不同施肥配比对芒果园土壤养分、微生物数量和酶活性的影响

2018-05-14陈瑞州李静范家慧林电

热带作物学报 2018年6期

陈瑞州李静范家慧林电

摘要通過小区试验，探索化肥减施和有机肥替代部分化肥对芒果园土壤养分、微生物数量和酶活性的影响。结果显示，土壤pH值、有机质、碱解氮、速效钾、有速效磷含量顺序均为：常规施肥>化肥减施20%>有机肥替代20%，但化肥减施20%和常规施肥处理差异均不显著，有机肥替代20%处理的有机质、速效钾、速效磷均显著低于常规施肥；脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸单酯酶活性顺序为：常规施肥>化肥减施20%>有机肥替代20%，化肥减施20%处理土壤酶活性均与常规施肥处理无差异显著性，有机肥替代20%处理的土壤酶活性均显著低于常规施肥；真菌、放线菌数量顺序为：化肥减施20%>常规施肥>有机肥替代20%，差异不显著；细菌数量顺序为：有机肥替代20%>常规施肥>化肥减施20%，差异不显著；相关性分析结果表明，土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸单酯酶活性均与土壤有机质、碱解氮、速效钾、速效磷有显著或极显著相关性。

关键词化肥减施；有机肥替代；土壤养分；土壤酶；微生物

中图分类号 S435.33 文献标识码 A

Effects of Different Fertilizer Ratio on Soil Nutrient， Microbial Quantity and Enzyme Activity in Mango Garden

Chen Ruizhou， Li Jing， Fan Jiahui， Lin Dian*

Tropical Plant Nutrition Laboratory， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract The effect of fertilizer reduction and organic fertilizer on soil nutrient， microbial quantity and enzyme activity in mango orchard was explored through plot experiments. Soil pH， organic matter， nitrogen， available potassium and available phosphorus content were in the order of conventional fertilizer， chemical fertilizer 20% reduced， 20% organic fertilizer substitution， but the difference of chemical fertilizer 20% reduced and conventional fertilizer treatments were not significant. The organic matter， available potassium and available phosphorus of 20% organic fertilizer substitution were significantly lower than that of conventional fertilization. The activity of urease， catalase and acid phosphatase was in the order： conventional fertilizer， chemical fertilizer 20% reduced， 20% organic fertilizer substitution. Soil enzymatic activity of chemical fertilizer 20% reduced had no significant difference with conventional fertilizer. Soil enzymatic activities of 20% organic fertilizer substitution were significantly lower than that of conventional fertilization. Content of fungi and actinomycetes was in the order： chemical fertilizer 20% reduced>conventional fertilizer>20% organic fertilizer substitution， without significant difference. Content of bacteria was in the order： 20% organic fertilizer substitution>conventional fertilizer> chemical fertilizer 20% reduced， without significant differencet. The results of correlation analysis showed that soil urease， catalase and acid phosphatase activity were significantly correlated with soil organic matter， alkali hydrolyzable nitrogen， available potassium and available phosphorus.

Key words fertilizer reduction； organic fertilizer substitution； soil nutrient； soil enzyme； microorganism

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.06.003

随着人们重新对有机肥的重视，在海南省芒果园的施肥管理中，鸡粪、羊粪、牛粪等有机肥的使用频率和比例逐渐提高，甚至有果农表示在生产中仅施用有机肥和叶面肥，放弃了土施化肥。因此，在现有化肥+有机肥的施肥模式下，为了科学的分配有机肥和化肥的比例，对芒果园化肥减施和有机肥部分替代化肥的土壤养分效应进行对比评价显得尤为重要。

