东北黑土区不同耕作方式土壤养分与酶活性的时空变化-

1、第23卷第6期2009年12月水土保持学报Journal of Soil and Water ConservationVol.23No.6Dec.,2009东北黑土区不同耕作方式土壤养分与酶活性的时空变化3吴海燕1,2,金荣德2,范作伟2,高星爱2,张余莽1,赵兰坡1(1.吉林农业大学,长春130118;2.吉林省农业科学院,长春130033摘要:通过田间试验研究了东北黑土区玉米不同耕作方式的土壤养分与酶活性的时空变化规律。结果表明,整个生育期不同处理在各个土层均有较高的碱解氮含量,而在播种前常规耕作高于宽窄行,玉米生长中期则是宽窄行高于常规耕作,收获后各处理含量水平基本一致。有效磷不同处理均

2、表现出养分表聚现象,且宽窄行在各个生育期的不同土层内均高于常规耕作。速效钾含量随着土层的加深降低不十分明显,处理间没有表现出明显的差异,体现了钾素养分移动性大的特点。玉米生长关键期的全量氮、磷、钾变化幅度不大,处理间含量水平一致;有机质含量在2%3%之间;p H值不同处理均随着土层的加深逐渐升高的趋势,说明不同的耕作措施都有促进土壤表层酸化的现象。不同耕作方式土壤酶活性在整个生育期变化趋势相同,无明显差异。关键词:黑土;耕作方式;土壤养分;土壤酶活性中图分类号:S158.3文献标识码:A文章编号:100922242(20090620154204E ffect of Tillage Form o

3、n the Soil Nutrient and Enzyme Activities ofBlack Soil Area at Northeast ChinaWU Hai2yan1,2,J IN Rong2de2,FAN Zuo2wei2,GAO Xing2ai2,ZHAN G Yu2mang1,ZHAO Lan2po1(1.J ilin A g ricultural Universit y,Changchun130118;2.J ilin A cadem y of A g ricultural Sciences,Changchun130033 Abstract:Field experiment

4、 was carried out in t his st udy to investigate t he effect of tillage form on t he soil nu2 t rient and enzyme activities of in t he maize rhizosp here at black soil area of nort heast China.In t he normal rows,higher and lower N H+4-N was measured at before sowing and middle of cultivation,respect

5、ively. While,t here was no significant differences after harvest.Throughout t he st udy,assembled available p hos2 p horus was found at bot h t reat ment and relatively higher available p hosp horus was measured in t he wide2nar2 rows row at each soil layers compared to normal rows.For potassium con

6、tent,a minor change was found at each layer in bot h applications and no significant differences were found between t he two applications.As well as,t here was minor changes were investigated in t he total nitrogen,p hosp horous and potassium during t he main growt h period at each application.Organ

7、ic matter content of rhizosp here was maintained at2% 3%at each applications.However,p H value was po sitively correlated wit h t he soil dept h which demon2 strates t hat bot h applications may cont ribute to soil acidification.Same t rend was found in bot h applications and no significant differen

8、ces were found between t he applications.The result s indicate t he potential wide2 narrow rows application in maize cultivation.K ey w ords:black soil;tillage form;soil nut rient;soil enzyme activity保护性耕作是相对于传统耕翻的一种新型耕作技术,它不仅具有控制农田水土流失、保墒蓄水、增产增收等综合效益123,对于改善土壤环境也具有多种独特的生态经济作用425。关于保护性耕作对土壤环境的影响,有研究

9、认为,保护性耕作能显著增加微生物数量,增强土壤酶活性,提高土壤养分含量;同时保护性耕作具有改善土壤结构,增加土壤团聚体数量等作用627。就是说不同耕作方式动土程度不同,可能会造成土壤养分、土壤酶活性与微生物量以及土壤物理结构等的差异,从而形成不同的土壤环境。因此,本试验以东北黑土区常规耕作(均匀原垄和均匀倒垄为对照,研究了保护性耕作(宽窄行休闲种植对玉米整个生育期不同层次土壤养分与酶活性的影响,目的在于从时间和空间两个角度阐明保护性耕作对土壤养分供应特性及土壤酶活性的影响,为玉米高产栽培营造健康的土壤环境。3收稿日期:2009206230基金项目:国家科技支撑计划(2006BAD02A10-7

