控釋肥對土壤肥力與生物活性的影響

馬 松，許自成，蘇永士，陳彥春，汪孝國，郭 松

(1.河南農(nóng)業(yè)大學 煙草學院，河南 鄭州 450002;2.河南省煙草公司 三門峽市公司，河南 三門峽 472000)

目前，我國農(nóng)田大多通過大量施用化肥來提高土壤肥力，但這種做法并不可取。長期重施化肥，會造成土壤結構變劣、酶活性降低、養(yǎng)分失調(diào)和綜合肥力下降［1－2］;因此，如何在保障土壤供肥能力的同時，提高肥料利用率，減少肥料殘留引起的土壤環(huán)境污染，實現(xiàn)均衡施肥，已成為目前研究的一大熱點。控釋肥作為一種科學環(huán)保型肥料，具有提高肥料利用率和土壤酶活性、增加土壤微生物數(shù)量和降低環(huán)境污染等優(yōu)點［3－5］。本文就控釋肥對土壤的影響作一綜述，以期為合理使用控釋肥提供依據(jù)。

1 土壤基本理化性質(zhì)

控釋肥在釋放養(yǎng)分后，其包膜會殘留在土壤中。研究表明:盆栽油菜中添加有機高分子聚合物包膜后，土壤容重下降，孔隙度增高，土壤比重變化不大，從而使土壤疏松，通氣透水性增加，土壤結構得到改善［6］，表明控釋肥殘膜可改善土壤結構。但是殘膜并非越多越好，張昌愛等［7］認為，硫包尿素施入土壤后，短期內(nèi)土壤pH變化不大，但若長期大量施用，土壤中累積的包膜則會降低土壤的pH和電導率，破壞土壤酸堿平衡，增加土壤可溶性鹽的淋失，導致地下水質(zhì)惡化。

控釋尿素對沖積菜園土和紅菜園土pH影響的研究表明，短期施用普通尿素的土壤pH峰值要高于控釋尿素，峰值出現(xiàn)的時間也較控釋尿素提前;但從長期看，控釋尿素和普通尿素處理土壤均在一周后pH值升至最大值，而后下降，但控釋尿素處理 pH 值下降更快［8］。

2 土壤供肥能力

據(jù)研究，在一般產(chǎn)量水平下，植物吸收的氮磷鉀分別有30% ～60%、50% ～70%、40% ～60%來自土壤［9］。因此，土壤供肥力是獲得作物高產(chǎn)的基礎。研究表明，控釋復合肥能顯著提高土壤的有機質(zhì)、有效氮磷鉀含量;與普通復合肥相比，控釋復合肥處理的有效養(yǎng)分含量變化曲線更趨平緩;在相同養(yǎng)分含量下，控釋復合肥的釋放高峰比普通復合肥推遲了1個月，顯示控釋肥有更強的持續(xù)供肥能力［3］。徐培智等［10］發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，施用水稻專用控釋肥可顯著提高養(yǎng)分利用率，降低氮、磷肥用量，提高土壤肥力，達到減少肥料流失、降低環(huán)境污染、養(yǎng)地沃土的效果。

2.1 土壤氮素

氮肥的合理利用是指氮肥的利用率達到最大化、氮肥因氨揮發(fā)、硝態(tài)氮的淋失和反硝化作用所造成的損失最小化，使氮肥的增產(chǎn)效應得到充分發(fā)揮?？蒯尫誓茉黾雍档赝寥乐械睾?，提高土壤供氮水平和肥料利用率。棉田施用控釋肥后，0～30 cm土層的堿解氮含量在垂直和水平方向上均高于普通尿素處理［11］。董元杰等［12］以普通單質(zhì)肥料為原料制成控釋摻混肥料施入花生田后發(fā)現(xiàn):控釋肥能提高花生結莢期和飽果成熟期土壤中銨態(tài)氮的含量，降低硝態(tài)氮的含量，從而減少地下水污染風險，克服常規(guī)肥料在作物生長后期土壤養(yǎng)分供應不足的缺點。唐拴虎等［13］采用盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，相比專用肥一次施用和分次施用處理，控釋肥能提高水稻生長后期的土壤供氮水平;施用控釋肥明顯提高了氮肥利用率，較專用肥分次施用和一次性施用處理分別提高12.2%～13.5%和20.0%～22.7%。熊又升等［14］研究也表明，施包膜尿素較普通尿素的氨揮發(fā)損失減少了14.2%～14.9%，淋失和反硝化氮損失減少25.5%～28.3%。

