• ISSN 1008-505X
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葛藤覆盖对幼龄橡胶园表层土壤理化性状和酶活性的影响

徐文娴 李金秋 孟磊 薛欣欣 王晶晶 刘文杰 汤水荣

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葛藤覆盖对幼龄橡胶园表层土壤理化性状和酶活性的影响

    作者简介: 徐文娴 E-mail:xuwenxian1023@126.com;
    通讯作者: 汤水荣, E-mail:tangshuirong@163.com
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目-橡胶化肥农药减施增效技术集成研究(2018YFD0201105);国家自然科学青年基金项目(41807022);海南大学高层次人才科研启动基金项目(KYQD(ZR)1858)。

Effects of kudzu mulching on physical and chemical properties and enzyme activities of surface soil in young rubber plantation

    Corresponding author: TANG Shui-rong, E-mail:tangshuirong@163.com
  • 摘要:   【目的】  绿肥覆盖是解决土壤有机质含量低、土壤酸化和养分不平衡的有效途径之一,葛藤作为一种常见的豆科绿肥,研究其覆盖对胶园土壤性状和土壤酶活性的影响,可为绿肥的应用推广、胶园地力提升和橡胶增产增效提供理论依据和技术支撑。  【方法】  以海南儋州幼龄胶园中葛藤覆盖4年的土壤为研究对象,以相同区域无葛藤覆盖的幼龄胶园土壤为对照,采集0—10 cm (上层) 和10—20 cm (下层) 土样,测定了土壤容重、pH、土壤含水量、有机碳、总氮、总磷、总钾、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和6种土壤酶 (蔗糖酶、过氧化氢酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶) 活性。  【结果】  1) 与无葛藤覆盖相比,种植葛藤提高了土壤有机碳、全氮和全磷含量,增幅分别为4.2%~5.9%、9.1%~11.8%和12.0%~38.1%,上层有机碳和全氮增幅 (5.9%、11.8%) 高于下层 (4.2%、9.1%),而全磷含量上层增幅 (12.0%) 低于下层 (38.1%);上层土壤pH明显提高,而下层土壤pH显著下降;2) 种植葛藤显著增加了上层土壤过氧化氢酶和脲酶活性,增加幅度分别为同一土层裸地的327.8%和108.1%,但显著减低了上层土壤蔗糖酶活性 (活性下降为裸地的50.8%)。种植葛藤对两个土层的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基肽酶活性的影响均不显著;3) 种植葛藤后土壤过氧化氢酶活性与全氮、全钾含量之间呈显著正相关,与速效钾之间呈显著负相关 (P < 0.05);土壤蔗糖酶活性与全氮、pH、全钾和速效磷均呈显著负相关。裸地土壤中,过氧化氢酶活性与铵态氮呈显著负相关;脲酶活性与有机碳和速效钾分别呈极显著和显著负相关,与pH和全钾分别呈极显著和显著正相关;蔗糖酶活性与pH、全钾呈显著负相关,与速效钾和有机碳呈显著正相关;β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与硝态氮含量均呈显著负相关。  【结论】  葛藤覆盖能有效缓解胶园上层土壤酸化,改善土壤养分状况,提高幼龄胶园0—10 cm土层土壤过氧化氢酶和脲酶的活性,具有一定的改土增效作用。因此,葛藤覆盖是一种提高幼龄胶园表层土壤熟化和综合肥力水平可行的管理措施。
  • 图 1  葛藤覆盖与裸地幼龄橡胶园0—10和10—20 cm土壤酶活性

    Figure 1.  Enzyme activities in 0–10 and 10–20 cm soil layers in young rubber plantation under kudzu mulching and bare land

    表 1  葛藤覆盖幼龄橡胶园与裸地土壤性质

    Table 1.  Soil properties in kudzu mulching and bare land in young rubber plantation

