連年翻壓紫云英對(duì)早稻田土壤性質(zhì)及酶活性動(dòng)態(tài)的影響

陳云峰 ，鄒賢斌 ，羅時(shí)明 ，李雙來(lái) ，胡 誠(chéng) *，喬 艷 ，劉東海

（1．農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物肥料化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430064；

2．湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，湖北 武漢 430064；3．湖北省隨縣農(nóng)業(yè)局，湖北 隨縣 431500；4．湖北省通城縣農(nóng)業(yè)局，湖北 通城 437400）

紫云英（Astragalus sinicus L.）作為一種豆科綠肥，主要用于中國(guó)南方稻區(qū)，尤其是雙季稻區(qū)。紫云英有較好的固氮作用，整體翻壓入稻田后能迅速腐爛［1-2］，為土壤提供有機(jī)質(zhì)、氮素和各種養(yǎng)分，從而培肥地力。翻壓紫云英后對(duì)土壤養(yǎng)分影響的研究較多，但集中于研究收獲后土壤養(yǎng)分差異［3-5］。由于紫云英養(yǎng)分釋放較快［1］，研究翻壓紫云英對(duì)土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)影響更有意義，但目前這方面的研究較少，主要集中在盆栽試驗(yàn)［1，6-7］和中稻田間試驗(yàn)［8-9］。雙季稻條件下，紫云英—早稻間隔時(shí)間相對(duì)紫云英—中稻更短，翻壓紫云英對(duì)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的影響更值得關(guān)注。此外，紫云英翻壓至稻田后，其養(yǎng)分釋放過(guò)程需要土壤酶的參與。因此，許多學(xué)者研究了翻壓紫云英對(duì)土壤酶活性的影響［10-12］。但這些研究與翻壓紫云英對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響研究類似，對(duì)酶活性動(dòng)態(tài)的影響關(guān)注較少。

湖北省是全國(guó)紫云英主要種植區(qū)之一，紫云英—雙季稻模式為紫云英主要利用模式。研究紫云英翻壓后早稻整個(gè)生育期內(nèi)土壤速效養(yǎng)分和酶活性的動(dòng)態(tài)變化，可以為水稻的施肥管理提供參考，為正確培肥土壤地力提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)設(shè)在湖北省咸寧市通城縣雋水鎮(zhèn)下闊村（29°31′32″N，113°68′49″E）。早稻種植前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH值5.4（2014年4月測(cè)定），有機(jī)質(zhì) 30.7 g/kg、堿解氮 196.6 mg/kg、有效磷（P）6.6 mg/kg、速效鉀（K）67.6 mg/kg（2010 年 4 月測(cè)定）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：（1）對(duì)照（CK），不施化肥、不翻壓紫云英；（2）單施化肥（NPK）；（3）化肥配施紫云英（NPK+CMV）。每個(gè)處理設(shè)4次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，隨機(jī)排列。試驗(yàn)從2008開(kāi)始，至2015年為7年定位試驗(yàn)。各處理早稻、晚稻施肥量見(jiàn)表1，晚稻各處理不再翻壓紫云英，均施用等量化肥。供試紫云英品種為通城大葉籽，含水量90.2%，全氮 31.9 g/kg，全磷 5.0 g/kg，全鉀 28.7 g/kg。氮磷鉀肥分別以尿素（N 46%）、普鈣（P2O512%）和氯化鉀（K2O 60%）肥施入。供試早稻品種為鄂早18。

表1 各處理施肥量 （kg/hm2）

值得注意的是，由于早稻在翻壓紫云英后15 d移栽，而基肥在早稻栽前1 d施入，因此在紫云英翻壓后14 d內(nèi)，NPK處理實(shí)際上為CK處理，NPK+CMV處理為單施紫云英處理（CMV），為描述方便，這一段時(shí)間內(nèi)的CMV處理仍采用NPK+CMV表示。

1.3 采樣及測(cè)定

紫云英翻壓后2、4、8、16、32 d及水稻拔節(jié)期、孕穗期、收獲期取樣，共8次。采樣方法為5點(diǎn)采樣法，在小區(qū)4個(gè)角和中心點(diǎn)采樣，深度為20 cm，測(cè)定pH值、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀及蔗糖酶、脲酶及酸性磷酸酶活性。其中pH值為2014年數(shù)據(jù)，2014年首次取樣日期為4月17日，其他項(xiàng)目為2015年數(shù)據(jù)，首次取樣日期為2015年4月16日。

