水氮配合对不同耐旱性红小豆根际土壤酶活性的影响

王 慧 ，李 鑫 ，陈梦妮

（1.山西农业大学棉花研究所，山西运城044000；2.山西师范大学生命科学学院，山西临汾041004）

水资源短缺是我国目前面临的一个重要难题，干旱胁迫作为限制农作物产量的重要因素成为近年来的研究热点。众所周知，作物在生长发育过程中会受到多种因子的综合影响，其中，水、肥2 个因子的影响尤为重要[1-2]。前人的研究结果表明，氮肥可以一定程度地改善干旱胁迫对作物造成的危害，对作物生长和营养吸收都有显著效果[3-4]。而不恰当的施肥不仅达不到效果，还可能会加剧环境污染。只有科学合理的施肥才有可能既提高作物产量，又将污染降到最低[5]。

根系在作物生长过程中往往起着主导作用，是作物吸收水分和养分等营养物质的主要器官。根际土壤是养分进入根系前的必经之路，也是土壤养分转化最为活跃的区域。研究证实，根际土壤中酶的活性对养分的吸收及植物的生长具有巨大的影响，而大部分的根际土壤酶来又自于根系分泌物[6]，因此，作物种类与品种的不同，可能会影响根际土壤酶的活性。MANTENS 等[7]的研究表明，土壤酶的活性可以作为衡量土壤肥力的指标之一。研究不同作物对土壤酶活性的影响，还有利于揭示作物对逆境土壤的生物有机化改良影响机制。

红小豆（Phaseolus angularis Wight）又名赤小豆，是我国原产杂粮作物之一。已有的研究结果表明，红小豆具有一定的药用价值，富含赖氨酸[8]，且适应环境能力强，并有豆科特有的固氮能力，在黄土高原治理过程中新形成的生土地上具有明显的区位优势[9]。有关红小豆的研究多集中在品质特性与栽培技术[9-10]、食用价值[11]以及逆境胁迫[12-13]等方面，但有关红小豆根际土壤酶等方面的研究不多，关于不同品种红小豆根际土壤酶的比较更是鲜有报道[14]。

本研究以2 种不同抗旱性的红小豆为供试材料，研究不同水、氮配合对其根际土壤酶活性的影响，旨在揭示红小豆抗旱与根际土壤酶活性的相关性，并为生产上合理施肥、提高氮素利用效率提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试红小豆品种为JN-2 和B-876-16，均由山西省农业科学院作物科学研究所提供，分别为前期筛选出来的耐旱性和敏感性红小豆品种[14]。供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O515%）和氯化钾（含K2O 52%）。

1.2 试验地概况

为了模拟黄土高原治理过程中新形成的生土地，供试土壤取自地下深处养分含量较低的生土，其田间持水量为21.4%，基础肥力为：有机质含量2.37 g/kg、全氮含量 0.03 g/kg、有效磷含量 4.2 mg/kg、有效钾含量 92.6 mg/kg，pH 值为 7.47。

1.3 试验方法

试验于2016 年5—10 月在山西师范大学室外防雨棚进行。选取上口径为30 cm、下口径为21 cm、高度为27 cm 的塑料盆为盆栽用盆。试验为3 因素完全随机设计，其中，灌水量设干旱胁迫（田间持水量的35%～45%）和正常对照（田间持水量的70%～80%）2 个水平，记作 W1 和 W2；氮肥用量设置 4 个水平，分别为：纯氮含量 0、0.1、0.2、0.3 g/kg，分别记作 N0、N1、N2、N3；品种共 2 个，分别为耐旱性红小豆品种JN-2 和旱敏感性红小豆品种B-876-16。试验共16 个处理组合，每个处理重复6 次。

试验实施时每千克风干土中分别施0.2 g P2O5和0.3 g K2O 作底肥，所有肥料均以基肥形式一次性施入。试验实施时，选取健康成熟、饱满均一的红小豆种子，先用蒸馏水冲洗干净，浸泡8 h 后，于5 月19 日播种，等量浇水，待幼苗第一片真叶完全展开时进行间苗，每盆定苗7 株。三叶期进行控水，除水分处理不同外，其他处理不调整，每7 d 对其放置位置加以变换，每天在18：00 测量土壤含水量，并补充不足的水分[15]，此操作一直进行至试验结束，试验期间要注意防雨，避免降水影响结果。于苗期和开花结荚期分别用抖土法采集根际土壤，风干处理并过1 mm 土壤筛，用于测定根际土壤酶活性。

