雞糞與化肥不同配比對楊樹苗根際土壤酶和微生物量碳、氮變化的影響

井大煒，邢尚軍

(1德州學院，山東德州253023;2山東省林業(yè)科學研究院，山東濟南250014)

土壤生物學活性主要指土壤微生物和酶活性。土壤微生物是土壤中各種生物化學過程的主要調(diào)節(jié)者，微生物量碳、氮被認為是土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，是植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源［1］。土壤酶是土壤中動植物殘體分解、植物根系分泌和土壤微生物代謝的產(chǎn)物，是一類具有生物化學催化活性的特殊物質(zhì)，參與土壤中許多重要的生物化學過程，如腐殖質(zhì)的合成與分解，有機化合物、高等植物和微生物殘體的分解及其轉(zhuǎn)化等［2］。土壤中的酶和微生物活性高低可以代表土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，在一定程度上反映作物對養(yǎng)分吸收利用與生長發(fā)育狀況等，是土壤肥力的一個重要指標［2－4］。

近年來，許多學者對施用化肥［5－6］、豬圈肥［7］、芝麻餅肥［8］、秸稈還田［9－10］和連年翻壓綠肥［11］等處理下微生物量和酶活性的變化進行了深入的研究，而且主要集中在小麥、玉米和烤煙等作物，而對雞糞有機肥及楊樹根際土壤微生物等方面的研究較少。雞糞是植物生產(chǎn)中優(yōu)質(zhì)的有機肥，富含氮、磷、鉀等植物所必需的養(yǎng)分，與其他家畜家禽糞便相比養(yǎng)分含量居于首位;與餅肥中氮、磷、鉀含量相當，且養(yǎng)分比例變幅小，是優(yōu)質(zhì)天然復合肥［12］。利用雞糞生產(chǎn)制成的有機肥和有機無機復合肥對農(nóng)作物增產(chǎn)明顯。據(jù)統(tǒng)計，在西瓜、西蘭花、茶葉、紅茄、大白菜、楊梅等作物上施用雞糞有機肥，增產(chǎn)幅度在15% ～25%之間［12］。在果蔗上長期施用雞糞有機肥，可以改變土壤結(jié)構(gòu)，使板結(jié)的土壤松化，增加透氣性和保肥性［13］。關于雞糞有機肥對楊樹苗根際土壤酶活性及微生物量碳、氮的影響，尤其對楊樹苗在年生長過程內(nèi)系統(tǒng)的動態(tài)變化研究尚未見報道。為此，本試驗以山東省濟寧市三環(huán)化工有限公司生產(chǎn)的雞糞有機肥為供試原料，開展了雞糞有機肥與化肥的不同搭配比例對一年生I－107歐美楊在不同生長時期內(nèi)根際土壤酶活性和土壤微生物量碳、氮的動態(tài)變化研究，以期揭示不同施肥處理根際土壤的生物化學過程的變化規(guī)律，為探討施用雞糞有機肥對楊樹苗根際土壤的作用機理提供理論依據(jù)，并且為楊樹苗的培育和施肥管理提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗設在山東省林業(yè)科學研究院試驗苗圃，供試土壤為潮土，有機質(zhì)含量6.83 g/kg，全氮0.52 g/kg，速效氮 27.96 mg/kg，速效磷 26.52 mg/kg，速效鉀 79 mg/kg，電導率 24.3 μS/m，pH 8.08。供試雞糞有機肥為山東省濟寧市三環(huán)化工有限公司提供，N、P2O5和K2O含量分別為1.22%，1.33%和2.71%，有機質(zhì)含量24.18%，含水量29.02%。所用化肥為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。楊樹扦插苗品種為I－107歐美楊，接穗長15～16 cm，莖粗2 cm，重量25～27 g。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，設5個處理:CK，不施肥;N100，100% 的氮由尿素提供(尿素7.72 g);M10N90，10%的氮由雞糞有機肥提供(雞糞有機肥37.54 g)，90%的氮由尿素提供(尿素6.95 g);M30N70，30%的氮由雞糞有機肥提供(雞糞有機肥112.62 g)，70%的氮由尿素提供(尿素5.40 g);M50N50，50%的氮由雞糞有機肥提供(雞糞有機肥187.70 g)，50%的氮由尿素提供(尿素3.86 g)。每個處理20盆，共計100盆。隨機區(qū)組排列，除CK外，各處理均為等養(yǎng)分量，N、P和K含量分別為3.55、1.94、3.94 g，各處理P和K不足部分分別用過磷酸鈣、氯化鉀補足。試驗用盆為塑料盆，盆高20 cm、寬30 cm。于2011年4月13日盆栽試驗時，將肥料與土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土10.5 kg。

