CN112501246A - 生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法 - Google Patents
生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法，包括以正交实验方法进行实验设计，以施加不同含量生物炭、膨润土与有机肥正交后的风沙土壤作为研究对象，实验测定土壤蔗糖酶、蛋白酶、过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶与磷酸酶六项酶活性。生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤酶活性的最优组合为：生物炭施加量为1.2kg/m2、膨润土施加量为4kg/m2、有机肥添加量为1kg/m2。本发明依托大田实验将生物炭、膨润土与有机肥联合施用对风沙土壤改良效果的影响进行对比性研究，探讨三种土壤改良剂对酶活性作用效应，提出三种土壤改良剂联用对土壤酶活性的最优施用方案，为改良风沙土土壤酶活性提供参考依据。
Description
技术领域
本发明属于风沙土治理研究技术领域，具体涉及一种生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法。
背景技术
近年来，国内外关于生物炭、膨润土或有机肥单独施加对土壤性质影响的相关研究有很多，但大多为室内试验，生物炭、膨润土和有机肥施加效应的大田实验比较少。且大多数研究者都单方面考虑施加生物炭对土壤的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法，依托大田实验将生物炭、膨润土与有机肥联合施用对风沙土壤改良效果的影响进行对比性研究，探讨三种土壤改良剂对酶活性作用效应，提出三种土壤改良剂联用对土壤酶活性的最优施用方案，为改良风沙土土壤酶活性提供参考依据。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法，包括以正交实验方法进行实验设计，以施加不同含量生物炭、膨润土与有机肥正交后的风沙土壤作为研究对象，实验测定土壤蔗糖酶、蛋白酶、过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶与磷酸酶六项酶活性。
进一步的，对土壤六种酶活性与生物碳、膨润土、有机肥施加量进行方差分析，得出生物炭、膨润土与有机肥对风沙土土壤酶活性影响关系大小的显著性与最优组合，结合影响关系的主次顺序与最优组合分析对风沙土土壤酶活性整体上改良效果较好的最优组合。
更进一步的，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤酶活性的最优组合为：生物炭施加量为1.2kg/m2、膨润土施加量为4kg/m2、有机肥添加量为1kg/m2。
与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益效果如下：受土壤理化性质改变的影响，土壤酶活性也发生变化，通过最优组合可定向调节风沙土土壤某种理化性质或者某种酶活性，从而改良土壤肥力，提高作物产量。实验数据表明其中多种酶活性的主要影响因素为生物炭，包括土壤蛋白酶活性、过氧化氢酶活性与磷酸酶活性。最终得出生物炭、膨润土和有机肥最优的组合方式为：生物炭添加量1.2kg/m2，有机肥添加量1kg/m2，膨润土添加量为4kg/m2。实验为改良风沙土土壤酶活性，农作物未来生产发展提供了理论依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明土壤改良剂添加量-蔗糖酶活性估算边际平均值；
图2是本发明土壤改良剂添加量-蛋白酶活性估算边际平均值；
图3是本发明土壤改良剂添加量-过氧化氢酶活性的估算边际平均值；
图4是本发明土壤改良剂添加量-脱氢酶活性的估算边际平均值；
图5是本发明土壤改良剂添加量-脲酶活性的估算边际平均值；
图6是本发明土壤改良剂添加量-磷酸酶活性的估算边际平均值；
图7是本发明样地示意图(生物炭A、膨润土B、有机肥C)。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
本发明提供的生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法，包括：
