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1、间作体系下土壤酶活性和土壤物理性状的研究进展,目 录,二、研究现状,三、本研究的切入点,一、前言,四、拟解决的关键问题,五、实验的设计,间作是我国传统农业的精髓，合理的间作不仅可以显著提高粮食单产和土地利用率，而且可以改善和提高土壤肥力、保护生态环境1、2。小麦/蚕豆是云南小春作物的一种传统种植方式，而且小麦/蚕豆也是运用比较成功的组合。,一、前言,1LI L,Sun J H,Zhou L L,et al.PNAS,20072Zhu Y Y,Chen H R,Fan J H,et al.Nature,2000,一、前 言,土壤酶是指土壤中的聚积酶3，来源于植物、动物和微生物及其分泌物4。它是土
2、壤中的生物催化剂，直接参与土壤的营养元素的有效化过程。它不仅可以表征土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标5-8。因此，通过土壤酶活性的变化将有助于了解土壤肥力的现状和演化。,3 关松荫.土壤酶及其研究法,19864Marx M C et al,Soil Biology and Biochemistry,20015Garcia-Ruiz R et al.Soil Biology and Biochemistry,20086张咏梅等.热带亚热带植物学报,20047董艳等.农业环境科学学报,20098 Yao X H et al.European
3、 Journal of Soil Biology,2006,一、前 言,土壤作为植物根系生长发育的基质，不断供给植物正常生长所需的养分、水分等,并协调这些物质之间的供应关系。而掌握土壤的各种物理特性正是发挥这种调节作用的前提。土壤容重、质地、团聚体和紧实度是重要的土壤物理因子,其大小不仅影响着土壤的蓄水性、透气性和保肥性、抗蚀性，而且影响着植物的扎根和根系的吸水性能.进而影响土壤肥力状况和植物的生长9。,9熊顺贵.基础土壤学,2001,二、研究现状,间作体系中土壤物理性状的研究,间作体系中土壤酶活性的研究,影响土壤酶活性因素的研究,土壤酶活性作为土壤肥力指标的研究,王建湘等10就南方丘陵山地梨
4、园间作旱稻对土壤理化性质的影响进行了研究，结果表明：梨园间作旱稻有利于土壤团粒结构的形成,相应地降低了土壤的容重,而田间持水量和孔隙度的增加,则扩大了作物可利用水的范围。10王建湘等.中国水土保持,2007,1.间作体系中土壤物理性状的研究,间作体系明显改善土壤的物理性状。,11常介田等.果树学报,2012,常介田等11进行了枣园间作小麦与单作小麦对比试验结果表明：枣园间作区土壤容重、温度降低，土壤总孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量、水分含量均显著增加。,1.间作体系中土壤物理性状的研究,林培群等12研究了桉农间作对土壤性质的影响。结果表明：桉农间作能较好地改善林地土壤物理性质和化学性质。间作地
5、各层土壤平均容重、非毛管孔隙度降低了，土壤毛管含水量、总孔隙度、毛管孔隙度都提高了。,12 林培群等.广东农业科学，2010,1、间作体系中土壤物理性状的研究,谢英荷等13通过对我国北方枣麦间作区土壤物理性质分析研究,结果表明:枣麦间作这一种植方式可促进土壤团粒结构的形成和孔性的改善,提高土壤的保蓄性,有效的改善土壤的水气热状况。,13谢英荷等.山西农业大学学报,2003,1、间作体系中土壤物理性状的研究,沈洁等14研究茶树与苜蓿间作条件下主要生态因子特征。结果表明：间作能改善土壤温度和物理性状，且随着间作密度的增加其效应更加明显。,14沈洁等.安徽农业大学学报,2005,1、间作体系中土壤物