    土壤性质
    Soil property
    葛藤覆盖Kudzu mulching裸地Bare land
    0—10 cm10—20 cm0—10 cm10—20 cm
    含水量Moisture content (%)18.55 ± 0.08 Aa16.93 ± 0.05 Ba15.41 ± 0.13 Ab14.87 ± 0.05 Bb
    容重Bulk density (g/cm3) 1.49 ± 0.16 Aa1.50 ± 0.08 Aa1.53 ± 0.16 Aa1.60 ± 0.06 Aa
    pH 5.48 ± 0.09 Aa5.09 ± 0.01 Bb5.02 ± 0.06 Bb5.36 ± 0.03 Aa
    有机碳Organic carbon (g/kg) 23.87 ± 0.89 Aa21.31 ± 1.73 Ba22.54 ± 0.65 Ab20.45 ± 1.25 Ba
    全氮Total N (g/kg) 2.36 ± 0.34 Aa2.27 ± 0.22 Aa2.11 ± 0.13 Ab2.08 ± 0.19 Ab
    全磷Total P (g/kg) 0.28 ± 0.02 Aa0.29 ± 0.02 Aa0.25 ± 0.05 Aa0.21 ± 0.06 Ab
    全钾Total K (g/kg) 2.56 ± 0.19 Aa1.88 ± 0.01 Bb1.66 ± 0.02 Bb2.07 ± 0.15 Aa
    铵态氮NH4+-N (mg/kg) 13.98 ± 0.52 Aa13.56 ± 0.48 Aa15.40 ± 1.48 Aa14.05 ± 1.35 Aa
    硝态氮NO3-N (mg/kg) 10.75 ± 2.09 Aa7.03 ± 2.35 Aa6.50 ± 1.06 Ab8.64 ± 2.13 Aa
    速效磷Available P (mg/kg) 25.81 ± 0.08 Aa25.43 ± 0.06 Ba25.71 ± 0.16 Aa25.52 ± 0.14 Aa
    速效钾Available K (mg/kg) 1.12 ± 0.05 Aa1.19 ± 0.03 Aa1.00 ± 0.03 Ab0.94 ± 0.04 Ab
    碳氮比C/N 10.11 ± 1.38 Aa9.39 ± 1.51 Aa10.68 ± 1.71 Aa9.83 ± 1.74 Aa
    碳磷比C/P 85.25 ± 6.42 Aa73.48 ± 8.20 Bb90.16 ± 19.24 Aa97.38 ± 52.26 Aa
    氮磷比N/P 8.43 ± 0.86 Aa7.83 ± 0.74 Bb8.44 ± 3.38 Ba9.90 ± 2.38 Aa
    注(Note):同行数据后不同小写字母表示同一土层两个处理间差异显著,不同大写字母表示同一处理两土层间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a row indicate significant difference between two treatments in the same soil layer, and different capital letters indicate significant difference between two soil layers for the same treatment (P < 0.05).
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    表 2  葛藤覆盖幼龄橡胶园与裸地土壤理化性状和土壤酶活性的Pearson相关分析 (n = 18)

    Table 2.  Pearson correlation between soil properties and enzyme activities in young rubber plantation under kudzu mulching and bare land

    处理
    Treatment
    土壤酶活性
    Soil enzyme activity
    含水量
    Moisture content
    pH土壤容重
    Bulk density
    全钾
    Total K
    速效钾
    Available K
    全磷
    Total P
    速效磷
    Available P
    全氮
    Total N
    铵态氮
    NH4+-N
    硝态氮
    NO3-N
    有机碳
    Organic C
    葛藤覆盖
    Kudzu mulching
    过氧化氢酶Catalase0.847*0.6940.1130.896*–0.822*–0.5820.6710.847*0.2280.7430.709
    脲酶Urease0.5310.5440.3510.473–0.270–0.2140.3130.609–0.2380.4600.561
    蔗糖酶Sucrase–0.962**–0.888*0.346–0.897*0.7030.397–0.896*–0.945**–0.152–0.651–0.791
    β-1,4-葡萄糖苷酶β-1,4-Glucosidase–0.158–0.332–0.313–0.1130.081–0.335–0.112–0.2610.4820.321–0.528
    β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶
    β-1,4-N-Acetylglucosaminidase
    0.2810.026–0.2860.380–0.424–0.6280.2390.1820.6000.643–0.109
    L-氨酸氨基肽酶
    L-Leucine aminopeptidase
    0.101–0.037–0.3420.1340.027–0.1240.0690.0390.6770.671–0.194
    裸地
    Bare land
    过氧化氢酶Catalase–0.1890.292–0.3300.572–0.492–0.0610.087–0.527–0.814*–0.272–0.346
    脲酶Urease–0.7220.937**–0.2430.815*–0.822*–0.577–0.759–0.318–0.5200.476–0.986**
    蔗糖酶Sucrase0.718–0.901*0.260–0.873*0.822*0.4060.7000.3870.626–0.4210.950**
    β-1,4-葡萄糖苷酶β-1,4-Glucosidase0.656–0.6790.659–0.4140.210–0.1070.955**–0.173–0.132–0.939**0.605
    β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶
    β-1,4-N-Acetylglucosaminidase
    0.888*–0.7940.182–0.7330.341–0.2210.6840.4120.039–0.890*0.581
    L-亮氨酸氨基肽酶
    L-Leucine aminopeptidase
    0.742–0.7980.276–0.5310.4320.3260.8020.129–0.086–0.8110.707
    注(Note):*—P < 0.05; **—P < 0.01.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-15
  • 网络出版日期:  2020-10-19
  • 刊出日期:  2020-09-25

