不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分及酶活性的影響

陳芬 余高 譚杰斌 張鐵全

摘 要：通過研究不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分和酶活性的影響，結(jié)果表明：采煤塌陷區(qū)復墾1年后，不同施肥處理對土壤中的養(yǎng)分含量影響大小順序：無機肥+有機肥+菌肥>無機肥+有機肥>無機肥>CK；土壤堿性磷酸酶和脲酶活性從高到低的順序為：無機肥+有機肥+菌肥>無機肥+有機肥>無機肥>CK；土壤堿性磷酸酶和脲酶活性的季節(jié)變化規(guī)律為，夏季土壤酶活性最高，而冬季土壤酶活性最低。

關鍵詞：施肥處理；土壤養(yǎng)分；堿性磷酸酶活性；脲酶活性

中圖分類號 S157.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）14-0088-03

Effects of Different Fertilization Treatmentson Soil Nutrientandenzyme Activity in the Coal Mine Region

Chen Fen1 et al.

（1Wujiang College，Tongren University，Tongren 554300，China）

Abstract：The study was conducted to determine the effects of different fertilization treatments on soil nutrient and enzyme activity in coal mining subsidence areas. The results showed that the trend of nutrient content followed the order：inorganic fertilizer+organic+microbial fertilizer>inorganic fertilizer+organic>inorganic fertilizer>CKin soil after one year of reclamation in coal mining subsidence area. The soil alkaline phosphatase and urease activity from high to low followed the order：inorganic fertilizer+organic+microbial fertilizer>inorganic fertilizer+organic>inorganic fertilizer>CK. The activity of alkaline phosphotase and urease presented significant seasonality，with the highest activity found during the summer and the lowest activity during the winter time period.

Key words：Fertilization treatment；Soil nutrient；Alkaline phosphataseactivity；Ureaseactivity

山西是我國的煤炭大省之一，含煤面積達62000km2，占全國已探明儲量的1/3[1-2]。煤炭資源的大規(guī)模開采雖促進了經(jīng)濟和社會的發(fā)展，但與此同時也帶來了嚴重的生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)災害問題[3-5]。煤礦經(jīng)過多年的開采，導致上覆巖層從下至上發(fā)生冒落、裂隙和彎曲下沉，使采空區(qū)上方地表發(fā)生大面積沉陷，破壞了原有的土壤結(jié)構(gòu)和層次，改變土壤理化性質(zhì)，微生物多樣性銳減，降低土壤肥力下，進而使耕地地力下降[3，6]。因此，改良采煤塌陷區(qū)土壤并提高土壤肥力是礦區(qū)生態(tài)恢復的熱點之一。為此，本試驗通過研究不同施肥處理對復墾1年采煤塌陷區(qū)土壤的養(yǎng)分和不同季節(jié)土壤酶活性的影響，以期為加快采煤塌陷區(qū)土壤的培肥熟化提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 試驗區(qū)位于山西省長治市襄垣縣王橋鎮(zhèn)西山底村采煤塌陷復墾區(qū)，地處東經(jīng)113°00′56″和北緯36°27′16″，屬潞安集團五陽煤礦井田范圍。當?shù)刂饕N植作物為小麥、玉米。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試土壤 本試驗供試土壤為復墾1年的土壤。在春夏秋冬4個季節(jié)共采樣4次，分別于4月27日（春季）、6月5日（夏季）、10月10日（秋季）、12月6日（冬季）進行了采樣，采樣深度為0～20cm，用對角線方法進行采樣，部分新鮮樣品過2mm篩，用于土壤酶活性的測定，其余土壤風干后用于土壤養(yǎng)分的測定（養(yǎng)分測定選擇復墾1整年的土，即對冬季采集的樣品進行測定）。該土壤的理化性狀如下：有機質(zhì)6.78g/kg、全氮0.09g/kg、全磷0.07g/kg、全鉀22.51g/kg、堿解氮37.89mg/kg、速效磷8.07mg/kg、速效鉀83.81mg/kg、pH7.91。

1.2.2 供試材料 供試有機肥為膨化的雞糞，有機質(zhì)含量32.9%，N2.1%，P2O52.6%，K2O2.6%，總養(yǎng)分7.3%；供試菌肥由山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院微生物實驗室提供，從采煤沉陷區(qū)附近的熟土中分離篩選的固氮菌、解磷菌和解鉀菌種復合而成。其中各菌劑按照1∶1∶1的比例混合，然后與滅菌、粉碎后的草炭按照1∶4的比例吸附，在陰涼處晾干后裝入膠囊做成生物菌劑。生物菌肥有效活菌數(shù)達2×109/g以上。

1.3 試驗設計 本試驗采用單因素完全隨機試驗設計，試驗設置4個處理：（1）空白（CK）；（2）無機肥：尿素 33kg/hm2，過磷酸鈣41kg/hm2，硫酸鉀24kg/hm2；（3）無機肥+有機肥：尿素26.5kg/hm2，過磷酸鈣12.5kg/hm2，硫酸鉀17kg/hm2，有機肥135kg/hm2；（4）無機肥+有機肥+菌肥：尿素26.5kg/hm2，過磷酸鈣12.5kg/hm2，硫酸鉀17kg/hm2，有機肥135kg/hm2，菌肥4.5kg/hm2，每個處理重復3次，共12個小區(qū)，小區(qū)面積為163.2m2。除CK外，其他處理按照等量施肥的原則進行施肥，N∶P∶K為15.12：5.168：12.84。