1、试验设计
试验田位于辽宁省风沙地改良利用研究所基地内，土壤类型为风沙土(GB/T17296-2009)，试验田内样地面积为20m×20m，分25个小区，每个小区4m×4m。样地方案采用正交试验设计，生物炭、膨润土和有机肥添加量分别设置五种不同处理，即L(25)53
式中：
L：正交试验设计
25：25个小区
5：每个因素5水平
3：观察3个因素
样地示意如图7所示。每个试验田样方清理地表杂物与杂草，翻动表层约20-30cm深的土壤，为风沙土土壤与生物炭、膨润土与有机肥三种土壤改良剂混合搅拌均匀做准备，每一样方做好标记。图7样地示意图(生物炭A、膨润土B、有机肥C)
2、风沙土酶活性测定方法
土壤酶参与土壤中各种生物化学过程，如腐殖质的分解与合成；动植残体和微生物残体的分解，及其合成有机化合物的水解与转化；某些无机化合物的氧化、还原反应。土壤酶的活性大致反映了某一种土壤生态状况下生物化学过程的相对强度；测定相应酶的活性，以间接了解某种物质在土壤中的转化情况。土壤酶较少游离在土壤中，主要吸附在土壤有机质和矿质胶体上，并且以复合物状态存在。土壤有机质吸附酶的能力大于矿质，土壤为团聚体中的酶活性比大团聚体的强，土壤细粒级部分比粗粒级部分吸附的酶多。酶与土壤有机质或者粘粒结合，固然对酶的动力学性质有影响，但它也因此受到保护，增强它的稳定性，防止被蛋白酶或钝化剂降解。
表1土壤酶活性测量方法
3、施用生物炭、膨润土与有机肥对土壤酶活性的影响
3.1施用生物炭、膨润土与有机肥对土壤蔗糖酶酶活性的影响
经二硝基水杨酸比色法测定风沙土土壤蔗糖酶酶活性,把风沙土土壤蔗糖酶活性测定数据导入SPSS进行方差分析，生物炭A、膨润土B与有机肥C三因素不同添加量所对应的蔗糖酶活性效应曲线图如图1所示。生物炭A，膨润土B与有机肥C三因素蔗糖酶活性主体间效应检验结果如表2所示。
表2蔗糖酶活性主体间效应检验
通过SPSS分析结果，得出生物炭A，膨润土B与有机肥C三个因素的最优水平与最优解，由表2可知生物炭、膨润土与有机肥的显著性均大于0.1，表示生物炭、膨润土与有机肥对风沙土土壤蔗糖酶活性均不显著。由表2的F值可得有机肥C对风沙土蔗糖酶酶活性影响最大，生物炭A次之，膨润土B最小，即C＞A＞B。有机肥富含多种有机酸，以及氮磷钾等多种营养元素，可增加更新土壤有机质，促进微生物繁殖，从而提高土壤蔗糖酶活性，因此有机肥为影响土壤蔗糖酶活性的主要因素，通过有机肥提高土壤蔗糖酶活性效率较高，生物炭效果较差，膨润土效果最低。由图1蔗糖酶活性效应曲线图可知，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤蔗糖酶活性的最优组合为A2B4C3，经试验结果分析，适量添加生物炭，膨润土与有机肥可有效增加风沙土土壤蔗糖酶酶活性，提高风沙土土壤蔗糖酶活性较为合适的添加剂组合为膨润土施加量为4kg/m2、生物炭施加量为0.6kg/m2、有机肥施加量0.6kg/m2。有机肥为主要影响因素。
3.2施用生物炭、膨润土与有机肥对土壤蛋白酶酶活性的影响
经茚三酮比色法测定风沙土土壤蛋白酶酶活性,把风沙土土壤蛋白酶活性测定数据导入SPSS进行方差分析，生物炭A、膨润土B与有机肥C三因素不同添加量所对应的蛋白酶活性效应曲线图如图2所示。生物炭A，膨润土B与有机肥C三因素蛋白酶活性主体间效应检验结果如表3所示。
表3蛋白酶活性主体间效应检验
通过SPSS分析结果，由表3可知生物炭、膨润土与有机肥的显著性均大于0.1，表示生物炭、膨润土与有机肥对风沙土土壤蛋白酶活性均不显著。由表3的F值可得生物炭A对风沙土蛋白酶活性影响最大，有机肥C次之，膨润土B最小，即A＞C＞B。蛋白酶活性依赖于土壤微生物生物量水平，生物炭能够提高土壤中微生物的数量，改变土壤原有微生物种类和数量，因此土壤蛋白酶活性受生物炭影响最大，通过生物炭提高土壤蛋白酶活性效率较高，有机肥效果较差，膨润土效果最低。由图2蛋白酶活性效应曲线图可知，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤蛋白酶活性的最优组合为A4B2C5，经试验结果分析，适量添加生物炭，膨润土与有机肥可有效增加风沙土土壤蛋白酶活性，提高风沙土土壤蛋白酶活性较为合适的添加剂组合为膨润土施加量为2kg/m2、生物炭施加量为1.2kg/m2、有机肥施加量1kg/m2。生物炭为主要影响因素。
3.3施用生物炭、膨润土与有机肥对土壤过氧化氢酶酶活性的影响
