水肥一體化模式下不同施肥處理對沙地土壤理化性狀及土壤酶活性的影響

劉寶勇 劉欣玲 張成

摘要 [目的]研究水肥一體化模式下不同施肥處理對沙地土壤理化性狀及土壤酶活性的影響，篩選出最佳施肥量、施肥次數(shù)和水溶性肥料，既促進花生生產(chǎn)又減肥、節(jié)水、省工和增效，降低環(huán)境污染的同時促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。[方法]供試品種為阜花30，采用基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)研究相結(jié)合的方法，通過對沙地土壤進行不同氮肥施用量、不同底肥施用量、不同追肥施用量3組試驗，共16個處理?；ㄉ斋@后采集0～15 、15～30 cm土層土樣，對沙地特定條件下不同施肥措施的土壤生物學指標進行研究，主要測定土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶活性，以及土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀等土壤養(yǎng)分。[結(jié)果]與不施肥的對照處理相比，長期施肥顯著增加了沙地土壤有機質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，提高了土壤酶活性。沙地土壤有機質(zhì)和速效磷含量明顯提高，最高含量比對照組增加了2倍，其他養(yǎng)分含量增加0.5～1.2倍。沙地土壤脲酶活性變化顯著，隨施肥量增加酶活性呈上升趨勢。沙地土壤過氧化氫酶、蔗糖酶活性變化不明顯，但總整體來看第三組顯著性更好。沙地土壤酶活性與土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)性分析表明，蔗糖酶活性與土壤速效磷含量呈極顯著正相關(guān)，與土壤有機質(zhì)、全磷含量呈顯著相關(guān);脲酶活性與土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)，與堿解氮含量呈顯著負相關(guān);過氧化氫酶活性與土壤速效磷含量呈極顯著負相關(guān)。由于花生各生育期都有灌溉導致所施肥料淋溶，微生物、有機質(zhì)分解等因素的影響，深層土壤各養(yǎng)分變化規(guī)律不明顯。作物產(chǎn)量，第三組比第二組增產(chǎn)2%，比第一組增產(chǎn)27.6%。[結(jié)論]增施肥料不但可以改善沙地土壤物理性狀，還能增強沙地土壤酶活性，并能促進作物增產(chǎn)。處理T16（肥料施用量為N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2）對土壤肥力以及提高作物產(chǎn)量有更好的促進作用。

關(guān)鍵詞 水肥一體化;沙地土壤;花生;土壤酶活性;土壤養(yǎng)分

Abstract [Objective]The effects of different fertilization treatments on soil physical and chemical properties and soil enzyme activities in sandy land were studied under the integrated model of water and fertilizer， and the optimum fertilization amount， times of fertilization and watersoluble fertilizer were selected. It not only promoted peanut production but also reduced fertilizer， saved water， saved labor and increased efficiency， reduced environmental pollution and promoted the sustainable development of agriculture.[Method] Fuhua 30 was the tested variety in this study， which combined basic theory research with applied technology research. Three groups of experiments were carried out on sandy soil with different amounts of nitrogen fertilizer， base fertilizer and topdressing， totaling 16 treatments. Soil samples of 0-15 and 15-30 cm were collected after peanut harvest. Soil biological indicators of different fertilization measures under specific conditions in sandy land were studied. Soil catalase， urease and invertase activities were determined， and soil nutrients such as organic matter， total N， alkaline hydrolysis N， total P， available P， total K and available K were determined.[Result] Compared with the control treatment without fertilization， longterm fertilization significantly increased the contents of C， N， P and K nutrients and enzymatic activities in sandy soil. The content of organic matter and available P in sandy soil increased significantly. The highest content of organic matter and available P in sandy soil increased by 2 times and other nutrients increased by 0.5-1.2 times compared with the control group. The activity of urease in sandy soil changed obviously， and increased with the increase of fertilizer application. The activities of catalase and invertase in sandy soil did not change significantly， but the third group was better overall. The correlation analysis between soil enzyme activity and soil nutrient factors showed that sucrase activity was positively correlated with soil available P content， and significantly correlated with soil organic matter， and total P content; urease activity was positively correlated with soil organic matter and available P and available K content， negatively correlated with alkaline hydrolysis nitrogen content. There was a significant negative correlation between catalase activity and available phosphorus content in soil. Because of the leaching of fertilizer and the decomposition of microorganism and organic matter caused by irrigation in peanut growing period， the law of nutrients in deep soil was not obvious. Overall， crop yield in the third group was 2% higher than that in the second group and 27.6% higher than that in the first group.[Conclusion]Increasing fertilizer application can not only improve the physical properties of sandy soil， but also enhance the activity of soil enzymes in sandy land， and promote the increase of crop yield.Through this experiment， treatment T16 （fertilizer application rate was N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2） had a better promoting effect on soil fertility and crop yield.

