生物炭和肥料深施对芝麻田土壤酶活性和产量的影响

吕树立，郭书亚，任 伟，郑东方，孟凡玉

(商丘市农林科学院，河南 商丘 476000)

芝麻是我国重要的油料作物之一，河南省是我国的芝麻主产区[1-2]，以商丘为代表的豫东地区芝麻也有大面积种植。商芝156是商丘市农林科学院选育的优良芝麻新品种，具有产量高、抗逆性强、品质优的特点，适宜该地区栽培。目前，豫东地区芝麻发展生产也存在着许多问题，当地农民在芝麻施肥习惯上喜欢施用化学肥料而几乎不施有机肥。由于肥料撒到土表层，容易挥发或淋溶，肥料利用率低，最终导致芝麻的产量不高[3-4]，施肥过浅,作物生育后期深层根系养分补充不及时,导致中后期营养不足,早衰减产严重[5]。相比肥料撒施，肥料深施能够提高肥料利用效率，增加作物产量[6]。

生物炭作为土壤改良剂，在农业生产上已广泛应用，它具有含碳量高、孔隙度高、吸附力强、营养丰富等特点[7-11]。前人研究表明，施用生物炭能够改善土壤结构、减少水分和养分的流失、保水保肥效果好，然而产量结果不一致[12-13]，并且前人的研究主要集中在水稻、玉米等作物上[14-18]，而对芝麻的研究鲜见报道。本试验研究了生物炭+肥料深施对芝麻田土壤酶活性和产量的影响，以期为商芝156的高产、高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在商丘市农林科学院试验示范中心(34°31′ N，115°42′ E)进行。试验区常年平均日照时数2200～2400 h，气温14 ℃，降水量680 mm左右。试验田土壤为黄潮土，质地中壤，耕层(0～20 cm土层)土壤含有机质13.57 g/kg、碱解氮87.28 mg/kg、速效磷12.17 mg/kg、速效钾118.64 mg/kg。前茬小麦产量6230 kg/hm2。

1.2 试验设计

试验设4个处理，CK：不施生物炭+肥料撒施，T1：1500 kg/hm2生物炭+肥料深施，T2：3000 kg/hm2生物炭+肥料深施，T3：6000 kg/hm2生物炭+肥料深施。肥料深施为施在两行之间，深度为15 cm左右。每个处理3次重复，随机区组排列。本试验施用史丹利化肥股份有限公司生产的第四元素复合肥(20-6-20)750 kg/hm2。0.4 m等行距种植，15万株/hm2，行长6 m，8行区，小区面积19.2 m2，田间管理同高产大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤酶活性的测定 在芝麻苗期(6月25日)、初花期(7月18日)、盛花期(8月10日)、终花期(8月30日)、蒴果成熟期(9月10日)分别取样。在各小区取0～20 cm深的土样，每个样品均为多点采集混合而成，然后用四分法取出足够的样品。用手去除石砾和根系，然后风干过筛。

土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法[19]测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法[19]测定；蔗糖酶活性采用比色法[19]测定；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法[19]测定。

1.3.2 测产及产量构成因素分析 成熟时每小区随机连续取样10株，按常规考种方法调查各小区的单株蒴果数、每蒴粒数和千粒质量等。各小区全部收割，单打单收，测产。

1.4 数据处理

采用Excel 2003软件进行数据处理，采用DPS 7.05软件进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 对土壤脲酶活性的影响

从图1可以看出，土壤脲酶活性随着芝麻生育期的推进，呈先升高后下降的趋势，在盛花期达到峰值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理的土壤脲酶活性均高于对照，在苗期分别比对照高0.58%、0.88%、1.46%，各处理之间差异不显著；在初花期分别比对照高3.55%、7.87%、12.94%；在盛花期，分别比对照高5.35%、11.07%、17.5%，各处理之间差异显著；在终花期，分别比对照高5.28%、10.79%、18.23%，各处理之间差异显著；在成熟期，分别比对照高5.63%、12.32%、22.54%，各处理之间差异显著。

图1 不同处理对土壤脲酶活性的影响

2.2 对土壤碱性磷酸酶活性的影响

从图2可以看出，土壤碱性磷酸酶活性呈先升高后下降的趋势，在终花期达到最大值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理的土壤碱性磷酸酶活性均高于对照，在苗期，分别比对照高4.23%、5.63%、9.86%，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施与对照之间差异不显著，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施和6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理显著高于对照，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施与6000 kg/hm2生物炭+肥料深施之间差异不显著；在初花期，分别比对照高4.71%、9.41%、14.12%，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施与对照之间差异不显著，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施和6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理显著高于对照，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施与6000 kg/hm2生物炭+肥料深施之间差异不显著；在盛花期，分别比对照高4.72%、11.32%、22.64%，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施和6000 kg/hm2生物炭+肥料深施均显著高于喷灌+种沟施肥和对照，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施与对照之间差异不显著；在终花期，分别比对照高7.96%、17.70%、30.97%，各处理之间差异显著；在成熟期，分别比对照高9.72%、22.22%、41.67%，各处理之间差异显著。

