不同施肥措施对土壤养分及酶活性的影响*

索文康，胡晨阳，杨金翰，史海潮，田小明

（河北北方学院农林科技学院，河北 张家口 075000）

0 引言

土壤酶是一类具有生物催化性质的活性蛋白质。土壤微生物、动植物残体及作物的根系分泌物是影响土壤酶活性的主要因素[1]。并且其直接参与土壤的物质循环与能量流动，包括对化合物的合成与分解，养分的固存与吸收[2]，是反映土壤肥力的重要部分。此外土壤中氮、磷、有机质的含量也随土壤酶活性的变化而变化。鄢紫薇[3]的研究表明，有机质与水分含量会影响土壤中过氧化物酶和酚氧化酶活性；闫东良[4]的研究表明，施用缓释复合肥可以提高土壤酶活性及氮素含量，同时延缓了地上部作物的衰老。因此研究不同水肥管理措施下，土壤氮、磷含量及酶活性的变化机制，对调控土壤肥力和制定合理的养分管理措施具有重要意义。

高分子材料是一类具有缓释作用的高分子聚合物，无毒无味，结构稳定。施用可降低地表径流，降低土壤侵蚀，减少土壤养分流失[5]，提高土壤中的氮、磷、钾的含量和作物对微量元素的表现利用率，进而起到改良土壤性状，提高土壤肥力的效果。同时减轻了由于大量施入氮肥而对土壤造成的肥害，为作物高产提供了有利的外界环境基础。李晶晶[6]等的研究显示，高分子材料的保水范围在50 cm以内的土层，且具有一定的时效性，对高分子材料的缓释范围有了一个明显科学的规范。赵海东[7]研究表明，高分子材料可以提高土壤固存水肥的能力，并对作物产量有积极影响。

目前对于高分子材料缓释性能的研究对象和施用方式都较单一[8-10]，大多是在固体覆膜和一次施入方面。而对于水溶性高分子材料缓释特性的研究较少，特别是在水溶性高分子材料作用下，对土壤养分含量及酶活性的影响机制需要进一步明确。因此本研究采用不同方式施加水溶性高分子材料，明确水溶性高分子材料的不同施用方式对土壤养分和酶活性缓释能力的影响。为减少施肥次数，节约劳动成本，提高经济效益提供理论基础。为实现具有区域特色的农业高效生产，提供理论支持和参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验时间为2020年12月至2021年3月。试验地位于河北北方学院南校区实验站（北纬40°67′，东经114°92′）。海拔高度为500～800 m，地势较低。年降水量为330～400 mm。该地区属于石灰性栗钙土，土壤全氮含量为1.13 g/kg，有机质含量为10.67 g/kg，速效磷含量为130 mg/kg，速效钾含量为160 mg/kg，pH7.2～7.4。由于水土流失，耕作粗放，土壤养分含量普遍偏低。其气候特点是：四季分明，冬季寒冷时间长；春季干燥沙尘天气居多；夏季高温集中降雨不均匀；秋季风沙较大气温较低。

1.2 试验材料

供试肥料：复合肥是由尿素和磷酸二铵配置（质量比N∶P∶K=15∶10∶8），高分子材料是将聚丙烯酰胺和聚乙烯醇制成溶液，在一定温度下通过硫酸锰进行交联合成的新型水溶性高分子材料（有效成分为2%）。

1.3 试验设计

试验采用室内盆栽方法。试验共设置7个处理（详见表1），每个处理5次重复。

表1 试验各处理肥料施用情况 g/kg

1.4 测定指标及方法

在莜麦成熟期对盆栽土壤进行取样，湿土和干土分开处理并保存。干土用于测定土壤速效磷、硝态氮、全氮和有机质的含量；湿土用于测定土壤酶活性，包括蔗糖酶、β -葡萄糖苷酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶。其中，土壤速效磷采用钼锑抗比色法，硝态氮采用紫外分光光度法，全氮采用凯氏定氮法，有机质采用滴定法，蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法，β-葡萄糖苷酶采用分光光度法，过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法，多酚氧化酶采用比色法。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2010对数据进行预处理，使用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析（ANOVA）、多重比较和数据相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥措施对土壤养分含量的影响

由表2可知，不同施肥处理（N1、N2、N3、P1N、P2N、P3N）的土壤硝态氮、速效磷和全氮的含量均显著高于CK。P2N、P3N处理与单施复合肥（N1、N2、N3）相比土壤速效养分（硝态氮、速效磷）含量存在显著差异。其中P2N处理较N1、N2和N3硝态氮含量分别提高了4.06%、1.33%和4.44%，速效磷含量分别提高了80.54%、18.46%和79.79% ；P3N处理较N1、N2和N3硝态氮含量分别提高了4.69%、1.95%和5.07%。与单施复合肥相比，在复合肥不同时期添加高分子材料对土壤全氮和有机质含量的影响并未达到显著水平。

表2 不同处理对土壤肥力的影响

2.2 水溶性高分子材料对土壤酶活性的影响

不同复合肥-高分子材料施用方式对土壤酶活性的影响如表3所示，与CK相比，各施肥处理（P1N、P2N、P3N、N1、N2、N3）显著提高了土壤β -葡萄糖苷酶的活性，增幅为6.48%～13.89%。P1N、P2N和P3N的土壤蔗糖酶活性较CK增加了63.76%、74.50%和78.52%（p ＜0.05）。对土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性分析表明，各施肥处理均较CK处理有显著降低。

