施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及CO2排放量的影响.docx

目录 1.绪论1 1.1 研究目的和意义11.2 土壤酶研究进展11.3 土壤酶活性的综述21.4 土壤酶活性影响因子3 1.4.1土壤状况与土壤酶活性3 1.4.2 土壤微生物、土壤动物与土壤酶活性5 1.4.3农业耕作措施与土壤酶活性5 1.4.4 植物生长与土壤酶活性71.5 土壤CO2排放研究进展71.6 CO2排放研究方法9 1.6.1箱法9 1.6.2 微气象法102.试验内容10 2.1 试区概况10 2.2 试验试剂与器材10 2.2.1 供试材料10 2.2.2 试验器材10 2.2.3 试验试剂102.3 试验设置112.4 测定方法112.5 数据处理123.结果与分析123.1 不同施氮措施对土壤酶活性的影响12 3.1.1 不同施氮措施对土壤脲酶活性的影响12 3.1.2 不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响13 3.1.3 不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响143.2 不同施氮措施对土壤CO2 排放量的影响153.3 土壤酶活性与土壤CO2 排放量相关性174结论与讨论184.1 不同施氮措施对土壤酶活性的影响18 4.1.1不同施氮措施对土壤脲酶活性的影响18 4.1.2 不同施氮措施对土壤蔗糖酶活性的影响18 4.1.3 不同施氮措施对土壤过氧化氢酶活性的影响194.2 不同施氮措施对土壤CO2排放量的影响204.3 土壤酶活性与土壤CO2排放量相关性20参考文献：21附录：24致谢：34施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及CO2排放量的影响作者：韩松 指导老师：廖允成摘 要：为研究不同氮肥种类以及氮肥施用量对旱作玉米地土壤酶活性与CO2排放量的关系，本研究设置了9个处理，速效氮肥采用尿素（N）=46%，施氮量为80 kg/hm2（N1）、160 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）、320 kg/hm2（N4），缓释氮肥 （N）=44.6%，施肥量为80 kg/hm2（SR1）、160 kg/hm2（SR2）、240 kg/hm2（SR3）、320 kg/hm2（SR4），不施氮肥处理为对照（CK）。 对施用速效氮肥(尿素)和缓释氮肥的旱作夏玉米地土壤酶活性及CO2排放量进行分析。结果表明，与不施肥处理比较，不同氮肥种类和施用量均可显著提高土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性和CO2的排放量。在整个生育期，尿素与缓释氮肥处理土壤酶活性和土壤CO2排放量表现出相同变化趋势，尿素和缓释氮肥处理土壤CO2平均排放量分别为459.12 mg·m-2·h-1和427.11 mg·m-2·h-1，两者达到显著差异水平（P<0.05）。相关分析表明，土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性与土壤CO2排放量呈显著或极显著正相关，相关系数分别为0.79、0.64和0.80。说明相同施氮量缓释氮肥较尿素能有效提高土壤酶活性并降低土壤碳排放量。关键词：旱作农田；夏玉米；氮肥；酶活性；CO2排放量Effects of fertilizers on soil enzyme activities and CO2 emission in dry-land of maizeAbstract: This experiment is conducted to explore the effects of different types and dosages of nitrogen fertilizers on soil enzymatic activities and soil CO2 emission in the arid farming land of summer maize .Nine treatment levels were set, including four levels each of