施肥對旱地花生主要土壤肥力指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

王才斌，鄭亞萍，梁曉艷，王建國，鄭永美，孫學(xué)武，馮 昊，吳正峰，孫秀山

(山東省花生研究所，青島 266100)

施肥不僅影響到作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量，同時也影響到土壤肥力。肥沃的土壤是作物高產(chǎn)和持續(xù)高產(chǎn)的基礎(chǔ)。反映土壤肥力高低的指標(biāo)有很多，其中土壤中微生物種群及數(shù)量、土壤酶活性等是最主要幾個指標(biāo)［1-2］，研究施肥對這些指標(biāo)的影響，對指導(dǎo)作物合理施肥和土壤培肥，實現(xiàn)作物當(dāng)季和持續(xù)增產(chǎn)具有重要意義。

玉米田試驗表明，有機(jī)肥或無機(jī)肥可提高酸性粉壤土土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量，同時顯著增加氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、自生固氮菌數(shù)量［3］。氮、磷、鉀等不同種類肥料單施或配施可提高麥田土壤酶活性［4-7］。黃土旱塬區(qū)施肥可促進(jìn)小麥根系呼吸速率，提高根呼吸在土壤呼吸中的貢獻(xiàn)率［8］。施肥條件下土壤中許多酶活性與微生物呼吸作用、微生物種類及數(shù)量之間存在著顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系［9-13］。但也有研究表明，施肥對土壤某些肥力指標(biāo)影響不大。Nanda等報道，水稻土施用有機(jī)-無機(jī)肥后，細(xì)菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少［14］。武術(shù)等研究表明，氮肥對稻田蔗糖酶活性影響不顯著［15］，化肥對旱地黑壚土土壤過氧化氫酶活性影響較小［16-17］。上述研究表明，不同作物不同土壤類型施肥對土壤肥力指標(biāo)的影響存在一定差異。有必要進(jìn)一步探討不同條件下施肥對土壤肥力指標(biāo)的影響。花生是我國的主要油料作物和重要的經(jīng)濟(jì)作物，然而，目前有關(guān)施肥對花生田，特別是旱作田，土壤肥力主要指標(biāo)的影響鮮見報道。在北方，60%以上的花生分布在旱薄地上，研究旱薄地土壤培肥措施，對大幅度提高我國低產(chǎn)田花生產(chǎn)量有重要意義［18］。為此，作者在大田條件下，研究了有機(jī)、無機(jī)及其不同數(shù)量配比對旱作花生田土壤微生物、酶活性及土壤呼吸速率等主要肥力指標(biāo)的影響，以期為旱地花生合理施肥及土壤培肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理。B1(高量有機(jī)無機(jī)配施):圈肥45000 kg/hm2+三元復(fù)合肥1200 kg/hm2;B2(中量有機(jī)無機(jī)配施):圈肥30000 kg/hm2+三元復(fù)合肥800 kg/hm2;B3(低量有機(jī)無機(jī)配施):圈肥15000 kg/hm2+三元復(fù)合肥400 kg/hm2;B4(中量無機(jī)肥單施，多數(shù)農(nóng)民常規(guī)施肥量):三元復(fù)合肥800 kg/hm2;B5(CK):不施任何肥料。三元復(fù)合肥中氮、磷、鉀含量均為15%，圈肥中氮、磷、鉀含量分別為0.32%、0.13%和0.43%。單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。

試驗于2010年在萊西市姜山鎮(zhèn)后垛埠村(E120°12';N36°34')進(jìn)行，當(dāng)?shù)貙儆跍貛О霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，干濕顯著。花生生長季節(jié)(4—9月份)平均氣溫22.5℃，降雨532mm。試驗地為砂壤土，有機(jī)質(zhì)8.1 g/kg，全氮6.7 g/kg，水解氮58.3 mg/kg，速效磷26.1 mg/kg，速效鉀88.6 mg/kg，PH 值5.71。試驗田壟距85 cm，壟面寬50—55 cm，壟上行距30—35 cm，穴距15 cm，每穴2粒種子，小區(qū)面積30 m2。隨機(jī)排列，春播覆膜栽培，起壟前均勻撒施肥料，耕翻25 cm。其它管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)。供試品種山花9號，5月15日播種，9月17日收獲。

