棉粕腐植酸肥对土壤团聚体、酶及养分的影响

庞庆阳，宣毓龙，蔡 旭，王雅各，李万涛，王开勇

(石河子大学农学院， 新疆 石河子 832000)

棉粕腐植酸肥对土壤团聚体、酶及养分的影响

庞庆阳，宣毓龙，蔡 旭，王雅各，李万涛，王开勇

(石河子大学农学院， 新疆 石河子 832000)

采用田间试验方法,以小麦新春38号作为供试品种，设置3个处理：空白对照、等养分复合肥和等养分棉粕腐植酸复合肥，研究了棉粕开发的腐植酸水溶性肥料对土壤团聚体、酶和养分的影响。结果表明：与不施肥处理相比较，腐植酸肥处理使土壤团聚体含量向2～0.25 mm和>2 mm粒级有显著转移；土壤脲酶活性、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性显著提高，对蔗糖酶活性差异不明显；可显著提高碱解氮、速效钾和有效磷含量，腐植酸肥处理能平均提高全生育期0～20 cm土层碱解氮37.27%、速效磷42.24%、速效钾37.02%，20～40 cm土层碱解氮提高15.55%、速效磷提高61.52%、速效钾提高57.36%。与等养分复合肥处理相比，腐植酸肥处理使不同土层土壤团聚体百分含量向2～0.25 mm和>2 mm粒级均有转移；前期抑制土壤脲酶活性，后期提高壤脲酶活性，提高过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性，蔗糖酶活性差异不明显；可提高土壤中碱解氮含量，显著提高速效钾和速效磷含量，腐植酸肥处理可平均提高全生育期0～20 cm土层碱解氮5.92%、速效磷8.8%、速效钾4.29%，20～40 cm土层碱解氮提高1.9%、速效磷提高15.39%、速效钾提高8%。

腐植酸肥料；小麦；土壤团聚体；土壤酶；土壤养分

近年来，随着现代农业的迅速发展，化肥生产量及品种也逐渐增多，以获得高产量的农产品，满足众多人口的粮食需求。施肥是影响土壤质量及其可持续利用的重要因素，合理施肥对土壤能够长期、有效的利用有着重要意义[1]。土壤团聚体是土壤结构的重要物质基础和肥力的重要载体,起着保证和协调土壤中的水肥气热、影响土壤酶的种类和活性、维持和稳定土壤疏松熟化等作用,是影响土壤肥力和土壤质量的重要因素之一[2-4]。因此团聚体是形成良好的土壤结构的物质基础，能够综合地反映土壤整体的肥力状况[5]。

土壤酶是土壤的组分之一,主要是由微生物、动植物活体分泌及动植物残骸分解释放于土壤中的一类活性物质，其直接参与土壤中生物化学反应、养分释放，土壤酶活性的大小与土壤养分有一定的关系[6-7]。土壤养分提供植物生长所必需的矿质元素，同时其也是评价土壤肥力的重要指标[8]。目前，在农业生产中，虽然施用大量普通肥料能够解决高产作物养分缺乏的矛盾，但存在成本高、环境效益低下以及肥料利用率低的缺陷。腐植酸以其天然环保的自然属性和安全可靠的使用价值，已被广泛应用和关注。腐殖酸具有提高肥料利用率、改良土壤的理化性质等并能快速为作物提供速效养分的作用[9]。本试验研究了以新疆优势资源棉粕开发的腐植酸肥料对土壤团聚体、酶及养分的影响，旨在探明新型腐植酸复合肥的改土培肥效果及部分可能机理，为改善土壤物理性状和合理培肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验基本概况

试验于2015年在新疆石河子大学试验站进行(N44°18′42.37″，E86°03′20.72″)，前茬作物为玉米,土壤类型为灰漠土，土壤质地为壤土，0～20 cm土层土壤理化性质pH 7.73，全氮0.5 g·kg-1，有效磷(P)20.40 mg·kg-1，有效钾(K)112 mg·kg-1，有机质16.19 g·kg-1， 盐度(EC1∶5) 0.28 dS·m-1。

