一次性施入牛糞對土壤肥力和土壤微生物及酶活性的影響

王亞奇,杜桂英,崔曉文,周 君,肖 偉,束懷瑞,高東升*,李 玲*

1.山東農業大學 園藝科學與工程學院,山東 泰安 271018 2.五蓮縣農業局,山東 日照 276800

果業是山東省的傳統優勢產業，對農民增收和農村經濟發展具有重要意義，其中，農村勞動力的數量和成本對果業發展具有重要的影響[1]。農資價格上漲和果園用工成本的增加導致蘋果園成本逐年提高，其中農資價格上漲占主要原因[2]。勞動力緊缺現象不僅導致了雇工費提高，也限制了果園精細管理并降低果品質量[3]。因此，減少勞動力是果園生產管理中需要解決的最主要問題。

土壤有機質含量和土壤養分是評定土壤肥力的重要指標，土壤有機質含量作為土壤養分的標準，對養分供給和養分流失等方面起重要的作用[4]。在土壤生態系統中，土壤微生物對土壤生物化學性質起著重要作用，是土壤有機質和土壤養分轉化的動力，是供給植物吸收利用重要養分的儲備庫[5]。土壤酶活性是評價土壤肥力和土壤生態環境質量優劣的重要因素之一，其活性既能反映土壤微生物的活性，又能表征土壤養分轉化的能力[6]。牛糞是一種很好可再生利用資源，是僅次于豬糞的有機肥資源[7]，不僅可以提高土壤有機質含量和土壤肥力，也可改善土壤結構和微生物生存環境[8]。仝少偉等[9]在研究牛糞對土壤性狀及微生物數量影響的研究中發現，施入牛糞后可以提高土壤肥力和增加微生物數量。劉凱等[10]在研究牛糞與玉米秸稈配施對土壤肥力影響的研究中發現，施入牛糞后土壤全氮含量提高了1%左右，但一次性施入牛糞對蘋果園土壤肥力及生物活性等相關研究較少。本試驗以兩年生‘紅國光’蘋果為研究對象，借助定位試驗探討一次性施入不同用量的牛糞對土壤肥力、土壤酶活性和微生物生物量的影響，旨在為減輕勞動力，以及選擇牛糞的施用量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試蘋果品種為2年生‘紅國光’，砧木為山定子，株行距2 m×4 m，樹體生長良好。供試牛糞由山東省五蓮縣家興肉牛養殖合作社提供。

1.2 試驗方法

試驗于2016年4月至2017年11月在五蓮縣麒麟山生態農業有限公司基地進行。該區屬溫帶大陸季風性氣候，年平均氣溫12.6℃，歷年平均降水量767.1 mm。試驗地基本理化性質見表1。

試驗共設置4個處理：CK：常規施肥（100000 kg/hm2）；T1：200000 kg/hm2；T2：300000 kg/hm2；T3：400000 kg/hm2。小區試驗，每小區面積666.6 m2，重復3次，每小區9棵樹。施肥方式采用穴施，將肥料一次性均勻施入，混勻后覆土，兩年期間不再施任何肥料，試驗其他管理按常規進行。

表1 各土層基礎土壤養分含量Table1 Basic soil nutrients of different soil layers

1.3 樣品采集及測定

2016年至2017年分別在4月6日，5月6日，6月6日，7月6日和8月6日，用土鉆取20～40 cm和40～60 cm土層的土樣。每株隨機取5個點，混合均勻，作為一個重復。取得土壤樣品后，一部分過1 mm篩，保存于4℃冰箱，用于土壤微生物測定，另一部分土壤室溫下風干，研磨，過0.25 mm篩，用于土壤養分和土壤酶活性測定。

土壤有機質采用水合熱重鉻酸鉀氧化法—比色法；土壤堿解氮采用1 mol/L NaOH堿解—擴散法測定[11,12]；土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗吸光光度法；土壤脲酶活性的測定采用靛酚藍比色法[13]；土壤磷酸酶活性的測定采用氯代二溴對苯醌亞胺比色法[13]；土壤蔗糖酶活性的測定采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法[13]；土壤微生物生物量采用平板稀釋培養計數法[14]。

1.4 數據統計與結果分析

采用Excel 2003、SPSS 19.0軟件進行數據處理及Duncan單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 一次性施入有機肥對土壤有機質含量的影響

