羊粪和化肥配施对复垦土壤酶活性的影响

2014-03-25王晓玲袁丽锋黄腾跃王改玲

山西农业大学学报（自然科学版） 2014年3期

王晓玲，袁丽锋，黄腾跃，王改玲

(山西农业大学资源环境学院，山西太谷 030801)

矿区采矿破坏后通常是心土裸露，土壤结构不良，持水保温能力差，氮、磷、钾和有机质含量低，土壤酶活性低。土壤酶是土壤的重要组分,参与土壤生物化学过程，是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标[1]。近年来，土壤酶活性作为表征土壤性质的生物活性指标，已被广泛应用于土壤肥力评价及肥料施用效果评价[2]。

施肥是提高土壤肥力、保障作物产量和粮食安全的必由途径。多数研究结果表明[3]，施用有机肥、无机肥以及有机无机肥配施能提高土壤养分含量，并且有机肥和有机无机肥配施更有利于提高土壤脲酶、磷酸酶活性。羊粪是家畜粪肥中养分较多，氮、磷、钾含量较高的优质有机肥，但目前的研究主要集中于不同施肥对耕地土壤酶活性的影响，而有机无机肥配施对复垦土壤酶活性的影响研究比较少，特别是不同用量的有机和无机肥配施对复垦土壤酶活性的定量研究较少。本文以羊粪为供试有机肥，采用盆栽试验研究羊粪和化肥配施对复垦土壤酶活性的影响，探讨有机无机肥的适宜用量和配比，旨在为复垦土壤培肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2013年在山西农业大学资环试验站温室大棚进行。供试土壤为黄绵土，质地为轻壤，采自山西朔州安太堡露天矿新排区，在严防污染的条件下拉运至试验站晾干，过筛，充分混匀备用。供试土壤pH 8.0，有机质含量0.84 g·kg-1，全氮量0.35 g·kg-1，碱解氮2.29 g·kg-1,有效磷11.7 g·kg-1,有效钾163.66 g·kg-1。

供试作物为玉米，品种为中裕黄糯，生育期为95天。供试羊粪为腐熟的羊粪(有机质含量为26%，P2O5含量为0.5%)、供试化肥为尿素(N含量为45%)和过磷酸钙(P2O5含量为17%)。

1.2 试验设计与实施

试验设化肥和羊粪2个因素，其中化肥设H0(不施化肥)、H1(N 0.12 g·kg-1、P2O50.04 g·kg-1)、H2(N 0.24 g·kg-1，P2O50.08 g·kg-1)、H3(N 0.36 g·kg-1，P2O50.12 g·kg-1)4个水平，羊粪设Y0(0)，Y1(4 g·kg-1)，Y2(8 g·kg-1)，Y3(16 g·kg-1)，Y4(32 g·kg-1) 5个水平，完全组合，共20个处理，每个处理重复3次。试验采用30 cm×27 cm的聚乙烯塑料盆，每盆装风干土10 kg。

将玉米种子筛选后，按照每盆15粒等距匀播，播深为2 cm。3月27日播种，三叶期时，每盆选择长势、长相尽可能均匀一致的幼苗，定植至6株；到拔节期、抽雄期分别定植至3株和1株，7月7日收获。

1.3 测定项目及方法

在玉米幼苗期、拔节期、抽雄期、成熟期分别采集土壤样品，风干、磨细，过1 mm筛，测定土壤酶活性。土壤酶活性的测定：土壤脲酶采用苯酚钠比色法；土壤磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法；土壤过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定。

1.4 数据处理

采用WPS 2013结合SPSS 17.0 for windows对数据进行统计分析、计算、作图(用Duncan 法进行检验，α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥对玉米各生育期土壤脲酶的影响

脲酶是土壤中的主要酶类之一，能促进土壤有机物质中碳-氮键(CO-NH)的水解而在土壤氮素循环中具有重要作用，脲酶活性的提高有利于稳定性较高的土壤有机氮向有效氮的转化[4]。

