長期施用化肥對土壤生物隱性退化的影響

侯瑩

（1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西西安710015）

長期施用化肥對土壤生物隱性退化的影響

侯瑩1,2,3,4

（1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西西安710015）

本文針對我國化肥施用現狀，從土壤動物、微生物、酶活性三個方面闡述了長期大量施用化肥對土壤生物隱性退化的影響。結論如下：長期大量施用化肥會造成土壤動物豐度降低、數量與種類減少；在一定施用量范圍內，土壤微生物會隨著化肥施用量的增加而增加，超過這個范圍，會抑制微生物的生長發育。長期施用化肥對土壤酶活性具有促進作用，但顯著低于施用有機肥。農業生產中應減少化肥的施用，增施有機肥。

土壤動物；土壤微生物；土壤酶；化肥

在農業生產中，化肥農藥投入量居高不下，利用率低下，對土壤質量和糧食生產造成了不良影響，化肥使用問題已成為當前農業生產及環境生態關注的重要議題。然而，目前的研究主要集中于化肥對土壤物理性質、化學性質的影響，多數的改良措施也是以改善土壤理化性質作為主要目的。土壤生物退化，是土壤中動物、微生物、土壤酶活性等一系列土壤生物指標的退化，其是一種隱性的退化，僅憑肉眼較難分辨。土壤生物作為土壤圈物質循環及能量流動的重要參與者，其生物活性直接反映了土壤質量。介于目前人們對土壤生物退化及其危害性重視不夠，本文從長期化肥施用對農耕地土壤動物、微生物、土壤酶活性等角度的影響進行了討論，以引起有關方面的重視，加強土壤生物隱性退化修復的研究，將土壤生物指標納入作為土壤質量提升的一個重要指標，阻止土壤生物退化繼續惡化。

1 長期施用化肥對土壤動物的影響

長期施肥可改變植物殘體、根系分泌物等有機物輸入土壤的種類和數量，間接使土壤動物群落組成發生改變[1]。單施大量單種氮肥會導致土壤動物數量的減少，且變化出明顯的垂直結構差異，即土層化肥含量越高，土壤動物數量越少[2]。

蚯蚓作為土壤動物中常見的種類，其活動能提高土壤養分的有效性和養分周轉率[3,4]。長期施用化肥會導致某些無脊椎動物（例如蚯蚓）數量的減少。Edward等人[5]早在1982年設計了3個長期試驗和2個短期試驗來研究蚯蚓與無機化肥之間的關系，結果表明：無機氮施用條件下土壤中蚯蚓含量最高，遠遠高于對照，蚯蚓數量與無機氮肥間存在著一定的相關性（r=0.9825）。而 Estevez等人[6]指出，經過 4年的玉米（Zea mays L.）——小麥（Triticum aestivum L..）——大麥（Hordeum vulgare L.）——油菜（Brassica campestris L.）輪作，N、P、K、Mg的施用對蚯蚓的影響不大。許多試驗更證明，長期氮肥可導致土壤酸化、蚯蚓死亡。

曹志平等[7]在華北高產農田研究化肥投入對土壤原生動物群落豐度的影響，結果表明，化肥對原生動物豐度表現出明顯的抑制作用，施用化肥處理土壤原生動物豐度顯著低于不施用化肥處理，但施用化肥量對原生動物豐度無顯著影響。梁文舉[8]通過研究遼河平原稻田，設計了氮磷肥（NP）、氮鉀肥（NK）、氮磷鉀（NPK）、對照（CK）4個處理研究化肥與土壤線蟲之間的關系，結果表明，各處理間線蟲總數順序為：NP＜NK＜NPK＜CK，而食細菌線蟲數量順序為：CK＞NK＞NPK＞NP。齊莎等在內蒙古典型草原上的研究得出相同結論，連續施用氮磷肥料顯著降低了土壤線蟲的數量[9]。2長期施用化肥對土壤微生物的影響

