礦區塌陷復墾地土壤養分及酶活性的變化

喬志偉，李金嵐，洪堅平，謝英荷

（山西農業大學資源與環境學院，山西太谷030801）

由于大規模采煤，礦區土地塌陷，使得山西省成為全國礦區土地破壞最嚴重的省份之一[1]。在轉型發展的今天，土地問題日益嚴重，土地的復墾可以在一定程度上解決人地矛盾和經濟發展的需要。但礦區被破壞的土地肥力低[2]，土壤結構不良，土壤壓實現象比較嚴重[3]；土壤中的微生物區系稀少，生物多樣性較少且生態系統的穩定性差[4-5]，而提高復墾土壤的肥力是土地復墾成功與否的關鍵所在[6-9]。土壤酶是一種由生物產生的、具有蛋白質性質的高分子生物催化劑，具有加速土壤生化反應的功能。土壤中的一切生化過程，包括動植物殘體和微生物殘體的分解及其有機質的分解與轉化，都是在酶的參與下進行和完成的[10]。由于土壤酶在土壤有機質分解和營養循環中扮演重要角色[11-12]，可以作為衡量土壤質量的一個潛在指標[13]。

在長治襄垣五陽煤礦的采煤沉陷區復墾土壤上通過不同施肥處理和玉米試驗，研究復墾土壤養分和酶活性的情況，旨在為培肥土壤提供理論和實踐的基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地點和時間 試驗地位于長治市襄垣縣王橋鎮西山底村，該地為采煤塌陷后經混推造地的土壤，地力貧瘠，有機質6.28 g/kg，全氮0.06 g/kg，堿解氮 25.86 mg/kg，速效磷 4.46 mg/kg，速效鉀133.9 mg/kg。于2009年4月27日播種玉米，10月10日收獲。土樣采集時間為玉米的4個生育期，即苗期（6月2日），拔節期（7月15日），抽雄期（8月20日），成熟期（10月10日）。采樣深度為0～20 cm，每個試驗小區按S形路線多點（10個點）采樣，混合后作為該小區的代表樣品。

1.1.2 供試作物 供試作物為玉米，品種為瑞普9號。

1.1.3 供試肥料 供試化肥為尿素（N 46%）、磷酸一銨（有效N 11%，P2O544%）、硫酸鉀（K2O 50%）。有機無機復混肥基本養分含量：雞糞47.5%（N 2.8%，P 1.4%，K 0.8%，有機質 23.5%），尿素20.1%，磷酸一銨13%，氯化鉀15.2%，腐植酸5%，硫酸鋅1%。菌肥由山西農業大學資源與環境學院微生物實驗室提供。

1.2 試驗設計

本試驗按照等量施肥的原則進行設計，試驗處理分別為（1）對照（CK）：不施肥；（2）化肥（C）：施入尿素630 kg/hm2，磷酸一銨879 kg/hm2，硫酸鉀 481.5 kg/hm2；（3）化肥 + 有機肥（CM）：尿素600 kg/hm2，磷酸一銨為813 kg/hm2，硫酸鉀為473.1 kg/hm2，雞糞為 1 398 kg/hm2；（4）化肥 + 有機肥 +菌肥（CMB）：尿素為 600 kg/hm2，磷酸一銨為 813 kg/hm2，硫酸鉀為 473.1 kg/hm2，雞糞為1 398 kg/hm2，菌肥用量67.5 kg/hm2。試驗小區面積為163.2 m2，每小區重復3次。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤樣品的采集與處理 每個小區按S形路線多點采樣，混勻后用四分法取約1 kg田間采回的土樣過2 mm篩，剔除植物殘渣后，一部分保存于4℃冰箱中，用于進行酶活性分析；其余土壤風干，用于土壤基本物理性狀的測定。

1.3.2 土壤養分的測定[14]土壤堿解氮用堿解擴散法測定；土壤速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀用NH4OAC浸提，火焰光度法測定；土壤全氮用濃硫酸消煮-半微量凱氏法測定；土壤全磷用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定；土壤全鉀用NaOH熔融-原子吸收法測定；土壤有機質用重鉻酸鉀-容量法測定。

1.3.3 土壤酶活性的測定[15]土壤磷酸酶用磷酸苯二鈉比色法測定；土壤脲酶用次氯酸鈉比色法測定；土壤蔗糖酶用3，5-二硝基水楊酸比色法測定。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對礦區塌陷復墾土壤養分的影響

