減量復(fù)合肥配施生物有機肥對番茄土壤肥力及酶活性的影響

趙滿興，劉 慧，王 靜，常慧璇，程治蓉

（1延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西延安716000；2陜西省紅棗重點實驗室（延安大學(xué)），陜西延安716000）

0 引言

番茄栽培面積廣且具有豐富的營養(yǎng)，是深受人們喜愛的蔬菜之一[1-2]。由于延安地處黃土丘陵溝壑區(qū)，地理位置和氣候條件錯綜復(fù)雜，有效土地使用面積有限，為獲得高產(chǎn)，增加經(jīng)濟收入，農(nóng)民盲目通過大量施用化肥來提高蔬菜產(chǎn)量。然而，化肥雖能增加土壤速效養(yǎng)分[3]，但大量施用會帶來一系列土壤生態(tài)問題，如有機質(zhì)含量降低、養(yǎng)分不均衡、養(yǎng)分利用率低和土壤板結(jié)等危害蔬菜地土壤結(jié)構(gòu)及肥力[4-5]，同時不利于土壤生態(tài)環(huán)境向良好方向轉(zhuǎn)變。因此，減少化肥對土壤的危害，提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，修復(fù)土壤生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而使設(shè)施蔬菜可持續(xù)良好發(fā)展，成為當(dāng)下亟需解決的問題。

近年來，使用新型肥料替代化肥的研究得到快速發(fā)展，其中，有機肥逐漸進(jìn)入研究者視野[6-7]。生物有機肥作為一種新型有機肥料，是特定功能的有益微生物和有機肥的結(jié)合[8]，不僅能夠增加土壤團粒結(jié)構(gòu)，減少土壤容重，增大孔隙度，增強透水透氣性，從而改善土壤結(jié)構(gòu)[9]；同時也能活化土壤固定養(yǎng)分，增加有效養(yǎng)分含量和有機質(zhì)，提高土壤酶和微生物活性，進(jìn)而提高土壤肥力[10-11]。曲成闖等[12]研究表明，施用生物有機肥可以提高黃瓜的土壤酶活性；李瑞霞等[13]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥能夠改善番茄土壤的微生物群落和提高土壤酶活性；陶磊等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在減量化肥20%～40%時，配施生物有機肥能夠改善棉花的土壤酶活性。

然而，目前關(guān)于生物有機肥對番茄的研究多集中在施用不同種類的生物有機肥對番茄生長及品質(zhì)的影響[14]，或者減量化肥配施不同有機肥對番茄生長的影響[15]，而對于減量化肥配施減量等質(zhì)量的生物有機肥對番茄土壤酶活性的研究則鮮有報道。同時，限于不同土壤質(zhì)地及其氣候環(huán)境也存在差異，針對延安地區(qū)生物有機肥對番茄土壤肥力及酶活性的影響也有待驗證。

本研究以延安市‘圖騰’番茄品種為研究對象，設(shè)置復(fù)合肥減量10%～30%并配施與所減復(fù)合肥等質(zhì)量的生物有機肥對番茄進(jìn)行施肥的3 個處理，并以不施肥和常規(guī)施肥為對照，研究上述施肥處理對番茄土壤化學(xué)性質(zhì)和酶活性的影響，尋找最佳施肥配比，探明生物有機肥對土壤性質(zhì)的影響，以期為提高土壤肥力以及設(shè)施蔬菜向持續(xù)良好發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

本試驗于2018年5月在延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院大棚基地進(jìn)行（E107°41′—110°30′，N35°21′—37°31′），該基地屬中溫帶大陸性半干旱氣候，平均海拔1200 m，年平均氣溫9.6℃，年降水量450～650 mm，年日照時數(shù)2418 h，無霜期162天。供試土壤為黃綿土。

1.2 供試材料

供試番茄品種為‘圖騰’。供試復(fù)合肥為沃夫特黑珍珠復(fù)合肥料，由沃夫特復(fù)合肥有限公司提供，總養(yǎng)分≥54%，氮、磷和鉀含量均為18%；生物有機肥為含氨基酸水溶肥，由北京中農(nóng)可信生化科技發(fā)展有限公司提供，活性有機質(zhì)≥20.5%，氨基酸≥10%，腐殖酸和微量元素≥2.5%，氮磷鉀總量≥35%。

