生物炭和肥料深施對芝麻田土壤酶活性和產量的影響

呂樹立，郭書亞，任 偉，鄭東方，孟凡玉

(商丘市農林科學院，河南 商丘 476000)

芝麻是我國重要的油料作物之一，河南省是我國的芝麻主產區[1-2]，以商丘為代表的豫東地區芝麻也有大面積種植。商芝156是商丘市農林科學院選育的優良芝麻新品種，具有產量高、抗逆性強、品質優的特點，適宜該地區栽培。目前，豫東地區芝麻發展生產也存在著許多問題，當地農民在芝麻施肥習慣上喜歡施用化學肥料而幾乎不施有機肥。由于肥料撒到土表層，容易揮發或淋溶，肥料利用率低，最終導致芝麻的產量不高[3-4]，施肥過淺,作物生育后期深層根系養分補充不及時,導致中后期營養不足,早衰減產嚴重[5]。相比肥料撒施，肥料深施能夠提高肥料利用效率，增加作物產量[6]。

生物炭作為土壤改良劑，在農業生產上已廣泛應用，它具有含碳量高、孔隙度高、吸附力強、營養豐富等特點[7-11]。前人研究表明，施用生物炭能夠改善土壤結構、減少水分和養分的流失、保水保肥效果好，然而產量結果不一致[12-13]，并且前人的研究主要集中在水稻、玉米等作物上[14-18]，而對芝麻的研究鮮見報道。本試驗研究了生物炭+肥料深施對芝麻田土壤酶活性和產量的影響，以期為商芝156的高產、高效栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在商丘市農林科學院試驗示范中心(34°31′ N，115°42′ E)進行。試驗區常年平均日照時數2200～2400 h，氣溫14 ℃，降水量680 mm左右。試驗田土壤為黃潮土，質地中壤，耕層(0～20 cm土層)土壤含有機質13.57 g/kg、堿解氮87.28 mg/kg、速效磷12.17 mg/kg、速效鉀118.64 mg/kg。前茬小麥產量6230 kg/hm2。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理，CK：不施生物炭+肥料撒施，T1：1500 kg/hm2生物炭+肥料深施，T2：3000 kg/hm2生物炭+肥料深施，T3：6000 kg/hm2生物炭+肥料深施。肥料深施為施在兩行之間，深度為15 cm左右。每個處理3次重復，隨機區組排列。本試驗施用史丹利化肥股份有限公司生產的第四元素復合肥(20-6-20)750 kg/hm2。0.4 m等行距種植，15萬株/hm2，行長6 m，8行區，小區面積19.2 m2，田間管理同高產大田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤酶活性的測定 在芝麻苗期(6月25日)、初花期(7月18日)、盛花期(8月10日)、終花期(8月30日)、蒴果成熟期(9月10日)分別取樣。在各小區取0～20 cm深的土樣，每個樣品均為多點采集混合而成，然后用四分法取出足夠的樣品。用手去除石礫和根系，然后風干過篩。

土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法[19]測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法[19]測定；蔗糖酶活性采用比色法[19]測定；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[19]測定。

1.3.2 測產及產量構成因素分析 成熟時每小區隨機連續取樣10株，按常規考種方法調查各小區的單株蒴果數、每蒴粒數和千粒質量等。各小區全部收割，單打單收，測產。

1.4 數據處理

采用Excel 2003軟件進行數據處理，采用DPS 7.05軟件進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 對土壤脲酶活性的影響

從圖1可以看出，土壤脲酶活性隨著芝麻生育期的推進，呈先升高后下降的趨勢，在盛花期達到峰值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理的土壤脲酶活性均高于對照，在苗期分別比對照高0.58%、0.88%、1.46%，各處理之間差異不顯著；在初花期分別比對照高3.55%、7.87%、12.94%；在盛花期，分別比對照高5.35%、11.07%、17.5%，各處理之間差異顯著；在終花期，分別比對照高5.28%、10.79%、18.23%，各處理之間差異顯著；在成熟期，分別比對照高5.63%、12.32%、22.54%，各處理之間差異顯著。

圖1 不同處理對土壤脲酶活性的影響

2.2 對土壤堿性磷酸酶活性的影響

從圖2可以看出，土壤堿性磷酸酶活性呈先升高后下降的趨勢，在終花期達到最大值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理的土壤堿性磷酸酶活性均高于對照，在苗期，分別比對照高4.23%、5.63%、9.86%，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施與對照之間差異不顯著，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施和6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理顯著高于對照，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施與6000 kg/hm2生物炭+肥料深施之間差異不顯著；在初花期，分別比對照高4.71%、9.41%、14.12%，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施與對照之間差異不顯著，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施和6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理顯著高于對照，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施與6000 kg/hm2生物炭+肥料深施之間差異不顯著；在盛花期，分別比對照高4.72%、11.32%、22.64%，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施和6000 kg/hm2生物炭+肥料深施均顯著高于噴灌+種溝施肥和對照，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施與對照之間差異不顯著；在終花期，分別比對照高7.96%、17.70%、30.97%，各處理之間差異顯著；在成熟期，分別比對照高9.72%、22.22%、41.67%，各處理之間差異顯著。