available nitrogen (urea) and low-release nitrogen, specifically, 80 kg·hm-2 urea (N1), 160 kg·hm-2 urea (N2), 240 kg·hm-2 urea (N3), 320 kg·hm-2 urea (N4), 80 kg·hm-2 slow-release fertilizer (SR1), 160 kg·hm-2 slow-release fertilizer (SR2), 240 kg·hm-2 slow-release fertilizer (SR3), 320 kg·hm-2 slow-release fertilizer (SR4), and no-fertilizer treatment served as control (CK). The results showed that CO2 emission and activities of urease, invertase and catalase in the fertilizer treatments were higher than those in no-fertilizer treatment (P<0.05). During the whole growth period, the same trends of three enzymes activities and CO2 emissions were detected between the treatments of available nitrogen and slow-release nitrogen, There were significant differences (P<0.05) between the CO2 emissions of nitrogen and slow-release nitrogen, 459.12 mg·m-2·h-1 and 427.11mg·m-2·h-1 respectively. Correlation analysis showed that, a highly positive correlation existed between soil CO2 emission and activities of urease, catalase and invertase. Correlation coefficients of soil CO2 emission with activities of urease, catalase, and invertase were 0.79, 0.80, and 0.64, respectively. In conclusion, at the same application levels of available nitrogen, slow-release nitrogen fertilizer can improve effectively soil quality of arid farming land and reduce soil CO2 emission compared with urease .Key words: aid farming land; summer maize; nitrogen fertilizer; enzymatic activity; CO2 emission1.绪论1.1 研究目的和意义全球气候变暖问题备受国际界关注，这与工业生产中化石燃料的大量消耗有关，但农业生产对温室气体排放的影响也不容小视。旱作农田在农业生态系统中占有重要地位，而近年来由于特殊的气候条件加之不合农田管理使得旱作农田土壤退化及CO2排放量增加。增施氮肥是农田生态系统增产的措施之一，据估算，在施用化肥条件下我国农田土壤固碳潜力为21.9 Tg·a-1 。因此，科学合理施肥，在保持或提高作物产量的前提下减少农田温室气体排放是目前农业生产中亟待解决的问题之一。土壤酶活性不单是“土壤肥力”、“土壤质量”及“土壤健康”的重要指标，也是评价各种农业措施和肥料效果的主要因素。土壤CO2排放量和土壤酶活性等生物特性比土壤有机质、养分含量等其它理化性状更能敏感地反映土壤质量的变化。研究CO2排放与土壤酶活性的关系对改善土壤生态环境，提高土壤肥力具有重要意义。