab 31.7 b 5.6 b
    注(Note):紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 5  不同处理的土壤酶活性与微生物生物量碳的比值

    Table 5.  The ratios of soil enzyme activities to microbial biomass carbon in different treatments

    处理
    Treatments
    纤维素酶
    Cellulase
    蔗糖酶
    Invertase
    β-葡萄糖苷酶
    β-glucosidase
    酚氧化酶
    Phenol oxidase
    过氧化物酶
    Peroxidase
    CK 0.0212 c 0.5523 c 0.1566 d 0.0025 a 0.0106 ab
    CF 0.0244 b 0.6434 b 0.1872 cd 0.0024 a 0.0109 a
    MV 0.0267 a 0.7553 a 0.2173 bc 0.0024 a 0.0108 a
    MV + 20%CF 0.0259 ab 0.7927 a 0.2394 ab 0.0024 a 0.0104 abc
    MV + 40%CF 0.0258 ab 0.8021 a 0.2568 a 0.0025 a 0.0101 abc
    MV + 60%CF 0.0253 ab 0.8028 a 0.2749 a 0.0024 a 0.0097 c
    MV + 80%CF 0.0257 ab 0.7931 a 0.2553 a 0.0024 a 0.0010 bc
    注(Note):紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 6  土壤碳转化酶活性对土壤活性有机碳含量的通径系数

    Table 6.  Path coefficients between soil C conversion enzyme activities and soil labile organic carbon contents

    因变量
    Dependent
    variable
    自变量
    Independent
    variable
    直接效应
    Direct
    effect
    间接效应Indirect effect
    纤维素酶
    Cellulase
    蔗糖酶
    Invertase
    β-葡萄糖苷酶
    β-glucosidase
    酚氧化酶
    Phenol oxidase
    过氧化物酶
    Peroxidase
    总计
    Total
    DOC 纤维素酶Cellulase 0.188 0.939 0.273 0.058 0.389 1.659
    蔗糖酶Invertase 0.971 0.182 0.280 0.059 0.379 0.900
    β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.291 0.177 0.937 0.060 0.367 1.541
    酚氧化酶Phenol oxidase 0.065 0.167 0.922 0.267 0.346 1.702
    过氧化物酶Peroxidase 0.399 0.183 0.922 0.267 0.056 1.428
    HEOC 纤维素酶Cellulase 0.968 0.312 −0.070 0.100 0.375 0.717
    蔗糖酶Invertase 0.322 0.936 −0.072 0.102 0.366 1.332
    β-葡萄糖苷酶β-glucosidase −0.074 0.908 0.311 0.104 0.354 1.677
    酚氧化酶Phenol oxidase 0.112 0.861 0.292 −0.069 0.333 1.417
    过氧化物酶Peroxidase 0.385 0.943 0.306 −0.068 0.097 1.278
    MBC 纤维素酶Cellulase 0.079 0.920 0.182 0.238 −0.018 1.322
    蔗糖酶Invertase 0.951 0.077 0.187 0.243 −0.017 0.490
    β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.194 0.074 0.918 0.249 −0.017 1.224
    酚氧化酶Phenol oxidase 0.268 0.071 0.864 0.176 −0.016 1.095
    过氧化物酶Peroxidase −0.018 0.077 0.903 0.179 0.232 1.391
    POC 纤维素酶Cellulase 0.139 0.270 0.811 0.124 −0.069 1.136
    蔗糖酶Invertase 0.279 0.134 0.817 0.126 −0.071 1.006
    β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.859 0.130 0.269 0.129 −0.073 0.455
    酚氧化酶Phenol oxidase 0.139 0.123 0.253 0.809 −0.068 1.117
    过氧化物酶Peroxidase −0.067 0.135 0.265 0.834 0.120 1.354
    ROC 纤维素酶Cellulase 0.193 0.418 0.559 0.346 0.182 1.505
    蔗糖酶Invertase 0.432 0.186 0.575 0.354 0.187 1.302
    β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.596 0.181 0.416 0.361 0.181 1.139
    酚氧化酶Phenol oxidase 0.389 0.171 0.392 0.553 0.170 1.286
    过氧化物酶Peroxidase 0.197 0.188 0.420 0.568 0.367 1.543
    注(Note):DOC—可溶性有机碳 Dissolved organic C; HEOC—热水提取态有机碳 Hot H2O extractable organic C; MBC—微生物生物量碳 Microbial biomass C; POC—颗粒有机碳 Particulate organic C; ROC—易氧化有机碳 Readily oxidized organic C. 紫云英翻压量为 45 t/hm2, 常规化肥 N、P2O5、K2O 用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively. Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P < 0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-08
  • 刊出日期:  2019-04-01