表3 不同处理对土壤酶活性的影响

2.3 不同土壤养分含量与土壤酶活性的相关性

施用复合肥-高分子材料处理的土壤酶活性与土壤化学性质的相关关系如表4所示。土壤全氮与土壤有机质含量呈极显著正相关。土壤速效养分（硝态氮、速效磷）含量与4种酶活性（蔗糖酶活性、β -葡萄糖苷酶活性、过氧化氢酶和多酚氧化酶）均呈极显著相关，其中，土壤硝态氮、速效磷与蔗糖酶活性、β-葡萄糖苷酶活性呈正相关，与过氧化氢酶和多酚氧化酶活性呈极负相关。蔗糖酶活性与过氧化氢酶活性呈显著负相关，与多酚氧化酶活性呈极显著负相关。多酚氧化酶与过氧化氢酶之间呈显著正相关。

表4 土壤养分含量与酶活性的相关关系

3 讨论

研究表明，施用一定量的高分子材料可降低土壤密度，提高土壤孔隙度[11]，增加土壤入渗率，减少土壤侵蚀，确保干旱条件下土壤水分的可控释放，从而减少水分胁迫，加速土壤有机质的分解和矿化，提高土壤养分含量及微生物活性[12-14]；此外，过量施用保水剂也可使土壤板结，直接导致土壤系统缺氧、缺水和缺肥，使作物减产[15]。本试验结果表明，P2N较单施复合肥处理（N1、N2、N3）硝态氮含量提高了1.33%～4.44%，速效磷含量增加了18.46%～80.54%（表3）。P3N较单施复合肥处理（N1、N2、N3）硝态氮含量提高了1.95%～5.07%。说明施加高分子材料可以显著提高土壤中速效养分的含量，这是由于高分子材料对土壤养分的缓释作用，提高了土壤中微生物丰度及活性，对土壤环境的物质转化循环起到了催化作用，这与前人的研究结果一致[16-18]。在对不同时期施入高分子材料处理的对比中，P2N较P1N、P3N处理的硝态氮、速效磷和全氮含量增加了2.36%～47.50%。说明在莜麦苗期和拔节期施加高分子材料，相较于之前高分子材料与复合肥一次施入的方法，能进一步发挥高分子材料的缓释作用，提高土壤养分含量。这可能是因为初期过量的高分子材料对土壤养分的固持作用使短时间内大量养分聚集于单位面积的土壤结构中，使土壤富养化，造成土壤不同程度的板结，抑制土壤微生物的活动及繁殖，减少土壤养分的转化，进而造成土壤贫瘠和作物减产。

土壤酶活性直接影响土壤肥力水平，是表征土壤品质的重要指标[21]。分析土壤酶活性与土壤养分转化、微生物活性及腐殖质的形成等复杂生化反应密切相关[22]。土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性能直观反映土壤有机质的积累与转化，是表征土壤肥力的重要指标[23]。本研究结果表明，单施复合肥和在复合肥基础上添加高分子材料均可以提高土壤蔗糖酶和β -葡萄糖苷酶活性。与单施复合肥相比，在复合肥基础上添加高分子材料进一步提高了土壤蔗糖酶活性。这可能是高分子材料分期施入（P2N、P3N）减少了土壤板结，提高了微生物活性及土壤养分转化，使土壤肥力提高，因此也增加了土壤中蔗糖酶、β -葡萄糖苷酶活性。土壤过氧化氢酶能氧化土壤有机质，其含量决定土壤中腐殖质一类高分子化合物的形成，变化趋势与多酚氧化酶一致[24]。本实验也得出相应结论，施用复合肥与高分子材料会显著降低土壤中过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性。原因可能是由于高分子材料自身的缓释保肥作用，使复合肥聚集于土壤中，形成微生物活动层，从而促进土壤有机态养分元素的释放和分解，增加土壤腐殖质含量。土壤中腐殖质含量的增加会导致多酚氧化酶活性下降。

有研究表明，土壤酶活性能显著影响土壤肥力，决定土壤性质[25]。本研究表明，土壤酶活性与土壤硝态氮、速效磷含量存在极显著相关关系。土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性与土壤硝态氮、速效磷含量的相关性均表现为极显著负相关，这与很多研究结论基本一致，刘秀清[26]等、周江涛[27]等也表明多酚氧化酶和过氧化氢酶与土壤有机质含量及速效养分含量呈显著负相关关系。而陈强龙[28]等认为多酚氧化酶活性与土壤各组分养分含量呈现不相关性，这可能是因为酶活性同时受土壤质地、水分含量、微生物活性、土壤类型等多因素影响的结果。

4 结论

单施复合肥和复合肥+高分子材料均可以提高土壤养分含量和酶活性（蔗糖酶、β -葡萄糖苷酶）。在复合肥基础上添加高分子材料对提高土壤速效养分（硝态氮、速效磷）含量、土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性更为显著，但是对土壤全氮、有机质含量增加并不明显。通过不同处理试验结果对比表明，在苗期施用0.008 g/kg高分子材料和0.1 g/kg复合肥、拔节期施用0.016 g/kg高分子材料和0.2 g/kg复合肥的处理P2N对土壤速效养分含量及酶活性的提升效果最为明显。