追施不同量氮肥對連作花生土壤理化性質(zhì)和生物學性質(zhì)的影響

王一波 張麗麗 王海新 孫泓希 韓 寧 孫繼軍 任 亮 史普想

（遼寧省沙地治理與利用研究所 遼寧阜新 123000）

土地沙化對環(huán)境危害非常大， 沙化導致土壤膠體含量下降、土壤顆粒變粗，使土壤土粒分散、土壤物理結(jié)構變差，影響土壤對水分和養(yǎng)分的吸附能力，最終使土壤保水保肥能力逐漸降低， 土地生產(chǎn)力衰退[1]。 而我國東北地區(qū)花生主產(chǎn)區(qū)的主要土壤類型之一就是風沙土， 并且60%以上的花生種植在風沙地上[2]。 有研究表明，合理有效施肥能改良土壤性質(zhì)，提高土壤肥力，利于作物生長發(fā)育和提高產(chǎn)量[3]。 通常以土壤理化性質(zhì)評價土壤肥力高低。

此外， 土壤酶活性也是評價土壤質(zhì)量的重要指標[4]，通常以脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶等為主。 近些年，施肥對土壤酶活性影響的研究成為熱點[5-11]。據(jù)已有的研究認為， 施用有機肥或化肥對土壤酶活性的影響有促進、抑制等不同作用[1-2，7]，這可能是由于環(huán)境條件、 施肥管理措施及施肥模式等不同造成的結(jié)果差異[2]。

本研究主要是探究在遼西地區(qū)， 連作花生地追施不同量氮肥對土壤理化性質(zhì)和生物學性質(zhì)的影響，進而可以篩選出最佳氮肥追施量，達到減少肥料施用的目的， 這樣可以在一定程度上減輕土壤性狀繼續(xù)惡化， 提高土壤保水保肥能力， 增加土壤生產(chǎn)力，對土地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區(qū)位于阜新市阜新鎮(zhèn)桃李村 （41°44′～42°34′N、121°01′～122°25′ E），土壤為風沙土，氣候?qū)儆诎敫珊祬^(qū)。 全年無霜期150～160 d，年平均氣溫8.2℃，年均降水量400～500 mm，主要集中在7-8 月，年蒸發(fā)量1 600～1 800 mm。 土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗地土壤基本理化性質(zhì)（2018 年）

1.2 試驗設計及研究方法

1.2.1 供試材料 本試驗供試花生品種為阜花30，生育期120 d。

1.2.2 試驗設計 試驗于2018-2022 年進行。 種植模式為花生連作，每年種植一季。 每年的 5 月上旬播種，分別于當年的9 月下旬收獲。 起壟前均勻撒施磷肥及鉀肥， 以氮肥為追肥， 春播覆膜同時鋪設滴灌管，其他管理措施同常規(guī)田間生產(chǎn)。 試驗設置5 個不同氮肥施肥量作為追肥，于花生苗期追施，以不施肥作對照，共6 個處理，每個小區(qū)面積125 m2（25 m×5 m），單因素隨機區(qū)組排列，重復3 次。

每公頃施用過磷酸鈣（磷肥）344.25 kg 和硫酸鉀（鉀肥）335.25 kg 作為底肥，以尿素（氮肥）作為追肥，6 個不同施氮處理具體施肥量詳見表2。

表2 追施氮肥量

1.3 土壤樣品采集及測定方法

1.3.1 土壤樣品采集 于2022 年9 月花生收獲期采集土樣， 在每個處理隨機設置3 個采樣點進行土樣采集， 每個采集點選取0～20 cm、20～40 cm 2 個層次的土層深度，去除植物殘根等雜物，混合均勻，采集土樣500 g，將3 次重復處理采集的土樣利用二分法均勻混合成一袋土樣， 一部分樣品盡快進行土壤物理指標測定，其余樣品風干后過1 mm 篩備用。

1.3.2 土壤物理指標測定方法 用烘干法測定不同時期土壤容重、土壤含水量；用電位法測定土壤pH。每個處理重復3 次后取平均值，具體操作詳見《土壤農(nóng)化分析》[12]。 計算公式：