1.2 采樣時間

分別于始花期(6月22日)、花針期(7月15日)、結(jié)莢期(8月11日)及飽果期(9月11日)采取土樣、植株干樣。

1.3 樣品采集與處理

每區(qū)用五點法取0—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)處理后測定土壤微生物數(shù)量及土壤呼吸速率;另一部分自然條件下風(fēng)干，過 1 mm 土壤篩，用于測定土壤酶活性［1，5，7，17］。收獲時，測定植株主要農(nóng)藝性狀，按小區(qū)實際面積計產(chǎn)。

1.4 測定項目及方法

根際土壤微生物區(qū)系的測定:細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用高氏1號培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基。細(xì)菌、真菌、放線菌計數(shù)采用稀釋涂抹平板法［19］。微生物數(shù)量以每克土壤樣品所含菌數(shù)表示。每克土壤樣品所含菌數(shù)=同一個稀釋度幾次重復(fù)的菌落平均數(shù)×10×稀釋倍數(shù)。

土壤呼吸速率采用靜態(tài)室堿液吸收法［20］。土壤脲酶活性用靛酚藍(lán)比色法測定，過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴定法測定，蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，酸性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定［21］。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Word2003、Excel2003及DPS、SPSS軟件數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、繪圖與作表。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤微生物數(shù)量的影響

從表1可以看出，耕層0—30 cm內(nèi)土壤微生物組成以細(xì)菌為主，放線菌次之，真菌數(shù)量最少。在整個生育期內(nèi)，微生物數(shù)量呈單峰曲線，細(xì)菌和放線菌高峰出現(xiàn)在結(jié)莢期，真菌出現(xiàn)在花針期。從全生育期平均值看，施肥對細(xì)菌的影響明顯大于對放線菌和真菌的影響。

同一時期內(nèi)，各施肥處理間細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量大小順序一致，均為:B1＞B2＞B3＞B4＞B5。其中，高量和中量配施(B1、B2)顯著高于單施復(fù)合肥及CK(B4、B5)，特別在始花期，高量配施3種微生物數(shù)量分別是CK 的2.6、4.3、4.1 倍。

不同處理，細(xì)菌數(shù)量在始花期與花針期存在極顯著差異;放線菌數(shù)量在始花期與結(jié)莢期達(dá)到極顯著差異水平，施肥處理真菌數(shù)量在花針期與結(jié)莢期差異水平達(dá)到極顯著。由此可以看出，不同時期不同的施肥處理對微生物數(shù)量影響的程度與作用效果不同，始花期高量配施處理的微生物數(shù)量的提高效果最為明顯。有機(jī)圈肥與復(fù)合肥配施能夠有效地增加土壤微生物數(shù)量，而且效果隨著施肥量的增加而明顯，而單施復(fù)合肥對微生物數(shù)量的提高不明顯，效果不穩(wěn)定。

表1 不同施肥處理微生物數(shù)量變化Table 1 Amounts of soil microorganism of different fertilizing treatments at different growing stage of peanut

2.2 對土壤酶活性的影響

2.2.1 對土壤脲酶活性的影響

由圖1可以看出:有機(jī)無機(jī)中、高量配施(B1、B2)顯著高于其他處理，高量配施除始花期外，其余各期均顯著高于中量配施;低量配施(B3)在生育后期(飽果期)與中量純無機(jī)肥(B4)和CK差異顯著，其余各期差異不顯著;中量純無機(jī)肥在生育后期與CK差異顯著，生育前期差異不顯著。表明，中量以上的有機(jī)無機(jī)肥配施有利于提高整個生育期土壤脲酶活性，單純中量無機(jī)肥在生育前期對土壤脲酶活性作用不明顯，而低量有機(jī)無機(jī)配施效果介于高、中量配施和單純中量無機(jī)肥之間。