化肥對土壤微生物的影響已經做了大量的研究。適量的氮肥施用對微生物有利，研究表明，當適量的氮肥與纖維素結合時，可以促進真菌生長；氮肥與易分解底物結合時，促進細菌生長[10]。在一定的氮肥施用量范圍內，隨著施肥量的增加，作物根際微生物數量和多樣性均呈增加趨勢，但是超過這個范圍，微生物生長受抑制，數量和多樣性均呈降低趨勢[11,12]。侯彥林[13]等的研究表明，氮肥施用肥土比以1∶400為界，低于這個水平時，放線菌和硝化細菌隨著施氮量的增加而增加，高于這個水平時，放線菌和硝化細菌數量隨著施氮量的增加顯著下降，這可能與長期施用大量氮肥導致土壤酸化進而抑制微生物生長發育有關。施用化肥時間也會對土壤微生物產生影響。短期施用氮肥、磷肥對菌數和群落結構均無影響，而連續8年施用氮肥，微生物量下降了20%～30%，但微生物活性增加，連續37年施用氮、磷肥，微生物群落結構和功能均發生轉變[14]。

3 長期施用化肥對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤生態的重要組成部分，主要來源于微生物、植物和動物的分泌物或殘體，參與有機物分解、碳水化合物的轉化、養分循環等，是評價土壤健康狀況的重要指標。經證明，脲酶與土壤有效磷、有機碳之間呈現出極顯著或顯著正相關，堿性磷酸酶與全氮、有效磷、有機碳之間呈顯著正相關，過氧化氫酶與全氮、有效磷呈顯著負相關[15]。相比不施肥處理，長期施用化肥，土壤脲酶、磷酸酶活性增加，土壤過氧化氫酶活性顯著降低。相比施用有機肥處理，土壤脲酶、磷酸酶活性顯著降低。樊軍等[16]在黃土高原旱地黑壚土上進行了連續16年的定位施用化肥試驗，對脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、蛋白酶的分析結果表明，土壤脲酶活性隨著施肥量的增加而增加，過氧化氫酶活性隨著磷肥施用量的增加而降低，對照施氮水平的增加，蔗糖酶活性有降低的趨勢，但較不施肥處理高。土壤堿性磷酸酶隨著施氮量的增加有增加的趨勢，這是由于土壤N/P基本保持一定，氮肥施用改變了土壤N/P，從而誘導土壤微生物和植物根系分泌磷酸酶，促進含量有機化合物的分解，釋放更多的有效磷，以恢復N/P。長期施用化肥對蛋白酶影響不明顯。

4 結論與展望

長期大量施用化肥會破壞土壤原有的生態結構，引起土壤酸化等問題，造成土壤生物隱性退化。例如，土壤動物如蚯蚓、線蟲等種類與數量的減少。而缺少了土壤動物的活動，又會引起土壤緊實、團粒結構減少、有機物分解緩慢等問題，反作用于土壤，造成土壤結構、營養功能的破壞。化肥的長期大量施用影響著土壤微生物的生長發育，只有將化肥施用量控制在一定范圍內，才會為微生物提供適宜的生長環境，從而促進微生物的生長發育，進而促進土壤營養元素的轉化，而超出了這個范圍，則會對微生物產生不利影響。化肥的施用對土壤酶活性具有促進作用，但土壤酶活性是由土壤、土壤動物、土壤植物、微生物共同作用的結果，土壤酶主要是有土壤微生物、植物、動物分泌或者殘體分解而來，土壤動物、微生物的退化會減少土壤酶產生的途徑，從而對土壤酶活性產生負面影響。

有機肥的施用不但會改善土壤理化性狀（降低土壤密度、增加土壤孔隙度、改善土壤的持水性等），而且有機肥的施用會為土壤動物、微生物提供養分，有利于土壤生物的生長發育。有機肥對土壤原生動物豐度具有明顯的促進作用[7]。朱新玉等[1]的研究表明，四川鹽亭地區紫色土上秸稈還田處理和有機——無機肥配施處理土壤中線蟲、蚯蚓和甲螨的個體數量顯著高于施用化肥處理，而秸稈還田處理線蟲、蚯蚓和甲螨的總個體數量最高，有機肥的施用有助于線蟲、蚯蚓和甲螨的生長發育。曹志平[17]等在華北高產田升天系統進行不同的土壤培肥試驗也得出了相似的結論：化肥投入量一定的情況下，有機物施用越多，蚯蚓生物量越大：化肥投入＜化肥+麥秸還田＜化肥+玉米秸麥秸還田＜化肥+玉米秸麥秸還田+有機肥。有機肥的施用有利于微生物生長發育和土壤酶活性的提高。林新堅[18]等在閩東紅壤茶園的研究結果表明，單施化肥不利于微生物的生長和酶活性的提高，相比之下，有機——無機配施可以顯著增加土壤微生物數量，提高土壤酶活性。王偉華等在湖南省寧鄉縣稻田的研究也得出相同結論：施用有機肥處理土壤微生物量、微生物群落結構和活性顯著高于單施化肥處理。

