水淹胁迫下新型氧肥对土壤脲酶活性的影响

杜琳倩 ，何 钢 ,b，王 静 ，王 蕾

( 中南林业科技大学 a. 生命科学与技术学院；b. 生物环境科学与技术研究所，湖南 长沙 410004)

水淹胁迫下新型氧肥对土壤脲酶活性的影响

杜琳倩a，何 钢a,b，王 静a，王 蕾a

( 中南林业科技大学 a. 生命科学与技术学院；b. 生物环境科学与技术研究所，湖南 长沙 410004)

通过模拟实验，研究了水淹胁迫下不同浓度的新型氧肥对土壤脲酶活性的影响。结果表明，新型氧肥可显著增强水淹胁迫下的土壤脲酶活性，氧肥浓度和土壤脲酶活性的关系达到显著正相关，并得到施加的最适新型氧肥浓度为5g/kg；随着新型氧肥作用时间延长，土壤脲酶活性增加的幅度先增大后减小；随着新型氧肥浓度的增大，新型氧肥影响脲酶的定浓抑制率绝对值增大，而脲酶的变浓变化率则差别不大。该试验确定了水淹胁迫下新型氧肥对土壤脲酶活性有明显的激活作用，并确定了最适新型氧肥浓度，为今后应用于洪涝灾害的植物提供了科学依据。

新型氧肥；土壤脲酶；土壤脲酶活性；水淹胁迫

土壤酶是土壤有机体的代谢动力，与土壤理化性质、土壤类型、施肥、耕作以及其它农业措施等密切相关[1]。土壤酶参与包括土壤中生物化学过程在内的自然界物质循环，在能量代谢、物质转化和污染土壤修复等过程中发挥着重要作用[2]，使土壤具有同生物体相似的活组织代谢能力。土壤酶不仅可以表征土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标[3-5]。土壤酶活性对于土壤环境状况评价非常重要[6]。土壤酶的活性反映了土壤中进行的各种生物化学过程的强度和方向[7]，对土壤肥力的形成和提高以及对土壤生态系统的物质循环具有重要意义。

脲酶是土壤中的主要酶类之一，是唯一对尿素在土壤中的转化及作用有着重大影响的酶，与土壤生物地球化学循环中的氮循环密切相关[8]。尿素施入土壤后，在脲酶的催化作用下，迅速分解成CO2和NH3，所以脲酶活性直接影响到尿素的利用率[9]。国内外学者研究表明，不同环境下的不同土壤的脲酶活性有一定差异[10-13]。洪涝灾害是当今世界最主要又经常发生的灾害之一，防治洪涝灾害已成为世界各国普遍关注的问题。我国地处东亚大陆，地形地势复杂，不同地区气候差异大，东部受到季风气候影响，年内降雨量分布不均匀，洪涝灾害比较突出，是世界上洪涝灾害最严重的国家之一，大约2/3的国土面积有着不同类型和不同危害程度的洪涝灾害[14]。本研究选取以过氧化钙为核心材料的新型氧肥，采用实验室恒温培养法，测定了不同浓度新型氧肥在水淹胁迫下，对土壤脲酶活性的影响，为缓解洪涝灾害问题提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土样

土壤样品来自中南林业科技大学植物园苗圃。五点法采取0～5 cm土层土样，去除腐殖质等杂质，混匀，保存备用。

表1 供试土样的培肥方案Table 1 Experimental scheme of soils tested

1.1.2 供试植物

供试植物为中南林业科技大学植物园苗圃培育的1年生短梗大参实生苗。于2012年3月1日栽植于盆中，每盆(38 cm(高)×28 cm(直径))装土3 kg（园土＋牛粪＋珍珠岩），6月1日开始进行试验。

1.1.3 供试肥料

新型氧肥：一种自制氧肥，以过氧化钙为核心材料，膨润土为填充剂，聚乙烯醇缩甲醛为粘合剂制备而成的，与水反应可以缓慢释放氧气。

1.2 试验方法

脲酶活性测定方法采用靛酚蓝比色法[15]。该法以尿素为基质，根据酶促的产物-氨在碱性基质中，与苯酚及次氯酸钠作用生成蓝色的靛酚，靛酚蓝的生成数量与氨浓度呈正比来进行定量分析，活性以每小时每克土壤将尿素转化成NH3-N的量表示。每处理设3次重复，同时做标准曲线，设无土壤对照和无基质对照试验。酶活性为3次重复试验的平均值。