科学施肥是一项以作物需肥特性和土壤肥力特性为基础，结合作物不同生长阶段以合适的肥料比例适量施用肥料的科学。然而，大多数果农施用氮磷钾肥的比例和用量比较盲目，因而不考虑作物独特的需肥特性而单独对某一种养分元素的用量进行调整会降低试验的科学性。中国南方多为酸性土壤，酸性土壤中铁和铝的活性较大，容易与磷形成难溶性盐而降低土壤有效磷含量，引起作物缺磷。然而，贵妃芒等芒果对钾、氮、钙需求量较大，对磷的需求量较少[1]，由此，芒果园土壤缺磷容易对果农形成误导，导致磷肥施用量过大。漆智平[2]综合国内外芒果施肥配比的研究指出，热带地区芒果常按N：P：K：Ca：Mg=1：0.2：1：0.9：0.2施肥。因此，本研究设计处理时希望在做到“减量”或“替代”的前提下，以适合芒果的施肥比例进行施肥。这意味着，本研究需在保证有效养分投入总量相等的情况下，以完全不同于果农的配比调整氮磷钾3种肥料的投入，并在此基础上进行氮磷钾肥统一减量的试验，这是一次新的尝试和挑战。

据统计[3-5]，世界各国所采用的芒果施肥量约为N 300～800 g/株、P2O5 100～600 g/株、K2O 200～800 g/株。本研究供试果园施肥量约为N 386.7 g/株、P2O5 187.5 g/株、K2O 187.5 g/株，在统计范围内，且处于较低水平。因此，本研究设定化肥减施量为20%，一方面希望能获得较明显的效果，另一方面希望对树体养分的供应不造成太大影响。

臧小平等[6]研究发现，在保持化肥施用量不变的情况下，增施有机肥可以显著提高芒果果实品质以及土壤的速效养分、全量养分。臧小平等[7]还发现，用部分有机肥替代化肥，芒果果实品质和土壤速效养分均比纯施化肥处理的高。吴能义等[8]、麦全法等[9]、张文等[10]也对芒果施肥管理开展了许多研究工作。目前，关于小麦[11]、水稻[11-12]、玉米[13]等作物的化肥减施和有机肥替代研究越来越多，而尚无研究对芒果园化肥减施和有机肥替代的土壤肥力效应进行对比，也尚无结合土壤微生物及土壤酶活性对芒果园土壤肥力进行评价的研究。对此，本研究选用三亚有代表性芒果园开展试验研究，讨论不同施肥处理在一个芒果生产周期结束后对土壤肥力是否产生影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料氮肥主要为尿素（N 46.4%）、复合肥（氮磷钾比例为15：15：15），钾肥主要为氯化钾（K2O 60%），商品有机肥为鸡粪（N 1.52%、P2O5 1.98%、K2O 2.00%，C/N为38.97，含水量约30%）和羊粪（N 0.89%、P2O5 0.69%、K2O 1.71%，C/N为22.12，含水量约30%）。供试果园栽种芒果品种为贵妃芒，栽种规格3.5 m×3.5 m，树龄约10 a。

1.1.2 试验时间和地点 2016年5月～2017年5月，于海南省三亚市凤凰镇有代表性的芒果园进行试验，试验地位于北纬N18°18′40.23″，东经E109°25′2.64″，土壤类型为花岗岩褐色砖红壤。土壤肥力基本情况：pH 5.78、有机质8.00 g/kg、碱解氮25.20 mg/kg、速效钾108.19 mg/kg、速效磷34.95 mg/kg、比重2.69 g/cm3。

1.2 方法

1.2.1 试验设计化肥施用比例N：P2O5：K2O=1：0.2：1。试验设3个处理，分别为：常规施肥（N，化肥+常规有机肥）；化肥减施20%（F，该处理化肥提供的N+P2O5+K2O总量减少20%，有机肥提供的N+P2O5+K2O总量与常规有机肥提供的N+P2O5+K2O总量相等）；有机肥替代20%（O20，该处理化肥提供的N+P2O5+K2O總量减少20%，减少的N+P2O5+K2O总量通过有机肥补足）。具体施肥量见表1，每个处理设置3个小区，每个小区由3棵长势相近的芒果树组成。