葛藤覆盖对幼龄橡胶园表层土壤理化性状和酶活性的影响

    作者简介:徐文娴 E-mail:xuwenxian1023@126.com
    通讯作者: 汤水荣, tangshuirong@163.com
  • 1. 海南大学生态与环境学院,海南海口 570228
  • 2. 海南大学热带作物学院,海南海口 570228
  • 3. 中国热带农业科学院橡胶研究所,海南儋州 571737
  • 4. 海南大学林学院,海南儋州 571737
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目-橡胶化肥农药减施增效技术集成研究(2018YFD0201105);国家自然科学青年基金项目(41807022);海南大学高层次人才科研启动基金项目(KYQD(ZR)1858)。
  • 摘要:   【目的】  绿肥覆盖是解决土壤有机质含量低、土壤酸化和养分不平衡的有效途径之一,葛藤作为一种常见的豆科绿肥,研究其覆盖对胶园土壤性状和土壤酶活性的影响,可为绿肥的应用推广、胶园地力提升和橡胶增产增效提供理论依据和技术支撑。  【方法】  以海南儋州幼龄胶园中葛藤覆盖4年的土壤为研究对象,以相同区域无葛藤覆盖的幼龄胶园土壤为对照,采集0—10 cm (上层) 和10—20 cm (下层) 土样,测定了土壤容重、pH、土壤含水量、有机碳、总氮、总磷、总钾、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和6种土壤酶 (蔗糖酶、过氧化氢酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶) 活性。  【结果】  1) 与无葛藤覆盖相比,种植葛藤提高了土壤有机碳、全氮和全磷含量,增幅分别为4.2%~5.9%、9.1%~11.8%和12.0%~38.1%,上层有机碳和全氮增幅 (5.9%、11.8%) 高于下层 (4.2%、9.1%),而全磷含量上层增幅 (12.0%) 低于下层 (38.1%);上层土壤pH明显提高,而下层土壤pH显著下降;2) 种植葛藤显著增加了上层土壤过氧化氢酶和脲酶活性,增加幅度分别为同一土层裸地的327.8%和108.1%,但显著减低了上层土壤蔗糖酶活性 (活性下降为裸地的50.8%)。种植葛藤对两个土层的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基肽酶活性的影响均不显著;3) 种植葛藤后土壤过氧化氢酶活性与全氮、全钾含量之间呈显著正相关,与速效钾之间呈显著负相关 (P < 0.05);土壤蔗糖酶活性与全氮、pH、全钾和速效磷均呈显著负相关。裸地土壤中,过氧化氢酶活性与铵态氮呈显著负相关;脲酶活性与有机碳和速效钾分别呈极显著和显著负相关,与pH和全钾分别呈极显著和显著正相关;蔗糖酶活性与pH、全钾呈显著负相关,与速效钾和有机碳呈显著正相关;β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与硝态氮含量均呈显著负相关。  【结论】  葛藤覆盖能有效缓解胶园上层土壤酸化,改善土壤养分状况,提高幼龄胶园0—10 cm土层土壤过氧化氢酶和脲酶的活性,具有一定的改土增效作用。因此,葛藤覆盖是一种提高幼龄胶园表层土壤熟化和综合肥力水平可行的管理措施。

    English Abstract

    • 天然橡胶为国家重要的战略资源,橡胶园是海南岛主要的人工生态系统之一,2016年种植面积达54.1万hm2,干胶年产量35万t[1]。橡胶种植过程中长期不合理施肥造成胶园土壤严重酸化、有机质含量偏低和养分供应不平衡等生态环境问题,已成为制约天然橡胶增产增效和胶园土壤可持续发展的瓶颈[2-4]。为此,寻求适宜的土壤改良和绿肥替代技术来提升胶园土壤地力条件十分必要。