《星星》是毛澤東以給林彪回信為由、以黨內(nèi)通信形式印發(fā)給紅四軍干部糾正黨內(nèi)悲觀思想的一封信。 當時，中央革命根據(jù)地曾以《時局的估量與紅軍行動問題》為題印發(fā)過油印的單行本，發(fā)至黨內(nèi)領導干部傳閱。 該信的公開發(fā)表是在延安整風期間。 1941年12月，毛澤東親自主持編印了黨內(nèi)秘密文件《六大以來》，將此文作為整風運動文獻編入其中，題名為《毛澤東同志給林彪同志的信》(以下簡稱“1941年版”)，此后，該文經(jīng)歷了中華人民共和國成立前和成立后兩個歷史階段的變化歷程。

土壤容重（g/cm3）=G×100/V×（100＋W），式中，G為環(huán)刀內(nèi)濕樣重（g），V為環(huán)刀體積（m3），W為樣品含水量（%）。

土壤含水量 （%）＝（原土重－烘干土重）/烘干土重×100%＝水重／烘干土重×100%。

1.3.3 土壤養(yǎng)分測定方法 土壤全氮的測定采用半微量開氏法；土壤全磷的測定采用NaOH 熔融-鉬銻抗比色法；土壤全鉀的測定采用NaOH 高溫熔融-火焰光度計測定法；堿解氮用堿解擴散法；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法；速效鉀的測定采用NH4OAc 溶液浸提法，最終采用原子吸收分光光度計測定；有機碳的測定采用重鉻酸鉀容量法測定[17]。每個處理重復3 次后取平均值，具體操作詳見《土壤農(nóng)化分析》。

1.3.4 土壤酶活性測定方法 土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，以24 h 每克土壤中產(chǎn)生的NH4-N 的毫克數(shù)表示；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定， 以24 h 每克土生成的葡萄糖的毫克數(shù)來表示； 過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀容量法測定，以每克土1 min 消耗的0.02 mol/L 的KMnO4體積 表示[13]。

每個處理重復3 次后取平均值， 具體操作詳見《土壤酶及其研究方法》。1.3.5 數(shù)據(jù)處理與分析 用WPS 2019 進行數(shù)據(jù)、圖表處理，用SPSS 22.0 進行數(shù)據(jù)處理，用ANOVA 進行單因素方差分析，用Duncan 進行差異顯著性檢驗分析（顯著性水平設置為P＜0.05），用Pearson 相關分析的方法分析土壤養(yǎng)分指標和土壤酶活性之間的相關性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤水分、pH 和容重的影響

由表3 可知， 各處理的土壤含水量隨著追施氮肥量的增加而先減少后增加，0～20 cm 土層在N3 處理時含水量最低，20～40 cm 土層在N4 處理時含水量最低。

表3 各處理不同土層土壤的含水量(%)、pH 和容重

各處理土壤容重均不同程度高于N0 處理， 以N4 處理土壤容重均最高， 說明適量追施氮肥能夠有效提高土壤容重， 進而對提高土壤的保水率有一定的作用。 各處理土壤容重的大小隨土層深度的增加逐漸增大， 這種現(xiàn)象是由于0～20 cm 土層土壤植物根系分布密集， 并且土壤受耕作影響較大， 土壤較松弛， 故土壤容重小。 20～40 cm 土層的土壤受耕作的影響較0～20 cm 土層小， 土壤較緊實， 故土壤容重大。

2.2 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分的影響

由表4 可知，0～20 cm 土層的各項土壤養(yǎng)分含量中，N5 處理的全氮、全鉀、堿解氮、速效磷含量顯著高于其他處理，N2、N3、N4、N5 處理的全磷含量無顯著性差異，速效鉀含量以N2 處理最高，有機質(zhì)含量以N4 處理最高。 說明氮肥追肥量的增加對0～20 cm 土層的土壤全磷含量無顯著性影響， 但是會抑制土壤中速效鉀含量，而過多的追施氮肥（施用量為125%）會抑制有機質(zhì)含量。

