水肥一体化模式下不同施肥处理对沙地土壤理化性状及土壤酶活性的影响

2020-05-20刘宝勇刘欣玲张成

安徽农业科学 2020年9期

刘宝勇刘欣玲张成

摘要 [目的]研究水肥一體化模式下不同施肥处理对沙地土壤理化性状及土壤酶活性的影响，筛选出最佳施肥量、施肥次数和水溶性肥料，既促进花生生产又减肥、节水、省工和增效，降低环境污染的同时促进农业的可持续发展。[方法]供试品种为阜花30，采用基础理论研究与应用技术研究相结合的方法，通过对沙地土壤进行不同氮肥施用量、不同底肥施用量、不同追肥施用量3组试验，共16个处理。花生收获后采集0～15 、15～30 cm土层土样，对沙地特定条件下不同施肥措施的土壤生物学指标进行研究，主要测定土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性，以及土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾等土壤养分。[结果]与不施肥的对照处理相比，长期施肥显著增加了沙地土壤有机质及氮、磷、钾养分含量，提高了土壤酶活性。沙地土壤有机质和速效磷含量明显提高，最高含量比对照组增加了2倍，其他养分含量增加0.5～1.2倍。沙地土壤脲酶活性变化显著，随施肥量增加酶活性呈上升趋势。沙地土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性变化不明显，但总整体来看第三组显著性更好。沙地土壤酶活性与土壤养分因子的相关性分析表明，蔗糖酶活性与土壤速效磷含量呈极显著正相关，与土壤有机质、全磷含量呈显著相关;脲酶活性与土壤有机质、速效磷、速效钾含量呈极显著正相关，与碱解氮含量呈显著负相关;过氧化氢酶活性与土壤速效磷含量呈极显著负相关。由于花生各生育期都有灌溉导致所施肥料淋溶，微生物、有机质分解等因素的影响，深层土壤各养分变化规律不明显。作物产量，第三组比第二组增产2%，比第一组增产27.6%。[结论]增施肥料不但可以改善沙地土壤物理性状，还能增强沙地土壤酶活性，并能促进作物增产。处理T16（肥料施用量为N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2）对土壤肥力以及提高作物产量有更好的促进作用。

关键词水肥一体化;沙地土壤;花生;土壤酶活性;土壤养分

Abstract [Objective]The effects of different fertilization treatments on soil physical and chemical properties and soil enzyme activities in sandy land were studied under the integrated model of water and fertilizer， and the optimum fertilization amount， times of fertilization and watersoluble fertilizer were selected. It not only promoted peanut production but also reduced fertilizer， saved water， saved labor and increased efficiency， reduced environmental pollution and promoted the sustainable development of agriculture.[Method] Fuhua 30 was the tested variety in this study， which combined basic theory research with applied technology research. Three groups of experiments were carried out on sandy soil with different amounts of nitrogen fertilizer， base fertilizer and topdressing， totaling 16 treatments. Soil samples of 0-15 and 15-30 cm were collected after peanut harvest. Soil biological indicators of different fertilization measures under specific conditions in sandy land were studied. Soil catalase， urease and invertase activities were determined， and soil nutrients such as organic matter， total N， alkaline hydrolysis N， total P， available P， total K and available K were determined.[Result] Compared with the control treatment without fertilization， longterm fertilization significantly increased the contents of C， N， P and K nutrients and enzymatic activities in sandy soil. The content of organic matter and available P in sandy soil increased significantly. The highest content of organic matter and available P in sandy soil increased by 2 times and other nutrients increased by 0.5-1.2 times compared with the control group. The activity of urease in sandy soil changed obviously， and increased with the increase of fertilizer application. The activities of catalase and invertase in sandy soil did not change significantly， but the third group was better overall. The correlation analysis between soil enzyme activity and soil nutrient factors showed that sucrase activity was positively correlated with soil available P content， and significantly correlated with soil organic matter， and total P content; urease activity was positively correlated with soil organic matter and available P and available K content， negatively correlated with alkaline hydrolysis nitrogen content. There was a significant negative correlation between catalase activity and available phosphorus content in soil. Because of the leaching of fertilizer and the decomposition of microorganism and organic matter caused by irrigation in peanut growing period， the law of nutrients in deep soil was not obvious. Overall， crop yield in the third group was 2% higher than that in the second group and 27.6% higher than that in the first group.[Conclusion]Increasing fertilizer application can not only improve the physical properties of sandy soil， but also enhance the activity of soil enzymes in sandy land， and promote the increase of crop yield.Through this experiment， treatment T16 （fertilizer application rate was N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2） had a better promoting effect on soil fertility and crop yield.