6、理性状的研究,2、间作体系中土壤酶活性的研究,不仅不同的间作模式酶活性变化不同，同一间作作物随生育期的不同酶的变化也不同，并且部分酶与酶之间还存在相关性。,马忠明等15通过大田试验就长期(26年)定位施肥对小麦玉米间作土壤酶活性的影响进行了研究,结果表明,长期定位施肥下，小麦/玉米生育期内土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶总体均呈先升高后下降的变化趋势，在小麦拔节期至灌浆期达到最大值；而脲酶则表现出“升-降-升”的变化趋势，在间作小麦拔节期和间作玉米成熟期酶活性出现2个峰值。过氧化氢酶与蔗糖酶、蔗糖酶与脲酶、脲酶与碱性磷酸酶活性之间存在显著的正相关关系，而过氧化氢酶与脲酶和碱性磷酸酶、蔗糖酶与
7、碱性磷酸酶活性之间的相关性较小。,15马忠明等.核农学报，2011,2、间作体系中土壤酶活性的研究,姜莉等16通过田间试验研究了不同间作形式对玉米根际土壤酶活性的影响，结果表明：玉米整个生育期各处理脲酶、过氧化氢酶活性大小顺序均表现为玉米/花生玉米/红薯玉米/向日葵玉米单作，且在喇叭口期差异较显著（P0.05)。,16姜莉等.中国农学通报,2010,2、间作体系中土壤酶活性的研究,柴强等17通过盆栽试验，探讨供水及间甲酚对小麦间作蚕豆土壤微生物多样性和酶活性的影响表明，种植模式对土壤过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性具有极显著的影响。,17柴强等.生态学报,2006,2、间作体系中土壤酶活性的研究,章
8、铁等18就栗茶间作模式对土壤养分和土壤酶活性的影响进行了研究,结果表明:栗茶间作模式的土壤养分和酶活性高于单作模式。土壤酶活性与土壤养分的相关分析结果显示:脲酶酶活性与速效钾、全氮、全磷、有机质、水解性氮、全钾 和速效磷均呈极显著正相关;过氧化氢酶活性与水解性氮和有机质极显著正相关;蔗糖酶与速效钾和全钾极显著正相关。18章 铁等.中国农学通报,2008,2、间作体系中土壤酶活性的研究,间作模式酶活性显著高于单作，部分酶与土壤养分存在相关性。,张恩和19用盆栽法和根系栽培法对小麦/大豆和小麦/玉米2种模式研究发现，间套种植提高了根系酸性磷酸酶的分泌量；P.K.Ghosh等20发现大豆间作高粱，使
9、土壤中脱氢酶活性以及硝酸还原酶活性均得到提高。,19张恩和.西北植物学报,200120 Ghosh PK.Agronomy Journal,2006,2、间作系统中土壤酶活性的研究,王平等21就长期不同施肥方式对小麦/玉米土壤蔗糖酶活性的影响进行了研究，研究结果表明间作可以改善土壤酶活性.刘均霞等22通过盆栽试验表明间作体系中玉米、大豆根际土壤中的脲酶和磷酸酶活性均显著高于相应单作.,21王 平等.农业现代化研究,200922刘均霞等.贵州农业科学,2007,2、间作体系中土壤酶活性的研究,张智晖等23通过大田试验就玉米大豆间作模式对土壤酶活性及土壤养分的影响进行了研究,结果表明：玉米大豆间作
10、显著提高了土壤反硝化酶活性和土壤速效钾含量，而显著降低了土壤有机质含量。各耕作模式下土壤酶活性与土壤养分含量的相关分析表明：反硝化酶活性与土壤速效钾含量呈极显著正相关，反硝化酶活性与土壤有机质含量呈显著负相关。,23张智晖等.安徽农业科学,2011,2、间作体系中土壤酶活性的研究,覃娟等24研究了甘蓝与水萝卜间作对土壤的理化性状及脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性的影响。结果表明:间作明显改善了土壤的理化性状,提高了土壤有机质含量,增加了土壤养分,提高土壤酶和微生物的活性,加速有机物的矿化。,24覃 娟等.北方园艺,2010,2、间作体系中土壤酶活性的研究,蔡倩等25就科尔沁沙地南部果/草(粮)模式