礦區土地復墾的主要限制因子是土壤肥力和pH值過低以及N，P和有機質缺乏，重金屬含量較高。經過不同的施肥處理，土壤中的堿解氮、速效磷、有機質和全氮含量均有所提高（表1）。

表1 玉米生育期內不同施肥處理礦區塌陷復墾土壤的養分含量

從表1可以看出，在玉米各生育時期，各種施肥處理對土壤養分的提高是不相同的。在苗期，3種施肥處理堿解氮含量明顯高于CK，且各處理之間差異顯著，C處理比CK提高70%，CM處理比CK提高52%，CMB處理比CK提高了42%，含量大小順序為C＞CM＞CMB＞CK。在拔節期，含量大小順序為CM＞CMB＞C＞CK。抽雄期，含量大小順序為CM＞CMB＞C＞CK。成熟期，含量大小順序為CMB＞CM＞C＞CK。

對于全氮，在苗期，C處理比CK提高11%，CM處理比CK提高60%，CMB處理比CK提高79%，含量大小順序依次為CMB＞CM＞C＞CK，CM和CMB處理之間差異顯著，且二者顯著高于CK和C處理，CK和C處理之間差異不顯著；拔節期，各處理之間全氮含量差異不顯著；抽雄期，各種處理土壤全氮含量差不多，處理之間差異不顯著；成熟期，含量大小順序依次為CM＞CMB＞C＞CK，其中CM和CMB這2個施肥處理全氮含量顯著高于CK，且二者之間差異顯著，但C處理與CK之間差異不顯著。

不同施肥處理對土壤速效磷含量都有不同程度的提高，玉米苗期、拔節期、抽雄期、成熟期C處理相對于各時期的CK提高42%～53%，CM處理相對于各時期的CK提高64%～76%，CMB處理相對于各時期的CK提高71%～80%。CM和CMB處理在玉米生育期內對土壤速效磷的提高幅度明顯高于C處理，說明施用有機肥對土壤磷的轉化作用較明顯。

不同施肥處理對土壤速效鉀含量都有不同程度的提高，玉米苗期至抽雄期各處理之間差異不顯著，成熟期3種施肥處理的速效鉀含量明顯高于CK處理。

有機質是反映土壤質量的直接指標，有機質含量的高低可以反映出土壤質量的好壞。不同施肥處理對土壤有機質含量都有不同程度的影響，苗期，C處理比CK提高32%，CM處理比CK提高81%，CMB處理比CK提高100%，含量大小依次為CMB＞CM＞C＞CK，各處理之間差異顯著；拔節期，C處理比CK提高了32%，CM處理比CK提高74%，CMB處理比CK提高95%，含量大小依次為CMB＞CM＞C＞CK，各處理之間差異顯著；抽雄期，C處理比CK提高9%，CM處理比 CK提高 121%，CMB處理比 CK提高107%，含量大小依次為CM＞CMB＞C＞CK，各處理之間差異顯著；成熟期，C處理比CK提高38%，CM處理比CK提高84%，CMB處理比CK提高102%，含量大小依次為CMB＞CM＞C＞CK，3種施肥處理有機質含量都顯著高于對照處理，但3種處理之間差異不顯著。

2.2 不同施肥處理對礦區塌陷復墾土壤酶活性的影響

2.2.1 不同處理對土壤脲酶活性的影響 脲酶能酶促尿素的水解，對尿素在土壤中的轉化具有較大影響。因此，脲酶活性與土壤供N能力有密切的關系，對施入土壤尿素的利用率影響很大。

從圖1可以看出，玉米各生育時期不同施肥處理土壤脲酶含量是不同的。在苗期，C處理土壤脲酶含量最大，比CK增加38%；其次是CM；CMB增加最小，只增加了4%。在拔節期，脲酶含量大小依次為CM＞CMB＞C＞CK，各施肥處理分別比不施肥處理提高62%，54%，14%。在抽雄期，以CMB提高最大，增加71%。在成熟期，土壤脲酶含量CM，CMB，C分別比CK提高了82%，73%，14%。苗期C處理施入尿素較多，直接刺激土壤脲酶的產生，含量較其他處理高。在其他生育時期，均是CM和CMB處理脲酶含量增加多，說明有機肥和菌肥對于土壤脲酶活性影響較大，并且是長期的。從圖1還可以看出，在抽雄期，可能是由于氣候干旱，水分缺乏（水分是酶反應的介質），脲酶活性較低。

2.2.2 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響 通過玉米大田試驗，不同的施肥處理對礦區塌陷復墾土壤蔗糖酶活性的影響分析如圖2所示。

