不同施肥措施对茶园土壤酶活性及土壤肥力的影响

朱寒阳， 傅海平， 张国林， 周品谦， 邹冬生

(1.湖南农业大学，湖南长沙 410128； 2.湖南省农业科学院茶叶研究所，湖南长沙 410125)

湖南是我国重要的茶叶生产基地之一，但因湖南是多丘陵地区，土地贫瘠，且茶农对施肥处理不当，使得湖南茶叶的产量与质量较低，同时土壤质量也因此降低；土壤肥力水平在很大程度上受限于土壤酶活性，是因为土壤酶在土壤肥力的演化里起着重要的作用[1]，因此土壤酶活性常被作为反映土壤肥力变化与评价土壤营养物质的循环转化情况的重要指标之一[2-3]。有研究表明，施有机物料或有机无机配施可以提高土壤多种酶的活性[4-6]，起到提升土壤肥力的作用，但当前对于有机肥应如何配施以及选用何种有机肥效果最佳仍存在争议。菜籽饼与绿肥作为一种重要的有机肥料，其在减少化肥用量、提高作物产量、培肥土壤地力等方面起着重要作用。本试验对采用不同施肥措施后土壤酶活性与土壤肥力关系进行研究，通过相关分析，减少化肥施用并为茶园土壤施肥提供更合理的方法，改善生态环境并为湖南茶园土壤减少化肥使用、改善生态环境、发展低碳农业提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地点位于湖南省长沙县高桥镇，地处113°19′E、28°29′N，海拔68 m，属亚热带季风气候。供试土壤为红壤，pH值为3.8；有机质含量13.17 g/kg，碱解氮含量 95.2 mg/kg，速效磷含量11.77 mg/kg，速效钾含量 67.03 mg/kg。供试茶树品种为福鼎大白。

1.2 试验材料

供试有机肥为菜籽饼，其养分含量分别为：全氮(N)6.25%，全磷(P2O5)2.65%，全钾(K2O)1.71%，全碳(C)59.2%；化肥为尿素。供试绿肥为湖南省茶叶研究所选育绿肥新品种茶肥1号。

1.3 试验方法

该试验于2015年开始，共设5个处理，每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积30.0 m2，具体情况如表1所示。

表1 不同施肥处理的试验设计

土壤采集时间为2017年4月，各试验小区内按5点取样法取样，采集茶园0～20、20～40 cm土层样品，混匀。带回实验室，去除石砾、植物残根等杂物，湿土风干后过2 mm筛。

1.4 测定项目与方法

土壤酶活性通过试剂盒方法测量，土壤pH值采用电位法，土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法，土壤全氮含量采用半微量凯氏定氮法，土壤碱解氮含量采用碱解扩散法，土壤有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗显色分光光度法，土壤速效钾含量采用醋酸铵提取火焰光度法测定[7]。

1.5 数据分析

数据分析由SPSS 22.0和Excel 2010进行统计分析，Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

脲酶是尿素胺基水解酶的通称，能将酰胺态有机氮化物水解为植物可直接吸收利用的无机氮化物。由图1可知，RSC.M脲酶活性与RSC.CF无显著差异，且RSC.CF的脲酶活性显著大于RSC、CF、CK(P<0.05)。RSC.M脲酶活性显著高于CK，且高于RSC、CF处理，但不显著(P>0.05)。CK处理中脲酶活性低于其他施肥处理，与RSC.M、RSC.CF处理差异显著。与CK相比，配施菜籽饼的处理中土壤脲酶活性皆有所提高，幅度为3.07%～7.70%。

土壤酸性磷酸酶是土壤供磷能力的重要指标之一，它能促进土壤有机磷的矿化与分解，有助于植物对磷的吸收。CF处理中酸性磷酸酶活性低于其他模式，但仅与RSC.CF差异显著(P<0.05)，RSC.M、RSC.CF、RSC、CK之间差异不显著。配施菜籽饼处理的酸性磷酸酶活性比CK高2.15%～4.43%。

蔗糖酶为将土壤中蔗糖分子分解成能够被植物和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖的水解酶，为土壤生物体提供充足的能源，其活性反映了土壤有机碳累积与分解转化的规律。由图1可知，0～20 cm中不同处理中的蔗糖酶活性依次为RSC.M>RSC.CF>CF>RSC>CK，且RSC.M、RSC.CF的蔗糖酶活性与CF处理间皆差异显著；其中，配施了菜籽饼的处理蔗糖酶活性比CK高24.35%～56.03%。

