膨潤土與肥料配施對土壤生化特性和微生物數量的影響

趙雪淞，楊晨曦*，馮良山，宋王芳，高 欣

（1．遼寧工程技術大學環境學院，遼寧 阜新 123000；2．遼寧省農業科學院，遼寧 沈陽 110161）

科爾沁沙地位于內蒙東南部與遼寧西部的交界處，地處農牧交錯帶，主要土壤類型是風沙土［1］。近年來由于不合理的農牧工礦活動等人為干擾加速了土地粗化和沙化，進而導致土壤肥力退化［2］。其附近區域如沈陽、阜新等城市頻繁受到惡劣天氣影響，給居民的出行生活造成巨大不便的同時也嚴重影響了生態環境。因此，改善風沙地土壤肥力，阻止土質惡化刻不容緩。以防風固沙、保護生態平衡為前提，綜合土壤、氣候、水資源等自然條件，科爾沁沙地比較適宜種植花生［3］。改良土質，改善土壤生產力，是提高花生經濟效益的重要舉措之一。

膨潤土作為一種天然礦物，具有良好的保土保水等優質性能［4-5］，常作為土壤改良劑被廣泛應用于農業生產中。膨潤土與有機肥、秸稈、草炭等作為微生物活動的天然養分載體，是防風固沙、保土保水、改良土壤的優質自然資源［6-10］。上述肥料營養優勢各有所長，蔡紅海等［11］認為草炭可提高土壤養分和保水能力。有研究表明，施用膨潤土可提高花生土壤肥力和作物產量，當施用量為3.6 kg/m2時達顯著水平［12］。本研究基于以上研究成果，以趙雪淞等［12］探究的最優膨潤土施用量3.6 kg/m2作為基準，通過檢測膨潤土與有機肥、秸稈、草炭等肥料配施對科爾沁沙地花生連作土壤的酶活性和微生物生物量等生化特性，以期優化肥料配施方式，改善風沙地土壤肥力和生產能力，為花生種植提供實踐指導和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

遼寧省沙地治理與利用研究所章古臺試驗站位于科爾沁沙地南（N42°42′，E122°32′），屬于半干旱區，大陸性氣候，全年平均風速4.2 m/s，起風沙達240 次，年平均氣溫7.62℃，平均相對濕度60%，年降水量400 ～450 mm，7、8 月份相對集中，年蒸發量約1 600 ～1 800 mm，干燥度4.0，無霜期150 ～160 d，年日照時數2 564.2 h［13］。試驗區選自章古臺試驗站5 區3 圃。供試土壤類型為風沙土，2018 年測定其肥力狀況如表1。

表1 2018 年章古臺試驗區土壤肥力狀況

1.2 試驗材料

膨潤土為以蒙脫石為主的非金屬礦產；有機肥為腐熟豬糞；秸稈為玉米秸稈；草炭為沼澤發育過程中的混合有機物質。

1.3 試驗設計

試驗田花生品種為阜花17 號，試驗設4 個處理:（1）膨潤土3.6 kg/m2（CK）；（2）膨潤土3.6 kg/m2+有機肥0.4 kg/m2（YJ）；（3）膨潤土3.6 kg/m2+秸稈1.0 kg/m2（JG）；（4）膨潤土3.6 kg/m2+草炭1.0 kg/m2（CT），各處理3 次重復。對不同肥料的處理方式為:秸稈粉碎，膨潤土和有機肥、秸稈、草炭分別充分混合。其中，豬糞養分含量為:N 8.68 g/kg、P2O57.41 g/kg、K2O 3.45 g/kg、有機質含量521.1 g/kg、含水量70%；玉米秸稈養分含量為:N 0.49 g/kg、P2O50.38 g/kg、K2O 1.66 g/kg、有機質含量150 g/kg、含水量18.2%；草炭養分含量為N 4.67 g/kg、P2O51.56 g/kg、K2O 1.42 g/kg、有機質含量110 g/kg、含水量19.3%。有研究表明［14-15］，有機肥以35%～40%配施化肥可提高花生產量，相當于0.4 ～0.5 kg/m2，所以本試驗設計施用有機肥0.4 kg/m2。4 月初按小區對應平鋪施入混合好的肥料，之后旋耕，起壟，鎮壓。5 月中旬人工播種，播種時深開溝，先施入化肥（二銨0.03 kg/m2，硫酸鉀0.02 kg/m2，同大田），培土3 cm，再播種，覆土。中耕管理同大田。

1.4 樣品采集與測定方法

于播種前（2018 年4 月）施入各混合肥料，收獲后（2018 年10 月）取樣檢測。按五點法取作物根際0 ～20 cm 耕層的土壤，采樣時避免特殊地形及堆肥過多的地方。將土樣裝袋編號，帶回實驗室后剔除雜質，過2 mm 篩，一部分土樣放在室內陰涼處自然干燥，參考魯如坤［16］的方法測定土壤理化性質；其余土樣保存在低溫環境中，分別參考關松蔭［17］、吳金水［18］的方法檢測土壤酶活性及微生物生物量。土壤可培養微生物如細菌、放線菌和真菌分別采用牛肉膏蛋白胨培養基、高氏I號培養基及孟加拉紅培養基進行培養，并采用涂布平板法進行菌落計數。花生收獲風干后測莢果產量。