2.2.2 對土壤蔗糖酶活性的影響

不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響為:B1＞B2＞B3＞B4＞CK。除花針期有機(jī)無機(jī)低量配施(B3)與中量純無機(jī)肥(B4)、中量純無機(jī)肥與CK和飽果期有機(jī)無機(jī)中量配施(B2)與中量純無機(jī)肥差異不顯著外，其余各處理間均達(dá)到顯著水平。表明增施肥料可以顯著提高土壤蔗糖酶活性，有機(jī)肥效果更好，且隨用量的增加，作用更明顯(圖2)。

圖1 不同施肥處理對土壤脲酶活性的影響Fig.1 Effects of different fertilizing treatments on activity of soil urease

圖2 不同施肥處理對土壤蔗糖酶活性的影響Fig.2 Effects ofdifferentfertilizing treatmentson invertase activities

2.2.3 對土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖3可以看出:除始花期與中量有機(jī)無機(jī)配施(B2)差異不顯著外，有機(jī)無機(jī)高量配施(B1)顯著高于其他處理，而其他三個施肥處理間差異不顯著，但在多數(shù)情況下顯著高于CK。表明，施肥對土壤過氧化氫酶活性有一定的影響，但明顯不及對土壤脲酶和蔗糖酶活性的影響那樣明顯。

圖3 不同施肥處理對土壤氧化氫酶活性的影響Fig.3 Effects of different fertilizing treatments on activity of soil catalase

2.2.4 對土壤酸性磷酸酶活性的影響

由圖4可以看出，(1)生育前期，土壤酸性磷酸酶活性較低，施肥對土壤酸性磷酸酶活性的影響較小，處理間差異較小;隨生育期的推進(jìn)，土壤酸性磷酸酶活性升高，處理間差異逐漸拉大。(2)有機(jī)無機(jī)中、高量配施(B1、B2)顯著高于其他處理;生育中期(花針期和結(jié)莢期)高量配施顯著高于中量配施，而生育前期和后期，兩處理差異不顯著。(3)生育中期，低量配施和中量純無機(jī)肥量處理差異不顯著，但在生育前期和后期低量配施顯著高于純中量無機(jī)肥量。(4)中量純無機(jī)肥在生育中、后期與CK差異不顯著。表明，中量純無機(jī)肥后勁不足，而有機(jī)肥生育后期效果明顯。

2.3 對土壤呼吸速率的影響

由圖5可見，各施肥處理土壤呼吸均速率呈先升高后降低的趨勢，最大值出現(xiàn)在花針期。不同生育期各施肥處理總的趨勢是:(1)有機(jī)無機(jī)中、高量配施(B1、B2)顯著高于其他處理，高量配施除始花期外，其余各期均顯著高于中量配施;低量配施(B3)顯著高于CK，但在生育中期(花針期和結(jié)莢期)與中量純無機(jī)肥(B4)無顯著差異;中量純無機(jī)肥在生育后期土壤呼吸速率與CK差異不顯著，其作用主要在生育前期。(2)從數(shù)值看，生育中期不同處理間差異小，生育前期和后期差異大。(3)有機(jī)無機(jī)中、高量配施生育后期土壤呼吸速率下降率明顯慢于其他處理。表明增施有機(jī)肥對維持花生生育后期土壤呼吸速率有重要作用。

圖4 不同施肥處理對土壤酸性磷酸酶活性的影響Fig.4 Effects of different fertilizing treatments on activity of soil phosphatase

圖5 不同施肥處理對土壤呼吸速率的影響Fig.5 Effects of different fertilizing treatments on soil respiration rate

