干旱胁迫下不同品种甘蔗土壤养分及酶活性的差异性研究
2020-04-20王梓轩张润卿卜俊瑶
王梓轩 张润卿 卜俊瑶
[摘 要] 水分对植物的生长会产生很大的影响,在农业生产上是主要限制因子之一。随着全球气候逐渐恶劣,气象灾害经常发生,其中旱灾已成为影响我国农业生产最主要的自然灾害。本文以4个不同品种的甘蔗为研究对象,分析不同品种甘蔗应对干旱胁迫根际土壤碳、氮、速效磷含量及土壤酶活性的差异,结合土壤理化性质关联分析明确干旱胁迫下甘蔗高效生产的土壤微生物作用机理、土壤肥力特征,为构建高效、生态、可持续的甘蔗抗旱技术体系提供理论支撑。
[关键词] 干旱胁迫;甘蔗;土壤养分;土壤酶活性
[中图分类号] S566.1 [文献标识码] B [文章编号] 1674-7909(2020)02-80-2
甘蔗是我国重要的糖料作物。目前,我国甘蔗主要种植于广西、广东、云南等省区,其中广西壮族自治区丘陵旱地甘蔗种植地面积高达90%,这些地区大多无灌溉条件,由于自然降雨不均衡、土壤保水能力有限、水利工程设施不完善等原因,导致作物旱害越来越严重。干旱问题已成为影响甘蔗产量的首要问题[1-3]。
甘蔗的根系是第一个受到干旱胁迫的器官,耐旱基因型甘蔗的根系会对干旱做出反馈,并向甘蔗植株其他细胞、组织和器官发出应激信号。干旱胁迫可改变作物根系构型和代谢水平,筛选和塑造根系周围的微生物种群,从而改变根际土壤养分循环过程,进而影响作物对土壤养分的活化利用。土壤养分的有效性是决定植物生长状况的关键因素。土壤酶在土壤环境中是最活跃的成分之一,土壤酶主要来自于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解[4]。
1 材料与方法
1.1 试验设计
盆栽试验于2018年10月至2019年1月在广西大学农学院试验温室进行。试验用塑料桶内径30 cm、深50 cm,内装30 kg土样。甘蔗品种为桂糖21号、桂糖31号、桂糖42号、粤糖93-159。将甘蔗茎段放入基质中进行育苗,待长出芽后移植入桶内进行种植,每桶种植2株。
试验处理为干旱胁迫,同时设置正常浇水作为对照,采用TDR土壤水分测定仪对水分进行监测并控制土壤水分。干旱胁迫前所有处理均正常浇水,待甘蔗长至分蘖期时进行干旱胁迫,干旱胁迫结束后采取每桶的土壤样本。每个处理重复3次。
1.2 测定项目及方法
土壤养分采用以下分析方法[5]:土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定;全氮采用开氏法消解,采用凯式定氮仪测定;速效磷采用0.05 mol/L碳酸氢钠提取,采用钼锑抗比色法测定。
土壤酶活性的测定包括脲酶、酸性磷酸酶活性的测定,使用试剂盒进行提取,并使用紫外分光光度法进行测定。
1.3 土壤样品采集
2019年1月25日,采集根上富集的根际土土壤样品,土样自然风干、过1 mm筛,测土壤酶活性及土壤养分含量。
1.4 数据分析
试验数据用Excel和GraphPad Prism 8软件进行处理。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫对土壤养分的影响
土壤中有机质和氮、磷含量是作物生长中需要重点关注的指标,会对作物的生长产生很大的影响。分析图1至图3可知,土壤养分在干旱胁迫前后发生了较大的差异。由图1可知,除桂糖31号外,与正常浇水相比,桂糖42号、桂糖21号、粤糖93-159干旱胁迫后土壤有机质含量分别下降了7.58%、12.40%、62.56%。由图2可知,干旱胁迫后相比原始土样土壤全氮含量均显著提升,桂糖42号、桂糖31号、桂糖21号、粤糖93-159干旱胁迫后土壤全氮含量相比原始土样分别提升了68.69%、78.60%、25.45%、27.72%。由图3可知,试验采用的4个甘蔗品种干旱胁迫后土壤速效磷含量较正常浇水相比均有了显著的下降,桂糖42号、桂糖31号、桂糖21号、粤糖93-159分别下降了1.33%、1.24%、5.46%、4.33%。可见,干旱胁迫会使得土壤有机质、速效磷含量降低,全氮含量则升高。
2.2 干旱胁迫对土壤酶活性的影响
土壤酶对环境胁迫十分敏感,并且能迅速发生变化,对土壤生态系统起到了预警和指示的作用。由图4和图5可知,土壤酶活性在干旱胁迫前后发生了较大的变化。由图4可知,干旱胁迫后土壤酸性磷酸酶活性相较于正常浇水有了显著的提升,桂糖42号、桂糖31号、桂糖21号、粤糖93-159分别提升了18.65%、29.33%、41.59%、74.49%。由图5可知,除桂糖31号外,其他品种干旱胁迫后土壤脲酶活性较正常浇水均有所降低,桂糖42号、桂糖21号、粤糖93-159分别下降了11.52%、24.60%、15.08%。可见,土壤酸性磷酸酶活性和脲酶活性与干旱胁迫有着十分大的关系,干旱胁迫会使酸性磷酸酶活性显著提高、脲酶活性显著降低。
3 结论
土壤中的有机质、氮、磷为植物生长所必需的营养元素。土壤中有机质、氮、磷含量与植物生长状况有着密切的关系,有关植物根际土壤养分的研究愈来愈受到国内外研究者的关注。随着植物的生长,土体养分通过质流和扩散的方式向根表迁移,使根际土壤的养分状况发生复杂的改变[6]。本试验也证明,在干旱胁迫下土壤养分会出现较大的变化。
土壤酶是土壤环境中最活跃的成分之一[4]。土壤酶积极参与土壤生物化学反应的各个过程,有效推动土壤的代谢过程,是土壤生态系统物质循环(包括碳、氮、磷等)中十分重要的一个影响因素。土壤酶活性能反映土壤中各种生物化学反应过程的强度和方向,最终反映土壤状况[7,8]。本试验也证明,在干旱胁迫下土壤酸性磷酸酶和脲酶的活性会产生显著变化。
虽然该研究仅采集了4个甘蔗品种的土样进行分析,但是仍能从一定程度上看出干旱胁迫下根际土壤养分含量和酶活性的差异。为了给构建高效、生态、可持续的甘蔗抗旱技术体系提供理论,后续还需进一步进行田间试验对结果进行多重验证。
参考文献
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