1.5 統計分析

數據采用Excel 2007 進行處理和分析，采用SPSS 20 進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 膨潤土與肥料配施對土壤酶活性的影響

2.1.1 對土壤蔗糖酶活性的影響

土壤蔗糖酶可以把土壤中大分子蔗糖分解成能夠被植物和土壤微生物吸收利用的小分子葡萄糖和果糖，為土壤生物體提供能源，其活性反映土壤有機碳累積與轉化的規律［19］。由圖1可知，蔗糖酶活性顯示為JG 最高，其次為CT、YJ。其中JG、CT 處理中蔗糖酶活性較CK 分別增加了135.66%、41.96%。而YJ 幾乎為對照處理的1/2。推測可能是膨潤土的膠體吸附性、膠粘性等性質阻礙了土壤對有機肥營養元素的吸收利用，甚至有抑制作用，從而降低了土壤的蔗糖酶活性。

圖1 膨潤土與肥料配施對土壤蔗糖酶活性的影響

2.1.2 對土壤過氧化氫酶活性的影響

過氧化氫酶可促進生化氧化反應過程中形成的過氧化氫分解成氧分子和水，減少過氧化氫對細胞的毒害作用。由圖2 可知，JG、YJ、CT 與CK 相比土壤過氧化氫酶活性分別增加了345.1%、307.6%、42.93%。有機肥、秸稈的添加使得過氧化氫酶活性有極顯著地提升。

圖2 膨潤土與肥料配施對土壤過氧化氫酶活性的影響

2.1.3 對土壤脲酶活性的影響

脲酶是一種酰胺酶，可酶促有機物質中碳氮鍵的水解，可表征土壤的氮素轉化狀況［20］。根據圖3可知，肥料配施與單施膨潤土相比可顯著提高土壤脲酶活性（P＜0.05）。脲酶活性強度為YJ＞JG＞CT，且較CK 分別提高38.20%、21.54%、14.79%。于脲酶而言，膨潤土與肥料配施可協同提高其活性，尤以YJ 處理最佳。

圖3 膨潤土與肥料配施對土壤脲酶活性的影響

2.1.4 對土壤堿性磷酸酶活性的影響

堿性磷酸酶能夠將磷轉化為生物可吸收利用的活性磷，在含磷有機物的礦化過程中發揮重要作用。由圖4 可知，土壤堿性磷酸酶活性強度為JG＞YJ＞CT，且均高于CK，分別增加了74.27%、57.77%、17.54%，說明各處理均有助于增強堿性磷酸酶活性。膨潤土與秸稈混合后，土壤堿性磷酸酶活性提升最多。

圖4 膨潤土與肥料配施對土壤堿性磷酸酶活性的影響

2.1.5 對土壤蛋白酶活性的影響

蛋白酶能將蛋白質水解為氨基酸，因此土壤中蛋白酶的活性對于土壤中氮素營養物質的轉化至關重要。由圖5 可得，各處理除對土壤蛋白酶活性無顯著影響外，與有機肥混施還會抑制蛋白酶活性。

圖5 膨潤土與肥料配施對土壤蛋白酶活性的影響

2.1.6 對土壤脂肪酶活性的影響

脂肪酶可將土壤中羧酸脂類的有機化合物脂肪水解成可溶性的物質，有助于作物吸收利用。由圖6 可知，肥料配施后土壤脂肪酶活性均高于CK，膨潤土與秸稈混合對提高土壤脂肪酶活性更具優勢。

圖6 膨潤土與肥料配施對土壤脂肪酶活性的影響

2.2 膨潤土與肥料配施對微生物量碳、氮、磷的影響

微生物生物量是土壤有機質中最活躍易變的部分，其中土壤微生物量碳、氮、磷（SMBC、SMBN、SMBP）與土壤中C、N、P 等養分循環密切相關［21］。由圖7 可知，肥料配施對土壤中微生物量的影響各不相同。結果表明，與單施膨潤土相比肥料配施均顯著提高了SMBC 含量，說明配施肥料提高了碳素的供應率，更有利于土壤C 循環和養分吸收；JG 處理提高了SMBN 含量，其他處理無顯著差異；3 種肥料配施處理對SMBP 無明顯改善。

圖7 膨潤土與肥料配施對SMBC、SMBN、SMBP 的影響

2.3 膨潤土與肥料配施對土壤微生物數量的影響

根據表2 可知，在0 ～20 cm 耕層中，土壤微生物以細菌含量居首，放線菌次之，真菌最少。JG處理下，放線菌和真菌數量與對照相比具有顯著差異，分別提高了64%和348%；JG 和CT 處理均能顯著提高土壤細菌數量，尤其是CT 增幅明顯，提高了411%。