從圖2可以看出，玉米生育期內不同施肥處理對土壤蔗糖酶活性都有顯著提高，其中CM和CMB處理對蔗糖酶活性的提高明顯高于C處理，C處理高于CK，且各處理之間差異顯著（P＜0.05）。苗期，以CMB處理蔗糖酶活性最高，含量依次為CMB＞CM＞C＞CK。拔節期，同樣以CMB處理活性最高，不施肥處理含量最低，CMB，CM，C處理分別比CK增加了101%，48%，21%。抽雄期，以CM處理蔗糖酶活性最高。成熟期，以CMB處理蔗糖酶活性最高。總體看，CM和CMB處理對蔗糖酶活性提高作用明顯。經回歸分析，有機質與蔗糖酶的相關系數為0.93，二者之間差異極顯著。CM和CMB處理都施有有機肥，有機肥分解產生大量有機質，因為有機質是土壤微生物的碳源和能源[16-19]，而蔗糖酶正是把高分子量蔗糖分子分解成能夠被植物和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖的水解酶，為土壤生物體提供充分能源的酶類，故CM和CMB處理土壤蔗糖酶含量較高。

2.2.3 不同處理對土壤磷酸酶活性的影響 從圖3可以看出，3種施肥處理在玉米整個生育期內對磷酸酶活性都有提高作用。C處理在玉米生育期內相對于各時期的CK使土壤磷酸酶的活性提高了14%～67%，CM處理在玉米生育期內相對于各時期的CK使土壤磷酸酶的活性提高了16%～106%，CMB處理在玉米生育期內相對于各時期的CK使土壤磷酸酶的活性提高了26%～143%。

土壤磷酸酶含量在玉米各個時期都是施肥處理高于對照，且3種施肥處理與CK相比，差異顯著。

在苗期，CMB含量最高，C和CM處理之間差異不顯著。在拔節期，以CM含量最高，CMB次之。在抽雄期，以CMB含量最高，C和CM處理之間差異不顯著。在成熟期，以CMB含量最高，與其他3種處理差異顯著。總體看，CMB處理對土壤磷酸酶含量影響最大，能顯著提高土壤磷酸酶的活性。經回歸分析，土壤磷酸酶與速效磷之間的相關系數為0.71，呈顯著水平。

3 結論

3.1 不同施肥處理礦區塌陷復墾地玉米生長期土壤養分的變化

不同施肥處理對土壤堿解氮都有不同程度的提高，化肥、化肥+有機肥、化肥+有機肥+菌肥處理分別提高4%～40%，25%～52%，24%～52%，對照土壤堿解氮含量在玉米整個生育期變化不大。3 種施肥處理堿解氮含量在拔節期和抽雄期略有下降，成熟期又有所回升。

不同時期不同施肥處理對全氮的影響不同，化肥、化肥+ 有機肥、化肥+ 有機肥+ 菌肥處理分別提高2%～11%，10%～60%，9%～79%，基本上表現為化肥+ 有機肥和化肥+ 有機肥+ 菌肥2種施肥處理土壤全氮含量高于其他處理，而抽雄期對照全氮含量略高于施肥處理。

在玉米整個生育期內施肥處理土壤中的速效磷含量明顯高于對照，化肥、化肥+有機肥、化肥+ 有機肥+ 菌肥處理分別比對照提高42%～53%，64%～76%，71%～80%，且化肥+ 有機肥、化肥+有機肥+菌肥與化肥處理之間差異顯著，但化肥+ 有機肥與化肥+ 有機肥+ 菌肥處理之間差異不顯著。

不同施肥處理對土壤速效鉀含量都有不同程度的提高，化肥、化肥+ 有機肥、化肥+ 有機肥+ 菌肥處理分別比對照提高了1%～38%，16%～32%，21%～47%，玉米苗期至抽雄期各處理之間差異不顯著，成熟期3 種施肥處理顯著高于對照。

3.2 不同施肥處理礦區塌陷復墾地玉米生長期土壤酶活性的變化

玉米生育期內不同施肥處理對土壤脲酶活性都有所提高，對土壤蔗糖酶和磷酸酶活性均有顯著提高，其中化肥+有機肥和化肥+有機肥+菌肥處理對蔗糖酶活性的提高明顯高于化肥和不施肥處理。

綜上所述，有機肥、無機肥和生物肥料混合施用來復墾土壤，才能快速培肥土壤，從而達到復墾的目的。

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