長期施用化肥對土壤生物隱性退化的影響

侯瑩

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西西安710015）

長期施用化肥對土壤生物隱性退化的影響

侯瑩1,2,3,4

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西西安710015）

本文針對我國化肥施用現(xiàn)狀，從土壤動物、微生物、酶活性三個方面闡述了長期大量施用化肥對土壤生物隱性退化的影響。結(jié)論如下：長期大量施用化肥會造成土壤動物豐度降低、數(shù)量與種類減少；在一定施用量范圍內(nèi)，土壤微生物會隨著化肥施用量的增加而增加，超過這個范圍，會抑制微生物的生長發(fā)育。長期施用化肥對土壤酶活性具有促進(jìn)作用，但顯著低于施用有機(jī)肥。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)減少化肥的施用，增施有機(jī)肥。

土壤動物；土壤微生物；土壤酶；化肥

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化肥農(nóng)藥投入量居高不下，利用率低下，對土壤質(zhì)量和糧食生產(chǎn)造成了不良影響，化肥使用問題已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境生態(tài)關(guān)注的重要議題。然而，目前的研究主要集中于化肥對土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的影響，多數(shù)的改良措施也是以改善土壤理化性質(zhì)作為主要目的。土壤生物退化，是土壤中動物、微生物、土壤酶活性等一系列土壤生物指標(biāo)的退化，其是一種隱性的退化，僅憑肉眼較難分辨。土壤生物作為土壤圈物質(zhì)循環(huán)及能量流動的重要參與者，其生物活性直接反映了土壤質(zhì)量。介于目前人們對土壤生物退化及其危害性重視不夠，本文從長期化肥施用對農(nóng)耕地土壤動物、微生物、土壤酶活性等角度的影響進(jìn)行了討論，以引起有關(guān)方面的重視，加強(qiáng)土壤生物隱性退化修復(fù)的研究，將土壤生物指標(biāo)納入作為土壤質(zhì)量提升的一個重要指標(biāo)，阻止土壤生物退化繼續(xù)惡化。

1 長期施用化肥對土壤動物的影響

長期施肥可改變植物殘?bào)w、根系分泌物等有機(jī)物輸入土壤的種類和數(shù)量，間接使土壤動物群落組成發(fā)生改變[1]。單施大量單種氮肥會導(dǎo)致土壤動物數(shù)量的減少，且變化出明顯的垂直結(jié)構(gòu)差異，即土層化肥含量越高，土壤動物數(shù)量越少[2]。

蚯蚓作為土壤動物中常見的種類，其活動能提高土壤養(yǎng)分的有效性和養(yǎng)分周轉(zhuǎn)率[3,4]。長期施用化肥會導(dǎo)致某些無脊椎動物（例如蚯蚓）數(shù)量的減少。Edward等人[5]早在1982年設(shè)計(jì)了3個長期試驗(yàn)和2個短期試驗(yàn)來研究蚯蚓與無機(jī)化肥之間的關(guān)系，結(jié)果表明：無機(jī)氮施用條件下土壤中蚯蚓含量最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對照，蚯蚓數(shù)量與無機(jī)氮肥間存在著一定的相關(guān)性（r=0.9825）。而 Estevez等人[6]指出，經(jīng)過 4年的玉米（Zea mays L.）——小麥（Triticum aestivum L..）——大麥（Hordeum vulgare L.）——油菜（Brassica campestris L.）輪作，N、P、K、Mg的施用對蚯蚓的影響不大。許多試驗(yàn)更證明，長期氮肥可導(dǎo)致土壤酸化、蚯蚓死亡。

曹志平等[7]在華北高產(chǎn)農(nóng)田研究化肥投入對土壤原生動物群落豐度的影響，結(jié)果表明，化肥對原生動物豐度表現(xiàn)出明顯的抑制作用，施用化肥處理土壤原生動物豐度顯著低于不施用化肥處理，但施用化肥量對原生動物豐度無顯著影響。梁文舉[8]通過研究遼河平原稻田，設(shè)計(jì)了氮磷肥（NP）、氮鉀肥（NK）、氮磷鉀（NPK）、對照（CK）4個處理研究化肥與土壤線蟲之間的關(guān)系，結(jié)果表明，各處理間線蟲總數(shù)順序?yàn)椋篘P＜NK＜NPK＜CK，而食細(xì)菌線蟲數(shù)量順序?yàn)椋篊K＞NK＞NPK＞NP。齊莎等在內(nèi)蒙古典型草原上的研究得出相同結(jié)論，連續(xù)施用氮磷肥料顯著降低了土壤線蟲的數(shù)量[9]。2長期施用化肥對土壤微生物的影響

化肥對土壤微生物的影響已經(jīng)做了大量的研究。適量的氮肥施用對微生物有利，研究表明，當(dāng)適量的氮肥與纖維素結(jié)合時，可以促進(jìn)真菌生長；氮肥與易分解底物結(jié)合時，促進(jìn)細(xì)菌生長[10]。在一定的氮肥施用量范圍內(nèi)，隨著施肥量的增加，作物根際微生物數(shù)量和多樣性均呈增加趨勢，但是超過這個范圍，微生物生長受抑制，數(shù)量和多樣性均呈降低趨勢[11,12]。侯彥林[13]等的研究表明，氮肥施用肥土比以1∶400為界，低于這個水平時，放線菌和硝化細(xì)菌隨著施氮量的增加而增加，高于這個水平時，放線菌和硝化細(xì)菌數(shù)量隨著施氮量的增加顯著下降，這可能與長期施用大量氮肥導(dǎo)致土壤酸化進(jìn)而抑制微生物生長發(fā)育有關(guān)。施用化肥時間也會對土壤微生物產(chǎn)生影響。短期施用氮肥、磷肥對菌數(shù)和群落結(jié)構(gòu)均無影響，而連續(xù)8年施用氮肥，微生物量下降了20%～30%，但微生物活性增加，連續(xù)37年施用氮、磷肥，微生物群落結(jié)構(gòu)和功能均發(fā)生轉(zhuǎn)變[14]。

