不同施肥措施對茶園土壤酶活性及土壤肥力的影響

朱寒陽， 傅海平， 張國林， 周品謙， 鄒冬生

(1.湖南農業大學，湖南長沙 410128； 2.湖南省農業科學院茶葉研究所，湖南長沙 410125)

湖南是我國重要的茶葉生產基地之一，但因湖南是多丘陵地區，土地貧瘠，且茶農對施肥處理不當，使得湖南茶葉的產量與質量較低，同時土壤質量也因此降低；土壤肥力水平在很大程度上受限于土壤酶活性，是因為土壤酶在土壤肥力的演化里起著重要的作用[1]，因此土壤酶活性常被作為反映土壤肥力變化與評價土壤營養物質的循環轉化情況的重要指標之一[2-3]。有研究表明，施有機物料或有機無機配施可以提高土壤多種酶的活性[4-6]，起到提升土壤肥力的作用，但當前對于有機肥應如何配施以及選用何種有機肥效果最佳仍存在爭議。菜籽餅與綠肥作為一種重要的有機肥料，其在減少化肥用量、提高作物產量、培肥土壤地力等方面起著重要作用。本試驗對采用不同施肥措施后土壤酶活性與土壤肥力關系進行研究，通過相關分析，減少化肥施用并為茶園土壤施肥提供更合理的方法，改善生態環境并為湖南茶園土壤減少化肥使用、改善生態環境、發展低碳農業提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地點位于湖南省長沙縣高橋鎮，地處113°19′E、28°29′N，海拔68 m，屬亞熱帶季風氣候。供試土壤為紅壤，pH值為3.8；有機質含量13.17 g/kg，堿解氮含量 95.2 mg/kg，速效磷含量11.77 mg/kg，速效鉀含量 67.03 mg/kg。供試茶樹品種為福鼎大白。

1.2 試驗材料

供試有機肥為菜籽餅，其養分含量分別為：全氮(N)6.25%，全磷(P2O5)2.65%，全鉀(K2O)1.71%，全碳(C)59.2%；化肥為尿素。供試綠肥為湖南省茶葉研究所選育綠肥新品種茶肥1號。

1.3 試驗方法

該試驗于2015年開始，共設5個處理，每個處理3次重復，隨機區組排列，小區面積30.0 m2，具體情況如表1所示。

表1 不同施肥處理的試驗設計

土壤采集時間為2017年4月，各試驗小區內按5點取樣法取樣，采集茶園0～20、20～40 cm土層樣品，混勻。帶回實驗室，去除石礫、植物殘根等雜物，濕土風干后過2 mm篩。

1.4 測定項目與方法

土壤酶活性通過試劑盒方法測量，土壤pH值采用電位法，土壤有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法，土壤全氮含量采用半微量凱氏定氮法，土壤堿解氮含量采用堿解擴散法，土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗顯色分光光度法，土壤速效鉀含量采用醋酸銨提取火焰光度法測定[7]。

1.5 數據分析

數據分析由SPSS 22.0和Excel 2010進行統計分析，Origin 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

脲酶是尿素胺基水解酶的通稱，能將酰胺態有機氮化物水解為植物可直接吸收利用的無機氮化物。由圖1可知，RSC.M脲酶活性與RSC.CF無顯著差異，且RSC.CF的脲酶活性顯著大于RSC、CF、CK(P<0.05)。RSC.M脲酶活性顯著高于CK，且高于RSC、CF處理，但不顯著(P>0.05)。CK處理中脲酶活性低于其他施肥處理，與RSC.M、RSC.CF處理差異顯著。與CK相比，配施菜籽餅的處理中土壤脲酶活性皆有所提高，幅度為3.07%～7.70%。

土壤酸性磷酸酶是土壤供磷能力的重要指標之一，它能促進土壤有機磷的礦化與分解，有助于植物對磷的吸收。CF處理中酸性磷酸酶活性低于其他模式，但僅與RSC.CF差異顯著(P<0.05)，RSC.M、RSC.CF、RSC、CK之間差異不顯著。配施菜籽餅處理的酸性磷酸酶活性比CK高2.15%～4.43%。

蔗糖酶為將土壤中蔗糖分子分解成能夠被植物和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖的水解酶，為土壤生物體提供充足的能源，其活性反映了土壤有機碳累積與分解轉化的規律。由圖1可知，0～20 cm中不同處理中的蔗糖酶活性依次為RSC.M>RSC.CF>CF>RSC>CK，且RSC.M、RSC.CF的蔗糖酶活性與CF處理間皆差異顯著；其中，配施了菜籽餅的處理蔗糖酶活性比CK高24.35%～56.03%。