2.4 主要肥力指標(biāo)相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明(表2)，不同微生物數(shù)量間、土壤主要酶活性間相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平;細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量與脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性及土壤呼吸速率相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平。表明微生物的生命活動與土壤酶活性及土壤呼吸之間有著密切的聯(lián)系，而施肥有利于提高這些指標(biāo)的水平。

表2 土壤肥力主要指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2 The correlation analysis of main soil fertility indices

2.5 對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可以看出，不同施肥處理花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異很大。其中，有機(jī)無機(jī)中、高量配施(B1、B2)顯著高于其他處理，而中量和高量處理間差異不顯著;中量純無機(jī)肥(B4)產(chǎn)量高于低量有機(jī)無機(jī)配施(B3)，但差異未達(dá)5%的顯著水平;而低量有機(jī)無機(jī)配施與CK差異不顯著。

表3 不同施肥處理對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 3 Effects of different fertilizing treatments on peanut yield and yield characters

不同處理對主要農(nóng)藝性狀的影響存在一定差異，其中對公斤果數(shù)、百果重和百仁重影響較大，對出米率影響較小。總的趨勢是，增施有機(jī)肥或無機(jī)肥可提高百果重和百仁重，降低公斤果數(shù)。

3 討論與結(jié)論

土壤中微生物種群及數(shù)量是反映土壤肥力的主要指標(biāo)之一［1］。細(xì)菌、放線菌和真菌直接參與土壤中碳、氮等營養(yǎng)元素的循環(huán)和能量流動，其數(shù)量和活性不僅反映了微生物對植物生長發(fā)育、土壤肥力的影響和作用，同時也說明了植物對微生物群落結(jié)構(gòu)的制約與共生關(guān)系，關(guān)系到土壤生態(tài)系統(tǒng)的維持與改善［22］。它們的區(qū)系組成和數(shù)量變化常能反映出土壤生物活性水平。本試驗研究結(jié)果表明，施肥能夠增加土壤3種微生物數(shù)量，對細(xì)菌的影響明顯大于對放線菌和真菌的影響。有機(jī)肥效果好于無機(jī)肥，隨有機(jī)肥數(shù)量的增加，3種微生物數(shù)量也增加，這可能與有機(jī)肥本身攜帶大量微生物以及有機(jī)肥可為微生物繁殖提供天然“培養(yǎng)基”有關(guān)。單施無機(jī)肥雖然沒有上述有機(jī)肥功能，也可以提高土壤中微生物數(shù)量，此結(jié)果與以往研究結(jié)論基本一致［23-25］。這可能與無機(jī)肥促進(jìn)了花生植株發(fā)育，增加了花生根系分泌物數(shù)量，而這些根系分泌物與微生物繁殖密切相關(guān)［26］。但與有機(jī)肥相比，無機(jī)肥對微生物數(shù)量的提高效果不穩(wěn)定。本試驗中，中量有機(jī)無機(jī)肥配施，比單純施中量無機(jī)肥處理的細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量全生育期平均值分別提高114.9%、49.0%和29.0%。因此，生產(chǎn)中要提倡有機(jī)肥與無機(jī)肥配施。

