有機(jī)無機(jī)肥料配施對(duì)土壤酶活性、微生物量及玉米產(chǎn)量影響

姜佰文，馬曉東，周寶庫(kù)，賈茹，張歡，徐鳳花

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，哈爾濱 150086）

有機(jī)無機(jī)肥料配施對(duì)土壤酶活性、微生物量及玉米產(chǎn)量影響

姜佰文1，馬曉東1，周寶庫(kù)2，賈茹1，張歡1，徐鳳花1

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，哈爾濱 150086）

以玉米為供試作物，田間試驗(yàn)在黑龍江省海林農(nóng)場(chǎng)玉米種植區(qū)完成，探討有機(jī)肥與無機(jī)肥不同配比對(duì)玉米產(chǎn)量、土壤酶活性和微生物量影響。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，100%有機(jī)肥N+PK肥（T1）、20%有機(jī)肥N-80%無機(jī)肥N+PK肥（T2）、30%有機(jī)肥N-70%無機(jī)肥N+PK肥（T3）、100%無機(jī)肥N+PK肥（T4）和不施肥（T5）。結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)肥配施有利于玉米增產(chǎn)，T2產(chǎn)量為11 206.33 kg·hm-2，T3為10 862.25 kg·hm-2，分別較T1高62.1%和57.2%，較T4高10.5%和7.1%。T2和T3均有利于提高土壤酶活性及微生物碳、氮含量，其中T2處理土壤酶活性及微生物碳、氮含量均最高。可知，20%有機(jī)肥與無機(jī)肥配施是適宜的施肥方式，可通過調(diào)控土壤微生物區(qū)系提高作物產(chǎn)量。

玉米；土壤酶；微生物量碳；微生物量氮；產(chǎn)量

姜佰文,馬曉東,周寶庫(kù),等.有機(jī)無機(jī)肥料配施對(duì)土壤酶活性、微生物量及玉米產(chǎn)量影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(5): 23-28.

Jiang Baiwen,Ma Xiaodong,Zhou Baoku,et al.Effect of inorganic fertilizer combined with organic manure on soil enzyme activity,microbial biomass and yield of maize[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(5):23-28.(in Chinese with English abstract)

玉米在黑龍江省種植面積不斷增加，當(dāng)前限制玉米生產(chǎn)問題之一是無機(jī)肥過量施用和有機(jī)肥培肥不足[1]。無機(jī)肥料大量施用不僅會(huì)降低肥料利用率，造成資源浪費(fèi)，還會(huì)破壞土壤生態(tài)環(huán)境平衡，導(dǎo)致土壤酶活性和土壤微生物區(qū)系惡化[2]。為解決這一問題，學(xué)者多關(guān)注有機(jī)肥料與無機(jī)肥料配施對(duì)玉米種植土壤各生理指標(biāo)及玉米產(chǎn)量影響。奚振邦等研究表明，有機(jī)肥富含大量有益菌和供作物生長(zhǎng)所需微量元素，可均衡土壤養(yǎng)分，釋放土壤固定態(tài)元素[3]。有機(jī)肥與無機(jī)肥配施對(duì)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及微生物活動(dòng)影響成為研究重點(diǎn)。學(xué)者在不同施肥模式對(duì)土壤酶活性、微生物量及作物產(chǎn)量影響方面展開研究[4-6]。

本試驗(yàn)以黑龍江省海林農(nóng)場(chǎng)玉米種植區(qū)為研究對(duì)象，探討各施肥處理對(duì)玉米各生育期土壤酶活性及土壤微生物量變化，以期獲得該地區(qū)通過施肥調(diào)控土壤微生物區(qū)系及玉米高產(chǎn)的最佳施肥模式，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)自2014年5月24日開始，種植玉米品種為先鋒38P05，試驗(yàn)地點(diǎn)為黑龍江省海林農(nóng)場(chǎng)二分場(chǎng)，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫4.2℃，年平均降雨量536.3 mm，平均活動(dòng)積溫2 100～2 500℃，無霜期85～130 d，年平均降水450～1 000 mm，土壤類型為白漿土。試驗(yàn)前取耕層0～20 cm土壤測(cè)定基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量17.6 g·kg-1，全氮0.1389 g·kg-1，堿解氮109.44 mg·kg-1，全磷0.701 g·kg-1，有效磷36.18 mg·kg-1，速效鉀175.59 mg·kg-1，pH 5.37。

