不同肥料配施對(duì)櫻桃番茄栽培基質(zhì)養(yǎng)分含量和酶活性的影響

呂劍，楊睿，郁繼華，馮致，田興武，蓋國(guó)勝

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州　730070；2.吳忠國(guó)家農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)，寧夏 吳忠　751100；3.清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系粉體工程研究室，北京　100084)

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不同肥料配施對(duì)櫻桃番茄栽培基質(zhì)養(yǎng)分含量和酶活性的影響

呂劍1，楊睿1，郁繼華1，馮致1，田興武2，蓋國(guó)勝3

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.吳忠國(guó)家農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)，寧夏 吳忠751100；3.清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系粉體工程研究室，北京100084)

【目的】 研究不同肥料配施對(duì)櫻桃番茄栽培基質(zhì)養(yǎng)分含量、酶活性的影響.【方法】 以櫻桃番茄為試材，采用日光溫室槽式栽培方式.試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)處理，分別為單施無(wú)機(jī)肥料對(duì)照(CK)，T1有機(jī)肥50%，N∶P∶K=1∶7∶2，T2有機(jī)肥40%，N∶P∶K=1∶3∶3，T3微晶化磷礦粉，T4微晶化鉀礦粉.【結(jié)果】 配施處理提高了基質(zhì)pH和EC以及基質(zhì)中全N、速效N、P、K含量，促進(jìn)了植物對(duì)養(yǎng)分的吸收；T2和T4處理提高了基質(zhì)脲酶和蔗糖酶的活性，T1和T3處理顯著提高了蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶的活性.脲酶活性與pH極顯著正相關(guān)，與EC極顯著負(fù)相關(guān)；中性磷酸酶活性與速效N、速效K、pH顯著負(fù)相關(guān)，與全N正相關(guān)；蔗糖酶與全P、速效P及速效K顯著正相關(guān)，與全N極顯著負(fù)相關(guān)，過(guò)氧化氫酶與EC顯著正相關(guān).【結(jié)論】 在以基質(zhì)為栽培介質(zhì)，施用無(wú)機(jī)肥料的栽培條件下，配合施用生物有機(jī)肥和微晶化礦粉能顯著地影響基質(zhì)的理化性質(zhì)和基質(zhì)酶的活性.

櫻桃番茄；基質(zhì)栽培；有機(jī)生物肥；礦粉；酶活性；基質(zhì)養(yǎng)分

基質(zhì)栽培是利用畜禽糞便和作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物代替天然土壤進(jìn)行作物栽培的一種技術(shù)，具有克服連作障礙和提高產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)[1]，但目前生產(chǎn)上也面臨和土壤栽培同樣的問(wèn)題，即化學(xué)肥料的長(zhǎng)期大量濫施帶來(lái)的資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、養(yǎng)分富集等問(wèn)題[2-3].近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的環(huán)境友好型肥料已被應(yīng)用于生產(chǎn)中.生物有機(jī)肥是指由生物質(zhì)材料通過(guò)微生物分解、腐熟而成的一類(lèi)兼具微生物肥和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料.生物有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)豐富，可改善土壤理化性質(zhì)，同時(shí)能提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，是一種環(huán)保型肥料[4-6].磷、鉀礦粉經(jīng)微晶化粉碎工藝處理后可以析出大量活性養(yǎng)分，顯著影響土壤養(yǎng)分含量，且對(duì)環(huán)境友好[7-8].

土壤酶作為一類(lèi)生物活性物質(zhì)，由植物根系或微生物釋放，它可以直接參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分釋放和固定過(guò)程，催化土壤中的生物化學(xué)反應(yīng)，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用[9-10].土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶等水解酶活性能夠表征土壤 C、N、P等養(yǎng)分的循環(huán)狀況[11].養(yǎng)分含量是評(píng)價(jià)基質(zhì)肥力的重要指標(biāo)，而養(yǎng)分指標(biāo)與土壤酶活性之間又存在一定的關(guān)系.大量研究表明，不同的施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分的含量及土壤中酶的活性具有顯著的影響，而土壤酶之間也存在相互作用[12-17].本試驗(yàn)在無(wú)機(jī)化肥施用條件下，研究了配施新型生物有機(jī)肥和微晶化礦粉對(duì)櫻桃番茄栽培基質(zhì)中養(yǎng)分含量和相關(guān)酶活性的影響，旨在探索不同施肥措施與土壤理化性質(zhì)及微生物活性之間的關(guān)系，為建立基質(zhì)栽培合理的施肥制度，提高基質(zhì)肥力和持續(xù)生產(chǎn)力提供科學(xué)依據(jù).