Key words Water and fertilizer integration;Sandy soil;Peanut;Soil enzyme activities;Soil nutrients

施肥影響作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量，肥沃的土壤是作物高產(chǎn)和持續(xù)高產(chǎn)的基礎(chǔ)[1]。反映土壤養(yǎng)分狀況的指標有很多，酶活性亦是重要指標之一[2]，通常以脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶來評價[3]。研究施肥對這些指標的影響，對指導作物合理施肥和土壤培肥、實現(xiàn)作物持續(xù)增產(chǎn)具有重要意義[1]。施肥對土壤酶活性影響的研究近年來成為熱點[4-8]，研究認為，施用有機肥或化肥對土壤酶活性的影響有促進、抑制或沒有作用[4]，可能是由于環(huán)境條件、施肥管理措施及施肥模式等不同造成結(jié)果有差異。風沙土是我國東北地區(qū)花生主產(chǎn)區(qū)的主要土壤類型之一，其有機質(zhì)含量低，保水保肥能力差。筆者對沙地特定條件下不同施肥措施的土壤生物學指標進行分析，研究了不同施肥處理對沙地土壤酶活性及土壤理化性狀的影響，篩選出最佳施肥量、施肥次數(shù)和水溶性肥料，既促進花生生產(chǎn)又減肥、節(jié)水、省工和增效，降低環(huán)境污染的同時促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區(qū)位于阜新市阜新鎮(zhèn)桃李村（121°01′～122°25′E、41°44′～42°34′N），屬于北溫帶半干旱季風大陸性氣候，干旱少雨。該區(qū)土壤為風沙土，土層0～15 cm含水率為3.8%，pH 5.63;土層15～30 cm含水率為5.9%，pH 5.75，采用小區(qū)試驗與大田示范相結(jié)合。

1.2 試驗方法

春播覆膜栽培，起壟前均勻撒施肥料，耕翻30 cm。其他管理措施同當?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)。供試品種阜花30號，2018年5月12日播種，2018年9月15日收獲，2019年5月14日播種，2019年9月12日收獲，2年重復取平均值。共設(shè)3組，每個小區(qū)25 m×5 m，進行16個處理，單因素隨機區(qū)組設(shè)計，重復3次。

按當?shù)鼗ㄉ? 500 kg/hm2計算，則需N 9.83 kg、P2O5 22.95 kg、K2O 22.35 kg，以不施肥為對照（T1），3次重復總施肥量為第一組（不同氮肥施用量）：過磷酸鈣和硫酸鉀全部用作底肥，氮肥作為追肥，并設(shè)置施氮肥總量分別為73.8、110.54、147.45、184.49 kg/hm2 4個不同施氮水平（T2～T5）;第2組（不同底肥施用量）：過磷酸鈣全部用作底肥，氮肥（尿素148 kg/hm2）、鉀肥（硫酸鉀336 kg/hm2）按全部量的0、20%、40%、60%、80%、100%作為底肥，其余作為追肥（T6～T11）;第3組（不同追肥施用量）：依據(jù)目標產(chǎn)量0、3 000、6 000、9 000、12 000 kg/hm2和各個生育時期對肥料的需求特點設(shè)定不同生育時期的追肥量，各處理需肥總量分別為0、N 99.2 kg/hm2 + K 224.8 kg/hm2、N 192.8 kg/hm2 + K 446.4 kg/hm2、N 294.4 kg/hm2 + K 670.43 kg/hm2、N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2（T12～T16）。