1.2 试验材料

供试材料为春小麦新春38号，供试肥料为以棉粕开发的腐植酸复合肥,用KOH溶液作提取剂提取棉粕中腐植酸，取上清液加入尿素、磷酸二氢钾和硫酸钾，配制成腐植酸含量≥30 g·L-1，大量元素含量≥200 g·L-1，其中N含量90 g·L-1，P2O5含量55 g·L-1，K2O含量55 g·L-1，N-P-K=18-11-11，pH=5.6的复合肥，普通常规复合肥(使用尿素、磷酸二氢钾、硫酸钾配制,N-P-K=18-11-11)。

1.3 试验设计

试验于2015年4月6日播种，7月8日收获。试验采用随机区组设计，3个处理见表1。

表1 试验处理

在小麦拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期追肥比例分别为35%、25%、25%、15%，追肥在每次取样后第二天进行，总灌水量为4 500 m3·hm-2，全生育期共滴灌7次。每个小区面积9 m2，每个处理重复3次，小区之间各设50 cm保护行。滴灌带布置一管四行(4行小麦1条滴灌带，行距为15 cm)。其他各项管理与当地大田生产相同。

1.4 测定项目与方法

采样于小麦拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期、成熟期进行，分别采集0～20 cm和20～40 cm土层土样，每个处理3个重复，剔除砾石和植物残根，风干后用于测定土壤酶和土壤养分。另外在同位置取土层0～20 cm和20～40 cm原状土，用于测定土壤团聚体。 土壤团聚体采用湿筛法[10]，土壤脲酶活力采用靛酚蓝比色法测定[11]；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法[11]；碱性磷酸酶活力采用磷酸苯二钠比色法测定[12]；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法[11]。土壤碱解氮采用碱解扩散法，速效钾采用火焰光度法，有效磷采用Olsen法测定[13]。

1.5 数据处理

运用Microsoft Excel 2003软件对数据进行处理和作图，用SPSS20.0软件进行统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 腐植酸肥对土壤团聚体组成的影响

不同施肥处理对小麦全生育时期土壤水稳定性团聚体的百分含量影响显著(表2)，各处理团聚体的百分含量均为大团聚体>微团聚体。与CK相比，腐植酸肥处理从拔节期开始团聚体主要分布在>2 mm的粒级，并且显著高于CK，从开花期到成熟期团聚体含量迅速增加，分别为45.72%，51.23%和62.42%，增幅为15.57%、36.14%和61.54%。在拔节期，大团聚体含量小于CK，微团聚体大于CK；随着小麦生长发育，在开花期，大团聚体含量已经大于CK，并且在灌浆期和成熟期显著高于CK。与等养分复合肥相比，腐植酸肥处理大团聚体含量始终显著增加，在成熟期达到了95.83%，微团聚体含量为4.17%。说明施肥影响了团聚体粒径分布，使其粒径向2～0.25 mm和>2 mm转移，增加了大团聚体含量，并且腐植酸肥处理效果显著。

表2 腐植酸肥对土壤水稳定性团聚体的影响

注：不同字母的数值在0.05水平上差异显著(P<0.05)，下同。

Note: different letter indicates statistically significant difference at 0.05 level, the same below.

表3 腐植酸肥对20～40 cm土层土壤水稳定性团聚体的影响

不同施肥处理对小麦不同生育时期20～40 cm土层土壤水稳定性团聚体百分含量影响变化趋势一致，土壤团聚体百分含量均以大团聚体>微团聚体，在拔节期到成熟期分布均为：大于2 mm>2～0.25 mm>0.25～0.053 mm>小于0.053 mm。腐植酸肥处理微团聚体含量随着生育期呈现下降趋势，降幅分别为11.86%、24.43%、20.19%和26.09%，大团聚体百分含量始终显著增加。因此腐植酸肥对大团聚体的形成有显著作用。

2.2 腐植酸肥对土壤酶活性的影响

脲酶是土壤广泛存在的酶，参与土壤氮循环重要的酶。在0～20 cm土层，随着小麦的生长发育，各个处理土壤脲酶活性变化趋势基本相同，20～40 cm土层脲酶活性变化趋势也呈现先增加后下降再增加，各个处理的脲酶活性都比0～20 cm土层低。在0～20 cm土层，腐植酸肥处理的脲酶活性都显著高于CK,灌浆期差异最大，脲酶活性提高62.82%。与等养分复合肥相比，在拔节期、孕穗期和开花期腐植酸处理的脲酶活性显著低于等养分复合肥，进入灌浆期迅速增加，成熟期增至1.32 mmol·g-1·24h-1，增幅为23.3%。在20～40 cm土层，腐植酸肥处理的脲酶活性虽显著增加，但增加量较小,成熟期的脲酶活性腐植酸肥处理比CK提高46.3%，比等养分复合肥提高11.27%。总体来说在小麦生长发育前期腐植酸具有抑制土壤脲酶活性的作用,而在生长发育后期腐植酸具有提高土壤脲酶活性的作用。