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)以櫻桃番茄為試材，品種為‘千禧’.試驗(yàn)肥料由清華大學(xué)粉體工程研究室提供.肥料Ⅰ：有機(jī)質(zhì)50%，N∶P∶K=1∶7∶2；肥料Ⅱ：有機(jī)質(zhì)40%，N∶P∶K= 1∶3∶3；肥料Ⅲ：32% P2O5的微晶化磷礦粉；肥料Ⅳ：10% K2O的微晶化鉀礦粉.施用量均為5 kg/m3.無(wú)機(jī)肥為江蘇太倉(cāng)戈林農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)AB肥，N∶ P∶K=9.36∶4.11∶19.64.栽培基質(zhì)由寧夏中青公司提供(表1).

表1　基質(zhì)理化性狀Tab.1　Physical and chemical properties of substrate

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年9月至2014年8月，在寧夏吳忠國(guó)家農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)日光溫室中進(jìn)行.共設(shè)5個(gè)處理，分別為T(mén)1(肥料Ⅰ)、T2(肥料Ⅱ)、T3(肥料Ⅲ)、T4(肥料Ⅳ)和CK(AB肥)，每處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì).“O”為所測(cè)指標(biāo)的栽培前未做施肥處理水平.采用槽式滴灌栽培，小區(qū)面積6 m2，株距0.3 m，單行定植.

2013年9月25日育苗，11月15日定植.供試肥料于栽培前一次性施入.CK施肥量為N 284.25 kg/hm2，P2O5124.2 kg/hm2，K2O 595.8 kg/hm2.所有處理，在生長(zhǎng)期內(nèi)均以滴灌方式施用AB肥.2014年8月2日拉秧時(shí)，采用多點(diǎn)取樣法，采集基質(zhì)槽不同區(qū)域0～20 cm深的基質(zhì)樣混合.

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

EC和pH測(cè)定參照程斐等[18]的方法進(jìn)行.取風(fēng)干基質(zhì)10 g，加入蒸餾水50 mL，劇烈震蕩2～3 min，靜止30 min，過(guò)濾得到澄清液用DDS-307A電導(dǎo)率儀測(cè)定EC值，用PHSJ-3F pH計(jì)測(cè)定pH值.

脲酶采用靛酚比色法測(cè)定，結(jié)果以24 h后1 g基質(zhì)中氨基氮(NH3-N)的毫克數(shù)表示；磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，結(jié)果以24 h后1 g基質(zhì)中釋放出的酚的質(zhì)量表示；蔗糖酶采用硫代硫酸鈉滴定法，其活性以24 h后每克基質(zhì)消耗0.1 mol/L硫代硫酸鈉毫升數(shù)表示；過(guò)氧化氫酶用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，其活性以每克基質(zhì)所消耗的0.1 mol/L KMnO4的毫升數(shù)表示[19].

基質(zhì)養(yǎng)分測(cè)定參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行[20].全氮用半微量凱氏法；全磷用高氯酸-硫酸-鉬銻抗比色法；速效磷用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法.

1.4數(shù)據(jù)處理

Microsoft Excel 2010及SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析.

2　結(jié)果與分析

2.1不同施肥處理對(duì)基質(zhì)pH和EC的影響

2.1.1不同施肥處理對(duì)基質(zhì)pH的影響圖1為番茄栽培前后基質(zhì)pH變化情況，相比栽培前(O)，拉秧后各處理基質(zhì)pH值均顯著上升，上升幅度在2.44%～5.50%之間.試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各處理基質(zhì)pH均接近中性，其中T4處理最大，為7.1，T1處理最小，為6.9.富P肥料處理T1和T3的pH值與CK處理相比無(wú)顯著性差異.富K處理T2和T4基質(zhì)pH值顯著高于CK.

圖1　不同施肥處理對(duì)基質(zhì)pH的影響Fig.1　Effect of different fertilizers on pH in substrate

2.1.2不同施肥處理對(duì)基質(zhì)EC的影響由圖2可知，各處理基質(zhì)EC值在拉秧后顯著下降.試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各處理基質(zhì)EC值僅為栽培前的16.67%～31.87%.處理間相比，T1、T2和T3處理基質(zhì)EC值較CK分別高66%、36%和75%，且差異達(dá)到顯著水平，T4處理與CK間無(wú)顯著差異.富K肥料處理基質(zhì)EC顯著低于富P處理，可能是因?yàn)镵+對(duì)其他離子的吸收有促進(jìn)作用所致；另外，T2處理EC高于T4，說(shuō)明這種促進(jìn)作用隨K+濃度增大而增加.

