不同施肥配比對芒果園土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性的影響

陳瑞州 李靜 范家慧 林電

摘 要 通過小區(qū)試驗，探索化肥減施和有機肥替代部分化肥對芒果園土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性的影響。結(jié)果顯示，土壤pH值、有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有速效磷含量順序均為：常規(guī)施肥>化肥減施20%>有機肥替代20%，但化肥減施20%和常規(guī)施肥處理差異均不顯著，有機肥替代20%處理的有機質(zhì)、速效鉀、速效磷均顯著低于常規(guī)施肥；脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸單酯酶活性順序為：常規(guī)施肥>化肥減施20%>有機肥替代20%，化肥減施20%處理土壤酶活性均與常規(guī)施肥處理無差異顯著性，有機肥替代20%處理的土壤酶活性均顯著低于常規(guī)施肥；真菌、放線菌數(shù)量順序為：化肥減施20%>常規(guī)施肥>有機肥替代20%，差異不顯著；細菌數(shù)量順序為：有機肥替代20%>常規(guī)施肥>化肥減施20%，差異不顯著；相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸單酯酶活性均與土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷有顯著或極顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞 化肥減施；有機肥替代；土壤養(yǎng)分；土壤酶；微生物

中圖分類號 S435.33 文獻標識碼 A

Effects of Different Fertilizer Ratio on Soil Nutrient， Microbial Quantity and Enzyme Activity in Mango Garden

Chen Ruizhou， Li Jing， Fan Jiahui， Lin Dian*

Tropical Plant Nutrition Laboratory， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract The effect of fertilizer reduction and organic fertilizer on soil nutrient， microbial quantity and enzyme activity in mango orchard was explored through plot experiments. Soil pH， organic matter， nitrogen， available potassium and available phosphorus content were in the order of conventional fertilizer， chemical fertilizer 20% reduced， 20% organic fertilizer substitution， but the difference of chemical fertilizer 20% reduced and conventional fertilizer treatments were not significant. The organic matter， available potassium and available phosphorus of 20% organic fertilizer substitution were significantly lower than that of conventional fertilization. The activity of urease， catalase and acid phosphatase was in the order： conventional fertilizer， chemical fertilizer 20% reduced， 20% organic fertilizer substitution. Soil enzymatic activity of chemical fertilizer 20% reduced had no significant difference with conventional fertilizer. Soil enzymatic activities of 20% organic fertilizer substitution were significantly lower than that of conventional fertilization. Content of fungi and actinomycetes was in the order： chemical fertilizer 20% reduced>conventional fertilizer>20% organic fertilizer substitution， without significant difference. Content of bacteria was in the order： 20% organic fertilizer substitution>conventional fertilizer> chemical fertilizer 20% reduced， without significant differencet. The results of correlation analysis showed that soil urease， catalase and acid phosphatase activity were significantly correlated with soil organic matter， alkali hydrolyzable nitrogen， available potassium and available phosphorus.

Key words fertilizer reduction； organic fertilizer substitution； soil nutrient； soil enzyme； microorganism

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.06.003

隨著人們重新對有機肥的重視，在海南省芒果園的施肥管理中，雞糞、羊糞、牛糞等有機肥的使用頻率和比例逐漸提高，甚至有果農(nóng)表示在生產(chǎn)中僅施用有機肥和葉面肥，放棄了土施化肥。因此，在現(xiàn)有化肥+有機肥的施肥模式下，為了科學的分配有機肥和化肥的比例，對芒果園化肥減施和有機肥部分替代化肥的土壤養(yǎng)分效應(yīng)進行對比評價顯得尤為重要。