土壤中脲酶活性的测定采用苯酚- 次氯酸钠比色法[16]；过氧化氢酶活性的测定选用高锰酸钾滴定法[16]。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 进行数据整理并作图；采用SPSS 软件进行方差分析，并用Duncan 氏多重比较法对各处理结果数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 水氮配合对不同耐旱性红小豆根际土壤过氧化氢酶活性的影响

土壤过氧化氢酶可以分解土壤中因生物呼吸作用而产生的过氧化氢，降低其对土壤的毒害[17]。由表1 可知，在水分处理相同的前提条件下，2 种供试红小豆品种的根际土壤过氧化氢酶活性在苗期和开花结荚期均表现为随氮肥用量的增加而呈先上升后下降的单峰曲线，且均在低氮（N1）处理下达到最大值。比较不同水分条件下施氮对红小豆根际土壤过氧化氢酶活性的影响程度可以看出，在干旱胁迫条件（W1）下，无论是耐旱性红小豆品种还是旱敏感性红小豆品种，均表现为施氮对根际土壤过氧化氢酶的影响大于正常水分条件（W2），如耐旱性品种JN-2 在W1 条件下，苗期和开花结荚期N1处理比N0 处理分别提高了5.2%和3.6%，而在W2条件下，苗期和开花结荚期N1 处理比N0 处理分别提高了2.8%和0.9%。旱敏感性品种B-876-16 也显示出相似的趋势，W1 和W2 条件下，N1 处理比N0 处理分别提高2.6%、2.0%和0.1%、0.8%。表明在干旱条件下更应该注意红小豆氮肥的施用，以提高根际土壤过氧化氢酶的活性，降低其可能对土壤的毒害。

从表1 还可以看出，在相同施氮条件下，无论红小豆的抗旱性高低，干旱胁迫均能使其根际土壤过氧化氢酶活性升高。但比较不同品种的升高幅度可以发现，无论是苗期还是开花结荚期，耐旱性红小豆品种JN-2 的升高幅度均高于旱敏感性红小豆品种 B-876-16。苗期，在 N0、N1、N2 和 N3 施氮处理条件下，干旱胁迫W1 使得耐旱性红小豆品种JN-2和旱敏感性红小豆品种B-876-16 的根际土壤过氧化氢酶活性分别比正常水分条件（W2） 提高13.73%、16.41%、13.61%、15.05%和13.62%、16.37%、13.02%、12.02%；而在开花结荚期，相应的升幅分别为2.86%、5.55%、1.32%、2.06%和 2.41%、3.58%、1.09%、1.98%。统计分析结果表明，在苗期，无论施氮水平高低，2 个供试红小豆品种的不同水分处理间差异均达到了显著水平。在开花结荚期，只有在对照（N0）和较低施氮水平（N1）条件下，2 个参试红小豆品种的根际土壤过氧化氢酶活性在不同水分处理间达到了显著差异。除此之外，通过2 个品种间差异比较还可以看出，耐旱性红小豆品种JN-2各处理的根际土壤过氧化氢酶活性均高于相应处理条件下旱敏感性红小豆品种B-876-16 的根际土壤过氧化氢酶活性，且在低氮（N1）处理下达显著差异。

2.2 水氮配合对不同耐旱性红小豆根际土壤脲酶活性的影响

土壤脲酶是一种由植物根系分泌的一类酶，可以水解土壤中的尿素，为作物生长提供养分，是土壤中作物吸收氮素能力的一个重要指标[18]。由表1可知，无论耐旱性高低，2 个供试红小豆品种的根际土壤脲酶活性均表现为随着生育期的推后而不断增加的趋势，开花结荚期明显高于苗期，且在所有试验处理组合中均表现为低水、低氮组合（W1N1）的根际土壤脲酶活性最高。在水分相同处理条件下，2 个供试红小豆品种根际土壤脲酶活性均随施氮量的增加呈先增加后降低的变化趋势，均为单峰曲线，且均在低氮（N1）处理下达到峰值。统计分析结果表明，在苗期，2 个供试品种N1 处理与其他施氮处理间的红小豆根际土壤脲酶活性差异均达到了显著水平；而在开花结荚期，对照（N0）与低氮（N1）处理的红小豆根际土壤脲酶活性均显著高于高氮（N3）处理，可见，中、低量施氮有利于提高红小豆根际土壤脲酶活性，且在苗期效果更为明显。