经容量法测定风沙土土壤过氧化氢酶酶活性,把风沙土土壤过氧化氢酶活性测定数据导入SPSS进行方差分析，生物炭A、膨润土B与有机肥C三因素不同添加量所对应的过氧化氢酶活性效应曲线图如图3所示。生物炭A，膨润土B与有机肥C三因素过氧化氢酶活性主体间效应检验结果如表4所示。
表4过氧化氢酶活性主体间效应检验
通过SPSS分析结果，由表4可知生物炭显著性小于0.5，生物炭对风沙土土壤过氧化氢酶活性影响效果显著，膨润土与有机肥的显著性均大于0.1，表示膨润土与有机肥对风沙土土壤过氧化氢酶活性均不显著。由表4的F值可得生物炭A对风沙土土壤过氧化氢酶活性影响最大，膨润土B次之，有机肥C最小，即A＞B＞C。土壤中的过氧化氢酶可以防止过氧化氢对植物体的毒害作用，其活性与土壤中有机质的含量有关，生物炭可提高土壤有机质和溶解性有机质的含量，因此通过生物炭提高土壤过氧化氢酶活性效率较高。由图3过氧化氢酶活性效应曲线图可知，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤过氧化氢酶活性的最优组合为A4B4C5，经试验结果分析，适量添加生物炭，膨润土与有机肥可有效增加风沙土土壤过氧化氢酶活性，提高风沙土土壤过氧化氢酶活性较为合适的添加剂组合为膨润土施加量为4kg/m2、生物炭施加量为1.2kg/m2、有机肥施加量1kg/m2。生物炭为主要影响因素。
3.4施用生物炭、膨润土与有机肥对土壤脱氢酶酶活性的影响
经容量法测定风沙土土壤脱氢酶酶活性,把风沙土土壤脱氢酶活性测定数据导入SPSS进行方差分析，生物炭A、膨润土B与有机肥C三因素不同添加量所对应的脱氢酶活性效应曲线图如图4所示。生物炭A，膨润土B与有机肥C三因素脱氢酶活性主体间效应检验结果如表5所示。
表5脱氢酶活性主体间效应检验
通过SPSS分析结果，得出生物炭A，膨润土B与有机肥C三个因素的最优水平与最优解，由表5可知膨润土显著性小于0.5，膨润土对风沙土土壤脱氢酶活性影响效果显著，生物炭与有机肥的显著性均大于0.1，表示生物炭与有机肥对风沙土土壤脱氢酶活性均不显著。由表5的F值可得膨润土B对风沙土土壤脱氢酶活性影响最大，生物炭A次之，有机肥C最小，即B＞A＞C。土壤脱氢酶活性是参与氮元素循环的关键，其最终产物氨基酸为高等植物提供了氮源，而膨润土有较而好的离子交换性和吸附性，随着膨润土用量增加，能增强土壤保氮能力，减少氮素淋失，明显促进植株的发芽、生长并提高作物产量。因此膨润土为影响土壤脱氢酶活性的主要因素，通过膨润土提高土壤脱氢酶活性效率较高，生物炭与有机肥效果都较差。由图4脱氢酶活性效应曲线图可知，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤脱氢酶活性的最优组合为A3B5C5，经试验结果分析，适量添加生物炭，膨润土与有机肥可有效增加风沙土土壤脱氢酶活性，提高风沙土土壤脱氢酶活性较为合适的添加剂组合为膨润土施加量为5kg/m2、生物炭施加量为0.9kg/m2、有机肥施加量1kg/m2。膨润土主要影响因素。
3.5施用生物炭、膨润土与有机肥对土壤脲酶酶活性的影响
经容量法测定风沙土土壤脲酶酶活性,把风沙土土壤脲酶活性测定数据导入SPSS进行方差分析，生物炭A、膨润土B与有机肥C三因素不同添加量所对应的磷酸酶活性效应曲线图如图5所示。生物炭A，膨润土B与有机肥C三因素脲酶主体间效应检验结果如表6所示。
表6脲酶活性主体间效应检验
通过SPSS分析结果，得出生物炭A，膨润土B与有机肥C三个因素的最优水平与最优解，由表6可知生物炭、膨润土与有机肥的显著性均大于0.1，表示生物炭、膨润土与有机肥对风沙土土壤脲酶活性均不显著。由表6的F值可得有机肥C对风沙土脲酶活性影响最大，生物炭A次之，膨润土B最小，即C＞A＞B。土壤脲酶是土壤中唯一对尿素的转化有着重大影响的酶，并且与养分和有机质含量有着密切的关系。有机肥的肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，因此有机肥为影响土壤脲酶活性的主要因素，通过有机肥提高土壤脲酶活性效率较高，生物炭效果较差，膨润土效果最低。由图5脲酶活性效应曲线图可知，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤脲酶活性的最优组合为A4B5C4，经试验结果分析，适量添加生物炭，膨润土与有机肥可有效增加风沙土土壤脲酶活性，提高风沙土土壤脲酶活性较为合适的添加剂组合为膨润土施加量为5kg/m2、生物炭施加量为1.2kg/m2、有机肥施加量0.8kg/m2。有机肥为主要影响因素。