      葛藤 (Pueraria iobata) 是一种常见的豆科绿肥。胶园间作葛藤等豆科绿肥,可通过改善胶林的光温条件和土壤结构来增加土壤有机质含量、提高土壤微生物活性、促进胶树生长和提高干胶产量[4-5]。土壤酶活性被认为是土壤质量和生态功能的敏感性指标[6-7]。目前,关于间作及施用绿肥对土壤酶活性的影响尚存在一定的不确定性。例如,李增强等[8]发现,紫云英施用显著增加了蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性,但降低了酚氧化酶和过氧化物酶活性;孙颖等[9]研究表明,施加怀豆和大豆均促进了冬小麦区土壤蔗糖酶和脲酶活性,而施加绿豆则对脲酶活性表现出抑制作用。此外,关于绿肥覆盖 (添加) 对土壤肥力和酶活性的研究主要集中在亚热带和温带地区的农田生态系统,对热带地区胶园土壤的研究相对较少,且绿肥覆盖效果在不同区域和生态系统中时空变异性大。葛藤覆盖是胶园生态系统中重要的生物调控措施之一。有研究表明,葛藤覆盖能改变胶园土壤环境,提高胶园表层土壤熟化程度,促进养分转化与利用,调控橡胶树根系分布,提高根系活性,有利于矿质养分的释放与循环,促进土壤养分的吸收与利用[3, 10]。然而,葛藤覆盖对海南平地幼龄胶园土壤理化性质和土壤酶活性的影响尚不明确。为此,本研究以海南西部地区葛藤覆盖和未覆盖的幼龄胶园土壤为研究对象,分析两种处理和土层之间土壤理化性质与土壤酶活性的差异,以期为热带胶园可持续管理提供科学依据和技术指导。

      • 试验区为位于海南岛西北部,西临北部湾的儋州市海胶集团西联农场保卫队的幼龄橡胶种植园 (19°1′7.32″N,109°57′36″E,海拔127 m)。该地区属于典型热带海岛型季风气候区;年均气温20.8℃~26.0℃,全年日均气温 ≥ 10℃的积温为8500℃~9100℃;年太阳辐射4856.7 MJ/m2,年日照时数2100 h;年均风速2.0~2.5 m/s。5—10月为雨季,11月至次年4月为旱季;多年平均降雨量为1815 mm,雨季降水超过年降水量的80%;年平均相对湿度83%;年平均径流深为579 mm,年地表径流量18.9亿m3。试验区土壤为花岗岩母质发育的砖红壤,质地类型为砂质粘壤土。

        研究对象为2015年6月定植的幼龄橡胶园,主要种植橡胶品种为热研7-33-97,株行距为3.0 m × 7.0 m,种植面积约19.2 hm2,施肥管理为化肥、有机肥、有机无机肥配施等常规方式。同年在行间种植葛藤,至2018年底葛藤基本能覆盖胶树行间的80%。试验区橡胶树行间葛藤种植后,保持其自然生长与凋落。林下还有少量的弓果黍 (Cyrtococcum Patens)、飞机草 (Eupatorium odoratum)、含羞草 (Momosa pudica)、野牡丹 (Melastomac andidum) 等伴生植物。

      • 试验采取对比研究法,以幼龄胶园中葛藤覆盖土壤 (简称葛藤覆盖) 为研究对象,以相同区域无葛藤覆盖的幼龄胶园土壤 (简称裸地) 为对照,共2个处理。每个处理设置3个重复试验小区,共6个试验小区。每个小区面积为300 m2 (10.0 m × 30.0 m),为随机设置的不连续小区,试验小区之间的间隔至少为20 m。于2019年6月在每个小区内沿对角线随机选定3个样方,在每个样方随机选取5个采样点,用直径5 cm的不锈钢土钻按照0—10 cm (上层) 和10—20 cm (下层) 采集土样,每个样方取约3000 g土样装入封口袋,共采集36个土样。剔除鲜样中可见的石块、胶树残根和枯枝落叶等杂物,过2 mm孔筛。土样分成两部分,一部分鲜土于4℃冰箱保存,用于土壤酶活性和其他需要鲜土样品指标的测定;另一部分于阴凉干燥通风条件下风干后研磨过0.149 mm孔筛,用于土壤pH、土壤有机碳、全氮、全磷等指标的测定。

      • 土壤理化性质的测定参照《土壤农化分析》[11]。pH采用水∶土 = 2.5∶1浸提—pH计 (PHS-3G) 法测定;含水量采用105℃烘干—称量法测定;土壤容重采用环刀法测定;有机碳采用KCr2O7–H2SO4外加热法测定;全氮采用半微量凯氏定氮法测定;全磷采用HClO4–H2SO4消煮—钼锑抗比色法测定;全钾采用NaOH熔融—火焰光度法测定;速效磷采用0.03 mol/L NH4F–0.025 mol/L HCl浸提—钼锑抗比色法测定;速效钾采用1 mol/L中性NH4OAC浸提—火焰光度计法;铵态氮和硝态氮采用2 mol/L KCl浸提—连续流动分析仪测定。