土壤有機質是評價土壤肥力的重要指標，不僅直接為作物提供養分，也可改善土壤物理性狀[12]。由圖1中可以看出，與常規施肥（CK）相比，200000 kg/hm2（T1）；300000 kg/hm2（T2）；400000 kg/hm2（T3）處理的各土層（20～40 cm和40～60 cm土層）土壤有機質含量明顯增加，同時，不同時期各土層有機質含量均表現為：T2＞T3＞T1＞CK。在蘋果5個生長發育時期，不同土層土壤有機質含量總體變化為先升后降的趨勢，5月達到最大值，其中T2處理的20～40 cm、40～60 cm土層有機質含量分別比CK、T1、T3處理高56.82%、22.12%、15%和108.20%、44.32%、29.59%。以上結果說明，一次性施入不同用量有機肥后，可顯著增加土壤有機質含量，在一定范圍內，土壤有機質含量隨著施肥量的增加而增加。

圖1 各土層不同處理對土壤有機質含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on soil organic matter in different soil layers

2.2 一次性施入有機肥對土壤速效養分的影響

由圖2可知，一次性施入不同用量牛糞后，經過充分礦化，各處理的堿解氮、速效磷和速效鉀含量有明顯增加趨勢。在蘋果5個生長發育時期，各土層堿解氮、速效磷和速效鉀的含量總變化均表現為先升高后下降的趨勢。T2處理的20～40 cm、40～60 cm土層的堿解氮、速效磷和速效鉀含量在整個生長發育時期內均達到最大值，其中在6月份達到高峰，分別是CK處理的4.45倍、7.28倍、2.15倍和2.99倍、2.19倍、1.81倍。以上結果表明，土壤速效養分不隨牛糞施用量增加而增加。

圖2 各土層不同處理對土壤速效養分的影響Fig.2 Effects of different treatments on soil available nutrition in different soil layers

2.3 一次性施入有機肥對土壤酶活性的影響

2.3.1 對土壤脲酶活性 脲酶是土壤中唯一一種可以促進礦質肥料（尿素）轉化的關鍵酶，其活性高低反映土壤供氮能力[15,16]。一次性施入不同用量牛糞處理土壤脲酶活性變化如圖3所示，不同處理對各土層脲酶活性的影響具有很強的規律性，施肥后各土層脲酶活性逐漸升高，6月各土層脲酶活性達到最大值，之后不同處理的脲酶活性逐漸降低。在蘋果的5個生長發育時期中，與CK相比，各施肥處理均提高了不同土層的脲酶活性，并達到顯著水平，其中T2處理效果尤為顯著。6月，各處理的20～40 cm土層中脲酶活性達到最高峰，由T2處理的脲酶活性達到最大值，分別比CK、T1、T3處理高42.86%、25%、3.45%，在40～60 cm土層中，T2處理的脲酶活性仍為最大值，分別是CK、T1、T3處理的2倍、1.88倍和1.78倍。

圖3 不同處理對土壤脲酶活性的影響Fig.3 Effects of different treatments on soil urease activity

2.3.2 土壤蔗糖酶活性 土壤中蔗糖酶又稱為土壤轉化酶，主要參與碳水化合物轉化，將土壤中的蔗糖水解成葡萄糖和果糖，供植物吸收利用，同時，蔗糖酶還直接參與有機質代謝過程[15-17]。如圖4所示，在5個生長發育時期中一次性施入不同用量的牛糞處理的各土層蔗糖酶活性均表現出先升高后降低的趨勢，并且以CK處理的土壤蔗糖酶活性最低，各施肥處理均能顯著提高土壤蔗糖酶活性，其中T2處理對20～40 cm和40～60 cm土層蔗糖酶活性的效果最為顯著，其蔗糖酶活性在7月分別是CK的1.15倍和1.18倍。

圖4 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響Fig.4 Effects of different treatments on soil sucrase activity

2.3.3 土壤磷酸酶 磷酸酶活性表示有效磷轉化狀況，主要通過對有效磷進行活化和固定起作用[18]。通過測定一次性施入不同用量牛糞蘋果不同生育時期各土層磷酸酶（圖5）可以看出，在蘋果的5個生長發育時期中，各土層土壤磷酸酶活性總變化為先升高后下降的趨勢，并且與CK相比，各施肥處理的磷酸酶活性均顯著提高，其中T2處理效果最為顯著，7月不同處理的各土層磷酸酶活性達到最大值，分別比CK高54.84%、86.95%、64.37%和59.79%、124.53%、81.03%。從圖5中也可以發現，在各個時期20～40 cm土層的磷酸酶活性高于40～60 cm土層的磷酸酶活性，說明隨著土層深度增加，土壤磷酸酶活性逐漸減少。

