施肥对旱地花生主要土壤肥力指标及产量的影响

2013-08-02王才斌郑亚萍梁晓艳王建国郑永美孙学武吴正峰孙秀山

生态学报 2013年4期

王才斌，郑亚萍，梁晓艳，王建国，郑永美，孙学武，冯昊，吴正峰，孙秀山

(山东省花生研究所，青岛 266100)

施肥不仅影响到作物的生长发育和产量，同时也影响到土壤肥力。肥沃的土壤是作物高产和持续高产的基础。反映土壤肥力高低的指标有很多，其中土壤中微生物种群及数量、土壤酶活性等是最主要几个指标［1-2］，研究施肥对这些指标的影响，对指导作物合理施肥和土壤培肥，实现作物当季和持续增产具有重要意义。

玉米田试验表明，有机肥或无机肥可提高酸性粉壤土土壤细菌、真菌和放线菌数量，同时显著增加氨化细菌、硝化细菌、自生固氮菌数量［3］。氮、磷、钾等不同种类肥料单施或配施可提高麦田土壤酶活性［4-7］。黄土旱塬区施肥可促进小麦根系呼吸速率，提高根呼吸在土壤呼吸中的贡献率［8］。施肥条件下土壤中许多酶活性与微生物呼吸作用、微生物种类及数量之间存在着显著或极显著的相关关系［9-13］。但也有研究表明，施肥对土壤某些肥力指标影响不大。Nanda等报道，水稻土施用有机-无机肥后，细菌数量增加，真菌数量减少［14］。武术等研究表明，氮肥对稻田蔗糖酶活性影响不显著［15］，化肥对旱地黑垆土土壤过氧化氢酶活性影响较小［16-17］。上述研究表明，不同作物不同土壤类型施肥对土壤肥力指标的影响存在一定差异。有必要进一步探讨不同条件下施肥对土壤肥力指标的影响。花生是我国的主要油料作物和重要的经济作物，然而，目前有关施肥对花生田，特别是旱作田，土壤肥力主要指标的影响鲜见报道。在北方，60%以上的花生分布在旱薄地上，研究旱薄地土壤培肥措施，对大幅度提高我国低产田花生产量有重要意义［18］。为此，作者在大田条件下，研究了有机、无机及其不同数量配比对旱作花生田土壤微生物、酶活性及土壤呼吸速率等主要肥力指标的影响，以期为旱地花生合理施肥及土壤培肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验设5个处理。B1(高量有机无机配施):圈肥45000 kg/hm2+三元复合肥1200 kg/hm2;B2(中量有机无机配施):圈肥30000 kg/hm2+三元复合肥800 kg/hm2;B3(低量有机无机配施):圈肥15000 kg/hm2+三元复合肥400 kg/hm2;B4(中量无机肥单施，多数农民常规施肥量):三元复合肥800 kg/hm2;B5(CK):不施任何肥料。三元复合肥中氮、磷、钾含量均为15%，圈肥中氮、磷、钾含量分别为0.32%、0.13%和0.43%。单因素随机区组设计，重复3次。

试验于2010年在莱西市姜山镇后垛埠村(E120°12';N36°34')进行，当地属于温带半湿润季风气候区，干湿显著。花生生长季节(4—9月份)平均气温22.5℃，降雨532mm。试验地为砂壤土，有机质8.1 g/kg，全氮6.7 g/kg，水解氮58.3 mg/kg，速效磷26.1 mg/kg，速效钾88.6 mg/kg，PH 值5.71。试验田垄距85 cm，垄面宽50—55 cm，垄上行距30—35 cm，穴距15 cm，每穴2粒种子，小区面积30 m2。随机排列，春播覆膜栽培，起垄前均匀撒施肥料，耕翻25 cm。其它管理措施同当地常规生产。供试品种山花9号，5月15日播种，9月17日收获。

1.2 采样时间

分别于始花期(6月22日)、花针期(7月15日)、结荚期(8月11日)及饱果期(9月11日)采取土样、植株干样。

1.3 样品采集与处理

每区用五点法取0—30 cm土层土样，一部分新鲜土壤于4℃下带回实验室，经预处理后测定土壤微生物数量及土壤呼吸速率;另一部分自然条件下风干，过 1 mm 土壤筛，用于测定土壤酶活性［1，5，7，17］。收获时，测定植株主要农艺性状，按小区实际面积计产。

