翻壓綠肥對(duì)植煙土壤活性有機(jī)質(zhì)和土壤酶的影響

徐祥玉，孟貴星，袁家富，趙書軍，劉 曄，耿明建，曹衛(wèi)東

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥所，武漢 430064；2.湖北省恩施州煙草公司，湖北 恩施 445000；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，武漢 430070；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

土壤活性有機(jī)質(zhì)即土壤有機(jī)質(zhì)的活性部分，它是指土壤中有效性較高、易被土壤微生物分解礦化、對(duì)植物養(yǎng)分供應(yīng)有直接作用的那部分有機(jī)質(zhì)[1]。這部分有機(jī)質(zhì)控制了土壤的生物過(guò)程和決定了向作物提供養(yǎng)分的能力。因此，活性有機(jī)質(zhì)已經(jīng)被認(rèn)為是很重要的土壤質(zhì)量指標(biāo)，常常被用來(lái)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量。農(nóng)業(yè)土壤中活性有機(jī)質(zhì)一般只占總有機(jī)質(zhì)的7%～32%[2]，它的含量隨施肥、輪作等管理措施而有較大的變化。研究表明[3]，與全量有機(jī)質(zhì)相比下降較快。在粘土上，活性有機(jī)質(zhì)的損失率是非活性有機(jī)質(zhì)的 2～11倍，土壤粘性越大，則活性有機(jī)質(zhì)與非活性有機(jī)質(zhì)之間損失率的差距越大。將苜蓿施入土壤后兩年，活性有機(jī)質(zhì)增加了58.8%，是非活性有機(jī)質(zhì)（增加15.7%）和總有機(jī)質(zhì)（增加21.6%）增加量的3～4倍[4]。因此活性有機(jī)質(zhì)成為土壤系統(tǒng)碳動(dòng)態(tài)更精確的指示物。

土壤酶是由微生物、動(dòng)植物活體分泌及由動(dòng)植物殘?bào)w、遺骸分解釋放于土壤中的一類具有催化能力的生物活性物質(zhì)。土壤中所進(jìn)行的生物和生物化學(xué)過(guò)程是陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，這些過(guò)程之所以能夠持續(xù)進(jìn)行，得益于土壤酶的作用[5]。研究表明，土壤酶與土壤肥力關(guān)系密切[6]，土壤酶在養(yǎng)分循環(huán)中起著很重要的作用而且已被用作微生物活性指標(biāo)，因此用來(lái)評(píng)價(jià)土壤肥力，是潛在的土壤質(zhì)量指標(biāo)。酶活性之所以能成為一個(gè)好的土壤質(zhì)量指標(biāo)是因?yàn)樗诜纸夂偷V化過(guò)程中起著重要作用而且對(duì)土壤管理措施變化反應(yīng)敏感[7]。

綠肥是一種重要的有機(jī)肥源，在我國(guó)有悠久的種植歷史，在提供土壤養(yǎng)分、改良土壤結(jié)構(gòu)、保障糧食安全方面起著重要的作用。化學(xué)肥料的施用使綠肥在我國(guó)的種植和使用面積迅速萎縮，隨著化肥長(zhǎng)期施用，土壤質(zhì)量惡化問(wèn)題日益突出，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料合理配合可以有效改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤質(zhì)量。目前綠肥的研究主要集中在對(duì)作物產(chǎn)量提高[8]、對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響[9]等方面，對(duì)土壤生物學(xué)性狀的影響方面的研究欠缺。本試驗(yàn)主要通過(guò)綠肥壓青對(duì)土壤活性有機(jī)質(zhì)及土壤酶等方面的研究，為綠肥翻壓對(duì)提升土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和土壤理化性狀

湖北省恩施市望城坡村，土壤類型為黃棕壤。土壤理化性狀為pH 6.9，有機(jī)質(zhì)2.39%，全氮0.21%，堿解氮146.13 mg/kg，速效磷34.06 mg/kg，速效鉀160.00 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理（表1），3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積27 m2。綠肥翻壓時(shí)期為移栽前20 d，即4月28日。

表1 試驗(yàn)處理Table 1 Treatments

1.3 取樣與分析

團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期和采烤后取耕層土樣。土壤活性有機(jī)質(zhì)用333 mmol/L KMnO4氧化法測(cè)定[10]，土壤脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法；磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法；過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶采用3-5二硝基水楊酸比色法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié) 果