本研究為等氮磷鉀養(yǎng)分試驗(yàn)，施肥總量為氮150 kg·hm-2（N），磷75 kg·hm-2（P2O5），鉀90 kg·hm-2（K2O）。設(shè)5個(gè)處理：T1（100%有機(jī)肥氮），T2（20%有機(jī)肥氮+80%尿素氮），T3（30%有機(jī)肥氮+ 70%尿素氮），T4（100%尿素氮），T5（不施肥，對(duì)照）。采用德國(guó)格蘭（Kverneland）精量播種施肥機(jī)械田間作業(yè)，每壟面積40 m2（60 m×0.67 m），每一處理種植10壟，種植密度為5.6萬株·hm-2。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為重過磷酸鈣（P2O546%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%），有機(jī)肥為牛糞堆肥（N 2.69%；P2O50.96%；K2O 0.49%；含水量30%）。有機(jī)肥為基肥一次性施入，無機(jī)肥料拔節(jié)期追肥，基追比為7 ? 3。

1.2 樣品采集

分別在播種前期、拔節(jié)期、抽雄期和成熟期四個(gè)時(shí)期采集土壤樣品。各處理均采用交叉線五點(diǎn)法，隨機(jī)采集玉米植株根際0～20 cm土樣，四分法混合縮分土樣作為供試土壤，剔除石礫和植物殘根等雜物，土壤過孔徑1 mm土篩，其中一部分土樣置于4℃冰箱保存，測(cè)定土壤微生物量；另一部分土樣風(fēng)干后測(cè)定土壤酶活性。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀滴定法；全氮采用凱氏定氮法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；全磷采用硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法；速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用NH4Ac浸提-火焰光度法[7]；pH測(cè)定參照文獻(xiàn)[8]。脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別采用靛酚藍(lán)比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法和高錳酸鉀滴定法測(cè)定[9]。生物量碳、氮采用氯仿熏蒸浸提法測(cè)定[10-11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤酶活性影響

2.1.1 不同處理對(duì)土壤脲酶影響

由圖1可知，各處理土壤脲酶活性變化趨勢(shì)相同，由播種期到拔節(jié)期隨玉米生長(zhǎng)脲酶活性逐漸升高，抽雄期達(dá)到最大值，進(jìn)入成熟期后略有下降。與T5相比，各施肥處理均能提高脲酶活性。拔節(jié)期和抽雄期T2和T3處理脲酶活性高于其他各處理，與其他各處理均達(dá)差異顯著（P<0.05），說明有機(jī)無機(jī)肥料配施保證土壤養(yǎng)分充足供應(yīng)。拔節(jié)期T1處理脲酶活性較T4高13.2%（P<0.05），抽雄期二者差異不顯著。成熟期各處理土壤脲酶高低順序?yàn)門2>T3>T4>T1>T5，T2和T3處理脲酶活性分別較T4高19.0%和17.4%（P<0.05），較T1高7.1%和5.6%。

2.1.2 不同處理對(duì)土壤蔗糖酶影響

從圖2可看出，整個(gè)生育期各處理玉米土壤蔗糖酶活性變化趨勢(shì)與脲酶相似，播種期最低，抽雄期最高。施肥顯著提高土壤蔗糖酶活性。播種期各處理蔗糖酶活性均處在較低水平，處理間差異不顯著。拔節(jié)期和抽雄期T2、T3處理蔗糖酶活性顯著高于其他處理（P<0.05）。拔節(jié)期T1較T4高49.2%（P<0.05），抽雄期T4較T1高10.2%（P<0.05），可見單一施用有機(jī)肥在生育前期有助于提高蔗糖酶活性，而單一施用無機(jī)肥有助于抽雄后對(duì)土壤蔗糖酶活性提高。進(jìn)入成熟期，T2處理較T1、T3、T4、T5處理蔗糖酶活性分別高25.6%、24.8%、31.2%、81.0%，T4較T1高24.9%（P<0.05）。

