不同施肥處理下辣椒大白菜輪作模式土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)與診斷

王素萍，杜 雷，洪 娟，2，黃 翔，張貴友，姜 利，程維舜，羅 茜，張利紅，葉莉霞，陳 鋼，2

（1.武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與安全研究所，武漢 430345；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070）

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在關(guān)注作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的同時(shí)，越來越關(guān)注對(duì)資源高效利用及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。隨著蔬菜生產(chǎn)規(guī)?；l(fā)展，導(dǎo)致不同程度的連作障礙，制約著蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失。 不同作物輪作是連作障礙的防范措施［1，2］，輪作可有效改善連作引起土壤養(yǎng)分不均衡、酶活改變和土壤理化性狀不良［3-7］。本研究采用辣椒-大白菜輪作的肥料定位試驗(yàn)，分析輪作模式下不同施肥處理對(duì)土壤理化和土壤酶活性的影響，以期為辣椒大白菜輪作模式下土壤質(zhì)量的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院北部園區(qū)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地（114°27′45″E，30°42′40″N），土壤類型為潮土，前茬是辣椒與大白菜輪作，劃分試驗(yàn)小區(qū)，每小區(qū)面積32 m2。耕層土壤的理化性質(zhì)pH為7.59，容重1.67 g/cm3，EC為80.48 uS/cm，全氮含量3.40 g/kg，全磷含量0.98 g/kg，全鉀含量22.94 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量11.05 g/kg，礦質(zhì)態(tài)氮含量37.99 mg/kg，有效磷含量10.71 mg/kg，速效鉀含量147.18 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

辣椒和大白菜處理相同，均設(shè)4 個(gè)處理，分別為：①CK，對(duì)照，不施肥；②習(xí)慣施肥FP，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥的施肥量，辣椒季尿素609 kg/hm2、過磷酸鈣1753 kg/hm2、硫酸鉀550 kg/hm2，大白菜季尿素750 kg/hm2、過磷酸鈣1 125 kg/hm2、硫酸鉀375 kg/hm2；③OPT1，推薦施肥1，100% 施用化肥（辣椒季尿素978 kg/hm2、過磷酸鈣750 kg/hm2、硫酸鉀471 kg/hm2，大白菜季尿素900 kg/hm2、過磷酸鈣600 kg/hm2、硫酸鉀512 kg/hm2）；④OPT2，推薦施肥2，2/3 化肥氮+1/3 有機(jī)肥氮（施氮量與OPT1 相當(dāng)）。每個(gè)處理3 次重復(fù)。

供試肥料規(guī)格：尿素（N 46%），過磷酸鈣（P2O514%），硫酸鉀（K2O 51%），有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量為47%，有機(jī)碳含量為27.26%，全氮（N）、全磷（P）、全鉀（K）含量分別為2.80%、0.76%、1.38%。

1.3 采樣及測(cè)定

1.3.1 土壤樣品采集與測(cè)定 試驗(yàn)前采集耕層（0~20 cm）土壤樣品，每季作物收獲后，采用環(huán)刀法采樣，測(cè)定土壤容重和土壤含水量。采取多點(diǎn)混合法采集每個(gè)小區(qū)土壤樣品，四分法留1 kg 土樣分析。土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定方法參見文獻(xiàn)［8］。pH 采用電位法；EC 采用EC 計(jì)；有機(jī)質(zhì)采用硫酸重鉻酸鉀氧化外加熱，容量法；礦質(zhì)氮采用KCl 浸提—比色法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法。

土壤酶活性測(cè)定：大白菜收獲后采集土壤樣品，過氧化氫酶采用KMnO4滴定法，活性計(jì)量為每克土壤消耗的0.002 mol/L KMnO4的毫升數(shù)；脲酶采用苯酚鈉比色法，活性計(jì)量為3 h 后每百克土的NH4+-N的毫克數(shù)；轉(zhuǎn)化酶采用硫代硫酸鈉滴定法，活性計(jì)量為24 h 后每克土中滴定用0.1 mol/L 硫代硫酸鈉毫升數(shù)；堿性磷酸酶和中性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，活性計(jì)量為24 h 后每克土中酚的毫克數(shù)。1.3.2 蔬菜產(chǎn)量監(jiān)測(cè) 辣椒和大白菜每季收獲期按小區(qū)單打獨(dú)收，每季累計(jì)記產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 17.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，采用最小顯著法（LSD）檢驗(yàn)差異顯著性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)辣椒產(chǎn)量和肥料農(nóng)學(xué)效率的影響