過氧化氫酶是一種能酶促過氧化氫分解為水和氧，從而解除過氧化氫毒害作用的重要氧化還原酶，在一定程度上表征土壤生物氧化過程的強度。由圖1可知，CK與其他3種配施菜籽餅的處理間差異不顯著，但與CF差異顯著。與CK相比，CF處理的過氧化氫酶活性降低了2.2%；而配施了菜籽餅的處理過氧化氫酶活性降低了1.0～1.8%。

綜合分析來看，配施菜籽餅對土壤酶活性的提高是有效的，將化肥與菜籽餅配施后，土壤酶活性明顯提高。在配施菜籽餅的處理中，RSC.M與RSC.CF對酶活性的提高效果最佳。與CK相比，RSC.M處理的土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性分別提高6.47%、3.77%、56.03%；RSC.CF處理的土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性分別提高7.70%、4.43%、45.34%。

2.2 不同施肥處理對土壤肥力的影響

由表2可知，不同施肥處理下的土壤養分狀況明顯存在差異。與對照(CK)相比，單施化肥(CF)pH值降低3.87%，堿解氮、有效磷、速效鉀這3種土壤速效養分含量變化幅度分別為-27.69%、-55.46%、2.30%，全氮、全磷、全鉀、有機質含量變化幅度則為-12.43%、-2.08%、3.16%%、-20.17%；RSC處理的pH值降低4.84%，堿解氮、有效磷、速效鉀含量幅度變化分別為-12.78%、96.12%、-26.66%，全氮、全磷、全鉀、有機質含量的變化幅度則為5.92%、22.92%、2.21%、6.01%；RSC.M的pH值降低4.60%，堿解氮、速效鉀、全氮含量也分別降低11.16%、9.39%、-3.55%，有效磷、全磷、全鉀、有機質含量則分別提高294.89%、25.63%、0.22%、4.51%；RSC.CF僅pH值這個指標降低7.26%，堿解氮、有效磷、速效鉀這3個土壤速效養分含量分別提高9.52%、218.66%、1.30%，全氮、全磷、全鉀、有機質含量則分別提高25.44%、42.29%、0.44%、28.65%。

從顯著性分析的結果來看，不施肥(CK)處理的pH值最高，且與其他處理差異顯著(P<0.05)；有效磷含量顯著性低于RSC.M，全磷含量則顯著低于RSC.CF，其他土壤肥力指標雖與RSC.M、RSC.CF處理不同，但差異不顯著。單施化肥(CF)處理的有效磷含量亦顯著低于RSC.M，其堿解氮、全氮、全磷、有機質含量則顯著低于RSC.CF。RSC.M與RSC.CF 相比則可以發現，RSC.M的pH值顯著高于 RSC.CF，其他指標差異不顯著。

表2 不同施肥措施對土壤養分含量的影響

2.3 土壤酶活性和土壤肥力因子的相關性分析

由表3可知，過氧化氫酶活性與pH值呈顯著正相關，與其他土壤養分因子皆呈正相關關系但不顯著。脲酶活性與pH值相關系數為-0.778，呈極顯著負相關，與有效磷含量呈極顯著正相關，與全氮、全磷、有機質含量呈顯著正相關。蔗糖酶活性與pH值的相關系數為-0.747，呈極顯著負相關，與過氧化氫酶活性呈負相關，與其他因子呈正相關，與全磷、有效磷含量相關系數為0.610、0.727，呈顯著正相關。酸性磷酸酶活性與pH值的相關性系數為-0.436，與堿解氮、有效磷、全氮、全磷、有機質含量相關性系數分別為0.648、0.795、0.691、0.818、0.778并呈極顯著相關，與全鉀含量、pH值外其他因子呈正相關。脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性間亦均呈顯著性正相關，這表明3種酶在提升土壤肥力、促進土壤養分轉化上起到了重要作用。

表3 土壤酶活性與主要養分含量的相關系數

注：*、**分別代表與對照組相比差異顯著、極顯著。

2.4 茶園土壤肥力的主成分分析

為篩選出影響土壤肥力的主要因子群，將土壤酶活性與土壤肥力因子匯總后進行主成分分析(表4)，前3個主成分的累積方差貢獻率為80.732%(大于80%)，第一主成分方差貢獻率達到50.026%，在3個主成分中為主要影響因子，且第一主成分可作為影響土壤肥力水平的綜合指標來表示土壤的綜合肥力構成(表5)。用線性函數指代土壤綜合肥力(y)與土壤各因子之間的關系可得：

y1=0.084x1+0.836x2+0.685x3+0.887x4-0.629x5+0.737x6+0.826x7+0.375x8+0.793x9+0.922x10+0.922x11+0.891x12