化肥减施对紫云英还田土壤活性有机碳和碳转化酶活性的影响

    作者简介:李增强 E-mail:lizengqiang789@163.com
    通讯作者: 王建红, jianhong1203@sina.com
  • 1. 浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所,浙江杭州 310021
  • 2. 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所,江西南昌 330200
  • 3. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081

摘要: 目的评价紫云英绿肥还田配施化肥对稻田土壤活性有机碳含量以及与碳转化相关酶活性的影响。方法田间试验在浙江省金华市红壤黄筋泥土发育而成的水稻土上进行。供试紫云英 (Astragalus sinicus L.) 品种为‘宁波大桥’,每年4月在紫云英盛花期异地翻压。试验连续进行了6年,处理包括空白对照 (CK)、单施常规量化肥 (CF),单施紫云英 (MV),紫云英配合20%、40%、60%和80%的常规化肥量共7个处理。除空白和单施化肥处理外,其它处理均翻压45 t/hm2紫云英鲜草。N、P2O5、K2O化肥常规用量分别为210、56.3、112.5 kg/hm2。水稻收获后,采集0—20 cm表层土样,测定了土壤活性有机碳 (可溶性有机碳 (DOC)、热水提取态有机碳 (HEOC)、微生物生物量碳 (MBC)、颗粒有机碳 (POC)、易氧化有机碳 (ROC)) 和总有机碳 (TOC) 含量,以及碳转化酶 (纤维素酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、酚氧化酶和过氧化物酶) 活性。结果与CF相比,MV处理能够显著增加DOC、HEOC和ROC含量,对MBC和TOC含量无显著影响;显著增加纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性,对酚氧化酶和过氧化物酶活性无显著影响。四个紫云英配施化肥处理中,DOC和POC含量以MV + 60%CF处理最高,显著高于MV处理。随着配施化肥量的增加,土壤碳库管理指数随之增加。MV处理的纤维素酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、酚氧化酶和过氧化物酶活性均显著低于其与化肥配合处理,上述五种酶活性均以MV + 60%CF处理最高。几何平均酶活性和总体酶活性均表现为MV < MV + 20%CF < MV + 40%CF、MV + 80%CF < MV + 60%CF处理 (P < 0.05)。通径分析表明纤维素酶活性对HEOC具有最大的直接正效应,蔗糖酶活性分别对DOC和MBC表现出最大的直接正效应,β-葡萄糖苷酶活性分别对POC和ROC表现出最大的直接正效应。酚氧化酶活性对DOC表现出最高的间接效应,β-葡萄糖苷酶活性则对HEOC具有最高的间接效应,过氧化物酶活性分别对MBC、POC和ROC表现出最大的间接效应。结论紫云英还田量为45 t/hm2条件下,适当减少常规化肥用量能够显著增加土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性,以配施60%的化肥用量效果最佳。土壤活性有机碳含量受纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性的直接影响,而受酚氧化酶和过氧化物酶活性的间接影响。

English Abstract

  • 土壤活性有机碳 (如可溶性有机碳、热水提取态有机碳、微生物生物量碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳) 是土壤中周转时间较短,易被微生物利用的有机碳组分[1],对作物产量、土壤养分供应以及土壤结构等有重要影响[2-4]。由于土壤活性有机碳能够灵敏反映施肥、耕作等田间管理措施对土壤碳库和潜在生产力的影响,常被作为评价土壤有机质早期变化和土壤肥力的一个重要指标[1-2]。紫云英 (Astragalus sinicus L.) 作为一种我国南方水稻生产区的重要绿肥,翻压还田是提高稻田土壤肥力的传统农业措施[5]。因此,研究施用紫云英绿肥对土壤活性有机碳的影响对于实现稻田土壤有机碳库的正向培育,提高土壤肥力具有重要意义。目前,不同研究者关于施用绿肥对土壤活性有机碳影响的研究结果并不完全一致[6-11]。例如,高嵩涓等[6]利用31年的双季稻—冬绿肥长期定位试验发现,施用油菜、黑麦草和紫云英三种绿肥均能够显著增加土壤微生物生物量碳含量和微生物商,并且施用紫云英对微生物生物量碳的提高作用最为显著。胡晓珊等[8]发现不同绿肥翻压还田后温室0—100 cm土壤剖面的可溶性有机碳含量均增加,苋科绿肥的效果低于豆科和禾本科绿肥。然而Mi等[11]利用4年田间定位试验发现,施用紫云英绿肥对0—20 cm土层的颗粒有机碳含量无显著影响。不同的研究结果可能与绿肥种类、田间管理措施以及土壤环境条件等不同有关。此外,Chen等[12]比较了包括绿肥在内的不同有机物料还田对稻田土壤活性有机碳含量的影响,发现紫云英绿肥还田比水稻秸秆和油菜秸秆还田更有利于增加可溶性有机碳、热水提取态有机碳、微生物生物量碳和易氧化有机碳的含量。Williams等[13]利用13C同位素标记技术,研究了一年生黑麦草和深红三叶草分别翻压还田对微生物生物量碳的贡献,发现翻压10个月后约有30%~40%的微生物生物量碳来自于绿肥。由于绿肥碳转化为土壤活性有机碳包括一系列复杂的土壤酶促反应过程,因此与碳转化相关的土壤酶活性是影响土壤活性有机碳的重要因素[14-15]。Li等[15]通过逐步回归分析发现,纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性是显著影响土壤可溶性有机碳、易氧化有机碳和微生物生物量碳的正效应因子。这可能是因为这两种酶能够将植物中的纤维素类物质转化为易溶于水的纤维二糖、果糖和葡萄糖等小分子成分[16],从而有利于土壤活性有机碳的形成。紫云英绿肥中含有丰富的氮、磷、钾等养分元素,翻压还田后能够减少化肥使用量[17]。目前,关于紫云英还田配施不同比例化肥对土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性影响的研究还不多见。本文通过田间定位试验,研究相同紫云英还田量条件下,不同化肥配施比例对土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性的影响,探讨碳转化酶活性与土壤活性有机碳含量变化的关系,以期为减少稻田化肥使用、增加土壤肥力、实现土壤有机碳库的正向培育提供理论依据。