由表1可见，化肥用量相同时，幼苗期、抽雄期和成熟期土壤脲酶活性均随羊粪用量的增加而升高，这是由于羊粪氮含量较高，并且含有各种酶类，可促进土壤微生物繁殖以及土壤氮循环，改善土壤的化学和生物特性[5]；羊粪用量相同时，幼苗期、拔节期、抽雄期，随化肥用量由H0增加到H2土壤脲酶活性逐渐升高，并在H2时达到最大值，成熟期则表现为随化肥用量的增加土壤脲酶活性逐渐升高。幼苗期、拔节期、抽雄期，不同处理土壤脲酶活性均在Y4H2达到最大值，分别比Y0H0提高了35.6%、45.9%和9.8%，成熟期则在Y3H3达到最大值，比Y0H0提高了9.5%，Y4H3与Y3H3差异不显著。

整个生育期内，不施加化肥组、施加中含量化肥组中，Y2、Y3、Y4呈现降低-升高的趋势；施加低含量化肥组、施加高含量化肥组中，Y0、Y1、Y2呈现升高-降低的趋势，在玉米的抽雄期土壤脲酶活性达到最高，主要是玉米在此生育期内植株需要大量的可溶性氮[6]，酶活性增强，低含量化肥组的数值上为最小值。

2.2 不同施肥对玉米各生育期土壤碱性磷酸酶的影响

磷酸酶是催化土壤中磷酸单酯和磷酸二酯水解的酶，它能将有机磷酯水解为无机磷酸，提高土壤有效磷的含量[7]。按磷酸酶的最适土壤酸碱度通常将其分为酸性磷酸酶(pH 4～5)、中性磷酸酶(pH 6～7)和碱性磷酸酶(pH 8～10)[8]。由于本试验供试土壤显碱性(pH=8.0)，故选择碱性磷酸酶作为土壤磷循环的主要指标。由表2可见，在各生育期，化肥用量相同时，土壤磷酸酶活性均随羊粪用量的升高而升高。羊粪用量相同时，Y1、Y2、Y4的土壤磷酸酶活性总体上表现为随化肥用量的增加先升高后降低的趋势，并在H2达到最大值，Y3规律性不明显。随着生育期的推进，各个处理在抽雄期的土壤磷酸酶活性比在拔节期的酶活性高，这说明在玉米生长的旺季，土壤碱性磷酸酶活性增大，有助于植物对有效磷的吸收利用。总的来说，20个处理在幼苗期、拔节期、抽雄期均在Y4H2达到最大值，分别比Y0H0提高了22.1%、8.4%和8.2%；成熟期在Y4H3达到最大值，比Y0H0提高了13.3%。

表1 不同施肥对复垦土壤脲酶含量的影响/μgNH4+-N·(g·24h)-1)

表2 不同施肥对复垦土壤磷酸酶含量的影响/mg P2O5·(100g·24h)-1

2.3 不同施肥对玉米各个生育期土壤过氧化氢酶的影响

过氧化氢酶是土壤中参与物质和能量转化的一种重要氧化还原酶，能够促进过氧化氢对各种化合物的氧化。在一定程度上可以表征土壤生物氧化过程的强弱。由表3可见，玉米幼苗期，化肥用量相同时，随着羊粪用量的增加，土壤过氧化氢酶的活性逐渐升高，均在Y4达到最大值，并且与其他处理有显著性差异。羊粪用量相同时，Y0、Y2、Y3、Y4变化趋势基本一致，均在H2达到最大值。不同处理土壤过氧化氢酶活性在Y4H1达到最大，值为0.52 mL 0.1 mol·L-1KMnO4·(g·20 min)-1，Y0H0值为0.06 mL 0.1 mol·L-1KMnO4·(g·20 min)-1，提高了7.3%，但Y4H1与Y4H2、Y4H3无显著性差异。这可能是由于在苗期，大量氮肥的施用抑制了土壤过氧化氢酶活性，王娟[9]的研究亦表明，施氮在某种程度上抑制了过氧化氢酶的活性。随玉米的生长，不同处理间土壤过氧化氢酶的差异明显减少。拔节期时，除H2Y2、H3Y1、H3Y2与H0Y3、H1Y3、H1Y4间达P<0.05显著水平外，其它处理间均未达到显著水平。