表4 各處理不同土層的土壤養(yǎng)分

20～40 cm 土層的各項土壤養(yǎng)分含量中，N5 處理的全氮、堿解氮、速效磷含量顯著高于其他處理，N4處理的速效鉀和有機質(zhì)含量均顯著高于其他處理，N2、N3、N4、N5 處理的全磷含量無顯著性差異， 全鉀含量以N3 處理最高。 說明氮肥追肥量的增加對20～40 cm 土層的土壤全磷的含量無顯著性影響，但追施氮肥量高于75%時會抑制土壤中的全鉀含量， 過多的施用氮肥（125%）還會抑制速效鉀和有機質(zhì)含量。

2.3 不同施肥處理對土壤脲酶活性的影響

脲酶是土壤中重要的水解酶， 能將酰胺態(tài)有機氮化物水解為植物能直接吸收利用的無機氮化物的酶[2]。 由圖1 可知，土壤中脲酶含量隨追施氮肥量的增加而上升，與不追施的N0 處理相比，土壤中脲酶活性均顯著提高。 0～20 cm 土層中， N3 處理、N4 處理與N5 處理之間差異未達到極顯著水平，說明過量追施氮肥對土壤脲酶活性的提升影響不大。20～40 cm土層中，在追肥量高于N2 處理后，土壤脲酶活性無極顯著提高。

圖1 各土層各處理對土壤脲酶活性的影響

2.4 不同施肥處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖2 可知， 隨著追施氮肥量增加土壤中過氧化氫酶含量均呈上升趨勢，但在0～20 cm 土壤中，各個處理的土壤過氧化氫酶活性無顯著性差異。 20～40 cm 土壤中，氮肥追施量高于N4 處理后，土壤過氧化氫酶活性相比于N0 處理有極顯著提高。

圖2 各土層各處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

2.5 不同施肥處理對土壤蔗糖酶活性的影響

由圖3 可知， 隨著追施氮肥量增加土壤中蔗糖酶含量均呈上升趨勢，在0～20 cm 土壤中，追施氮肥后土壤蔗糖酶活性極顯著提高。20～40 cm 土壤中，氮肥追施量高于N3 處理后， 土壤蔗糖酶活性相比于N0 處理有極顯著提高。

圖3 各土層各處理對土壤蔗糖酶活性的影響

2.6 不同施肥處理土壤養(yǎng)分與酶活性相關性分析

為了探討施肥條件下土壤酶活性與土壤養(yǎng)分因子之間的關系， 將土壤過氧化氫酶活性、 土壤脲酶活性、 土壤蔗糖酶活性與各土壤養(yǎng)分因子進行相關性分析。 土壤養(yǎng)分與酶活性的相關性顯著。 各土層之間土壤酶活性與各土壤養(yǎng)分因子的相關情況基本一致。

對于土壤脲酶活性而言， 土壤脲酶活性與深層土壤堿解氮呈極顯著正相關關系； 對于土壤蔗糖酶活性而言， 淺層土壤蔗糖酶活性與土壤堿解氮含量呈極顯著正相關關系； 深層土壤蔗糖酶活性與深層土壤有機質(zhì)、土壤全磷含量、淺層速效磷、淺層全鉀含量呈極顯著正相關關系。 對于土壤過氧化氫酶活性而言， 淺層土壤過氧化氫酶活性與淺層全氮和深層速效磷含量呈極顯著正相關關系； 深層土壤過氧化酶活性與深層土壤堿解氮含量呈顯著正相關關系（表5）。

表5 土壤養(yǎng)分與酶活性相關性分析

綜上可以看出，在本試驗條件下，土壤蔗糖酶活性能夠較全面地反映土壤養(yǎng)分狀況的變化。

3 討論與結(jié)論

試驗結(jié)果表明， 追施一定量的氮肥后能有效提高土壤酶活性，提高土壤理化性質(zhì)，從而提高土壤肥力水平，改善土壤質(zhì)量。 但過量的追施氮肥反而會抑制土壤酶活性或者土壤理化性質(zhì)， 從本試驗結(jié)果來看，氮肥追施量在N3 處理(110.59 kg/hm2）～N4 處理(147.45 kg/hm2）之間為最佳，高于這個追施量則會產(chǎn)生抑制效果。 相關性分析表明，土壤中全氮、堿解氮、速效磷含量對土壤酶活性的影響較大， 土壤各養(yǎng)分與土壤蔗糖酶活性相關性更大。

