石灰對木豆氮素營養(yǎng)的影響

酸性土壤中的al和mn通常嚴(yán)重，土壤中的鎂含量很高，磷含量很高，除了鈣、鎂、鉀、銅、鐵等養(yǎng)分不足外，其他有效養(yǎng)分不足，限制了作物產(chǎn)量和品質(zhì)的改善。石灰改良是緩解酸性土壤酸害,促進(jìn)作物的營養(yǎng)吸收,提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)的重要措施之一[2～4]。紅壤作為一種酸性較強(qiáng)的土壤,其高H+濃度和高可交換態(tài)Al離子制約了作物的生長發(fā)育,在我國南方強(qiáng)酸性土壤總酸度中,一般交換性氫只占1%～3%,其余全為交換性Al,是決定土壤酸度的主要因素。由于Al3+的水解,從而產(chǎn)生H+,這是土壤出現(xiàn)強(qiáng)酸性的主要原因。另外,其水解產(chǎn)物Al(OH)2+、Al(OH)2+等對根系生長具有毒害作用,抑制植物對水分、礦質(zhì)元素如鈣、鎂的吸收。施用石灰可增加土壤pH,增加土壤中交換性Ca和Mg含量,當(dāng)土壤pH>5.5時(shí),Al離子對植物的毒害即可消除。木豆(CajanusCajan)是一種高蛋白的飼料灌木,它的氮代謝是自身蛋白質(zhì)和核酸合成的主要生理過程,氮代謝的狀況直接關(guān)系到牧草的品質(zhì)和產(chǎn)量,本文通過石灰改良的方法降低紅壤的酸度,從木豆氮代謝的角度來討論環(huán)境因子對木豆生理生化的影響。1材料和方法1.1牧草生長g-1、全鈣、有效鈣的量測試驗(yàn)區(qū)設(shè)在桂林靈川縣潮田鄉(xiāng)獅賴村,土壤為中泥盆下部(D21)砂頁巖風(fēng)化形成的地帶性紅壤。pH4.6、有機(jī)質(zhì)27.28mgkg-1、全氮0.56gkg-1、有效氮47.43mgkg-1、全鈣1479mgkg-1、有效鈣mgkg-1。供試牧草品種為木豆[CajanusCajan(L.)Mjllspaugh]是蝶形花科,木豆屬(Cajanus)中的栽培種,共設(shè)7個(gè)石灰處理水平,在12cm(長)×12cm(寬)×20cm(深)的土坑中分別施入0(L0)、50(L50)、100(L100)、150(L150)、200(L200)、250(L250)、300(L300)g生石灰粉,并充分混合均勻,株行距0.6m×0.8m。并在木豆的營養(yǎng)生長期內(nèi)采集植物樣和土壤樣,測定植物氮代謝系統(tǒng)以及土壤酶系統(tǒng),每個(gè)測定指標(biāo)重復(fù)3次。1.2測定項(xiàng)目及方法谷氨酰胺合成酶(GS)活性測定采用試劑盒法(南京建成),活性定義以每小時(shí)37℃反應(yīng)生成的r-谷氨酸酸的1μmol的量為一個(gè)酶活性單位。按照Kaiser和Huber的方法提取和測定硝酸還原酶(NR),活性定義為每克鮮重材料每小時(shí)催化生成NO2-的μmol數(shù),即μmolNO2-g-1h-1(FW)。蛋白水解酶的測定參照韓亞珊的方法略有改動,以1h內(nèi)生成10μg酪氨酸所需的酶量為1個(gè)酶活性單位。土壤脲酶、蛋白酶、硝酸還原酶活性測定按照《土壤酶及其研究方法》。葉綠素含量采用比色法測定、游離氨基酸采用試劑盒法、可溶性蛋白采用雙縮脲法、土壤pH用pH計(jì)測定(水土比1∶2),全氮用H2SO4(濃)-H2O2消煮法,蛋白氮用5%(wv-1)TCA浸提。數(shù)據(jù)分析使用SPSS13.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)以平均值±S.D.(n=3)給出。進(jìn)行組間LSD檢驗(yàn),分析其顯著性差異。2結(jié)果與分析2.1石灰不同用量對土壤ph的影響石灰處理后土壤pH較對照有明顯上升(表1),且隨著石灰施用量的增加而逐漸升高,當(dāng)石灰施用量為300g株-1時(shí),pH達(dá)到8.64,中和作用明顯。2.2石灰濃度對木豆葉綠素和類胡蘿卜素生物量的影響葉綠素是植物進(jìn)行光合作用原初反應(yīng)的光能“捕獲器”,同時(shí)又在光能傳遞與轉(zhuǎn)換中起著重要的作用。較高的葉綠素含量能增加作物光合產(chǎn)物的生產(chǎn),提高作物的生物量。隨著石灰濃度的增加,木豆的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(表2),方差分析表明:當(dāng)處理濃度為100、150g株-1時(shí),葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素達(dá)到極顯著的水平(P<0.01),類胡蘿卜素在處理濃度為150、200g株-1時(shí)達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。