    • 试验点位于浙江省金华市婺城区,在蒋堂农业科学试验站 (119°32′12″ E,29°04′8″ N) 进行,海拔63 m,属于中亚热带季风气候,年均气温约18℃,年均降水量约1500 mm,全年平均日照时数约1700 h。试验地土壤类型为红壤黄筋泥土发育而成的水稻土,试验前表层土壤 (0—20 cm) pH值5.38、有机质21.5 g/kg、全氮 1.45 g/kg、碱解氮 248 mg/kg、速效磷25.0 mg/kg、速效钾 34.4 mg/kg,砂粒102 g/kg、粉粒489 g/kg和粘粒409 g/kg (中国制)。

      供试紫云英 (Astragalus sinicus L.) 品种是当地主栽品种‘宁波大桥’,每年4月中旬翻压盛花期的紫云英鲜草,其氮、磷、钾含量分别为3.82、0.39、3.61 g/kg。供试水稻品种为‘甬优9号’,种植方式为单季稻,5月上旬育秧,6月中旬插秧。

      试验于2011年4月开始,共设7个处理:对照 (CK);单施N、P2O5、K2O化肥量分别210、56.3、112.5 kg/hm2(CF);翻压45 t/hm2紫云英鲜草 (MV);在翻压45 t/hm2紫云英鲜草的同时,配施20%、40%、60%和80%的常规氮磷钾化肥量,处理代码依次为MV + 20%CF、MV + 40%CF、MV + 60%CF和MV + 80%CF。每个处理均设4个重复小区,小区面积为20 m2,随机排列。为了避免紫云英根系对土壤生化性质的影响,本试验采用紫云英鲜草异地还田的方式进行。

      单施化肥处理,于秧苗移栽的前一天基施碳酸氢铵525.0 kg/hm2、过磷酸钙375.0 kg/hm2,分蘖初期追施尿素187.5 kg/hm2、氯化钾112.5 kg/hm2,孕穗期追施尿素75.0 kg/hm2、氯化钾75.0 kg/hm2

    • 2016年水稻收获后,采用多点混合采样法采集不同处理的表层 (0—20 cm) 土壤样品,样品装入塑封袋并置于冰盒中运回实验室。在实验室内将样品中的石砾及动植物残体等挑出,一部分直接过2 mm筛,然后保存在4℃冰箱中;另一部分风干后过2 mm和0.15 mm筛,备用。

      土壤总有机碳 (TOC) 含量采用重铬酸钾外加热法测定[18]。土壤可溶性有机碳 (DOC) 采用Jones和Willett[19]的方法进行测定。热水提取态有机碳 (HEOC) 采用Ghani等[2]的方法进行测定。土壤微生物生物量碳 (MBC) 采用氯仿熏蒸—硫酸钾浸提法测定,以熏蒸土样与不熏蒸土样提取的有机碳的差值除以转换系数Kc (0.45) 计算土壤微生物生物量碳[20]。颗粒有机碳 (POC) 采用六偏磷酸钠溶液提取,利用重铬酸钾外加热法测定其中碳含量[21]。易氧化有机碳 (ROC) 采用333 mmol/L高锰酸钾氧化法测定[22],碳库管理指数能够反映土壤管理措施引起的土壤有机碳变化程度,是土壤有机碳变化的系统的、敏感的监测指标[22],其计算公式如下:

      碳库活度=易氧化有机碳/(土壤总有机碳−易氧化有机碳)                     (1)