科學施肥是一項以作物需肥特性和土壤肥力特性為基礎(chǔ)，結(jié)合作物不同生長階段以合適的肥料比例適量施用肥料的科學。然而，大多數(shù)果農(nóng)施用氮磷鉀肥的比例和用量比較盲目，因而不考慮作物獨特的需肥特性而單獨對某一種養(yǎng)分元素的用量進行調(diào)整會降低試驗的科學性。中國南方多為酸性土壤，酸性土壤中鐵和鋁的活性較大，容易與磷形成難溶性鹽而降低土壤有效磷含量，引起作物缺磷。然而，貴妃芒等芒果對鉀、氮、鈣需求量較大，對磷的需求量較少[1]，由此，芒果園土壤缺磷容易對果農(nóng)形成誤導，導致磷肥施用量過大。漆智平[2]綜合國內(nèi)外芒果施肥配比的研究指出，熱帶地區(qū)芒果常按N：P：K：Ca：Mg=1：0.2：1：0.9：0.2施肥。因此，本研究設(shè)計處理時希望在做到“減量”或“替代”的前提下，以適合芒果的施肥比例進行施肥。這意味著，本研究需在保證有效養(yǎng)分投入總量相等的情況下，以完全不同于果農(nóng)的配比調(diào)整氮磷鉀3種肥料的投入，并在此基礎(chǔ)上進行氮磷鉀肥統(tǒng)一減量的試驗，這是一次新的嘗試和挑戰(zhàn)。

據(jù)統(tǒng)計[3-5]，世界各國所采用的芒果施肥量約為N 300～800 g/株、P2O5 100～600 g/株、K2O 200～800 g/株。本研究供試果園施肥量約為N 386.7 g/株、P2O5 187.5 g/株、K2O 187.5 g/株，在統(tǒng)計范圍內(nèi)，且處于較低水平。因此，本研究設(shè)定化肥減施量為20%，一方面希望能獲得較明顯的效果，另一方面希望對樹體養(yǎng)分的供應(yīng)不造成太大影響。

臧小平等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在保持化肥施用量不變的情況下，增施有機肥可以顯著提高芒果果實品質(zhì)以及土壤的速效養(yǎng)分、全量養(yǎng)分。臧小平等[7]還發(fā)現(xiàn)，用部分有機肥替代化肥，芒果果實品質(zhì)和土壤速效養(yǎng)分均比純施化肥處理的高。吳能義等[8]、麥全法等[9]、張文等[10]也對芒果施肥管理開展了許多研究工作。目前，關(guān)于小麥[11]、水稻[11-12]、玉米[13]等作物的化肥減施和有機肥替代研究越來越多，而尚無研究對芒果園化肥減施和有機肥替代的土壤肥力效應(yīng)進行對比，也尚無結(jié)合土壤微生物及土壤酶活性對芒果園土壤肥力進行評價的研究。對此，本研究選用三亞有代表性芒果園開展試驗研究，討論不同施肥處理在一個芒果生產(chǎn)周期結(jié)束后對土壤肥力是否產(chǎn)生影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料 氮肥主要為尿素（N 46.4%）、復合肥（氮磷鉀比例為15：15：15），鉀肥主要為氯化鉀（K2O 60%），商品有機肥為雞糞（N 1.52%、P2O5 1.98%、K2O 2.00%，C/N為38.97，含水量約30%）和羊糞（N 0.89%、P2O5 0.69%、K2O 1.71%，C/N為22.12，含水量約30%）。供試果園栽種芒果品種為貴妃芒，栽種規(guī)格3.5 m×3.5 m，樹齡約10 a。

1.1.2 試驗時間和地點 2016年5月～2017年5月，于海南省三亞市鳳凰鎮(zhèn)有代表性的芒果園進行試驗，試驗地位于北緯N18°18′40.23″，東經(jīng)E109°25′2.64″，土壤類型為花崗巖褐色磚紅壤。土壤肥力基本情況：pH 5.78、有機質(zhì)8.00 g/kg、堿解氮25.20 mg/kg、速效鉀108.19 mg/kg、速效磷34.95 mg/kg、比重2.69 g/cm3。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 化肥施用比例N：P2O5：K2O=1：0.2：1。試驗設(shè)3個處理，分別為：常規(guī)施肥（N，化肥+常規(guī)有機肥）；化肥減施20%（F，該處理化肥提供的N+P2O5+K2O總量減少20%，有機肥提供的N+P2O5+K2O總量與常規(guī)有機肥提供的N+P2O5+K2O總量相等）；有機肥替代20%（O20，該處理化肥提供的N+P2O5+K2O總量減少20%，減少的N+P2O5+K2O總量通過有機肥補足）。具體施肥量見表1，每個處理設(shè)置3個小區(qū)，每個小區(qū)由3棵長勢相近的芒果樹組成。