1.3 測定項目和方法

分別在施肥后的30 d、60 d、90 d、120 d、150 d和180 d采集土壤樣品，每次每個處理采3盆。在土壤水分含量適中時采用剝落分離法［14］取樣，將帶土植株取出，先輕輕抖落大塊不含根系的土壤，然后用力將根表面附著的土壤全部抖落下來，迅速裝入塑料袋內(nèi)(根際土)。部分新鮮樣品立即進行土壤微生物碳、氮的測定，部分土樣風干過篩后進行土壤酶活性測定。土壤酶活性和微生物量碳、氮均為每處理3盆土樣分別測定。

土壤微生物量碳、氮用氯仿熏蒸法［15－16］測定;土壤脲酶用苯酚鈉－次氯酸鈉比色法;磷酸酶用磷酸苯二鈉比色法;過氧化氫酶用KMnO4滴定法;蔗糖酶用Na2S2O3滴定法［17］測定。

試驗數(shù)據(jù)采用SAS 9.2和Excel 2003軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對楊樹苗根際土壤酶活性的影響

2.1.1對根際土壤脲酶活性的影響 不同處理的脲酶活性動態(tài)變化規(guī)律相似，均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(圖1)。在生長前期(30～60 d)時，各處理的脲酶活性緩慢上升，但從生長前期進入快速生長期(90 d)時，各處理均有迅速升高的趨勢，并在120 d時達到了最大值，此時M30N70處理的脲酶活性分別比其他處理提高了49.04%、26.49%、12.50%和7.83%，隨后逐漸降低。各處理在楊樹苗不同生長時期內(nèi)的總體變化規(guī)律為 M30N70＞M50N50＞M10N90＞N100＞CK，表明施肥明顯增加了根際土壤的脲酶活性。在各施肥處理中，雞糞配施處理顯著高于單施化肥處理，以 M30N70處理最高，比對照提高了24.51%～49.04%，比單施化肥處理提高了14.41%～26.49%。在雞糞有機肥配施的三個處理中，M10N90與M50N50的脲酶活性均顯著低于M30N70?？梢姡陔u糞有機肥與化肥的不同配施處理中，隨著雞糞有機肥比例的增加，脲酶活性呈先升高后降低的趨勢。因此，并非雞糞有機肥所占的比例越大，土壤的脲酶活性就越強。

2.1.2對根際土壤堿性磷酸酶活性的影響 各處理的堿性磷酸酶活性均呈先降低后升高再降低的趨勢(圖2)。所有處理均在120 d時出現(xiàn)峰值，此時楊樹苗正處于快速生長期，M30N70處理最高，分別比CK、N100、M10N90和 M50N50提高了 23.18%、20.00%、7.51%和8.77%，隨后開始緩慢的下降。

圖1 不同處理對根際土壤脲酶活性的影響Fig．1 Effects of different treatments on urease activity in rhizosphere soil