图2 不同处理对土壤碱性磷酸酶活性的影响

2.3 对土壤过氧化氢酶活性的影响

从图3可以看出，土壤过氧化氢酶活性随着生育期的推进，呈先升高后下降的趋势，在盛花期达到峰值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理土壤过氧化氢酶活性均高于对照，在苗期，分别比对照高2.49%、2.49%、3.48%，各处理之间差异不显著；在初花期，分别比对照高5.88%、12.11%、18.69%，各处理之间差异显著；在盛花期，分别比对照高5.65%、12.00%、19.53%，各处理之间差异显著；在终花期，分别比对照高6.19%、12.68%、23.01%，各处理之间差异显著；在成熟期，分别比对照高5.76%、12.95%、25.18%，各处理之间差异显著。

图3 不同处理对土壤过氧化氢酶活性的影响

2.4 对土壤蔗糖酶活性的影响

从图4可以看出，土壤蔗糖酶活性随着生育期的推进，呈先升高后下降的趋势，在盛花期达到峰值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理土壤蔗糖酶活性均高于对照，在苗期，分别比对照高1.97%、2.28%、2.75%，各处理之间差异不显著；在初花期，分别比对照高2.07%、4.58%、6.51%，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理显著高于对照，与1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理差异不显著，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施与对照之间差异不显著；在盛花期，分别比对照高2.80%、5.66%、12.58%，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施处理显著高于其他处理，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施显著高于对照，与1500 kg/hm2生物炭+肥料深施处理差异不显著；在终花期，分别比对照高6.57%、10.68%、18.30%，各处理显著高于对照；在成熟期，分别比对照高8.94%、15.94%、24.33%，各处理之间差异显著。

图4 不同处理对土壤蔗糖酶活性的影响

2.5 对产量的影响

从表1可以看出，不同处理下单株蒴数差异显著，具体表现为6000 kg/hm2生物炭+肥料深施>3000 kg/hm2生物炭+肥料深施>1500 kg/hm2生物炭+肥料深施>对照；单蒴粒数差异不显著；6000 kg/hm2生物炭+肥料深施千粒重显著高于其他处理，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施与对照差异不显著；最终6000 kg/hm2生物炭+肥料深施产量最高分别比3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、对照高28.58%、43.27%、63.50%，各处理之间差异显著。

表1 不同处理对芝麻产量及其构成因素的影响

3 结论与讨论

刘元生等[20]认为施用5%～10%生物炭可增加白菜和莴笋的土壤酶活性。武鹏等[5]研究了肥料深施能够增加本层土壤酶活性。本试验结果表明，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施能够不同程度地增加土壤酶活性，这主要由于对照即不施生物炭+肥料撒施处理容易造成肥料利用率低、供肥透气性差，不利于有益微生物的生长，增施生物炭能够改善土壤水肥气热条件，由于微生物的活动而增加了土壤酶活性，这与前人研究结果基本一致。许云翔等[16]通过连续施用6年生物炭试验认为这能够增加土壤脲酶和酸性磷酸酶活性，且在不同程度上抑制土壤FDA水解酶和芳基硫酸酯酶的活性，但对于生物炭+肥料深施多年以后的影响有待进一步研究。

施用生物炭对不同作物的影响已有许多研究。适量的生物炭对作物产量有积极的影响。刘元生等[20]研究表明施用5%～15%生物炭能够明显提高白菜和莴笋的产量。刘慧敏等[18]研究指出适量的生物炭能够增加谷子生物量。孟繁昊等[21]研究表明：8 t/hm2生物炭配施250 kg/hm2氮，玉米的产量最高，效果最好。程效义等[22]研究得出适量的生物炭与肥料配施可促进玉米的干物质积累、提高产量、优于单施化肥；而过量的生物炭用量会抑制玉米生长,导致玉米产量下降。但阚正荣等[23]研究指出低量生物炭对夏玉米产量无影响,中、高量的施用会降低夏玉米和周年产量。本研究得出，生物炭+肥料深施能够显著增加芝麻产量，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施分别比对照高12.72%、25.60%、61.50%，且各处理之间差异显著。