1.3 试验步骤

1.3.1 水淹胁迫下不同浓度的新型氧肥对脲酶活性的影响

取3只100 mL容量瓶，各加入5 g新鲜土样，向土样中加入1 mL甲苯并放置15 min，再分别加入10 mL 10%尿素溶液和20 mL pH值6.7柠檬酸缓冲液，摇匀，在37℃恒温箱中培养24 h后定容。按靛酚蓝比色法测定脲酶活性，计算水淹胁迫下不同浓度的新型氧肥对脲酶活性的抑制率。酶活性为3次重复试验的平均值。

在盆栽中施加新型氧肥，由于新型氧肥是一种缓控释氧肥，释放氧气是一个缓慢的过程，所以每隔5 d测量一次脲酶活性，测量8次，测量方法同上。

1.3.2 数据计算

为了解土壤脲酶活性随新型氧肥浓度的变化规律，计算了脲酶的定浓抑制率，它可表征某种外源物质对脲酶活性的抑制程度，其正值和负值分别表示抑制和激活作用。本试验中脲酶定浓抑制率的计算公式为：

定浓抑制率=(A-B)/A×100%。 （1）

式（1）中：A为不施加新型氧肥土壤脲酶活性；B为施加新型氧肥土壤脲酶活性。

2 结果与分析

2.1 水淹胁迫下不同浓度的新型氧肥对脲酶活性的影响

不同浓度的新型氧肥对脲酶活性的影响见表2。

表2 不同浓度的新型氧肥对脲酶活性的影响Table 2 Effects of different concentrations of new oxygen fertilizer on soil urease activity

由表2可知，土样1的脲酶活性随着时间增长逐渐升高，但上升幅度较小，这可能是因为植物处于生长旺期的缘故。有关实验表明，土壤酶活性与植物生长过程密切相关，在植物生长最旺盛的时期，酶的变化也最活跃[16]。

土样2的脲酶活性随着时间增长逐渐升高，并且第40d脲酶活性明显比土样1的脲酶活性要高。这是由于土壤水分状态对土壤酶活性有一定的影响。一般情况下，土壤湿度较大时，酶活性较高，但土壤过湿时，酶活性减弱；土壤含水量减少，酶活性也减弱[17]。

土样3的脲酶活性在1～5 d，脲酶活性升高，然而第5～40 d，脲酶活性随着时间的增长而明显降低，究其原因是由于水淹胁迫导致植物缺氧，减少了土样脲酶的来源，导致土样脲酶减少，活性降低。

土样4、土样5、土样6、土样7和土样8，在新型氧肥浓度相同时，脲酶活性随着时间增长逐渐升高，第15 d左右酶活达到最高，然后逐渐降低。这表明新型氧肥释放氧气的量在1～15 d随着时间的增长而增加，在第15 d左右达到最大值，在15 d以后，随着时间的增长而减少。到第40 d时，土样4和土样5的脲酶活性比土样1的脲酶活性略低，土样6、土样7和土样8的脲酶活性高于土样1的脲酶活性。这表明土样4和土样5中的新型氧肥浓度基本能满足水淹胁迫下植物正常生长的氧气需要，但土样6的新型氧肥浓度完全满足了水淹胁迫下植物正常生长的氧气需要，所以根据，植物正常生长需要和新型氧肥成本等综合考虑，土样6中的新型氧肥浓度5 g·kg-1为施加的最适新型氧肥浓度。

第40 d时不同土样的脲酶活性见图1，由于新型氧肥是一种缓慢释放氧气的肥料，释放的时间越长对植物越有利，所以需要分析最后一次的测量结果。

图1 第40 d时不同土样的脲酶活性Fig.1 Urease activity of different soil samples at the 40th day

由图1看出，第40 d时，土样2的脲酶活性高于土样1的脲酶活性，这表明水分饱和的情况下土壤脲酶活性比一般含水量情况下的酶活性要高。土样4、土样5、土样6、土样7和土样8的脲酶活性依次升高，土样4和土样5的脲酶活性与土样1相差不大，土样6、土样7和土样8的脲酶活性明显高于土样1，这表明水淹胁迫下的脲酶活性随着施加新型氧肥浓度的增加而升高。

计算得到的水淹胁迫下土壤脲酶的定浓抑制率见表3。

表3 不同浓度的新型氧肥对土壤脲酶定浓抑制率的影响Table 3 Effects of different concentration new oxygen fertilizer on soil urease inhibitive percent

由表3可知，土样4、土样5、土样6、土样7和土样8的土壤脲酶定浓抑制率都为负值，这表明施加的新型氧肥对在水淹胁迫下的土壤脲酶都起到了激活作用。在表3中可以看出，在相同的新型氧肥浓度下，第5～30 d定浓抑制率的绝对值随着时间的增长而增大，在第30 d达到最大值，第30 d以后随着时间的增长而减小，但第40 d脲酶的定浓抑制率的绝对值依然维持在较高水平。这表明，在相同的新型氧肥浓度下，第5～30 d随着时间的增长新型氧肥对水淹胁迫下脲酶的激活作用逐渐增强，第30 d以后随着时间的增长新型氧肥对水淹胁迫下脲酶的激活作用逐渐减弱，第40 d新型氧肥对水淹胁迫下的脲酶依然有较强的激活作用。

