不同施肥處理下辣椒大白菜輪作模式土壤質量監測與診斷

王素萍，杜 雷，洪 娟，2，黃 翔，張貴友，姜 利，程維舜，羅 茜，張利紅，葉莉霞，陳 鋼，2

（1.武漢市農業科學院環境與安全研究所，武漢 430345；2.華中農業大學資源與環境學院，武漢 430070）

現代農業在關注作物高產、優質的同時，越來越關注對資源高效利用及生態環境的可持續發展。隨著蔬菜生產規?；l展，導致不同程度的連作障礙，制約著蔬菜產業的可持續發展，給農業生產造成了嚴重損失。 不同作物輪作是連作障礙的防范措施［1，2］，輪作可有效改善連作引起土壤養分不均衡、酶活改變和土壤理化性狀不良［3-7］。本研究采用辣椒-大白菜輪作的肥料定位試驗，分析輪作模式下不同施肥處理對土壤理化和土壤酶活性的影響，以期為辣椒大白菜輪作模式下土壤質量的可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗點位于武漢市農業科學院北部園區長期定位試驗基地（114°27′45″E，30°42′40″N），土壤類型為潮土，前茬是辣椒與大白菜輪作，劃分試驗小區，每小區面積32 m2。耕層土壤的理化性質pH為7.59，容重1.67 g/cm3，EC為80.48 uS/cm，全氮含量3.40 g/kg，全磷含量0.98 g/kg，全鉀含量22.94 g/kg，有機質含量11.05 g/kg，礦質態氮含量37.99 mg/kg，有效磷含量10.71 mg/kg，速效鉀含量147.18 mg/kg。

1.2 試驗設計

辣椒和大白菜處理相同，均設4 個處理，分別為：①CK，對照，不施肥；②習慣施肥FP，當地常規施肥的施肥量，辣椒季尿素609 kg/hm2、過磷酸鈣1753 kg/hm2、硫酸鉀550 kg/hm2，大白菜季尿素750 kg/hm2、過磷酸鈣1 125 kg/hm2、硫酸鉀375 kg/hm2；③OPT1，推薦施肥1，100% 施用化肥（辣椒季尿素978 kg/hm2、過磷酸鈣750 kg/hm2、硫酸鉀471 kg/hm2，大白菜季尿素900 kg/hm2、過磷酸鈣600 kg/hm2、硫酸鉀512 kg/hm2）；④OPT2，推薦施肥2，2/3 化肥氮+1/3 有機肥氮（施氮量與OPT1 相當）。每個處理3 次重復。

供試肥料規格：尿素（N 46%），過磷酸鈣（P2O514%），硫酸鉀（K2O 51%），有機肥的有機質含量為47%，有機碳含量為27.26%，全氮（N）、全磷（P）、全鉀（K）含量分別為2.80%、0.76%、1.38%。

1.3 采樣及測定

1.3.1 土壤樣品采集與測定 試驗前采集耕層（0~20 cm）土壤樣品，每季作物收獲后，采用環刀法采樣，測定土壤容重和土壤含水量。采取多點混合法采集每個小區土壤樣品，四分法留1 kg 土樣分析。土壤化學性質的測定方法參見文獻［8］。pH 采用電位法；EC 采用EC 計；有機質采用硫酸重鉻酸鉀氧化外加熱，容量法；礦質氮采用KCl 浸提—比色法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法。

土壤酶活性測定：大白菜收獲后采集土壤樣品，過氧化氫酶采用KMnO4滴定法，活性計量為每克土壤消耗的0.002 mol/L KMnO4的毫升數；脲酶采用苯酚鈉比色法，活性計量為3 h 后每百克土的NH4+-N的毫克數；轉化酶采用硫代硫酸鈉滴定法，活性計量為24 h 后每克土中滴定用0.1 mol/L 硫代硫酸鈉毫升數；堿性磷酸酶和中性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定，活性計量為24 h 后每克土中酚的毫克數。1.3.2 蔬菜產量監測 辣椒和大白菜每季收獲期按小區單打獨收，每季累計記產。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 17.0 軟件對數據進行處理分析，采用最小顯著法（LSD）檢驗差異顯著性水平。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對辣椒產量和肥料農學效率的影響

分析不同施肥處理對辣椒產量和肥料農學效率的影響（表1），施肥明顯促進了辣椒產量的增加，與CK 相比，施肥辣椒產量增幅為2 303~3 655 kg/hm2，增產率為55.45%~88.01%。其OPT1 的辣椒產量最高，為7 808 kg/hm2，其次為OPT2，辣椒產量為7 612 kg/hm2，與OPT1 差異不顯著，習慣施肥FP 辣椒產量最低，為6 456 kg/hm2。