圖2 不同處理對土壤堿性磷酸酶活性的影響

2.3 對土壤過氧化氫酶活性的影響

從圖3可以看出，土壤過氧化氫酶活性隨著生育期的推進，呈先升高后下降的趨勢，在盛花期達到峰值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理土壤過氧化氫酶活性均高于對照，在苗期，分別比對照高2.49%、2.49%、3.48%，各處理之間差異不顯著；在初花期，分別比對照高5.88%、12.11%、18.69%，各處理之間差異顯著；在盛花期，分別比對照高5.65%、12.00%、19.53%，各處理之間差異顯著；在終花期，分別比對照高6.19%、12.68%、23.01%，各處理之間差異顯著；在成熟期，分別比對照高5.76%、12.95%、25.18%，各處理之間差異顯著。

圖3 不同處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

2.4 對土壤蔗糖酶活性的影響

從圖4可以看出，土壤蔗糖酶活性隨著生育期的推進，呈先升高后下降的趨勢，在盛花期達到峰值。1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理土壤蔗糖酶活性均高于對照，在苗期，分別比對照高1.97%、2.28%、2.75%，各處理之間差異不顯著；在初花期，分別比對照高2.07%、4.58%、6.51%，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理顯著高于對照，與1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理差異不顯著，1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施與對照之間差異不顯著；在盛花期，分別比對照高2.80%、5.66%、12.58%，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施處理顯著高于其他處理，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施顯著高于對照，與1500 kg/hm2生物炭+肥料深施處理差異不顯著；在終花期，分別比對照高6.57%、10.68%、18.30%，各處理顯著高于對照；在成熟期，分別比對照高8.94%、15.94%、24.33%，各處理之間差異顯著。

圖4 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響

2.5 對產量的影響

從表1可以看出，不同處理下單株蒴數差異顯著，具體表現為6000 kg/hm2生物炭+肥料深施>3000 kg/hm2生物炭+肥料深施>1500 kg/hm2生物炭+肥料深施>對照；單蒴粒數差異不顯著；6000 kg/hm2生物炭+肥料深施千粒重顯著高于其他處理，3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施與對照差異不顯著；最終6000 kg/hm2生物炭+肥料深施產量最高分別比3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施、對照高28.58%、43.27%、63.50%，各處理之間差異顯著。

表1 不同處理對芝麻產量及其構成因素的影響

3 結論與討論

劉元生等[20]認為施用5%～10%生物炭可增加白菜和萵筍的土壤酶活性。武鵬等[5]研究了肥料深施能夠增加本層土壤酶活性。本試驗結果表明，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施能夠不同程度地增加土壤酶活性，這主要由于對照即不施生物炭+肥料撒施處理容易造成肥料利用率低、供肥透氣性差，不利于有益微生物的生長，增施生物炭能夠改善土壤水肥氣熱條件，由于微生物的活動而增加了土壤酶活性，這與前人研究結果基本一致。許云翔等[16]通過連續施用6年生物炭試驗認為這能夠增加土壤脲酶和酸性磷酸酶活性，且在不同程度上抑制土壤FDA水解酶和芳基硫酸酯酶的活性，但對于生物炭+肥料深施多年以后的影響有待進一步研究。

施用生物炭對不同作物的影響已有許多研究。適量的生物炭對作物產量有積極的影響。劉元生等[20]研究表明施用5%～15%生物炭能夠明顯提高白菜和萵筍的產量。劉慧敏等[18]研究指出適量的生物炭能夠增加谷子生物量。孟繁昊等[21]研究表明：8 t/hm2生物炭配施250 kg/hm2氮，玉米的產量最高，效果最好。程效義等[22]研究得出適量的生物炭與肥料配施可促進玉米的干物質積累、提高產量、優于單施化肥；而過量的生物炭用量會抑制玉米生長,導致玉米產量下降。但闞正榮等[23]研究指出低量生物炭對夏玉米產量無影響,中、高量的施用會降低夏玉米和周年產量。本研究得出，生物炭+肥料深施能夠顯著增加芝麻產量，6000 kg/hm2生物炭+肥料深施、3000 kg/hm2生物炭+肥料深施、1500 kg/hm2生物炭+肥料深施分別比對照高12.72%、25.60%、61.50%，且各處理之間差異顯著。