1.4 测定项目及方法

根际土壤微生物区系的测定:细菌培养采用牛肉膏蛋白胨培养基，放线菌培养采用高氏1号培养基，真菌培养采用马丁氏培养基。细菌、真菌、放线菌计数采用稀释涂抹平板法［19］。微生物数量以每克土壤样品所含菌数表示。每克土壤样品所含菌数=同一个稀释度几次重复的菌落平均数×10×稀释倍数。

土壤呼吸速率采用静态室碱液吸收法［20］。土壤脲酶活性用靛酚蓝比色法测定，过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法测定，蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，酸性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定［21］。

1.5 数据处理与分析

采用Word2003、Excel2003及DPS、SPSS软件数据处理、统计分析、绘图与作表。

2 结果与分析

2.1 对土壤微生物数量的影响

从表1可以看出，耕层0—30 cm内土壤微生物组成以细菌为主，放线菌次之，真菌数量最少。在整个生育期内，微生物数量呈单峰曲线，细菌和放线菌高峰出现在结荚期，真菌出现在花针期。从全生育期平均值看，施肥对细菌的影响明显大于对放线菌和真菌的影响。

同一时期内，各施肥处理间细菌、放线菌和真菌数量大小顺序一致，均为:B1＞B2＞B3＞B4＞B5。其中，高量和中量配施(B1、B2)显著高于单施复合肥及CK(B4、B5)，特别在始花期，高量配施3种微生物数量分别是CK 的2.6、4.3、4.1 倍。

不同处理，细菌数量在始花期与花针期存在极显著差异;放线菌数量在始花期与结荚期达到极显著差异水平，施肥处理真菌数量在花针期与结荚期差异水平达到极显著。由此可以看出，不同时期不同的施肥处理对微生物数量影响的程度与作用效果不同，始花期高量配施处理的微生物数量的提高效果最为明显。有机圈肥与复合肥配施能够有效地增加土壤微生物数量，而且效果随着施肥量的增加而明显，而单施复合肥对微生物数量的提高不明显，效果不稳定。

表1 不同施肥处理微生物数量变化Table 1 Amounts of soil microorganism of different fertilizing treatments at different growing stage of peanut

2.2 对土壤酶活性的影响

2.2.1 对土壤脲酶活性的影响

由图1可以看出:有机无机中、高量配施(B1、B2)显著高于其他处理，高量配施除始花期外，其余各期均显著高于中量配施;低量配施(B3)在生育后期(饱果期)与中量纯无机肥(B4)和CK差异显著，其余各期差异不显著;中量纯无机肥在生育后期与CK差异显著，生育前期差异不显著。表明，中量以上的有机无机肥配施有利于提高整个生育期土壤脲酶活性，单纯中量无机肥在生育前期对土壤脲酶活性作用不明显，而低量有机无机配施效果介于高、中量配施和单纯中量无机肥之间。

2.2.2 对土壤蔗糖酶活性的影响

不同处理对土壤蔗糖酶活性的影响为:B1＞B2＞B3＞B4＞CK。除花针期有机无机低量配施(B3)与中量纯无机肥(B4)、中量纯无机肥与CK和饱果期有机无机中量配施(B2)与中量纯无机肥差异不显著外，其余各处理间均达到显著水平。表明增施肥料可以显著提高土壤蔗糖酶活性，有机肥效果更好，且随用量的增加，作用更明显(图2)。

图1 不同施肥处理对土壤脲酶活性的影响Fig.1 Effects of different fertilizing treatments on activity of soil urease

图2 不同施肥处理对土壤蔗糖酶活性的影响Fig.2 Effects ofdifferentfertilizing treatmentson invertase activities

2.2.3 对土壤过氧化氢酶活性的影响

由图3可以看出:除始花期与中量有机无机配施(B2)差异不显著外，有机无机高量配施(B1)显著高于其他处理，而其他三个施肥处理间差异不显著，但在多数情况下显著高于CK。表明，施肥对土壤过氧化氢酶活性有一定的影响，但明显不及对土壤脲酶和蔗糖酶活性的影响那样明显。