当施氮量一定时，无论品种的抗旱性如何，干旱胁迫处理均导致红小豆JN-2 和B-876-16 的根际土壤脲酶活性升高，但品种的抗旱性不同，根际土壤脲酶活性升高的幅度有所不同。苗期，在N0、N1、N2 和N3 施氮处理条件下，干旱胁迫W1 使得耐旱性红小豆品种JN-2 和旱敏感性红小豆品种B-876-16 的根际土壤脲酶活性分别比正常水分条件（W2）提高了 39.53%、10.61%、51.97%、39.47%和23.57%、10.19%、22.42%、34.43%；而在开花结荚期，相应的升幅分别为10.61%、2.38%、9.43%、7.48%和9.67%、1.89%、8.76%、6.91%。可以看出，耐旱性红小豆品种JN-2 在各施氮处理条件下，根际土壤脲酶活性随干旱胁迫而升高的幅度均高于旱敏感性红小豆品种B-876-16。统计分析结果表明，在苗期，相同供氮条件下2 个供试的不同耐旱性品种在不同水分处理间根际土壤脲酶活性差异均达到显著水平，表明苗期适当减少灌溉有利于提高红小豆根际土壤中脲酶的活性。通过品种间差异比较还可以看出，耐旱性红小豆品种JN-2 各处理的根际土壤脲酶活性均高于相应处理条件下的旱敏感性红小豆品种B-876-16，且在苗期的干旱胁迫处理下，差异达到了显著水平，表明根际土壤脲酶活性也可能与土壤的抗旱性高低有关。

3 结论与讨论

前人的研究已证明，土壤酶主要来自土壤中的动、植物残体分解过程和微生物细胞的代谢。土壤酶活性可作为评价土壤肥力的指标[19-20]。根际土壤脲酶在氮素转化中起重要作用，可以在一定程度上代表土壤供氮能力的高低[21]。当土壤灌溉量大或土壤湿度高时，会导致土壤脲酶活性下降[21]，这与本试验所得结果一致。本试验结果表明，2 个不同耐旱性红小豆品种的根际土壤脲酶活性在不同生育期均表现为随着灌水量的增加而降低，抗旱性品种JN-2 的根际脲酶活性值更高，且较旱敏感品种B-876-16 的变幅更大。表明红小豆的抗旱性可能也与其根际土壤的酶活性有关，根际土壤酶活性高可能也是红小豆抗旱的机制之一。本试验结果还表明，在相同水分条件下，红小豆苗期和开花结荚期根际土壤脲酶活性均随施氮量的增多呈先增多后降低的趋势，低氮（N1）处理（施氮0.1 g/kg）时最高，说明适当增施氮肥确实能够使红小豆根际土壤脲酶活性增加，但过量施氮反而使红小豆根际土壤脲酶的活性降低，这种效果在苗期表现的更加明显。这与前人在小麦[22]上的研究结果，以及在红小豆[23]上的研究结果一致。本试验结果还表明，随着生育期的推进，红小豆根际土壤脲酶活性增加。这可能是由于在开花结荚期红小豆对养分的需求大，根系迅速生长，根系分泌物也迅速增多有关。较多的根系分泌物通过与土壤微生物的共同作用，进而对脲酶活性的提高有显著作用[24]。

过氧化氢酶是一种重要的氧化还原酶，可以分解土壤中因生物呼吸作用而产生的过氧化氢，降低其对土壤的毒害。本研究表明，在相同水分处理下，根际土壤过氧化氢酶活性随施氮量的增加表现为先升后降的趋势，施氮量为0.1 g/kg 时，过氧化氢酶活性最强，说明氮素施用确实对土壤过氧化氢酶具有促进作用，这与张学林等[25]的研究结果一致。在施氮量一致的情况下，同一品种红小豆根际土壤过氧化氢酶的活性均表现为干旱胁迫高于正常水分处理，这可能是红小豆的一种适应性表现。表明当红小豆遇到干旱胁迫时，可以通过自身的调节，在一定程度上减轻胁迫的影响，以应对轻度的干旱或其他胁迫。过度的灌溉尤其是过度的施氮，既造成了资源的浪费也给环境带来了负担，这与赵海祯等[26]的研究成果相似。

综上所述，通过模拟研究在各种水氮组合下红小豆根际酶活性的试验结果表明，针对黄土高原干旱地区的生土地裸露的特殊栽培条件，可以通过适量地施加肥料以获得增产，起到以肥促水的效果。本试验还表明，在田间持水量在35%～45%和70%～80%的生土中，施纯氮含量在0.1 g/kg 的红小豆肥料利用效率最高，根际土壤酶活性也最强，最有利于养分的吸收与转化。