长期沼肥深施对果园土壤养分和酶活性的影响

陈 霞，罗友进，程玥晴，吴纯清，张义刚

(重庆市农业科学院，重庆 401329)

合理施肥、维持土壤肥力、兼顾生态环境效应是农业研究领域的重要挑战之一。当前农业生产中单施及过度施用化肥引起的环境问题尤为普遍[1-2]。随着我国化肥、农药双减政策的提出，替代化肥的相关新型肥料研究发展迅速[3-4]。近年来，随着我国沼气工程的大力发展，虽然在一定程度上缓解了能源需求，但同时也产生了大量、连续的沼液、沼渣，如果无法及时处理,将会污染环境，所以将其作为肥料用于农业生产是有效解决环境污染问题的途径之一。沼肥将有机肥、化肥和微肥三者的优势结合了起来，既具有长效性、速效性和增效性，又具有营养全面、作用持久的特点，能改善土壤理化性质，增强土壤肥力[5]。目前，农业生产中不同土壤、不同作物沼肥的最佳施用方法及施用量尚无系统的研究报道。深施是提高肥料肥效的有效途径之一，既能延长肥效，避免其挥发损失，又有利于作物根系吸收养分[6]。史晓楠等[7]研究发现，施肥深度决定肥料浓度峰值的位置，而对浓度值本身无显著影响，深施在作物根系生长区可以更有效地发挥肥效。如何提高沼肥肥效，增加土壤消纳量，减少化肥用量是作物提质增效、促进土壤生态环境良性循环、发展生态农业的有力措施。因此，本研究以柑橘果园为对象，研究了不同量沼肥深施对其土壤肥力和土壤酶活性的影响，以期为沼肥的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验果园为重庆江津示范基地柑橘果园代表性地块，位于重庆市江津区先锋镇仙池坝(29°13′ N，106°17′ E)，平均海拔295 m。该柑橘果园土壤为紫色壤土，由沙溪庙组母质风化而成，土层厚度65 cm以上。土壤的基本理化性质：pH值6.32、有机质含量10.3 g/kg、全N含量0.88 g/kg、全P含量0.26 g/kg、全K含量15.2 g/kg。本试验在园区内土壤地质均一、地形一致的地块进行，供试果树为10年生渝红橙/枳橙砧柑橘品种。

供试沼肥为江津试验基地养猪场猪粪-秸秆混合原料沼气发酵后，经沼渣泵剪切匀浆调配成干物质含量15%的液态沼肥。沼肥的养分含量：有机质含量68.5 g/kg、全N含量5.24 g/kg、全P含量1.85 g/kg、全K含量3.08 g/kg。供试肥料为柑橘专用复合肥(N-P-K配比为18∶8∶16)，购买于九禾股份有限公司。

1.2 试验设计

1.2.1 试验小区设计 果园系统沼肥深施试验于2014年3月上旬开展，于2017年6月9日采集土壤样品。试验小区面积为9 m×50 m，果树种植株行距为3 m×3 m，小区间以60 cm排水沟隔离。深松作业采用翼铲式深松机，翼铲入土深度>30 cm，深松行间距50 cm，翼铲数2～5可调节，工作幅宽200 cm。试验设置5个处理：(1)CK：单施柑橘专用复合肥(500 kg/hm2)；(2)T0：果园行间未深松处理+沼肥灌溉45 t/hm2；(3)T2：果园行间2条深松沟+沼肥灌溉135 t/hm2；(4)T3：果园行间3条深松沟+沼肥灌溉180 t/hm2；(5)T5：果园行间5条深松沟+沼肥灌溉270 t/hm2；每个处理3次重复，共15个试验小区，随机区组排列。各处理在春梢萌发期和壮果期均施用柑橘专用复合肥追肥,柑橘生长过程中各小区独立排灌，其他生产管理方式保持一致。

1.2.2 样品采集 2017年6月9日采集土壤样品，在每个小区设置3个采样点，于树冠边缘垂直下方，分别采集0～20、20～40、40～60 cm共3个土层的原状土，同一土层的土样采用四分法均匀混合成1个样品，约为2 kg。其中土壤鲜样用于测定土壤酶含量，自然风干后用于土壤有机质、全N、全P、全K、铬、汞、砷、铜、锌、铅、镉等含量测定分析。

1.3 测定项目与方法

土壤养分采用的测定方法：全N采用自动定氮仪法；全P采用碱溶-钼锑抗分光光度法；全K采用火焰光度计法；土壤有机质采用重铬酸钾-硫酸外加热法；铬、铜、锌采用火焰原子吸收分光光度法；汞、砷采用原子荧光法；铅、镉采用石墨炉原子吸收分光光度法；土壤蔗糖酶采用硫代硫酸钠滴定法；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法；脲酶采用靛酚蓝比色法；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法。