由表3还可知，在同一时间，土样4、土样5、土样6、土样7和土样8的脲酶的定浓抑制率的绝对值随着施加新型氧肥浓度的增大而增大，这揭示出水淹胁迫下的土壤脲酶受到了新型氧肥持续增加的激活作用。

采用U=β1×C+β0模型对新型氧肥浓度C与脲酶活性U进行拟合，得到的方程(表4)均达到显著正相关。

表4 新型氧肥浓度与土壤脲酶活性的拟合方程†Table 4 Regression equations between concentration of new oxygen fertilizer and soil urease activity

由表4可知，在新型氧肥供试浓度范围内，新型氧肥可显著增强土壤脲酶活性。对拟合式求导，得到土壤脲酶的变浓变化率[β1=dU/dC]，其表示单位新型氧肥浓度(1%)的增减对土壤脲酶活性的贡献率。从表4还可以看出，第30 d时，土样脲酶的变浓变化率最大，为3.677 μg/(g·h)，第5 d的变浓变化率最小，为0.703 μg/(g·h)，但其他时间测得的变浓变化率与第30 d的变浓变化率差别不大，可见第10～40 d，单位新型氧肥浓度对土壤脲酶活性的影响强度随作用时间不同并未表现出规律性的变化。

3 结 论

（1）处于生长旺盛期的植物，土壤的脲酶活性随着时间增长逐渐升高，但上升幅度较小。水分饱和时，土壤脲酶的活性高于一般含水量时的脲酶活性。在水淹胁迫下，随着时间的增长，土壤脲酶活性明显降低。

（2）新型氧肥对水淹胁迫下的土壤脲酶活性具有明显的激活作用，一定浓度的新型氧肥可以使水淹胁迫下的土壤酶活性保持在正常水平，使植物正常生长，并得出在施加新型氧肥的第15 d氧肥释放氧气的量达到最大值，施加新型氧肥的最适浓度为5 g·kg-1。为了达到较好的促进效果，施加新型氧肥的浓度可以适量增大。

（3）在40天的测量过程中，第30 d时，不同浓度的新型氧肥对水淹胁迫下的土壤脲酶的激活作用最强，随后激活作用开始下降，但是第40 d时，激活作用依然保持在较高的水平。下一步试验可以延长试验时间，准确测定新型氧肥对水淹胁迫下的土壤脲酶活性的激活作用能够持续的时间。

（4）由新型氧肥浓度与土壤脲酶活性的拟合方程可知，新型氧肥的浓度与土壤脲酶活性之间达显著正相关关系，即在新型氧肥供试浓度范围内，新型氧肥可显著增强土壤脲酶活性。

（5）在试验的第10～40 d，单位新型氧肥浓度对土壤脲酶活性的影响强度随作用时间不同并未表现出规律性的变化。

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Effect of new oxygen fertilizer on soil urease activity in waterlogging stress

DU Lin-qiana, HE Ganga,b, WANG Jinga, WANG Leia

(a. School of Life Science & Technology; b. Institute of Biological Environmental Science & Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By simulation methods，in the case of waterlogging stress the effects of different concentrations of new oxygen fertilizer on soil urease activity were investigated.The results are as follows: new oxygen fertilizer could remarkably increase the urease activity so that they had significant positive correlation and the most suitable concentration of oxygen fertilizer was 5g/kg; With prolonging reaction time，the increasing degree of urease activity first increased and then decreased; With the increase of concentration of new oxygen fertilizer, the inhibitive percent’s absolute value was improved and the effect of concentration of new oxygen fertilizer on soil urease activity changed slightly. The testing results indicated that the oxygen fertilizer could remarkably increase the urease activity in the case of flood stress and the most suitable concentration of new oxygen fertilizer has been obtained, thus providing a scientific basic for the management of the flooded plants in the future.

new oxygen fertilizer; soil urease; soil urease activity; waterlogging stress

S714；Q55

A

1673-923X(2013)04-0066-04

2012-10-16

“948”引进国际先进林业科学技术：新型氧肥制作与施用技术引进（项目编号：2011-4-65）

杜琳倩（1987-）女，硕士研究生，主要从事应用生物化学的研究；E-mail：342766010@qq.com

何 钢（1965-）男，教授，主要从事生物技术教学与科研；E-mail：hegang262@163.com

[本文编校：欧阳钦]