圖5 不同處理對土壤磷酸酶活性的影響Fig.5 Effects of different treatments on phosphatase activity

2.4 一次性施入有機肥對土壤微生物的影響

土壤微生物是評價土壤肥力的重要指標之一，可直接參與土壤碳、氮循環和無機元素轉化等過程，其數量和種類是評價土壤肥力的重要指標[19]。從圖6中可知，在蘋果5個生長發育時期中，與CK相比，一次性施入不同用量牛糞處理的各土層細菌和放線菌的數量均顯著增加，并且不同處理的細菌和放線菌數量均呈先上升后下降的趨勢。在不同生長發育時期中，T2處理對提高各土層細菌和放線菌數量的效果最為顯著，其中在7月各土層細菌和放線菌數量達到最大值，分別是CK的2.18倍、2.33倍和2.14倍、3.16倍。在各個生長發育時期中，一次性施入不同用量的牛糞處理的各土層真菌數量明顯降低，其中以T2處理的真菌數量降低效果最為顯著。綜上分析，T2處理在生長期內可以提高土壤細菌和放線菌數量，抑制真菌數量的增長。

圖6 不同處理對土壤微生物的影響Fig.6 Effects of different treatments on soil microorganisms

3 討論

土壤有機質是土壤固相的重要組成部分，也是植物養分和土壤微生物生命活動的重要來源，作為評價土壤肥力的重要指標之一，土壤養分也直接影響土壤肥力的高低，與土壤有機質有密切的聯系[20]。王楚堃等在研究纖維素降解劑對桃園土壤養分的影響中發現在果園施牛糞可提高土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量，改善土壤生物生存環境[20]。木合塔爾·扎熱等[21]在研究有機肥與化肥不同配施對土壤養分影響中發現，在一定范圍內，土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀含量隨有機肥施入量的增加而而增加。本研究也表明一次性施入不同用量牛糞處理20～40 cm和40～60 cm土層的土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量均顯著增加，說明牛糞施入土壤后，促使土壤酶活性增加以及土壤微生物的活動，促進土壤原有有機質和養分礦化分解。此外，一次性施入不同用量的牛糞處理，以T2處理的不同土層土壤有機質、土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量效果更好，說明在一定程度上，隨著施肥量的增加，土壤肥力也隨之增加，與高紀超[22]研究結果一致。

土壤酶在土壤有機質分解和養分循環過程起著重要作用，其中作物從土壤中吸收養分不僅取決于潛在養分的有效化，還取決于土壤膠體吸收離子的有效程度，這兩方面均與土壤酶的活性有密切的關系[23]，此外，土壤酶是一系列植物、動物和微生物的分泌物。本文詳細分析了一次性施入不同用量牛糞之后，兩年不再施其它肥料對土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性的影響中，發現牛糞施入土壤后，不同土層的脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性顯著高于常規施肥處理，可能與牛糞中含有大量有機物質，為酶促反應提供了大量底物或其它類似物，促使土壤微生物酶的分泌，同時，土壤中酶活性影響土壤中大分子有機化合物的降解，當土壤酶活性高時，促使大分子有機化合物降解成一系列小分子化合物，為土壤微生物創造良好的生存環境，從而促使土壤酶活性的增加[25]。同時本研究發現，不同土層脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性并不隨施肥量的增加而增加，由此可見，適量使用牛糞對土壤酶活性有促進作用，而過量使用則造成適得其反的效果，其中以T2處理的不同土層土壤脲酶活性效果更為顯著。

土壤微生物通過分解動物、植物殘體，直接參與土壤養分循環和轉化過程，是土壤結構改善和土壤肥力提高的重要影響因素，同時，土壤微生物的分泌物是土壤酶重要來源[18,24]。本研究結果表明，牛糞可以促進不同層土壤細菌和放線菌的生長，降低了土壤中真菌數量，可見牛糞對土壤微生物活性有顯著效果，同時本研究發現，以T2處理的細菌和放線菌的數量最多，真菌數量最少，其次是T3，最后是T1，這可能與以下原因有關：有機肥中本身攜帶一些微生物，受外界環境的影響比較大，當土壤和大氣的溫度和水分適宜土壤微生物活動時，可促進土壤中有益微生物的增加，抑制有害微生物增長[26-28]。此外，當牛糞施入土壤后，提高了土壤肥力，增加了土壤酶的活性，促使氮、糖類、可溶性有機碳等小分子化合物產生，為微生物發育提供載體，促使土壤微生物更加旺盛的活動[22]，這與王海斌等[29]人研究結果一致。

4 結論

本研究發現，一次性施入不同用量的牛糞處理能夠減輕果農的勞動強度，同時能夠提高不同土層有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，其中T2處理優于其它施肥處理。一次性施入不同用量的牛糞處理的土壤酶活性、細菌、放線菌數量明顯增加，以T2處理的增幅較大，并且不同土層土壤真菌降低率表現為：T2＞T3＞T1＞CK。

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