有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化外熱源法測(cè)定；堿解氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用1 mol/L的醋酸銨溶液浸提，火焰光度法測(cè)定；pH值采用水浸提，酸度計(jì)法測(cè)定，以上測(cè)定方法參見(jiàn)鮑士旦的著作［13］。土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性均采用比色法測(cè)定，底物分別為蔗糖、尿素和磷酸苯二鈉［14］。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用t檢驗(yàn)分析紫云英翻壓2、4、8 d后CK和NPK+CMV處理之間土壤性質(zhì)和酶活性差異。采用單因素方差分析紫云英翻壓16、32 d及水稻拔節(jié)期、孕穗期、收獲期的CK、NPK、NPK+CMV處理之間土壤性質(zhì)和酶活性差異，多重比較采用鄧肯氏分析法。采用雙因素方差分析采樣時(shí)間差異、采樣時(shí)間與處理之間的交互作用。不滿足齊次性統(tǒng)計(jì)假設(shè)的數(shù)據(jù)在分析之前采用平方根、倒數(shù)、Lg（x+1）等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如若轉(zhuǎn)換后仍不滿足齊次性要求，采用Mann-Whitney等非參數(shù)檢驗(yàn)。采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析土壤性質(zhì)和酶活性之間關(guān)系。統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0軟件，P≤0.10及P≤0.05時(shí)，認(rèn)為差異顯著及極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 翻壓紫云英對(duì)土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的影響

翻壓紫云英后土壤pH值變化顯著（表2、圖1）。基肥前，翻壓紫云英土壤pH值上升，與劉威［1］盆栽試驗(yàn)結(jié)果一致。施基肥后，土壤pH值急劇下降，然后在32 d時(shí)上升至頂峰，這可能是因?yàn)榈氏趸a(chǎn)生H+使土壤pH值下降［15］。32 d后，pH值變化先降后升，與Wang等［7］盆栽試驗(yàn)中水旱交替條件下黃棕壤pH值變動(dòng)類似，這表明紫云英、施肥及水旱條件對(duì)土壤pH值影響較大。比較各處理間pH值差異，施基肥前，NPK+CMV＞CK，施基肥后NPK+CMV＞CK＞NPK，其中在第32 d、拔節(jié)期和收獲期，NPK處理土壤pH值顯著低于CK。這表明，翻壓紫云英能防止土壤酸化。這個(gè)結(jié)果與劉威［1］、Wang等［7］室內(nèi)盆栽試驗(yàn)結(jié)果一致。

表2 雙因素方差分析土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分及酶活性動(dòng)態(tài)

圖1 翻壓紫云英對(duì)土壤pH值動(dòng)態(tài)的影響

圖2 翻壓紫云英對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的影響

翻壓紫云英后，土壤有機(jī)質(zhì)變化顯著（圖2A、表2）。翻壓紫云英8 d內(nèi)，有機(jī)質(zhì)略有下降，然后上升，在16 d達(dá)到頂峰，此后呈現(xiàn)出緩慢下降趨勢(shì)。這種變動(dòng)趨勢(shì)與紫云英碳釋放規(guī)律基本一致。劉威［1］的盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示，翻埋紫云英32 d內(nèi)腐解率可達(dá)90%，這段時(shí)間養(yǎng)分釋放速度較快，各養(yǎng)分釋放速度表現(xiàn)為鉀＞磷＞氮＞碳。比較各處理之間有機(jī)質(zhì)差異，施基肥前，NPK+CMV＞CK，施基肥后NPK+CMV＞NPK＞CK，雙因素方差結(jié)果顯示NPK+CMV＞NPK＞CK，但多次采樣中，各處理之間差異不顯著，這可能與本試驗(yàn)中土壤本底有機(jī)質(zhì)含量較高有關(guān)。本試驗(yàn)中土壤有機(jī)質(zhì)含量在30～40 g/kg之間，在湖北屬于高有機(jī)質(zhì)含量土壤［16］。林多胡等［17］發(fā)現(xiàn)在高肥力土壤中，紫云英對(duì)有機(jī)質(zhì)的提升作用不明顯。