10、-4作者简介:吴海燕(1968-,在读博士,研究员,主要从事土壤微生物研究和微生物肥料的研制。E2mail:wuhaiyan3175通讯作者:赵兰坡(1955-,教授,留日博士,主要从事土壤化学与改良、土壤肥力与生态领域的研究。E2mail:zhaolanpo12 1材料与方法1.1试验设计研究区设在公主岭市范家屯镇香山村,供试土壤为黑土。试验设常规耕翻(均匀原垄、均匀倒垄和保护性耕作(宽窄行交替种植即2种耕作方式4个处理,3次重复,小区面积40m 2。试验玉米品种为先玉335,施肥水平为N 225kg/hm 2,P 2O 575kg/hm 2,K 2O 60kg/hm 2。1.2试验方法1.

11、2.1取样时期与方法分别在玉米播种前(4月23日、苗期-拔节期(6月18日、拔节-抽雄前期(7月16日、灌浆期-腊熟期(8月27日和收获后(10月11日,采集0-10cm ,10-20cm ,20-30cm ,30-40cm ,40-50cm 5个深度的土壤样品,土壤风干过筛用于土壤养分和酶活性分析。1.2.2测定项目与分析方法土壤碱解氮采用碱解扩散法;土壤速效磷采用钼锑抗比色法;土壤速效钾是采用火焰光度计法;土壤有机质采用重铬酸钾容量法-磷酸浴法;全氮采用凯氏定氮消煮法;全磷采用氢氧化钠熔融法,比色法测定;全钾采用氢氧化钠熔融火焰光度计法测定8。脲酶活性采用靛酚比色法,用N H 3-N mg

12、/100g 土表示;磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠法,活性单位为酚mg/100g 土9210。2结果与分析2.1不同耕作方式土壤养分的空间变化2.1.1不同耕作方式土壤速效养分在不同生育期的空间变化由表1可知,玉米播种前期(4月23日,在0-50cm 范围内均有较高的碱解氮含量,随着土层加深减少不明显,而常规耕作在各个土层的含量均高于保护性耕作,差异达到显著性水平;有效磷主要集中在土壤表层,养分表聚现象十分明显,在0-20cm 耕层内保护性耕作略高于常规耕作,在10-20cm 土层均匀原垄显著低于与其它处理;速效钾均匀原垄在各个土层变化不大,其它处理变化趋势基本一致,即表层含量较高,在10-3

13、0cm 土层含量较低,尔后又表现出升高的趋势。速效养分的空间变化说明了耕作方式对于养分的淋失影响很大,尤其氮素的淋失在播种前常规耕作明显高于保护性耕作。表1不同耕作方式在不同生育期土壤速效养分的空间变化取样时间采样深度/cm土壤碱解氮/(mg kg -1宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄土壤有效磷/(mg kg -1宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄土壤速效钾/(mg kg -1宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄0-10118.60c 135.47bc 146.15b 187.18a 50.7747.8032.8540.54139.bc 159ab 116.67c 176.67a 10-20118.00b 11

14、8.6b 149.52a 156.83a 23.90a 31.41a 8.55b 21.21a 120.67130.17122.67130.504月23日20-30109.10bc 107.36c 138.28a 134.90ab 18.9513.70 5.81 4.33116.33114.17119.67113.6730-4093.31b 88.81b 151.20a 139.40a 4.018.12 5.39 3.67107b 134.83a 119ab 126.00a 40-5086.56c 79.82c 112.98b 147.83a 2.448.87 3.11 5.39106.6b

15、135.33a 120.5ab 131.67ab 0-10139.40ab 157.95a 128.16b 135.47ab 51.50a 50.78a 32.76b 30.27b 172.33a 130.33b 144.67b 128.67b 10-20126.47ab 155.70a 114.11ab 114.11b 17.8b 37.62a 5.61c 8.76c 126.00a 96.17b 105ab 96.67ab 6月18日20-30121.41112.98114.67101.7411.08ab 16.97a 2.88b 6.63b 109.6795.00129.1796.503