3.6施用生物炭、膨润土与有机肥对土壤磷酸酶酶活性的影响
经容量法测定风沙土土壤磷酸酶酶活性,把风沙土土壤磷酸酶活性测定数据导入SPSS进行方差分析，生物炭A、膨润土B与有机肥C三因素不同添加量所对应的磷酸酶活性效应曲线图如图6所示。生物炭A，膨润土B与有机肥C三因素磷酸酶主体间效应检验结果如表7所示。
表7磷酸酶活性主体间效应检验
通过SPSS分析结果，由表7可知生物炭显著性小于0.5，生物炭对风沙土土壤磷酸酶活性影响效果显著，膨润土与有机肥的显著性均大于0.1，表示膨润土与有机肥对风沙土土壤磷酸酶活性均不显著。由表7的F值可得生物炭A对风沙土土壤磷酸酶活性影响最大，有机肥C次之，膨润土B最小，即A＞C＞B。土壤磷酸酶活性与土壤碳、氮含量呈正相关，生物炭能提高土壤有机质和溶解性有机质的含量，有机质中含有较多可利用的碳源、氮源等，因此生物炭为影响土壤磷酸酶活性的主要因素，通过生物炭提高土壤磷酸酶活性效率较高，膨润土与有机肥效果都较差。由图6磷酸酶活性效应曲线图可知，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤磷酸酶活性的最优组合为A5B3C4，经试验结果分析，适量添加生物炭，膨润土与有机肥可有效增加风沙土土壤磷酸酶活性，提高风沙土土壤磷酸酶活性较为合适的添加剂组合为膨润土施加量为3kg/m2、生物炭施加量为1.5kg/m2、有机肥施加量0.8kg/m2。生物炭主要影响因素。
表8生物炭、膨润土与有机肥的最优组合
综上所述，生物炭对风沙土土壤过氧化氢酶活性与磷酸酶活性影响效果显著，膨润土对风沙土土壤脱氢酶活性影响效果显著。单从生物炭、膨润土与有机肥三项影响因素对比，生物炭为风沙土土壤蛋白酶活性、过氧化氢酶活性与磷酸酶活性的主要影响因素，生物炭对风沙土土壤蔗糖酶活性、脱氢酶活性与脲酶活性也有着重要影响。有机肥为风沙土土壤蔗糖酶酶活性和脲酶酶活性的主要影响因素，对风沙土土壤蛋白酶酶活性与磷酸酶酶活性也有着重要影响，对风沙土土壤过氧化氢酶活性与脱氢酶活性影响较小。膨润土为风沙土土壤脱氢酶活性的主要影响因素，对风沙土土壤蛋过氧化氢酶活性有着重要影响，对风沙土土壤蔗糖酶活性、蛋白酶活性、脲酶活性与磷酸酶活性影响较小。施加生物炭、膨润土与有机肥对风沙土土壤各种酶活性提高的最优组合与土壤酶活性的主要影响因素如表8所示。由表可观察到，最优组合里生物炭添加量多为1.2kg/m2。最优组合里有机肥添加量多为1kg/m2。最优组合里膨润土添加量多为5kg/m2与4kg/m2。故从风沙土土壤多种酶活性整体考虑，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤酶活性的最优组合为：生物炭施加量为1.2kg/m2、膨润土施加量为4kg/m2、有机肥添加量为1kg/m2。风沙土施加生物炭、膨润土和有机肥均能提高风沙土土壤蔗糖酶活性、蛋白酶活性、过氧化氢酶活性、脱氢酶活性、脲酶活性与磷酸酶活性。三种土壤改良剂混合施加对风沙土土壤酶活性改良效果明显。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法，其特征在于，包括以正交实验方法进行实验设计，以施加不同含量生物炭、膨润土与有机肥正交后的风沙土壤作为研究对象，实验测定土壤蔗糖酶、蛋白酶、过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶与磷酸酶六项酶活性。
2.如权利要求1所述的生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法，其特征在于，对土壤六种酶活性与生物碳、膨润土、有机肥施加量进行方差分析，得出生物炭、膨润土与有机肥对风沙土土壤酶活性影响关系大小的显著性与最优组合，结合影响关系的主次顺序与最优组合分析对风沙土土壤酶活性整体上改良效果较好的最优组合。
3.如权利要求2所述的生物炭、膨润土与有机肥对风沙土酶活性的影响研究方法，其特征在于，生物炭、膨润土与有机肥提高风沙土土壤酶活性的最优组合为：生物炭施加量为1.2kg/m2、膨润土施加量为4kg/m2、有机肥添加量为1kg/m2。
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