水田施用控釋肥，氮素損失減少，肥料利用率提高。研究認為，氨揮發(fā)是稻田氮素損失的主要原因，施用尿素和2個不同品種控釋肥，其氨揮發(fā)損失量分別占施氮總量的39.28%、19.99%和10.91%，其中控釋肥比尿素的氨揮發(fā)氮素損失量降低19.29%～28.37%，其氮素利用率分別為80.5%、64.7%，比尿素高 50.5%、34.7%，差異達極顯著［15］?？蒯尫柿咸幚韰^(qū)水層中-N濃度很小，略高于無氮區(qū)，且移栽后10 d內(nèi)變幅不大，而復合肥區(qū)-N濃度則顯著高于控釋肥區(qū)［16］。還有研究表明，施用控釋氮肥能顯著降低田面水中-N和-N的濃度，減少NO2的揮發(fā)損失［17］。

2.2 土壤磷素

磷在土壤中的移動主要靠擴散作用，而擴散作用決定于土壤磷濃度與根系磷濃度之差。由于土壤溶液中磷的濃度很低，導致磷的移動慢且范圍很小，但控釋肥可直接施于根部，增加根系直接接觸磷素的機會［18］。因此，控釋肥對提高土壤供磷水平有很好的作用。

胡瑩瑩等［19］分析了不同磷水平下磷素控釋肥對土壤供磷狀況的影響，表明控釋復肥能顯著提高當季磷肥利用率，低磷控釋處理比對照增加32%，高磷控釋處理比高磷普通復肥處理增加35%。在馬鈴薯生長期內(nèi)，無論低磷水平還是高磷水平，控釋肥的土壤速效磷變化比較平緩，能按作物所需供給作物養(yǎng)分;在生長中后期，低磷控釋復肥仍能維持較高的土壤速效磷供應水平，因而控釋肥可減少磷肥用量，提高經(jīng)濟效益［19］。草莓盆栽試驗也表明，相對于普通肥料，表施、側施、混施和底施控釋復合肥的磷肥利用率提高了14.36%～36.48%，其中以底施控釋復合肥的效果最優(yōu)［18］。

2.3 土壤鉀素

研究表明，控釋肥可顯著提高烤煙地0～20 cm土層速效鉀含量，而對20～40 cm土層速效鉀含量影響不顯著［20］。控釋肥可大幅度提高煙田根際土壤的速效鉀含量，而且根區(qū)土壤速效鉀含量明顯高于非根區(qū)土壤，出現(xiàn)了烤煙根區(qū)鉀素的富集現(xiàn)象。而通過研究近根區(qū)和非根區(qū)土壤速效鉀含量與烤煙鉀營養(yǎng)狀況的相關性發(fā)現(xiàn):近根區(qū)土壤速效鉀含量是決定煙葉含鉀量的主要因素［21］。植物吸鉀主要通過根系，因此根際的鉀優(yōu)先被吸收，而非根際土壤鉀則必須遷移到根際后才能被煙株吸收。但鉀在土壤中的遷移較慢，限制了植物對鉀的吸收。而控釋肥集中施在作物根系附近，不但為植物提供了高濃度的鉀營養(yǎng)，而且能夠克服K+向根表長距離遷移速度太慢的缺點，提高了養(yǎng)分的空間有效性。

3 土壤酶活性

土壤脲酶是一種水解酶，能催化尿素和有機氮的轉(zhuǎn)化，對土壤和肥料中的氮素轉(zhuǎn)化起重要作用，故脲酶活性可表征土壤的氮素狀況［22］。土壤多酚氧化酶參加腐殖質(zhì)組分中芳香族有機化合物的轉(zhuǎn)化，其活性在一定程度上反映土壤腐殖化進程［23］。過氧化氫酶是參與土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的一種重要氧化還原酶，在一定程度上可以表征土壤生物氧化過程的強弱［24］。磷酸酶可加速有機磷的脫磷速度，積累的磷酸對土壤磷素的有效性具有重要作用［25］。土壤蔗糖酶能酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，對增加土壤中易容性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用，它不僅能夠表征土壤生物活性強度，也可以作為評價土壤熟化程度和土壤肥力的指標［26］。