Key words Water and fertilizer integration;Sandy soil;Peanut;Soil enzyme activities;Soil nutrients

施肥影响作物的生长发育和产量，肥沃的土壤是作物高产和持续高产的基础[1]。反映土壤养分状况的指标有很多，酶活性亦是重要指标之一[2]，通常以脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶来评价[3]。研究施肥对这些指标的影响，对指导作物合理施肥和土壤培肥、实现作物持续增产具有重要意义[1]。施肥对土壤酶活性影响的研究近年来成为热点[4-8]，研究认为，施用有机肥或化肥对土壤酶活性的影响有促进、抑制或没有作用[4]，可能是由于环境条件、施肥管理措施及施肥模式等不同造成结果有差异。风沙土是我国东北地区花生主产区的主要土壤类型之一，其有机质含量低，保水保肥能力差。笔者对沙地特定条件下不同施肥措施的土壤生物学指标进行分析，研究了不同施肥处理对沙地土壤酶活性及土壤理化性状的影响，筛选出最佳施肥量、施肥次数和水溶性肥料，既促进花生生产又减肥、节水、省工和增效，降低环境污染的同时促进农业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验区位于阜新市阜新镇桃李村（121°01′～122°25′E、41°44′～42°34′N），属于北温带半干旱季风大陆性气候，干旱少雨。该区土壤为风沙土，土层0～15 cm含水率为3.8%，pH 5.63;土层15～30 cm含水率为5.9%，pH 5.75，采用小区试验与大田示范相结合。

1.2 试验方法

春播覆膜栽培，起垄前均匀撒施肥料，耕翻30 cm。其他管理措施同当地常规生产。供试品种阜花30号，2018年5月12日播种，2018年9月15日收获，2019年5月14日播种，2019年9月12日收获，2年重复取平均值。共设3组，每个小区25 m×5 m，进行16个处理，单因素随机区组设计，重复3次。

按当地花生4 500 kg/hm2计算，则需N 9.83 kg、P2O5 22.95 kg、K2O 22.35 kg，以不施肥为对照（T1），3次重复总施肥量为第一组（不同氮肥施用量）：过磷酸钙和硫酸钾全部用作底肥，氮肥作为追肥，并设置施氮肥总量分别为73.8、110.54、147.45、184.49 kg/hm2 4个不同施氮水平（T2～T5）;第2组（不同底肥施用量）：过磷酸钙全部用作底肥，氮肥（尿素148 kg/hm2）、钾肥（硫酸钾336 kg/hm2）按全部量的0、20%、40%、60%、80%、100%作为底肥，其余作为追肥（T6～T11）;第3组（不同追肥施用量）：依据目标产量0、3 000、6 000、9 000、12 000 kg/hm2和各个生育时期对肥料的需求特点设定不同生育时期的追肥量，各处理需肥总量分别为0、N 99.2 kg/hm2 + K 224.8 kg/hm2、N 192.8 kg/hm2 + K 446.4 kg/hm2、N 294.4 kg/hm2 + K 670.43 kg/hm2、N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2（T12～T16）。

1.3 土壤取样时间及处理

分别于耕翻种植前、花生收获后采取土样。每区用5点法取0～15、15～30 cm土层土样，一部分新鲜土壤于4 ℃下带回实验室，经预处理后测定土壤酶活性，另一部分自然条件下风干，过1 mm土壤筛，测定土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾等土壤养分含量。

1.4 测定项目与方法

土壤脲酶活性用靛酚蓝比色法测定;蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法测定;过氧化氢酶用高猛酸钾滴定法[9]测定。土壤有机质用重铬酸钾容量法测定;全氮用半微量凯氏定氮法测定;碱解氮用碱解扩散法测定;全磷用氢氧化钠高温熔融，比色法测定;速效磷用浸提钼锑抗比色法测定;全钾用氢氧化钠高温熔融，火焰光度计测定法测定;速效钾用NH4OAc浸提，火焰光度计测定法[10]测定。

1.5 数据处理与分析

采用WPS、SPSS 22.0软件进行数据处理、统计分析、绘图与作表。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤养分的影响