11、对土壤酶的影响进行了研究，试验结果表明间作均不同程度地增加了土壤酶活性,与徐雄等26和龙妍等27研究结果一致。3个间作处理酶活性在果树和间作物生育旺盛期出现高峰。说明土壤酶活性与果树和间作物的生长发育表现出良好的协调关系,对于满足其不同时期营养有积极的作用28。同时3个间作处理土壤酶活性的增强,促进了土壤C、N、P素的营养循环,提高了土壤氧化还原能力,有利于土壤腐殖质的形成29。,25蔡倩等.干旱地区农业研究 2010,26徐雄等.水土保持学报,2005,28范君华等.中国农学通报,2005,27龙 妍等.西北农林科技大学学报(自然版),2007,29方晰等.水土保持学报,2009,2、间作体
12、系中土壤酶活性的研究,耿广东等30就玉米与姜间作对土壤微生物和酶活性的影响进行了研究，结果表明：土壤中过氧化氢酶和脲酶活性与真菌、细菌、放线菌和其总量均呈正相关关系，其中，过氧化氢酶活性与微生物数量的相关性大于脲酶活性与微生物数量的相关性，放线菌数量与两种酶的相关性大于其他两类微生物与两种酶的相关性，其与过氧化氢酶活性的相关性达到了显著的正相关.30耿广东等.土壤通报，2009,2、间作体系中土壤酶活性的研究,土壤微生物与酶活性存在相关性。,3、土壤酶活性影响因素,土壤酶的研究与土壤微生物研究密切相关。许多研究表明31，放线菌、真菌和细菌等是土壤酶的主要来源。沈宏等32通过盆栽试验研究表明，壤
13、质褐土微生物生物量碳、氮与土壤过氧化氢酶和蔗糖酶、脲酶活性均呈显著或极显著相关关系。丁菡等33研究了半干旱区土壤酶活性与其理化性质及微生物的关系，结果表明，土壤微生物含量与蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶有非常显著的相关性。,31刘善江等.中国农学通报,201132沈宏等.应用生态学报,199933丁菡等,.南京林业大学学报,2007,3、土壤酶活性影响因素,土壤水分、空气和热量状况对土壤酶活性的影响是明显的,一方面,其与土壤微生物的活性和类型有显著的相关性,因此,必然对土壤酶的活性产生巨大影响。另一方面,不同水分条件、空气组成和水分状况,也会直接影响土壤酶活性的存在状态与活性强弱34。一般情况下,土
14、壤湿度较大时,酶活性较高,但土壤过湿时,酶活性减弱34。有研究35,36表明,当温度由10上升到60或70时,土壤酶活性显著增加;但随着温度的进一步升高,脲酶迅速钝化;在150下加热24h或115下加热15h,土壤酶会完全失活。,34周礼恺.土壤学进展,1980 35林玉锁等.环境科学学报,199536和文祥.土壤与环境,2000,3、土壤酶活性影响因素,当pH在5.0以下时,过氧化氢酶和脱氢酶的活性几乎完全丧失,而转化酶和脲酶受酸度的影响较小37。另有研究38表明,pH对脲酶的巯基氨基、羧基等组成部分所处状态及蛋白质构型(三级结构)的影响,也会导致酶活性的改变。徐冬梅等39研究表明,低酸度先
15、对脲酶、中性磷酸酶产生一定的激活效应,进而转化为抑制。,37梅守荣等.上海农业科技,1985 38许嘉琳等.陆地生态系统中的重金属,199539徐东梅等.土壤通报,2003,3、土壤酶活性影响因素,土壤酶可以吸附在有机物质上,一般而言,土壤全氮、全磷含量与有机质含量是成比例的,所以土壤N,P含量与土壤酶活性有关40。微量元素对土壤酶活性的影响,取决于土壤的性质及不同酶类对微量元素的专有特性,对某些酶起激活作用的微量元素,对另一种酶则可能起抑制作用。而且,同一微量元素的含量不同时,既可以起激活酶的作用,也可以起到抑制酶的作用41。李跃林等42研究表明,锌和锰对土壤蛋白酶活性影响的正效应最大,即促
16、进作用较大。锌在一定程度上对脲酶和过氧化氢酶有负效应,即有一定的抑制作用,而锰对其有正效应,即促进作用。,40刘广深等,土壤学报,200341KunarV,SinghM.Aust J SoilRes,1986 42李跃林等.应用生态学报,2003,3、土壤酶活性影响因素,不同粒径团聚体的酶活性不一样,小团聚体的酶活性要比大团聚中的高3。团聚体的稳定性也与酶活性有关,如脲酶活性与土壤团聚体的稳定性及土壤容重呈显著负相关,转化酶活性与土壤团聚体的稳定性呈显著的正相关43.土壤酶只有一小部分存在于土壤溶液中,其大部分被土壤粘粒、腐殖质等物质吸附,其可通过阳离子交换反应的方式与粘粒矿物结合。土壤pH值