1.3 試驗方法、

1.3.1 試驗設(shè)計 本試驗為盆栽試驗，共設(shè)5個處理，每個處理重復(fù)3次，隨機區(qū)組設(shè)計，不施肥和僅施復(fù)合肥處理為空白和對照，其余3 個處理分別為復(fù)合肥減量10%、20%、30%，并配施與所減復(fù)合肥等質(zhì)量的生物有機肥，具體施肥量，見表1。肥料分別在苗期施入總施肥量的60%，開花期和盛果期均施入總施肥量的20%。將土壤和肥料混合后裝入直徑34 cm，高23 cm的花盆內(nèi)，每盆裝土8 kg，每盆1株，番茄于5月2日移栽，移栽后統(tǒng)一管理，各處理灌水量一致，灌水采取見干見濕。

表1 施肥方案

每個花盆采集0～15 cm 土層樣品，每個花盆取4個點的土樣，充分混勻后作為1個重復(fù)土樣，帶回實驗室進(jìn)行土壤化學(xué)性質(zhì)和酶活性的測定。土壤樣品采樣時間分別為移栽前、苗期、開花期和盛果期。

1.3.2 指標(biāo)測定 土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測定[16]：堿解氮含量采用堿解擴散法測定；速效鉀含量采用火焰光度法測定；速效磷含量采用鉬睇抗比色法測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定。土壤酶活性指標(biāo)的測定[17]：脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定，在578 nm 下測定吸光值；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，滴定度為0.1 mol/L。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 采用Sigma Plot 14.0 和SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖。采用單因素方差分析(oneway ANOVA)不同處理間土壤各指標(biāo)的差異顯著性，采用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.1.1 不同施肥處理對土壤有機質(zhì)的影響 由圖1 可知，各施肥處理相比不施肥處理(CK)均使番茄各生長期有機質(zhì)含量顯著增加。在苗期，減量復(fù)合肥配施生物有機肥(F1、F2和F3)與復(fù)合肥(TK)處理均無顯著差異，僅較不施肥(CK)處理顯著提高13.13%、8.72%和13.96%。在開花期，F(xiàn)1 和F2 處理較常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高9.43%和6.42%，而F3 處理與其無顯著差異，僅較不施肥(CK)處理顯著提高25.25%。在成熟期，F(xiàn)1 和F2 處理較常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高24.29%和26.11%，而F3處理與上述處理無顯著差異，僅較不施肥(CK)處理顯著提高23.82%。

2.1.2 不同施肥處理對土壤堿解氮的影響 結(jié)果表明（見圖2），在番茄整個生長期間各處理相較于不施肥(CK)處理均使堿解氮含量顯著增加。在苗期，F(xiàn)1和F2處理堿解氮含量相較于常規(guī)施肥(TK)處理無顯著差異，而F3處理中堿解氮含量相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高15.38%。在開花期，F(xiàn)1、F2和F3處理堿解氮含量相較于常規(guī)施肥(TK)處理總體上呈顯著增加趨勢，且F2 和F3 處理堿解氮含量相比常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高14.75%和26.23%。在成熟期，F(xiàn)1 和F2 處理堿解氮含量相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高24.68%和25.97%，而F3 處理堿解氮含量僅相較于不施肥(CK)處理顯著提高21.09%，與常規(guī)施肥(TK)處理無顯著差異。

2.1.3 不同施肥處理對土壤速效鉀的影響 如圖3 所示，各施肥處理相比不施肥(CK)處理均使番茄不同生長期間速效鉀含量顯著增加。在苗期，F(xiàn)1和F3處理速效鉀含量相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高10.74%和7.43%，而F2 處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理無顯著差異，僅相比不施肥(CK)處理顯著提高12.96%。在開花期，F(xiàn)1、F2和F3處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高4.38%、10%和8.75%，且相較于苗期提高10.09%、15.79%和14.47%。在成熟期，F(xiàn)1 和F2 處理相較于不施肥(CK)處理顯著提高4.50%和3.18%，與常規(guī)施肥(TK)處理間無顯著差異，而F3 處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理則顯著降低3.03%。

2.1.4 不同施肥處理對土壤速效磷的影響 在番茄不同生長期間各處理相較于不施肥(CK)處理總體上均使速效磷含量顯著增加（見圖4）。在苗期，F(xiàn)1、F2 和F3處理相較于不施肥(CK)處理總體上呈顯著增加趨勢，僅F1 處理無顯著差異，F(xiàn)2 和F3 處理分別較不施肥(CK)處理提高86.85%和117.63%；而相較于常規(guī)施肥(TK)處理，F(xiàn)1 和F2 處理顯著降低56.42%和24.86%。在開花期，F(xiàn)3處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高26.63%，而F1 和F2 處理僅相較于不施肥(CK)處理顯著提高37.90%和39.96%，與常規(guī)施肥(TK)和F3 處理間無顯著差異。在成熟期，F(xiàn)1和F2處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高39.09%和34.74%，而F3 處理僅相較于不施肥(CK)處理顯著提高29.51%，與常規(guī)施肥(TK)處理間無顯著差異。