黃瓜田間試驗表明，控釋復合肥能顯著提高土壤脲酶活性，降低多酚氧化酶活性［27］。與普通氮、磷、鉀肥相比，控釋肥能明顯提高土壤中脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性，從而改善土壤養(yǎng)分供應狀況，提高了肥料利用率［28］。大豆盆栽試驗表明，與普通復合肥相比，包膜復合肥料對土壤脲酶、中性磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性的影響均優(yōu)于普通復合肥［4］。

油菜盆栽試驗表明，在油菜生育前期，包膜尿素抑制脲酶活性，有效地抑制了尿素的分解轉(zhuǎn)化，減少了N素損失。究其原因，可能是因為生育前期油菜根系較小，生長不旺盛，根系分泌物較少。到油菜生長旺盛期，包膜尿素可提高脲酶活性，分解尿素并有效供給作物快速生長所需養(yǎng)分［29］。井大煒等［30］認為，在西瓜生育前期，普通化肥提高土壤脲酶的活性，而控釋肥則抑制其活性;但在開花以后，普通化肥處理的脲酶活性顯著下降，而控釋肥處理的活性有較大程度提高，并在膨大期達到最大值。由于西瓜在前期對氮素的需求量較小，而控釋肥在這時又能抑制脲酶活性，這就有利于降低氮素的氣態(tài)損失;過了開花期，西瓜對氮素需求量增大，這時控施肥恰能顯著提高脲酶活性，促進有機態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。此外，控釋肥也比普通化肥更能增強土壤蔗糖酶的活性，有利于土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化，有利于土壤肥力水平的改善和提高。

4 土壤微生物量

土壤微生物活性能預測土壤質(zhì)量的變化，是土壤質(zhì)量變化最敏感的指標，也是土壤健康的決定因素［31］。羅蘭芳等［5］研究表明，短期施用控釋氮肥的稻田土壤中細菌、真菌和放線菌數(shù)量明顯高于不施氮處理;土壤好氧自生固氮菌、氨化細菌、反硝化細菌的數(shù)量比尿素處理低。但控釋氮肥處理的周年土壤細菌、放線菌數(shù)量明顯高于尿素處理，真菌數(shù)量略低于尿素處理;控釋氮肥配施有機肥處理，土壤細菌、真菌、放線菌的數(shù)量明顯高于尿素和單施控釋氮肥處理，說明控釋肥能明顯增加土壤微生物的數(shù)量［5］。

土壤解磷細菌能夠促進土壤中磷素形態(tài)向易被作物利用狀態(tài)轉(zhuǎn)化，減緩向緩效態(tài)、難溶態(tài)的轉(zhuǎn)化，從而提高磷肥的利用率［32］，降低大量施用磷肥造成的面源磷素污染［33］。研究表明，施用控釋肥能夠提高烤煙旺長期煙田土壤中解磷細菌的數(shù)量和磷細菌的溶磷能力，施用控釋肥料和普通肥料的土壤中磷細菌總量分別為7.6×106個·g－1和2.3×105個·g－1，可見，控釋肥能顯著增加烤煙旺長期煙田土壤中磷細菌的數(shù)量［34］。

5 小結

由于包膜的控釋作用，專用控釋肥的養(yǎng)分釋放特性與作物需肥規(guī)律達成一致，促成了控釋肥在作物需肥旺期提高多種土壤酶的活性，在需肥衰期則抑制多種土壤酶的活性，從而形成了作物在需肥旺期土壤供肥能力增加，在需肥衰期土壤供肥能力降低的現(xiàn)象。這就使土壤中肥料的養(yǎng)分得到充分地利用，單位肥料的增產(chǎn)效應達到最大化，環(huán)境污染也隨之降低。關于控釋肥的研究已有不少報道，但有關控釋肥對土壤中微量元素的作用，以及控釋肥包膜對土壤養(yǎng)分、土壤酶、土壤微生物影響的研究卻鮮見報道，為此需作進一步的研究。

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