过氧化氢酶是一种能酶促过氧化氢分解为水和氧，从而解除过氧化氢毒害作用的重要氧化还原酶，在一定程度上表征土壤生物氧化过程的强度。由图1可知，CK与其他3种配施菜籽饼的处理间差异不显著，但与CF差异显著。与CK相比，CF处理的过氧化氢酶活性降低了2.2%；而配施了菜籽饼的处理过氧化氢酶活性降低了1.0～1.8%。

综合分析来看，配施菜籽饼对土壤酶活性的提高是有效的，将化肥与菜籽饼配施后，土壤酶活性明显提高。在配施菜籽饼的处理中，RSC.M与RSC.CF对酶活性的提高效果最佳。与CK相比，RSC.M处理的土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性分别提高6.47%、3.77%、56.03%；RSC.CF处理的土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性分别提高7.70%、4.43%、45.34%。

2.2 不同施肥处理对土壤肥力的影响

由表2可知，不同施肥处理下的土壤养分状况明显存在差异。与对照(CK)相比，单施化肥(CF)pH值降低3.87%，碱解氮、有效磷、速效钾这3种土壤速效养分含量变化幅度分别为-27.69%、-55.46%、2.30%，全氮、全磷、全钾、有机质含量变化幅度则为-12.43%、-2.08%、3.16%%、-20.17%；RSC处理的pH值降低4.84%，碱解氮、有效磷、速效钾含量幅度变化分别为-12.78%、96.12%、-26.66%，全氮、全磷、全钾、有机质含量的变化幅度则为5.92%、22.92%、2.21%、6.01%；RSC.M的pH值降低4.60%，碱解氮、速效钾、全氮含量也分别降低11.16%、9.39%、-3.55%，有效磷、全磷、全钾、有机质含量则分别提高294.89%、25.63%、0.22%、4.51%；RSC.CF仅pH值这个指标降低7.26%，碱解氮、有效磷、速效钾这3个土壤速效养分含量分别提高9.52%、218.66%、1.30%，全氮、全磷、全钾、有机质含量则分别提高25.44%、42.29%、0.44%、28.65%。

从显著性分析的结果来看，不施肥(CK)处理的pH值最高，且与其他处理差异显著(P<0.05)；有效磷含量显著性低于RSC.M，全磷含量则显著低于RSC.CF，其他土壤肥力指标虽与RSC.M、RSC.CF处理不同，但差异不显著。单施化肥(CF)处理的有效磷含量亦显著低于RSC.M，其碱解氮、全氮、全磷、有机质含量则显著低于RSC.CF。RSC.M与RSC.CF 相比则可以发现，RSC.M的pH值显著高于 RSC.CF，其他指标差异不显著。

表2 不同施肥措施对土壤养分含量的影响

2.3 土壤酶活性和土壤肥力因子的相关性分析

由表3可知，过氧化氢酶活性与pH值呈显著正相关，与其他土壤养分因子皆呈正相关关系但不显著。脲酶活性与pH值相关系数为-0.778，呈极显著负相关，与有效磷含量呈极显著正相关，与全氮、全磷、有机质含量呈显著正相关。蔗糖酶活性与pH值的相关系数为-0.747，呈极显著负相关，与过氧化氢酶活性呈负相关，与其他因子呈正相关，与全磷、有效磷含量相关系数为0.610、0.727，呈显著正相关。酸性磷酸酶活性与pH值的相关性系数为-0.436，与碱解氮、有效磷、全氮、全磷、有机质含量相关性系数分别为0.648、0.795、0.691、0.818、0.778并呈极显著相关，与全钾含量、pH值外其他因子呈正相关。脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性间亦均呈显著性正相关，这表明3种酶在提升土壤肥力、促进土壤养分转化上起到了重要作用。

表3 土壤酶活性与主要养分含量的相关系数

注：*、**分别代表与对照组相比差异显著、极显著。

2.4 茶园土壤肥力的主成分分析

为筛选出影响土壤肥力的主要因子群，将土壤酶活性与土壤肥力因子汇总后进行主成分分析(表4)，前3个主成分的累积方差贡献率为80.732%(大于80%)，第一主成分方差贡献率达到50.026%，在3个主成分中为主要影响因子，且第一主成分可作为影响土壤肥力水平的综合指标来表示土壤的综合肥力构成(表5)。用线性函数指代土壤综合肥力(y)与土壤各因子之间的关系可得：

y1=0.084x1+0.836x2+0.685x3+0.887x4-0.629x5+0.737x6+0.826x7+0.375x8+0.793x9+0.922x10+0.922x11+0.891x12