1.2.2 施肥方法 化肥根據(jù)果樹生長周期分3次施入，分別為攻梢肥（總氮40%、總磷50%、總鉀40%），催花肥（總氮30%、總磷30%、總鉀20%），壯果肥（總氮30%、總磷20%、總鉀40%）。有機肥分2次施入（5月攻梢期、9月催花期）。肥料以施肥溝形式施入，施肥后覆土。

1.2.3 樣品采集 2017年5月7日，在收獲期采集施肥溝區(qū)域0～20 cm土層土壤，每棵樹取樣約500 g，3棵樹的土壤混合為一個樣品。2017年5月8日過2 mm篩，去除石塊和殘枝敗葉，取樣測定微生物含量和土壤含水量；余下土壤放室內(nèi)自然風干后，四分法取約500 g，過1 mm篩，測定土壤酶活性、pH及其他養(yǎng)分指標。

1.2.4 樣品分析方法 采用稀釋平板法測定土壤可培養(yǎng)微生物[14]，其中，LB培養(yǎng)基最適合細菌繁殖，24 h便可長出菌落，而真菌和放線菌不能，從而篩選出細菌；改良高氏一號培養(yǎng)基中添加了重鉻酸鉀，使細菌和真菌無法生長，從而篩選放線菌；馬丁氏-孟加拉紅培養(yǎng)基中添加了氯霉素和孟加拉紅，這2種試劑可以抑制細菌和放線菌的生長，從而篩選出真菌。過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀容量法測定[15]，以每克土20 min消耗的0.1 mol/L的KMnO4體積表示；土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定[15]，以每克土壤中24 h產(chǎn)生的NH3-N的毫克數(shù)表示；磷酸單酯酶用對硝基苯磷酸鹽法測定[16]，以每克土1 h產(chǎn)生的對硝基苯酚的毫克數(shù)表示。

南方酸性土壤在1 mol/L KCl溶液中pH更穩(wěn)定，因此土壤pH采用氯化鉀浸提液-pH酸度計法測定[17]。土壤有機質(zhì)及速效養(yǎng)分含量采用《土壤農(nóng)化分析（第三版）》[18]進行測定，分別為：土壤有機質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀容量法；土壤速效磷采用鹽酸-氟化銨浸提——鉬銻抗比色法（Bray法），含量以P計；土壤速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法，含量以K計；土壤堿解氮采用1 mol/L NaOH堿解擴散法，含量以N計。

1.3 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)運用Excel 2003和SAS 9.4軟件進行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤pH、有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量的影響

從表2可知，與常規(guī)施肥（N）相比，化肥減施處理（F）pH提升0.1，差異不顯著；有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷含量均有小幅減少，但是差異不顯著；有機肥替代處理（O20）pH提升0.08，差異不顯著；有機質(zhì)、速效鉀、有效磷含量均顯著降低；堿解氮含量均值差異較大，但是差異不顯著，可能是由于標準偏差較大引起。與化肥減施處理（F）相比，有機肥替代處理（O20）pH降低0.02，差異不顯著；有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷含量均有一定幅度降低，但是差異均不顯著。

2.2 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

如表3所示，對比N處理和F處理可知，保持常規(guī)有機肥施肥量，化肥減量20%對土壤過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸單酯酶活性均無顯著影響，但是脲酶活性降低21%。對比N處理和O20處理可知，有機肥替代20%化肥會顯著降低3種土壤酶活性。F處理和O20處理比較，結(jié)果顯示等量化肥投入下，增施有機肥使過氧化氫酶活性和酸性磷酸單酯酶活性均顯著降低。

2.3 不同施肥處理對土壤微生物數(shù)量的影響

從表4可知，N處理與F處理比較，化肥減施對土壤細菌數(shù)量影響不大，但是對提高土壤真菌、放線菌數(shù)量有一定效果。對比N處理和O20處理可知，有機肥替代對土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量的影響不大，沒有顯著性差異。對比F處理和O20處理可知，增施有機肥后，O20處理下土壤的細菌數(shù)量變化不大，但是真菌和放線菌數(shù)量明顯降低。