      碳库活度指数=样品碳库活度/参考土壤碳库活度 (2)

      碳库指数=土壤总有机碳含量/参考土壤有机碳含量(3)

      碳库管理指数=碳库指数×碳库活度指数×100% (4)

      本试验采用CK处理的土壤为参考土壤。

      纤维素酶和蔗糖酶活性分别以羧甲基纤维素钠和蔗糖为底物,采用3, 5‒二硝基水杨酸比色法测定;β-葡萄糖苷酶活性以对硝基苯-β-D-葡萄糖苷为底物,采用比色法测定[23]。酚氧化酶和过氧化物酶活性以L-DOPA (L-3, 4-dihydroxyphenylalanine,左旋多巴) 为底物,采用比色法测定[24]。上述酶活性均采用新鲜土样测定。

      几何平均酶活性 (GMEA) 是指示土壤生物质量的综合评价指标之一,可以反映不同土壤管理措施对土壤整体酶活性的影响,其计算公式如下[25]

      式中:CEL表示纤维素酶活性;INV表示蔗糖酶活性;GLU表示β-葡萄糖苷酶活性;PHO表示酚氧化酶活性;PER表示过氧化物酶活性。

      总体酶活性 (Et) 指标可以消除不同土壤酶活性的量纲及大小的影响,能更好的表征土壤中总体酶活性和肥力水平的高低,采用下面的公式计算[26]

      式中:Xi为供试土样第i种酶活性实测值;$ {\bar X}$为同种酶活性平均值。

    • 所得数据均以烘干土计 (105℃,24 h)。本文数据采用SPSS 16.0统计分析软件进行方差分析以及土壤碳转化酶活性与土壤活性有机碳含量之间通径分析。

    • 试验连续进行6年后,水稻土壤活性有机碳和总有机碳含量出现显著差异 (表1)。与CF处理相比,MV处理显著增加土壤可溶性有机碳 (DOC)、热水提取态有机碳 (HEOC) 和易氧化有机碳 (ROC) 含量,但两处理的DOC、HEOC和ROC含量均显著低于MV + 20%CF、MV + 40%CF、MV + 60%CF和MV + 80%CF处理,紫云英配施化肥处理中,随着化肥量增加DOC、HEOC和ROC含量呈先增加后降低的趋势,MV + 60%CF处理的含量最高。MV处理的微生物生物量碳 (MBC) 和总有机碳 (TOC) 含量较CF处理无显著差异,两处理的MBC和TOC含量均显著低于MV + 20%CF、MV + 40%CF、MV + 60%CF和MV + 80%CF处理;紫云英配施化肥处理中,随着化肥量增加MBC含量呈先增加后降低的趋势,TOC含量无显著变化。MV处理的颗粒有机碳 (POC) 含量显著高于CF处理,而显著低于MV + 60%CF处理。综上可知,紫云英配施化肥能够显著增加土壤活性有机碳含量,并且随着配施化肥量的提高呈先增加后降低的趋势,以配施60%常规化肥量效果最佳。

      处理Treatment DOC (mg/kg) HEOC (mg/kg) MBC (mg/kg) POC (g/kg) ROC (g/kg) TOC (g/kg)
      CK 34.4 e 384.8 e 570.6 e 2.80 d 2.6 f 12.4 c
      CF 42.5 d 502.4 d 638.9 d 3.56 c 2.9 e 14.1 b
      MV 48.3 c 544.7 c 660.5 d 3.98 b 3.0 d 14.4 b
      MV + 20%CF 53.1 b 575.3 b 714.3 c 4.07 ab 3.4 c 16.1 a
      MV + 40%CF 55.4 ab 594.8 ab 740.9 bc 4.18 ab 3.6 b 16.4 a
      MV + 60%CF 58.8 a 609.8 a 796.0 a 4.30 a 3.8 a 16.9 a
      MV + 80%CF 56.0 ab 594.7 ab 763.6 ab 4.20 ab 3.8 a 16.7 a
      注(Note):DOC—可溶性有机碳 Dissolved organic C; HEOC—热水提取态有机碳 Hot H2O extractable organic C; MBC—微生物生物量碳 Microbial biomass C; POC—颗粒有机碳 Particulate organic C; ROC—易氧化有机碳 Readily oxidized organic C; TOC—总有机碳 Total organic C. 紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O 常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2;同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).

