追施不同量氮肥对连作花生土壤理化性质和生物学性质的影响

王一波 张丽丽 王海新 孙泓希 韩 宁 孙继军 任 亮 史普想

（辽宁省沙地治理与利用研究所 辽宁阜新 123000）

土地沙化对环境危害非常大， 沙化导致土壤胶体含量下降、土壤颗粒变粗，使土壤土粒分散、土壤物理结构变差，影响土壤对水分和养分的吸附能力，最终使土壤保水保肥能力逐渐降低， 土地生产力衰退[1]。 而我国东北地区花生主产区的主要土壤类型之一就是风沙土， 并且60%以上的花生种植在风沙地上[2]。 有研究表明，合理有效施肥能改良土壤性质，提高土壤肥力，利于作物生长发育和提高产量[3]。 通常以土壤理化性质评价土壤肥力高低。

此外， 土壤酶活性也是评价土壤质量的重要指标[4]，通常以脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶等为主。 近些年，施肥对土壤酶活性影响的研究成为热点[5-11]。据已有的研究认为， 施用有机肥或化肥对土壤酶活性的影响有促进、抑制等不同作用[1-2，7]，这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的结果差异[2]。

本研究主要是探究在辽西地区， 连作花生地追施不同量氮肥对土壤理化性质和生物学性质的影响，进而可以筛选出最佳氮肥追施量，达到减少肥料施用的目的， 这样可以在一定程度上减轻土壤性状继续恶化， 提高土壤保水保肥能力， 增加土壤生产力，对土地生态系统稳定性具有重要意义[3]。

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 （41°44′～42°34′N、121°01′～122°25′ E），土壤为风沙土，气候属于半干旱区。 全年无霜期150～160 d，年平均气温8.2℃，年均降水量400～500 mm，主要集中在7-8 月，年蒸发量1 600～1 800 mm。 土壤基本理化性质见表1。

表1 试验地土壤基本理化性质（2018 年）

1.2 试验设计及研究方法

1.2.1 供试材料 本试验供试花生品种为阜花30，生育期120 d。

1.2.2 试验设计 试验于2018-2022 年进行。 种植模式为花生连作，每年种植一季。 每年的 5 月上旬播种，分别于当年的9 月下旬收获。 起垄前均匀撒施磷肥及钾肥， 以氮肥为追肥， 春播覆膜同时铺设滴灌管，其他管理措施同常规田间生产。 试验设置5 个不同氮肥施肥量作为追肥，于花生苗期追施，以不施肥作对照，共6 个处理，每个小区面积125 m2（25 m×5 m），单因素随机区组排列，重复3 次。

每公顷施用过磷酸钙（磷肥）344.25 kg 和硫酸钾（钾肥）335.25 kg 作为底肥，以尿素（氮肥）作为追肥，6 个不同施氮处理具体施肥量详见表2。

表2 追施氮肥量

1.3 土壤样品采集及测定方法

1.3.1 土壤样品采集 于2022 年9 月花生收获期采集土样， 在每个处理随机设置3 个采样点进行土样采集， 每个采集点选取0～20 cm、20～40 cm 2 个层次的土层深度，去除植物残根等杂物，混合均匀，采集土样500 g，将3 次重复处理采集的土样利用二分法均匀混合成一袋土样， 一部分样品尽快进行土壤物理指标测定，其余样品风干后过1 mm 筛备用。

1.3.2 土壤物理指标测定方法 用烘干法测定不同时期土壤容重、土壤含水量；用电位法测定土壤pH。每个处理重复3 次后取平均值，具体操作详见《土壤农化分析》[12]。 计算公式：

《星星》是毛泽东以给林彪回信为由、以党内通信形式印发给红四军干部纠正党内悲观思想的一封信。 当时，中央革命根据地曾以《时局的估量与红军行动问题》为题印发过油印的单行本，发至党内领导干部传阅。 该信的公开发表是在延安整风期间。 1941年12月，毛泽东亲自主持编印了党内秘密文件《六大以来》，将此文作为整风运动文献编入其中，题名为《毛泽东同志给林彪同志的信》(以下简称“1941年版”)，此后，该文经历了中华人民共和国成立前和成立后两个历史阶段的变化历程。

土壤容重（g/cm3）=G×100/V×（100＋W），式中，G为环刀内湿样重（g），V为环刀体积（m3），W为样品含水量（%）。

土壤含水量 （%）＝（原土重－烘干土重）/烘干土重×100%＝水重／烘干土重×100%。

1.3.3 土壤养分测定方法 土壤全氮的测定采用半微量开氏法；土壤全磷的测定采用NaOH 熔融-钼锑抗比色法；土壤全钾的测定采用NaOH 高温熔融-火焰光度计测定法；碱解氮用碱解扩散法；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法；速效钾的测定采用NH4OAc 溶液浸提法，最终采用原子吸收分光光度计测定；有机碳的测定采用重铬酸钾容量法测定[17]。每个处理重复3 次后取平均值，具体操作详见《土壤农化分析》。