目前，关于土壤酶活性的研究主要集中在不同土地利用方式、施用有机肥和配施氮磷钾肥，以及不同耕作处理和秸秆覆盖土地土壤酶活性与土壤养分关系的研究，而对农田CO2排放多集中在稻田。在旱作土壤上施用速效氮肥和缓释氮肥对CO2排放与土壤酶活性影响方面的研究却鲜有报道。本试验通过研究不同氮肥种类和氮肥用量对CO2排放与土壤酶活性的影响，试图探索不同施氮措施下的土壤的酶活性及土壤CO2排放变化情况，进一步为旱作地区推行固碳减排的农田管理模式提供依据。1.2 土壤酶研究进展Woods是研究土壤酶最早的人，早在1899年就发表了土壤中含有过氧化物酶的报告。Bell等(1905)进一步证明，土壤中存在过氧化物酶活性。Konig等年用生物抑制剂测定了土壤过氧化氢酶活性。1909年，May等研究了土壤过氧化氢酶活性与土壤有机质、微生物之间的关系。1910年Fermi首次检测出土壤中存在蛋白酶，自此以后，脱氨基酶、脲酶、核酸酶、蔗糖酶等相继被检测出来。土壤酶学发展到今天已有110多年的历史了1。土壤酶的早期研究主要是依靠微生物学研究材料和方法，探讨土壤酶与土壤微生物的关系。自20世纪50年代以后，生物化学和分子生物学等学科，在理论和技术上的迅速发展，对土壤酶的研究起了推动作用。研究的重点也已转向了土壤酶的性质、检测手段的改进、土壤酶活性与土壤状况的相互关系以及与土壤肥力因子的关系等方面。到80年代中期，Beck提出了土壤微生物如微生物量、还原酶及水解酶等适宜的指标。此时能被检测出来的土壤酶活性有60种之多，土壤酶学的理论和体系逐渐完善2,3。80年代中期至今，土壤酶活性对外来干扰的响应以及功能重要性等方面的研究成为热点。这一时期土壤酶学与生态学、林学、农学和环境科学等学科相互渗透，对土壤酶学的研究已经超越了经典土壤学的研究范畴，在对各种各样的陆地生态系统研究中，检测土壤酶活性似乎成了必不可少的手段。我国对土壤酶的研究始于20世纪60年代，主要研究土壤酶与土壤微生物的关系、耕作技术对土壤酶的影响及土壤酶与植物生长的关系。从1970年开始，土壤酶研究内容既联系微生物性质研究土壤酶活性，也特别注意研究一些土壤积累酶的特性，探讨了土壤酶与其它肥力因素的关系，同时用土壤酶评价农业管理措施的效果，鉴别土壤类型和肥力水平。20世纪80年代中期以后，随着环境科学的发展，土壤酶对废水、废物的降解作用受到普遍关注4。金属元素对土壤酶的影响也备受生态学家的重视。此外，对农田生态系统的土壤酶研究也较多。1.3 土壤酶活性的综述土壤酶是土壤组分中最活跃的有机成分之一，它在土壤生态系统的物质循环和能量转化中起着重要的作用，土壤酶是动植物及其残体和土壤微生物所分泌的酶，能催化土壤中复杂的有机物质，使其转化为简单的无机化合物，供植物重新吸收利用5。由于土壤的类生物体性质，酶活性形成了一个独立的系统。该系统不同于有生命群体的活性，也不同于其他活组织匀浆体的活性。土壤酶促作用是在土壤颗粒、植物根系和微生物细胞表面上发生的。在此多相介质环境中，离子浓度、pH、氧化还原电位等因子影响酶促反应速度，并且土壤各种成分也直接影响酶促反应。土壤供应养分的能力，不仅取决于潜在的养分，同时取决于土壤胶体吸收性离子的有效程度，这两方面作用都和土壤酶活性有关。土壤酶和土壤微生物一起共同推动土壤的代谢过程6。土壤中主要的酶类是氧化还原酶类和水解酶类，其对土壤肥力起重要作用。土壤中各有机、无机营养物质的转化速率，主要取决于转化酶、磷酸酶、脲酶及其他水解酶类及多酚氧化酶、硫酸盐还原酶等氧化还原酶类的酶促作用7。土壤酶绝大多数为吸附态，少数为游离态，主要以物理和化学的结合形式吸附在土壤有机质和矿物质颗粒上，或者与腐殖物质络合共存8。土壤酶活性是土壤生物学活性的体现，土壤酶活性可以反映土壤中各种生物化学过程的强度和方向，同时它具有相对的稳定性9，它表征了土壤综合肥力特征及其变化状况、土壤养分的转化进程，因此可以作为评价土壤肥力水平的指标10-12，同时土壤酶的专一性和综合性特点使其有可能成为一个有潜力的土壤生物学指标13。因而土壤酶活性是土壤肥力评价的重要指标之一，同时也是评价土壤自净能力的一个重要指标。土壤酶的活性与土壤理化特性、肥力状况和农业措施有着显著的相关性。因此，研究土壤酶活性的影响因素，提高土壤酶活性，对提高土壤肥力有着重要意义。1.4 土壤酶活性影响因子1.4.1土壤状况与土壤酶活性土壤状况会直接影响土壤酶活性。