      表 1  不同处理的土壤活性有机碳组分和总有机碳含量

      Table 1.  Contents of soil labile organic carbon fractions and total organic carbon in different treatments

      不同土壤活性有机碳占总有机碳的比例不同,具体表现为POC/TOC > ROC/TOC > MBC/TOC > HEOC/TOC > DOC/TOC (表2)。MV + 60%CF处理的DOC/TOC值最高,显著高于CK和CF处理,而与其他处理无显著差异。MV处理的HEOC/TOC值最高,显著高于CK、CF、MV + 20%CF和MV + 80%CF处理。MBC/TOC值在不同处理间无显著差异。MV处理的POC/TOC值最高,显著高于CK处理,而与其他处理无统计性差异。MV + 80%CF处理的ROC/TOC值最高,显著高于CK和CF处理,而与其他处理无显著差异。

      处理Treatment DOC HEOC MBC POC ROC
      CK 0.28 b 3.09 c 4.59 a 22.63 b 21.06 bc
      CF 0.30 b 3.56 b 4.53 a 25.20 ab 20.26 c
      MV 0.33 a 3.77 a 4.57 a 27.61 a 21.08 abc
      MV + 20%CF 0.33 a 3.57 b 4.44 a 25.29 ab 21.32 abc
      MV + 40%CF 0.34 a 3.62 ab 4.51 a 25.44 a 22.07 ab
      MV + 60%CF 0.35 a 3.60 ab 4.71 a 25.41 a 22.54 ab
      MV + 80%CF 0.33 a 3.56 b 4.57 a 25.19 ab 22.80 a
      注(Note):DOC—可溶性有机碳 Dissolved organic C; HEOC—热水提取态有机碳 Hot H2O extractable organic C; MBC—微生物生物量碳 Microbial biomass C; POC—颗粒有机碳 Particulate organic C; ROC—易氧化有机碳 Readily oxidized organic C. 紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O 常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2;同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).

      表 2  不同处理的土壤活性有机碳组分占总有机碳的比例 (%)

      Table 2.  Ratios of soil labile organic carbon fractions to total organic carbon in different treatments

      表3可以看出,CK处理的碳库活度和碳库活度指数显著低于MV + 80%CF处理,而与CF、MV、MV + 20%CF、MV + 40%CF和MV + 60%CF处理相比无显著差异。MV处理的碳库指数显著高于CK处理,而显著低于MV + 20%CF、MV + 40%CF、MV + 60%CF和MV + 80%CF处理。碳库管理指数表现为CK < CF < MV < MV + 20%CF < MV + 40%CF < MV + 60%CF、MV + 80%CF处理 (P < 0.05)。

      处理
      Treatment
      碳库活度
      Lability of C pool
      碳库活度指数
      Lability index
      碳库指数
      C pool index
      碳库管理指数
      C pool management index
      CK 0.27 bc 1.00 bc 1.00 c 100.00 f
      CF 0.25 c 0.95 c 1.14 b 107.96 e
      MV 0.27 bc 1.00 bc 1.16 b 116.13 d
      MV + 20%CF 0.27 bc 1.02 bc 1.29 a 131.39 c
      MV + 40%CF 0.28 ab 1.06 ab 1.32 a 140.12 b
      MV + 60%CF 0.29 ab 1.09 ab 1.36 a 148.30 a
      MV + 80%CF 0.30 a 1.11 a 1.34 a 148.44 a
      注(Note):紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).

      表 3  不同处理土壤碳库管理指数 (%)

      Table 3.  The carbon management index in different treatments

    • 不同处理对五种土壤碳转化酶活性、几何平均酶活性和总体酶活性均具有显著影响 (表4),其中CK处理的上述指标均显著低于其他处理。与CF处理相比,MV处理显著增加纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性,对酚氧化酶和过氧化物酶活性无显著影响,两处理的上述五种酶活性均显著低于MV + 20%CF、MV + 40%CF、MV + 60%CF和MV + 80%CF处理,紫云英配施化肥的各处理中,随着配施化肥量的增加,上述五种酶活性呈先增加后降低趋势,MV + 60%CF处理的酶活性最高。几何平均酶活性和总体酶活性表现为CK < CF < MV < MV + 20%CF < MV + 40%CF、MV + 80%CF < MV + 60%CF处理 (P < 0.05)。综上可知,紫云英配施化肥能够显著增加土壤碳转化酶活性,并且随着配施化肥量的提高呈先增加后降低的趋势,以配施60%常规化肥量效果最佳。

      处理
      Treatments
      纤维素酶
      Cellulase
      [mg/(kg·h)]
      蔗糖酶
      Invertase
      [mg/(kg·h)]
      β-葡萄糖苷酶
      β-glucosidase
      [mg/(kg·h)]
      酚氧化酶
      Phenol oxidase
      [μmol/(g·h)]
      过氧化物酶
      Peroxidase
      [μmol/(g·h)]
      几何平均酶活性
      Geometric mean enzyme activity
      总体酶活性
      Total enzyme activity
      CK 12.1 f 315.1 e 89.4 f 1.4 e 6.1 d 19.6 f 3.5 f
      CF 15.6 e 411.3 d 119.6 e 1.5 d 6.9 c 24.1 e 4.3 e
      MV 17.6 d 498.6 c 143.2 d 1.6 d 7.1 c 26.9 d 4.8 d
      MV + 20%CF 18.4 cd 566.1 b 170.8 c 1.7 c 7.4 b 29.5 c 5.2 c
      MV + 40%CF 19.1 bc 593.8 b 190.1 bc 1.8 b 7.5 ab 31.2 b 5.5 b
      MV + 60%CF 20.1 a 638.5 a 218.6 a 1.9 a 7.7 a 33.5 a 6.0 a
      MV + 80%CF 19.6 ab 605.5 ab 194.8 b 1.8 ab 7.6 ab 31.7 b 5.6 b
      注(Note):紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).