16、0-4093.87ab 106.24a 77.01b 107.36a 2.968.14 2.88 5.5292.67b 113.50a 93.33b 91.67b 0-10162.39163.07146.43109.7331.9937.1323.4534.53114.33117.83142.83126.5010-20147.10168.51118.23136.5725.6826.3115.3412.6583.6779.0086.5087.337月16日20-30149.82a 144.73a 111.77b 118.23b 19.26a 14.28ab 5.52b 5.27b 90.6785.

17、6779.0082.0030-40126.7299.5489.0199.888.68a 4.14ab 1.92b 6.26ab 83.0077.3376.6784.5040-50119.93a 101.58b 69.99c 114.15ab 4.03 2.56 2.02 2.7569.0077.6779.8380.000-1094.11b 105.32b 87.99b 128.08a 32.50b 59.04a 23.8c 6.08d 162.67ab 202.67a 184.83ab 133.33b 10-20162.0597.5088.33139.9736.00a 37.55a 6.31b

18、 9.79b 116.17ab 148.00a 138.67ab 119.83b 8月27日20-3084.59b 147.44a 93.09ab 86.63ab 11.7410.14 3.57 2.59123.00132.33131.83116.6730-4079.1682.5691.0591.39 3.86ab 6.13a 3.18b 1.58b 116.5b 134.5ab 144.67a 113.67b 40-50130.1283.5790.0390.71 3.16b 19.85a 2.77b 1.51b 122.17ab 144.33ab 167.00a 109.00b 0-1097

19、.50102.9498.52150.5b 27.6925.9125.1634.52126.67ab 144.17a 116.67b 111.67b 10-20106.68101.9297.1693.7720.31a 10.08ab 8.03b 5.22b 105.00b 119.33a 88.83c 85.50c 10月11日20-3092.7593.4388.3380.5214.3a 8.39b 4.81b 3.98b 110.00a 109.33a 84.83b 81.50b 30-4080.1884.2562.8576.44 4.45a 3.40ab 2.29b 2.54b 96.508

20、8.3390.0093.0040-5067.9577.1294.4580.86 2.94ab 5.14a 2.36b 2.52ab 96.6788.33115.50102.67注:表中字母表示0.05%显著水平,没有标记差异不显著。551第6期吴海燕等:东北黑土区不同耕作方式土壤养分与酶活性的时空变化苗期-拔节期(6月18日不同处理的土壤速效养分空间变化(表1,碱解氮含量在0-20cm土层保护性耕作略高于常规耕作,窄行苗带与常规耕作相比差异达显著水平,30cm以下各个处理含量均有所下降,差异不显著;有效磷含量在0-30cm土层保护性耕作明显高于常规耕作,差异达显著水平,说明在本试验条件下保护性

21、对于提高土壤磷素的供应水平有一定的积极作用;速效钾各个处理表层含量高于下层,但宽行有略高于其它处理的趋势。拔节-抽雄前期(7月16日各个处理土壤速效养分空间变化(表1,不同处理碱解氮在各个土层内均有一定的含量,在20-30cm土层含量宽窄行处理显著高于常规耕作,其余层次处理间差异不显著;有效磷各个处理随着土层加深下降较为明显,磷素养分主要集中在土壤表层,宽窄行高于常规耕作,但差异不显著;速效钾处理间趋势相同,即0-10cm其含量明显高于底层,10cm以下含量水平一致,且差异不显著。灌浆期-腊熟期(8月27日不同处理各个层次变化(表1,宽行处理的碱解氮含量在10-20cm和40-50cm两个土层