土壤水分状况影响酶活性变化，一般情况下，土壤湿度较大时，酶活性较高，但土壤过湿时，酶活性会减弱。Birch研究了具有连续雨季和旱季地区的土壤酶活性，指出当旱季结束雨季开始时，土壤酶活性显著提高。土壤含水量减少时，酶活性减弱。土壤的气体状况对土壤生物的活动有着重要的影响。土壤气体的主要组成是CO2，O2和N2。其中，O2和CO2的含量变化最大。它们在土壤空气中的比例，很大程度上决定了土壤的酶活性。Xazrles对各种黑钙土的研究表明，当土壤空气为H2，CO2和N2饱和时，土壤磷酸酶的活性降低了3050，O2饱和的土壤，其磷酸酶活性比含空气的对照组土壤高。土壤脲酶和蛋白酶的活性变化与磷酸酶相似。蔗糖酶活性在土壤空气为N2，H2和CO2饱和时平均降低0.51倍；O2饱和的土壤则与对照组差别不大。O2使土壤过氧化氢酶的活性较N2、H2和CO2提高了12倍。土壤脱氢酶则与水解酶类和过氧化氢酶不同。饱和以H2、CO2和N2的土壤均比饱和以O2和空气的土壤有较高的脱氢酶活性，且通常以饱和有H2的土壤酶活性最高。Overrein(1963)指出，氧与脲酶活性有关；除半纤维素酶外，土壤理化性质对土壤酶活性具有深刻的影响，土壤水分、温度、空气、团聚体、有机质、矿质元素和pH值等影响土壤酶活性及其稳定性。通常情况下，土壤酶存在形式主要为酶无机矿物胶体复合体、酶腐殖质复合体和酶有机无机复合体等，与腐殖质复合的土壤酶总是处于物理性的被保护状态，而且催化特性也有较大的差异14,15。尽管有几种理论试图解释土壤物质组成和结构对土壤酶稳定性产生的保护作用16,17，但仍未能揭示土壤酶稳定性的机理18。土壤粘粒含量和腐殖质含量较高的土壤，酶活性的稳定性较好。（1）气热状况土壤水分、空气和热，必然对土壤酶的活性产生巨大影响。另一方面，不同水分酶、脲酶、淀粉酶、纤维素酶、硫酸酶和磷酸酶与土壤氧的摄取量均呈正相关。土壤的热状况影响土壤酶的热敏感性和酶催化反应的速率。许多研究表明，在一定的温度范围内，土壤温度的升高对土壤酶活性的影响是明显的，一方面，其与土壤微生物的活性和类型有显著的相关性。因为一方面它活化了参与反应的酶；另一方面，使酶产生变形，从而改变了酶的动力学性质，既增强了酶对底物的亲合力，又加速了酶一底物复合体的分解和反应产物的解离。有研究19表明，当温度由10上升到70时，土壤酶活性显著增加；但随着温度的进一步升高，脲酶迅速钝化；在150下加热24h或115下加热15h，土壤酶会失活。（2）土壤粒径土壤酶活性与土壤粒径有关。Busto等采用连续分级的方法研究了自然土壤在不同的分级处理过程中酶一有机无机复合体的定位特征和稳定性。结果表明，这些微团聚体与腐殖化的有机质紧密相连；用中性焦磷酸分散后的不同粒径土壤酶活性以团粒直径小于50m和团粒直径为1002000m的土壤酶活性最高。但采用微滤和超滤法过滤后的土壤，粒径小于50m的土壤酶活性明显升高，而粒径为1002000m团粒的土壤酶活性则降低。（3）土壤pH值pH值大小不仅影响土壤矿物质溶解、有机物质分解、胶体的凝聚与分散、氧化还原及微生物活动强度且直接影响土壤酶参与的生化反应速度。有些酶促反应对pH变化很敏感。通常情况下，pH值改变时酶活性随之变化。一些土壤酶活性与pH值关系如下：淀粉酶一般要求较低pH值，在pH值为4.2时酶活性最强；蔗糖酶在pH值为5时活性最大；磷酸酶有三种最适pH值，分别是45.5、7和810，在碱性、中性和酸性土壤中都可以找到磷酸酶的最大活性，在酸性土壤，酸性磷酸酶的活性最强，在碱性土壤中，碱性磷酸酶的活性最强，在中性土壤中，中性磷酸酶的活性最强；脲酶的活性一般在中性时活性最强，其最适pH值为6.57.0；脱氢酶在碱性介质(pH=9)中，活性性最强，在酸性土壤中没有最大活性；过氧化氢酶在酸性土壤中酶活性较低。土壤酶仅在一定的pH值范围内有活性，土壤的pH值的改变会使某些酶失活20。（4）土壤有机质、氮、磷及其微量元素土壤有机质含量显著影响土壤酶活性。土壤中有机质含量并不高，但它能增强孔隙度和通气性，有显著的缓冲作用和持水能力，是微生物、土壤酶和矿物质的有机载体。Debosz等研究了有机物输入对纤维素酶变化的影响。研究表明，无论是低量输入还是高量输入，时间变化模式通常是一样的，变化的驱动因子是温度和湿度等环境因子，在作物生长期间，土壤酶活性增强。 一般而言，土壤全氮、全磷含量与有机质含量是成比例的，所以土壤N，P含量与土壤酶活性有关。酶的活性与有机质分布有关，而且随剖面加深而降低。