2.1 不同施肥處理對(duì)土壤活性有機(jī)質(zhì)的影響

從圖1看，和100%化肥處理相比較，施用85%的化肥后翻壓綠肥可以較為明顯的提高土壤活性有機(jī)質(zhì)。所有處理土壤活性有機(jī)質(zhì)在煙草整個(gè)生育期呈現(xiàn)出逐步降低趨勢(shì)，且以 100%化肥處理始終最低，其中以85%化肥+綠肥2（15 000 kg/hm2）在旺長(zhǎng)期土壤活性有機(jī)質(zhì)最高。在采烤后翻壓綠肥各個(gè)處理土壤活性有機(jī)質(zhì)趨于一致，說(shuō)明綠肥帶入土壤的易分解活性部分在翻壓后一段時(shí)間內(nèi)大部分礦化分解。從70%化肥用量下各個(gè)處理與100%化肥處理的比較看出，除 70%化肥+綠肥 2（15 000 kg/hm2）在團(tuán)棵期土壤活性有機(jī)質(zhì)較高外，其他時(shí)期土壤活性有機(jī)質(zhì)和 100%化肥處理基本一致。雖然各個(gè)處理施入的綠肥鮮草量差異較大，但在85%化肥用量下最終土壤活性有機(jī)質(zhì)趨于一致且高于100%化肥處理，而75%的化肥用量下基本和100%化肥處理一致，說(shuō)明在適當(dāng)?shù)幕视昧肯戮G肥翻壓可以提高土壤活性有機(jī)質(zhì)，但當(dāng)化肥用量較低時(shí)，綠肥翻壓在一年內(nèi)對(duì)提升土壤活性有機(jī)質(zhì)沒(méi)有效果，這可能是由于化肥施用量小的情況下，活性有機(jī)質(zhì)極易礦化分解并提供作物養(yǎng)分。

2.2 不同施肥處理對(duì)土壤酶活性的影響

脲酶是土壤中最活躍的水解酶類之一，脲酶的酶促產(chǎn)物銨離子是植物重要的氮素來(lái)源[11]。脲酶的活性與土壤中有機(jī)物質(zhì)含量、氮的供給與利用情況、土壤微生物量及其他養(yǎng)分含量相關(guān)。由圖2可知，不同化肥用量下翻壓綠肥對(duì)土壤脲酶影響不一致。在85%化肥用量下，土壤脲酶活性基本隨綠肥翻壓量提高而提高（綠肥2稍高于綠肥1），當(dāng)綠肥翻壓量超過(guò)22 500 kg/hm2時(shí)（綠肥3），土壤脲酶活性超過(guò)100%化肥處理（成熟期除外）。在70%化肥用量下，除綠肥1處理外，其他處理在各個(gè)時(shí)期土壤脲酶活性均低于 100%化肥處理。總體來(lái)看，在化肥用量達(dá)到常規(guī)用量85%時(shí)，翻壓綠肥可以較大幅度提高煙葉旺長(zhǎng)期土壤脲酶活性，可能有助于土壤中銨離子含量提高，從而提高煙草對(duì)氮的吸收利用。

圖2 不同處理對(duì)土壤脲酶活性的影響Fig.2 Effects of different treatments on soil urease

過(guò)氧化氫酶廣泛存在于土壤中和生物體內(nèi)。土壤過(guò)氧化氫酶能夠促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，可以防止過(guò)氧化氫對(duì)生物體的毒害作用，是生物細(xì)胞的一類保護(hù)酶，保護(hù)細(xì)胞免受各種自由基的毒害。土壤中過(guò)氧化氫酶活性可以用來(lái)表征土壤氧化強(qiáng)度。從圖3看出，不論是85%化肥用量還是70%化肥用量，土壤過(guò)氧化氫酶活性與 100%化肥用量處理相比基本一致。在85%化肥施用量下土壤過(guò)氧化氫酶活性基本隨綠肥施用量增加而提高（綠肥 1除外），當(dāng)綠肥用量達(dá)到30 000 kg/hm2時(shí)，土壤過(guò)氧化氫酶活性稍高于100%化肥處理；在70%化肥用量下，土壤過(guò)氧化氫酶活性隨綠肥施用量增加而降低。

圖3 不同處理對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶的影響Fig.3 Effects of different treatments on soil catalase