1.2.2 施肥方法化肥根据果树生长周期分3次施入，分别为攻梢肥（总氮40%、总磷50%、总钾40%），催花肥（总氮30%、总磷30%、总钾20%），壮果肥（总氮30%、总磷20%、总钾40%）。有机肥分2次施入（5月攻梢期、9月催花期）。肥料以施肥沟形式施入，施肥后覆土。

1.2.3 样品采集 2017年5月7日，在收获期采集施肥沟区域0～20 cm土层土壤，每棵树取样约500 g，3棵树的土壤混合为一个样品。2017年5月8日过2 mm筛，去除石块和残枝败叶，取样测定微生物含量和土壤含水量；余下土壤放室内自然风干后，四分法取约500 g，过1 mm筛，测定土壤酶活性、pH及其他养分指标。

1.2.4 样品分析方法采用稀释平板法测定土壤可培养微生物[14]，其中，LB培养基最适合细菌繁殖，24 h便可长出菌落，而真菌和放线菌不能，从而筛选出细菌；改良高氏一号培养基中添加了重铬酸钾，使细菌和真菌无法生长，从而筛选放线菌；马丁氏-孟加拉红培养基中添加了氯霉素和孟加拉红，这2种试剂可以抑制细菌和放线菌的生长，从而筛选出真菌。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾容量法测定[15]，以每克土20 min消耗的0.1 mol/L的KMnO4体积表示；土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定[15]，以每克土壤中24 h产生的NH3-N的毫克数表示；磷酸单酯酶用对硝基苯磷酸盐法测定[16]，以每克土1 h产生的对硝基苯酚的毫克数表示。

南方酸性土壤在1 mol/L KCl溶液中pH更稳定，因此土壤pH采用氯化钾浸提液-pH酸度计法测定[17]。土壤有机质及速效养分含量采用《土壤农化分析（第三版）》[18]进行测定，分别为：土壤有机质采用外加热重铬酸钾容量法；土壤速效磷采用盐酸-氟化铵浸提——钼锑抗比色法（Bray法），含量以P计；土壤速效钾采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法，含量以K计；土壤碱解氮采用1 mol/L NaOH碱解扩散法，含量以N计。

1.3 统计分析

数据运用Excel 2003和SAS 9.4软件进行整理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤pH、有机质和速效养分含量的影响

从表2可知，与常规施肥（N）相比，化肥减施处理（F）pH提升0.1，差异不显著；有机质、碱解氮、速效钾、速效磷含量均有小幅减少，但是差异不显著；有机肥替代处理（O20）pH提升0.08，差异不显著；有机质、速效钾、有效磷含量均显著降低；碱解氮含量均值差异较大，但是差异不显著，可能是由于标准偏差较大引起。与化肥减施处理（F）相比，有机肥替代处理（O20）pH降低0.02，差异不显著；有机质、碱解氮、速效钾、速效磷含量均有一定幅度降低，但是差异均不显著。

2.2 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

如表3所示，对比N处理和F处理可知，保持常规有机肥施肥量，化肥减量20%对土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸单酯酶活性均无显著影响，但是脲酶活性降低21%。对比N处理和O20处理可知，有机肥替代20%化肥会显著降低3种土壤酶活性。F处理和O20处理比较，结果显示等量化肥投入下，增施有机肥使过氧化氢酶活性和酸性磷酸单酯酶活性均显著降低。

2.3 不同施肥处理对土壤微生物数量的影响

从表4可知，N处理与F处理比较，化肥减施对土壤细菌数量影响不大，但是对提高土壤真菌、放线菌数量有一定效果。对比N处理和O20处理可知，有机肥替代对土壤细菌、真菌、放线菌数量的影响不大，没有显著性差异。对比F处理和O20处理可知，增施有机肥后，O20处理下土壤的细菌数量变化不大，但是真菌和放线菌数量明显降低。