1.4 測定項目與方法 土壤堿解氮采用堿解擴散法定，速效磷采用碳酸氫鈉法，速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度法，全氮采用半微量開氏法，全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻鈧比色法，全磷采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-容量法測定[7]；土壤中的堿性磷酸酶和脲酶活性分別采用磷酸苯二鈉比色法和苯酚-次氯酸鈉比色法測定[8]。

1.5 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用Excel2013和SPASS20統(tǒng)計軟件處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分含量的影響 不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分含量的影響見表1。由表1可見，采煤塌陷區(qū)土壤中的養(yǎng)分含量變化基本呈現(xiàn)無機肥+有機肥+菌肥>無機肥+有機肥>無機肥>CK的趨勢。與CK相比，土壤中的養(yǎng)分含量均有不同程度的升高，其中，無機肥+有機肥+菌肥處理的養(yǎng)分含量升高幅度較為明顯，堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀和有機質(zhì)含量分別較CK提高39.3%、80.5%、63.6%、50.0%、77.8%、23.1%和28.8%（p≤0.05）。在無機肥、無機肥+有機肥和無機肥+有機肥+菌肥3種處理之間，無機肥+有機肥+菌肥處理的土壤養(yǎng)分含量顯著高于無機肥處理，堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀和有機質(zhì)含量分別較無機肥處理提高16.9%、24.8%、43.5%、20%、45.5%、12.7%和11.6%（p≤0.05），而無機肥+有機肥處理和2者差異不明顯。分析其原因主要是因為固氮菌、解磷菌和解鉀菌復合菌的施入，對土壤中微生物活性和群落組成有一定的促進作用，使其釋放一定含量的氮、磷、鉀養(yǎng)分，從而使土壤中的養(yǎng)分含量升高。

2.2 不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤堿性磷酸酶活性的影響 土壤磷酸酶在土壤磷素有效化過程中起著重要作用，它能加速有機磷的脫磷速度，提高土壤磷素的有效性[9-11]。不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤堿性磷酸酶活性的影響見圖1。從圖1可以看出，在不同季節(jié)，不同施肥處理下，土壤中的堿性磷酸酶活性變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)出無機肥+有機肥+菌肥>無機肥+有機肥>無機肥>CK的趨勢，且無機肥+有機肥+菌肥和無機肥+有機肥處理的土壤堿性磷酸酶活性均顯著高于CK（p≤0.05），其中無機肥+有機肥+菌肥處理分別比CK提高35.2%、36.3%、28.3%和28.2%（p≤0.05）；同樣，無機肥+有機肥處理分別比CK提高29.5%、29.4%、24.0%和13.8%（p≤0.05）。由圖1還可以看出，不同施肥處理下，堿性磷酸酶活性高低隨季節(jié)的變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)出夏季>秋季>春季>冬季的趨勢，從春季到夏季，隨著氣溫升高，土壤堿性磷酸酶活性隨之提高，到秋季后略有降低，然后平穩(wěn)下降。試驗結(jié)果與姜桂英等[12]研究的關于不同耕作和輪作方式下作物生育期內(nèi)土壤酶活性的動態(tài)變化特征研究中關于土壤堿性磷酸酶活性的季節(jié)變化趨勢基本一致。

2.3 不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤脲酶活性的影響 土壤脲酶的活性可以有效的反應土壤有機態(tài)氮向有效太氮的轉(zhuǎn)化能力和土壤無機氮的供應能力[13]。不同施肥處理對采煤塌陷區(qū)土壤脲酶活性的影響見圖2，由圖2可看出在不同季節(jié)，不同施肥處理下，土壤中的堿性脲酶活性變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)出無機肥+有機肥+菌肥>無機肥+有機肥>無機肥>CK的趨勢，且無機肥+有機肥+菌肥、無機肥+有機肥和無處理的土壤堿性磷脲活性均顯著高于CK（p≤0.05），其中，在春季、夏季、秋季和冬季無機肥+有機肥+菌肥處理分別較CK提高65.4%、60.8%、61.3%和62.3%（p≤0.05）；同樣，無機肥+有機肥處理分別比CK提高42.9%、45.6%、40.5%和42.6%（p≤0.05），無機肥處理分別比CK提高23.1%、29.2%、26.8%和25.9%（p≤0.05）。由圖2還可以看出，不同施肥處理下，脲酶活性高低隨季節(jié)的變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)出夏季>秋季>春季>冬季的趨勢。此結(jié)果與土壤堿性磷酸酶的研究結(jié)果一致，進一步表明了脲酶活性與氣溫有關，夏天溫度高，脲酶活性則高，冬天溫度低，脲酶活性則低。

3 結(jié)論

（1）采煤塌陷區(qū)復墾1年后，不同施肥處理下，土壤中的養(yǎng)分含量變化基本呈現(xiàn)無機肥+有機肥+菌肥>無機肥+有機肥>無機肥>CK的趨勢，且無機肥+有機肥+菌肥、無機肥+有機肥和無機肥處理土壤中的養(yǎng)分含量均高于CK。

（2）不同施肥模式對土壤堿性磷酸酶和脲酶活性均有一定的影響，其活性高低均呈現(xiàn)無機肥+有機肥+菌肥>無機肥+有機肥>無機肥>CK的趨勢。

（3）不同季節(jié)對土壤中的堿性磷酸酶和脲酶活性有一定的影響，其中夏季土壤堿性磷酸酶和脲酶活性最高，冬季活性最低。

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