表1 不同施肥處理辣椒產量和肥料農學效率

分析不同施肥的肥料農學效率的影響，習慣施肥的農學效率最低，為2.74 kg/kg，OPT1 和OPT2 農學效率分別為4.80 kg/kg 和4.54 kg/kg，差異不明顯。從辣椒產量和肥料的農學效率來看，辣椒推薦施肥OPT1 和OPT2 可以達到較好的效果。

2.2 不同施肥處理對大白菜產量和肥料農學效率的影響

施肥可以明顯促進大白菜產量的增加。由表2可見，與CK 相比，施肥大白菜產量增幅為30.33~40.49 t/hm2，增產率為122.84%~163.99%。OPT1 產量最高，為65.18 t/hm2，其次為OPT2，產量為63.71 t/hm2，FP 產量低，為55.02 t/hm2。

表2 不同施肥處理大白菜產量和肥料農學效率

分析不同施肥的肥料農學效率，習慣施肥的農學效率最低，為42.35 kg/kg，OPT1 和OPT2 農學效率分別為52.51 kg/kg 和50.60 kg/kg，差異不明顯。從大白菜產量和肥料的農學效率來看，OPT1 和OPT2可以達到較好的施肥效果。

2.3 不同施肥處理對辣椒大白菜輪作土壤物理性質的影響

分析不同施肥處理對辣椒和大白菜收獲后表層土壤物理性質的影響（圖1）。分析試驗前、辣椒（第一季）收獲后和大白菜（第二季）收獲后的土壤容重。試驗前土壤容重為1.67 g/cm3，第一季和第二季收獲后土壤的容重略有下降，可見耕作改變了土壤的容重。第一季辣椒收獲后不同處理的容重為CK>FP>OPT1>OPT2，第二季大白菜收獲后不同處理的容重變化規律與第一季辣椒收獲后相同，為CK>FP>OPT1>OPT2?？梢姡诘攘渴┓柿壳闆r下，施用有機肥可以降低土壤的容重。

圖1 不同施肥處理對辣椒大白菜輪作土壤物理性質的影響

測定分析試驗前、辣椒（第一季）收獲后和大白菜（第二季）收獲后的土壤含水量。試驗前土壤含水量為16.1 g/cm3，第一季辣椒收獲后不同處理的土壤含水量為CK

2.4 不同施肥處理對辣椒大白菜輪作后根際土壤酶活性的影響

分析不同施肥處理對辣椒大白菜輪作收獲后根際土壤酶活性的影響（表3）。脲酶是一種酰胺酶，能酶促有機質分子中肽鏈的水解。土壤的脲酶活性與土壤的微生物數量、有機質含量、全氮和速效氮含量呈正相關，可用土壤的脲酶活性表征土壤的氮素狀況。施肥后土壤脲酶活性提高，與CK 相比，提高幅度為23.87%~76.56%，以OPT2 的脲酶活性最高，為68.26，其次為OPT1，活性為59.02。

土壤過氧化氫酶的活性與土壤呼吸強度和土壤微生物活動相關，在一定程度上反映了土壤微生物學過程的強度。由表3 可見，施肥不同對土壤過氧化氫酶活性影響不明顯。

表3 不同施肥處理辣椒大白菜輪作后根際土壤酶活性

磷酸酶能酶促有機磷化合物的水解，土壤磷酸酶活性可以表征土壤的肥力狀況（特別是磷的含量狀況）。施肥提高了土壤中堿性磷酸酶的活性，與CK 相比，提高幅度為20.00%~63.87%。FP 的土壤磷酸酶活性最高，為5.08，其次為OPT1，土壤磷酸酶活性為4.11。

土壤轉化酶能促進蔗糖分子中果糖的裂解，酶活性與土壤中的腐殖質、水溶性有機質和黏粒含量以及微生物活動相關。土壤熟化程度提高，轉化酶活性增強。可用土壤轉化酶活性表征土壤熟化程度和肥力水平。施肥后土壤轉化酶活性略有提高，提高幅度為13.78%~20.00%，不同施肥處理土壤的轉化酶活性沒有明顯差異。

2.5 不同施肥處理對辣椒收獲后土壤養分化學性狀的影響

表4 分析了不同施肥處理對辣椒收獲后土壤養分化學性狀的影響，可見，辣椒收獲后不同施肥處理土壤的pH 和土壤有機質含量沒有明顯差異，土壤EC 呈現FP>OPT1>OPT2>CK，土壤礦質態氮含量呈現OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈現FP>OPT2>OPT1>CK，速效鉀含量呈現FP>OPT2>OPT1>CK。