      • 采用常规酶活性测定法和微孔板荧光法相结合,测定6种具有代表性的土壤酶活性,包括3种参与碳循环的酶 (过氧化氢酶、蔗糖酶、β-1,4-葡萄糖苷酶) 和3种参与氮循环的酶 (脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶)[12-13]。蔗糖酶活性测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法,以蔗糖为基质,结果以37℃培养24 h后测定的葡萄糖量表示;脲酶活性采用苯酚钠–次氯酸钠比色法,以尿素为基质,结果以37℃培养24 h酶解尿素释放的NH3-N的量表示;过氧化氢酶活性采用高锰酸钾容量法测定;β-1,4-葡萄糖苷酶、L-亮氨酸氨基肽酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性采用微孔板荧光法测定,以荧光物质4-羟甲基-7-香豆素 (MUB) 共轭物质作为测定底物,接种土壤悬液至96孔微孔板中,将微孔板于25℃黑暗条件下培养4 h,加入NaOH终止反应,随后用酶标仪 (Scientific Fluoroskan Ascent FL, Thermo) 检测荧光值,检测的激发光和发射光波长分别为365和450 nm,土壤酶活性[nmol/(g·h)]用单位时间1 g样品的基质转化率表示。

      • 采用Microsoft Excel 2016和SPSS 21.0软件对数据进行处理,绘图采用Origin 9.0软件。用独立样本T检验法检验两种处理同一土层及同一处理上下两个土层间土壤性质和土壤酶活性的差异 (P < 0.05表示具有显著差异)。运用双变量相关分析中的Pearson相关系数分析土壤酶活性及理化性状指标间的相关性。所有数据均以3次重复的平均值加标准差来表示。

      • 表1表明,葛藤覆盖后上层土壤pH提高了0.46,但下层土壤pH下降了0.27,两种处理及土层之间差异显著 (P < 0.05)。因此,种植葛藤对胶园上层土壤酸化有一定缓解作用。与裸地相比,葛藤覆盖后两个土层土壤有机碳、全氮和全磷含量均有提高,有机碳和全氮在上层土壤的增幅 (5.9%、11.8%) 高于下层 (4.2%、9.1%),而全磷含量则表现为上层增幅 (12.0%) 低于下层 (38.1%),两种处理同一土层全氮含量差异均达到显著水平 (P < 0.05),而有机碳和全磷含量仅分别在上层和下层土壤中差异显著,相同处理两个土层之间有机碳含量均表现为差异显著,全氮和全磷均未达到显著差异水平。葛藤覆盖后上层土壤中全钾含量显著提高了54.2%,但在下层土壤下降了9.2%。土壤铵态氮和硝态氮含量变化趋势相反,铵态氮含量在上层和下层土壤中分别下降了9.2%和3.5%,硝态氮分别上升和下降了65.4%和18.6%。葛藤覆盖对土壤速效磷含量影响不显著。与裸地相比,葛藤覆盖使两个土层土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比均下降,但仅有下层土壤碳磷比和氮磷比差异达到显著性水平。

        表 1  葛藤覆盖幼龄橡胶园与裸地土壤性质

        Table 1.  Soil properties in kudzu mulching and bare land in young rubber plantation