22、出现了高峰值,而窄行苗带20-30cm土层也出现了高峰,而均匀原垄各个土层内含量较为一致,且水平较低,就是说保护性耕作碱解氮含量在这一时期有高于常规耕作的趋势,但规律不十分明显;有效磷含量在表层(0-20cm保护性耕作显著高于常规耕作,养分仍然集中于表层;各个处理速效钾含量均较高,且变化趋势基本一致,处理间无明显差异。这一结果说明了宽窄行处理对玉米籽粒建成时的养分供应有一定的积极作用。由表1可知,收获后(10月11日碱解氮含量只是均匀倒垄在表层含量显著高于其它处理,其它处理间无明显差异;有效磷仍表现出养分表聚现象;速效钾在0-30cm土层保护性耕作仍然高于常规耕作,且差异达显著水平。2.1.2

23、不同耕作方式土壤有机质、p H值和全量养分的空间变化由表2-3结果表明,全氮、全磷含量随着土层的加深逐渐降低;全钾含量在播种前和收获后常规耕作高于保护性耕作,在拔节至抽雄期20cm以下除均匀倒垄较低外,其余处理含量水平一致。有机质在整个生育期的各个土层内变化不大,含量在2%3%之间,各个处理差异不明显;P H值变化主要表现在随着土层的加深有逐渐升高的趋势,不同耕作方式变化一致,说明不同的耕作措施都有促进土壤表层酸化的现象。表2不同耕作方式土壤全量养分的空间变化取样时间采样深度/cm土壤全氮/(gkg-1宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄土壤全磷/(gkg-1宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄土壤全钾/(g

24、kg-1宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄0-10 1.56 1.68 1.58 1.730.620.530.500.5524.9325.1625.7526.46 10-20 1.54 1.53 1.45 1.480.560.500.390.4325.1025.3126.4426.674月23日20-30 1.39 1.40 1.41 1.380.410.450.380.3624.8426.5925.8226.34 30-40 1.27 1.32 1.26 1.310.360.390.350.3524.9225.8525.7826.3140-50 1.12 1.17 1.17 1.250.380.3

25、60.360.3525.4025.1026.7226.490-10 1.64 1.56 1.50 1.570.510.520.440.5227.3928.9528.4628.4710-20 1.55 1.52 1.43 1.450.520.510.450.4228.6028.1728.7228.23 7月16日20-30 1.53 1.40 1.28 1.290.500.450.410.4028.4528.5028.2223.60 30-40 1.38 1.15 1.09 1.310.370.390.330.3428.4128.3329.5723.4740-50 1.13 1.000.88 1

26、.150.380.350.350.3828.7228.0727.3523.180-10 1.47 1.44 1.33 1.550.490.480.380.5224.5524.1624.8624.9610-20 1.49 1.39 1.31 1.380.490.470.420.4623.8823.7424.6225.01 10月11日20-30 1.43 1.36 1.18 1.240.450.430.380.3824.9324.3424.6024.77 30-40 1.26 1.23 1.00 1.160.380.380.350.3524.1824.0924.5625.1040-50 1.04

27、 1.080.99 1.140.410.370.340.3524.1624.1824.4424.45 2.2不同耕作方式土壤养分与酶活性在整个生育期的时间变化2.2.1不同耕作方式土壤速效养分的时间变化由表4可知,碱解氮在整个生育期比较平稳,只是在拔节-抽雄期(7月16日保护性耕作高于常规耕作,其它时期含量水平基本一致;有效磷在整个生育期保护性耕作都明显高于常规耕作,且窄行苗带在苗期-拔节期(6月18日和抽雄-腊熟期(8月27日的两个时期出现峰值,体现了保护性对于活化土壤磷素有效性的积极作用;速效钾含量以拔节-抽雄期最低,至灌浆期升至最高,不同处理表现出相同的变化趋势。651水土保持学报第23

28、卷 表3不同耕作方式土壤有机质、p H 值的空间变化取样时间(月2日采样深度/cm 有机质/%宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄p H宽行窄行苗带均匀原垄均匀倒垄0-10 2.97 3.18 2.772.72 6.1 5.9 6.1 5.910-20 2.95 2.86 2.612.42 6.3 6.4 6.4 6.4422320-30 2.71 2.7 2.74 2.43 6.9 30-40 2.54 2.58 2.37.47.340-50 2.33 2.31 2.282.37.50-10 2.73 2.99 2.71 2.817.0 6.