1.4 数据处理

采用SPSS 21.0和Excel 2010等软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理土壤养分的变化

柑橘果园沼肥定位试验发现，同一处理有机质含量呈现逐层递减趋势，T2和T3在20～40和40～60 cm土层间差异不显著，其他处理随着土层深度的增加，有机质含量显著降低；在0～20 cm土层，其他处理有机质含量均显著高于CK，且T5与T0、T2和T3差异显著；在20～40 cm土层，除T5外，其他处理与CK差异皆不显著；在40～60 cm土层，T5最高(13.8 g/kg)，显著高于CK及其他处理，但T0与CK差异不显著。高量沼肥深施(T5)能有效提高各土层中有机质含量，中量沼肥深施(T2和T3)能提高0～20、40～60 cm土层中有机质含量，而未深松低量施用沼肥(T0)仅能提升0～20 cm土层中有机质含量(图1)。

注：不同大、小写字母分别表示同处理不同土层之间在0.01、0.05水平下差异极显著。下同。

同一处理各土层全N含量随土层深度的增加而减少，除CK外，0～20 cm土层显著高于其他2个试验土层。在0～20 cm土层，各处理全N含量间差异不显著，但都显著高于CK；在20～40 cm土层，T5最高(1.05 g/kg)，显著高于CK及其他处理；在40～60 cm土层，T2、T3和T5显著高于CK和T0，T0和CK间差异不显著。高量沼肥深施后，各土层全N提升效果都明显优于CK，增幅23.5%～44.1%，且在20～40 cm和40～60 cm土层中全N含量显著高于未深松低量沼肥处理(图1)。

同一处理各土层全P含量变化趋势与全N含量变化趋势相似。在0～20 cm土层，各处理全P含量都显著高于CK，且T3和T5显著高于T2，T2显著高于T0；在20～40 cm土层，T2全P含量显著高于其他处理，T3和T5与CK差异显著；在40～60 cm土层，T2、T3和T5全P含量均显著高于CK，但T0和CK无显著差异。中、高量沼肥深施处理都能显著提高各对应土层全P含量，T2、T3和T5分别较CK提高了56.1%～94.8%、40.2%～114.2%和36.9%～122.0%(图1)。

与有机质、全N和全P相比，同一处理各土层间全K含量变化幅度相对较小。在0～20 cm土层，T0和T3显著高于CK，其他处理均不存在显著性差异；在20～40 cm土层，T0和T2显著高于CK；在40～60 cm土层，各沼肥处理均显著高于CK。沼肥处理能不同程度地增加各土层中全K含量，但各处理间差异无明显规律(图1)。

2.2 不同施肥处理土壤酶活性的变化

过氧化氢酶能酶促水解土壤中的过氧化氢，消除其累计对植株产生的毒害作用，保障土壤健康。沼肥深施对果园土壤酶活性的影响如图2所示。同一处理0～20 cm土层过氧化氢酶活性显著高于其他土层。在0～20 cm土层，T3显著高于CK，增加了20.8%；在20～40 cm土层，T5的过氧化氢酶活性最高，显著高于CK，而其他处理间差异不显著；在40～60 cm土层，除T2外，其他处理与CK间差异均不显著。沼肥深施处理中仅中、高量沼肥深施分别能对0～20、20～40 cm土层过氧化氢酶活性有显著提升作用，长期低量沼肥深施对土壤中过氧化氢酶活性的整体影响不大。

图2 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

蔗糖酶活性是土壤肥力评价指标之一，生产实践中常用于反映土壤肥力水平和生物学活性强度。同一处理土壤蔗糖酶活性随着土层深度的增加呈现递减趋势。在0～20、20～40 cm土层，各沼肥处理均显著高于CK，增幅分别为68.6%～95.7%和40.5%～70.2%；在40～60 cm土层，除T2显著高于CK，T0显著低于CK外，其他沼肥深施处理与CK间差异均不显著。不同量沼肥深施都能显著提高0～40 cm土层中蔗糖酶活性，而对40～60 cm土层中蔗糖酶活性影响不明显。

脲酶能水解土壤中的尿素，生成铵、二氧化氮和水，常用于表示土壤氮素供应状况。同一处理各土层脲酶活性与蔗糖酶活性呈现相同的变化趋势。在0～20 cm土层，T3和T5的脲酶活性显著高于其他处理，T0、T2与CK间差异不显著；在20～40 cm土层，各处理间差异都不显著；在40～60 cm土层，T5显著高于CK及其他处理，CK与其他各处理间差异不显著。中量沼肥深施能有效提升0～20 cm土层中的脲酶活性，高量沼肥深施能有效提升0～20、40～60 cm土层脲酶活性，而未深松处理对土壤中脲酶活性影响不大。

