長期施用化肥對(duì)土壤生物隱性退化的影響

摘要：本文針對(duì)我國化肥施用現(xiàn)狀，從土壤動(dòng)物、微生物、酶活性三個(gè)方面闡述了長期大量施用化肥對(duì)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(huì)造成土壤動(dòng)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(huì)隨著化肥施用量的增加而增加，超過這個(gè)范圍，會(huì)抑制微生物的生長發(fā)育。長期施用化肥對(duì)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。

關(guān)鍵詞：土壤動(dòng)物；土壤微生物；土壤酶；化肥

中圖分類號(hào)： S147.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.23.045

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(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)農(nóng)耕地土壤動(dòng)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(gè)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(duì)土壤動(dòng)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(dòng)物群落組成發(fā)生改變[1]。單施大量單種氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤動(dòng)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(dòng)物數(shù)量越少[2]。

蚯蚓作為土壤動(dòng)物中常見的種類，其活動(dòng)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(huì)導(dǎo)致某些無脊椎動(dòng)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(gè)長期試驗(yàn)和2個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)土壤原生動(dòng)物群落豐度的影響，結(jié)果表明，化肥對(duì)原生動(dòng)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(dòng)物豐度顯著低于不施用化肥處理，但施用化肥量對(duì)原生動(dòng)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(duì)照（CK）4個(gè)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(duì)土壤微生物的影響

化肥對(duì)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(duì)微生物有利，研究表明，當(dāng)適量的氮肥與纖維素結(jié)合時(shí)，可以促進(jìn)真菌生長；氮肥與易分解底物結(jié)合時(shí)，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(shì)，但是超過這個(gè)范圍，微生物生長受抑制，數(shù)量和多樣性均呈降低趨勢(shì)[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(gè)水平時(shí)，放線菌和硝化細(xì)菌隨著施氮量的增加而增加，高于這個(gè)水平時(shí)，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(shí)間也會(huì)對(duì)土壤微生物產(chǎn)生影響。短期施用氮肥、磷肥對(duì)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(duì)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(dòng)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(píng)價(jià)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(duì)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(duì)照施氮水平的增加，蔗糖酶活性有降低的趨勢(shì)，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(shì)，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(duì)蛋白酶影響不明顯。

4 結(jié)論與展望

長期大量施用化肥會(huì)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(dòng)物如蚯蚓、線蟲等種類與數(shù)量的減少。而缺少了土壤動(dòng)物的活動(dòng)，又會(huì)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(huì)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(gè)范圍，則會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生不利影響。化肥的施用對(duì)土壤酶活性具有促進(jìn)作用，但土壤酶活性是由土壤、土壤動(dòng)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(dòng)物分泌或者殘?bào)w分解而來，土壤動(dòng)物、微生物的退化會(huì)減少土壤酶產(chǎn)生的途徑，從而對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生負(fù)面影響。

有機(jī)肥的施用不但會(huì)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(huì)為土壤動(dòng)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(duì)土壤原生動(dòng)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(gè)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(gè)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(huì)造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的增加與浪費(fèi)，還會(huì)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(shí)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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作者簡(jiǎn)介：侯瑩，碩士，助理工程師，研究方向：土地工程。