土壤转化酶、蛋白酶、磷酸酶和脲酶活性与土壤有机质呈显著相关，与全氮显著相关；过氧化氢酶、转化酶、蛋白酶、磷酸酶、脲酶与速效氮、速效磷较显著相关、显著相关或极显著相关；脲酶与全磷极显著相关21。杨远平22对毕节地区土壤磷酸酶活性的研究也表明，土壤磷酸酶活性与全氮、有机质、速效磷、水解氮等密切相关。樊军等23研究表明，土壤脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性随土壤有机碳含量的增加而增加，蔗糖酶、过氧化氢酶活性与有机碳之间的关系因施肥种类和种植方式的不同而不同。微量元素是植物、微生物和酶的抑制剂和激活剂，土壤的微量元素含量可能是影响土壤酶活性的一个重要生态学因素24。微量元素对土壤酶活性的影响，取决于土壤的性质及不同酶类对微量元素的专有特性，对某些酶起激活作用的微量元素，对另一种酶则可能起抑制作用25。而且，同一微量元素的含量不同时，既可以起激活的作用，也可以起到抑制作用。李跃林等研究表明，锌和锰对土壤蛋白酶活性促进作用较大。锌在一定程度上对脲酶和过氧化氢酶有负效应，而锰对其有正效应。1.4.2 土壤微生物、土壤动物与土壤酶活性一般而言，特定的土壤酶活性与土壤微生物密切相关，担子菌纲真菌能释放漆酶、Mn-过氧化物酶、过氧化物酶和木质素过氧化物酶等，放线菌能释放降解腐殖质和木质素的过氧化物酶、酯酶和氧化酶等。真菌的木霉属和腐霉属可释放酸性和碱性磷酸酶、脲酶、纤维素分解酶和几丁质酶。固氮菌、木霉属和假单抱菌属等菌类对其它微生物种群具有明显的抑制作用，但能提高土壤酶活性26。自20世纪60年代以来，人们一直将土壤酶作为土壤微生物活性的敏感指示物。在自然和人为因素的干扰下，土壤酶活性与土壤微生物数量、微生物生物量、微生物多样性和土壤动物数量等呈极显著或显著正相关。近年来人们加强了土壤动物，如蚯蚓、蜗牛、白蚁、线虫等与土壤酶活性相关性的研究，以揭示动物在生态系统物质循环中的作用。Lattaud等检测了葡糖苷酶活性及其来源，研究表明，蚯蚓拥有相对完整的酶系统，释放的酶可以分解枯落物、根和真菌组织，并且表现出一定的专一性。1.4.3农业耕作措施与土壤酶活性农业生产活动极大地影响着土壤的性质和土壤酶生物学特性。土壤微生物一作物是有着复杂联系的整体。农业管理措施对土壤理化性质、土壤生物区系和农业植被均会产生明显作用，对土壤酶活性也将产生直接间接的影响。（1）耕作方式土壤耕作能在很大程度上改变土壤生物学过程的进程和方向。能够改善土壤物理性质的耕作制度，可以增强土壤酶的活性。保护性耕作与传统耕作方式相比，对土壤的干扰较小，表土中的土壤酶活性较高27。耕作对土壤中脲酶、谷氨酰胺酶、芳基硫酸酯酶、ß-葡萄糖苷酶、磷酸酶、脱氢酶等均产生较大影响，尤其是脱氢酶对土壤的生物化学活性有较强的指示作用，免耕条件下土壤表层酶活性通常较高。作物残体是土壤生物活动的主要能源，秸杆还田能激发各种酶的活性，并留给土壤有机质，这些有机质是土壤酶活动的良好基质，有利于促进土壤各类酶的活动，进而促进土壤各类养分的有效化。（2）培肥方式长期施肥可以改善土壤的物化学性状，同时也为植物及土壤微生物提供了丰富的营养，促进其生长发育28，提高了土壤微生物活性，从而提高酶活性，而且在这一方面的报道也比较多29。轮作与连作对土壤酶活性的影响是不同的，研究表明，轮作时的土壤酶活性比连作时高，这是因为在轮作时土壤性质向好的方向转化，从而有利于酶的生成和进入土壤。而连作通常会使土壤的上述性质向坏的方向变化，从而导致土壤酶活性的减弱。大豆连作可以导致多种土壤酶活性的降低，其中转化酶和脲酶活性降低的幅度最大，草木樨连作、玉米连作与轮作相比，酶活性有下降趋势，但是没有大豆那么明显30。施肥增强了轮作和连作土壤的酶活性，在肥料的作用下，连作对土壤酶活性的不利影响有所减小，但是连作影响仍然存在。不同培肥方式对土壤酶活性影响不同，有机肥料具有较强的酶活性31,32。与土壤有机质相比，土壤酶活性能够更迅速地反映管理与培肥措施对土壤肥力的影响。和文祥等33对肥料长期定位试验的研究发现，培肥模式中厩肥处理能显著提高土壤总体酶活性；施用厩肥酶活性增幅最高，化肥则较小，无肥反而降低。有研究表明，以牲畜粪作有机肥时，施用猪粪的土壤脲酶活性较高，而绿肥能提高脱氢酶的活性34。另有报道指出，在黑钙土中分别添加5的玉米秸秆、草木樨、麦秆3种有机物料，对蛋白酶活性的影响为玉米秸秆>麦秆>草木樨：对脲酶活性和磷酸酶活性的影响为草木樨>玉米秸秆>麦秸。