翻壓紫云英后，土壤堿解氮?jiǎng)討B(tài)與土壤有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)類似（圖2B、表2），這種趨勢(shì)與紫云英氮養(yǎng)分釋放規(guī)律基本一致。各處理之間堿解氮差異不顯著（圖2B，表2），這可能因?yàn)楸驹囼?yàn)中土壤堿解氮本底值較高（140 ～ 180 mg/kg）［16］。周國(guó)朋等［5］的研究得到了與此類似的結(jié)果。

翻壓紫云英后，土壤有效磷變化顯著（圖2C、表2），但與堿解氮?jiǎng)討B(tài)不同的是，土壤有效磷的高峰出現(xiàn)在孕穗期，劉威［1］盆栽試驗(yàn)也得到類似的結(jié)果。比較各處理之間土壤有效磷差異與有機(jī)質(zhì)類似，但處理之間差異顯著（表2）。這主要是因?yàn)楸驹囼?yàn)中土壤有效磷本底值（5～13 mg/kg）較低［16］。翻壓紫云英后，土壤速效鉀變化顯著，其趨勢(shì)與堿解氮類似（圖2D，表2）。由于土壤速效鉀本底值較低（30～70 mg/kg），翻壓紫云英對(duì)土壤速效鉀的提升效果較好。

2.2 翻壓紫云英對(duì)土壤酶活性動(dòng)態(tài)的影響

翻壓紫云英后，土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶變化顯著（圖3A-C，表2），其變化趨勢(shì)與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷動(dòng)態(tài)類似，但蔗糖酶、脲酶各處理之間差異不顯著（圖3A-B，表2），這主要是因?yàn)楸狙芯恐杏袡C(jī)質(zhì)及堿解氮本底值較高，而在有機(jī)質(zhì)、堿解氮本底值較低的土壤中，翻壓紫云英一般提高了蔗糖酶和脲酶的活性［10，18-19］。各處理之間酸性磷酸酶差異顯著（表2），翻壓紫云英提高土壤酸性磷酸酶活性（圖3C），這與杜君等［19］研究結(jié)果一致。

圖3 翻壓紫云英對(duì)土壤酶活性的影響

2.3 土壤養(yǎng)分與酶活性的關(guān)系

土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性分別表征了土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化、供氮及有機(jī)磷分解轉(zhuǎn)化能力大?。?0］，但本研究中土壤蔗糖酶與有機(jī)質(zhì)及氮磷養(yǎng)分相關(guān)性均不強(qiáng)（表3），脲酶與堿解氮等相關(guān)性也不強(qiáng)，這可能與本研究中基礎(chǔ)土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮較高有關(guān)。有效磷與酸性磷酸酶的相關(guān)性相對(duì)較強(qiáng)，且達(dá)到顯著水平，這是因?yàn)楸狙芯恐型寥阑A(chǔ)有效磷含量較低。在一些基礎(chǔ)肥力較低的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中，土壤酶與土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，從而指示了土壤肥力的變化［21-22］。

表3 土壤性質(zhì)與酶活性相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

在酸性土壤中，翻壓紫云英可提高土壤pH值，防止土壤酸化。翻壓紫云英對(duì)土壤養(yǎng)分和酶活性動(dòng)態(tài)影響顯著，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀動(dòng)態(tài)變化與紫云英養(yǎng)分釋放規(guī)律基本一致，而蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶又與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷等對(duì)應(yīng)養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)基本一致。翻壓紫云英后對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分與基礎(chǔ)養(yǎng)分相關(guān)。在土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量較低（如本試驗(yàn)中土壤有效磷、速效鉀）條件下，紫云英培肥效果較好，相應(yīng)的對(duì)土壤酶活性（如酸性磷酸酶）提升效果也較好；但在基礎(chǔ)含量較高（如本試驗(yàn)中有機(jī)質(zhì)、堿解氮）條件下，培肥效果則較差，相應(yīng)的，對(duì)土壤酶活性（如蔗糖酶和脲酶）提升效果也較差。因此，在紫云英培肥地力的情況下，應(yīng)注重基礎(chǔ)地力的情況，并配合其他的措施進(jìn)行平衡培肥。