不同有机物料对土壤养分和酶活性的影响

董志新，卜玉山，刘秀珍，刘奋武，张吴平，续珍，冀云

(1.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801；2.中国农业大学 资源环境学院，北京 100091)

有机肥不仅含有作物所需的营养元素，而且含有大量有机质及有益微生物和活性酶，在保持和提高土壤肥力，活化土壤养分，增强微生物活性，促进农作物高产、优质，降低农产品成本等方面具有不可替代的作用[1]。土壤酶直接参与土壤中物质的转化、养分释放和固定过程，土壤酶活性与土壤供肥能力密切相关[2]。因此，可以利用酶活性来评价土壤营养物质的转化、循环情况及保肥供肥能力[3]。许多研究表明施用有机肥料可以显著地提高土壤微生物量,碳、氮的含量以及土壤酶活性[4,5]。宋蒙亚等研究表明添加有机物料可以显著提高土壤养分含量，增强土壤生物活性, 从而提高土壤供肥能力[6]。将土壤酶与土壤速效养分相结合作为深入研究土壤肥力的评价指标，对尝试建立土壤酶学评价指标体系以及培肥土壤具有重要的指导意义[7]。

本试验采用室内培养的方法，研究鸡粪、猪粪、牛粪、污泥等有机物料在不同培养时间下对土壤养分和土壤酶活性的影响，以期为有效利用有机物料提高土壤质量、促进土壤物质良性循环提供理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

供试土壤为黄土状母质石灰性褐土，采自山西省太谷县杨家庄农田0～20 cm耕层土壤，风干后过2 mm筛备用。

供试有机物料包括：采自太谷县杨家庄养猪厂的猪粪；采自太谷县杨家庄养鸡厂的鸡粪；采自大同市养牛厂的牛粪；采自太谷县污水处理厂的污泥1；采自山西农业大学污水处理厂的污泥2。供试材料均风干过2 mm筛备用。供试土壤和有机物料理化性状见表1。

表1 供试材料的理化性状

1.2 试验设计

采用室内培养，按加入有机质5%的水平加入不同有机物料，即在500 g土壤中分别加入猪粪48.5 g、鸡粪46 g、牛粪63 g、污泥1 174 g、污泥2 262.5 g，3次重复。混匀后加水至田间持水量的60%，装入塑料袋中封口，在27℃恒温培养箱中培养，培养期间定期搅动，补充水分(每隔2 d打开塑料袋翻动一次，根据土壤的干湿状况补充相应的水分)。每10 d采样一次，共采样5次，测定土壤磷酸酶、蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶的活性和土壤有机质、全N、碱解N、有效P及速效K等养分的含量。

1.3 测定指标与分析方法

土壤有机质用重铬酸钾容量法，全氮用半微量开氏法，碱解氮用碱解扩散法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取——钼锑抗比色法，速效钾用1 mol·L-1NH4AcO提取——火焰光度法[8]。土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法，脲酶活性采用靛蓝比色法，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法，蛋白酶活性采用茚三酮比色法，磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法[9]。

2 结果与分析

2.1 不同有机物料对土壤养分的影响

2.1.1 不同有机物料对土壤有机质的影响

由表2可见，施加不同有机物料后土壤有机质含量与CK差异显著。加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2平均分别比CK增加162.6%、156.3%、178.6%、141.6%和149.1%。随着培养时间的延长，适宜的培养环境和微生物的剧烈活动导致供试有机物料发生强烈分解，表现为土壤有机质含量总体上均呈下降的趋势，50天后，加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2土壤有机质分别降低63.5%、60.8%、31.7%、55.2%和63.2%。总体上对增加土壤有机质含量大小顺序依次是：牛粪>鸡粪>污泥1>猪粪>污泥2>CK，可见，虽然牛粪有机质含量低于其他4种供试有机物料，但牛粪对提高土壤有机质含量相对作用最大。

2.1.2 不同有机物料对土壤全氮的影响

从表3中可见，在不同培养时期不同有机物料处理对土壤全氮含量变化影响差异显著，但与CK相比各供试有机物料处理均显著提高土壤全氮含量。加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2平均分别比CK增加74.4%、105.4%、93.2%、151.3%和133.6%。培养过程中，0 d时加入污泥1、污泥2土壤全氮含量最高，但10 d时显著下降，可能是污泥施入土壤后由于反硝化微生物的作用造成大量氮素的损失，而10 d后与其他供试有机物处理的土壤全氮含量变化一致，无明显变化。

表2 不同有机物料对土壤有机质的影响/%

注：同列不同小写字母表示差异显著。表3～表11同。

Note:The lowercase letters in same column mean significant difference at 0.05 level.The same as Table 3～11.