圖2　不同施肥處理對(duì)基質(zhì)EC的影響Fig.2　Effect of different fertilizers on EC in substrate

2.2不同施肥處理對(duì)基質(zhì)酶活性的影響

圖3顯示，不同施肥處理對(duì)基質(zhì)中脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性影響較大.

脲酶能催化尿素水解為二氧化碳和氨氣，其活性的高低可在一定程度上反映土壤的供氮能力[21].如圖3-A所示，基質(zhì)脲酶活性表現(xiàn)為O>T2>T4>CK>T3>T1，相比栽培前，拉秧后基質(zhì)中脲酶活性下降了19.60%～27.49%，其中T2處理脲酶活性最大，為1.66 mg/(g·24h)，T2和T4處理分別較CK高11.16%和6.76%，且差異顯著.T1和T3處理脲酶活性顯著低于CK處理.說(shuō)明與無(wú)機(jī)肥料配施時(shí)，富K肥料可以較富P肥料更好地提高基質(zhì)中脲酶活性，富K生物有機(jī)肥效果優(yōu)于K礦粉.

磷酸酶為植物根系與土壤微生物的分泌物，與土壤磷素轉(zhuǎn)化密切相關(guān),是衡量土壤磷素肥力的關(guān)鍵指標(biāo).由圖3-B可知，相比栽培前，磷酸酶的活性顯著升高，增幅為1.67%～32.83%.試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各處理基質(zhì)磷酸酶活性以CK處理最大，為8.49 mg/(g·24 h)，T1處理次之；T4處理活性最低，僅為CK的76.54%.其原因可能是由于增施的富P肥料較富K肥料更好地增加了基質(zhì)中游離磷酸的含量，從而增加了磷酸酶的活性.

圖3　不同施肥處理對(duì)基質(zhì)酶活性的影響Fig.3　Effect of different fertilizers on enzyme activities of soil

蔗糖酶又稱(chēng)轉(zhuǎn)化酶，常用來(lái)表征土壤熟化程度與肥力水平.由圖3-C可知，不同施肥處理基質(zhì)中蔗糖酶活性表現(xiàn)出較大差異.栽培前基質(zhì)蔗糖酶活性為6.79 mg/g，栽培后活性在 9.81～16.98 mg/g之間，均值為 13.73 mg/g.配施處理中，T4處理蔗糖酶活性最高，T3處理次之，T1處理最小，分別較CK高73.01%、70.03%和17.13%，差異達(dá)顯著水平.

過(guò)氧化氫酶可通過(guò)促進(jìn)土壤中多種化合物氧化，防止過(guò)氧化氫積累，從而減少其對(duì)生物體產(chǎn)生的毒害[17].如圖3-D所示，較栽培前，基質(zhì)中過(guò)氧化氫酶活性有不同程度地降低，降幅在23.5%～58.35%之間.試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各處理基質(zhì)中過(guò)氧化氫酶活性排序?yàn)門(mén)3>T1>CK>T4>T2，T3和T1處理較CK分別大48.98%和29.80%，但差異不顯著；T2較CK處理小18.89%，差異不顯著，但顯著小于T3處理.

2.3不同施肥處理對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，相比栽培前，栽培后基質(zhì)全N含量下降25.71%～65.58%，T2、T3和T4處理全N較CK分別低53.67%、53.50%和45.10%，差異達(dá)到顯著水平；堿解N含量較栽培前下降了10.80%～25.39%，各配施處理堿解N含量高于對(duì)照，其中T1和T4處理較CK處理高14.11%和19.55%，且差異顯著(P<0.05)；栽培后基質(zhì)中全P含量均大于栽培前含量，增幅在19.36%～50.00%，除T3處理外，其他組均顯著小于CK處理；T3處理速效P含量最高，較CK處理高40.07%，且差異顯著(P<0.05)，T1處理低于CK處理34.85%，差異不顯著.栽培結(jié)束后，各處理基質(zhì)速效K含量較栽培前下降33.38%～59.13%，配施處理顯著高于CK，含量最高處理T3和最低處理T1分別比CK高105%和26%.

