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作物根系分泌物对土壤碳、氮含量、微生物数量和酶活性的影响

耿贵  
【摘要】:作物根际分泌物是新兴的研究热点,土壤肥力是古老而且始终研究的重要课题。作物根际分泌物对土壤,尤其是根际土壤肥力有重要影响。本论文重点研究作物根系分泌物对土壤碳、氮组分及含量、微生物数量和酶活性的影响。试验材料选用玉米、大豆、甜菜三种作物及其根系分泌物,以及位于哈尔滨市的中国农业科学院甜菜研究所试验地的黑土。首先利用水浸提法提取玉米、大豆、甜菜根系分泌物,随即对提取的根系分泌物利用旋转蒸发仪浓缩和制备,并对根系分泌物浓缩液中碳、氮含量和主要成分进行分析测定;然后研究根系分泌物对土壤碳、氮组分与含量、土壤微生物数量以及一些酶活性的影响,获得了以下试验结果: 1.采用水浸提法可获得到作物根系分泌物。玉米、甜菜、大豆根系分泌物浓缩液碳、氮总含量分别为554.415、292.488、347.766和98.249、64.164、73.074μg/mL;玉米、甜菜、大豆根系分泌碳、氮速率分别为9.1007、5.7722、5.6177μg/rfw-g-h和1.6127、1.2663、1.1807μg/rfw·g·h。检测发现甜菜根系分泌草酸、丙二酸、苹果酸、乙酸、琥珀酸五种有机酸,总有机酸分泌量0.02999 mg/rfw·g·h;分泌Asp、Gln、Lsy三种氨基酸,总氨基酸分泌量0.2573 mg/rfw·g·h;分泌蔗糖量0.01573 mg/rfw·g·h。检测发现玉米根系分泌草酸、丙二酸、酒石酸、苹果酸、乙酸、富马酸、琥珀酸七种有机酸,总有机酸分泌量0.03865mg/rfw·g·h;分泌Asp、Glu、Ser、Arg、Trp、Phe、Leu和Lsy八种氨基酸,总氨基酸分泌量0.3628 mg/rfw·g·h;分泌蔗糖量0.00697mg/rfw·g·h。检测发现大豆根系分泌草酸、丙二酸、苹果酸三种有机酸,总有机酸分泌量0.01353 mg/rfw·g·h;分泌Asp、Asn、Arg、ALa、Met、Val、Trp、Phe、Leu、Lsy十种氨基酸,总氨基酸分泌量0.6013 mg/rfw·g·h,分泌蔗糖量0.01620 mg/rfw·g·h。 2.三种作物(玉米、大豆和甜菜)的根系分泌物未明显提高土壤有机质含量,但提高土壤呼吸、微生物量碳和水溶性碳数量。试验结果表明三种作物根系分泌物提高土壤呼吸释放二氧化碳量,分别为23.4%、19.7%和20.8%;提高土壤微生物量碳含量,分别为43.6%、10.9%和9.3%;提高土壤水溶性碳含量,分别为35.8%、34.4%和58.5%。因此,三种作物的根系分泌物加到土壤后土壤活性有机碳含量明显提高。 3.玉米、大豆和甜菜根系分泌物对土壤全氮含量作用不明显,但是均提高土壤微生物量氮(分别为180.1%、78.3%和40.7%)、土壤水溶性全氮(分别为46.4%、39.5%和12.3%)、土壤水溶性无机氮(分别为1150.7%、238.8%和113.8%)、土壤水溶性有机氮(分别为7.5%、32.4%和8.8%)和土壤交换性无机氮含量(分别为19.8%、61.3%和53.5%)。作物根系分泌物提高了土壤氮素供给能力,玉米根系分泌物提高的作用最大,其次为大豆,甜菜作用最小 4.甜菜、玉米、大豆三种作物根系分泌物均增加了微生物数量,增加量最大的是土壤真菌量,而对土壤细菌和放线菌数量的增加程度相近。 5.不同作物根系分泌物对土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性影响不同。加入玉米根系分泌物后磷酸酶活性提高3%,加入大豆根系分泌物后磷酸酶活性几乎无变化(降低1%),而加入甜菜根系分泌物后磷酸酶活性反而降低7%。大豆根系分泌物对土壤脲酶活性的影响最大(提高9%),可能是大豆根系与根瘤菌共生固氮的作用导致的。玉米根系分泌物(提高3%)、甜菜根系分泌物(提高1%)对土壤脲酶活性影响较小。甜菜根系分泌物提高土壤蔗糖酶的活性幅度最大(提高37%),其次是大豆根系分泌物(提高17.9%)和玉米根系分泌物(提高10.4%)。加入甜菜根系分泌物后过氧化氢酶活性提高10.6%,玉米根系分泌物使过氧化氢酶活性提高4.8%,而大豆根系分泌物的添加反而使过氧化氢酶活性降低5.9%。 本试验结果证明了甜菜、玉米、大豆根系分泌物富含有氨基酸、有机酸、糖分等营养物质,补充或增加了土壤尤其是根际土壤的活性碳、氮,提高了细菌、真菌、放线菌数量,影响了土壤碳、氮代谢和酶活性。但是甜菜、玉米、大豆根系分泌物三者作用差异较大。因此,现代农业应重视作物根系分泌物对土壤肥力的影响,合理轮作作物,进而持续稳定提高土壤肥力和作物产量。


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