1.3.4 土壤酶活性测定方法 土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，以24 h 每克土壤中产生的NH4-N 的毫克数表示；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定， 以24 h 每克土生成的葡萄糖的毫克数来表示； 过氧化氢酶活性采用高锰酸钾容量法测定，以每克土1 min 消耗的0.02 mol/L 的KMnO4体积 表示[13]。

每个处理重复3 次后取平均值， 具体操作详见《土壤酶及其研究方法》。1.3.5 数据处理与分析 用WPS 2019 进行数据、图表处理，用SPSS 22.0 进行数据处理，用ANOVA 进行单因素方差分析，用Duncan 进行差异显著性检验分析（显著性水平设置为P＜0.05），用Pearson 相关分析的方法分析土壤养分指标和土壤酶活性之间的相关性。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤水分、pH 和容重的影响

由表3 可知， 各处理的土壤含水量随着追施氮肥量的增加而先减少后增加，0～20 cm 土层在N3 处理时含水量最低，20～40 cm 土层在N4 处理时含水量最低。

表3 各处理不同土层土壤的含水量(%)、pH 和容重

各处理土壤容重均不同程度高于N0 处理， 以N4 处理土壤容重均最高， 说明适量追施氮肥能够有效提高土壤容重， 进而对提高土壤的保水率有一定的作用。 各处理土壤容重的大小随土层深度的增加逐渐增大， 这种现象是由于0～20 cm 土层土壤植物根系分布密集， 并且土壤受耕作影响较大， 土壤较松弛， 故土壤容重小。 20～40 cm 土层的土壤受耕作的影响较0～20 cm 土层小， 土壤较紧实， 故土壤容重大。

2.2 不同施肥处理对土壤养分的影响

由表4 可知，0～20 cm 土层的各项土壤养分含量中，N5 处理的全氮、全钾、碱解氮、速效磷含量显著高于其他处理，N2、N3、N4、N5 处理的全磷含量无显著性差异，速效钾含量以N2 处理最高，有机质含量以N4 处理最高。 说明氮肥追肥量的增加对0～20 cm 土层的土壤全磷含量无显著性影响， 但是会抑制土壤中速效钾含量，而过多的追施氮肥（施用量为125%）会抑制有机质含量。

表4 各处理不同土层的土壤养分

20～40 cm 土层的各项土壤养分含量中，N5 处理的全氮、碱解氮、速效磷含量显著高于其他处理，N4处理的速效钾和有机质含量均显著高于其他处理，N2、N3、N4、N5 处理的全磷含量无显著性差异， 全钾含量以N3 处理最高。 说明氮肥追肥量的增加对20～40 cm 土层的土壤全磷的含量无显著性影响，但追施氮肥量高于75%时会抑制土壤中的全钾含量， 过多的施用氮肥（125%）还会抑制速效钾和有机质含量。

2.3 不同施肥处理对土壤脲酶活性的影响

脲酶是土壤中重要的水解酶， 能将酰胺态有机氮化物水解为植物能直接吸收利用的无机氮化物的酶[2]。 由图1 可知，土壤中脲酶含量随追施氮肥量的增加而上升，与不追施的N0 处理相比，土壤中脲酶活性均显著提高。 0～20 cm 土层中， N3 处理、N4 处理与N5 处理之间差异未达到极显著水平，说明过量追施氮肥对土壤脲酶活性的提升影响不大。20～40 cm土层中，在追肥量高于N2 处理后，土壤脲酶活性无极显著提高。

图1 各土层各处理对土壤脲酶活性的影响

2.4 不同施肥处理对土壤过氧化氢酶活性的影响

由图2 可知， 随着追施氮肥量增加土壤中过氧化氢酶含量均呈上升趋势，但在0～20 cm 土壤中，各个处理的土壤过氧化氢酶活性无显著性差异。 20～40 cm 土壤中，氮肥追施量高于N4 处理后，土壤过氧化氢酶活性相比于N0 处理有极显著提高。

图2 各土层各处理对土壤过氧化氢酶活性的影响

2.5 不同施肥处理对土壤蔗糖酶活性的影响

由图3 可知， 随着追施氮肥量增加土壤中蔗糖酶含量均呈上升趋势，在0～20 cm 土壤中，追施氮肥后土壤蔗糖酶活性极显著提高。20～40 cm 土壤中，氮肥追施量高于N3 处理后， 土壤蔗糖酶活性相比于N0 处理有极显著提高。

图3 各土层各处理对土壤蔗糖酶活性的影响

2.6 不同施肥处理土壤养分与酶活性相关性分析

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性分析。 土壤养分与酶活性的相关性显著。 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。