2.2 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

2.2.1 不同施肥處理對土壤脲酶活性的影響 由圖5可知，在番茄不同生長期間各處理對土壤脲酶活性均有不同程度的影響。在苗期，F(xiàn)2和F3處理相較于不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)處理均顯著降低20.70%、18.36%和15.35%、12.85%，而F1、不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)間無顯著差異。在開花期，F(xiàn)1、F2 和F3處理脲酶活性均顯著高于常規(guī)施肥(TK)處理，分別提高92.74%、73.05%和92.40%，且不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)處理間無顯著差異。在成熟期，F(xiàn)1、F2 和F3處理脲酶活性均顯著高于不施肥(CK)處理，分別提高10.54%、14.33%和9.79%，且不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)處理間無顯著差異，僅F2處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高10.90%。

2.2.2 不同施肥處理對土壤過氧化氫酶活性的影響 番茄不同生長期間生物有機肥替代處理總體上使過氧化氫酶活性顯著提高（見圖6）。在苗期，F(xiàn)1、F2 和F3 處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著降低52.83%、56.13%和19.81%，而不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)處理間無顯著差異。在開花期，F(xiàn)1、F2和F3處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高14.65%、16.85和32.23%，而不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)處理間無顯著差異。在成熟期，F(xiàn)1、F2和F3處理相較于常規(guī)施肥(TK)處理顯著提高55.56%、82.22%和76.67%，而常規(guī)施肥(TK)處理相較于不施肥(CK)處理顯著提高16.88%。此外，隨番茄生長期的延長，過氧化氫酶活性呈先增加后降低的趨勢。

2.3 土壤化學(xué)性質(zhì)和酶活性的主成分分析

通過主成分分析不同處理中土壤化學(xué)性質(zhì)與酶活性間的關(guān)系。由圖7可知，堿解氮處于第一區(qū)域，負(fù)荷系數(shù)位于成分 1 的 0～-1 之間和成分 2 的 0～1 之間，脲酶、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)均處于第二區(qū)域，負(fù)荷系數(shù)處于成分1和成分2的0～1之間；過氧化氫酶處于第四區(qū)域，負(fù)荷系數(shù)位于成分1 的0～1 之間和成分2 的0～-1之間。可見，幾個土壤因子均有較高因子負(fù)荷，且過氧化氫酶、速效鉀和有機質(zhì)與成分1 相關(guān)性強，脲酶、堿解氮和速效磷與成分2 的相關(guān)性強。綜上，這2個主成分可以反映土壤化學(xué)性質(zhì)和酶活性情況，進(jìn)而反映土壤肥力狀況。

通過對不同施肥處理的主成分分析，得到各處理綜合主成分值（見表2）。結(jié)果表明，各處理綜合排名依次為F3＞F2＞F1＞TK＞CK，說明減量復(fù)合肥配施生物有機肥處理相較于不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)處理能夠改善土壤肥力，且隨著配施量的增加，改善效果逐漸加強。

表2 不同施肥處理的綜合主成分得分

3 討論

有研究表明，生物有機肥能促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，提高土壤有效養(yǎng)分含量，進(jìn)而改善土壤理化性狀[9]。柳玲玲等[10]研究表明施用生物有機肥能提高鉤藤土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，改善土壤肥力。李志友等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥能顯著增加土壤養(yǎng)分，改善土壤肥力。與之相似，本研究表明在番茄同一生長期生物有機肥替代處理較不施肥(CK)處理均使土壤速效養(yǎng)分顯著增加，較常規(guī)施肥(TK)處理而言，在番茄苗期，F(xiàn)3 處理使堿解氮和速效鉀含量顯著增加；在番茄開花期F2處理使土壤有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量顯著增加，F(xiàn)3 處理使堿解氮、速效鉀和速效磷含量顯著增加；在番茄成熟期，F(xiàn)1和F2處理均使土壤有機質(zhì)、堿解氮和速效磷含量顯著增加。可見，總體上各配施處理均能使土壤速效養(yǎng)分增加，在前期F3處理對土壤速效養(yǎng)分增加顯著，而在后期F1 和F2 處理對土壤速效養(yǎng)分增加顯著。其原因可能是，復(fù)合肥和生物有機肥混合施入土壤，產(chǎn)生互作效應(yīng)，使肥料養(yǎng)分更完全[19]，同時，生物有機肥本身含有各種營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入土壤后能促進(jìn)土壤微生物的增殖，增加微生物分泌的低分子量有機酸，進(jìn)而活化土壤中氮磷鉀[20]，提高土壤速效養(yǎng)分。在番茄生長前期可能是由于生物有機肥肥效緩慢，致使在替代量少的情況下對土壤速效養(yǎng)分的增加不顯著，且生物有機肥對土壤磷的轉(zhuǎn)化比較遲鈍[21]，致使速效磷含量顯著降低（F1和F2處理），而在番茄生長后期，替代量過大可能與復(fù)合肥產(chǎn)生拮抗作用，進(jìn)而對土壤速效養(yǎng)分的增加不顯著。此外，僅F3處理沒有使土壤有機質(zhì)含量顯著增加，可能是由于生物有機肥雖然本身含有有機質(zhì)，同時也含有氨基酸類物質(zhì)，而氨基酸類物質(zhì)能加速土壤有機質(zhì)的分解[22]，故本試驗中F3處理替代量最大，所含有的氨基酸類物質(zhì)最多，從而對土壤有機質(zhì)的分解更快，致使相較常規(guī)施肥(TK)處理有機質(zhì)并無顯著變化。