土壤酶在生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)所必需的催化反應(yīng)中起重要作用［27］。脲酶是土壤中氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶，蔗糖酶對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)有重要作用，酸性磷酸酶能夠加速有機(jī)磷的脫磷速度，過氧化氫酶可解除土壤過氧化氫的毒害作用。土壤酶活性受土壤理化性狀和管理方式的影響很大，常作為微生物活性和土壤肥力的指標(biāo)［2］。現(xiàn)有研究表明，小麥-玉米-大豆輪作條件下化肥與有機(jī)肥長期配合施用能顯著增強(qiáng)褐潮土及黑土等土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性［4，28-29］。本試驗表明，即使花生當(dāng)季施肥，對土壤主要酶活性也有很大影響。總的趨勢是:有機(jī)無機(jī)配施配施效果好于單施無機(jī)肥，隨有機(jī)肥用量的增加，對土壤主要酶活性的促進(jìn)作用增強(qiáng);單純中量無機(jī)肥雖然對土壤主要酶活性有一定的促進(jìn)作用，但明顯低于中量有機(jī)無機(jī)配施。本試驗測定的脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶和酸性磷酸酶四種酶活性全生育期平均值中量有機(jī)無機(jī)配施比單純中量無機(jī)肥分別提高31%、27%、10%和29%，而且低量有機(jī)無機(jī)配施在多數(shù)情況下，對四種酶的促進(jìn)作用也顯著好于中量單施無機(jī)肥。這些結(jié)果表明，有機(jī)肥對土壤酶活性的促進(jìn)作用要大于無機(jī)肥。因此，有機(jī)無機(jī)配施是提高土壤肥力的有效途徑。本試驗同時表明，施肥對土壤過氧化氫酶活性的促進(jìn)作用小于對其它酶的促進(jìn)作用，其原因有待于進(jìn)一步探討。

一般情況下，土壤呼吸是土壤有機(jī)碳輸出的主要形式，土壤肥力高的情況下土壤生態(tài)狀況較好，土壤呼吸也將增強(qiáng)。以往研究表明，氮肥、磷肥和鉀肥都對免耕燕麥地土壤呼吸都有明顯的影響，但氮磷鉀配施對土壤呼吸速率的影響高于任一種肥料的單施［12］。黑土玉米地施用有機(jī)肥，可加快土壤CO2形成和釋放速率，顯著增加土壤呼吸量［30］。本試驗表明，有機(jī)肥與無機(jī)肥配施及單施無機(jī)均能提高土壤的呼吸速率，但是有機(jī)肥與無機(jī)肥配施的效果要大于單施無機(jī)肥，中量有機(jī)無機(jī)肥配施比單純施中量無機(jī)肥全生育期土壤呼吸平均值高59%。這與以往研究結(jié)論類似。主要原因是圈肥一方面能增加用于土壤呼吸的有機(jī)質(zhì)的數(shù)量，從而改善土壤的理化性狀，促進(jìn)了花生根系的生長;另一方面能顯著增強(qiáng)土壤微生物的活性，提高土壤的呼吸強(qiáng)度，加速了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解。

土壤微生物是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的動力，土壤酶是土壤新陳代謝的重要因素，它與活著的生物細(xì)胞一起推動著物質(zhì)轉(zhuǎn)化，土壤生物化學(xué)反應(yīng)幾乎都是由酶驅(qū)動完成的，土壤呼吸速率的高低可以反映土壤微生物促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及土壤動物和植物根系呼吸的強(qiáng)度，與微生物種群、數(shù)量、土壤酶活性等密切相關(guān)［31］。本試驗表明，土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性及土壤呼吸速率相互間呈極顯著相關(guān)關(guān)系。表明施肥同時提高了這些肥力指標(biāo)。該結(jié)果與李秀蓮和孫瑞英等［4-5］在褐潮土上及高會議等［8］在黃土旱塬區(qū)上施肥對小麥田間土壤肥力指標(biāo)的影響研究結(jié)果相似。

本試驗中，有機(jī)無機(jī)中、高量配施花生產(chǎn)量顯著高于其他處理。農(nóng)民常規(guī)施肥(中量純無機(jī)肥)與低量有機(jī)無機(jī)配施產(chǎn)量相近，比CK(不施肥)增產(chǎn)12.7%，比有機(jī)無機(jī)中量配施降低14.0%。這一結(jié)果表明，在砂壤土上施用有機(jī)肥，其對土壤肥力提高的增產(chǎn)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其本身所含花生生育所需營養(yǎng)直接供應(yīng)作用。兼顧土壤肥力和花生產(chǎn)量，肥力中等的砂壤土，在肥料充足時，可采用中量有機(jī)無機(jī)配施;肥源不足時，可采用低量有機(jī)無機(jī)配施。

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