不同有機肥對黃泥田土壤培肥效果及土壤酶活性的影響

榮勤雷， 梁國慶*， 周 衛， 劉東海， 王秀斌， 孫靜文，李雙來， 胡 誠

(1 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所， 北京100081； 2 湖北省農業科學院植保土肥研究所，湖北武漢 430064)

低產田改良是提高糧食綜合生產能力，保證我國糧食安全的重要途徑，在防止耕地退化、保護生態環境方面具有重要意義。低產黃泥田是重要的低產水稻土類型之一，主要是由紅壤、黃壤種植水稻后水耕熟化后形成的[1]。低產黃泥田在南方稻區分布廣泛，主要分布在我國的廣東、廣西、福建、貴州、湖北、江西等省，面積約有140萬公頃2 [2-5]。

低產黃泥田具有水耕熟化時間短、熟化度低的特點，配施有機肥是改善低產黃泥田土質粘重、有機質缺乏和肥力較低的重要措施之一。黃泥田長期定位試驗表明，提高土壤肥力以配施有機肥效果最好[6-7]。但土壤環境條件不同，不同有機肥對土壤肥力的影響也不同。目前對單一有機肥施用條件下土壤肥力變化的研究較多[9-11]，多種有機肥配施條件下土壤培肥研究涉及相對較少，尤其是不同有機肥對低產黃泥田的培肥效果方面的研究鮮有報道；有關低產黃泥田與土壤碳、土壤氮、土壤磷轉化的相關酶活性的變化規律也缺乏全面研究。土壤酶對土壤肥力變化的反應靈敏，是表征土壤肥力和土壤質量等方面的重要指標之一[8]。因此本研究在田間試驗中同時設置綠肥、糞肥、秸稈與化肥配施處理，研究不同碳源有機碳的投入對黃泥田的培肥效果以及土壤酶的響應規律，為低產黃泥田的改良提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗設在湖北省京山縣錢場鎮(30°51′02″ N，113°06′53″ E)，該地屬亞熱帶溫暖季風型氣候，海拔35 m，年均降水量1179 mm，無霜期243 d，主要種植模式為雙季稻。供試土壤為低產黃泥田，供試水稻品種早稻為兩優287，晚稻為T優250。試驗地耕層土壤有機碳含量 11.57 g/kg、 全氮0.74 g/kg、 堿解氮47.17 mg/kg、 速效磷 5.1 mg/kg、 速效鉀94. 70 mg/kg、 pH值6.3、 容重1.23 g/cm3。

1.2 試驗設計

試驗共設置6個處理：1)對照(不施肥，CK)；2)單施化肥(NPK)；3)化肥+綠肥(NPKG)；4)化肥+畜禽糞肥(NPKM)；5)化肥+秸稈(NPKS)；6)化肥+秸稈+腐熟菌劑(NPKSD)。氮肥用尿素，磷肥用普通過磷酸鈣，鉀肥用氯化鉀。綠肥為紫云英鮮草(含N 0.88%、 P 0.12%、 K 2.26%)，畜禽糞肥用新鮮豬糞(含N 2.98%、 P 2.43%、 K 1.92%)，秸稈為水稻干草(含N 2.00%、 P 0.22%、 K 3.24%)。每處理3次重復，小區面積20 m2，田間隨機區組排列，四周設保護行。小區間以6 m×0.2 m的塑料扣板封閉隔離，接口處以塑料紙包裹并泥糊，防止竄水竄肥。

每季施肥量為N 180 kg/km2、 P2O590 kg/km2、 K2O 120 kg/km2、 綠肥22500 kg/km2、 畜禽糞肥22500 kg/km2、 秸稈3000 kg/km2、 腐熟菌劑30 kg/km2。各配施有機肥處理施用的有機碳量相當，為C 1450 kg/km2。磷肥、鉀肥、 有機物料綠肥、畜禽糞肥、稻草和菌劑均作為基肥一次施入，氮肥按基肥 ∶蘗肥 ∶穗肥=4 ∶3 ∶3的比例分3次施入。早稻2011年3月26日育秧苗，2012年4月26日移栽，6月2日施分蘗肥，6月8日施孕穗肥，7月16日收獲。晚稻2012年6月25日育秧苗，7月21日移栽，7月27日施分蘗肥，8月22日施孕穗肥，10月31日收獲。