2.4 土壤pH、有機質(zhì)和速效養(yǎng)分與土壤酶活性及微生物數(shù)量的相關(guān)性分析

表5顯示，土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷兩兩間呈極顯著正相關(guān)，速效鉀與土壤堿解氮、有機質(zhì)呈極顯著正相關(guān)。土壤過氧化氫酶活性與土壤堿解氮、速效鉀、有機質(zhì)含量有極顯著正相關(guān)性，與有效磷呈顯著正相關(guān)；土壤脲酶活性與土壤堿解氮、速效鉀、有機質(zhì)含量有顯著正相關(guān)性，與有機質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)性；酸性磷酸單酯酶活性與土壤堿解氮、速效磷、有機質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀呈顯著正相關(guān)。3類微生物與土壤pH、有機質(zhì)及速效養(yǎng)分均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

3 討論

土壤微生物是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素之一[19]，而土壤養(yǎng)分反過來也影響或限制微生物的生長繁殖。與化肥相比，有機肥對土壤微生物影響更大[20]，這種影響通常可歸結(jié)到土壤有機質(zhì)含量的差異[21]，因為有機肥可以顯著改變土壤碳氮比，提高有機質(zhì)和氮磷鉀含量，促進微生物代謝和繁殖[22]。土壤有機質(zhì)的降解主要依賴土壤微生物，而土壤酶在這一過程中起到主要作用。但是，土壤酶的來源不局限于土壤微生物，植物根系、土壤動物的分泌物和動植物殘體都會源源不斷向土壤中釋放各種酶類[15]。因此，土壤酶活性可以充分說明土壤中生化反應(yīng)的強度[23]，但是不足以完全準確地反映土壤微生物量的大小。鑒于土壤酶在土壤生化反應(yīng)中的作用可知，土壤養(yǎng)分的高低與各種土壤酶活性的強弱之間必然存在著密切的聯(lián)系。

3.1 不同施肥處理對土壤速效養(yǎng)分情況的影響

土壤速效養(yǎng)分是評價土壤肥力的常用指標。本研究結(jié)果顯示，F(xiàn)處理土壤速效養(yǎng)分含量均比N處理稍低，但是差異不顯著，這說明在施用一定量有機肥情況下，減少化肥施肥量對土壤速效養(yǎng)分的影響較小。萬毅林[24]、劉小粉等[25]也有類似的研究結(jié)果。結(jié)合土壤養(yǎng)分與土壤酶活性的相關(guān)系數(shù)可知，土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷含量均與土壤脲酶、酸性磷酸單酯酶、過氧化氫酶活性達到顯著或極顯著正相關(guān)。處理N下3種酶活性均比處理F高。這說明N處理和F處理下土壤養(yǎng)分的差異是由土壤酶活性引起的。同理可證，土壤酶活性的差異是導致N、F、O20處理中土壤速效養(yǎng)分差異的關(guān)鍵因素。

3.2 不同施肥處理對土壤有機質(zhì)含量的影響

本研究結(jié)果顯示，有機肥替代20%化肥，土壤有機質(zhì)反而比常規(guī)施肥顯著降低，這與有機肥種類和施用比例的特殊性有關(guān)。一些研究者認為，有機肥料C/N低于20時，可以認為完全腐熟[26]。遲鳳琴[27]研究顯示，有機物料C/N比越高，分解速率越快，而與物料本身的全磷全鉀含量沒有明顯的關(guān)系。因為未充分腐熟的有機物料保持了原形態(tài)特征，更容易被微生物腐解，而充分腐熟的有機物料因為土壤微生物可利用的有機質(zhì)已經(jīng)減少，進一步腐解的難度大，腐解速率較低[28]。本研究中，雞糞C/N為38.97，羊糞C/N為22.12，均未完全腐熟，但羊糞腐熟程度比雞糞高。因此，O20處理因雞糞施用比例遠高于N處理，腐解速率較高，大量有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2散失，土壤殘留的有機質(zhì)含量更低。這說明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施用腐熟程度較高的有機肥才能使土壤保有較高的有機質(zhì)含量。對比N處理和F處理，有機質(zhì)含量沒有顯著差異，可能是因為N處理施用更多氮磷鉀肥，促進了有機質(zhì)的腐解[28-29]。

3.3 不同施肥處理對土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物種類繁多，主要包括細菌、放線菌、真菌等，他們是將土壤有機物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為植物可利用養(yǎng)分的關(guān)鍵，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化中有多種作用，與土壤肥力和植物營養(yǎng)有密切關(guān)系[19]。土壤細菌大部分依靠分解蛋白質(zhì)和簡單碳水化合物生活，放線菌具有降解纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)的能力，這兩者是土壤有機質(zhì)降解的“主力軍”；真菌的作用主要是通過菌絲改善土壤物理結(jié)構(gòu)，但卻是多種作物的病原菌[30]。因此，一般認為，富含細菌的土壤肥力較高，富含真菌的土壤肥力較低。