在楊樹苗的年生長進程中，各處理堿性磷酸酶活性的變化規(guī)律為M30N70＞M10N90≈M50N50＞N100≈CK。M30N70顯著高于其他處理，比 N100提高了13.87% ～27.93%;N100處理與CK差異不顯著，可能是由于對照土壤缺磷，土壤供磷能力遠不能滿足作物生長的需要，因此作物根系分泌較多的磷酸酶，以促進土壤中有機磷化合物水解，生成可以被植物所利用的無機態(tài)磷，這是作物適應營養(yǎng)環(huán)境的一種機制［18］。配施雞糞有機肥的處理均顯著高于單施化肥處理，說明配施雞糞可促進土壤堿性磷酸酶活性的提高。另外，在配施雞糞有機肥處理中，M10N90與M50N50差異不顯著，這表明楊樹苗根際土壤堿性磷酸酶活性并不隨著雞糞有機肥所占比例的增加而提高，而是取決于雞糞有機肥與化肥的搭配比例。

圖2 不同處理對根際土壤堿性磷酸酶活性的影響Fig．2 Effects of different treatments on alkaline phosphatase activity in rhizosphere soil

2.1.3對根際土壤過氧化氫酶活性的影響 各處理的過氧化氫酶活性均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(圖3)。在施肥后120 d，所有處理均達到了最大值，其中，M30N70處理的過氧化氫酶活性最高，分別比 CK、N100、M10N90和 M50N50，提高了 32.37%、21.16%、10.63%和8.53%。之后各處理均開始迅速下降，至落葉期(180 d)時達到了最低值，相比最大值分別降低了 58.96%、49.21%、44.93%、42.79%和44.55%。在楊樹苗不同的生長時期內(nèi)，各處理根際土壤過氧化氫酶活性的變化規(guī)律為M30N70＞M10N90≈M50N50＞N100＞CK。M30N70處理分別比CK提高了12.33% ～71.83%，比N100處理提高了12.07% ～27.08%;M10N90處理與M50N50處理差異不顯著，但均顯著高于CK和N100處理。施肥后80～130 d是楊樹苗快速生長、干物質(zhì)積累最大的時期，也是楊樹苗對營養(yǎng)元素吸收量最大的階段。此時過氧化氫酶活性處于較高值，可以解除楊樹苗快速生長積累的過氧化氫等物質(zhì)產(chǎn)生的毒害，說明過氧化氫酶活性與楊樹苗生長發(fā)育進程密切相關。

圖3 不同處理對根際土壤過氧化氫酶活性的影響Fig．3 Effects of different treatments on catalase activity in rhizosphere soil

2.1.4對根際土壤蔗糖酶活性的影響 所有施肥處理的蔗糖酶活性均顯著高于CK，說明施肥能明顯提高根際土壤的蔗糖酶活性(圖4)。各處理均呈現(xiàn)先升高后降低又緩慢升高的變化趨勢。施肥后30～120 d期間，各處理均處于上升的趨勢，在120 d時達到最大值，之后開始顯著下降，在150 d之后又開始緩慢升高。

在120 d時，M30N70處理分別比 CK、N100、M10N90和 M50N50處理提高了 47.62%、29.17%、9.81%和8.04%;同 N100處理相比，M10N90、M30N70和M50N50處理分別提高了17.63%、29.17%和19.55%。在整個生育期內(nèi)，M30N70處理的蔗糖酶活性比N100處理提高了29.17% ～46.43%，比CK提高了47.62% ～66.67%。而 M10N90和 M50N50處理分別比 N100處理提高了 14.63% ～27.09%和19.55%～44.33%。說明配施雞糞有機肥比單施化肥更有利于提高土壤蔗糖酶的活性。在3個配施雞糞有機肥處理中，隨著雞糞有機肥所占比例的提高，蔗糖酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。

圖4 不同處理對根際土壤蔗糖酶活性的Fig．4 Effects of different treatments on invertase activity in rhizosphere soil

