甘蔗關(guān)鍵生育期不同施肥處理對土壤養(yǎng)分及酶活性的影響

魏 鑫，林德喜，袁照年，鄭夢雅，白小芳

(1.福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,福建 福州 350002;2.福建農(nóng)林大學(xué)甘蔗研究所,福建 福州 350002；3.廣西大學(xué)廣西蔗糖產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心,廣西 南寧 530004)

【研究意義】甘蔗是中國主要的糖料作物，全國90 %的食糖產(chǎn)自甘蔗[1]。C4作物生長發(fā)育四個階段分別是苗期、分蘗期、伸長期和成熟期，其生長周期長，消耗養(yǎng)分多，甘蔗生長不同時期對土壤養(yǎng)分含量和酶活性有不同需求。通過不同施肥處理，對甘蔗在不同時期內(nèi)土壤養(yǎng)分及酶活變化分析，提出合理的施肥方式，保證甘蔗正常所需養(yǎng)分[2]，提高甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)，進(jìn)而提高蔗田生產(chǎn)能力和甘蔗經(jīng)濟(jì)價值，對促進(jìn)甘蔗生產(chǎn)種植可持續(xù)發(fā)展有重要意義[3]。【前人研究進(jìn)展】有機(jī)肥和無機(jī)肥的混施有利于提高作物產(chǎn)量，改善土壤肥力，在玉米[4-5]，小麥[6]，水稻[7-8]等作物上均已得到驗證。廖青等[9]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥和無機(jī)肥混施可以改善土壤養(yǎng)分含量，進(jìn)而提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)。張業(yè)海等[10]和樊保寧等[11]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥和無機(jī)肥混施可以提高甘蔗產(chǎn)量增加經(jīng)濟(jì)效益。近幾年，我國關(guān)于緩釋控釋肥等新型肥料在甘蔗上的應(yīng)用有較多報道，汪帆等[12]研究緩釋袋控復(fù)混肥滿足甘蔗養(yǎng)分的生長需要，可以減少施肥次數(shù)，降低生產(chǎn)成本。李翠英等[13]研究表明緩釋肥可以增加甘蔗分蘗，提高有效莖數(shù)量，同時增加蔗莖的寬度，提高甘蔗的產(chǎn)量。【本研究切入點】福農(nóng)41號甘蔗根系生長與甘蔗關(guān)鍵生育期土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性之間影響的相關(guān)報道較少[14]，且有機(jī)肥和復(fù)合肥混施處理與緩釋施肥處理均有助于改善土壤養(yǎng)分含量和提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)，本試驗可同時比較這兩種施肥方案。【擬解決的關(guān)鍵問題】以不施肥，單施復(fù)合肥，單施有機(jī)肥處理作對照，比較有機(jī)肥和復(fù)合肥混施及緩釋袋控施肥在甘蔗不同的生長時期土壤養(yǎng)分含量和酶活性的變化，進(jìn)而優(yōu)化施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗田位于福建省閩侯縣白沙鎮(zhèn)新坡村，東經(jīng)119°06′ 02″,北緯26°23′ 31″，該地區(qū)屬于亞熱帶與熱帶交界區(qū)域。年降水量1350 mm，全年平均溫度20°，年日照時間為1815 h，土壤類型為黃泥田。施肥前土壤基本化學(xué)性質(zhì)pH 6.10, 有機(jī)質(zhì)19.13 g/kg, 全氮0.80 g/kg, 全磷0.60 g/kg, 全鉀24.37 g/kg, 堿解氮71.43 mg/kg, 速效磷23.11 mg/kg, 速效鉀120.00 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗布置于2017年，種植的甘蔗品種是福農(nóng)41號。共設(shè)計5個施肥處理，分別為對照處理(CK)：不施肥；可降解緩釋袋控施肥處理(NPKD)：復(fù)合肥900 kg/hm2裝降解袋，每小區(qū)30袋,每袋0.045 kg，袋一側(cè)均勻扎4個孔, 將孔口朝上, 放置土深至20 cm處, 埋土；有機(jī)肥和復(fù)合肥混施(ONPK)：有機(jī)肥3600 kg/hm2+復(fù)合肥900 kg/hm2混合施用；單施復(fù)合肥(NPK)：復(fù)合肥900 kg/hm2；單施有機(jī)肥(O)：有機(jī)肥3600 kg/hm2，肥料分別為復(fù)合肥(氮16∶磷16∶鉀∶16), 有機(jī)肥主要成分為雞糞, 有機(jī)質(zhì)的含量≥45 %，其中ONPK，NPK，O處理為一次常規(guī)施肥。每個處理3個重復(fù), 共15個小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組分布排列, 小區(qū)面積為3 m×5 m，各小區(qū)之間設(shè)有一畦保護(hù)行，每個小區(qū)種植3行甘蔗，甘蔗均勻種植，每行3 m×1 m=3 m2，行距間隔1 m。