29、0 5.8 5.5721610-20 2.9 2.85 2.532.48 6.4 6.27.3 6.320-30 2.7 2.59 2.462.47.030-40 2.53 2.46 2.2 2.27.30-10 2.44 2.33 2.99 2.39 6.3 6.2 6.4 5.910-20 2.54 2.29 2.24 2.21 6.4 6.1 6.7 6.5721620-30 2.37 2.17 2.06 2.17 6.67.07.3 6.930-40 2.12 1.87 1.77 2.07.340-50 1.79 1.49 1

30、.477.50-10 2.69 2.78 2.55 2.547.0 6.67.0 6.410-20 2.65 2.64 2.43 2.36 6.0 6.77.3 6.5822720-30 2.4 2.26 2.28 7.97.530-40 2.42 2.26 2.2 8.07.940-50 2.2 2.41 2.21 1.97.80-10 2.58 2.52 2.36 2.62 6.4 6.4 6.5 5.310-20 2.38 2.43 2.27 2.34 5.9 6.4 6.1 6.41021120-30 2.

31、41 2.44 2.21 2.217.1 6.97.07.330-40 2.31 2.19 2.02 7.67.640-50 1.93 2.08 1.732.07.6表4不同耕作方式土壤速效养分在整个生育期的时间变化(0-40cm 速效养分/(mg kg -1处理播种前苗期-拔节期拔节-抽雄期抽雄-腊熟期收获后宽行109.75120.29146.51104.9894.28碱解氮窄行苗带112.56133.22143.96108.2195.64均匀原垄146.29108.49116.3690.1286.72均匀倒垄154.58114.67116.10111

32、.52100.31宽行24.4220.8521.420.0216.69有效磷窄行苗带25.2628.3820.4728.2211.95均匀原垄13.1511.0311.569.2210.07均匀倒垄17.4412.8014.68 5.0111.57宽行120.75125.1792.92129.59109.54速效钾窄行苗带134.54108.7589.96154.28115.29均匀原垄119.50118.0496.25150.0095.08均匀倒垄136.71103.3895.08120.8892.02表5不同耕作方式土壤酶活性在整个生育期的时间变化(0-40cm 土壤酶活性处理播种前苗期-

33、拔节期拔节-抽雄期抽雄-腊熟期收获后脲酶/(N H 3-Nmg 100g -1土宽行0.25890.41080.9156 1.5608 1.3302窄行苗带0.33380.52050.9844 2.0375 1.3356均匀原垄0.47470.62970.7882 2.1696 1.4449均匀倒垄0.42010.48340.9257 1.3727 1.7044酸性磷酸酶/(酚mg 100g -1土宽行3.3662 1.6617 1.6206 1.0687 1.2214窄行苗带3.1588 1.8202 1.3388 2.17830.9361均匀原垄 1.2801 1.5443 1.34460

34、.916 1.2683均匀倒垄 1.6582 1.9683 2.5399 2.2899 1.4498中性磷酸酶/(酚mg 100g -1土宽行0.72770.91560.71010.29910.716窄行苗带0.8980.84510.43420.35780.7747均匀原垄0.61110.66320.62210.29920.7688均匀倒垄0.88040.98730.79820.44010.5692碱性磷酸酶/(酚mg 100g -1土宽行1.03440.98510.76320.9334 1.1319窄行苗带1.57220.77020.56710.8442 1.0473均匀原垄0.81370.