2.2 對楊樹苗根際土壤微生物量碳、氮的影響

2.2.1對根際土壤微生物量碳的影響 各施肥處理的SMBC含量均顯著高于CK(表1)。施肥后60 d，CK達到了最大值，在90 d時就出現(xiàn)了缺肥癥狀，葉子發(fā)黃，根系活性降低，因而土壤微生物活性也降低。而N100、M10N90、M30N70和M50N50處理隨著楊樹苗的快速生長發(fā)育、根系分泌量的增加及氣溫的不斷提高，SMBC含量在增加，到90 d時達到高峰，之后開始迅速地下降。與N100處理相比，M10N90、M30N70和M50N50處理的下降更快。施肥后180 d(落葉期)，各處理SMBC含量稍微有所回升，與施肥后150 d相比，分別增加了 27.56、14.14、36.31、35.35和30.73 mg/kg。從楊樹苗的年生長進程來看，3個雞糞有機肥與化肥配施的處理一直顯著高于CK和N100處理;M10N90、M30N70和 M50N50處理分別比N100處理提高了47.11～68.39%、63.00% ～76.62%和52.90% ～70.87%。

可見，隨著雞糞有機肥所占比例的增加，SMBC含量呈先增加后減少的趨勢。在雞糞有機肥與化肥的不同配施中，M30N70的SMBC含量最大。結(jié)果表明，配施雞糞有機肥對SMBC含量具有明顯的影響，其作用效果取決于雞糞有機肥與化肥的搭配比例。

2.2.2對根際土壤微生物量氮的影響 在楊樹苗的不同生長時期內(nèi)，總的變化規(guī)律為:施肥后30 d各處理土壤SMBN含量達到最高值，隨生育進程明顯下降，落葉期呈現(xiàn)回升趨勢(表2)。施肥后30 d，各施肥處理的SMBN含量均顯著高于CK。與N100相比，雞糞與化肥配施的3個處理均顯著提高了SMBN含量。M30N70處理的 SMBN含量顯著高于CK、N100、M10N90和 M50N50處理，分別提高了142.17%、82.77%、20.90%和15.11%。施肥后60 d，各處理的SMBN含量均出現(xiàn)不同程度的下降，其中CK的SMBN含量在施肥后90 d最早降為最低值，可能是因為土壤氮素營養(yǎng)不能滿足楊樹苗生長的需求，土壤微生物不得不加速自身礦化來提供養(yǎng)分，說明在沒有氮肥投入的情況下，土壤微生物生物量氮也能夠為作物生長提供一定量的氮素養(yǎng)分。而各施肥處理的SMBN含量繼續(xù)下降，在施肥后150 d達到了最低值;在落葉期(180 d)時，各處理的SMBN含量均有不同程度的升高。

表1 不同處理對根際土壤微生物量碳的影響(mg/kg)Table 1 Effects of different treatments on SMBC in rhizosphere soil

表2 不同處理對根際土壤微生物量氮的影響(mg/kg)Table 2 Effects of different treatments on SMBN in rhizosphere soil

在楊樹苗的年生長進程中，雞糞配施處理均顯著地高于對照和單施化肥處理，其中M30N70處理的SMBN含量一直處于最高，分別比CK和N100提高了83.20% ～269.41%和40.01% ～90.38%。可見，在3個雞糞有機肥與化肥的不同配施處理中，隨著雞糞有機肥比例的增加，SMBN含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，這與SMBC含量變化規(guī)律相似。

3 討論

3.1 對楊樹苗根際土壤酶活性的影響

武雪萍等［8］研究表明，芝麻餅肥和化肥配施與單施化肥相比，能顯著提高根際土壤的脂肪酶、轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性。李娟等［10］和程東娟等［19］通過田間有機無機肥料定位培肥試驗發(fā)現(xiàn)，有機無機肥料配施可明顯增加土壤脲酶和堿性磷酸酶活性，并且明顯高于單施化肥。本研究結(jié)果與前人的報道基本一致，雞糞有機肥與化肥配施明顯增強了土壤酶活性，不僅蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性均顯著高于對照和單施化肥處理，而且過氧化氫酶活性亦符合這個規(guī)律。原因可能是:1)雞糞有機肥和化肥配施有利于改善土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤C/N，促進楊樹苗和土壤微生物的生長，提高土壤酶活性;2)雞糞有機肥的施用可以為土壤酶提供更多、更豐富的酶促基質(zhì)，發(fā)揮底物誘導作用;3)施用雞糞有機肥可以提高土壤腐殖質(zhì)含量，而腐殖質(zhì)能夠通過離子交換、離子鍵或共價鍵等與土壤酶結(jié)合，固定土壤酶［20－21］。本試驗結(jié)果還可看出，在雞糞有機肥與化肥的不同比例搭配中，比例為3∶7的效果好于1∶9和5∶5的比例。這一方面可能是因為雞糞有機肥與化肥以3∶7的比例配施更好地調(diào)節(jié)了土壤的C/N，改善了土壤理化性質(zhì)，有助于增強根系活性，促進楊樹苗的旺盛生長，從而使根系分泌較多的酶類進入土壤;另一方面可能是由于3∶7的比例搭配也促進了土壤動物的生長和微生物的繁殖，加速了有機物的分解，為土壤酶提供了更多的底物。