        土壤性质
        Soil property
        葛藤覆盖Kudzu mulching裸地Bare land
        0—10 cm10—20 cm0—10 cm10—20 cm
        含水量Moisture content (%)18.55 ± 0.08 Aa16.93 ± 0.05 Ba15.41 ± 0.13 Ab14.87 ± 0.05 Bb
        容重Bulk density (g/cm3) 1.49 ± 0.16 Aa1.50 ± 0.08 Aa1.53 ± 0.16 Aa1.60 ± 0.06 Aa
        pH 5.48 ± 0.09 Aa5.09 ± 0.01 Bb5.02 ± 0.06 Bb5.36 ± 0.03 Aa
        有机碳Organic carbon (g/kg) 23.87 ± 0.89 Aa21.31 ± 1.73 Ba22.54 ± 0.65 Ab20.45 ± 1.25 Ba
        全氮Total N (g/kg) 2.36 ± 0.34 Aa2.27 ± 0.22 Aa2.11 ± 0.13 Ab2.08 ± 0.19 Ab
        全磷Total P (g/kg) 0.28 ± 0.02 Aa0.29 ± 0.02 Aa0.25 ± 0.05 Aa0.21 ± 0.06 Ab
        全钾Total K (g/kg) 2.56 ± 0.19 Aa1.88 ± 0.01 Bb1.66 ± 0.02 Bb2.07 ± 0.15 Aa
        铵态氮NH4+-N (mg/kg) 13.98 ± 0.52 Aa13.56 ± 0.48 Aa15.40 ± 1.48 Aa14.05 ± 1.35 Aa
        硝态氮NO3-N (mg/kg) 10.75 ± 2.09 Aa7.03 ± 2.35 Aa6.50 ± 1.06 Ab8.64 ± 2.13 Aa
        速效磷Available P (mg/kg) 25.81 ± 0.08 Aa25.43 ± 0.06 Ba25.71 ± 0.16 Aa25.52 ± 0.14 Aa
        速效钾Available K (mg/kg) 1.12 ± 0.05 Aa1.19 ± 0.03 Aa1.00 ± 0.03 Ab0.94 ± 0.04 Ab
        碳氮比C/N 10.11 ± 1.38 Aa9.39 ± 1.51 Aa10.68 ± 1.71 Aa9.83 ± 1.74 Aa
        碳磷比C/P 85.25 ± 6.42 Aa73.48 ± 8.20 Bb90.16 ± 19.24 Aa97.38 ± 52.26 Aa
        氮磷比N/P 8.43 ± 0.86 Aa7.83 ± 0.74 Bb8.44 ± 3.38 Ba9.90 ± 2.38 Aa
        注(Note):同行数据后不同小写字母表示同一土层两个处理间差异显著,不同大写字母表示同一处理两土层间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a row indicate significant difference between two treatments in the same soil layer, and different capital letters indicate significant difference between two soil layers for the same treatment (P < 0.05).
      • 种植葛藤后上层土壤脲酶活性显著提升 (P < 0.05),其活性为裸地的2.1倍 (增幅约108.1%),但对下层土壤脲酶活性影响不显著 (图1)。种植葛藤后上层土壤蔗糖酶活性显著下降 (约为裸地的50.8%),但下层高于裸地。与裸地相比,种植葛藤对上、下土层的过氧化氢酶活性均有明显的促进作用 (增幅分别为327.8%和69.5%),两种处理上层土壤及葛藤覆盖后上、下土层中过氧化氢酶活性差异均达到显著水平 (P < 0.05)。种植葛藤后对土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基肽酶活性的影响不显著。

        图  1  葛藤覆盖与裸地幼龄橡胶园0—10和10—20 cm土壤酶活性

        Figure 1.  Enzyme activities in 0–10 and 10–20 cm soil layers in young rubber plantation under kudzu mulching and bare land

      • 幼龄橡胶园葛藤覆盖和裸地0—20 cm土壤理化性质和酶活性的Pearson相关分析结果 (表2)显示,葛藤覆盖后,过氧化氢酶与土壤含水量、全氮和全钾含量呈显著正相关 (P < 0.05),相关系数分别为0.847、0.847和0.896,与速效钾呈显著负相关 (–0.822);蔗糖酶与土壤含水量和全氮呈极显著负相关 (P < 0.01);与pH、全钾和速效磷均呈显著负相关。裸地土壤中,过氧化氢酶活性与铵态氮呈显著负相关 (–0.814);脲酶活性与有机碳和速效钾分别呈极显著和显著负相关 (–0.986和–0.822),与pH和全钾分别呈极显著和显著正相关 (0.937和0.815);蔗糖酶与pH、全钾呈显著负相关,与速效钾和有机碳呈显著和极显著正相关;β-1,4-葡萄糖苷酶与有效磷和硝态氮含量分别呈极显著的正相关 (0.955) 和负相关 (–0.939);β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶与土壤含水量和硝态氮含量分别呈显著正相关 (0.888) 和负相关 (–0.890)。

        表 2  葛藤覆盖幼龄橡胶园与裸地土壤理化性状和土壤酶活性的Pearson相关分析 (n = 18)

        Table 2.  Pearson correlation between soil properties and enzyme activities in young rubber plantation under kudzu mulching and bare land