表3 不同有机物料对土壤全氮的影响/g·kg-1

2.1.3 不同有机物料对土壤碱解氮的影响

从表4可见，加入有机物料后明显提高了土壤碱解氮含量，加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2平均分别比CK增加331.31%、581.72%、113.32%、517.64%、399.27%。随着培养时间的推移不同有机物料处理对土壤碱解氮含量变化的影响不同。猪粪、鸡粪和CK处理的土壤碱解氮在第10 d时有所增加，20 d时下降，之后趋于稳定。牛粪处理的土壤碱解氮含量在第10 d时有所下降，之后趋于稳定。而污泥1、污泥2处理的土壤的碱解氮含量在整个培养过程中呈明显下降趋势。50 d后，不同有机物料处理对土壤碱解氮含量的变化的影响依次是：鸡粪>猪粪>污泥1>污泥2>牛粪，鸡粪处理对提高土壤碱解氮含量效果最大、猪粪次之。

表4 不同有机物料对土壤碱解氮的影响/mg·kg-1

2.1.4 不同有机物料对土壤有效磷的影响

从表5可见，不同有机物料处理的土壤有效磷的含量均显著高于CK处理。加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2平均分别比CK增加1771.5%、1645.4%、535.6%、1541.2%和720.3%。培养10 d时，各有机物料处理的土壤有效磷含量均略有下降，可能是新鲜有机物料施入土壤后，由于微生物的作用土壤无机态磷被暂时固定，但这些固定的P素可逐渐矿化释放出来被作物吸收利用。培养20 d时，有效磷含量有所上升，20 d后略有所下降并趋于稳定。50 d后，加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2后土壤有效磷含量分别比0 d降低4.5%、48.1%、60.8%、76.0%和53.6%。不同有机物料处理对土壤有效磷含量变化的影响次序为：猪粪>鸡粪>污泥1>污泥2>牛粪，表明猪粪和鸡粪处理对提高土壤有效磷含量效果较好。

表5 不同有机物料对土壤有效磷的影响/mg·kg-1

2.1.5 不同有机物料对土壤速效钾的影响

由表6可见，不同供试有机物料处理的土壤速效钾含量均显著高于CK处理，并且在不同培养时间下对土壤速效钾含量的影响差异显著。加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2平均分别比CK增加308.7%、710.4%、212.6%、146.5%和71.9%。在培养过程中，随着培养时间的延长土壤速效钾的含量呈先下降后上升趋势，在培养10 d时，土壤速效钾含量呈下降趋势，10 d后有明显的上升。其原因可能是土壤中的有机物料在分解过程的中间产物能减缓土壤对钾的固定，并且使缓效性的钾转化为速效钾，从而提高土壤速效钾含量。就不同有机物料来看，对提高土壤速效钾含量的能力依次是：鸡粪>猪粪>牛粪>污泥1>污泥2，表明鸡粪对提高土壤速效钾含量效果非常明显，并且达到极显著水平，猪粪次之。

表6 不同有机物料对土壤速效钾的影响/mg·kg-1

2.2 不同有机物料对土壤酶活性的影响

2.2.1 不同有机物料对土壤脲酶的影响

不同供试有机物料处理能明显提高土壤脲酶活性，加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2分别平均比CK增加33.0%、59.6%、64.6%、41.5%和27.2%(表7)。各有机物料对脲酶活性变化的影响呈先上升后下降的趋势。培养20 d时，除CK处理脲酶活性有所降低外，各供试有机物料处理的土壤脲酶活性均达到最高值，20 d后下降并趋于稳定，这种变化趋势与有机质含量的变化趋势一致。这可能是由于有机质含量降低，微生物活性减弱，导致土壤脲酶活性降低,也有可能导致土壤全氮和碱解氮含量的降低。50 d后，不同有机物料处理对土壤脲酶活性变化的影响次序为：鸡粪>污泥2>牛粪>猪粪>污泥1，鸡粪对提高土壤脲酶活性效果较好。

表7不同有机物料对土壤脲酶的影响(NH4-N,mg·g-1)

Table7 Effects of different organic materials on soil urease activity(NH4-N,mg·g-1)

处理Treatments测定时间Days after fertilization/d1020304050CK4.34c3.69b0.76d0.87de1.12d猪粪4.31c5.70a1.42bc1.24b1.67c鸡粪5.16b6.23a2.09a1.49a2.23a牛粪6.42a6.59a1.73b1.06c1.95b污泥14.08c6.53a1.17c0.73e1.20d污泥24.47c6.17a1.50b0.96cd2.16a

2.2.2 不同有机物料对土壤蔗糖酶的影响

从表8可见，不同有机物料处理对土壤蔗糖酶活性变化影响不同，不同培养时间下各有机物料对土壤蔗糖酶活性的影响差异显著。除牛粪和CK处理外，其余供试有机物料处理后土壤蔗糖酶活性呈下降的趋势，在10～30 d时蔗糖酶活性下降最为明显。牛粪对提高土壤蔗糖酶活性有显著的效果，其它有机物料处理对提高土壤蔗糖酶活性效果不明显。

表8不同有机物料对土壤蔗糖酶的影响/mg·g-1

Table8 Effects t of different organic materials on soil Invertase activity/mg·g-1

处理Treatments测定时间Days after fertilization/d1020304050CK40.91b39.89b27.83b30.33b32.69b猪粪41.86b37.11c24.03c25.02c25.63c鸡粪36.20c29.84e21.34d22.14d20.40e牛粪45.99a46.81a33.26a38.52a43.28a污泥137.11c34.15d27.50b23.12cd22.41d污泥242.22b34.02d25.01c24.08cd25.18c