1.3 樣品采集與分析

試驗樣品為第二年宿根土壤，采集時間2018年5、7、9和11月, 通過五點取樣方式取其20 cm處的表層土壤，一部分保存于4 ℃冰箱，用于土壤酶活性測定, 一部分于室內(nèi)風(fēng)干過篩采用農(nóng)化常規(guī)分析方法[15]進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量測定, 土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色測定法, 土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色測定法, 土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色測定法。甘蔗根系測定采用根系分析儀進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2019和SPSS 22.0 繪圖軟件SigmaPot 12.5 和Adobe Illustrator CS6。

2 結(jié)果與分析

2.1 在不同時期下各個施肥處理的土壤養(yǎng)分含量

如表1可知，在甘蔗苗期各個施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK, NPKD和NPK處理之間沒有顯著差異，與CK相比分別增加24.67 %、20.62 %和22.16 %；不同施肥處理堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比，分別增加5.02 %、10.62 %、17.31 %和18.10 %；有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK與NPK處理之間無顯著差異，與NPKD、O和CK相比分別增加17.09 %、25.26 %和27.51 %；速效鉀的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK處理的速效鉀含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比分別增加12.39 %、15.39 %、17.85 %和34.10 %，其中NPK和NPKD之間無顯著差異，O和CK之間無顯著差異。

在甘蔗分蘗期，各個施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK和NPKD處理之間沒有顯著差異，與CK相比分別顯著增加22.51 %、20.18 %和16.83 %；堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比分別增加6.53 %、13.04 %、15.66 %和15.93 %；有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK有效磷含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比分別增加3.26 %、14.35 %、22.95 %和24.13 %，其中NPK和NPKD有顯著差異；速效鉀的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK處理的速效鉀含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加11.80 %、14.12 %、19.51 %和32.93 %。

在甘蔗伸長期，有機(jī)質(zhì)含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK和NPKD處理之間沒有顯著差異，與CK相比分別增加29.84 %，28.21 %和23.13 %；堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加3.71 %、9.99 %、14.83 %和16.18 %，且NPKD，O和CK之間無顯著差異；有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK與NPK、NPKD、O和CK處理相比分別提高3.68 %、16.34 %、22.95 %和24.13 %，其中ONPK與NPK之間無顯著差異；土壤速效鉀含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK、NPKD和O處理與CK相比分別顯著增加37.00 %、22.90 %、19.27 %和11.83 %，且NPKD與NPK之間無差異。

在甘蔗成熟期，土壤有機(jī)質(zhì)含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK和NPKD處理之間沒有顯著差異，ONPK、NPK、NPKD和O與CK相比分別增加28.33 %、20.43 %、23.69 %和6.14 %；堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK處理堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加7.00 %、10.00 %、16.86 %和17.45 %；不同施肥處理中有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的有效磷含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加5.81 %、14.15 %、22.92 %和25.71 %，且NPK和NPKD之間有顯著差異；速效鉀含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，且各處理間差異顯著，與CK相比分別增加35.35 %，22.81 %，18.96 %和11.53 %。

在不同時期下，同一施肥處理土壤養(yǎng)分含量如表1，隨著生長周期的不同，同一處理的土壤pH沒有顯著差異；不同處理間有機(jī)質(zhì)含量均在成熟期最高，其中NPKD處理在成熟期顯著高于其它3個時期，分蘗期有機(jī)質(zhì)含量最低，與之相比提高5.36 %；同一施肥處理土壤堿解氮含量在伸長期均低于其他時期，其中ONPK處理在苗期的堿解氮含量比伸長期增加3.14 %；同一施肥處理的土壤有效磷含量在分蘗期最高，時期之間各個處理均沒有顯著差異；同一施肥處理的土壤速效鉀含量在分蘗期最高，總體差異變化不大，其中ONPK處理的速效鉀含量在分蘗期比成熟期增加3.89 %。