3 長期施用化肥對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤生態(tài)的重要組成部分，主要來源于微生物、植物和動物的分泌物或殘?bào)w，參與有機(jī)物分解、碳水化合物的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分循環(huán)等，是評價土壤健康狀況的重要指標(biāo)。經(jīng)證明，脲酶與土壤有效磷、有機(jī)碳之間呈現(xiàn)出極顯著或顯著正相關(guān)，堿性磷酸酶與全氮、有效磷、有機(jī)碳之間呈顯著正相關(guān)，過氧化氫酶與全氮、有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)[15]。相比不施肥處理，長期施用化肥，土壤脲酶、磷酸酶活性增加，土壤過氧化氫酶活性顯著降低。相比施用有機(jī)肥處理，土壤脲酶、磷酸酶活性顯著降低。樊軍等[16]在黃土高原旱地黑壚土上進(jìn)行了連續(xù)16年的定位施用化肥試驗(yàn)，對脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、蛋白酶的分析結(jié)果表明，土壤脲酶活性隨著施肥量的增加而增加，過氧化氫酶活性隨著磷肥施用量的增加而降低，對照施氮水平的增加，蔗糖酶活性有降低的趨勢，但較不施肥處理高。土壤堿性磷酸酶隨著施氮量的增加有增加的趨勢，這是由于土壤N/P基本保持一定，氮肥施用改變了土壤N/P，從而誘導(dǎo)土壤微生物和植物根系分泌磷酸酶，促進(jìn)含量有機(jī)化合物的分解，釋放更多的有效磷，以恢復(fù)N/P。長期施用化肥對蛋白酶影響不明顯。

4 結(jié)論與展望

長期大量施用化肥會破壞土壤原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)，引起土壤酸化等問題，造成土壤生物隱性退化。例如，土壤動物如蚯蚓、線蟲等種類與數(shù)量的減少。而缺少了土壤動物的活動，又會引起土壤緊實(shí)、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)減少、有機(jī)物分解緩慢等問題，反作用于土壤，造成土壤結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)功能的破壞?；实拈L期大量施用影響著土壤微生物的生長發(fā)育，只有將化肥施用量控制在一定范圍內(nèi)，才會為微生物提供適宜的生長環(huán)境，從而促進(jìn)微生物的生長發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)土壤營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，而超出了這個范圍，則會對微生物產(chǎn)生不利影響?；实氖┯脤ν寥烂富钚跃哂写龠M(jìn)作用，但土壤酶活性是由土壤、土壤動物、土壤植物、微生物共同作用的結(jié)果，土壤酶主要是有土壤微生物、植物、動物分泌或者殘?bào)w分解而來，土壤動物、微生物的退化會減少土壤酶產(chǎn)生的途徑，從而對土壤酶活性產(chǎn)生負(fù)面影響。

有機(jī)肥的施用不但會改善土壤理化性狀（降低土壤密度、增加土壤孔隙度、改善土壤的持水性等），而且有機(jī)肥的施用會為土壤動物、微生物提供養(yǎng)分，有利于土壤生物的生長發(fā)育。有機(jī)肥對土壤原生動物豐度具有明顯的促進(jìn)作用[7]。朱新玉等[1]的研究表明，四川鹽亭地區(qū)紫色土上秸稈還田處理和有機(jī)——無機(jī)肥配施處理土壤中線蟲、蚯蚓和甲螨的個體數(shù)量顯著高于施用化肥處理，而秸稈還田處理線蟲、蚯蚓和甲螨的總個體數(shù)量最高，有機(jī)肥的施用有助于線蟲、蚯蚓和甲螨的生長發(fā)育。曹志平[17]等在華北高產(chǎn)田升天系統(tǒng)進(jìn)行不同的土壤培肥試驗(yàn)也得出了相似的結(jié)論：化肥投入量一定的情況下，有機(jī)物施用越多，蚯蚓生物量越大：化肥投入＜化肥+麥秸還田＜化肥+玉米秸麥秸還田＜化肥+玉米秸麥秸還田+有機(jī)肥。有機(jī)肥的施用有利于微生物生長發(fā)育和土壤酶活性的提高。林新堅(jiān)[18]等在閩東紅壤茶園的研究結(jié)果表明，單施化肥不利于微生物的生長和酶活性的提高，相比之下，有機(jī)——無機(jī)配施可以顯著增加土壤微生物數(shù)量，提高土壤酶活性。王偉華等在湖南省寧鄉(xiāng)縣稻田的研究也得出相同結(jié)論：施用有機(jī)肥處理土壤微生物量、微生物群落結(jié)構(gòu)和活性顯著高于單施化肥處理。

綜上所述，化肥的長期、大量施用不利于耕地資源的可持續(xù)利用。在我國化肥利用率過低的情況下，化肥的長期、大量投入不但會造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的增加與浪費(fèi)，還會引發(fā)土壤板結(jié)、結(jié)構(gòu)破壞、土壤生物退化、環(huán)境污染等問題，在農(nóng)作物減產(chǎn)的同時帶來了大量的生態(tài)問題。因此，應(yīng)該減少化肥的使用，改為施用有機(jī)肥或者有機(jī)——無機(jī)配施。

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S147.3

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.23.045

侯瑩，碩士，助理工程師，研究方向：土地工程。