对于土壤脲酶活性而言， 土壤脲酶活性与深层土壤碱解氮呈极显著正相关关系； 对于土壤蔗糖酶活性而言， 浅层土壤蔗糖酶活性与土壤碱解氮含量呈极显著正相关关系； 深层土壤蔗糖酶活性与深层土壤有机质、土壤全磷含量、浅层速效磷、浅层全钾含量呈极显著正相关关系。 对于土壤过氧化氢酶活性而言， 浅层土壤过氧化氢酶活性与浅层全氮和深层速效磷含量呈极显著正相关关系； 深层土壤过氧化酶活性与深层土壤碱解氮含量呈显著正相关关系（表5）。

表5 土壤养分与酶活性相关性分析

综上可以看出，在本试验条件下，土壤蔗糖酶活性能够较全面地反映土壤养分状况的变化。

3 讨论与结论

试验结果表明， 追施一定量的氮肥后能有效提高土壤酶活性，提高土壤理化性质，从而提高土壤肥力水平，改善土壤质量。 但过量的追施氮肥反而会抑制土壤酶活性或者土壤理化性质， 从本试验结果来看，氮肥追施量在N3 处理(110.59 kg/hm2）～N4 处理(147.45 kg/hm2）之间为最佳，高于这个追施量则会产生抑制效果。 相关性分析表明，土壤中全氮、碱解氮、速效磷含量对土壤酶活性的影响较大， 土壤各养分与土壤蔗糖酶活性相关性更大。

施肥可在一定程度上改变土壤的物理性质，减小土壤容重，起到疏松土壤、增加土壤持水性能的作用。 马俊永等[15]的研究表明，施肥量不同对连作花生土壤的物理性质有不同程度的改善， 秸秆与其他肥料相比，对土壤的物理性质的影响反倒减弱，且只对土壤耕层范围的土壤肥力状况有所改善；徐大兵等[16]的研究认为，连续施肥增加了花生连作土壤的容重，使孔隙度减小，但并不能明显改善土壤的物理性状，造成这种现象的原因可能是由于施肥的年限较短；孔晓民等[17]的研究表明，不同耕作方式对土壤容重的影响也有所不同， 是由于不同耕作方式还是施肥年限的限制还需继续研究。

施肥处理对土壤有机质、速效磷、速效钾含量均有不同程度地提高， 表明土壤性状与土壤速效养分的变化与施肥方式有关[18]；施用化肥明显提高了土壤养分含量，改善了土壤理化性质[20]。 深层土壤养分的分布规律并不明显[21]，可能是因为花生各生育期的灌溉导致所施肥料淋溶及微生物和有机质分解等。

王改兰等[22]的长期试验发现，不同施氮肥处理的土壤，全氮含量较原土均有不同程度的增加。 但也有研究发现， 施氮肥处理与无氮肥处理之间全氮含量差异并不明显[23]，这与本研究结果一致，说明施用速效氮肥虽然也能保证农作物的产量， 但是不能提高表层土壤中氮养分含量，供氮潜力明显不足[24]。 土壤中的全钾含量与不施肥的对照处理比较变化不明显，而速效钾含量显著高于不施肥的对照处理，说明全钾含量的变化很难能反映出施肥处理对土壤钾素肥力的影响，这与俄胜哲等[25]和葛伟健等[26]的研究结论一致。 对于土壤有机质含量的变化，施肥后浅层土壤变化差异性较大， 但施肥对深层土壤有机质含量影响较小。

本研究所测定的3 种酶均受到施肥的显著影响， 通过田间长期定位培肥试验发现， 与不施肥比较，长期施肥显著提高了土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶酶活性[19]。 张小磊等[27]的研究结果表明，单施N肥降低了风沙土脲酶的活性， 可能是由于脲酶将尿素水解为NH3和CO2，NH3反过来抑制了脲酶的合成，或是由于长期单一施用N 肥使土壤肥力结构变得不均衡，从而使土壤脲酶活性降低。 有研究发现，施肥可以提高土壤过氧化氢酶的活性[28-29]；而蒋和等[30]的研究认为， 施肥后各处理间过氧化氢酶活性差异较小；王娟等[31]的研究也同样认为，化肥对旱地土壤过氧化氢酶活性影响较小；孙瑞莲等[34]、王月等[2]的研究表明，长期施肥降低了土壤过氧化氢酶的活性；王冬梅等[32]的研究认为，施N、K 肥对过氧化氢酶活性有抑制作用。 造成研究结果的差异原因可能是由于不同试验的土壤类型、气候条件、肥料用量及施肥时间等不同造成的。

刘晓宇[14]的研究表明，肥料对产量的贡献率变化规律与产量一致， 产量高相对肥料对产量的贡献率也高。左智天等[33]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比关系。 这和本研究一致，土壤氮含量和有机质含量、速效磷含量与土壤酶活性呈正比关系。 土壤酶活性的提高可以促进土壤养分转化， 改善土壤微生物环境，提高土壤主要养分，促进作物生长，增加作物产量，为作物稳产、高产奠定基础。