1.3 測定項目和方法

在2012年試驗設置前(3月20日)采集基礎土樣，早稻收獲后(7月16日)和晚稻收獲后(11月08日)分別采集0—20 cm土層土壤樣品。每個試驗小區取多個點混合，其中晚稻收獲后采集的鮮土用四分法取一部分過2 mm篩用于測定土壤酶活性，其余土壤樣品風干后過1 mm篩和0.15 mm篩，用于測定土壤理化指標。

1.4 數據處理

試驗數據采用 Microsoft Excel 2003和SAS 8.0軟件進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同培肥措施對土壤養分的影響

經過2季水稻生長周期后，土壤養分狀況發生了變化。從表1看出，晚稻季和早稻季相比，不同施肥處理間土壤養分狀況差異更加明顯，尤其是土壤速效養分。與早稻季相比，晚稻季土壤中的堿解氮、速效磷平均分別增加35.8%和28.5%，有機碳、速效鉀基本持平，土壤全氮含量略有升高。

早稻和晚稻不同處理間土壤有機碳和全氮含量差異不顯著，但是與不施肥(CK)和單施化肥(NPK)處理相比，配施有機肥的處理有機碳和全氮呈增加趨勢。配施不同有機肥的處理土壤養分含量變化表現各異，總體來看配施有機肥比CK和NPK處理有助于提高土壤速效養分含量。早稻季的土壤堿解氮含量，配施綠肥(NPKG)和配施秸稈及腐熟菌劑(NPKSD)的處理與NPK相比顯著提高(P<0.05)；晚稻季NPKSD處理的堿解氮含量最高，與CK和NPK處理差異顯著(P<0.05)。早稻季和晚稻季的化肥配施畜禽糞肥(NPKM)處理土壤速效磷含量最高，分別比CK提高35.5%和72.0%。早稻季的土壤速效鉀含量各處理沒有顯著差異，但以化肥配施秸稈處理的含量較高，晚稻季NPKSD處理的速效鉀含量較CK提高了21.9%，差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同培肥措施對土壤酶活性的影響

圖1顯示，黃泥田的不同培肥措施對不同土壤酶活性的影響有很大差異。與CK相比，單施化肥(NPK)、化肥配施秸稈(NPKS)和綠肥(NPKG)的處理磷酸酶活性都顯著降低， NPKS和NPKSD處理的磷酸酶活性最低，分別比CK低33.43%和32.78%。但化肥配施豬糞的處理(NPKM)磷酸酶活性顯著高于其他施肥處理。

表1 不同有機培肥措施土壤養分狀況

圖1 不同有機培肥措施的土壤酶活性Fig.1 Soil enzyme activities under different organic fertilization treatments

施肥處理土壤β-纖維二糖苷酶活性比CK均有所提高，NPKSD處理最高，但沒有腐熟菌劑的NPKS處理其β-纖維二糖苷酶活性低于NPK和NPKM，略高于NPKG。相關分析表明β-纖維二糖苷酶活性和土壤速效鉀含量顯著相關(表2)。

乙酰氨基葡萄糖苷酶活性，NPKSD處理最高，較CK提高13.41%，但是其他的處理均低于CK。沒有施用腐熟菌劑的NPKS處理乙酰氨基葡萄糖苷酶活性最低，且與其他處理差異顯著(P<0.05)。相關分析顯示，乙酰氨基葡萄糖苷酶活性與速效磷、速效鉀含量呈負相關。

NPK、NPKG、NPKM、NPKS、NPKSD處理的β-木糖苷酶活性較CK分別提高了20.10%、 29.07%、 43.16%、 47.24%、 72.62%。配施有機肥各處理β-木糖苷酶活性顯著高于CK和NPK處理，其中NPKSD處理最高。分析表明，β-木糖苷酶活性與土壤堿解氮、速效鉀含量顯著相關。

NPKG、NPKM、NPKSD處理的α-葡萄糖苷酶活性，較CK分別提高21.49%、49.44%、17.51%，差異達到顯著水平，以NPKM處理最高。與土壤養分相關分析表明其與速效磷含量的相關性極顯著(P<0.01)。

表2 土壤養分和土壤酶活性的相關分析

酚氧化酶活性除NPKM處理外其他處理均低于對照；CK和NPKM處理與NPK、 NPKG、NPKS、NPKSD處理間差異顯著，NPK、NPKG、NPKS、NPKSD處理之間沒有顯著差異。過氧化物酶活性各施肥處理均低于CK，但是處理間沒有顯著差異。