分析不同施肥處理對(duì)辣椒產(chǎn)量和肥料農(nóng)學(xué)效率的影響（表1），施肥明顯促進(jìn)了辣椒產(chǎn)量的增加，與CK 相比，施肥辣椒產(chǎn)量增幅為2 303~3 655 kg/hm2，增產(chǎn)率為55.45%~88.01%。其OPT1 的辣椒產(chǎn)量最高，為7 808 kg/hm2，其次為OPT2，辣椒產(chǎn)量為7 612 kg/hm2，與OPT1 差異不顯著，習(xí)慣施肥FP 辣椒產(chǎn)量最低，為6 456 kg/hm2。

表1 不同施肥處理辣椒產(chǎn)量和肥料農(nóng)學(xué)效率

分析不同施肥的肥料農(nóng)學(xué)效率的影響，習(xí)慣施肥的農(nóng)學(xué)效率最低，為2.74 kg/kg，OPT1 和OPT2 農(nóng)學(xué)效率分別為4.80 kg/kg 和4.54 kg/kg，差異不明顯。從辣椒產(chǎn)量和肥料的農(nóng)學(xué)效率來看，辣椒推薦施肥OPT1 和OPT2 可以達(dá)到較好的效果。

2.2 不同施肥處理對(duì)大白菜產(chǎn)量和肥料農(nóng)學(xué)效率的影響

施肥可以明顯促進(jìn)大白菜產(chǎn)量的增加。由表2可見，與CK 相比，施肥大白菜產(chǎn)量增幅為30.33~40.49 t/hm2，增產(chǎn)率為122.84%~163.99%。OPT1 產(chǎn)量最高，為65.18 t/hm2，其次為OPT2，產(chǎn)量為63.71 t/hm2，F(xiàn)P 產(chǎn)量低，為55.02 t/hm2。

表2 不同施肥處理大白菜產(chǎn)量和肥料農(nóng)學(xué)效率

分析不同施肥的肥料農(nóng)學(xué)效率，習(xí)慣施肥的農(nóng)學(xué)效率最低，為42.35 kg/kg，OPT1 和OPT2 農(nóng)學(xué)效率分別為52.51 kg/kg 和50.60 kg/kg，差異不明顯。從大白菜產(chǎn)量和肥料的農(nóng)學(xué)效率來看，OPT1 和OPT2可以達(dá)到較好的施肥效果。

2.3 不同施肥處理對(duì)辣椒大白菜輪作土壤物理性質(zhì)的影響

分析不同施肥處理對(duì)辣椒和大白菜收獲后表層土壤物理性質(zhì)的影響（圖1）。分析試驗(yàn)前、辣椒（第一季）收獲后和大白菜（第二季）收獲后的土壤容重。試驗(yàn)前土壤容重為1.67 g/cm3，第一季和第二季收獲后土壤的容重略有下降，可見耕作改變了土壤的容重。第一季辣椒收獲后不同處理的容重為CK>FP>OPT1>OPT2，第二季大白菜收獲后不同處理的容重變化規(guī)律與第一季辣椒收獲后相同，為CK>FP>OPT1>OPT2。可見，在等量施肥量情況下，施用有機(jī)肥可以降低土壤的容重。

圖1 不同施肥處理對(duì)辣椒大白菜輪作土壤物理性質(zhì)的影響

測(cè)定分析試驗(yàn)前、辣椒（第一季）收獲后和大白菜（第二季）收獲后的土壤含水量。試驗(yàn)前土壤含水量為16.1 g/cm3，第一季辣椒收獲后不同處理的土壤含水量為CK