葉綠素a/b值呈現(xiàn)出先降后升的趨勢,在100、150g株-1時(shí)達(dá)到顯著水平(P<0.05)。2.3石灰對葉片硝化酶活性的影響谷氨酰胺合成酶、硝酸還原酶和蛋白酶是植物氮代謝系統(tǒng)的關(guān)鍵酶。木豆葉谷氨酰胺合成酶、硝酸還原酶的活性隨石灰處理濃度的增大呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(圖1、圖2)。當(dāng)處理濃度為100、150g株-1時(shí),葉片硝酸還原酶有極顯著的提高(P<0.01)。在處理濃度為50、100g株-1時(shí),谷氨酰胺合成酶活性分別達(dá)到了極顯著或顯著差異(P<0.01,P<0.05)。根的谷氨酰胺合成酶活性情況相反,表現(xiàn)為先減少后增加。根的硝酸還原酶與根的谷氨酰胺合成酶有類似的情況,但變化幅度不大,只在處理濃度為50g株-1時(shí)達(dá)到極顯著差異,其余差異沒有顯著性。隨石灰處理濃度的增大。根的木豆葉、根的蛋白酶活性均呈現(xiàn)出而先減少后增加的趨勢(圖3)。在處理濃度達(dá)到100g株-1時(shí),根和葉都分別出現(xiàn)了顯著或極顯著的下降(P<0.01,P<0.05)。2.4可溶性蛋白在不同濃度對葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響在0～150g株-1的石灰處理濃度范圍內(nèi),木豆葉可溶性蛋白逐漸增加,而后有所下降,在200～300g株-1濃度范圍內(nèi)又逐漸上升,到300g株-1時(shí)可溶性蛋白達(dá)到最大值(圖4)。根可溶性蛋白與葉的情況類似,但在150g株-1時(shí)則下降,較葉出現(xiàn)下降的濃度200g株-1有所提前,在150～250g株-1的范圍內(nèi)逐漸上升。在處理濃度最高的300g株-1時(shí),根可溶性蛋白不升反降。可能原因根與土壤環(huán)境發(fā)生直接的聯(lián)系,對土壤環(huán)境的變化比葉更加敏感。在濃度為50g株-1時(shí),木豆葉和根的總氨基酸含量均最低(圖5),極顯著水平(P<0.01)。較低的氨基酸含量說明了植物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成作用大于蛋白質(zhì)的分解作用。在處理濃度為250g株-1時(shí),含量最高。圖4、圖5表明石灰對木豆的生長發(fā)育有雙重作用,在一定范圍內(nèi)施用石灰能顯著提高植物體可溶性蛋白的含量,但較高的石灰濃度會降低植物可溶性蛋白的含量。2.5石灰對木豆葉全氮、蛋白氮的影響全氮和蛋白氮是反映植物氮體內(nèi)氮素水平的高低,與植物氮素同化效率有直接的聯(lián)系。石灰處理后,木豆葉的全氮和蛋白氮有極顯著水平的提高(P<0.01),在處理為100g株-1時(shí),木豆葉全氮和蛋白氮均達(dá)到最高值(圖6),隨著處理濃度的增加,全氮和蛋白氮小幅下降,但仍較對照(0g株-1)有極顯著的提高。2.6土壤羧酸還原酶a石灰處理對土壤脲酶、土壤蛋白酶、以及土壤硝酸還原酶的活性影響較大(圖7),它們的變化趨勢與葉硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶一樣呈單峰變化趨勢,其中土壤硝酸還原酶活性對石灰處理尤為靈敏在處理濃度為50g株-1時(shí)達(dá)到峰值,土壤脲酶、土壤蛋白酶分別在150g株-1、100g株-1時(shí)達(dá)到最大值。3石灰作為植物的一種重要土壤改良劑從木豆氮代謝關(guān)鍵酶以及體內(nèi)氮素營養(yǎng)水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著石灰施用量的增加,木豆的蛋白酶以及總氨基酸呈V字型變化而硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶以及可溶性蛋白、全氮、蛋白氮等呈單峰型變化,這說明了在一定的濃度范圍內(nèi),石灰處理顯著改善了木豆的生長狀況、增加了木豆的氮素水平,使木豆的氮代謝平衡向著蛋白質(zhì)積累的方向進(jìn)行。但隨著處理濃度的繼續(xù)升高,植物可溶性蛋白、全氮、蛋白氮均有下降的趨勢。說明石灰作為一種土壤改良劑對植物有一個(gè)閾值,超過一定的范圍則會妨礙植物的生長發(fā)育。這與佩奇AL,米勒RH,PrasadRFarinaMPW,ChannonP等研究結(jié)果一致[12～14]。FolscherWJ等(1986)指出,這一現(xiàn)象與石灰對酸性土壤中磷酸鹽溶解度的影響有關(guān),過量施用石灰嚴(yán)重抑制了土壤磷的有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明,在pH4.7的紅壤上,石灰處理濃度為100～150g株-1