2.2.3 不同有机物料对土壤过氧化氢酶的影响

各处理的土壤过氧化氢酶活性随着培养时间的延长均呈下降趋势(表9)，各培养时期不同有机物料处理对土壤过氧化氢酶活性影响差异不大。培养10～30 d时供试有机物料处理的土壤过氧化氢酶活性高于CK处理，但20 d后与CK差异不明显。

表9不同有机物料对土壤过氧化氢酶的影响(0.1 mol·L-1KMO4,mL·g-1)

Table9 Effects t of different organic materials on soil catalase activity(0.1 mol·L-1KMO4,mL·g-1)

处理Treatments测定时间Days after fertilization/d1020304050CK0.25c0.20b0.21b0.19a0.18a猪粪0.28a0.23a0.22a0.19a0.18a鸡粪0.27b0.23a0.22a0.19a0.18a牛粪0.27b0.23a0.22a0.19a0.18a污泥10.27b0.23a0.22a0.19a0.18a污泥20.28a0.23a0.22a0.19a0.18a

2.2.4 不同有机物料对土壤磷酸酶的影响

从表10可见，不同培养时间下，不同有机物料对土壤磷酸酶活性的影响差异显著。猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2处理后的土壤磷酸酶活性高于CK，平均分别比CK增加21.4%、74.5%、 50.1%、71.5%和71.6%。在50 d培养过程中不同有机物料处理对土壤磷酸酶活性变化总体呈升高的趋势，培养20 d时磷酸酶活性有所下降，可能是由于供试有机物料的施入在一定程度上抑制酸性磷酸酶活性，为土壤带来了更多的氮源，从而增强了核酸酶活性，而核酸酶的降解物有无机磷，土壤中无机磷增加是磷酸酶活性减弱的一个原因[10]。50 d后，各有机物料处理的土壤磷酸酶活性的变化顺序是：污泥2>污泥1>鸡粪>牛粪>猪粪，这与关松荫[11]关于畜粪中磷酸酶活性状况是一致的。

表10不同有机物料对土壤磷酸酶的影响(酚, NH4-N,mg·g-1)

Table10 Effects t of different organic materials on soil phosphatase activity(phenli,mg·g-1)

处理Treatments测定时间Days after fertilization/d1020304050CK0.66d0.64c0.86d0.84d1.06e猪粪0.89c0.80b1.03d0.92c1.28d鸡粪1.47a1.08a1.61a1.25b1.68b牛粪1.02c1.05a1.33c1.20b1.51c污泥11.19b1.10a1.55ab1.40a1.73b污泥21.19b1.08a1.39bc1.38a1.93a

2.2.5 不同有机物料对土壤蛋白酶的影响

从表11可见，不同试供有机物料处理能明显提高土壤蛋白酶活性，加入猪粪、鸡粪、牛粪、污泥1和污泥2平均比CK增加76.8%、96.6%、6.8%、94.1%和40.9%。不同培养时间不同有机物料处理对蛋白酶活性影响不同，除50 d，其他培养时间下各有机物料对土壤蛋白酶活性的影响差异显著。从表中可以看出，不同有机物料处理后土壤蛋白酶活性呈先升后降的趋势。培养20 d时，各有机物料处理过的土壤蛋白酶活性最高，表明施加有机料有提高土壤蛋白酶活性的作用，并且猪粪处理蛋白酶活性最高，可能是猪粪中蛋白质含量较高，增加了土壤蛋白酶的活性，这与关松荫等人的研究结果一致[12]。

3 结论

本试验结果表明，不同施肥处理对土壤养分含量的影响是显著的，施肥能够明显的增加土壤养分含量。土壤养分含量对不同施肥处理的响应不同，施肥可提高土壤养分的含量，这与孙瑞娟等人的研究结果一致[13]。牛粪对长期提高土壤有机含量效果明显，鸡粪和猪粪对提高土壤全氮、碱解氮、速效钾、速效磷含量效果明显。污泥也能够提高土壤各养分含量，但相对于畜禽粪便效果较差。

表11不同有机物料对土壤蛋白酶的影响(NH4-N,mg·g-1)

Table11 Effects t of different organic materials on soil protease activity(NH4-N,mg·g-1)

处理Treatments测定时间Days after fertilization/d1020304050CK2.87d3.54d2.86e2.24c1.93ab猪粪4.96c8.47a5.30b3.29b1.74ab鸡粪5.62b8.05ab6.36a4.19a2.20ab牛粪1.76e5.76c3.63d1.70d1.51b污泥16.23a7.33b5.96ab4.17a2.41a污泥25.10c5.30c4.59c2.17c1.79ab

土壤酶活性对不同有机物料处理有明显的响应，除过氧化氢酶外，有机物料可提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、蛋白酶活性，不同有机物料处理间土壤酶活性差异显著，这也表明土壤酶活性和不同有机物料处理间有密切的相关性。试验结果表明，牛粪对提高土壤蔗糖酶活性效果较好，污泥对提高土壤磷酸酶活性效果较好。

参 考 文 献

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