图3 不同施肥处理对土壤氧化氢酶活性的影响Fig.3 Effects of different fertilizing treatments on activity of soil catalase

2.2.4 对土壤酸性磷酸酶活性的影响

由图4可以看出，(1)生育前期，土壤酸性磷酸酶活性较低，施肥对土壤酸性磷酸酶活性的影响较小，处理间差异较小;随生育期的推进，土壤酸性磷酸酶活性升高，处理间差异逐渐拉大。(2)有机无机中、高量配施(B1、B2)显著高于其他处理;生育中期(花针期和结荚期)高量配施显著高于中量配施，而生育前期和后期，两处理差异不显著。(3)生育中期，低量配施和中量纯无机肥量处理差异不显著，但在生育前期和后期低量配施显著高于纯中量无机肥量。(4)中量纯无机肥在生育中、后期与CK差异不显著。表明，中量纯无机肥后劲不足，而有机肥生育后期效果明显。

2.3 对土壤呼吸速率的影响

由图5可见，各施肥处理土壤呼吸均速率呈先升高后降低的趋势，最大值出现在花针期。不同生育期各施肥处理总的趋势是:(1)有机无机中、高量配施(B1、B2)显著高于其他处理，高量配施除始花期外，其余各期均显著高于中量配施;低量配施(B3)显著高于CK，但在生育中期(花针期和结荚期)与中量纯无机肥(B4)无显著差异;中量纯无机肥在生育后期土壤呼吸速率与CK差异不显著，其作用主要在生育前期。(2)从数值看，生育中期不同处理间差异小，生育前期和后期差异大。(3)有机无机中、高量配施生育后期土壤呼吸速率下降率明显慢于其他处理。表明增施有机肥对维持花生生育后期土壤呼吸速率有重要作用。

图4 不同施肥处理对土壤酸性磷酸酶活性的影响Fig.4 Effects of different fertilizing treatments on activity of soil phosphatase

图5 不同施肥处理对土壤呼吸速率的影响Fig.5 Effects of different fertilizing treatments on soil respiration rate

2.4 主要肥力指标相关性分析

相关分析表明(表2)，不同微生物数量间、土壤主要酶活性间相关系数均达到极显著水平;细菌、放线菌和真菌数量与脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性及土壤呼吸速率相关系数均达到极显著水平。表明微生物的生命活动与土壤酶活性及土壤呼吸之间有着密切的联系，而施肥有利于提高这些指标的水平。

表2 土壤肥力主要指标相关性分析Table 2 The correlation analysis of main soil fertility indices

2.5 对花生产量及产量构成因素的影响

由表3可以看出，不同施肥处理花生产量及其构成因素差异很大。其中，有机无机中、高量配施(B1、B2)显著高于其他处理，而中量和高量处理间差异不显著;中量纯无机肥(B4)产量高于低量有机无机配施(B3)，但差异未达5%的显著水平;而低量有机无机配施与CK差异不显著。

表3 不同施肥处理对花生产量及产量构成因素的影响Table 3 Effects of different fertilizing treatments on peanut yield and yield characters

不同处理对主要农艺性状的影响存在一定差异，其中对公斤果数、百果重和百仁重影响较大，对出米率影响较小。总的趋势是，增施有机肥或无机肥可提高百果重和百仁重，降低公斤果数。

3 讨论与结论

土壤中微生物种群及数量是反映土壤肥力的主要指标之一［1］。细菌、放线菌和真菌直接参与土壤中碳、氮等营养元素的循环和能量流动，其数量和活性不仅反映了微生物对植物生长发育、土壤肥力的影响和作用，同时也说明了植物对微生物群落结构的制约与共生关系，关系到土壤生态系统的维持与改善［22］。它们的区系组成和数量变化常能反映出土壤生物活性水平。本试验研究结果表明，施肥能够增加土壤3种微生物数量，对细菌的影响明显大于对放线菌和真菌的影响。有机肥效果好于无机肥，随有机肥数量的增加，3种微生物数量也增加，这可能与有机肥本身携带大量微生物以及有机肥可为微生物繁殖提供天然“培养基”有关。单施无机肥虽然没有上述有机肥功能，也可以提高土壤中微生物数量，此结果与以往研究结论基本一致［23-25］。这可能与无机肥促进了花生植株发育，增加了花生根系分泌物数量，而这些根系分泌物与微生物繁殖密切相关［26］。但与有机肥相比，无机肥对微生物数量的提高效果不稳定。本试验中，中量有机无机肥配施，比单纯施中量无机肥处理的细菌、放线菌和真菌数量全生育期平均值分别提高114.9%、49.0%和29.0%。因此，生产中要提倡有机肥与无机肥配施。