        处理
        Treatment
        土壤酶活性
        Soil enzyme activity
        含水量
        Moisture content
        pH土壤容重
        Bulk density
        全钾
        Total K
        速效钾
        Available K
        全磷
        Total P
        速效磷
        Available P
        全氮
        Total N
        铵态氮
        NH4+-N
        硝态氮
        NO3-N
        有机碳
        Organic C
        葛藤覆盖
        Kudzu mulching
        过氧化氢酶Catalase0.847*0.6940.1130.896*–0.822*–0.5820.6710.847*0.2280.7430.709
        脲酶Urease0.5310.5440.3510.473–0.270–0.2140.3130.609–0.2380.4600.561
        蔗糖酶Sucrase–0.962**–0.888*0.346–0.897*0.7030.397–0.896*–0.945**–0.152–0.651–0.791
        β-1,4-葡萄糖苷酶β-1,4-Glucosidase–0.158–0.332–0.313–0.1130.081–0.335–0.112–0.2610.4820.321–0.528
        β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶
        β-1,4-N-Acetylglucosaminidase
        0.2810.026–0.2860.380–0.424–0.6280.2390.1820.6000.643–0.109
        L-氨酸氨基肽酶
        L-Leucine aminopeptidase
        0.101–0.037–0.3420.1340.027–0.1240.0690.0390.6770.671–0.194
        裸地
        Bare land
        过氧化氢酶Catalase–0.1890.292–0.3300.572–0.492–0.0610.087–0.527–0.814*–0.272–0.346
        脲酶Urease–0.7220.937**–0.2430.815*–0.822*–0.577–0.759–0.318–0.5200.476–0.986**
        蔗糖酶Sucrase0.718–0.901*0.260–0.873*0.822*0.4060.7000.3870.626–0.4210.950**
        β-1,4-葡萄糖苷酶β-1,4-Glucosidase0.656–0.6790.659–0.4140.210–0.1070.955**–0.173–0.132–0.939**0.605
        β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶
        β-1,4-N-Acetylglucosaminidase
        0.888*–0.7940.182–0.7330.341–0.2210.6840.4120.039–0.890*0.581
        L-亮氨酸氨基肽酶
        L-Leucine aminopeptidase
        0.742–0.7980.276–0.5310.4320.3260.8020.129–0.086–0.8110.707
        注(Note):*—P < 0.05; **—P < 0.01.
      • 本研究发现,葛藤覆盖显著提高了上层土壤pH,说明葛藤覆盖能够有效缓解胶园表层土壤酸化,这与前人[14]研究结果一致,但下层土壤pH下降约5.0%。前期研究表明,植物体内的灰碱成分是引起土壤pH升高的主要因素之一[15-16]。葛藤是一种藤蔓类植物,根系主要分布在上层土壤中,因而对下层土壤酸度影响降低;其次,随着土壤深度增加,土壤中有机氮矿化作用减弱,硝化作用增强,导致下层土壤中铵态氮含量下降,硝态氮含量上升,这可能是引起下层土壤pH降低的因素之一[17]。土壤有机氮矿化过程初期需要消耗较多的H+,会造成土壤盐基含量增加,同时绿肥分解在一定程度上也会改变土壤结构,减少交换性Ca、Mg等盐基离子的损失[18-19]。另外,绿肥分解产生的有机阴离子,与土壤表面羟基发生配位交换反应,能够将部分OH释放到土壤水中,起到中和土壤H+的作用[20],从而使上层土壤pH上升。

        植物对土壤养分的吸收利用和土壤的反馈作用是植物生长的一个重要驱动机制,植物通过凋落物分解或根系分泌物调节根际土壤养分的有效性。本研究中,种植葛藤后两个土层土壤有机碳、全氮、全磷均高于裸地,与叶协锋等[21]的研究结果基本一致。葛藤能通过生物固氮作用提高土壤氮素含量[14]。种植葛藤增加了根系分泌物和凋落物等碳源向土壤中输入,促使微生物生长代谢旺盛,呼吸强度增大,也可促进土壤本身氮磷养分及微量营养元素的释放[22],增加土壤有机碳和全磷含量。

        土壤碳氮比通常被认为是土壤氮素矿化能力的标志,低的碳氮比可以加快微生物的分解和氮的矿化速率[23]。本研究发现,与裸地相比,葛藤覆盖降低了土壤碳氮比。这主要是因为葛藤覆盖后增加了土壤有机质含量,使得微生物活性增强,促进土壤氮素矿化。微生物代谢活动不仅需要更多的碳源,也需要更多的氮源作为补充。另一方面,葛藤作为豆科绿肥会通过根瘤菌进行生物固氮,增加土壤氮素含量,也会导致土壤碳氮比下降。本研究结果与杜威等[24]关于绿肥翻压对旱塬区土壤碳氮比影响的研究结果基本一致。目前,对胶园土壤关于绿肥覆盖的研究多集中在对土壤碳、氮含量的影响,而对土壤碳氮比的研究则相对较少。

      • 土壤酶直接参与土壤营养元素的有效化过程,也可在一定程度上反映土壤养分转化的动态过程[13, 25]。过氧化氢酶活性表示土壤氧化过程的强度,可以反映土壤微生物学过程的强度;蔗糖酶能够促进多种低聚糖水解,其活性和土壤有机质累积和腐殖化程度密切有关,能很好反映微生物学活性强度和土壤肥力水平。β-1,4-葡萄糖苷酶能将外源有机物质转化为活性有机碳,参与土壤碳循环[25-26]。土壤脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶直接参与土壤氮素循环,可以提高土壤氮素的利用率。有研究表明,间作绿肥提高了胶园土壤脲酶[3]、过氧化氢酶和多酚氧化酶[20]及蔗糖酶活性,能够起到较好的改土增效作用[26]