与对照相比，化肥的施用也提高了土壤酶活性，但幅度较小。而施用化肥提高土壤酶活性的原因，是由于化肥能促进作物根系代谢，使根系分泌物增多，微生物繁殖加快，从而提高土壤酶活性。袁玲等对水稻土的研究发现，有机、无机肥配合施用能提高土壤中转化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶的活性，而对过氧化氢酶的影响较小，其中土壤蛋白酶、脲酶、转化酶的活性与土壤NH4-N和有机质含量，土壤磷酸酶的活性与土壤有机磷和有机质含量呈极显著或显著正相关。李科江等在半干旱区进行的施肥对土壤酶活性影响的研究表明，施肥处理土壤的酶活性与对照相比，均有不同程度地提高，尤其对脲酶和蔗糖酶的影响最大，绿肥对土壤酶活性的影响最大35。冯锐的研究结果表明，施肥、尤其是有机肥+化肥与不施肥相比，能够极显著或显著地提高土壤中碱性磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶的活性，有机肥+化肥比单施化肥更显著地提高了酶的活性36。关连珠对棕壤土和潮棕壤土农田的研究表明，施用有机肥的各处理，过氧化氢酶活性可提高1015，施用化肥处理则降低36，转化酶的效果也较明显，施用有机肥各处理增加幅度为4090，化肥处理和对照减少21 l，脲酶活性变化最大，施用有机肥各处理增加140230，化肥处理虽有增加趋势(15)，但增幅很小，对照处理则有所下降，下降幅度为218，施有机肥各处理的磷酸酶活性亦有所增加，但与化肥相比增加不甚明显。总之，长期施用有机肥或化肥均可提高土壤中各种酶的活性，其中脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、转化酶等增加较多，而且有机肥、无机肥配施的效果最佳37。（3）灌溉灌溉能改善土壤的水分状况，也能改善土壤的其他性质，如营养物质的移动性和微生物的活动等。Xasvlee(1982)对淋溶黑钙土的研究表明，在所有的耕作处理里，灌溉均增强了土壤的酶活性。灌溉后的土壤酶活性的增强是因为微生物的生命活动得到了改善。在O2的吸收和CO2的泌出速率间存在着显著的相关。1.4.4 植物生长与土壤酶活性植物的生活以叶的光合作用和根的养分吸收为基础，而土壤养分变化与酶促作用有关。所以，土壤酶与植物生长之间存在密切联系。主要表现为土壤有效养外的释放与植物干物质积累的联系；不同温、湿度条件下，土壤生化过程强度与植物生育的协调性；酶活性对植物根系的依赖性；土壤酶动态变化与土壤生产力的关系等方面。（1）作物生育期时酶活性作物不同生育时期气候条件有异，土壤酶活性变化较大，但它们之间存在一定的关系。中国农业科学院土壤肥料研究所的研究结果表明，种植冬小麦的褐土酶活性变化趋势为：小麦前期到成熟期，脲酶活性、蛋白酶活性变化趋势基本一致，越冬期与收获后期酶活性最低，幼苗期活性稍高。尿酶、蛋白酶活性迅速增强，最高都在三月内，从拔节到开花期均逐渐下降。蔗糖酶活性自幼苗期迅速上升后，从越冬到开花均处在较高活性水平，成熟期下降，以后稍有回升。表明冬小麦整个生育时期与土壤酶活性密切相关。陈恩风等的研究结果表明，蔗糖酶活性随作物生长而增强，至作物生育盛期达最大值，而后趋于减弱。关松荫研究潮土过氧化氢酶活性发现，在冬小麦生育旺盛阶段酶活性最高。曾路生等38研究表明：水稻不同生育期土壤脲酶活性表现出先升后降，而酸性磷酸酶和脱氢酶活性则表现出先降后升再降的变化规律。脲酶及酸性磷酸酶活性在水稻移栽后30d左右形成峰值，而脱氢酶活性则在50d左右形成峰值，且在水稻不同生育阶段差异显著。（2）土壤酶活性与作物生产力关系土壤酶活性与作物生育有很好的协调性，那么酶活性与土壤生产力之间存在的联系是怎样的呢?多数研究者指出，土壤酶活性的变化与土壤生产力存在较好的相关性。酶活性状况较好的土壤生化过程较活跃，生产性能也较好。一些研究者发现，土壤磷酸酶与作物产量之间存在正相关关系。土壤磷酸酶活性、有机磷含量与马铃薯产量之间的相关分析指出，土壤磷酸酶活性和有机磷含量之间，马铃薯产量与有机磷之间，马铃薯产量与磷酸酶活性之间均具有很好的相关性。认为土壤磷酸酶可做为衡量土壤有效肥力水平及土壤生产性能的指标之一。1.5 土壤CO2排放研究进展太阳辐射被大气层中的温室气体吸收，很大一部分辐射能又返回到地球表面，从而导致全球温度上升，这称为温室效应。大多数学者认为温室效应是造成全球变暖的重要原因。