17、越低(低于酶蛋白的等电点),粘粒吸附的酶越多，同土壤粘粒对酶吸附量也不同44.冯贵颖等45研究表明,土壤粘粒对脲酶均有吸附,且吸附数量不尽相同,同一土壤粘粒,表现为原样土壤粘粒的吸附量大于去有机质土壤粘粒.,43黄巧云.土壤学进展,199544李东坡.土壤通报,200345冯贵颖.西北农业大学学报,1999,3、土壤酶活性影响因素,4、土壤酶活性作为土壤肥力指标的研究,土壤酶活性是维持土壤肥力的一个潜在指标，它的高低反映了土壤养分转化的强弱。土壤酶学的研究与土壤肥力的研究联系非常紧密。许多专家指出34，土壤酶活性作为土壤肥力的评价指标是完全可能和可行的。陈恩凤等46在土壤肥力实质研究中认为，土
18、壤酶活性可以作为土壤肥力的辅助指标。,46陈恩凤等.土壤学报,1985,谭向平等47认为土壤酶作为土壤生态系统的主要组成部分之一，在土壤营养物质转化、肥力水平培育方面发挥着重要作用，但是凭借单一的土壤酶活性指标评价土壤肥力尚较为片面。而总体酶活性指标不仅与绝大部分生物指标间有很好的相关性并且与土壤化学指标也有很好的相关性，故可以用总体酶活性指标较为全面地评价外界条件对土壤生化过程的影响。郑洪元等48认为，单独以酶活性单位作为肥力指标有一定的局限性。大量研究发现，由于酶专一的作用于某一基质，因此个别酶活性只能反映土壤专一地分解过程和营养循环。而有共性关系酶的总体活性在一定程度上可以表征土壤肥力水
19、平。周礼恺49认为，将土壤酶活性的总体用于评价土壤的肥力水平时进行数量化分类是完全可能和可行的。,47谭向平等.西北农林科技大学学报,2012，48郑洪元等.土壤生态生物化学研究法,198249周礼恺.土壤酶学,1988,4、土壤酶活性作为土壤肥力指标的研究,豆科/禾本科是我国西南地区较普遍的种植模式50，因其能充分利用豆科作物的共生固氮作用，发挥间套作优势而被农民广为接受。但长期以来，有关小麦/蚕豆间作系统的研究大多集中在水分利用和光能利用效率51、对氮、磷和钾等养分的吸收利用52、产量优势53、病虫害控制等方面54。对物理性状的研究集中在果-粮间作上，酶活性集中在于微生物和养分的关系上。但
20、对间作体系中土壤酶活性和物理性状的变化及其生态功能的研究较少特别是在作物生长期间。,三、本研究的切入点,50肖炎波等.植物营养与肥料学报,200751肖靖秀等.植物营养与肥料学报,200652李勇杰等.植物营养与肥料学报,200753董 艳等.应用生态学报,200854董 艳等.植物营养与肥料学报,2012,植物根系间的相互作用是如何影响间作体系作物对养分的利用，从而对作物产量的形成、酶活性及物理性状的变化和肥力的改善产生影响？,三、本研究的切入点,采用通径分析土壤酶活性与土壤的物理性状及土壤肥力状况的关系，有助于了解土壤碳，氮、磷、硫的生物转化进程、动向以及土壤潜在肥力的有效化程度。,测定间
21、作系统土壤酶活性和土壤的物理性状，从他们的变化角度评价不同栽培模式的环境效应，为小麦和蚕豆的栽培模式和合理施肥提供理论依据。,了解间作土壤酶活性的分布特点，探讨酶活性与土壤肥力因素之间的相关性，对判断间作模式土壤肥力演变趋势、定向培育高肥力土壤有十分重要的指导意义。,四、拟解决的关键问题,设计路线,小麦和蚕豆单作、间作,土壤样品的采集,土体和根际土,土壤物理性状,土壤酶活性,容重,团聚体,土壤质地,紧实度,过氧化氢,脲酶,转化酶,碱性磷酸酶,土壤肥力,生物量、产量,土壤酶总体活性,小麦蚕豆间作下土壤物理性状和酶活性对土壤肥力的影响,有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷,五、实验设计,谢谢！请老师和同学批评指正！,