施用秸稈腐熟菌劑的處理(NPKSD)脲酶活性最高；NPKS處理最小，較CK低6.42%，與NPKM、NPKSD處理差異顯著，但是與CK、NPK、NPKG處理沒有顯著差異。與土壤養分的相關分析結果表明，脲酶活性與土壤有機碳、速效磷含量顯著相關，與全氮含量極顯著相關(表2)。

綜上，β-葡萄糖苷酶與土壤有機碳、堿解氮、速效磷、速效鉀含量極顯著相關；β-纖維二糖苷酶與土壤速效鉀含量顯著相關； β-木糖苷酶與土壤堿解氮、速效鉀含量極顯著相關；α-葡萄糖苷酶與速效磷含量極顯著相關；脲酶與有機碳、速效磷含量顯著相關，與全氮極顯著相關。其他酶與土壤養分含量大部分為正相關，但未達到顯著相關水平。

2.3 不同培肥措施對水稻產量的影響

作物產量是土壤質量的綜合反映，也是土壤改良的一個重要指標。從圖2可以看出，早稻季和晚稻季不同施肥處理的水稻籽粒產量均高于CK，其中早稻季產量NPK、NPKG、NPKM、NPKS、NPKSD處理較CK分別提高了65.5%、63.9%、82.5%、68.5%、79.3%，晚稻季產量施肥各處理分別比CK提高了24.9%、33.4%、38.8%、33.8%、45.5%，差異均達顯著水平(P<0.05)。早稻季以NPKM處理產量最高，其次為NPKS、NPKSD；晚稻季產量以NPKSD處理最高，其次為NPKS、NPKM。說明秸稈和畜禽糞肥對提高黃泥田的水稻產量效果較好。

2.4 土壤養分與土壤酶活性的典型相關分析

圖2 不同有機培肥措施水稻的產量Fig.2 Rice yield under different organic fertilizations treatments

表3 土壤養分和土壤酶活性的典型變量

代入第一特征向量從而得出土壤養分變量(V)和土壤酶活性變量(W)的表達式：

V=0.4118X1+0.2048X2+0.5257X3+0.7344X4+0.7821X5

W=-0.2471Y1+0.7662Y2+0.5047Y3-0.3594Y4+0.7538Y5+0.5786Y6-0.1010Y7-0.2893Y8+0.2337Y9

式中：X1、X2、X3、X4、X5分別代表土壤有機碳、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀；Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9分別代表土壤磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、β-纖維二糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶、酚氧化酶、過氧化物酶、脲酶?？梢钥闯鐾寥鲤B分中起主要作用的是X1、X3、X4、X5，即土壤有機碳、堿解氮、速效磷、速效鉀；土壤酶中起主要作用的是Y2、Y3、Y5、Y6，即β-葡萄糖苷酶、β-纖維二糖苷酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶。

將試驗各處理實測數據代入變量V和變量W，如圖3所示，可以看出，隨土壤養分變量(V)增加，土壤酶活性變量(W)總體上呈增加趨勢；化肥配施有機肥有利于提高土壤養分和土壤酶活性，其中以NPKSD、NPKS處理效果最好，其次為NPKM和NPKG。

圖3 土壤養分變量(V)和土壤酶活性變量(W)典型變量排序分布Fig.3 Canonical variables ordering distributions of soil nutrients contents variables(V) and soil enzyme activities variables (W)

3 討論與結論

3.1 黃泥田有機培肥措施對土壤養分和產量的影響

在水稻田和旱地的有關試驗研究表明，化肥配施有機肥能明顯提高水稻耕層土壤有機碳、有機碳、全氮、全磷、堿解氮、速效磷含量[11, 16-17]。本試驗早、晚稻各處理通過添加綠肥、畜禽糞肥、秸稈和秸稈與腐熟菌劑配施化肥后，土壤有機質、全氮含量變化不顯著，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量變化比較明顯，特別是晚稻季土壤速效養分有明顯提高。