表4 不同施肥處理辣椒收獲后土壤養分化學性狀

2.6 不同施肥處理對大白菜收獲后土壤養分化學性狀的影響

表5 分析了不同施肥處理對大白菜收獲后土壤養分狀況的影響，可見，大白菜收獲后不同施肥處理土壤的pH 沒有明顯差異，土壤有機質施肥處理高于不施肥處理，但不同施肥處理之間沒有明顯差異，土壤EC 呈現FP>OPT2>OPT1>CK，土壤礦質態氮含量呈現OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈現FP>OPT2>OPT1>CK，速效鉀含量呈現FP>OPT2>OPT1>CK。

表5 不同施肥處理大白菜收獲后土壤養分化學性狀

3 小結與討論

對兩輪作物及土壤進行監測。結果表明，施肥可以明顯促進辣椒和大白菜產量的增加，施肥處理辣椒和大白菜產量增幅為2 303~3 655 kg/hm2和30.33~40.49 t/hm2，增產率分別為55.45%~88.01% 和122.84%~163.99%。辣椒和大白菜均以OPT1 的產量最高，分別為7 808 kg/hm2和65.18 t/hm2，與OPT2產量差異均不顯著，但均顯著高于習慣施肥。習慣施肥的農學效率低，辣椒和大白菜季分別為2.74 kg/kg和42.35 kg/kg。從辣椒和大白菜產量及肥料農學效率來看，辣椒季和大白菜季的OPT1、OPT2 兩種施肥方式可以達到較好的效果。

施肥能改善土壤物理性質，OPT2 添加了有機肥，施肥效果更佳。試驗前土壤容重為1.67 g/cm3，第一季和第二季蔬菜收獲后土壤的容重均有下降。第一季和第二季蔬菜收獲后不同施肥處理的土壤容重變化規律一致，為CK>FP>OPT1>OPT2。耕作可降低土壤容重，在等量施肥情況下，施用有機肥可以降低土壤的容重。這可能是因為有機肥本身密度較低，且具有較大的比表面積及疏松多孔的結構，能夠保持水分和空氣，施入土壤后具有一定的稀釋作用［9］。土壤容重是土壤重要的物理性質，土壤容重小，土壤結構、透氣透水性好。土壤容重除影響水分和氧氣的供應外，還可影響其他性質和過程［10］。試驗前土壤含水量為16.1 g/cm3，第一季和第二季蔬菜收獲后不同施肥處理的土壤含水量表現規律一致，為CK

土壤酶是土壤中有機物轉化的重要催化劑［11］，土壤酶活性是反映土壤肥力的一項重要指標，酶活性較高的土壤生化過程較活躍、生產性能也較好［12，13］。土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶等活性水平以及酶活性之間的關系，對于評價土壤肥力有著重要意義［14］。本研究中施肥后土壤中脲酶、堿性磷酸酶和轉化酶的活性均提高，提高幅度分別為23.87%~76.56%、20.00%~63.87% 和13.78%~20.00%，這與前人的研究結果一致［15］，土壤中脲酶、過氧化氫酶以及磷酸酶的酶活性提高會顯著增加作物產量。本研究施肥中以氮肥1/3 有機肥替代處理的脲酶活性最高，為68.26，其次為推薦施肥全部施用化肥的處理；脲酶活性為59.02。脲酶的酶促反應產物可以作為供給植物利用的氮源，其活性可以用來表征土壤的供氮能力［16］。習慣施肥的土壤磷酸酶活性明顯高于OPT2 土壤磷酸酶活性。不同施肥處理土壤的轉化酶和過氧化氫酶活性無顯著差異。磷酸酶的作用是參與進入土壤中或累積在土壤中的含磷化合物的磷素循環，其酶促作用的產物是有效磷，為植物提供磷素營養［12］，其活性能夠表征土壤有機磷的轉化狀況及其生物有效性，反映土壤磷素營養狀況［16］。過氧化氫酶作為氧化還原酶中的一種，其活性與土壤中腐殖質化相關，與土壤有機質的轉化速度有密切關系［12］。

對土壤pH 和養分含量的評價能夠反映土壤提供養分和緩沖化學改良的能力［17-19］。辣椒季和大白菜季收獲后不同施肥處理土壤養分狀況表現規律基本一致，不同處理的土壤pH 和有機質含量沒有明顯差異。土壤有機質是土壤的重要組成部分，是土壤團聚體形成和保持穩定的重要影響因素［20］。兩季作物收獲后，施肥處理顯著提高了土壤的EC，土壤EC 的高低反映了土壤中肥料含量的多少［21］。研究中土壤EC 呈現FP>OPT1>OPT2>CK，土壤礦質態氮含量呈現OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈現FP>OPT2>OPT1>CK，速效鉀含量呈現FP>OPT2>OPT1>CK。

綜合考慮辣椒與大白菜輪作模式下作物產量和土壤理化性質、肥料利用率及土壤酶活性，生產中宜采用推薦施肥且有機肥替代1/3 氮肥。