2.1.1 施肥对0～15 cm土层土壤养分的影响。

土壤有机质含量在7.2～14.95 g/kg，与对照T1相比，施肥后土壤中有机质含量均提高，增加了6.8%～107.6%，其中处理T16含量最高为14.95 g/kg。土壤碱解氮含量在95.66～133 mg/kg，施肥后土壤中碱解氮含量提高了5%～40%。土壤全氮含量在0.43～0.71 g/kg，单施氮肥和氮钾肥混施的土壤中全氮含量均随施肥量增加而增加，在23.3%～65.1%;其中处理T10含量最高为0.71 g/kg。土壤中速效钾含量在13.27～17.39 mg/kg，与对照相比，施肥后各处理土壤中速效钾含量增加了5.2%～31.1%，处理T7含量最高为17.39 mg/kg。土壤中全钾含量在6.52～8.66 g/kg，其中增施钾肥的处理T16土壤中全钾含量最高，与对照相比增加了32.8%。土壤中速效磷含量在53.00～137.62 mg/kg，其中处理T16含量最高为137.62 mg/kg，其次为处理T15含量为136.93 mg/kg。土壤中全磷含量在0.25～0.41 g/kg，与对照相比，施肥后土壤中全磷含量均增加，为3.8%～65.2%，其中处理T16、T2、T3含量均为0.41 g/kg。

2.1.2 施肥对15～30 cm土层土壤养分的影响。

15～30 cm土层不属于耕作层，但种植花生、施肥、浇水后土壤有机质含量在4.90～14.16 g/kg，隨着施肥量的增加，土壤中有机质含量增加30.2%～189.0%，处理T16含量最高为14.16 g/kg，

其次是处理T4含量为12.59 g/kg。土壤中碱解氮含量在61.83～98.00 mg/kg，处理T6、T13含量均为98.00 mg/kg，其次是处理T5含量为96.83 mg/kg，含量最低的是处理T1。土壤全氮含量在0.41～0.65 g/kg，施肥后土壤中含量增加4.9%～58.5%，其中含量最高的是处理T2为0.65 g/kg，其次是处理T15、T3、T14，含量分别为0.62 、0.61 、0.58 g/kg。土壤速效钾含量在13.1～15.52 mg/kg，各处理土壤中速效钾含量变化不大，其中处理T7土壤中速效钾含量最高。土壤全钾含量在6.52～8.66 g/kg，施肥后土壤中全钾含量增加了7.5%～32.92%，其中处理T16土壤中全钾含量最高，其次是处理T6、T15。土壤速效磷含量在11.64～31.57 mg/kg，增加了33.42%～71.22%，含量最高的是處理T3，其次是处理T2，含量最低的是处理T12。土壤中全磷含量在0.13～0.30 g/kg，含量最高的是处理T9、T10，均为0.30 g/kg，其次是处理T8、T7、T16、T6，含量分别为0.29 、0.28、0.26、0.25 g/kg。由此可知，施肥对15～30 cm土层的土壤养分有促进作用。

48卷9期刘宝勇等水肥一体化模式下不同施肥处理对沙地土壤理化性状及土壤酶活性的影响

2.2 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

2.2.1 过氧化氢酶活性。

过氧化氢酶在土壤和生物体内广泛存在。过氧化氢酶活性与土壤有机质含量有关，一般认为土壤催化过氧化氢分解的活性，有30%或40%是耐热的，即非生物活性，土壤肥力因子与不耐热的即过氧化氢酶活性成正比。从图1可以看出，施肥后沙地土壤中过氧化氢酶变化不明显，各处理之间含量差异很小。0～15 cm土层处理T5达极显著水平，其次是处理T9，处理T14最不显著;15～30 cm土层最不显著的是处理T3，其次是处理T14、T15、T16、T1、T2、T9、T11、T12、T13，达极显著的处理是T5，处理T6、T4、T7次之。综上所述，施肥后过氧化氢酶活性最高的是处理T5，其次是处理T6，最低的是处理T14。