綜合兩季水稻的結果，配施不同有機物料對土壤的培肥效果有很大差異。與單施化肥相比，配施綠肥可以提高土壤堿解氮含量，但對土壤速效磷、速效鉀的影響不大，這與李繼明等[18]長期定位試驗的研究結果相似，雖然綠肥紫云英也可以活化土壤磷，但在本試驗中效果不明顯，可能和紫云英用量不大有關。本試驗中配施畜禽糞肥的處理土壤速效磷含量顯著提高，而侯紅乾等[19]研究結果也表明隨著有機肥用量的增加土壤速效磷也不斷提高；與對照(NPK)相比配施畜禽糞肥土壤堿解氮提高明顯，但對速效鉀的影響較小。秸稈還田可以有效提高土壤速效鉀含量[20-21]，本試驗中添加秸稈的處理(NPKS、NPKSD)，土壤速效鉀養分提高明顯，土壤堿解氮含量也有明顯提高，在晚稻季與其他處理的差異達到顯著水平。NPKSD處理對土壤堿解氮和速效鉀提高的效果好于NPKS；而對速效磷的效果則是NPKS好于NPKSD處理。

有研究表明，有機無機肥配施能增加作物產量，是提高增產穩定性的主要因素[22-24]，本試驗中，有機無機肥配施處理的水稻產量顯著高于無肥處理和單施化肥處理。其中以配施秸稈和畜禽糞肥的處理效果較好，可能與其能協調土壤養分供應，維持或提升土壤肥力有關。配施綠肥處理效果不明顯。

3.2 黃泥田不同有機培肥措施對土壤酶活性的影響

土壤中一切生物化學反應都是在土壤酶的參與下完成的，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和生化反應的程度。不同施肥措施對土壤酶活性會產生不同的影響。本試驗中，土壤酶活性總體表現為配施有機肥處理高于單施化肥處理，這與相關研究結果類似[25-26]。

魯艷紅等[27]研究結果表明，紅壤水稻土化肥與豬糞長期配合施用可以提高磷酸酶活性，這與本試驗中化肥配施豬糞處理的磷酸酶活性較高的結果一致。還有研究顯示，旱地土和石灰性褐土施用有機肥和化肥的量對磷酸酶活性有明顯影響[11, 28]，閆超等[29]研究了水稻秸稈還田對土壤溶液中磷酸酶活性的影響，其結果表明與沒有施用秸稈的處理無明顯差異，說明不同施肥、土壤條件和取樣方法對磷酸酶的活性有較大影響，磷酸酶在土壤中的變化規律還有待進一步研究。本試驗結果中NPK處理的過氧化物酶活性比CK低，但沒達到顯著差異水平，這與室內培養和田間定位試驗的相關研究結果[28, 30]一致。

脲酶能促進土壤中酰胺肽鍵的水解，生成植物根系可吸收利用的氨，可用于評價土壤的供氮能力。本試驗中土壤脲酶活性NPKM、NPKSD兩個處理與NPK和CK相比略有提高，但差異不顯著，這與林誠等[31]長期定位試驗中秸稈和糞肥可以大幅度提高脲酶活性、單施化肥效果不明顯的結論不同，說明可能短期施用有機肥對脲酶活性的影響不大。

酚氧化酶參與腐殖化過程，與CK相比，酚氧化酶活性除NPKM處理略有提高外，其余處理均降低，這可能和肥料的施入使得土壤中微生物和植物可直接利用的養分含量增加，從而使土壤酚氧化酶活性較不施肥處理低有關[32]。配施有機肥處理的α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、β-纖維二糖苷酶、β-木糖苷酶活性均不同程度地提高，這幾種酶主要是參與土壤的碳循環過程，配施有機肥增加了土壤的有機物，給土壤酶提供了豐富的底物，同時又增加了養分和能源，從而激發了土壤的生物活性[33]。

3.3 黃泥田土壤養分與土壤酶活性的相關關系

土壤酶活性與土壤養分狀況的關系密切，一種酶和特定養分之間相關而和另一些養分則不相關，在各區域內表現出不同的規律[34]，而且不同種類的酶系間也存在復雜聯系[35]，各種酶促反應既是專性的，而又是相互聯系的[36]，所以單一酶活性的評價方法很難全面地反映土壤酶與養分的關系。研究兩組變量間的相關關系，而且每組變量中間常常存在多重相關性，本研究采用典型相關分析方法，研究了5種土壤養分因子(V)及9種土壤酶活性因子(W)的2組變量，結果表明，土壤養分和土壤酶關系密切，相關關系顯著，土壤酶可以作為評價黃泥田肥力的一個指標；施肥可以提高土壤養分和土壤酶活性，配施有機肥有利于土壤的培肥，不同形態有機碳對黃泥田的培肥效果為秸稈還田>豬糞>綠肥>單施化肥。

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