2.4 不同施肥處理對(duì)辣椒大白菜輪作后根際土壤酶活性的影響

分析不同施肥處理對(duì)辣椒大白菜輪作收獲后根際土壤酶活性的影響（表3）。脲酶是一種酰胺酶，能酶促有機(jī)質(zhì)分子中肽鏈的水解。土壤的脲酶活性與土壤的微生物數(shù)量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮和速效氮含量呈正相關(guān)，可用土壤的脲酶活性表征土壤的氮素狀況。施肥后土壤脲酶活性提高，與CK 相比，提高幅度為23.87%~76.56%，以O(shè)PT2 的脲酶活性最高，為68.26，其次為OPT1，活性為59.02。

土壤過氧化氫酶的活性與土壤呼吸強(qiáng)度和土壤微生物活動(dòng)相關(guān)，在一定程度上反映了土壤微生物學(xué)過程的強(qiáng)度。由表3 可見，施肥不同對(duì)土壤過氧化氫酶活性影響不明顯。

表3 不同施肥處理辣椒大白菜輪作后根際土壤酶活性

磷酸酶能酶促有機(jī)磷化合物的水解，土壤磷酸酶活性可以表征土壤的肥力狀況（特別是磷的含量狀況）。施肥提高了土壤中堿性磷酸酶的活性，與CK 相比，提高幅度為20.00%~63.87%。FP 的土壤磷酸酶活性最高，為5.08，其次為OPT1，土壤磷酸酶活性為4.11。

土壤轉(zhuǎn)化酶能促進(jìn)蔗糖分子中果糖的裂解，酶活性與土壤中的腐殖質(zhì)、水溶性有機(jī)質(zhì)和黏粒含量以及微生物活動(dòng)相關(guān)。土壤熟化程度提高，轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng)。可用土壤轉(zhuǎn)化酶活性表征土壤熟化程度和肥力水平。施肥后土壤轉(zhuǎn)化酶活性略有提高，提高幅度為13.78%~20.00%，不同施肥處理土壤的轉(zhuǎn)化酶活性沒有明顯差異。

2.5 不同施肥處理對(duì)辣椒收獲后土壤養(yǎng)分化學(xué)性狀的影響

表4 分析了不同施肥處理對(duì)辣椒收獲后土壤養(yǎng)分化學(xué)性狀的影響，可見，辣椒收獲后不同施肥處理土壤的pH 和土壤有機(jī)質(zhì)含量沒有明顯差異，土壤EC 呈現(xiàn)FP>OPT1>OPT2>CK，土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量呈現(xiàn)OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈現(xiàn)FP>OPT2>OPT1>CK，速效鉀含量呈現(xiàn)FP>OPT2>OPT1>CK。

表4 不同施肥處理辣椒收獲后土壤養(yǎng)分化學(xué)性狀

2.6 不同施肥處理對(duì)大白菜收獲后土壤養(yǎng)分化學(xué)性狀的影響

表5 分析了不同施肥處理對(duì)大白菜收獲后土壤養(yǎng)分狀況的影響，可見，大白菜收獲后不同施肥處理土壤的pH 沒有明顯差異，土壤有機(jī)質(zhì)施肥處理高于不施肥處理，但不同施肥處理之間沒有明顯差異，土壤EC 呈現(xiàn)FP>OPT2>OPT1>CK，土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量呈現(xiàn)OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈現(xiàn)FP>OPT2>OPT1>CK，速效鉀含量呈現(xiàn)FP>OPT2>OPT1>CK。

表5 不同施肥處理大白菜收獲后土壤養(yǎng)分化學(xué)性狀

3 小結(jié)與討論

對(duì)兩輪作物及土壤進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，施肥可以明顯促進(jìn)辣椒和大白菜產(chǎn)量的增加，施肥處理辣椒和大白菜產(chǎn)量增幅為2 303~3 655 kg/hm2和30.33~40.49 t/hm2，增產(chǎn)率分別為55.45%~88.01% 和122.84%~163.99%。辣椒和大白菜均以O(shè)PT1 的產(chǎn)量最高，分別為7 808 kg/hm2和65.18 t/hm2，與OPT2產(chǎn)量差異均不顯著，但均顯著高于習(xí)慣施肥。習(xí)慣施肥的農(nóng)學(xué)效率低，辣椒和大白菜季分別為2.74 kg/kg和42.35 kg/kg。從辣椒和大白菜產(chǎn)量及肥料農(nóng)學(xué)效率來看，辣椒季和大白菜季的OPT1、OPT2 兩種施肥方式可以達(dá)到較好的效果。