碱性磷酸酶能提高土壤磷素的有效性，增进作物对磷素的吸收。同一处理0～20 cm土层碱性磷酸酶活性显著高于其他土层，其他两层差异不显著且无明显规律。在0～20 cm土层，各处理间碱性磷酸酶活性差异均不显著；在20～40 cm土层，T2和T3显著高于CK，分别增加了27.6%和61.8%，T0和T5与CK差异不显著；在40～60 cm土层，各沼肥处理均显著高于CK，增幅为23.0%～48.7%。沼肥处理均能有效增加深层土壤碱性磷酸酶活性，其活性整体上随着沼肥施用量和深松沟数量的增加而略微呈现升高的趋势。中量沼肥深施对增加碱性磷酸酶活性的效果尤其显著。

3 讨论

3.1 沼肥深施对土壤养分的影响

沼肥富含有机质、N、P、K和矿物质等多种作物生长发育所需的营养成分，不仅增加了土壤有效养分和改善了土壤理化性质，而且对土壤的生物化学特性有显著的影响[8]。

研究表明，随着沼肥施用量的增加，土壤中各养分含量亦逐渐增加。对土壤养分的贡献量达到了常规施用化肥的养分水平。施肥方式(沼肥)与耕作方式(深松)的合理协作对提升土壤养分效果良好。较常规化肥施用，高量沼肥深施(T5)能显著提高柑橘园各土层有机质、全N和全P含量；中量沼肥深施(T3、T2)能显著提升0～20、40～60 cm土层的有机质、全N以及各土层全P含量；未深松低量施用沼肥(T0)仅能提升0～20 cm土层的有机质、全N和全P含量；T3、T5处理对提升深层土壤全K含量的效果显著。研究结果与钟必凤等[9]的研究相较而言，有效提高了梨园深层土壤(30～60 cm)中全N和速效K含量，但与土壤有机质和有效磷影响不大的研究结果存在差异。研究结果表明，沼肥与深施协作不仅能有效提升多个土层中全N的含量，高量沼肥深施还能显著提升各土层中有机质和全磷含量。究其原因主要是果园行间深松有效打破了土壤犁底层，增强了沼肥施效，提高了土壤肥力，促进了柑橘植株根系对沼肥养分的充分吸收。本研究中、高量沼肥深施能达到甚至超过柑橘园常规化肥施用的养分贡献量，为沼肥部分或全部替代化肥的使用提供了理论依据。

3.2 沼肥深施对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤生态系统的重要组成成分，在土壤养分循环中起着重要作用，常作为衡量土壤生态系统质量变化预警和敏感指标[10-11]。其中，土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶等水解酶活性能够表征土壤碳、氮、磷等养分的循环状况。研究中，随着沼肥施用量的增加，土壤酶活性呈上升趋势。不同量沼肥深施(T2、T3、T5)均能显著提高0～20、20～40 cm土层中蔗糖酶活性；高量沼肥深施能显著提升0～20 cm土层脲酶与40～60 cm土层碱性磷酸酶活性；中量沼肥深施能显著提升0～20 cm土层中脲酶与20～40、40～60 cm土层碱性磷酸酶活性；未深松低量施用沼肥对蔗糖酶以外的酶活性无明显提升作用；沼肥深施对提高各层过氧化氢酶活性整体影响不大。研究结果与宋震震等[12]的研究结果一致，表明长期施肥能显著提高土壤中脲酶、蔗糖酶与碱性磷酸酶活性，但施用有机肥效果好于化肥，施用高量有机肥效果好于施用常量有机肥。

4 结论

(1)随着沼肥施用量的增加，与深施协作能有效提高土壤中养分含量。高量沼肥深施处理(T5)效果最显著，各土层有机质、全N和全P含量都最高，其中有机质含量提升效果最突出，各土层均显著高于其他处理。

(2)不同量沼肥深施对土壤酶活性的影响效果存在差异。中、高量沼肥深施对提升多土层蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性效果显著，即对影响土壤中氮素含量、水溶性有机质含量及土壤通气状况影响较大。未深松低量施用沼肥仅对蔗糖酶有显著提升作用，仅在一定程度上有助于土壤有机质的分解。而不同量沼肥处理对土壤中过氧化氢酶活性整体影响不大。

高量沼肥深施各土层都能达到甚至超过柑橘园常规使用化肥的养分(有机质、全N、全P、全K)贡献量，中、高量沼肥施用后供试柑橘园土壤不同土层中出现了蔗糖酶、脲酶与碱性磷酸酶活性显著增高的情况，有助于保障土壤健康。综上所述，柑橘园通过高量沼肥深施，增加了有效养分向深层土壤的输送和改善土壤理化性质，促进了植株根系对养分的吸收，防止了营养成分的堆积与浪费，为沼肥部分或全部替代化肥的使用提供了理论依据。