      表 4  不同处理的土壤酶活性和酶活性指数

      Table 4.  Soil enzyme activities and index of enzyme activity in different treatments

      表5是酶活性与微生物生物量碳的比值,用来表征相对酶活性。MV处理的相对纤维素酶和相对蔗糖酶活性显著高于CK和CF处理,而与MV + 20%CF、MV + 40%CF、MV + 60%CF和MV + 80%CF处理相比无显著差异。MV处理的相对β-葡萄糖苷酶活性较CF处理无显著差异,两处理均显著低于MV + 40%CF、MV + 60%CF和MV + 80%CF处理。相对酚氧化酶活性在不同处理间无显著差异。MV + 60%CF和MV + 80%CF处理的相对过氧化物酶活性显著低于CF和MV处理,而与MV + 20%CF和MV + 40%CF处理相比无显著差异。

      处理
      Treatments
      纤维素酶
      Cellulase
      蔗糖酶
      Invertase
      β-葡萄糖苷酶
      β-glucosidase
      酚氧化酶
      Phenol oxidase
      过氧化物酶
      Peroxidase
      CK 0.0212 c 0.5523 c 0.1566 d 0.0025 a 0.0106 ab
      CF 0.0244 b 0.6434 b 0.1872 cd 0.0024 a 0.0109 a
      MV 0.0267 a 0.7553 a 0.2173 bc 0.0024 a 0.0108 a
      MV + 20%CF 0.0259 ab 0.7927 a 0.2394 ab 0.0024 a 0.0104 abc
      MV + 40%CF 0.0258 ab 0.8021 a 0.2568 a 0.0025 a 0.0101 abc
      MV + 60%CF 0.0253 ab 0.8028 a 0.2749 a 0.0024 a 0.0097 c
      MV + 80%CF 0.0257 ab 0.7931 a 0.2553 a 0.0024 a 0.0010 bc
      注(Note):紫云英翻压量为 45 t/hm2, N、P2O5、K2O常规化肥用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively; Values followed by different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).

      表 5  不同处理的土壤酶活性与微生物生物量碳的比值

      Table 5.  The ratios of soil enzyme activities to microbial biomass carbon in different treatments

    • 表6表明,纤维素酶活性对HEOC具有最大的直接正效应 (0.968),蔗糖酶活性分别对DOC和MBC表现出最大的直接正效应 (0.971和0.951) 和最小的间接效应 (0.900和0.490),β-葡萄糖苷酶活性分别对POC和ROC表现出最大的直接正效应 (0.859和0.596)。酚氧化酶活性对DOC表现出最高的间接效应 (间接通径系数为1.702),而β-葡萄糖苷酶活性则对HEOC具有最高的间接效应 (间接通径系数为1.677),过氧化物酶活性分别对MBC、POC和ROC表现出最大的间接效应 (间接通径系数分别为1.391,1.354和1.543)。综上可知,纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶能够直接影响土壤活性有机碳含量,而酚氧化酶和过氧化物酶则主要起间接作用。