工业革命以来，人类活动对生物圈的影响已由区域扩展到全球。人口的增加、土地利用和覆盖的变化、化石燃料的燃烧、环境污染的加剧，导致大气中CO2、N2O和CH4等温室气体的浓度逐年增加。大气中不断增多的CO2是导致全球变暖的主要原因。工业革命以来，温室效应引起的全球气候变暖问题是21世纪人类面对的最大生态问题。全球气候变暖不仅对全球生态环境造成巨大的影响，还对世界各国的经济发展甚至人类的生存环境产生了一系列不利影响，而且这种影响是全球性的，同时也将是长期性的。中国是目前世界上最大的发展中国家，同时也是世界上仅次于美国的第二大CO2排放国家。因此研究中国的CO2排放问题，不仅有利于中国的可持续发展，而且对缓和全球气候变暖也有重要意义。影响土壤二氧化碳排放的因素有：（1）土壤微生物土壤微生物直接或间接影响着土壤CO2的排放。有研究表明土壤微生物呼吸约占土壤总呼吸的50。土壤微生物量与土壤呼吸速率有明显的正相关关系39。温度和降水等气候因素通过控制土壤的养分供给、数量等影响土壤微生物呼吸作用；土壤环境、水分、重金属、农药也直接或间接影响微生物呼吸。（2）植物植物根系呼吸在土壤呼吸中占很大比例，根系生物量大的土壤，其土壤呼吸速率也较大。土壤因子、气候因子、人为干扰等都会通过影响根系呼吸而影响土壤呼吸。在作物不同的生长阶段，干系呼吸的强度也不同：在生长旺盛的阶段，根系生物量也相应增加，根系呼吸在土壤呼吸中的比重也较高40；叶面积也影响了土壤呼吸，它是通过影响植物覆盖下的土壤湿度、温度而直接影响土壤呼吸。Raich等发现，近熟林土壤呼吸与凋落物呈正比例。在德国东部斐克特高原的挪威云杉林中，移除凋落物层后土壤呼吸明显减弱42。（3）土壤温度土壤温度可以驱动土壤呼吸，大量研究表明，温度升高会促进土壤CO2的排放43,44。土壤温度通过影响微生物活性、植物生长、有机质分解等影响土壤呼吸。但也有学者认为CO2的通量与温度的关系不大，而是受到光照的影响较大45。（4）土壤水分野外试验证明农田土壤CO2的排放不能单一的用土壤温度的影响来解释，土壤含水量对土壤呼吸同样存在很大影响。土壤水分主要影响土壤氧化还原电位(Eh)、pH、土壤空隙度、温室气体的扩散速率、植物生长、微生物活性等，进而影响土壤呼吸。Subke等的研究发现，湿度是影响土壤CO2排放的重要非生物因素之一46。Chimner等人发现在一定水分含量范围内，CO2排放量与水分呈极显著相关。（5）土壤有机质土壤有机质是土壤呼吸的碳源，对土壤温室气体排放有重要影响。土壤活性有机碳是微生物生长的速效基质，其含量高低直接影响土壤微生物活性，从而影响温室气体的排放。张金波等的研究证明，土壤有机碳的结构和数量是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素47。（6）土壤pH土壤pH通过影响土壤微生物的活动、土壤有机质及作物根系的生长等影响土壤呼吸。一般认为，pH值为68时，土壤微生物活性最强48。土壤pH是通过酸化累积过程导致土壤养分元素含量的差异影响CO2的排放，所以pH并不是直接影响土壤呼吸的因素49,50。（7）人类活动人类活动对农田土壤呼吸有巨大的影响，主要包括化肥的施用、耕作方式、土地利用方式、灌溉等。他们通过影响土壤的非生物及生物因子而影响土壤呼吸。这些影响因子之间不是独立存在的，多个因子之间相互影响，共同作用。所以在研究土壤呼吸时应考虑因子的综合作用，这也是研究土壤呼吸过程中的难点。1.6 CO2排放研究方法最早对土壤二氧化碳测定的报道可追溯到Boussingault和Lewy于1853年所发表的文章，他们采用了氢氧化钡溶液吸收土壤空气中的二氧化碳。在其后的100多年，测定方法主要依靠在此基础上的化学吸收和物理气压计量测定，尽管在土壤化学和土壤生物化学方面进行了努力，其灵敏度问题仍然无法解决。到20世纪50年代末，气相色谱(GC)方法的发明以及在土壤学方面的广泛应用，极大地提高了土壤CO2测定的灵敏度，相继发明了以涡度相关技术为核心的微气象学方法、静态和动态箱法等方法。随着现代科学技术的发展，土壤二氧化碳测定从单一化学方法，到化学一物理一生态学的多方位、多角度的测定方法，都有长足的进展。在诸多的测定方法和设备、装置中，应用比较广泛的土壤二氧化碳通量原位测定方法有微气象学方法和箱法。1.6.1箱法箱法的工作原理是用特制采样箱罩在一定面积的土壤及其植物上方，并隔绝箱内外气体的自由交换，测定箱内空气中被测温室气体随时间的变化，并据此计算得到该气体的交换通量。