连年翻压紫云英对早稻田土壤性质及酶活性动态的影响

陈云峰 ，邹贤斌 ，罗时明 ，李双来 ，胡 诚 *，乔 艳 ，刘东海

（1．农业农村部废弃物肥料化利用重点实验室，湖北 武汉 430064；

2．湖北省农业科学院植保土肥研究所，湖北 武汉 430064；3．湖北省随县农业局，湖北 随县 431500；4．湖北省通城县农业局，湖北 通城 437400）

紫云英（Astragalus sinicus L.）作为一种豆科绿肥，主要用于中国南方稻区，尤其是双季稻区。紫云英有较好的固氮作用，整体翻压入稻田后能迅速腐烂［1-2］，为土壤提供有机质、氮素和各种养分，从而培肥地力。翻压紫云英后对土壤养分影响的研究较多，但集中于研究收获后土壤养分差异［3-5］。由于紫云英养分释放较快［1］，研究翻压紫云英对土壤养分的动态影响更有意义，但目前这方面的研究较少，主要集中在盆栽试验［1，6-7］和中稻田间试验［8-9］。双季稻条件下，紫云英—早稻间隔时间相对紫云英—中稻更短，翻压紫云英对土壤养分动态的影响更值得关注。此外，紫云英翻压至稻田后，其养分释放过程需要土壤酶的参与。因此，许多学者研究了翻压紫云英对土壤酶活性的影响［10-12］。但这些研究与翻压紫云英对土壤养分含量的影响研究类似，对酶活性动态的影响关注较少。

湖北省是全国紫云英主要种植区之一，紫云英—双季稻模式为紫云英主要利用模式。研究紫云英翻压后早稻整个生育期内土壤速效养分和酶活性的动态变化，可以为水稻的施肥管理提供参考，为正确培肥土壤地力提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验设在湖北省咸宁市通城县隽水镇下阔村（29°31′32″N，113°68′49″E）。早稻种植前土壤基础理化性质为：pH值5.4（2014年4月测定），有机质 30.7 g/kg、碱解氮 196.6 mg/kg、有效磷（P）6.6 mg/kg、速效钾（K）67.6 mg/kg（2010 年 4 月测定）。

1.2 试验设计

试验设3个处理：（1）对照（CK），不施化肥、不翻压紫云英；（2）单施化肥（NPK）；（3）化肥配施紫云英（NPK+CMV）。每个处理设4次重复，小区面积20 m2，随机排列。试验从2008开始，至2015年为7年定位试验。各处理早稻、晚稻施肥量见表1，晚稻各处理不再翻压紫云英，均施用等量化肥。供试紫云英品种为通城大叶籽，含水量90.2%，全氮 31.9 g/kg，全磷 5.0 g/kg，全钾 28.7 g/kg。氮磷钾肥分别以尿素（N 46%）、普钙（P2O512%）和氯化钾（K2O 60%）肥施入。供试早稻品种为鄂早18。

表1 各处理施肥量 （kg/hm2）

值得注意的是，由于早稻在翻压紫云英后15 d移栽，而基肥在早稻栽前1 d施入，因此在紫云英翻压后14 d内，NPK处理实际上为CK处理，NPK+CMV处理为单施紫云英处理（CMV），为描述方便，这一段时间内的CMV处理仍采用NPK+CMV表示。

1.3 采样及测定

紫云英翻压后2、4、8、16、32 d及水稻拔节期、孕穗期、收获期取样，共8次。采样方法为5点采样法，在小区4个角和中心点采样，深度为20 cm，测定pH值、有机质、有效磷、速效钾及蔗糖酶、脲酶及酸性磷酸酶活性。其中pH值为2014年数据，2014年首次取样日期为4月17日，其他项目为2015年数据，首次取样日期为2015年4月16日。

有机质采用重铬酸钾氧化外热源法测定；碱解氮采用半微量凯氏定氮法测定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾采用1 mol/L的醋酸铵溶液浸提，火焰光度法测定；pH值采用水浸提，酸度计法测定，以上测定方法参见鲍士旦的著作［13］。土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性均采用比色法测定，底物分别为蔗糖、尿素和磷酸苯二钠［14］。

1.4 统计分析

采用t检验分析紫云英翻压2、4、8 d后CK和NPK+CMV处理之间土壤性质和酶活性差异。采用单因素方差分析紫云英翻压16、32 d及水稻拔节期、孕穗期、收获期的CK、NPK、NPK+CMV处理之间土壤性质和酶活性差异，多重比较采用邓肯氏分析法。采用双因素方差分析采样时间差异、采样时间与处理之间的交互作用。不满足齐次性统计假设的数据在分析之前采用平方根、倒数、Lg（x+1）等方式进行转换，如若转换后仍不满足齐次性要求，采用Mann-Whitney等非参数检验。采用皮尔逊相关系数分析土壤性质和酶活性之间关系。统计分析采用SPSS 19.0软件，P≤0.10及P≤0.05时，认为差异显著及极显著。