1.3 土壤取樣時間及處理

分別于耕翻種植前、花生收獲后采取土樣。每區(qū)用5點法取0～15、15～30 cm土層土樣，一部分新鮮土壤于4 ℃下帶回實驗室，經(jīng)預(yù)處理后測定土壤酶活性，另一部分自然條件下風干，過1 mm土壤篩，測定土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀等土壤養(yǎng)分含量。

1.4 測定項目與方法

土壤脲酶活性用靛酚藍比色法測定;蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測定;過氧化氫酶用高猛酸鉀滴定法[9]測定。土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測定;全氮用半微量凱氏定氮法測定;堿解氮用堿解擴散法測定;全磷用氫氧化鈉高溫熔融，比色法測定;速效磷用浸提鉬銻抗比色法測定;全鉀用氫氧化鈉高溫熔融，火焰光度計測定法測定;速效鉀用NH4OAc浸提，火焰光度計測定法[10]測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用WPS、SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、繪圖與作表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 施肥對0～15 cm土層土壤養(yǎng)分的影響。

土壤有機質(zhì)含量在7.2～14.95 g/kg，與對照T1相比，施肥后土壤中有機質(zhì)含量均提高，增加了6.8%～107.6%，其中處理T16含量最高為14.95 g/kg。土壤堿解氮含量在95.66～133 mg/kg，施肥后土壤中堿解氮含量提高了5%～40%。土壤全氮含量在0.43～0.71 g/kg，單施氮肥和氮鉀肥混施的土壤中全氮含量均隨施肥量增加而增加，在23.3%～65.1%;其中處理T10含量最高為0.71 g/kg。土壤中速效鉀含量在13.27～17.39 mg/kg，與對照相比，施肥后各處理土壤中速效鉀含量增加了5.2%～31.1%，處理T7含量最高為17.39 mg/kg。土壤中全鉀含量在6.52～8.66 g/kg，其中增施鉀肥的處理T16土壤中全鉀含量最高，與對照相比增加了32.8%。土壤中速效磷含量在53.00～137.62 mg/kg，其中處理T16含量最高為137.62 mg/kg，其次為處理T15含量為136.93 mg/kg。土壤中全磷含量在0.25～0.41 g/kg，與對照相比，施肥后土壤中全磷含量均增加，為3.8%～65.2%，其中處理T16、T2、T3含量均為0.41 g/kg。

2.1.2 施肥對15～30 cm土層土壤養(yǎng)分的影響。

15～30 cm土層不屬于耕作層，但種植花生、施肥、澆水后土壤有機質(zhì)含量在4.90～14.16 g/kg，隨著施肥量的增加，土壤中有機質(zhì)含量增加30.2%～189.0%，處理T16含量最高為14.16 g/kg，

其次是處理T4含量為12.59 g/kg。土壤中堿解氮含量在61.83～98.00 mg/kg，處理T6、T13含量均為98.00 mg/kg，其次是處理T5含量為96.83 mg/kg，含量最低的是處理T1。土壤全氮含量在0.41～0.65 g/kg，施肥后土壤中含量增加4.9%～58.5%，其中含量最高的是處理T2為0.65 g/kg，其次是處理T15、T3、T14，含量分別為0.62 、0.61 、0.58 g/kg。土壤速效鉀含量在13.1～15.52 mg/kg，各處理土壤中速效鉀含量變化不大，其中處理T7土壤中速效鉀含量最高。土壤全鉀含量在6.52～8.66 g/kg，施肥后土壤中全鉀含量增加了7.5%～32.92%，其中處理T16土壤中全鉀含量最高，其次是處理T6、T15。土壤速效磷含量在11.64～31.57 mg/kg，增加了33.42%～71.22%，含量最高的是處理T3，其次是處理T2，含量最低的是處理T12。土壤中全磷含量在0.13～0.30 g/kg，含量最高的是處理T9、T10，均為0.30 g/kg，其次是處理T8、T7、T16、T6，含量分別為0.29 、0.28、0.26、0.25 g/kg。由此可知，施肥對15～30 cm土層的土壤養(yǎng)分有促進作用。