2.1.3 不同處理對(duì)土壤過氧化氫酶影響

本研究各處理土壤過氧化氫酶活性動(dòng)態(tài)變化如圖3所示，各生育期T4和T5處理過氧化氫酶活性差異均不顯著，表明單一施用無機(jī)肥對(duì)土壤過氧化氫酶活性影響較小。而其他3個(gè)處理土壤過氧化氫酶活性較T5處理均有所增加，說明有機(jī)肥料施用一定程度上提高土壤過氧化氫酶活性，減少過氧化氫對(duì)植株毒害作用。成熟期T2處理較T1、T3、T4、T5處理過氧化氫酶活性分別高10.1%、3.9%、20.9%、23.2%，說明配施20%有機(jī)肥處理最有利于過氧化氫酶活性提高。

圖1 不同處理土壤脲酶活性動(dòng)態(tài)變化Fig.1Dynamic changes of soil urease activity at different treatments

圖2 不同處理土壤蔗糖酶活性動(dòng)態(tài)變化Fig.2Dynamic changes of soil sucrase activity at different treatments

2.2 不同處理對(duì)土壤微生物量碳、氮影響

如圖4所示，各施肥處理較T5相比均能顯著增加土壤微生物量碳含量。各生育期土壤微生物量碳含量高低順序?yàn)門2>T3>T1>T4>T5，成熟期T2處理土壤微生物量碳含量較T1、T3、T4、T5處理分別高21.8%、8.1%、21.7%、48.1%。施用20%有機(jī)肥處理效果最優(yōu)，且有機(jī)無機(jī)肥料配施處理與其他處理均達(dá)差異顯著。單一施用無機(jī)肥料抑制土壤微生物繁殖和生長(zhǎng)，因此T4較除空白外其他處理微生物量碳含量低。T2各時(shí)期微生物量碳含量均高于T3，表明無機(jī)肥料投入量增加不利于微生物量碳提高。

如圖5所示，土壤微生物量氮變化與微生物量碳變化相似，為T2>T3>T4>T1>T5，說明有機(jī)無機(jī)肥料配施可顯著增加土壤微生物量氮含量。成熟期T2處理土壤微生物量碳含量較T1、T3、T4、T5處理分別高144.7%、14.7%、52.2%、181.1%。各生育期，T4處理比T1處理微生物量氮含量高，說明與單一施用有機(jī)肥相比，單一施用無機(jī)肥有利于土壤微生物量氮提高。有機(jī)無機(jī)肥料配施處理在各時(shí)期微生物量氮含量均處在較高水平，且與其他各處理達(dá)差異顯著。

圖3 不同處理土壤過氧化氫酶活性動(dòng)態(tài)變化Fig.3Dynamic changes of soil catalase activity at different treatments

圖4 不同處理下土壤微生物量碳變化Fig.4Change of soil microbial biomass carbon at different treatments

2.3 不同處理下玉米產(chǎn)量與土壤酶活性及生物量碳、氮相關(guān)性分析比較

2.3.1 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量影響

由表1可知，玉米產(chǎn)量由高到低順序?yàn)門2> T3>T4>T1>T5。有機(jī)無機(jī)肥料配施的兩個(gè)處理玉米產(chǎn)量最高，分別達(dá)11 206.33和10 862.25 kg·hm-2，二者差異不顯著。T2、T3處理分別較T1處理增產(chǎn)62.1%和57.2%，較T4處理增產(chǎn)10.5%和7.1%。T4較T1增產(chǎn)46.7%。此外，T5軸粗最細(xì)，穗長(zhǎng)最短，穗粒數(shù)最少，禿尖最長(zhǎng)，百粒重最輕，產(chǎn)量最低。T1處理與施用無機(jī)肥的3個(gè)處理相比，軸粗、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、禿尖長(zhǎng)和百粒重均達(dá)差異顯著（P<0.05）。與T3處理相比，T2處理產(chǎn)量構(gòu)成因子各指標(biāo)更具優(yōu)勢(shì)。