土壤微生物是敏感的指標，容易受外界環(huán)境影響而產(chǎn)生變化[31]。根據(jù)微生物生物量脈沖-松弛規(guī)律[32]，加入大量速效基質(zhì)后，土壤微生物生物量有一個急劇增加的過程，待基質(zhì)消耗殆盡，生物量緩緩下降。因此，O20處理施用大量高碳氮比的雞糞后，土壤中微生物量必然有大幅提升，且遠高于N、F處理。隨著有機質(zhì)被大量消耗，土壤基質(zhì)減少，O20處理下微生物數(shù)量逐漸減少；而N處理和F處理因雞糞占比較低，微生物數(shù)量增長幅度較小，有機質(zhì)腐解速率低，土壤中仍殘留有較多基質(zhì)可以穩(wěn)定持續(xù)的供給微生物代謝和繁殖，到收獲期微生物數(shù)量變化不大。因此，土壤微生物量的大小不僅與有機質(zhì)的多少有關(guān)，也與有機質(zhì)的成分，特別是碳氮比的高低有關(guān)。

有研究[33]指出，果園0～30 cm土壤細菌數(shù)量約為1.09×106 CFU/g，真菌數(shù)量約為1.40×105 CFU/g，放線菌數(shù)量約為1.27×105 CFU/g，均明顯高于本研究土壤微生物數(shù)量。這可能是由地理環(huán)境差異引起的。本研究土壤為花崗巖發(fā)育的磚紅壤，地處北緯N18°18′40.23″，屬于熱帶地區(qū)，年積溫高，降雨多，加上果園地表裸露，淋溶現(xiàn)象嚴重。因此，本研究中土壤比重高達2.69 g/cm3，含砂量較高，細沙較少，對土壤微生物的生長繁殖不十分有利，從而導致微生物數(shù)量較少。

3.4 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

脲酶是一種特異性催化尿素水解產(chǎn)生氨的寡聚酶，來源包括植物根系和土壤微生物等[15]，是評價土壤中尿素利用效率的關(guān)鍵指標。過氧化氫酶具有催化過氧化氫分解的作用，對保護植物根系免受過氧化氫毒害有重要作用。酸性磷酸單酯酶主要由植物根系分泌[34]，可以水解有機磷的磷酸單酯鍵產(chǎn)生磷酸根離子，供作物吸收，是評價土壤中磷利用效率的關(guān)鍵指標之一。目前，土壤酶活性越來越廣泛的被用于土壤肥力的評價[15]，其活性高低與土壤肥力高低相對應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)，化肥減施對3種土壤酶活性均沒有顯著影響，有機肥替代引起3種土壤酶活性下降。王慶[35]、黃容等[12]在進行化肥減施試驗時有類似結(jié)果，但王慶[35]、邢鵬飛等[36]在進行有機肥替代試驗時結(jié)果與本研究不同。諸多研究[15，37]表明，土壤微生物生物量與土壤酶活性有密切的相關(guān)性，一般來說，土壤酶活性與微生物生物量呈顯著正相關(guān)。其中，微生物生物量又可分為活性部分和非活性部分[38]。有研究報道認為土壤脫氫酶活性的減少可能緣于土壤基質(zhì)的減少或微生物活性的降低[39]。本研究中，3個處理的土壤細菌、放線菌、真菌數(shù)量都沒有顯著差異，而O20處理土壤酶活性卻均顯著低于N處理，這可能意味著O20 微生物活性較低；同時，這也可能是由于O20處理下土壤有機質(zhì)含量較低引起。

4 結(jié)論

經(jīng)過一個生產(chǎn)周期，相比于常規(guī)施肥處理（化肥+有機肥），得出以下結(jié)論：（1）施用雞糞比例較高的有機肥替代處理土壤速效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量顯著降低，土壤酶活性降低，土壤微生物數(shù)量沒有顯著變化；（2）化肥減施處理土壤速效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量、土壤酶活性和微生物數(shù)量均沒有顯著變化，但土壤真菌和放線菌數(shù)量明顯提高。

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