48卷9期 劉寶勇等 水肥一體化模式下不同施肥處理對沙地土壤理化性狀及土壤酶活性的影響

2.2 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

2.2.1 過氧化氫酶活性。

過氧化氫酶在土壤和生物體內(nèi)廣泛存在。過氧化氫酶活性與土壤有機質(zhì)含量有關(guān)，一般認為土壤催化過氧化氫分解的活性，有30%或40%是耐熱的，即非生物活性，土壤肥力因子與不耐熱的即過氧化氫酶活性成正比。從圖1可以看出，施肥后沙地土壤中過氧化氫酶變化不明顯，各處理之間含量差異很小。0～15 cm土層處理T5達極顯著水平，其次是處理T9，處理T14最不顯著;15～30 cm土層最不顯著的是處理T3，其次是處理T14、T15、T16、T1、T2、T9、T11、T12、T13，達極顯著的處理是T5，處理T6、T4、T7次之。綜上所述，施肥后過氧化氫酶活性最高的是處理T5，其次是處理T6，最低的是處理T14。

2.2.2 脲酶活性。

脲酶廣泛存在于土壤中，是研究比較深入的一種酶。脲酶酶促產(chǎn)物——氨是植物氮源之一，氮肥水解與脲酶有密切關(guān)系，有機肥料中也有游離脲酶存在。由圖2可知，施肥后沙地土壤中脲酶含量變化較大，表現(xiàn)為第三組>第二組>第一組。就0～15 cm土層而言，處理T16顯著性最好，達極顯著水平，其次是處理T15、T14、T11、T10、T7，極不顯著的是處理T1、T2，其次是處理T3、T12;對于15～30 cm土層，達極顯著水平的是處理T16、T15，其次是處理T13、T14，極不顯著的是處理T6、T9，其次是處理T1、T2、T3、T4、T10。整體而言，施肥后土壤脲酶活性最好的是處理T16，其次是處理T15、T14，最差的是處理T12，其次是處理T1、T2。

2.2.3 蔗糖酶活性。

蔗糖酶是根據(jù)其酶促基質(zhì)——蔗糖而得名的，又叫轉(zhuǎn)化酶。它對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用。研究表明，蔗糖酶與土壤許多因子相關(guān)，如土壤有機質(zhì)、磷含量等。一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強，可以作為評價土壤肥力水平的一個指標。由圖3可知，施肥后，土壤中蔗糖酶含量變化較大，其中第三組>第二組>第一組。就0～15 cm土層而言，處理T14、T15達極顯著水平，次之的是處理T16、T7、T11，最不顯著的是處理T9。15～30 cm土層，顯著性依次為處理T14、T3、T4、T7，處理T9極不顯著。整體而言，施肥對蔗糖酶活性影響最大的是處理T14，其次是處理T3、T7、T15、T16，最小的是處理T9。

2.3 土壤酶與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

為了探討施肥條件下土壤酶活性與土壤養(yǎng)分因子之間的關(guān)系，將沙地土壤過氧化氫酶活性、土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性與各土壤養(yǎng)分因子進行相關(guān)分析。結(jié)果表明（表1），各土層之間土壤酶活性與各土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)情況基本一致。對于0～15 cm土層而言，土壤蔗糖酶活性與土壤速效磷含量呈極顯著正相關(guān)，與土壤有機質(zhì)、全磷含量呈顯著相關(guān);土壤脲酶活性與土壤速效鉀、速效磷含量呈極顯著正相關(guān)，與土壤有機質(zhì)、堿解氮、全鉀含量呈顯著正相關(guān);土壤過氧化氫酶活性與速效磷含量呈極顯著負相關(guān)。對于15～30 cm土層，土壤蔗糖酶活性與土壤全氮、速效磷含量呈極顯著相關(guān);土壤脲酶活性與有機質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，與堿解氮含量呈顯著負相關(guān)。土壤過氧化氫酶活性與土壤各養(yǎng)分相關(guān)性不明顯。說明在該試驗條件下，脲酶能夠較全面地反映土壤養(yǎng)分狀況的變化。