綜上所述，同一施肥處理土壤養(yǎng)分含量在不同時期變化差異不大，其中土壤有效磷和速效鉀含量在分蘗期整體高于其他時期；有機(jī)肥與復(fù)合肥混施處理的土壤養(yǎng)分含量在整個生育期顯著高于其他處理，袋控緩釋施肥處理的土壤養(yǎng)分含量在各個生育期都介于單施復(fù)合肥和單施有機(jī)肥之間，土壤pH在不同時期各處理之間均無顯著差異。

2.2 不同時期下各個施肥處理的土壤酶活性質(zhì)

如表2可知，在甘蔗苗期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK處理均有差異，分別增加18.91 %、22.22 %、37.5 %和41.92 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加11.78 %、19.65 %、19.65 %和22.89 %，ONPK與NPKD處理之間無顯著差異；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加2.56 %、25 %、33.33 %和37.93 %，其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

在甘蔗分蘗期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加18.91 %、25.71 %、33.33 %和41.94 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加10.81 %、18.16 %、18.50 %和19.88 %，ONPK與NPKD處理之間無顯著差異；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加5.00 %、27.27 %、35.48 %和40.00 %，其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

表1 在不同時期下各個施肥處理的土壤養(yǎng)分含量

在甘蔗伸長期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加18.42 %、21.62 %、32.35 %和40.63 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加14.25 %、19.83 %、20.17 %和21.57 %；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加10.00 %、33.33 %、41.94 %和41.94 %, 其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

在甘蔗成熟期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量 ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加15.38 %、21.62 %、28.57 %和45.16 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加15.76 %、21.71 %、21.71 %和23.84 %；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加10 %、29.41 %、37.50 %和41.94 %, 其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

如表2所示，同一施肥處理脲酶和蔗糖酶變化差異不顯著，隨著甘蔗生長，酶活性逐漸增大，在成熟期到達(dá)到最大；NPKD處理在甘蔗苗期和分蘗期顯著低于其它2個時期。

綜上所述，同一處理土壤酶活含量均在甘蔗成熟期最高，各個時期土壤酶活性變化差異不大，有機(jī)肥與復(fù)合肥混施處理較其他施肥處理酶活性顯著增加，袋控緩釋處理在各個時期土壤酶活含量僅低于有機(jī)肥和復(fù)合肥混施處理，且與其他處理差異較大。

表2 在不同時期下各個施肥處理的土壤酶活性

表3 甘蔗產(chǎn)量與品質(zhì)

2.3 不同施肥處理下甘蔗的產(chǎn)量與品質(zhì)的變化

表3結(jié)果表明, 不同施肥處理NPKD、ONPK、NPK、O與CK處理相比，蔗莖產(chǎn)量增加13.79 %, 76.73 %、27.95 %和10.64 %, 增長幅度ONPK > NPK >NPKD > O > CK。各個施肥處理NPKD、ONPK、NPK和O與CK處理相比增加21.91 %、80.42 %、34.67 %和17.09 %, 增長幅度ONPK > NPK >NPKD > O > CK，各個施肥處理的蔗莖產(chǎn)量與產(chǎn)糖量差異變化趨勢一致，其中ONPK較其他處理在產(chǎn)量和品質(zhì)上差異顯著。