式中：x1～x4代表过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶这4种酶的活性，x5则代表pH值，x6～x8则代表土壤速效养分——水解性氮、有效磷、速效钾含量，x9～x12则分别表示全氮、全磷、全钾、有机质含量。根据特征向量，第一主成分中以脲酶与酸性磷酸酶活性，碱解氮、有效磷、全氮、全磷、有机质含量为主导因子，pH值则为限制因子。第二主成分中则以过氧化氢酶、蔗糖酶活性和pH值为主导因子。

表4 供试土壤主成分特征值

3 讨论与结论

土壤酶活性变化可以反映土壤养分转化的动态过程，表示土壤肥力水平[8-9]。本试验中CF处理的酶活性相比CK变化幅度为-2.21%～29.10%，且过氧化氢酶活性显著性低于CK处理，这与相关研究结果[10-12]类似，且CF处理脲酶与蔗糖酶活性高于CK处理是因土壤中有机碳增多而获得短期提高， 其他土壤酶活性降低也印证了长期单施化肥可能会降低土壤肥力水平[13]。

配施菜籽饼的处理中土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性与CK处理相比皆有所提升，这说明配施菜籽饼能够提升土壤酶活性。将菜籽饼与化肥混合(RSC.CF)处理的土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶以及过氧化氢酶活性与CF处理相比分别提高6.02%、7.48%、12.48%、0.75%。RSC.M脲酶与酸性磷酸酶活性要略低于RSC.CF，但在另2种酶活性高于RSC.CF，且蔗糖酶活性显著优于RSC.CF。RSC.M的蔗糖酶活性远高于RSC.CF，这可能与菜籽饼相关，菜籽饼分解有益于促进微生物繁殖并增强微生物活性，从而能够产生大量土壤酶，从而使RSC.M的酶活性有所提高。而从荣勤雷等的试验结果[12]来看，RSC.M脲酶活性略低于RSC.CF，是因为绿肥与菜籽饼的施用效果想要达到最佳仍需要更多时间，因此从短期来看，RSC.CF是5种施肥处理中最优的，RSC.M次之。CK过氧化氢酶活性高于其他模式且与CF差异显著，这可能与绿肥或化肥用量超量有关，这与刘磊等的研究[14-15]一致，是因为肥料的施入增加了土壤中微生物和植物可直接利用的养分，所以土壤过氧化氢酶活性低于不施肥处理。除速效钾、全钾含量外，CF其他各项指标均低于CK。这在Ebhin等的试验中亦有所体现[13，16]，这从土壤肥力因素方面印证了长期单施化肥可能会降低土壤肥力水平。此外，不同的施肥处理土壤养分含量变化表现各异。菜籽饼+绿肥(RSC.M)与化肥+菜籽饼(RSC.CF)这2种施肥处理最优，且除pH值、速效钾含量、全钾含量，这2种施肥处理其余各项指标皆优于单施化肥(CF)，RSC.CF碱解氮、全氮、全磷、有机质与CF差异显著。大量研究表明，有机肥与化肥配施能够提高土壤中有机质、全氮、全磷、碱解氮和速效磷的含量[16-18]。

表5 供试土壤主成分的规格化特征向量

注：划线数据为绝对值最大的载荷值。

RSC.M碱解氮、全钾、全磷、速效钾、全氮、有机质这6项肥力指标均低于RSC.CF，这可能与土壤微生物分解绿肥需要碳源和氮源有关[18-19]，即当绿肥投入土壤后，虽然增加了土壤中的碳氮量，但是有机物质分解会促进微生物繁殖，增加土壤各类酶的数量使植株与微生物间在土壤碳氮源上产生争夺，从而在某种程度上抑制了绿肥分解和土壤养分释放。这与叶协锋等的研究结果[20]一致。此外，RSC在除全氮含量外各项肥力指标上与RSC.M表现出了相似趋势，这也证明了绿肥投入量过大导致RSC.M部分指标低于菜籽饼混合化肥RSC.CF。因此，若将绿肥翻压量进行适当调整，绿肥混合菜籽饼(RSC.M)各项肥力指标或有所提高。

综上所述，结合酶活性/土壤肥力及主成分分析中土壤肥力的函数表达可知，脲酶活性、酸性磷酸酶活性、碱解氮含量、有效磷含量、全氮含量、全磷含量、有机质含量更高的模式的土壤肥力更好；因此，RSC.CF优于CF，RSC、RSC.M优于CK。由此可见，配施菜籽饼有助于土壤肥力的提升。