表2　不同施肥處理對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分含量的影響Tab.2　Effect on nutrients of substrate in different fertilizations

表中同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05).

2.4基質(zhì)酶活性之間的相關(guān)性分析

鄭勇等[22]指出在用土壤酶活性表征土壤肥力時(shí)，綜合多種酶的活性可能更為必要.土壤酶活性的相關(guān)分析顯示(表3)，基質(zhì)中脲酶與中性磷酸酶之間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān)，相

表3　基質(zhì)酶活性間的相關(guān)性Tab.3　Correlation coefficients among substrate enzyme activities

應(yīng)相關(guān)系數(shù)為-0.691和-0.599，中性磷酸酶與蔗糖酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，其他酶活性之間并無(wú)顯著的相關(guān)性.說(shuō)明基質(zhì)栽培櫻桃番茄，施用無(wú)機(jī)化肥條件下，基質(zhì)中N素循環(huán)與有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化和過(guò)氧化氫酶活性等生物過(guò)程之間關(guān)系緊密并相互影響.

2.5基質(zhì)酶活性與理化性狀的相關(guān)性分析

基質(zhì)酶活性與理化性狀之間的相關(guān)性見(jiàn)表4.基質(zhì)脲酶與EC值呈極顯著負(fù)相關(guān)，與pH呈極顯著正相關(guān)；中性磷酸酶與基質(zhì)中全N含量呈極顯著正相關(guān)，與速效N、K含量及EC值間存在顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；蔗糖酶活性與全K、速效P、速效K含量呈極顯著正相關(guān)，與全N含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；過(guò)氧化氫酶活性僅與基質(zhì)EC值顯著正相關(guān)，與其他因素相關(guān)性不顯著.基質(zhì)中各種酶活性與P含量相關(guān)關(guān)系相對(duì)N、K含量較小，而基質(zhì)EC值與pH僅能影響部分酶的活性.由此可知，在本試驗(yàn)條件下，蔗糖酶與基質(zhì)養(yǎng)分含量相互作用最強(qiáng)，其次為中性磷酸酶，脲酶和過(guò)氧化氫酶與基質(zhì)養(yǎng)分含量相互作用較弱.

表4　基質(zhì)酶活性與基質(zhì)理化性狀之間的相關(guān)性Tab.4　Correlation coefficients between substrate enzyme activities and physical-chemical properties

3　討論與結(jié)論

基質(zhì)中的酶在有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)中起重要作用，涉及一系列復(fù)雜過(guò)程，能夠改變基質(zhì)中養(yǎng)分的有效性，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)[23].本研究顯示，生物有機(jī)肥和微晶化礦粉與無(wú)機(jī)肥料的配施對(duì)基質(zhì)中酶活性有明顯的影響.配施處理的蔗糖酶活性均高于對(duì)照，可能是由于配施處理影響了基質(zhì)中C/N，進(jìn)而影響了生物和蔗糖酶活性.生物有機(jī)肥Ⅱ(1∶3∶3)與鉀礦粉可顯著提高基質(zhì)中脲酶活性，而過(guò)氧化氫酶活性為T(mén)3處理最高，T2處理最低.酶活性的變化可能還與基質(zhì)pH值有關(guān).通過(guò)相關(guān)性分析可知，不同酶活性之間也存在一定的相關(guān)性，如脲酶與中性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，蔗糖酶與磷酸酶呈極顯著相關(guān)關(guān)系.

