硅磷交互作用對盆栽水稻土壤酶活力的影響

土壤酶是土壤中動植物殘留物分解、植物根系分泌和土壤微生物代謝的產物。這是生物化學過程中的一種特殊藥物。它可以參與土壤中的許多重要生物化學過程。它是評價土壤肥力和土壤環境質量的重要生物學指標之一，與土壤肥力呈極其密切的關系。其中土壤過氧化氫酶、磷酸酶、蔗糖酶是土壤中常見酶。土壤過氧化氫酶能促進過氧化氫的分解而有利于防治過氧化氫對生物體的損害。土壤磷酸酶能加速土壤有機磷的脫磷速度,可以表征土壤磷素有效化強度。土壤蔗糖酶是一種水解酶,它可以把土壤中高分子質量的蔗糖分子分解成能夠被植物和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖。因此,這幾種酶的活力對反映土壤肥力水平,指示土壤肥力的變化有著非常重要的意義。土壤酶活力與施肥、耕作及其他農業措施密切相關。近年來,人們采用不同培肥措施、不同肥料品種等方式對土壤酶活力進行了研究,但在施用硅肥、磷肥后對土壤酶活力所產生的影響研究甚少。水稻在生長中需要吸收大量的硅,因此硅是水稻生命中重要的營養元素之一,僅次于氮、磷、鉀居第四位。研究表明,施用硅不但可以減少磷在土壤中的吸附和固定,進而推動磷在植物體內向頂部、籽粒運輸,而且當磷施用過量時硅還能抑制植物對磷過多吸收。本研究采用水稻盆栽試驗,通過調配硅肥、磷肥的施用比例,應用響應曲面法構建數學模型來考察硅、磷交互作用對土壤酶活力的影響,為水稻生產中合理施用硅肥、磷肥,調控土壤酶活力提供理論依據和實踐基礎。1材料和方法1.1材料表面1.1.1篩、制備、制備供試土壤為黑土,采集東北農業大學實驗實習基地0~20cm耕層土,過2mm篩,備用。其基礎肥力:有機質3.46%,堿解氮152.64mg·kg-1,全氮0.18%,速效鉀68.72mg·kg-1,緩效鉀1254.78mg·kg-1,速效磷64.37mg·kg-1,全磷0.11%,pH6.8。1.1.2試劑、試劑廠和酸水稻:東農423,粳稻;硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O),分析純(天津市天大化學試劑廠);磷酸一銨,一級品(四川省金河磷礦化工廠);尿素,一級品(滄州大化股份公司);硫酸鉀,一級品(中信國安公司)。1.2方法1.2.1試驗因素及水平采用SAS8.2中的Designofexperiments程序,以硅酸鈉和磷酸一銨為主要考察因子(自變量),分別以X1、X2表示,并以+1.414、+1、0、-1、-1.414分別代表自變量的高、中、低水平,根據預試驗及參考文獻選定硅酸鈉和磷酸一銨范圍。試驗因素編碼及水平見表1。以土壤酶活性指標(過氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶)為響應值Y,擬合二階多項式方程:式中,Y-預測值;a0-常數項;a1、a2-線性系數項;a11、a12、a22-二次項系數,其中a12為交互作用項系數。按表2試驗設計進行盆栽試驗,每組5個重復。在30cm×20cm塑料桶中裝土8kg,使土上表面距離桶口6cm,將基礎肥料尿素2.55g·桶-1、硫酸鉀0.74g·桶-1及考察肥料磷酸一銨、硅酸鈉混勻施入;灌水至桶口邊緣。2d后,待水完全滲入土中即可插秧,每桶插6株水稻秧苗,全部成活后剔除2株,采用寒地水稻栽培方式管理。在水稻拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟后取適量土壤,風干,過1mm篩,分別測定土壤過氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶的活力,測定3次,取平均值。