水肥氮镉耦合下土壤酶活性及玉米生长与 镉吸收响应的初步研究

韦翔华，付旋旋，刘晓永，杨忠兰，陈胜男，郑佳舜

(广西大学 农学院，广西 南宁 530003)

随着工业化和城市化的加快发展，难降解难移动的重金属大量进入土壤系统，引起土壤微生物和土壤酶活性的变化，降低土壤质量[1]。探索农业生产中氮素高效利用、重金属清洁化管理、作物高产优质生产模式已成为科研关注的重点[2]。土壤微生物、土壤酶活性能敏感地反映出土壤环境的变化[3]，被认为是指示重金属土壤污染的敏感指标[4]。有研究发现，随着Cd浓度的不断提高，土壤酶活性受到明显抑制，尤其是脲酶，可作为土壤中镉污染的指示酶[5]。

土壤的水分、养分在一定程度上会影响土壤的微生物学特征。韦泽秀等[6]发现，水肥供给的增加有利于提高土壤中蔗糖酶活性，而水分降低会使土壤中脲酶活性增加。水肥管理是农业增产的基本措施之一，近年来，水肥耦合效应的研究主要集中在不同灌水量和不同施肥措施对作物水分利用率、化肥利用率、生理生态、产量、品质的影响，以及对耕地土壤理化性质和肥力特征的影响方面[7]，而有关水肥耦合对氮镉复合土壤上作物生长及镉吸收影响的研究较少。为了探讨不同灌水量及无机肥、有机肥和生物肥对氮镉复合土壤酶活性及玉米镉含量的影响，通过盆栽试验模拟研究水、肥、氮、镉复合条件下土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性，以及玉米生物量和玉米Cd吸收情况，旨在为相关研究提供借鉴与参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试作物为黔单16号玉米(ZeamaysL.)。

供试土壤采自广西大学农学院教学实习基地，pH(H2O)值7.13，土壤有机质22.51 g·kg-1，全磷0.34 g·kg-1，速效磷34 mg·kg-1，全氮0.67 g·kg-1，碱解氮45.42 mg·kg-1，全钾7.28 g·kg-1，速效钾134.19 mg·kg-1，全镉0.62 mg·kg-1。

供试有机肥为鸡粪。生物肥为有机无机微生物复合肥，北京航天恒丰科技发展有限公司生产，有效活菌数≥0.2亿 g-1，有机质含量≥20%，N-P2O5-K2O含量14%-4%-7%，腐殖酸含量≥15%，氨基酸含量≥10%。化肥为尿素、KH2PO4、K2SO4。

外源镉为CdCl2·2.5H2O。

1.2 方法

1.2.1 处理设计

采取盆栽模拟培养法，每盆装土10 kg。采用4因素3水平正交试验方案L9(34)。4因素及各水平设置：N，0、0.1(低)、0.2 g·kg-1(高)；Cd，0、1(低)、2 mg·kg-1(高)；肥料，化肥、有机肥、生物肥；灌水量，50%(低)、75%(中)、100%(高)。其中，100%的为常规灌水，而50%、75%水平为局部根区交替灌水，用水量分别为常规灌水量的50%、75%。每个处理3个重复，共27盆。试验处理组合：T1，N 0 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，无机肥，灌水量50%；T2，N 0 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，有机肥，灌水量75%；T3，N 0 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，生物肥，灌水量100%；T4，N 0.1 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，无机肥，灌水量100%；T5，N 0.1 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，生物肥，灌水量50%；T6，N 0.1 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，无机肥，灌水量75%；T7，N 0.2 g·kg-1，Cd 0 mg·kg-1，生物肥，灌水量75%；T8，N 0.2 g·kg-1，Cd 1 mg·kg-1，无机肥，灌水量100%；T9，N 0.2 g·kg-1，Cd 2 mg·kg-1，有机肥，灌水量50%。