2.3.2 不同處理土壤微生物量碳氮、酶活性及產(chǎn)量相關(guān)分析

表2相關(guān)性分析表明，玉米產(chǎn)量與土壤微生物量碳、氮及土壤脲酶活性呈顯著正相關(guān)，與蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)。土壤微生物量碳和氮含量呈極顯著相關(guān)，與土壤脲酶活性和過氧化氫酶活性呈顯著相關(guān)。同時(shí)，微生物量碳與脲酶活性呈顯著相關(guān)，與過氧化氫酶活性呈極顯著正相關(guān)。

圖5 不同處理下土壤微生物量氮變化Fig.5Change of soil microbial biomass nitrogen at different treatments

表1 不同處理玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因子Table 1Yield and its compoents of different maize treatments

表2 土壤微生物量碳、氮、酶活性及產(chǎn)量相關(guān)分析Table 2Correlation coefficient between yield,microbial biomass carbon,nitrogen and enzyme activity

3 討論與結(jié)論

土壤酶是土壤系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)物、植物和微生物殘?bào)w或活體，通過催化土壤生化反應(yīng)發(fā)揮重要作用，是表征土壤肥力和土壤生物活性重要指標(biāo)[5]。土壤酶直接影響土壤能量代謝、物質(zhì)轉(zhuǎn)化及養(yǎng)分釋放和固定，與土壤肥力高低密切相關(guān)[12]。不同施肥處理會(huì)影響土壤微生物區(qū)系構(gòu)成、生物量和代謝過程，改變土壤酶活性。脲酶活性反映土壤有機(jī)氮向有效氮轉(zhuǎn)化能力及土壤無機(jī)氮素供應(yīng)狀況[13]。有機(jī)肥施用增加土壤有機(jī)氮含量，為土壤微生物和土壤酶系統(tǒng)活動(dòng)提供有利條件，因此有機(jī)無機(jī)肥配施處理土壤脲酶活性高于單一無機(jī)肥處理。20%有機(jī)肥處理土壤脲酶活性高于單一施用有機(jī)肥和30%有機(jī)肥處理，說明有機(jī)肥大量投入對(duì)脲酶活性提高無促進(jìn)作用，與賈偉等研究結(jié)果一致[14]。蔗糖酶可表征土壤分解利用有機(jī)碳能力，是衡量土壤碳素循環(huán)和生化反應(yīng)強(qiáng)度重要指標(biāo)。播種期，各處理土壤有機(jī)碳主要為前茬玉米殘留秸稈，新投入有機(jī)物料未能被植物完全吸收利用，因此這一時(shí)期土壤蔗糖酶活性均處在較低水平。由于有機(jī)肥施用增加土壤有機(jī)碳比例，活化土壤養(yǎng)分，拔節(jié)期和抽雄期單一施用有機(jī)肥及有機(jī)無機(jī)肥配施處理蔗糖酶活性較高。進(jìn)入抽雄期后，20%有機(jī)肥與無機(jī)肥料配施處理和單一施用無機(jī)肥處理獲得較高蔗糖酶活性，表明在玉米生育后期，無機(jī)礦質(zhì)元素與土壤蔗糖酶活性密切相關(guān)，與王樹起等研究結(jié)果一致[15]。玉米各生育期，土壤蔗糖酶活性變化波動(dòng)較大，而單一施用有機(jī)肥處理蔗糖酶活性變化相對(duì)平穩(wěn)，有機(jī)肥投入能穩(wěn)定土壤糖代謝作用，與邱麗萍等結(jié)果一致[16]。土壤中過氧化氫為呼吸作用和生化反應(yīng)代謝產(chǎn)物，影響作物生長(zhǎng)，過氧化氫酶反映土壤分解過氧化氫能力。施用有機(jī)肥的各處理較單一施用無機(jī)肥和不施肥相比顯著提高土壤過氧化氫酶活性，表明增施有機(jī)肥能減輕過氧化氫對(duì)土壤毒害作用，與趙蘭坡等研究結(jié)果相同[17]。