施肥可在一定程度上改變土壤的物理性質(zhì)，減小土壤容重，起到疏松土壤、增加土壤持水性能的作用。 馬俊永等[15]的研究表明，施肥量不同對連作花生土壤的物理性質(zhì)有不同程度的改善， 秸稈與其他肥料相比，對土壤的物理性質(zhì)的影響反倒減弱，且只對土壤耕層范圍的土壤肥力狀況有所改善；徐大兵等[16]的研究認為，連續(xù)施肥增加了花生連作土壤的容重，使孔隙度減小，但并不能明顯改善土壤的物理性狀，造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于施肥的年限較短；孔曉民等[17]的研究表明，不同耕作方式對土壤容重的影響也有所不同， 是由于不同耕作方式還是施肥年限的限制還需繼續(xù)研究。

施肥處理對土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀含量均有不同程度地提高， 表明土壤性狀與土壤速效養(yǎng)分的變化與施肥方式有關[18]；施用化肥明顯提高了土壤養(yǎng)分含量，改善了土壤理化性質(zhì)[20]。 深層土壤養(yǎng)分的分布規(guī)律并不明顯[21]，可能是因為花生各生育期的灌溉導致所施肥料淋溶及微生物和有機質(zhì)分解等。

王改蘭等[22]的長期試驗發(fā)現(xiàn)，不同施氮肥處理的土壤，全氮含量較原土均有不同程度的增加。 但也有研究發(fā)現(xiàn)， 施氮肥處理與無氮肥處理之間全氮含量差異并不明顯[23]，這與本研究結(jié)果一致，說明施用速效氮肥雖然也能保證農(nóng)作物的產(chǎn)量， 但是不能提高表層土壤中氮養(yǎng)分含量，供氮潛力明顯不足[24]。 土壤中的全鉀含量與不施肥的對照處理比較變化不明顯，而速效鉀含量顯著高于不施肥的對照處理，說明全鉀含量的變化很難能反映出施肥處理對土壤鉀素肥力的影響，這與俄勝哲等[25]和葛偉健等[26]的研究結(jié)論一致。 對于土壤有機質(zhì)含量的變化，施肥后淺層土壤變化差異性較大， 但施肥對深層土壤有機質(zhì)含量影響較小。

本研究所測定的3 種酶均受到施肥的顯著影響， 通過田間長期定位培肥試驗發(fā)現(xiàn)， 與不施肥比較，長期施肥顯著提高了土壤脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶酶活性[19]。 張小磊等[27]的研究結(jié)果表明，單施N肥降低了風沙土脲酶的活性， 可能是由于脲酶將尿素水解為NH3和CO2，NH3反過來抑制了脲酶的合成，或是由于長期單一施用N 肥使土壤肥力結(jié)構變得不均衡，從而使土壤脲酶活性降低。 有研究發(fā)現(xiàn)，施肥可以提高土壤過氧化氫酶的活性[28-29]；而蔣和等[30]的研究認為， 施肥后各處理間過氧化氫酶活性差異較小；王娟等[31]的研究也同樣認為，化肥對旱地土壤過氧化氫酶活性影響較小；孫瑞蓮等[34]、王月等[2]的研究表明，長期施肥降低了土壤過氧化氫酶的活性；王冬梅等[32]的研究認為，施N、K 肥對過氧化氫酶活性有抑制作用。 造成研究結(jié)果的差異原因可能是由于不同試驗的土壤類型、氣候條件、肥料用量及施肥時間等不同造成的。

劉曉宇[14]的研究表明，肥料對產(chǎn)量的貢獻率變化規(guī)律與產(chǎn)量一致， 產(chǎn)量高相對肥料對產(chǎn)量的貢獻率也高。左智天等[33]通過對不同土地利用類型土壤氮含量與土壤酶活性變化分析， 土壤氮含量與土壤酶活性呈正比關系。 這和本研究一致，土壤氮含量和有機質(zhì)含量、速效磷含量與土壤酶活性呈正比關系。 土壤酶活性的提高可以促進土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化， 改善土壤微生物環(huán)境，提高土壤主要養(yǎng)分，促進作物生長，增加作物產(chǎn)量，為作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)奠定基礎。