2.4 土壤pH、有机质和速效养分与土壤酶活性及微生物数量的相关性分析

表5显示，土壤有机质、碱解氮、速效磷两两间呈极显著正相关，速效钾与土壤碱解氮、有机质呈极显著正相关。土壤过氧化氢酶活性与土壤碱解氮、速效钾、有机质含量有极显著正相关性，与有效磷呈显著正相关；土壤脲酶活性与土壤碱解氮、速效钾、有机质含量有显著正相关性，与有机质含量呈极显著正相关性；酸性磷酸单酯酶活性与土壤碱解氮、速效磷、有机质含量呈极显著正相关，与速效钾呈显著正相关。3类微生物与土壤pH、有机质及速效养分均未表现出显著相关性。

3 讨论

土壤微生物是土壤养分转化的关键因素之一[19]，而土壤养分反过来也影响或限制微生物的生长繁殖。与化肥相比，有机肥对土壤微生物影响更大[20]，这种影响通常可归结到土壤有机质含量的差异[21]，因为有机肥可以显著改变土壤碳氮比，提高有机质和氮磷钾含量，促进微生物代谢和繁殖[22]。土壤有机质的降解主要依赖土壤微生物，而土壤酶在这一过程中起到主要作用。但是，土壤酶的来源不局限于土壤微生物，植物根系、土壤动物的分泌物和动植物残体都会源源不断向土壤中释放各种酶类[15]。因此，土壤酶活性可以充分说明土壤中生化反应的强度[23]，但是不足以完全准确地反映土壤微生物量的大小。鉴于土壤酶在土壤生化反应中的作用可知，土壤养分的高低与各种土壤酶活性的强弱之间必然存在着密切的联系。

3.1 不同施肥处理对土壤速效养分情况的影响

土壤速效养分是评价土壤肥力的常用指标。本研究结果显示，F处理土壤速效养分含量均比N处理稍低，但是差异不显著，这说明在施用一定量有机肥情况下，减少化肥施肥量对土壤速效养分的影响较小。万毅林[24]、刘小粉等[25]也有类似的研究结果。结合土壤养分与土壤酶活性的相关系数可知，土壤有机质、碱解氮、速效钾、速效磷含量均与土壤脲酶、酸性磷酸单酯酶、过氧化氢酶活性达到显著或极显著正相关。处理N下3种酶活性均比处理F高。这说明N处理和F处理下土壤养分的差异是由土壤酶活性引起的。同理可证，土壤酶活性的差异是导致N、F、O20處理中土壤速效养分差异的关键因素。

3.2 不同施肥处理对土壤有机质含量的影响

本研究结果显示，有机肥替代20%化肥，土壤有机质反而比常规施肥显著降低，这与有机肥种类和施用比例的特殊性有关。一些研究者认为，有机肥料C/N低于20时，可以认为完全腐熟[26]。迟凤琴[27]研究显示，有机物料C/N比越高，分解速率越快，而与物料本身的全磷全钾含量没有明显的关系。因为未充分腐熟的有机物料保持了原形态特征，更容易被微生物腐解，而充分腐熟的有机物料因为土壤微生物可利用的有机质已经减少，进一步腐解的难度大，腐解速率较低[28]。本研究中，鸡粪C/N为38.97，羊粪C/N为22.12，均未完全腐熟，但羊粪腐熟程度比鸡粪高。因此，O20处理因鸡粪施用比例远高于N处理，腐解速率较高，大量有机质转化为CO2散失，土壤残留的有机质含量更低。这说明，在农业生产中，施用腐熟程度较高的有机肥才能使土壤保有较高的有机质含量。对比N处理和F处理，有机质含量没有显著差异，可能是因为N处理施用更多氮磷钾肥，促进了有机质的腐解[28-29]。