3 討 論

3.1 不同施肥處理下甘蔗土壤的養(yǎng)分含量

土壤養(yǎng)分含量是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)[16]。甘蔗分蘗期土壤養(yǎng)分含量比其他關(guān)鍵生育期土壤養(yǎng)分含量高，可能土壤養(yǎng)分在分蘗期未被甘蔗充分吸收利用。有機(jī)肥和復(fù)合肥混施處理在整個生育期土壤養(yǎng)分含量高于其他處理，因為單施復(fù)合肥在甘蔗生長前期可一次性為土壤提供大量養(yǎng)分，但在甘蔗生長后期大量營養(yǎng)消耗和流失, 土壤中的養(yǎng)分含量供應(yīng)不足[17]。單施有機(jī)肥處理，不能為土壤提供大量營養(yǎng)且肥力緩慢釋放，但可以改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu), 促進(jìn)土壤腐殖質(zhì)的形成, 提高土壤的物理性狀[18]。復(fù)合肥與有機(jī)肥兩種肥料配合使用達(dá)到一加一大于二的效果，有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分含量，進(jìn)而提高甘蔗土壤肥力，這與前人研究成果保持一致[19]。緩釋袋控施肥的土壤養(yǎng)分含量介于單施復(fù)合肥和單施有機(jī)肥之間，由于緩釋袋中的養(yǎng)分沒有完全釋放到土壤中，且已經(jīng)釋放的養(yǎng)分及時被甘蔗吸收利用，所以土壤中養(yǎng)分含量不高。本試驗土壤pH均無顯著差異，可能是由于連續(xù)兩年施肥時間短，不能對土壤pH產(chǎn)生明顯影響，前人研究表明長期大量施肥可改變土壤酸堿度[20]。

3.2 不同施肥處理下甘蔗土壤的酶活性質(zhì)

土壤酶是土壤微生物和植物根系分泌產(chǎn)物, 是土壤重要組成部分[21], 土壤脲酶將尿素水解成氨[22]，其活性高低取決于土壤微生物及土壤有機(jī)質(zhì)含量, 與土壤肥力密切相關(guān)。土壤蔗糖酶作為土壤表征生物水解酶, 是根系微生物分解產(chǎn)物。土壤酸性磷酸酶加速土壤有機(jī)磷的分解, 釋放出可被植物直接吸收的營養(yǎng)[23]。有機(jī)肥與復(fù)合肥配施在整個生育期較其他施肥處理都有較強(qiáng)的酶活性[24]，其中有機(jī)肥提高土壤酶活性，促進(jìn)土壤酶與土壤微生物之間相互作用，特別是蔗糖酶和磷酸酶[25]，復(fù)合肥改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)微生物的生長。緩釋袋控在作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分含量方面不及單一施用復(fù)合肥的效果，但是在提高土壤酶活性方面優(yōu)于單一施肥，可能單一施肥易造成土地板結(jié)，抑制土壤微生物的生長，緩釋袋控施肥緩慢釋放養(yǎng)分含量，有效緩解了無機(jī)肥對土壤酶活性抑制，進(jìn)而促進(jìn)土壤酶活性。隨著甘蔗生長后期土壤肥料流失，土壤中被抑制的酶活性被激活，在甘蔗成熟期土壤酶活性最強(qiáng)。

3.3 不同施肥處理下對甘蔗的生理指標(biāo)影響

有機(jī)肥和復(fù)合肥的混施較其他施肥處理在提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)方面有顯著差異, 這與前人研究有機(jī)肥和無機(jī)肥的配施有利于提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)結(jié)果一致[26-27]。復(fù)合肥肥效快，易被植物吸收利用，有機(jī)肥肥效緩慢，不能及時滿足作物生長所需的養(yǎng)分[28],復(fù)合肥和有機(jī)肥混施相互促進(jìn)互補，無機(jī)營養(yǎng)和有機(jī)營養(yǎng)大量釋放，被甘蔗直接吸收利用，有利于增強(qiáng)甘蔗出苗，分蘗，促進(jìn)株高生長，促進(jìn)甘蔗新陳代謝和生長發(fā)育進(jìn)而提高甘蔗蔗莖產(chǎn)量和產(chǎn)糖量[29]。緩釋袋控施肥處理在甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)方面均低于單一施用復(fù)合肥, 與其他研究緩釋控施肥較單一施用化肥有助于提高作物產(chǎn)量結(jié)果不一致[33-34]其主要原因甘蔗發(fā)育成長迅速, 而緩釋袋控肥料釋放緩慢, 不能及時滿足甘蔗的快速生長養(yǎng)分需要, 且緩釋袋控釋放機(jī)理，肥料釋放周期，受溫度，濕度等環(huán)境不可控因素的問題需要研究解決[35-36]。

4 結(jié) 論

有機(jī)肥與無機(jī)肥的配施在提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)上均有顯著影響, 同時在甘蔗生長各個生育期較其他施肥處理可以提高土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性。緩釋袋控施肥處理與單一施肥相比可促進(jìn)土壤酶活性。