石灰对木豆氮素营养的影响

石灰对木豆氮素营养的影响

酸性土壤中的al和mn通常严重，土壤中的镁含量很高，磷含量很高，除了钙、镁、钾、铜、铁等养分不足外，其他有效养分不足，限制了作物产量和品质的改善。石灰改良是缓解酸性土壤酸害,促进作物的营养吸收,提高作物产量及品质的重要措施之一[2～4]。红壤作为一种酸性较强的土壤,其高H+浓度和高可交换态Al离子制约了作物的生长发育,在我国南方强酸性土壤总酸度中,一般交换性氢只占1%～3%,其余全为交换性Al,是决定土壤酸度的主要因素。由于Al3+的水解,从而产生H+,这是土壤出现强酸性的主要原因。另外,其水解产物Al(OH)2+、Al(OH)2+等对根系生长具有毒害作用,抑制植物对水分、矿质元素如钙、镁的吸收。施用石灰可增加土壤pH,增加土壤中交换性Ca和Mg含量,当土壤pH>5.5时,Al离子对植物的毒害即可消除。木豆(CajanusCajan)是一种高蛋白的饲料灌木,它的氮代谢是自身蛋白质和核酸合成的主要生理过程,氮代谢的状况直接关系到牧草的品质和产量,本文通过石灰改良的方法降低红壤的酸度,从木豆氮代谢的角度来讨论环境因子对木豆生理生化的影响。1材料和方法1.1牧草生长g-1、全钙、有效钙的量测试验区设在桂林灵川县潮田乡狮赖村,土壤为中泥盆下部(D21)砂页岩风化形成的地带性红壤。pH4.6、有机质27.28mgkg-1、全氮0.56gkg-1、有效氮47.43mgkg-1、全钙1479mgkg-1、有效钙mgkg-1。供试牧草品种为木豆[CajanusCajan(L.)Mjllspaugh]是蝶形花科,木豆属(Cajanus)中的栽培种,共设7个石灰处理水平,在12cm(长)×12cm(宽)×20cm(深)的土坑中分别施入0(L0)、50(L50)、100(L100)、150(L150)、200(L200)、250(L250)、300(L300)g生石灰粉,并充分混合均匀,株行距0.6m×0.8m。并在木豆的营养生长期内采集植物样和土壤样,测定植物氮代谢系统以及土壤酶系统,每个测定指标重复3次。1.2测定项目及方法谷氨酰胺合成酶(GS)活性测定采用试剂盒法(南京建成),活性定义以每小时37℃反应生成的r-谷氨酸酸的1μmol的量为一个酶活性单位。按照Kaiser和Huber的方法提取和测定硝酸还原酶(NR),活性定义为每克鲜重材料每小时催化生成NO2-的μmol数,即μmolNO2-g-1h-1(FW)。蛋白水解酶的测定参照韩亚珊的方法略有改动,以1h内生成10μg酪氨酸所需的酶量为1个酶活性单位。土壤脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶活性测定按照《土壤酶及其研究方法》。叶绿素含量采用比色法测定、游离氨基酸采用试剂盒法、可溶性蛋白采用双缩脲法、土壤pH用pH计测定(水土比1∶2),全氮用H2SO4(浓)-H2O2消煮法,蛋白氮用5%(wv-1)TCA浸提。数据分析使用SPSS13.0对数据进行统计分析。数据以平均值±S.D.(n=3)给出。进行组间LSD检验,分析其显著性差异。2结果与分析2.1石灰不同用量对土壤ph的影响石灰处理后土壤pH较对照有明显上升(表1),且随着石灰施用量的增加而逐渐升高,当石灰施用量为300g株-1时,pH达到8.64,中和作用明显。2.2石灰浓度对木豆叶绿素和类胡萝卜素生物量的影响叶绿素是植物进行光合作用原初反应的光能“捕获器”,同时又在光能传递与转换中起着重要的作用。较高的叶绿素含量能增加作物光合产物的生产,提高作物的生物量。随着石灰浓度的增加,木豆的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素呈现出先增后减的趋势(表2),方差分析表明:当处理浓度为100、150g株-1时,叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素达到极显著的水平(P<0.01),类胡萝卜素在处理浓度为150、200g株-1时达到极显著水平(P<0.01)。