表3 不同施肥对复垦土壤过氧化氢酶含量的影响/mL 0.1 mol·L-1 KMnO4·(g·20 min)-1

在玉米的整个生育期内，不施化肥(H0)和施低量化肥(H1)的基础上施加Y0、Y1、Y2、Y3用量的羊粪，土壤过氧化氢酶活性均呈现先升高后降低的变化趋势，即从苗期到拔节期，过氧化氢酶活性明显提高，抽雄期达到最大，收获期降低；Y4用量的羊粪则使土壤过氧化氢酶活性呈现降低-升高-降低的趋势，最大值出现在苗期。施中量化肥(H2)和高量化肥(H3)的基础上施加Y0、Y1用量的羊粪，土壤过氧化氢酶活性均呈现先升高后降低的变化趋势，而Y2、Y3、Y4则使土壤过氧化氢酶活性呈现降低-升高-降低的趋势。分析其原因可能是随化肥和羊粪的大量施用使苗期、拔节期土壤氮含量急剧增加抑制了过氧化氢酶活性，这与刘瑞丰等[11]研究的过氧化氢酶与土壤养分的关系中的试验结果一致。羊粪用量相同条件下，不同用量的化肥差异不显著。

3 结论与讨论

不同生育期土壤酶活性的测定表明，与不施肥相比，施肥添加有机物料的试验均在不同程度上提高了复垦土壤的过氧化氢酶、土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶活性，说明施肥有利于提高复垦土壤的酶活性，促进土壤肥力提高。

不同用量的羊粪和化肥对酶活性的影响不同：在玉米的不同生育期，土壤脲酶、磷酸酶活性随羊粪用量的增加而升高；在玉米苗期、拔节期和抽雄期，随化肥用量的增加，土壤脲酶、磷酸酶活性呈先升高后降低的趋势，并在H2时达到最大值，成熟期则随化肥用量的增加而升高。施肥对土壤过氧化氢酶活性的影响主要表现为苗期，表现为随羊粪用量的增加而升高；随化肥用量的增加，呈先升高后降低的趋势，并在H2时达到最大值。

施肥亦影响了玉米生育期土壤酶活性的动态变化，土壤脲酶、过氧化氢酶总体呈现先升高后降低的趋势，土壤磷酸酶则呈现降低-升高-降低的趋势。

综合考虑，不同处理以Y4H2对土壤酶活性的影响较好。

参考文献

[1]王俊华，尹睿，张华勇，等.长期定位施肥对农田土壤酶活性及其相关因素的影响[J].生态环境，2007,16(1):191-196.

[2]薛冬，姚槐应，何振立，等.红壤酶活性与肥力的关系[J].应用生态学报,2005,16(8):1455-1458.

[3]孙瑞莲，赵秉强，朱鲁生，等.长期定位施肥对土壤酶活性的影响及其调控土壤肥力的作用[J].植物营养与肥料学报,2003,9(4):406-410.

[4]焦晓光.土壤有机质含量与土壤脲酶活性关系的研究[J].农业系统科学与综合研究,2008,11(6):25-31.

[5]王芳，张金水，高鹏程，等.不同有机物料培肥对渭北旱塬土壤微生物学特性及土壤肥力的影响[J].植物营养与肥料学报,2011,17(3):702-709.

[6]刘淑英.不同施肥对西北半干旱区土壤脲酶和土壤氮素的影响极其相关性[J].水土保持学报，2010,24(1):119-223.

[7]丁菡，胡海波，王人潮.半干旱区土壤酶活性与其理化及微生物的关系[J].南京林业大学学报：自然科学版,2007,31(2):13-18.

[8]高瑞，吕家珑.长期定位施肥土壤酶活性及其肥力变化研究[J].中国生态农业学报,2005,13(1):440-541.

[9]王娟，刘淑英，王平，等.不同施肥处理对西北半干旱区土壤酶活性的影响及其动态变化[J].土壤通报,2008,39(2):299-303.