表2 膨潤土與肥料配施對土壤可培養微生物數量的影響（×105cfu/g）

2.4 土壤生化特性及微生物數量的相關性分析

根據表3 相關性分析結果可知，微生物量碳與過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脂肪酶呈極顯著相關，微生物量氮、磷均與脂肪酶呈極顯著相關關系。真菌、放線菌數量分別與堿性磷酸酶、過氧化氫酶與微生物量碳顯著相關。結果表明，土壤可培養微生物與土壤酶活性、微生物量具有相關關系。膨潤土與肥料配施改變了土壤微生物的物種豐度，豐富了土壤微生物的多樣性。

2.5 膨潤土與肥料配施對花生產量的影響

由圖8 可知，膨潤土與肥料配施后顯著提高了花生產量，其順序為JG＞YJ、CT＞CK，分別較CK處理提高了10.91%、5.59%、4.55%。數據表明，JG 處理下，產量增幅達顯著水平。

表3 土壤微生物量和酶活性之間的線性相關關系

圖8 膨潤土與肥料配施對花生產量的影響

3 討論

膨潤土與肥料配施后，明顯提高了連作花生土壤生化特性和微生物數量，這對保持土壤供給養分能力具有重要意義。本試驗發現，綜合比較各指標，表現最好的是JG 處理，其土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脂肪酶活性以及微生物量碳、磷含量均處于較高水平，較CK 提升顯著。CT 次之，說明膨潤土施用量3.6 kg/m2與玉米秸稈施用量為1.0 kg/m2混合時，土壤養分的有效性和土壤肥力較好，碳、氮、磷循環也達到較高水平。秸稈還田可培肥地力［22］。陳廣銀等［23］研究表明，秸稈屬于多孔介質，其纖維物質的被消化速率取決于吸水能力，吸水性能是影響秸稈生物處理效率的重要因素，秸稈的木質素含量與吸水持水力成反比，玉米秸稈的木質素含量較低，尤其是莖部具有較好的吸水能力和持水能力［24］。秸稈表面蠟質層會阻礙玉米秸稈的吸水性能，所以秸稈粉碎處理才能更好發揮其保水保肥能力。由于膨潤土自身含有一些常量或微量元素可供作物吸收利用，可改良土壤理化性質，同時其吸附性還可增大土壤孔隙度和透氣性，并作為緩釋肥料載體；其膠粘性可以作為抗結塊顆粒肥料添加劑；其離子交換性可改善土壤酸堿度［25］。所以膨潤土與秸稈混合后，二者強強聯合、優勢互補，提高了秸稈的利用效率，豐富了土壤有機質含量且增強固化營養元素的能力。即膨潤土與秸稈混施促進了土壤養分的良性循環，可提高科爾沁沙地土壤生化特性。

土壤微生物量碳、氮、磷與過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脂肪酶活性呈正相關關系。土壤碳氮磷含量與土壤酶活性關系密切［26-28］。本研究條件下，土壤MBC 和MBP 也存在顯著相關關系。土壤微生物量碳、氮、磷含量高時，土壤酶活性也隨之增強，說明膨潤土與肥料配施有利于提升土壤微生物生物量和酶活性，改善風沙土地貧瘠面貌，提高土地利用率；可培養微生物數量與蔗糖酶、堿性磷酸酶、微生物量碳具有相關性，膨潤土與肥料配施顯著提高了土壤細菌、真菌、放線菌數量，這與許小偉等［14］研究結果一致。土壤微生物的生長繁殖和旺盛的生理代謝活動，亦可協同改善土壤物理結構和肥力狀況。

由于本研究討論一季施用膨潤土配施有機肥、秸稈或草炭對土壤的影響，雖有機肥所含養料種類豐富，但并不均衡。有機肥在土壤中分解速率慢，肥效較遲緩，在有機肥施用量不是很大的情況下，很難滿足農作物對營養元素的需要［29-30］。草炭多用于軟化和改善貧瘠土壤，也是一種緩釋肥料。這可能解釋了YJ、CT 處理為何不及JG 處理。此外，各混合肥料需要適宜的配施比例，以便協同利用有機養分和無機養分。具體配施比例還需要后續進一步研究。

4 結論

膨潤土與肥料配施不僅能提高連作花生土壤酶活性和微生物量、培肥土壤，還能增強可培養微生物群落多樣性，強化物種豐度，提高花生產量。當膨潤土3.6 kg/m2與秸稈1.0 kg/m2混施后，對蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶和脂肪酶活性，微生物量碳、氮及土壤細菌、真菌和放線菌數量均有顯著性提升。肥料配施通過提高土壤酶活性進而加速土壤生化過程，協調土壤酶與作物生育，可改善科爾沁沙地肥力狀況。