土壤酶活性在土壤養(yǎng)分循環(huán)過程中起著重要作用，其中過氧化氫酶參與土壤N素和P素循環(huán)，而脲酶參與土壤物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化[11,20,23]。大量研究表明，生物有機肥能增加土壤酶活性，進(jìn)而改善土壤肥力[9]。孫家駿等[8]研究表明，施用生物有機肥能顯著提高獼猴桃土壤酶活性。本研究也發(fā)現(xiàn)，在番茄開花期生物有機肥替代處理較常規(guī)施肥(TK)處理均使土壤脲酶和過氧化氫酶顯著增加；在番茄成熟期生物有機肥配施處理均使土壤過氧化氫酶活性顯著增加，僅F2處理使土壤脲酶活性增加。可見，生物有機肥替代處理總體上使土壤酶活性顯著增加。其原因可能是生物有機肥本身含有的酶對土壤酶有增加作用[24]，且能夠為土壤中產(chǎn)酶微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)，加速其繁殖，進(jìn)而增加土壤酶活性[25]。同時，由于脲酶與土壤氮素循環(huán)有關(guān)，而生物有機肥在分解過程中會消耗氮素[19]，故在番茄成熟期，可能是由于F3 處理生物有機肥替代量多，致使在分解過程中消耗氮素較多，從而對土壤脲酶活性無顯著影響。然而，在番茄苗期生物有機肥替代處理均使土壤脲酶和過氧化氫酶活性顯著降低，這與吳江平和陳瑞州等[26-27]研究結(jié)果不一致，其原因可能是土壤酶活性與土壤微生物數(shù)量有關(guān)，而生物有機肥在施入土壤后，所含有的功能性微生物未能很快適應(yīng)土壤環(huán)境，且對土壤土著微生物繁殖也有一定的抑制作用，致使微生物數(shù)量減少，從而降低土壤酶活性[28]。同時，土壤酶活性也受到作物種類、施肥方式以及生物有機肥類型等多種因素的影響[11]，故而都可能降低土壤酶活性。此外，隨番茄生長期的延遲，土壤過氧化氫酶活性呈先增加后降低的趨勢，這與曲成闖等[12]研究結(jié)果相同，其原因可能是由于在番茄苗期到開花期，生物有機肥中含有的有益微生物和功能菌處于共存狀態(tài)，且土壤營養(yǎng)物質(zhì)和底物充足，逐漸使土壤微生物數(shù)量增多，而在番茄開花期到成熟期，可能由于有益微生物和功能菌由于營養(yǎng)物質(zhì)不足致使其處于競爭狀態(tài)，進(jìn)而使得微生物數(shù)量減少，從而降低過氧化氫酶活性[12]。

4 結(jié)論

就土壤化學(xué)性質(zhì)而言，施用生物有機肥替代處理較不施肥處理可顯著提高土壤速效養(yǎng)分；施用生物有機肥替代處理較僅施復(fù)合肥處理（常規(guī)施肥處理）總體上均能使土壤速效養(yǎng)分增加，在前期F3處理對土壤速效養(yǎng)分增加顯著，而在后期F1 和F2 處理對土壤速效養(yǎng)分增加顯著。

就土壤酶活性而言，生物有機肥替代處理較不施肥(CK)處理和常規(guī)施肥(TK)處理僅在苗期使土壤酶活性降低，而在番茄開花期和成熟期，生物有基肥配施處理可顯著提高土壤酶活性，且土壤過氧化氫酶和脲酶活性隨配施量的增加而增加，僅F2處理在成熟期顯著提高土壤脲酶活性，同時隨番茄生長期的延長，過氧化氫酶活性呈先增加和后降低趨勢。