磷酸酶是一種水解性酶，酶促作用能夠加速有機(jī)磷的脫磷速度，提高土壤磷素的有效性。土壤有機(jī)磷轉(zhuǎn)化受多種因子制約，有機(jī)磷鹽的轉(zhuǎn)化是有機(jī)質(zhì)礦化過(guò)程的基本部分，磷酸酶參與能酶促磷鹽鍵的水解性裂解。土壤中的磷酸酶有酸性、中性和堿性之分，在不同酸堿性土壤中3種磷酸酶的比例是不同的，因供試土壤為酸性土壤，因此本試驗(yàn)只考慮酸性磷酸酶，另外兩種磷酸酶活性不做考慮。從圖4看出，在85%化肥用量下，土壤酸性磷酸酶隨綠肥用量增加而稍有降低，當(dāng)綠肥用量在 22 500 kg/hm2以下時(shí)，土壤酸性磷酸酶活性稍高于 100%化肥處理，綠肥用量再提高則低于100%化肥處理；70%化肥用量下，綠肥用量在 15 000～22 500 kg/hm2，土壤酸性磷酸酶活性高于100%化肥處理，其余兩個(gè)綠肥處理則稍低于 100%化肥處理。因此可以看出，在適當(dāng)?shù)幕视昧浚?5%～100%化肥之間）和綠肥翻壓量低于22 500 kg/hm2時(shí)，翻壓綠肥可以提高土壤磷酸酶活性。

圖4 不同處理對(duì)土壤酸性磷酸酶的影響Fig.4 Effects of different treatments on soil acid phosphatase

2.3 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分相關(guān)性

在煙草大田生長(zhǎng)期內(nèi)，不同酶和土壤活性有機(jī)質(zhì)之間相關(guān)關(guān)系在不同時(shí)期有較大差異（表3）。團(tuán)棵期脲酶、酸性磷酸酶和土壤活性有機(jī)質(zhì)之間呈正相關(guān)，在煙草成熟采烤期土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶和土壤活性有機(jī)質(zhì)之間均成不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，在整個(gè)生育期內(nèi)過(guò)氧化氫酶和土壤活性有機(jī)質(zhì)均成負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表3 土壤酶活性和土壤活性有機(jī)質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients among soil enzyme activities and soil labile organic matter

3 討 論

土壤質(zhì)量一直是土壤學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。一方面是土壤質(zhì)量高低直接關(guān)系到土壤生產(chǎn)力的水平，另一方面又是整個(gè)生態(tài)環(huán)境中重要的組成部分。綠肥是我國(guó)的傳統(tǒng)肥源，在數(shù)千年的農(nóng)耕歷史中占有重要的地位。由于化學(xué)肥料有施用量小、效果好、易增產(chǎn)等一系列綠肥無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此在 80年代中期我國(guó)化肥產(chǎn)量和施用量急劇增加，導(dǎo)致目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中綠肥種植面積和使用面積極度萎縮。化肥長(zhǎng)期無(wú)節(jié)制施用使土壤養(yǎng)分含量高而土壤生產(chǎn)力低下，土壤質(zhì)量惡化。

土壤活性有機(jī)質(zhì)和土壤酶活性是表征土壤質(zhì)量和土壤肥力的兩個(gè)重要指標(biāo)。申進(jìn)文[12]等人研究表明，施用有機(jī)肥可以提高土壤活性有機(jī)質(zhì)和土壤酶活性，且施用不同有機(jī)肥料之間有差異。本研究結(jié)果表明，當(dāng)化肥用量降到當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量的85%時(shí)，翻壓綠肥可以明顯提高土壤活性有機(jī)質(zhì)含量，土壤活性有機(jī)質(zhì)的增加量和綠肥翻壓量之間沒(méi)有明顯的線性關(guān)系，當(dāng)化肥用量降到常規(guī)用量的70%時(shí)，翻壓綠肥對(duì)土壤活性有機(jī)質(zhì)基本沒(méi)有影響，這可能是由于作物對(duì)養(yǎng)分的需求導(dǎo)致綠肥提供的活性有機(jī)質(zhì)迅速被礦化。化肥用量達(dá)到常規(guī)用量85%時(shí)，翻壓綠肥可以較大幅度提高煙葉旺長(zhǎng)期土壤脲酶活性；適當(dāng)?shù)幕视昧浚?5%～100%化肥）和綠肥翻壓量低于22 500 kg/hm2時(shí)，翻壓綠肥可以提高土壤磷酸酶活性。不同處理下土壤活性有機(jī)質(zhì)和土壤脲酶、酸性磷酸酶以及過(guò)氧化氫酶等酶活性之間相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平，這和前人的研究結(jié)果不一致[12]，可能原因是由于不同土質(zhì)、不同降雨、不同氣候條件以及不同施肥水平導(dǎo)致土壤酶活性受到影響，還需要進(jìn)一步探討。

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