        本研究中,幼龄橡胶园种植葛藤对上、下土层的土壤酶活性影响不同。3种参与碳循环的酶中,上层土壤过氧化氢酶活性显著增加,蔗糖酶活性显著降低,下层土壤3种酶活性均高于裸地,但均未达到显著差异水平 (图1)。李增强等[18]研究发现,施加紫云英会同时提高土壤蔗糖酶、β-1,4-葡萄糖苷酶和过氧化物酶活性,与本研究结果略有不同。3种参与土壤氮循环的酶中,除脲酶活性增加外,其余两种酶活性均表现为下降 (图1)。原因可能有以下几个方面:1) 土壤环境中水盐含量和pH过高或过低都会对过氧化氢酶活性有抑制作用。在适宜范围内过氧化氢酶活性随pH增高而增大[14, 27],种植葛藤提高了胶园上层土壤pH,因而过氧化氢酶活性升高;2) 幼龄胶园间种后,根系及进入土壤中的有机体含量增加,其分泌物和细胞脱落物进入土壤,提高了土壤脲酶活性;3) 土壤酶活性和数量受底物浓度和微生物自身对养分需求的限制。与种植葛藤相比,裸地土壤中,外源性碳、氮等养分的输入较少,土壤更容易受到碳氮养分胁迫,微生物需要分泌更多的碳氮分解酶,增加土壤碳氮代谢以满足自身的养分需求。因此,种植葛藤后,β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基肽酶及上层土壤蔗糖酶和β-1,4-葡萄糖苷酶的活性均低于裸地,说明未覆盖葛藤的幼龄胶园土壤中,碳、氮养分可能是胶园土壤综合肥力提升的限制因子。

      • 土壤酶活性与土壤性质之间的相关性,能较真实地反映土壤酶活性生物因子和土壤养分因子对土壤肥力水平的影响,可以较好地表征胶园土壤的肥力状况,但对土壤性质与酶活性关系的研究结果尚存在一定的不确定性。张焱华等[28]通过对海南省儋州市24个有代表性的橡胶园样地土壤酶活性与土壤养分的研究发现,过氧化氢酶、蔗糖酶活性与土壤有机质、全氮和水解氮含量呈正相关关系,而脲酶活性与土壤有机质及氮、磷、钾的有效性呈负相关。韦家少等[29]研究了5种不同类型的橡胶林土壤,结果表明脲酶和过氧化氢酶活性与有机质、全氮、水解氮含量呈极显著或显著正相关,与耿建梅等[30]的研究结果类似。

        本研究中,种植葛藤后,土壤过氧化氢酶活性与土壤含水量、全氮和全钾之间呈显著正相关,蔗糖酶活性与土壤含水量和全氮呈极显著负相关,与土壤pH、全钾和速效磷均呈显著负相关,其余酶活性与土壤理化性质未表现出明显的相关性 (表2)。与前人研究结果不完全一致,这可能与研究区的土壤质地、间作植物群落类型、施肥种类及施肥量、植胶年限以及土壤样品采集时间不同有关。其次,土壤中的大部分酶都属于诱导类酶,土壤微生物元素组成和土壤元素之间存在化学计量平衡[31],微生物通过调控酶的分泌来增加对限制性养分的吸收,因而在裸地土壤中,有机碳含量与土壤脲酶和蔗糖酶活性之间分别呈极显著负相关和正相关关系,而葛藤覆盖处理中,二者相关性不显著。说明在幼龄胶园种植葛藤会影响土壤酶活性和土壤理化因子,绿肥种植不仅能够增强土壤酶活性,而且能够提升土壤养分含量,进而影响土壤的综合肥力水平。

      • 1) 海南岛幼龄橡胶林间作葛藤并用葛藤覆盖土壤4年后,0—20 cm土壤有机碳、全氮、全磷含量和上层土壤pH均有提高,有效缓解了幼龄胶园表层土壤酸化,提高了表层胶园土壤肥力。

        2) 种植葛藤主要影响0—10 cm表层土壤肥力,葛藤覆盖可以显著提高表层土壤过氧化氢酶和脲酶活性,降低蔗糖酶活性,土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性与土壤含水量、pH以及全量和速效养分含量之间均具有较高的相关性,这表明种植葛藤是提高幼龄胶园表层土壤的熟化和综合肥力水平的有效措施。

    参考文献 (31)

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