式中：x1～x4代表過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶這4種酶的活性，x5則代表pH值，x6～x8則代表土壤速效養分——水解性氮、有效磷、速效鉀含量，x9～x12則分別表示全氮、全磷、全鉀、有機質含量。根據特征向量，第一主成分中以脲酶與酸性磷酸酶活性，堿解氮、有效磷、全氮、全磷、有機質含量為主導因子，pH值則為限制因子。第二主成分中則以過氧化氫酶、蔗糖酶活性和pH值為主導因子。

表4 供試土壤主成分特征值

3 討論與結論

土壤酶活性變化可以反映土壤養分轉化的動態過程，表示土壤肥力水平[8-9]。本試驗中CF處理的酶活性相比CK變化幅度為-2.21%～29.10%，且過氧化氫酶活性顯著性低于CK處理，這與相關研究結果[10-12]類似，且CF處理脲酶與蔗糖酶活性高于CK處理是因土壤中有機碳增多而獲得短期提高， 其他土壤酶活性降低也印證了長期單施化肥可能會降低土壤肥力水平[13]。

配施菜籽餅的處理中土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性與CK處理相比皆有所提升，這說明配施菜籽餅能夠提升土壤酶活性。將菜籽餅與化肥混合(RSC.CF)處理的土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶以及過氧化氫酶活性與CF處理相比分別提高6.02%、7.48%、12.48%、0.75%。RSC.M脲酶與酸性磷酸酶活性要略低于RSC.CF，但在另2種酶活性高于RSC.CF，且蔗糖酶活性顯著優于RSC.CF。RSC.M的蔗糖酶活性遠高于RSC.CF，這可能與菜籽餅相關，菜籽餅分解有益于促進微生物繁殖并增強微生物活性，從而能夠產生大量土壤酶，從而使RSC.M的酶活性有所提高。而從榮勤雷等的試驗結果[12]來看，RSC.M脲酶活性略低于RSC.CF，是因為綠肥與菜籽餅的施用效果想要達到最佳仍需要更多時間，因此從短期來看，RSC.CF是5種施肥處理中最優的，RSC.M次之。CK過氧化氫酶活性高于其他模式且與CF差異顯著，這可能與綠肥或化肥用量超量有關，這與劉磊等的研究[14-15]一致，是因為肥料的施入增加了土壤中微生物和植物可直接利用的養分，所以土壤過氧化氫酶活性低于不施肥處理。除速效鉀、全鉀含量外，CF其他各項指標均低于CK。這在Ebhin等的試驗中亦有所體現[13，16]，這從土壤肥力因素方面印證了長期單施化肥可能會降低土壤肥力水平。此外，不同的施肥處理土壤養分含量變化表現各異。菜籽餅+綠肥(RSC.M)與化肥+菜籽餅(RSC.CF)這2種施肥處理最優，且除pH值、速效鉀含量、全鉀含量，這2種施肥處理其余各項指標皆優于單施化肥(CF)，RSC.CF堿解氮、全氮、全磷、有機質與CF差異顯著。大量研究表明，有機肥與化肥配施能夠提高土壤中有機質、全氮、全磷、堿解氮和速效磷的含量[16-18]。

表5 供試土壤主成分的規格化特征向量

注：劃線數據為絕對值最大的載荷值。

RSC.M堿解氮、全鉀、全磷、速效鉀、全氮、有機質這6項肥力指標均低于RSC.CF，這可能與土壤微生物分解綠肥需要碳源和氮源有關[18-19]，即當綠肥投入土壤后，雖然增加了土壤中的碳氮量，但是有機物質分解會促進微生物繁殖，增加土壤各類酶的數量使植株與微生物間在土壤碳氮源上產生爭奪，從而在某種程度上抑制了綠肥分解和土壤養分釋放。這與葉協鋒等的研究結果[20]一致。此外，RSC在除全氮含量外各項肥力指標上與RSC.M表現出了相似趨勢，這也證明了綠肥投入量過大導致RSC.M部分指標低于菜籽餅混合化肥RSC.CF。因此，若將綠肥翻壓量進行適當調整，綠肥混合菜籽餅(RSC.M)各項肥力指標或有所提高。

綜上所述，結合酶活性/土壤肥力及主成分分析中土壤肥力的函數表達可知，脲酶活性、酸性磷酸酶活性、堿解氮含量、有效磷含量、全氮含量、全磷含量、有機質含量更高的模式的土壤肥力更好；因此，RSC.CF優于CF，RSC、RSC.M優于CK。由此可見，配施菜籽餅有助于土壤肥力的提升。