图1 腐植酸肥料对土壤脲酶活性的影响

图2 腐植酸肥料对土壤过氧化氢酶活性的影响

Fig.2 Effects of humic acid fertilizer on soil catalase activity

土壤过氧化氢酶促进过氧化氢的分解，有利于防止过氧化氢对土壤和植物的毒害作用。由图2可知，0～20 cm和20～40 cm土层，过氧化氢酶活性均呈现先增加后下降的趋势。0～20 cm土层随小麦的生育进程，过氧化氢酶的变化范围在1.53～1.92 nmol·g-1·24h-1之间。在灌浆期，各处理酶活性以腐植酸肥处理最大，其次是等养分复合肥和CK处理；成熟期，各个处理酶活性都有所下降。在20～40 cm土层，各个处理酶活性有相同的变化趋势，在成熟期腐植酸肥处理的酶活性低于等养分复合肥处理。总体从拔节期到灌浆期，各施肥处理过氧化氢酶活性较CK处理均有所增加，并且腐植酸肥处理始终高于等养分复合肥处理和CK，说明施肥会增加土壤过氧化氢酶活性，但是差异不显著。

蔗糖酶能促进蔗糖分解成葡萄糖和果糖，是参与土壤碳循环重要的酶。它不仅能够表征土壤生物学活性强度，也是评价土壤熟化程度和上壤肥力水平的一个指标。从图3可看出，在0～20 cm和20～40 cm土层，不同处理随着小麦生育期的推进，蔗糖酶活性变化趋势相似，20～40 cm土层蔗糖酶活性低于0～20 cm土层。0～20 cm土层，随着小麦生长发育，CK是先下降后增加再下降，而腐植酸肥处理和等养分复合肥处理，呈现先增加后下降趋势。在拔节期和孕穗期，腐植酸肥处理低于CK，但一直高于等养分复合肥处理，开花期达到了最大值26.3 mg·g-1·24h-1。20～40 cm土层在小麦全生育期内，腐植酸肥与等养分复合肥处理蔗糖酶活性差异不大，但显著高于CK处理，开花期差异显著，为75.53%。总体表现腐植酸肥处理酶活性高于等养分复合肥处理和CK。

磷酸酶可以加速有机磷的脱磷速度，提高土壤磷的有效性，是评价土壤磷素转化方向的重要指标。从图4可知，在0～20 cm和20～40 cm土层，碱性磷酸酶整体表现为随着春小麦生育期的推进持续上升，灌浆期之后下降。0～20 cm土层，在灌浆期达到了最大值，腐植酸肥处理显著高于CK，增加了22%。20～40 cm土层，各处理变化差异不明显，但总体都低于0～20 cm土层。不同施肥处理之间比较，土壤酸性磷酸酶活性均表现为：腐植酸肥处理>等养分复合肥处理>CK。说明腐植酸肥处理可提高土壤碱性磷酸酶活性,活化土壤中的P，促进了土壤中P的有效化。

图3 腐植酸肥料对土壤蔗糖酶活性的影响

图4 腐植酸肥料对碱性磷酸酶活性的影响

Fig.4 Effects of humic acid fertilizer on soil alk-phosphatase activity

2.3 各生育期腐植酸肥对土壤养分的影响

2.3.1 腐植酸肥对土壤碱解氮含量的影响 由图5可见，小麦各生育期，0～20 cm土层土壤碱解氮含量为腐植酸肥处理和等养分处理均大于CK处理，20～40 cm土层腐植酸肥料处理对土壤碱解氮含量影响较小。在0～20 cm土层，与不施肥处理相比，腐植酸肥处理每个时期碱解氮含量都显著增加，最大差异出现在灌浆期，增幅为48.13%。与等养分复合肥相比，拔节期和灌浆期均无差异，后3个时期差异显著，分别增加11.49%、12.62%和14.09%。20～40 cm土层，整体呈现先增加后下降的趋势，在孕穗期和成熟期，腐植酸和CK处理差异显著。