1.3指標和方法的檢測土壤過氧化氫酶活力測定采用高錳酸鉀法;土壤磷酸酶活力測定采用對硝基苯磷酸鹽法;土壤蔗糖酶活力測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法。1.4數據分析最佳變量水平確定試驗設計、數據分析和二次模型的構建采用統計軟件SAS8.2系統中的DesignofExperiments程序,回歸方程的解析以及響應曲面的分析獲得最佳變量水平采用DesignExpert(6.0.5,Stat-EaseInc,Minneapolis,USA)軟件。2結果與分析2.1蔗糖酶活性的方差分析結果見表3。利用SAS8.2分析系統的試驗設計程序對表3數據進行二次多元回歸擬合,分別獲得了土壤過氧化氫酶、磷酸酶和蔗糖酶的預測值對編碼自變量處理磷酸一銨和硅酸鈉的二次多項回歸方程(1)、(2)和(3),且各回歸方程系數顯著性檢驗見表4。過氧化氫酶活性:磷酸酶活性:蔗糖酶活性:由表4方差分析可知,過氧化氫酶的二次多項模型極顯著(P<0.01,R2=0.8872),模型的校正決定系數AdjR2=0.8067。各項回歸系數顯著性檢驗表明,x1、x12極顯著(P<0.01),x2、x22不顯著,交互項x1x2顯著(P<0.05)。磷酸酶二次多項模型極顯著(P<0.01,R2=0.9274),模型的校正決定系數AdjR2=0.8756,且回歸系數x1、x12呈極顯著(P<0.01),x2、x22顯著(P<0.05),交互項x1x2不顯著。蔗糖酶二次多項模型極顯著(P<0.01,R2=0.9535),模型的校正決定系數AdjR2=0.9203,且回歸系數x12呈極顯著(P<0.01),x1,x1x2、x22顯著(P<0.05),x2不顯著。綜上分析,3個模型方程擬合程度良好,試驗誤差較小,模型是合適的。因此,上述3個模型方程均適合于分析和預測土壤酶活性變化。2.2磷酸一銨因素利用響應曲面和等高圖法分析過氧化氫酶活力,結果見圖1。由圖1可知,當硅酸鈉不變時,隨著磷酸一銨的施用量增加,土壤過氧化氫酶活力先增加后下降;當磷酸一銨不變時,隨著硅酸鈉施用量增加,土壤過氧化氫酶活力先緩慢增加而后下降,在二者交互作用中,磷酸一銨是主要影響因素。由等高圖可以看出,較低的磷酸一銨和較高的硅酸鈉,可得到的土壤過氧化氫酶活力較高。綜合得出硅酸鈉為2.7~4.8g·桶-1、磷酸一銨為0.9~1.65g·桶-1時,可取得土壤過氧化氫酶活性極值。2.3磷酸一銨和硅酸鈉對土壤磷酸酶活性的影響利用響應曲面和等高圖法分析磷酸酶活力,結果見圖2。由圖2可知,當硅酸鈉不變時,隨著磷酸一銨的施用量增加,磷酸酶活力先增加后下降,當磷酸一銨不變時,隨著硅酸鈉施用量增加,土壤磷酸酶活力先緩慢增加而后下降,在二者交互作用中,磷酸一銨是主要影響因素。由等高線圖可以看出,較低的磷酸一銨和適中的硅酸鈉,可得到的土壤磷酸酶活性較高。綜合得出硅酸鈉為2.70~3.60g·桶-1、磷酸一銨為1.30~1.80g·桶-1時,可取得土壤磷酸酶活性極值。2.4磷酸一銨和硅酸鈉對土壤蔗糖酶活力的影響利用響應曲面和等高圖法分析蔗糖酶活力,結果見圖3。由圖3可知,當硅酸鈉不變時,隨著磷酸一銨的施用量增加,土壤蔗糖酶活力先增加后下降;當磷酸一銨不變時,隨著硅酸鈉施用量增加,土壤蔗糖酶活力先增加而后下降。由等高圖可以看出,適中的磷酸一銨和適中的硅酸鈉,可得到較高的土壤蔗糖酶活力。綜合得出硅酸鈉為2.70~3.80g·桶-1、磷酸一銨為1.10~1.80g·桶-1時,土壤蔗糖酶力達到極值。3硅磷最佳施用量試驗本研究利用SAS8.2系統中的試驗設計程序,首次采用響應曲面法,研究了硅磷交互作用對