1.2.2 试验实施管理

采用盆栽土培方法， 2013年11月15日在广西大学农业资源与环境专业的温室内装盆，按照处理方案开展试验，依据试验方案进行土壤水分管理。灌水方法：100%灌水量按照常规灌溉量保持土壤湿润，漫灌；75%、50%灌水量分别按照常规灌水量的75%和50%，交替灌溉(装盆时，盆中左右垂直插入2根直径1.6 cm的PVC管，埋入土中部分的管壁事先均匀钻孔，且用纱网包扎)。2014年3月15日(移栽前)采土，同天移栽玉米苗； 2014年5月15日(玉米移栽60 d，拔节期)采收并取土，进行室内分析。

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1.2.3 指标测定

土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，中性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，过氧化氢酶活性采用0.1 mol·L-1高锰酸钾滴定法测定，以30 min后1.00 g土壤消耗的0.002 mol·L-1高锰酸钾的体积(mL)表示过氧化氢酶活性，全Cd采用硝酸-高氯酸体积比5∶1溶液消煮—原子吸收光谱法测定。

1.2.4 数据处理与分析

采用Excel 2007进行数据整理，在SPSS 19.0平台上进行方差分析，对有显著(P<0.05)差异的处理采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤酶活性的影响

2.1.1 对土壤过氧化氢酶活性的影响

由表1可知，T9处理的土壤过氧化氢酶活性最高，T7处理的土壤过氧化氢酶活性最低，即高氮和高镉复合条件下，施用有机肥并采用低量灌溉的土壤过氧化氢酶活性最高，而不添加外源镉的条件下，施用生物肥、高氮，并采用中量灌溉的土壤酶活性较低。

由表1可知，T2处理的土壤蔗糖酶活性最高，而T9处理的土壤蔗糖酶活性最低，即不施氮和低镉复合条件下，施用有机肥并采用中量灌溉的土壤蔗糖酶活性较高，而高氮和高镉复合条件下，施用有机肥并采用低量灌溉的土壤蔗糖酶活性最低。

2.1.3 对土壤脲酶活性的影响

由表1可知，与对土壤过氧化氢酶活性的影响相似，T9处理的土壤脲酶活性最高，T7处理的土壤脲酶活性最低。

2.1.4 对土壤中性磷酸酶活性的影响

由表1可知，T7处理的土壤中性磷酸酶活性最高，T4处理的土壤中性磷酸酶活性最低，即不添加外源镉时，施用生物肥、高氮，并采用中量灌溉的土壤酶活性较高，而施用有机肥、低氮，并采用高量灌溉的土壤酶活性较低。

表1 不同处理组合对土壤酶活性的影响

注：同列数据后无相同字母的表示差异显著(P<0.05)。表2同。

2.2 不同处理对玉米生长及镉吸收的影响

2.2.1 对玉米生长的影响

由表2可知，T8处理的玉米生物量最高，而T4处理的玉米生物量最低，即低镉和高氮复合时，施用无机肥并高量灌溉的玉米生物量最高，而不添加外源镉的条件下，施用有机肥、低氮，并采用高量灌溉的玉米生物量较小。

2.2.2 对玉米镉吸收的影响

总体来看，在不施氮或低氮供应下，玉米地上部镉含量及镉吸收量随着土壤镉含量的增加而提高(T1

表2 不同处理组合对玉米生长及镉吸收的影响

注：地上部生物量是指从根土界面开始计算的地上部生物量，系鲜重。地上部镉含量以干重计。

3 讨论

本研究显示，在氮镉复合条件下，不同的水肥措施对土壤酶活性的影响差异较大。在高镉条件下，施用有机肥并低量灌溉时过氧化氢酶活性最高，说明在这种水肥措施下，土壤中H2O2积累量可能较大，不利于作物生长。在高氮高镉条件下，玉米生物量骤减，表明过多的镉会抑制玉米的生长，这与廖洁等[5]研究结果一致。玉米生物量随着施氮量的增加有整体提高的趋势，这说明在试验条件下适当增加氮素供应有助于玉米生长，提高玉米对镉的耐性。随着外源镉添加量增加，玉米地上部镉含量整体呈增大趋势，暗示Cd在玉米地上部的累积量与外源镉处理浓度可能存在一定的相关性。高氮条件下，添加低量外源镉时地上部吸镉量最高，这主要与此条件下玉米生物量最大有关。