2 结果与分析

2.1 翻压紫云英对土壤pH值、有机质及养分动态的影响

翻压紫云英后土壤pH值变化显著（表2、图1）。基肥前，翻压紫云英土壤pH值上升，与刘威［1］盆栽试验结果一致。施基肥后，土壤pH值急剧下降，然后在32 d时上升至顶峰，这可能是因为氮肥硝化产生H+使土壤pH值下降［15］。32 d后，pH值变化先降后升，与Wang等［7］盆栽试验中水旱交替条件下黄棕壤pH值变动类似，这表明紫云英、施肥及水旱条件对土壤pH值影响较大。比较各处理间pH值差异，施基肥前，NPK+CMV＞CK，施基肥后NPK+CMV＞CK＞NPK，其中在第32 d、拔节期和收获期，NPK处理土壤pH值显著低于CK。这表明，翻压紫云英能防止土壤酸化。这个结果与刘威［1］、Wang等［7］室内盆栽试验结果一致。

表2 双因素方差分析土壤pH值、有机质、养分及酶活性动态

图1 翻压紫云英对土壤pH值动态的影响

图2 翻压紫云英对土壤有机质及养分动态的影响

翻压紫云英后，土壤有机质变化显著（图2A、表2）。翻压紫云英8 d内，有机质略有下降，然后上升，在16 d达到顶峰，此后呈现出缓慢下降趋势。这种变动趋势与紫云英碳释放规律基本一致。刘威［1］的盆栽试验结果显示，翻埋紫云英32 d内腐解率可达90%，这段时间养分释放速度较快，各养分释放速度表现为钾＞磷＞氮＞碳。比较各处理之间有机质差异，施基肥前，NPK+CMV＞CK，施基肥后NPK+CMV＞NPK＞CK，双因素方差结果显示NPK+CMV＞NPK＞CK，但多次采样中，各处理之间差异不显著，这可能与本试验中土壤本底有机质含量较高有关。本试验中土壤有机质含量在30～40 g/kg之间，在湖北属于高有机质含量土壤［16］。林多胡等［17］发现在高肥力土壤中，紫云英对有机质的提升作用不明显。

翻压紫云英后，土壤碱解氮动态与土壤有机质动态类似（图2B、表2），这种趋势与紫云英氮养分释放规律基本一致。各处理之间碱解氮差异不显著（图2B，表2），这可能因为本试验中土壤碱解氮本底值较高（140 ～ 180 mg/kg）［16］。周国朋等［5］的研究得到了与此类似的结果。

翻压紫云英后，土壤有效磷变化显著（图2C、表2），但与碱解氮动态不同的是，土壤有效磷的高峰出现在孕穗期，刘威［1］盆栽试验也得到类似的结果。比较各处理之间土壤有效磷差异与有机质类似，但处理之间差异显著（表2）。这主要是因为本试验中土壤有效磷本底值（5～13 mg/kg）较低［16］。翻压紫云英后，土壤速效钾变化显著，其趋势与碱解氮类似（图2D，表2）。由于土壤速效钾本底值较低（30～70 mg/kg），翻压紫云英对土壤速效钾的提升效果较好。

2.2 翻压紫云英对土壤酶活性动态的影响

翻压紫云英后，土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶变化显著（图3A-C，表2），其变化趋势与土壤有机质、碱解氮、有效磷动态类似，但蔗糖酶、脲酶各处理之间差异不显著（图3A-B，表2），这主要是因为本研究中有机质及碱解氮本底值较高，而在有机质、碱解氮本底值较低的土壤中，翻压紫云英一般提高了蔗糖酶和脲酶的活性［10，18-19］。各处理之间酸性磷酸酶差异显著（表2），翻压紫云英提高土壤酸性磷酸酶活性（图3C），这与杜君等［19］研究结果一致。

图3 翻压紫云英对土壤酶活性的影响

2.3 土壤养分与酶活性的关系

土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性分别表征了土壤有机质转化、供氮及有机磷分解转化能力大小［20］，但本研究中土壤蔗糖酶与有机质及氮磷养分相关性均不强（表3），脲酶与碱解氮等相关性也不强，这可能与本研究中基础土壤有机质和碱解氮较高有关。有效磷与酸性磷酸酶的相关性相对较强，且达到显著水平，这是因为本研究中土壤基础有效磷含量较低。在一些基础肥力较低的长期定位试验中，土壤酶与土壤养分呈现出较强的相关性，从而指示了土壤肥力的变化［21-22］。

表3 土壤性质与酶活性相关系数

3 结论

在酸性土壤中，翻压紫云英可提高土壤pH值，防止土壤酸化。翻压紫云英对土壤养分和酶活性动态影响显著，土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾动态变化与紫云英养分释放规律基本一致，而蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶又与土壤有机质、碱解氮、有效磷等对应养分的动态基本一致。翻压紫云英后对土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等养分与基础养分相关。在土壤基础养分含量较低（如本试验中土壤有效磷、速效钾）条件下，紫云英培肥效果较好，相应的对土壤酶活性（如酸性磷酸酶）提升效果也较好；但在基础含量较高（如本试验中有机质、碱解氮）条件下，培肥效果则较差，相应的，对土壤酶活性（如蔗糖酶和脲酶）提升效果也较差。因此，在紫云英培肥地力的情况下，应注重基础地力的情况，并配合其他的措施进行平衡培肥。