2.2.2 脲酶活性。

脲酶广泛存在于土壤中，是研究比较深入的一种酶。脲酶酶促产物——氨是植物氮源之一，氮肥水解与脲酶有密切关系，有机肥料中也有游离脲酶存在。由图2可知，施肥后沙地土壤中脲酶含量变化较大，表现为第三组>第二组>第一组。就0～15 cm土层而言，处理T16显著性最好，达极显著水平，其次是处理T15、T14、T11、T10、T7，极不显著的是处理T1、T2，其次是处理T3、T12;对于15～30 cm土层，达极显著水平的是处理T16、T15，其次是处理T13、T14，极不显著的是处理T6、T9，其次是处理T1、T2、T3、T4、T10。整体而言，施肥后土壤脲酶活性最好的是处理T16，其次是处理T15、T14，最差的是处理T12，其次是处理T1、T2。

2.2.3 蔗糖酶活性。

蔗糖酶是根据其酶促基质——蔗糖而得名的，又叫转化酶。它对增加土壤中易溶性营养物质起着重要作用。研究表明，蔗糖酶与土壤许多因子相关，如土壤有机质、磷含量等。一般情况下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越强，可以作为评价土壤肥力水平的一个指标。由图3可知，施肥后，土壤中蔗糖酶含量变化较大，其中第三组>第二组>第一组。就0～15 cm土层而言，处理T14、T15达极显著水平，次之的是处理T16、T7、T11，最不显著的是处理T9。15～30 cm土层，显著性依次为处理T14、T3、T4、T7，处理T9极不显著。整体而言，施肥对蔗糖酶活性影响最大的是处理T14，其次是处理T3、T7、T15、T16，最小的是处理T9。

2.3 土壤酶与土壤养分的相关性分析

为了探讨施肥条件下土壤酶活性与土壤养分因子之间的关系，将沙地土壤过氧化氢酶活性、土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性与各土壤养分因子进行相关分析。结果表明（表1），各土层之间土壤酶活性与各土壤养分因子的相关情况基本一致。对于0～15 cm土层而言，土壤蔗糖酶活性与土壤速效磷含量呈极显著正相关，与土壤有机质、全磷含量呈显著相关;土壤脲酶活性与土壤速效钾、速效磷含量呈极显著正相关，与土壤有机质、碱解氮、全钾含量呈显著正相关;土壤过氧化氢酶活性与速效磷含量呈极显著负相关。对于15～30 cm土层，土壤蔗糖酶活性与土壤全氮、速效磷含量呈极显著相关;土壤脲酶活性与有机质含量呈极显著正相关，与碱解氮含量呈显著负相关。土壤过氧化氢酶活性与土壤各养分相关性不明显。说明在该试验条件下，脲酶能够较全面地反映土壤养分状况的变化。

2.4 施肥对花生产量的影响

从表2可以看出，第二组和第三组相比第一组显著提高了花生荚果的产量。在第一组不同氮肥施用量地块上，各处理产量表现为 T4>T5>T3>T2，均高于对照T1;在第二组不同底肥施用量地块上，荚果产量最高的是处理T6，其次是处理T8和T10;在第三组不同追肥施用量地块上，各处理产量表现为T16>T15>T13>T12>T14。总的趋势是增施肥料对提高花生产量有一定促进作用。

3 讨论

各施肥处理均不同程度地提高土壤有机质、速效磷、速效钾含量，表明土壤性状和土壤速效养分的变化与施肥方式有关[11];钾肥用量增加有助于碱解氮的吸收，施入少量钾肥有助于旱地磷的释放[12];N、P、K长期配施对土壤各养分含量及土壤蔗糖酶、脲酶活性均有促进作用[13]。该研究结果与前人的报道基本一致，施用化肥明显提高了沙地土壤养分含量、土壤酶活性，改善了沙地土壤物理性状，增强了土壤酶活性，原因是施肥有利于改善土壤理化性质，提高土壤酶活性;施肥可以为土壤酶提供更丰富的酶促基质，发挥底物诱导作用[14]。

深层土壤的分异规律并不明显[15]。该研究结果与前人研究结果基本一致，深层土壤各养分含量变化规律不明显，原因可能是在花生各生育期都有灌溉导致所施肥料淋溶，微生物、有机质分解等因素的影响，致使深层土壤各养分规律不明显。土壤碱解氮含量与施氮量有关，而钾肥施用量较低，对土壤速效钾含量影响不明显[16]，这与该试验结果基本一致，原因与各自的养分特性有关。