图5 腐植酸肥料对土壤碱解氮含量的影响

Fig.5 Effects of humic acid fertilizer on soil alkali-hydrolyzable

2.3.2 腐植酸肥对土壤速效磷含量的影响 由图6可见，施肥增加了土壤磷含量，随着生育进程，0～20 cm和20～40 cm土层土壤速效磷含量均呈现先增加，后下降趋势，并且腐植酸肥和等养分复合肥处理都高于CK。0～20 cm土层中，在灌浆期达到了最高值，腐植酸处理为48.7 mg·kg-1，等养分复合肥处理为42.8 mg·kg-1，CK处理为26.7 mg·kg-1。20～40 cm土层中，除拔节期，CK和腐植酸肥处理都有显著差异。与等养复合肥处理相比，在孕穗期和成熟期差异显著，分别高出22.22%和27.68%。总体来说，腐植酸对增加土壤速效磷含量有显著作用。

2.3.3 腐植酸肥对土壤速效钾含量的影响 从图7可知，在小麦不同的生长时期，不同施肥处理对土壤速效钾含量是有影响的。在0～20 cm土层中，从整个小麦生长时期来看，CK的土壤速效钾含量呈下降趋势，腐植酸肥处理呈现增加趋势，后期增幅平缓，等养分复合肥处理呈现先增加后下降的趋势。腐植酸肥在灌浆期显著高于CK和等养分复合肥处理，差异最大，分别高出44.45%和8.44%。20～40 cm土层中，CK处理最大值出现在孕穗期，等养分复合肥处理最大值出现在开花期，腐植酸肥处理最大值出现在成熟期。总体来说，施肥增加了土壤速效钾含量，腐植酸肥效果更为明显。

图6 腐植酸肥料对土壤速效磷含量的影响

Fig.6 Effects of humic acid fertilizer on soil available P

3 讨 论

3.1 腐植酸肥料对小麦不同生育时期土壤团聚体组成的影响

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，其各个粒级含量受施肥的影响。本研究表明，腐植酸肥料处理和等养分复合肥处理影响了团聚体粒径分布，使其向2～0.25 mm和>2 mm粒径转移，增加了大团聚体含量，成熟期时，腐植酸肥料处理>2 mm粒级含量显著高于等养分复合肥处理。0～20 cm土层和20～40 cm土层团聚体变化趋势基本一致。刘恩科等[14]研究表明，长期施氮磷钾肥对>2 mm和0.25～2 mm粒径水稳性大团聚体的促进作用最明显。陈晓芬等[15]对红壤水稻土研究也表明有机肥的施用显著提高了水稳性大团聚体。腐植酸含有胶体结构，与土壤中的钙形成胶状物质，使土壤粘粒结合起来，从而改善土壤团粒结构[16]。并且腐植酸中含有富里酸和胡敏酸等含碳量较高的物质，施入土壤能增加有机碳含量，土壤有机碳含量增加，促进了土壤胶结作用，加强土壤的团聚作用，使大团聚体含量增加。

图7 腐植酸肥料对土壤速效钾含量的影响

Fig.7 Effects of humic acid fertilizer on soil available K

3.2 腐植酸肥料对小麦不同生育时期土壤酶的影响

土壤酶是一种生物活性物质，其活性可作为衡量土壤肥力水平的指标，施肥是影响土壤酶活性的重要因素。本研究结果表明，脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶均表现为腐植酸肥>等养分复合肥大>CK，这与前人的研究一致[17-18]。腐植酸肥处理前期脲酶活性较等养分复合肥处理低，灌浆期以后显著高于CK和等养分复合肥处理。主要因为腐植酸前期施肥多抑制脲酶活性，后期施肥少增加了脲酶活性。另一个原因是前期腐植酸施入多，腐植酸和脲素可生成腐-脲络合物,其在土壤中的稳定性远高于脲素[19]。与CK相比,腐植酸肥处理过氧化氢酶活性显著提高，这与任祖淦等[20]的试验结果一致。而孙瑞莲等[21]研究表明，施肥降低土壤过氧化氢酶活性，可能与土壤类型、环境、施肥种类等有关。腐植酸肥处理增加了蔗糖酶含量，但是与等养分复合肥处理差异不显著，其原因还需要进一步研究。腐植酸肥处理的碱性磷酸酶均大于CK和等养分复合肥处理，因为腐植酸复合肥在一定程度上降低土壤pH值[18]，可促进碱性磷酸酶活性。随着土层加深，微生物活性和土壤养分减少，其土壤酶活性均有所降低。