      因变量
      Dependent
      variable
      自变量
      Independent
      variable
      直接效应
      Direct
      effect
      间接效应Indirect effect
      纤维素酶
      Cellulase
      蔗糖酶
      Invertase
      β-葡萄糖苷酶
      β-glucosidase
      酚氧化酶
      Phenol oxidase
      过氧化物酶
      Peroxidase
      总计
      Total
      DOC 纤维素酶Cellulase 0.188 0.939 0.273 0.058 0.389 1.659
      蔗糖酶Invertase 0.971 0.182 0.280 0.059 0.379 0.900
      β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.291 0.177 0.937 0.060 0.367 1.541
      酚氧化酶Phenol oxidase 0.065 0.167 0.922 0.267 0.346 1.702
      过氧化物酶Peroxidase 0.399 0.183 0.922 0.267 0.056 1.428
      HEOC 纤维素酶Cellulase 0.968 0.312 −0.070 0.100 0.375 0.717
      蔗糖酶Invertase 0.322 0.936 −0.072 0.102 0.366 1.332
      β-葡萄糖苷酶β-glucosidase −0.074 0.908 0.311 0.104 0.354 1.677
      酚氧化酶Phenol oxidase 0.112 0.861 0.292 −0.069 0.333 1.417
      过氧化物酶Peroxidase 0.385 0.943 0.306 −0.068 0.097 1.278
      MBC 纤维素酶Cellulase 0.079 0.920 0.182 0.238 −0.018 1.322
      蔗糖酶Invertase 0.951 0.077 0.187 0.243 −0.017 0.490
      β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.194 0.074 0.918 0.249 −0.017 1.224
      酚氧化酶Phenol oxidase 0.268 0.071 0.864 0.176 −0.016 1.095
      过氧化物酶Peroxidase −0.018 0.077 0.903 0.179 0.232 1.391
      POC 纤维素酶Cellulase 0.139 0.270 0.811 0.124 −0.069 1.136
      蔗糖酶Invertase 0.279 0.134 0.817 0.126 −0.071 1.006
      β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.859 0.130 0.269 0.129 −0.073 0.455
      酚氧化酶Phenol oxidase 0.139 0.123 0.253 0.809 −0.068 1.117
      过氧化物酶Peroxidase −0.067 0.135 0.265 0.834 0.120 1.354
      ROC 纤维素酶Cellulase 0.193 0.418 0.559 0.346 0.182 1.505
      蔗糖酶Invertase 0.432 0.186 0.575 0.354 0.187 1.302
      β-葡萄糖苷酶β-glucosidase 0.596 0.181 0.416 0.361 0.181 1.139
      酚氧化酶Phenol oxidase 0.389 0.171 0.392 0.553 0.170 1.286
      过氧化物酶Peroxidase 0.197 0.188 0.420 0.568 0.367 1.543
      注(Note):DOC—可溶性有机碳 Dissolved organic C; HEOC—热水提取态有机碳 Hot H2O extractable organic C; MBC—微生物生物量碳 Microbial biomass C; POC—颗粒有机碳 Particulate organic C; ROC—易氧化有机碳 Readily oxidized organic C. 紫云英翻压量为 45 t/hm2, 常规化肥 N、P2O5、K2O 用量分别为 210、56.3、112.5 kg/hm2; 同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05)。Chinese vetch returning amount was 45 t/hm2, and normal N, P2O5, K2O application rates were 210, 56.3, 112.5 kg/hm2, respectively. Values followed by different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P < 0.05).

      表 6  土壤碳转化酶活性对土壤活性有机碳含量的通径系数

      Table 6.  Path coefficients between soil C conversion enzyme activities and soil labile organic carbon contents

    • 土壤活性有机碳含量对土壤管理措施响应敏感,是指示早期土壤肥力变化的重要指标之一[1-2]。本研究发现紫云英配施化肥能够显著增加土壤活性有机碳含量,并且随着配施化肥量的增加呈现先增加后降低的趋势,MV + 60%CF处理的土壤活性有机碳含量最高。杨滨娟等[7]发现紫云英配施化肥处理的土壤ROC、MBC和DOC与单施紫云英处理无显著差异。周国朋等[9]则发现紫云英配施化肥处理较单施紫云英处理能够显著增加DOC含量。不同的研究结果可能与土壤类型、当地气候条件以及田间管理措施等不同有关。土壤活性有机碳主要来自于外源有机物料和土壤自身有机碳的分解过程[1],紫云英绿肥中含有丰富的有机物质,进入土壤后能够在微生物的作用下转化为土壤活性有机碳。另外,常单娜等[27]通过翻压3种绿肥的培养试验发现,随着绿肥C/N比的降低,绿肥增加土壤DOC含量的能力逐渐增加。在本研究中,混合翻压物 (绿肥和化肥) 的C/N比随着配施化肥量的增加而降低,有利于土壤微生物将绿肥转化为土壤活性有机碳。然而,由于土壤活性有机碳本身也是土壤微生物的一种重要碳源[1],随着高量化肥施入引起的土壤养分有效性的增加,微生物会将部分土壤活性有机碳转化为CO2释放到空气中,从而导致紫云英配施80%化肥条件下土壤活性有机碳含量降低。本研究还发现紫云英还田后随着配施化肥量的增加,水稻秸秆产量逐渐增加,在配施60%化肥时达到最高[17]。随着秸秆产量的增加,残留在土壤中的水稻根系以及根系分泌物也会逐渐增加,从而有利于土壤活性有机碳含量的提高。