施肥能提高土壤微生物量碳、氮含量，有機(jī)無機(jī)肥料配施效果更明顯，原因是施用有機(jī)肥改善土壤理化環(huán)境，有利于土壤有機(jī)質(zhì)降解，提高土壤微生物量碳、氮含量[18-19]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，20%有機(jī)肥與無機(jī)肥料配施處理顯著提高土壤微生物量碳、氮含量，原因是有機(jī)肥施用為土壤微生物提供充足碳源，增加微生物數(shù)量；各時(shí)期無機(jī)養(yǎng)分供應(yīng)充足，保證土壤肥力，提高土壤微生物量。玉米抽雄期，土壤微生物量碳、氮出現(xiàn)峰值，原因是玉米在生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期對(duì)養(yǎng)分需要強(qiáng)烈，根系活化養(yǎng)分能力和土壤微生物活性增強(qiáng)，使土壤微生物量碳、氮含量增加。成熟期，根系對(duì)土壤養(yǎng)分吸收速率低于生長(zhǎng)前期和中期，養(yǎng)分活化能力下降，土壤微生物活性下降，土壤微生物量碳、氮含量減少，這與沈宏等研究結(jié)果一致[20]。

無機(jī)肥料肥效較快，易被作物吸收利用，而有機(jī)肥分解緩慢，具有長(zhǎng)效性，但不能滿足作物生長(zhǎng)前期養(yǎng)分需求，一定比例有機(jī)無機(jī)肥料配施，可滿足作物生長(zhǎng)并獲得較高產(chǎn)量[21]。本研究中20%有機(jī)肥與無機(jī)肥料配施處理玉米產(chǎn)量最高，且各產(chǎn)量構(gòu)成因子均處在最優(yōu)水平。有機(jī)無機(jī)肥料配施可協(xié)調(diào)養(yǎng)分平衡供應(yīng)，滿足作物生育期養(yǎng)分需求，提高作物產(chǎn)量[22-23]。相關(guān)分析可知，產(chǎn)量與土壤微生物量碳、氮以及土壤脲酶和蔗糖酶活性具有相關(guān)性，表明土壤微生物量和酶活性增強(qiáng)與玉米產(chǎn)量提高密切相關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

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Effect of inorganic fertilizer combined with organic manure on soil enzyme activity,microbial biomass and yield of maize

JIANG Baiwen1,MA Xiaodong1,ZHOU Baoku2,JIA Ru1,ZHANG Huan1,XU Fenghua1

(1.School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Institute of Soil and Fertilizer Resource,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150086,China)

Taking maize as test material to evaluate the effect of organic and inorganic fertilizer application on maize yield,the changes of soil enzyme activity and microbial biomass in maize cropping region,field experiments were conducted in Hailin farm,Heilongjiang Province.The experiment included five different treatments as follows:100%organic manure N+PK(T1),20%organic manure N combined with 80%inorganic fertilizer N+PK(T2),30%organic manure N combined with 70%inorganic fertilizer N+PK(T3),100%inorganic fertilizer N+PK(T4),and no fertilizer(T5).The results showed that the matching of organic and inorganic fertilizer was conducive to the increasing of corn yield.T2 and T3 achieved the highest yield,the values of yield were 11 206.33 and 10 862.25 kg·hm-2,respectively. Compared with T1 the yield of T2 and T3 increased by 62.1%and 57.2%,respectively.Compared with T4,the yield of T2 and T3 increased by 10.5%and 7.1%,respectively.Combination of organic manureand inorganic fertilizer promoted soil enzyme activity and microbial biomass.In T2,the soil enzyme activity and microbial biomass carbon and nitrogen were the highest.So combination of 20%organic manure and inorganic fertilizer was the proper fertility in maize cultivation.The research indicated inorganic fertilizer combined with organic manure could regulate soil microbial community,thus improved the quality of crop.

maize;soil enzyme;microbial biomass carbon;microbial biomass nitrogen;yield

S158

A

1005-9369（2016）05-0023-06

2016-02-25

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2013BAD07B01）；黑龍江省高校成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（1254CGZH19）；哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目（2014DB3BN037）

姜佰文（1970-），男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)轲B(yǎng)分資源管理。E-mail:jbwneau@163.com

時(shí)間2016-5-27 10:08:39[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20160527.1008.008.html