3.2 對楊樹苗根際土壤微生物量碳、氮的影響

許多研究已經(jīng)證明微生物量是土壤中有機質(zhì)養(yǎng)分的一種短暫而最有效的貯存形式，是土壤養(yǎng)分的源和庫［22］。土壤微生物量作為土壤肥力水平的活指標，已日漸受到土壤科學工作者的關注，研究土壤微生物生物量對了解土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及循環(huán)具有重要意義［23］。本研究結(jié)果表明，在楊樹苗的年生長過程中，雞糞有機肥配施處理的SMBC、SMBN含量均顯著高于對照和單施化肥處理，這與 Goyal等［24］和Simek等［25］的研究結(jié)果一致。這是由于施肥直接增加根系生物量及根系分泌物，促進微生物生長;同時施用有機肥不但增加了土壤養(yǎng)分，也為微生物提供了充足的碳源，這也證明了雞糞有機肥配施下有較多的氮素通過同化作用轉(zhuǎn)入到微生物體內(nèi)被暫時固定，相應地減少了通過NH3揮發(fā)和NO－3淋失以及反硝化脫氮等途徑造成的氮素損失。這對調(diào)節(jié)土壤氮素供應、提高土壤氮素利用率、保護大氣環(huán)境、防止水資源污染和保證林業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有積極意義［26］。

本研究還發(fā)現(xiàn)，試驗各處理SMBN含量在楊樹苗的生育過程中表現(xiàn)為施肥初期升高，隨生育進程推進逐漸下降，落葉期有一定回升的趨勢。這與羅蘭芳等［27］報道一致，這一變化趨勢的產(chǎn)生與楊樹苗對養(yǎng)分的吸收，土壤微生物活動以及外界氣溫的變化有關。施肥初期(30 d)，各處理SMBN含量達到最高。其主要原因有:1)施入土壤的氮肥迅速釋放，土壤礦質(zhì)氮含量達到最高，而楊樹正處于苗期，生長緩慢，對土壤養(yǎng)分的吸收能力很弱;2)隨著楊樹苗根系的成活，根系分泌物增多，為微生物的活動增加了能源;3)土壤溫度的上升，根系周圍土壤微生物活性迅速增強，土壤微生物對土壤中氮素開始固持，使土壤微生物生物量增加。隨著生育進程的推進，楊樹苗對土壤氮素養(yǎng)分的需求量增加，而各處理的SMBN含量逐漸降低，表明一部分微生物量氮又被釋放出來，以供楊樹苗生長發(fā)育的需要，這反映出土壤微生物量氮是植物有效氮的重要儲備以及在協(xié)調(diào)土壤氮素供應方面的重要作用［28］。進入落葉期，楊樹苗停止生長，地下根系逐漸衰老死亡，植株通過根系分泌物和殘體向土壤提供有機碳、氮，促進了微生物生長，從而使 SMBC、SMBN含量增加［29］。此外，在雞糞有機肥與化肥的不同比例配施中，3∶7比例搭配處理的SMBC、SMBN含量均顯著高于1∶9和5∶5比例搭配處理?？赡苁且驗?∶7比例搭配更好地調(diào)節(jié)了土壤碳氮比，有利于土壤微生物的大量繁殖和微生物活性的提高，從而增加了土壤微生物生物量。

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