      土壤活性有机碳与总有机碳的比值可用来表征土壤有机碳的活性。本研究发现紫云英配施化肥能够显著增加DOC/TOC值和ROC/TOC值,而对HEOC/TOC值、MBC/TOC值和POC/TOC值无显著影响,这可能与不同活性有机碳的来源及形成过程有关。本研究结果一方面可能是因为紫云英施入土壤后,部分紫云英成分能够快速溶于土壤溶液中,直接转变为DOC或ROC,从而提高了活性有机碳组分的相对比例;另一方面紫云英作为一种新鲜有机物料施入土壤后能够促进原有土壤有机碳的分解 (激发效应)[28],从而形成更多的土壤活性有机碳,增加其相对比例。然而,紫云英还田条件下化肥配施量的不同对土壤活性有机碳与总有机碳的比值无显著影响。这可能由于增加配施化肥量能够改善土壤养分条件,提高微生物群落活性[29-30],从而导致土壤微生物将更多的土壤活性有机碳转化为非活性有机碳存储于土壤中。

      土壤酶是推动土壤物质转化和能量流动的重要动力,对土壤肥力的形成具有重要作用[23]。本研究表明紫云英配施化肥能够显著增加土壤碳转化酶活性,并且随着配施化肥量的增加,碳转化酶活性呈先增加后降低的趋势,MV+60%CF处理的土壤碳转化酶活性最高。这可能与以下因素有关:第一,土壤酶活性受所催化的底物浓度的显著影响[8],紫云英施入土壤后能够为相应的酶提供充足的底物,从而导致酶活性的显著增加;第二,随着配施化肥量的增加,水稻秸秆产量逐渐增加,在配施60%化肥时达到最高[17],导致残留在土壤中的根系和根系分泌物增加,从而能够为酶提供更多的底物;第三,由于大部分酶都是土壤微生物合成和释放的,紫云英配施化肥处理显著增加了微生物生物量 (表1),从而有利于碳转化酶活性的提高。然而,配施高量 (80%) 化肥会降低土壤pH值,促进盐类物质在土壤中的累积,从而对酶活性产生抑制作用[31],进而导致紫云英配施高量化肥条件下酶活性的降低。

      Allison等[32]认为用绝对酶活性与MBC的比值表征相对酶活性能够反映土壤酶的效率。本研究发现紫云英配施化肥能够显著增加相对蔗糖酶和相对β-葡萄糖苷酶活性,并且随着配施化肥量的增加,相对β-葡萄糖苷酶活性增加,而相对过氧化物酶活性显著降低,表明不同酶对化肥施用的响应程度不同。β-葡萄糖苷酶属于水解酶类,其主要功能是将大分子碳水化合物聚合物分解为小分子糖类[16]。紫云英还田条件下增加化肥施用量能够增加土壤微生物生物量 (表1),导致微生物需要更多的糖类完成新陈代谢活动,从而可能有利于相对β-葡萄糖苷酶效率的提高。过氧化物酶属于氧化还原酶类,能够参与木质素类物质的分解,为微生物提供碳源和养分[23, 33]。增加配施化肥量能够降低微生物对来自于木质素的养分的依赖,从而对过氧化物酶效率产生负反馈。另一方面,过氧化物酶效率受土壤环境中氧气浓度的影响[23],增加配施化肥量能够增加微生物数量 (表1),微生物代谢造成土壤环境中氧气浓度降低,从而对酶效率产生抑制作用。然而,本研究也发现紫云英配施化肥对相对纤维素酶和相对酚氧化酶活性无显著影响,其内在机理需要进一步研究。

      土壤酶参与一系列的土壤生化过程,与土壤有机碳的转化密切相关[23]。通径分析发现,纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和蔗糖酶活性能够直接影响土壤活性有机碳组分含量,而酚氧化酶和过氧化物酶则主要是间接作用,这可能与不同酶的不同功能有关。纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和蔗糖酶均为水解酶,能够直接将外源输入的有机物质或土壤有机质转化为活性有机碳[16]。一方面,酚氧化酶和过氧化物酶能够通过促进木质素的分解加快被木质素包裹的纤维素的释放[34],从而能够为参与纤维素分解的酶提供充足的底物,进而促进了活性有机碳的形成。另一方面,酚氧化酶和过氧化物酶还能够将土壤中的简单芳香族化合物氧化成醌类,醌能够与土壤中的蛋白质、糖类等物质反应生成复杂的有机物质[23],从而能够有效减少微生物对有机物质的利用,有利于活性有机质的保留。

    • 紫云英配施化肥能够显著增加土壤活性有机碳含量、土壤碳库管理指数以及碳转化酶活性,并且随着配施化肥量的提高上述指标呈先增加后降低的趋势,以配施60%常规化肥量效果最佳。紫云英还田条件下不同配施化肥量对土壤活性有机碳与总有机碳的比值无显著影响。紫云英配施化肥能够显著增加相对蔗糖酶和相对β-葡萄糖苷酶活性,对相对纤维素酶和相对酚氧化酶活性无显著影响。土壤活性有机碳含量受纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性的直接影响,而受酚氧化酶和过氧化物酶活性的间接影响。

参考文献 (34)

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