箱法测定(chamber method)包括静态(static)和动态(dynamic)箱法。（1）静态箱一碱液吸收法是一种应用最早的化学方法。把盛有碱溶液的容器敞口置于一个下端开口的样品箱里，快速密封样品箱，扣在待测样地上，一段时间后拿出做酸碱滴定，计算土壤CO2通量。（2）静态箱一气相色谱法即用密封的箱子在野外收集二氧化碳，用注射器采集气体样品，拿回到实验室用气相色谱(GC)测定CO2的浓度，进而推算此时此地的土壤二氧化碳通量。（3）静态箱一红外线法即用密封的箱子在野外收集CO2，用注射器采集气体样品，拿回到实验室用红外线气体分析仪测定CO2的浓度或者直接在野外测定土壤CO2通量。（4）动态箱法又称开放箱法，其工作原理是用不含CO2或已知CO2，以一定的速率从覆盖在土壤表面的箱体，经过红外线气体分析仪测量其中气体的CO2含量，根据进出箱体的CO2浓度差，计算土壤CO2通量。1.6.2 微气象法微气象学测定方法(micrometeorological method)是建立在气象学基础上的微型化气象测定方法。它根据气温、地温、风向、风速、太阳辐射、降雨量等气象因子来推算CO2通量，要求建立观测站，包括观测塔和相关的气象观测仪器和设备，代价昂贵，需要维护，适于大范围、中长期定位观测，对于土壤CO2通量的测定相对比较间接。2.试验内容2.1 试区概况 本试验于2010年在西北农林科技大学标本区进行。试验田处于北纬34o21，东经108o10，海拔525 m，年均日照时数2196 h，年均气温1214 ，年均降水量580.5 mm，属暖温带半湿润气候。试验田土壤为壤土，pH值7.30，土层深厚，通气良好，020 cm土层土壤有机质12.19 g/kg、全氮1.43 g/kg、速效磷18.12 mg/kg、速效钾120.64 mg/kg。2.2 试验试剂与器材 2.2.1 供试材料供试品种为巡天19号。2.2.2 试验器材GXH-3010E1型便携式红外CO2气体分析仪、分光光度计、水浴锅、土钻、土壤筛、天平、试管、分液漏斗、移液管、三角瓶、滴定管等。2.2.3 试验试剂柠檬酸盐缓冲液、苯酚钠溶液、次氯酸钠显色剂、磷酸缓冲液、甲苯、碱性硫酸铜溶液、Na2S2O3溶液、0.1mol/L的KMnO4溶液等。2.3 试验设置 本试验地前茬作物为冬小麦，旋耕处理后设置9个处理，不施氮肥处理为对照（CK）；缓释氮肥由中国农业大学胡树文教授提供，缓释氮肥 (（N）=44.6%)，施肥量分别为80 kg/hm2（SR1）、160 kg/hm2（SR2）、240 kg/hm2（SR3）、320 kg/hm2（SR4）；速效氮肥采用尿素（N）=46%，施氮量分别为80 kg/hm2（N1）、160 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）、320 kg/hm2（N4）。上述各处理均一次性施入过磷酸钙（P2O5）16%750 kg/hm2作底肥，施氮量均为纯氮、磷量。小区面积6 m×9 m=54 m2，播量90 kg/hm2，行距60 cm。6月20日播种，10月15日收获。随机区组设计，3次重复。整个生育期全部为旱作，不进行人工浇水，其他管理措施同当地农田。2.4 测定方法2.4.1 酶测定 每小区采用S形取样法随机取5点，分别于2010-07-12（苗期）、2010-08-12（拔节期）、2010-08-22（抽雄期）、2010-09-15（开花期）、2010-10-11（成熟期）进行田间取样，用土钻取020 cm层土样，土样经风干后过1 mm土壤筛。然后进行蔗糖酶、土壤脲酶和过氧化氢酶活性测定， 脲酶采用奈氏比色法测定。以尿素溶液和甲苯做培养液，用pH6.7的柠檬酸盐做缓冲液，37下培养24h后用1.35mol/L苯酚钠溶液和0.9次氯酸钠做显色剂，在721分光光度计上于波长578nm处进行比色，酶活性用NH3-N的mg/g土表示。蔗糖酶采用硫代硫酸钠滴定法测定。用pH5.5的磷酸缓冲液和甲苯做培养液，培养24h后用碱性硫酸铜溶液做显色剂，再通过水浴锅加热，然后用Na2S2O3滴定，酶活性用土壤中葡萄糖mg/g土表示。过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定。加入过氧化氢反应剂，振荡30min后