3.3 腐植酸肥料对小麦不同生育时期土壤养分的影响

腐植酸在土壤中具有吸附、代换作用，能使保氮、解磷、促钾及微量元素的有效性等功效大大提高[22-23]。施用腐植酸肥处理前期碱解氮低于等养分复混肥的处理，后期腐植酸肥处理显著高于等养分处理。可能是腐植酸存在对氮素起到缓冲的作用的物质，后期腐植酸减少，碱解氮增加。腐植酸的加入使土壤速效钾和速效磷含量得到了提高，所以腐植酸能增加土壤中钾和磷的含量。

4 结 论

施用棉粕型腐植酸肥能促进土壤大团聚体含量增加，提高土壤酶活性和土壤养分含量，对改善土壤环境具有重要意义。施用棉粕型腐植酸肥使0～20 cm土层的大团聚体含量、土壤酶活性和土壤养分含量都高于20～40 cm土层，且土壤2～0.25 mm和>2 mm粒级团聚体增加，土壤中速效养分显著增加；各生育时期土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性能力均有所提高，小麦生长后期脲酶活性提高，但对蔗糖酶活性影响不显著。

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Effects of cottonseed meal humic acid fertilizer on soil water-stable aggregates, soil enzymes and soil nutrition

PANG Qing-yang, XUAN Yu-long, CAI Xu, WANG Ya-ge, LI Wan-tao, WANG Kai-yong

(CollegeofAgriculture,ShiheziUniversity,Shihezi,Xinjiang832000,China)

A field experiment was conducted to identify the effect of cottonseed meal, a water-soluble humic acid fertilizer, on soil aggregates, enzymes and nutrients. Spring 38 was used as the test wheat variety, and three treatments—CK, equal nutrients compound fertilizer and equal nutrients cottonseed meal humic acid compound fertilizer—were designed in the experiment. The results are as follows. Compared with CK, in the treatment of humic acid fertilizer, percentage composition of soil aggregates at different levels transferred to aggregates (2～0.25 mm and>2 mm), soil urease activity, the activity of catalase and alkaline phosphatase increased significantly, and there was no significant difference in sucrase activity. Humic acid compound fertilizer increased the soil alkaline hydrolysis nitrogen, available potassium and available phosphorus content at 0～20 cm soil layer by 37.27%, 37.02% and 42.24% respectively in the whole growth stage. And it increased the soil alkaline hydrolysis nitrogen, available potassium and available phosphorus content at 20～40 cm soil layer by 15.55%, 57.36% and 61.52% respectively. Compared with equal nutrients compound fertilizer, equal nutrients cottonseed meal humic acid compound fertilizer transferred percentage composition of soil aggregates at different levels to aggregates (2～0.25 mm and >2 mm), improved the activity of soil urease, catalase and alkaline phosphatase, and there was no significant difference in sucrose activity. Compared with equal nutrients compound fertilizer, humic acid compound fertilizer increased the soil alkaline hydrolysis nitrogen by 5.92%, available potassium by 4.29% and available phosphorus by 8.8% at 0～20 cm soil layer, and alkaline hydrolysis nitrogen by 1.9%, available phosphorus by 15.39%, available potassium by 8% at 20～40 cm soil layer in the whole growth stage.

humic acid fertilizer; soil water-stable aggregates; soil enzymes; soil nutrition

1000-7601(2017)04-0054-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.09

2016-05-20

国家自然科学基金(31560169)；国家科技支撑计划项目(2014BAC14B030-2)；国际科技合作项目(2015DFA11660)

庞庆阳(1990—)，男，河南睢县人，硕士研究生，主要从事土壤环境与生态安全研究。 E-mail：pqyoo@126.com。

王开勇(1978—)，男，山东单县人，副教授，博士，主要从事土壤环境与生态安全研究。E-mail：wky20@163.com。

S141；S154.2

A