施肥能改善土壤物理性質(zhì)，OPT2 添加了有機(jī)肥，施肥效果更佳。試驗(yàn)前土壤容重為1.67 g/cm3，第一季和第二季蔬菜收獲后土壤的容重均有下降。第一季和第二季蔬菜收獲后不同施肥處理的土壤容重變化規(guī)律一致，為CK>FP>OPT1>OPT2。耕作可降低土壤容重，在等量施肥情況下，施用有機(jī)肥可以降低土壤的容重。這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥本身密度較低，且具有較大的比表面積及疏松多孔的結(jié)構(gòu)，能夠保持水分和空氣，施入土壤后具有一定的稀釋作用［9］。土壤容重是土壤重要的物理性質(zhì)，土壤容重小，土壤結(jié)構(gòu)、透氣透水性好。土壤容重除影響水分和氧氣的供應(yīng)外，還可影響其他性質(zhì)和過程［10］。試驗(yàn)前土壤含水量為16.1 g/cm3，第一季和第二季蔬菜收獲后不同施肥處理的土壤含水量表現(xiàn)規(guī)律一致，為CK

土壤酶是土壤中有機(jī)物轉(zhuǎn)化的重要催化劑［11］，土壤酶活性是反映土壤肥力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，酶活性較高的土壤生化過程較活躍、生產(chǎn)性能也較好［12，13］。土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶等活性水平以及酶活性之間的關(guān)系，對(duì)于評(píng)價(jià)土壤肥力有著重要意義［14］。本研究中施肥后土壤中脲酶、堿性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶的活性均提高，提高幅度分別為23.87%~76.56%、20.00%~63.87% 和13.78%~20.00%，這與前人的研究結(jié)果一致［15］，土壤中脲酶、過氧化氫酶以及磷酸酶的酶活性提高會(huì)顯著增加作物產(chǎn)量。本研究施肥中以氮肥1/3 有機(jī)肥替代處理的脲酶活性最高，為68.26，其次為推薦施肥全部施用化肥的處理；脲酶活性為59.02。脲酶的酶促反應(yīng)產(chǎn)物可以作為供給植物利用的氮源，其活性可以用來表征土壤的供氮能力［16］。習(xí)慣施肥的土壤磷酸酶活性明顯高于OPT2 土壤磷酸酶活性。不同施肥處理土壤的轉(zhuǎn)化酶和過氧化氫酶活性無顯著差異。磷酸酶的作用是參與進(jìn)入土壤中或累積在土壤中的含磷化合物的磷素循環(huán)，其酶促作用的產(chǎn)物是有效磷，為植物提供磷素營(yíng)養(yǎng)［12］，其活性能夠表征土壤有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化狀況及其生物有效性，反映土壤磷素營(yíng)養(yǎng)狀況［16］。過氧化氫酶作為氧化還原酶中的一種，其活性與土壤中腐殖質(zhì)化相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度有密切關(guān)系［12］。

對(duì)土壤pH 和養(yǎng)分含量的評(píng)價(jià)能夠反映土壤提供養(yǎng)分和緩沖化學(xué)改良的能力［17-19］。辣椒季和大白菜季收獲后不同施肥處理土壤養(yǎng)分狀況表現(xiàn)規(guī)律基本一致，不同處理的土壤pH 和有機(jī)質(zhì)含量沒有明顯差異。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，是土壤團(tuán)聚體形成和保持穩(wěn)定的重要影響因素［20］。兩季作物收獲后，施肥處理顯著提高了土壤的EC，土壤EC 的高低反映了土壤中肥料含量的多少［21］。研究中土壤EC 呈現(xiàn)FP>OPT1>OPT2>CK，土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量呈現(xiàn)OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈現(xiàn)FP>OPT2>OPT1>CK，速效鉀含量呈現(xiàn)FP>OPT2>OPT1>CK。

綜合考慮辣椒與大白菜輪作模式下作物產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)、肥料利用率及土壤酶活性，生產(chǎn)中宜采用推薦施肥且有機(jī)肥替代1/3 氮肥。