土壤酶在生态系统的有机质分解和养分循环所必需的催化反应中起重要作用［27］。脲酶是土壤中氮转化的关键酶，蔗糖酶对增加土壤中易溶性营养物质有重要作用，酸性磷酸酶能够加速有机磷的脱磷速度，过氧化氢酶可解除土壤过氧化氢的毒害作用。土壤酶活性受土壤理化性状和管理方式的影响很大，常作为微生物活性和土壤肥力的指标［2］。现有研究表明，小麦-玉米-大豆轮作条件下化肥与有机肥长期配合施用能显著增强褐潮土及黑土等土壤脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性［4，28-29］。本试验表明，即使花生当季施肥，对土壤主要酶活性也有很大影响。总的趋势是:有机无机配施配施效果好于单施无机肥，随有机肥用量的增加，对土壤主要酶活性的促进作用增强;单纯中量无机肥虽然对土壤主要酶活性有一定的促进作用，但明显低于中量有机无机配施。本试验测定的脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶四种酶活性全生育期平均值中量有机无机配施比单纯中量无机肥分别提高31%、27%、10%和29%，而且低量有机无机配施在多数情况下，对四种酶的促进作用也显著好于中量单施无机肥。这些结果表明，有机肥对土壤酶活性的促进作用要大于无机肥。因此，有机无机配施是提高土壤肥力的有效途径。本试验同时表明，施肥对土壤过氧化氢酶活性的促进作用小于对其它酶的促进作用，其原因有待于进一步探讨。

一般情况下，土壤呼吸是土壤有机碳输出的主要形式，土壤肥力高的情况下土壤生态状况较好，土壤呼吸也将增强。以往研究表明，氮肥、磷肥和钾肥都对免耕燕麦地土壤呼吸都有明显的影响，但氮磷钾配施对土壤呼吸速率的影响高于任一种肥料的单施［12］。黑土玉米地施用有机肥，可加快土壤CO2形成和释放速率，显著增加土壤呼吸量［30］。本试验表明，有机肥与无机肥配施及单施无机均能提高土壤的呼吸速率，但是有机肥与无机肥配施的效果要大于单施无机肥，中量有机无机肥配施比单纯施中量无机肥全生育期土壤呼吸平均值高59%。这与以往研究结论类似。主要原因是圈肥一方面能增加用于土壤呼吸的有机质的数量，从而改善土壤的理化性状，促进了花生根系的生长;另一方面能显著增强土壤微生物的活性，提高土壤的呼吸强度，加速了土壤有机质的矿化分解。

土壤微生物是土壤中物质转化的动力，土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素，它与活着的生物细胞一起推动着物质转化，土壤生物化学反应几乎都是由酶驱动完成的，土壤呼吸速率的高低可以反映土壤微生物促进物质转化以及土壤动物和植物根系呼吸的强度，与微生物种群、数量、土壤酶活性等密切相关［31］。本试验表明，土壤微生物数量、土壤酶活性及土壤呼吸速率相互间呈极显著相关关系。表明施肥同时提高了这些肥力指标。该结果与李秀莲和孙瑞英等［4-5］在褐潮土上及高会议等［8］在黄土旱塬区上施肥对小麦田间土壤肥力指标的影响研究结果相似。

本试验中，有机无机中、高量配施花生产量显著高于其他处理。农民常规施肥(中量纯无机肥)与低量有机无机配施产量相近，比CK(不施肥)增产12.7%，比有机无机中量配施降低14.0%。这一结果表明，在砂壤土上施用有机肥，其对土壤肥力提高的增产作用远远大于其本身所含花生生育所需营养直接供应作用。兼顾土壤肥力和花生产量，肥力中等的砂壤土，在肥料充足时，可采用中量有机无机配施;肥源不足时，可采用低量有机无机配施。

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