叶绿素a/b值呈现出先降后升的趋势,在100、150g株-1时达到显著水平(P<0.05)。2.3石灰对叶片硝化酶活性的影响谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶和蛋白酶是植物氮代谢系统的关键酶。木豆叶谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶的活性随石灰处理浓度的增大呈现出先增后减的趋势(图1、图2)。当处理浓度为100、150g株-1时,叶片硝酸还原酶有极显著的提高(P<0.01)。在处理浓度为50、100g株-1时,谷氨酰胺合成酶活性分别达到了极显著或显著差异(P<0.01,P<0.05)。根的谷氨酰胺合成酶活性情况相反,表现为先减少后增加。根的硝酸还原酶与根的谷氨酰胺合成酶有类似的情况,但变化幅度不大,只在处理浓度为50g株-1时达到极显著差异,其余差异没有显著性。随石灰处理浓度的增大。根的木豆叶、根的蛋白酶活性均呈现出而先减少后增加的趋势(图3)。在处理浓度达到100g株-1时,根和叶都分别出现了显著或极显著的下降(P<0.01,P<0.05)。2.4可溶性蛋白在不同浓度对叶绿素质量分数的影响在0～150g株-1的石灰处理浓度范围内,木豆叶可溶性蛋白逐渐增加,而后有所下降,在200～300g株-1浓度范围内又逐渐上升,到300g株-1时可溶性蛋白达到最大值(图4)。根可溶性蛋白与叶的情况类似,但在150g株-1时则下降,较叶出现下降的浓度200g株-1有所提前,在150～250g株-1的范围内逐渐上升。在处理浓度最高的300g株-1时,根可溶性蛋白不升反降。可能原因根与土壤环境发生直接的联系,对土壤环境的变化比叶更加敏感。在浓度为50g株-1时,木豆叶和根的总氨基酸含量均最低(图5),极显著水平(P<0.01)。较低的氨基酸含量说明了植物体内蛋白质合成作用大于蛋白质的分解作用。在处理浓度为250g株-1时,含量最高。图4、图5表明石灰对木豆的生长发育有双重作用,在一定范围内施用石灰能显著提高植物体可溶性蛋白的含量,但较高的石灰浓度会降低植物可溶性蛋白的含量。2.5石灰对木豆叶全氮、蛋白氮的影响全氮和蛋白氮是反映植物氮体内氮素水平的高低,与植物氮素同化效率有直接的联系。石灰处理后,木豆叶的全氮和蛋白氮有极显著水平的提高(P<0.01),在处理为100g株-1时,木豆叶全氮和蛋白氮均达到最高值(图6),随着处理浓度的增加,全氮和蛋白氮小幅下降,但仍较对照(0g株-1)有极显著的提高。2.6土壤羧酸还原酶a石灰处理对土壤脲酶、土壤蛋白酶、以及土壤硝酸还原酶的活性影响较大(图7),它们的变化趋势与叶硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶一样呈单峰变化趋势,其中土壤硝酸还原酶活性对石灰处理尤为灵敏在处理浓度为50g株-1时达到峰值,土壤脲酶、土壤蛋白酶分别在150g株-1、100g株-1时达到最大值。3石灰作为植物的一种重要土壤改良剂从木豆氮代谢关键酶以及体内氮素营养水平的实验结果表明:随着石灰施用量的增加,木豆的蛋白酶以及总氨基酸呈V字型变化而硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶以及可溶性蛋白、全氮、蛋白氮等呈单峰型变化,这说明了在一定的浓度范围内,石灰处理显著改善了木豆的生长状况、增加了木豆的氮素水平,使木豆的氮代谢平衡向着蛋白质积累的方向进行。但随着处理浓度的继续升高,植物可溶性蛋白、全氮、蛋白氮均有下降的趋势。说明石灰作为一种土壤改良剂对植物有一个阈值,超过一定的范围则会妨碍植物的生长发育。这与佩奇AL,米勒RH,PrasadRFarinaMPW,ChannonP等研究结果一致[12～14]。FolscherWJ等(1986)指出,这一现象与石灰对酸性土壤中磷酸盐溶解度的影响有关,过量施用石灰严重抑制了土壤磷的有效性。试验结果表明,在pH4.7的红壤上,石灰处理浓度为100～150g株-1