通过田间长期定位培肥试验发现，与不施肥比较，长期施肥显著增加了土壤有机质及各速效氮、磷、钾养分含量，提高了土壤酶活性[17];通过对不同土地利用类型土壤氮含量与土壤酶活性变化分析，土壤氮含量与土壤酶活性呈正相关关系[18]。进入土壤中和累积在土壤中的氮经过各种转化为植物所吸收利用，在每个阶段都有土壤酶的参与[19-21]。该研究结果表明，在氮素循环过程中，土壤酶活性与土壤中氮素变化规律一致，單施氮肥降低了土壤中脲酶的活性，可能是单施氮肥造成土壤肥力结构不均。

该研究中，第三组施肥处理花生产量显著高于其他处理，比第二组增产 2%，比第一组增产27.6%，且比对照处理增产9.1% 。该研究结果表明，在沙地土壤上施肥对土壤肥力提高的增产作用远远大于花生本身所需营养直接供应作用。

4 结论

（1）浅层土壤比深层土壤酶活性及土壤各养分的变化规律明显。

（2）施肥对沙地土壤的酶活性、土壤养分促进作用以及增产效果明显。

（3）土壤酶活性及土壤养分差异性比较好的处理集中在第三组。

（4）处理T16（肥料施用量为N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2）可明显改善土壤肥力，提高作物产量。

参考文献

[1] 王才斌，郑亚萍，梁晓艳，等.施肥对旱地花生主要土壤肥力指标及产量的影响[J].生态学报，2013，33（4）：1300-1307.

[2] 陈恩凤.土壤酶与土壤肥力研究[M].北京：科学出版社，1979：54-61.

[3] 严昶升.土壤肥力研究方法[M].北京：农业出版社，1988：243-279.

[4] SAHA S，PRAKASH V，KUNDU S，et al.Soil enzymatic activity as affected by long term application of farm yard manure and mineral fertilizer under a rain soybean e wheat system in N-W Himalaya[J].Eur J Soil Biol，2008，44：309-315.

[5] 王月，刘兴斌，韩晓日，等.不同施肥处理对连作花生土壤微生物量和酶活性的影响[J].沈阳农业大学学报，2016，47（5）：553-558.

[6] 马宁宁，李天来，武春成，等.长期施肥对设施菜田土壤酶活性及土壤理化性状的影响[J].应用生态学报，2010，21（7）：1766-1771.

[7] JIAN S Y，LI J W，CHEN J，et al.Soil extracellular enzyme activities，soil carbon and nitrogen storage under nitrogen fertilization：A metaanalysis[J].Soil biology & biochemistry，2016，101：32-43.

[8] LIANG Q，CHEN H Q，GONG Y S，et al.Effects of 15 years of manure and mineral fertilizers on enzyme activities in particle-size fractions in a North China Plain soil[J].European journal of soil biology，2014，60：112-119.

[9] 关松荫.土壤酶及其研究法[M].北京：农业出版社，1986：62-142.

[10] 鲍士旦.土壤农化分析[M].3版.北京：中国农业出版社，2000.

[11] 周东兴，李磊，李晶，等.玉米/大豆轮作下不同施肥处理对土壤微生物生物量及酶活性的影响[J].生态学杂志，2018，37（6）：1856-1864.

[12] 张鹏，包雪莲，张玉龙，等.水钾耦合对褐土养分及花生养分累积的影响[J].水土保持学报，2017，31（2）：272-278.

[13] 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.

[14] 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.

[15] 丁少男.长期施肥对黄土丘陵区农田土壤质量的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2016.

[16] 赵敬坤，范晓伟，贺红周，等.长期施肥对土壤有效氮磷钾养分含量的影响[J].农业科技通讯，2019（2）：116-118.

[17] 张成兰，艾绍英，杨少海，等.双季稻-绿肥种植系统下长期施肥对赤红壤性状的影响[J].水土保持学报，2016，30（5）：184-189.

[18] 左智天，向仕敏，王有位，等.退化山地不同利用类型土壤养分·微生物及生化作用研究[J].安徽农业科学，2009，37（9）：4098-4099.

[19] 成婧，吴发启，云峰，等.渭北旱塬坡耕地玉米-苜蓿间作对土壤养分和产量的影响[J].水土保持通报，2013，33（4）：228-232.

[20] 张小磊，安春华，马建华，等.长期施肥对城市边缘区不同作物土壤酶活性的影响[J].土壤通报，2007，38（4）：667-671.