3.3 不同施肥处理对土壤微生物数量的影响

土壤微生物种类繁多，主要包括细菌、放线菌、真菌等，他们是将土壤有机物质分解转化为植物可利用养分的关键，在土壤物质转化中有多种作用，与土壤肥力和植物营养有密切关系[19]。土壤细菌大部分依靠分解蛋白质和简单碳水化合物生活，放线菌具有降解纤维素、木质素、几丁质的能力，这两者是土壤有机质降解的“主力军”；真菌的作用主要是通过菌丝改善土壤物理结构，但却是多种作物的病原菌[30]。因此，一般认为，富含细菌的土壤肥力较高，富含真菌的土壤肥力较低。

土壤微生物是敏感的指标，容易受外界环境影响而产生变化[31]。根据微生物生物量脉冲-松弛规律[32]，加入大量速效基质后，土壤微生物生物量有一个急剧增加的过程，待基质消耗殆尽，生物量缓缓下降。因此，O20处理施用大量高碳氮比的鸡粪后，土壤中微生物量必然有大幅提升，且远高于N、F处理。随着有机质被大量消耗，土壤基质减少，O20处理下微生物数量逐渐减少；而N处理和F处理因鸡粪占比较低，微生物数量增长幅度较小，有机质腐解速率低，土壤中仍残留有较多基质可以稳定持续的供给微生物代谢和繁殖，到收获期微生物数量变化不大。因此，土壤微生物量的大小不仅与有机质的多少有关，也与有机质的成分，特别是碳氮比的高低有关。

有研究[33]指出，果园0～30 cm土壤细菌数量约为1.09×106 CFU/g，真菌数量约为1.40×105 CFU/g，放线菌数量约为1.27×105 CFU/g，均明显高于本研究土壤微生物数量。这可能是由地理环境差异引起的。本研究土壤为花岗岩发育的砖红壤，地处北纬N18°18′40.23″，属于热带地区，年积温高，降雨多，加上果园地表裸露，淋溶现象严重。因此，本研究中土壤比重高达2.69 g/cm3，含砂量较高，细沙较少，对土壤微生物的生长繁殖不十分有利，从而导致微生物数量较少。

3.4 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

脲酶是一种特异性催化尿素水解产生氨的寡聚酶，来源包括植物根系和土壤微生物等[15]，是评价土壤中尿素利用效率的关键指标。过氧化氢酶具有催化过氧化氢分解的作用，对保护植物根系免受过氧化氢毒害有重要作用。酸性磷酸单酯酶主要由植物根系分泌[34]，可以水解有机磷的磷酸单酯键产生磷酸根离子，供作物吸收，是评价土壤中磷利用效率的关键指标之一。目前，土壤酶活性越来越广泛的被用于土壤肥力的评价[15]，其活性高低与土壤肥力高低相对应。本研究发现，化肥减施对3种土壤酶活性均没有显著影响，有机肥替代引起3种土壤酶活性下降。王庆[35]、黄容等[12]在进行化肥减施试验时有类似结果，但王庆[35]、邢鹏飞等[36]在进行有机肥替代试验时结果與本研究不同。诸多研究[15，37]表明，土壤微生物生物量与土壤酶活性有密切的相关性，一般来说，土壤酶活性与微生物生物量呈显著正相关。其中，微生物生物量又可分为活性部分和非活性部分[38]。有研究报道认为土壤脱氢酶活性的减少可能缘于土壤基质的减少或微生物活性的降低[39]。本研究中，3个处理的土壤细菌、放线菌、真菌数量都没有显著差异，而O20处理土壤酶活性却均显著低于N处理，这可能意味着O20 微生物活性较低；同时，这也可能是由于O20处理下土壤有机质含量较低引起。

4 结论

经过一个生产周期，相比于常规施肥处理（化肥+有机肥），得出以下结论：（1）施用鸡粪比例较高的有机肥替代处理土壤速效养分和有机质含量显著降低，土壤酶活性降低，土壤微生物数量没有显著变化；（2）化肥减施处理土壤速效养分和有机质含量、土壤酶活性和微生物数量均没有显著变化，但土壤真菌和放线菌数量明显提高。

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