綜上所述，化肥的長期、大量施用不利于耕地資源的可持續利用。在我國化肥利用率過低的情況下，化肥的長期、大量投入不但會造成農業生產成本的增加與浪費，還會引發土壤板結、結構破壞、土壤生物退化、環境污染等問題，在農作物減產的同時帶來了大量的生態問題。因此，應該減少化肥的使用，改為施用有機肥或者有機——無機配施。

[1]朱新玉,朱波.不同施肥方式對紫色土農田土壤動物主要類群的影響[J].中國農業科學,2015,48(05):911-920.

[2]朱健來,王開誠,劉洋.不同肥料對土壤動物的影響[J].生物學通報,2006,41(03):59-60.

[3]Aina P P.Contribution of earthworms to porosity and infiltration in a tropical soil under forest and long-term cultivation[J].Pedobiologia,1984,26(2):131-136.

[4]張衛信,陳迪馬,趙燦燦.蚯蚓在生態系統中的作用[J].生物多樣性,2007,15(02):142-153.

[5]Edwards C A,Lofty J R.Nitrogenous fertilizers and earthworm populations in agricultural soil[J].Soil Biologyamp;Biochemistry,1982,14(5):515-521.

[6]Reinecke S,Reinecke A.Earthworms as Test Organisms in Ecotoxicological Assessment of Toxicant Impacts on Ecosystems[M].Earthworm Ecology，2004.

[7]曹志平,陳國康,張凱,等.不同土壤培肥措施對華北高產農田原生動物豐度的影響 [J].生態學報,2005,25(11):2992-2996.

[8]梁文舉,姜勇,李琪,等.施用化肥對下遼河平原稻田土壤線蟲群落產生的影響[J].土壤通報,2004,35(06):773-775.

[9]齊莎,趙小蓉,鄭海霞,等.內蒙古典型草原連續5年施用氮磷肥土壤生物多樣性的變化 [J].生態學報,2010,30(20):5518-5526.

[10]Gu leifsson B E.Impact of long term use of fertilizer on surface invertebrates in experimental plots in a permanent hayfield in Northern-Iceland.Agricultural Society of Iceland,2002(15):37-49.

[11]Meidute S,Demoling F,Baath E.Antagonistic and synergistic effect soffungal and bacterial growth in soilafter adding different carbon and nitrogen sources[J].Soil Biology Biochemistry,2008,40(09):2334-2343.

[12]羅明,文啟凱,陳全家,等.不同用量的氮磷化肥對棉田土壤微生物區系及活性的影響[J].土壤通報,2000,31(02):66-71.

[13]侯彥林,王曙光,郭偉.尿素施肥量對土壤微生物和酶活性的影響[J].土壤通報,2004,35(03):303-306.

[14]李桂花.不同施肥對土壤微生物活性、群落結構和生物量的影響[J].中國農學通報,2010,26(14):204-208.

[15]宋震震,李絮花,李娟,等.有機肥和化肥長期施用對土壤活性有機氮組分及酶活性的影響[J].植物營養與肥料學報,2014,20(03):525-533.

[16]樊軍,郝明德.長期施用化肥對黑壚土酶活性影響[J].土壤肥料,2003(05):34-37.

[17]曹志平,喬玉輝,王寶清,等.不同土壤培肥措施對華北高產農田生態系統蚯蚓群落的影響[J].生態學報,2004,24(10):2302-2306.

[18]林新堅,林斯,邱珊蓮,等.不同培肥模式對茶園土壤微生物活性和群落結構的影響[J].植物營養與肥料學報,2013,19(01):93-101.

S147.3

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.23.045

侯瑩，碩士，助理工程師，研究方向：土地工程。