在以基質(zhì)為栽培介質(zhì)，施用無(wú)機(jī)肥料的栽培條件下，通過(guò)配合施用生物有機(jī)肥和微晶化礦粉，基質(zhì)理化性質(zhì)發(fā)生了顯著變化.劉恩科等[24]、李娟等[25]和張繼光等[11]分別在堿性和酸性土壤中通過(guò)試驗(yàn)得知，有機(jī)肥可以改良土壤酸堿性，使其向中性變化.馬寧寧等[13]發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥可以維持pH穩(wěn)定，減緩酸化進(jìn)程.O’Donnell等[26]認(rèn)為施肥可能改變?cè)耘嗷|(zhì)的pH，進(jìn)而影響基質(zhì)中微生物群落.本研究發(fā)現(xiàn)，除生物有機(jī)肥Ⅰ(1∶7∶2)外，其他配施處理基質(zhì)pH均較CK處理顯著升高.基質(zhì)EC值栽培后均顯著降低，除鉀礦粉外，其他配施處理均顯著高于CK，可能是由于K肥促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收所致[27-28].配施顯著影響了基質(zhì)養(yǎng)分含量，孫瑞蓮等[29]和張繼光等[11]研究表明，無(wú)機(jī)肥料與有機(jī)肥長(zhǎng)期配施能明顯改良土壤性質(zhì)，提高土壤N、P、K養(yǎng)分含量.試驗(yàn)結(jié)果顯示，磷礦粉處理基質(zhì)中處理全P、K和速效P、K含量均最高，有機(jī)生物肥Ⅰ(1∶7∶2)處理基質(zhì)中全P含量最高，而鉀礦粉處理堿解氮含量最高.基質(zhì)理化性質(zhì)的變化影響基質(zhì)中酶的活性.通過(guò)相關(guān)性分析可知，基質(zhì)養(yǎng)分含量、pH和EC值與基質(zhì)中酶活性存在相關(guān)關(guān)系：脲酶與pH極顯著正相關(guān)，與EC極顯著負(fù)相關(guān)；中性磷酸酶活性與速效N、速效K以及pH顯著負(fù)相關(guān)，與全N正相關(guān)；蔗糖酶與全P、速效P及速效K顯著正相關(guān)，與全N極顯著負(fù)相關(guān)，而過(guò)氧化氫酶僅與EC顯著正相關(guān).

綜上所述，在以基質(zhì)為栽培介質(zhì)，施用無(wú)機(jī)肥料的栽培條件下，配合施用生物有機(jī)肥和微晶化礦粉能顯著地影響基質(zhì)的理化性質(zhì)和基質(zhì)酶的活性.在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)作物的養(yǎng)分需求特點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)、無(wú)機(jī)肥料的配合施用，避免大量施用化肥而造成的基質(zhì)性狀劣化和產(chǎn)品質(zhì)量下降的問(wèn)題.

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(責(zé)任編輯胡文忠)

Effect of different fertilizers on substrate nutrient content and enzyme activities in greenhouse cherry-tomato field

LYU Jian1,YANG Rui1,YU Ji-hua1,FENG Zhi1,TIAN Xing-wu2,GAI Guo-sheng3

(1.College of Horticulture,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070，China；2.National Agricultural Science and Technology Demonstration Park of Wuzhong,Wuzhong 751100，China；3.Materials Science and Power Engineering Laboratory,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

【Objective】 To research the effect of different fertilizers on substrate nutrient content and enzyme activities in greenhouse cherry-tomato field.【Method】 This experience applied in solar greenhouse,took commercial substrate which planted cherry-tomato in grooved ground as material,fertilized inorganic fertilizers as CK,applied bio-organic fertilizerⅠ(N∶P∶K=1∶7∶2),Ⅱ(N∶P∶K=1∶3∶3),Ⅲ phosphorus powder (PP) and Ⅳ potassium mineral powder(PBMB) on the level of CK as T1,T2,T3and T4.【Result】 The treatments promoted pH andEC,total N,available N,P and K content of substrate,enhanced plant uptake.T2and T4treatments enhanced activity of urase and catalase,T1and T3treatments increased activity of neutral phosphatase and invertase.There were significant correlations between enzymes activities and substrate nutrient content.Urase had positive and negative correlations with pH andEC；Neutral phosphatase had positive correlation with total N,negative correlation with available N,K and pH；Catalase positive correlated with total P,available P and K,negative correlated with total N.Invertase positive correlated withEConly.【Conclusion】 It is suggested that application of bio-organic fertilizer and potassium mineral powder significantly affect characters of physical and chemical,and substrate enzyme activities under the condition of substrate as cultivation media,and application of inorganic fertilizer.

cherry-tomato；bio-organic fertilizer；mineral powder；enzyme activity；substrate nutrient；substrate culture

呂劍(1986-)，男，助教，研究方向?yàn)樵O(shè)施蔬菜栽培生理與生長(zhǎng)調(diào)控.E-mail:lvjian@gsau.edu.cn

郁繼華，男，博導(dǎo)，教授，主要從事蔬菜栽培生理及設(shè)施作物生產(chǎn)的科研和教學(xué)工作.E-mail:yujihua@gsau.edu.cn

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))專(zhuān)項(xiàng)(201203001)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(CARS-25-C-07).

2016-04-20；

2016-05-30

S 641.2

A

1003-4315(2016)04-0026-06