2.4 施肥對花生產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，第二組和第三組相比第一組顯著提高了花生莢果的產(chǎn)量。在第一組不同氮肥施用量地塊上，各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為 T4>T5>T3>T2，均高于對照T1;在第二組不同底肥施用量地塊上，莢果產(chǎn)量最高的是處理T6，其次是處理T8和T10;在第三組不同追肥施用量地塊上，各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為T16>T15>T13>T12>T14。總的趨勢是增施肥料對提高花生產(chǎn)量有一定促進作用。

3 討論

各施肥處理均不同程度地提高土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀含量，表明土壤性狀和土壤速效養(yǎng)分的變化與施肥方式有關(guān)[11];鉀肥用量增加有助于堿解氮的吸收，施入少量鉀肥有助于旱地磷的釋放[12];N、P、K長期配施對土壤各養(yǎng)分含量及土壤蔗糖酶、脲酶活性均有促進作用[13]。該研究結(jié)果與前人的報道基本一致，施用化肥明顯提高了沙地土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活性，改善了沙地土壤物理性狀，增強了土壤酶活性，原因是施肥有利于改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤酶活性;施肥可以為土壤酶提供更豐富的酶促基質(zhì)，發(fā)揮底物誘導作用[14]。

深層土壤的分異規(guī)律并不明顯[15]。該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致，深層土壤各養(yǎng)分含量變化規(guī)律不明顯，原因可能是在花生各生育期都有灌溉導致所施肥料淋溶，微生物、有機質(zhì)分解等因素的影響，致使深層土壤各養(yǎng)分規(guī)律不明顯。土壤堿解氮含量與施氮量有關(guān)，而鉀肥施用量較低，對土壤速效鉀含量影響不明顯[16]，這與該試驗結(jié)果基本一致，原因與各自的養(yǎng)分特性有關(guān)。

通過田間長期定位培肥試驗發(fā)現(xiàn)，與不施肥比較，長期施肥顯著增加了土壤有機質(zhì)及各速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，提高了土壤酶活性[17];通過對不同土地利用類型土壤氮含量與土壤酶活性變化分析，土壤氮含量與土壤酶活性呈正相關(guān)關(guān)系[18]。進入土壤中和累積在土壤中的氮經(jīng)過各種轉(zhuǎn)化為植物所吸收利用，在每個階段都有土壤酶的參與[19-21]。該研究結(jié)果表明，在氮素循環(huán)過程中，土壤酶活性與土壤中氮素變化規(guī)律一致，單施氮肥降低了土壤中脲酶的活性，可能是單施氮肥造成土壤肥力結(jié)構(gòu)不均。

該研究中，第三組施肥處理花生產(chǎn)量顯著高于其他處理，比第二組增產(chǎn) 2%，比第一組增產(chǎn)27.6%，且比對照處理增產(chǎn)9.1% 。該研究結(jié)果表明，在沙地土壤上施肥對土壤肥力提高的增產(chǎn)作用遠遠大于花生本身所需營養(yǎng)直接供應(yīng)作用。

4 結(jié)論

（1）淺層土壤比深層土壤酶活性及土壤各養(yǎng)分的變化規(guī)律明顯。

（2）施肥對沙地土壤的酶活性、土壤養(yǎng)分促進作用以及增產(chǎn)效果明顯。

（3）土壤酶活性及土壤養(yǎng)分差異性比較好的處理集中在第三組。

（4）處理T16（肥料施用量為N 393.6 kg/hm2 + K 895.2 kg/hm2）可明顯改善土壤肥力，提高作物產(chǎn)量。

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