35、77840.75970.9851 1.0262均匀倒垄1.13541.09660.8630.94521.20942.2.2不同耕作方式土壤酶活性在整个生育期的变化不同耕作方式土壤酶活性在整个生育期表现相同的变化趋势(表5,其中土壤脲酶活性从播种前到腊熟期逐渐升高,尔后开始下降。酸性磷酸酶保护性耕作在播种前到拔节期明显高于常规耕作,拔节后各处理没有规律性;碱性磷性酶在各个生育期变化较为平衡,处理间无明显的差异;中性磷酸酶从播种前到拔节期略有上升,拔节期以后开始下降,到灌浆期降至最低,收获期有所回升,处理间变化趋势相同。3结论研究表明,整个生育期不同处理速效养分在不同土层内表现出相同的趋势,即不同

36、处理整个生育期在各个土层内均有较高的碱解氮含量,并且在播种前常规耕作明显高于宽窄行处理,生育中期则是宽窄行高于常规耕作,收获后处理间水平基本一致;有效磷不同处理均表现出养分表聚现象,且保护性耕作在整个生育期的不同土层内均高于常规耕作;速效钾含量随着土层的加深降低不十分明显,处理间没有表现出明显的差异。可以初步说明保护性耕作对于水土保持和土壤有效养分的供应具有一定的积极作用。全氮、全磷含量随着土层的加深逐渐降低;全钾含量在播种前和收获后常规耕作高于保护性耕作,随着土层的加深降低不明显。有机质在整个生育期的各个土层内变化不大,基本在2%3%之间,各个处理差异不明显;p H 值变化主要表现在随着土层

37、的加深有逐渐升高的趋势,不同耕作方式变化一致,说明不同的耕作措施都有促进土壤表层酸化的现象。土壤酶是土壤中养分转化的催化剂,不同耕作方式对土壤酶活性的影响,有研究认为,保护性耕作方式下土壤酶活性有所提高,但处理间差异不显著11,这一点与本试验结果相同。也有试验证明,在保护性耕作方式下配合施用有机肥,提高地力的效果比较显著12213,有待于进一步研究探讨。下转第170页751第6期吴海燕等:东北黑土区不同耕作方式土壤养分与酶活性的时空变化071水土保持学报第23卷5章家恩,刘文高,胡刚.不同土地利用方式下土壤微生物数量与土壤肥力的关系J.土壤与环境,2002,11(2:1402143.6Chen

38、 G C,He Z L,Wang Y J.Impact of p H on microbial biomass carbon and microbial biomass phosphorus in red soilsJ.Pedosphere,2004,14(1:9215.7鲍士旦.土壤农化分析M.北京:中国农业出版社,2000:1212991.8许光辉,郑洪元.土壤微生物分析方法手册M.北京:中国农业出版社,1986:227.9魏迎春,李新平,刘刚,等.杨凌地区大棚土壤硝态氮积累效应研究J.水土保持学报,2008,22(2:1742176.10Li W Q,Zhang M,et al.Salt

39、 contents in soils under plastic greenhouse gardening in ChinaJ.Pedosphere,2001,11(4:3592367.11郭天财,宋晓,马冬云,等.氮素营养水平对小麦根际微生物及土壤酶活性影响J.水土保持学报,2006,20(3:1292131.12罗明,张国建.不同用量的氮磷化肥对棉田土壤微生物区系及活性的影响J.土壤通报,2000,31(2:66269.13赵凤艳,姚禾雨,吴凤芝,等.大棚菜地土壤理化特性的研究J.土壤肥料,2000(2:11213.14孟鸿光,李中,刘乙俭,等.沈阳城郊温室土壤特性调查研究J.土壤通报,2

40、000,31(2:70272.责任编辑:付会芳上接第157页参考文献:1高焕文,李洪文,陈君达,可持续机械化旱作农业研究J.干旱地区农业研究,1999,17(1:57262.2周兴祥,高焕文,刘俊峰,华北平原一年两熟保护性耕作体系试验研究J.农业工程学报,2001,17(6:81284.3王晓燕,高焕文,李洪文,等.保护性耕作对农田地表径流与土壤水蚀影响的研究J.农业工程学报,2000,16(3:66269.4Arshad M A.Tillage and soil quality,Tillage practices for sustainable agriculture and environmental quality in differentagroecosystemsJ.Soil Tillage Res.,1999,53(1:122.5王芸,韩宾,史忠强,等.保护性耕作对土壤微生物特性及酶活性的影响J.水土保持学报,2006,20(4:1202122.6张星杰,刘景辉,李立军等,保护性耕作方式下