長期沼肥深施對果園土壤養分和酶活性的影響

陳 霞，羅友進，程玥晴，吳純清，張義剛

(重慶市農業科學院，重慶 401329)

合理施肥、維持土壤肥力、兼顧生態環境效應是農業研究領域的重要挑戰之一。當前農業生產中單施及過度施用化肥引起的環境問題尤為普遍[1-2]。隨著我國化肥、農藥雙減政策的提出，替代化肥的相關新型肥料研究發展迅速[3-4]。近年來，隨著我國沼氣工程的大力發展，雖然在一定程度上緩解了能源需求，但同時也產生了大量、連續的沼液、沼渣，如果無法及時處理,將會污染環境，所以將其作為肥料用于農業生產是有效解決環境污染問題的途徑之一。沼肥將有機肥、化肥和微肥三者的優勢結合了起來，既具有長效性、速效性和增效性，又具有營養全面、作用持久的特點，能改善土壤理化性質，增強土壤肥力[5]。目前，農業生產中不同土壤、不同作物沼肥的最佳施用方法及施用量尚無系統的研究報道。深施是提高肥料肥效的有效途徑之一，既能延長肥效，避免其揮發損失，又有利于作物根系吸收養分[6]。史曉楠等[7]研究發現，施肥深度決定肥料濃度峰值的位置，而對濃度值本身無顯著影響，深施在作物根系生長區可以更有效地發揮肥效。如何提高沼肥肥效，增加土壤消納量，減少化肥用量是作物提質增效、促進土壤生態環境良性循環、發展生態農業的有力措施。因此，本研究以柑橘果園為對象，研究了不同量沼肥深施對其土壤肥力和土壤酶活性的影響，以期為沼肥的合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗果園為重慶江津示范基地柑橘果園代表性地塊，位于重慶市江津區先鋒鎮仙池壩(29°13′ N，106°17′ E)，平均海拔295 m。該柑橘果園土壤為紫色壤土，由沙溪廟組母質風化而成，土層厚度65 cm以上。土壤的基本理化性質：pH值6.32、有機質含量10.3 g/kg、全N含量0.88 g/kg、全P含量0.26 g/kg、全K含量15.2 g/kg。本試驗在園區內土壤地質均一、地形一致的地塊進行，供試果樹為10年生渝紅橙/枳橙砧柑橘品種。

供試沼肥為江津試驗基地養豬場豬糞-秸稈混合原料沼氣發酵后，經沼渣泵剪切勻漿調配成干物質含量15%的液態沼肥。沼肥的養分含量：有機質含量68.5 g/kg、全N含量5.24 g/kg、全P含量1.85 g/kg、全K含量3.08 g/kg。供試肥料為柑橘專用復合肥(N-P-K配比為18∶8∶16)，購買于九禾股份有限公司。

1.2 試驗設計

1.2.1 試驗小區設計 果園系統沼肥深施試驗于2014年3月上旬開展，于2017年6月9日采集土壤樣品。試驗小區面積為9 m×50 m，果樹種植株行距為3 m×3 m，小區間以60 cm排水溝隔離。深松作業采用翼鏟式深松機，翼鏟入土深度>30 cm，深松行間距50 cm，翼鏟數2～5可調節，工作幅寬200 cm。試驗設置5個處理：(1)CK：單施柑橘專用復合肥(500 kg/hm2)；(2)T0：果園行間未深松處理+沼肥灌溉45 t/hm2；(3)T2：果園行間2條深松溝+沼肥灌溉135 t/hm2；(4)T3：果園行間3條深松溝+沼肥灌溉180 t/hm2；(5)T5：果園行間5條深松溝+沼肥灌溉270 t/hm2；每個處理3次重復，共15個試驗小區，隨機區組排列。各處理在春梢萌發期和壯果期均施用柑橘專用復合肥追肥,柑橘生長過程中各小區獨立排灌，其他生產管理方式保持一致。

1.2.2 樣品采集 2017年6月9日采集土壤樣品，在每個小區設置3個采樣點，于樹冠邊緣垂直下方，分別采集0～20、20～40、40～60 cm共3個土層的原狀土，同一土層的土樣采用四分法均勻混合成1個樣品，約為2 kg。其中土壤鮮樣用于測定土壤酶含量，自然風干后用于土壤有機質、全N、全P、全K、鉻、汞、砷、銅、鋅、鉛、鎘等含量測定分析。

1.3 測定項目與方法

土壤養分采用的測定方法：全N采用自動定氮儀法；全P采用堿溶-鉬銻抗分光光度法；全K采用火焰光度計法；土壤有機質采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法；鉻、銅、鋅采用火焰原子吸收分光光度法；汞、砷采用原子熒光法；鉛、鎘采用石墨爐原子吸收分光光度法；土壤蔗糖酶采用硫代硫酸鈉滴定法；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；脲酶采用靛酚藍比色法；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法。

1.4 數據處理

采用SPSS 21.0和Excel 2010等軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理土壤養分的變化

柑橘果園沼肥定位試驗發現，同一處理有機質含量呈現逐層遞減趨勢，T2和T3在20～40和40～60 cm土層間差異不顯著，其他處理隨著土層深度的增加，有機質含量顯著降低；在0～20 cm土層，其他處理有機質含量均顯著高于CK，且T5與T0、T2和T3差異顯著；在20～40 cm土層，除T5外，其他處理與CK差異皆不顯著；在40～60 cm土層，T5最高(13.8 g/kg)，顯著高于CK及其他處理，但T0與CK差異不顯著。高量沼肥深施(T5)能有效提高各土層中有機質含量，中量沼肥深施(T2和T3)能提高0～20、40～60 cm土層中有機質含量，而未深松低量施用沼肥(T0)僅能提升0～20 cm土層中有機質含量(圖1)。

注：不同大、小寫字母分別表示同處理不同土層之間在0.01、0.05水平下差異極顯著。下同。

同一處理各土層全N含量隨土層深度的增加而減少，除CK外，0～20 cm土層顯著高于其他2個試驗土層。在0～20 cm土層，各處理全N含量間差異不顯著，但都顯著高于CK；在20～40 cm土層，T5最高(1.05 g/kg)，顯著高于CK及其他處理；在40～60 cm土層，T2、T3和T5顯著高于CK和T0，T0和CK間差異不顯著。高量沼肥深施后，各土層全N提升效果都明顯優于CK，增幅23.5%～44.1%，且在20～40 cm和40～60 cm土層中全N含量顯著高于未深松低量沼肥處理(圖1)。

同一處理各土層全P含量變化趨勢與全N含量變化趨勢相似。在0～20 cm土層，各處理全P含量都顯著高于CK，且T3和T5顯著高于T2，T2顯著高于T0；在20～40 cm土層，T2全P含量顯著高于其他處理，T3和T5與CK差異顯著；在40～60 cm土層，T2、T3和T5全P含量均顯著高于CK，但T0和CK無顯著差異。中、高量沼肥深施處理都能顯著提高各對應土層全P含量，T2、T3和T5分別較CK提高了56.1%～94.8%、40.2%～114.2%和36.9%～122.0%(圖1)。

與有機質、全N和全P相比，同一處理各土層間全K含量變化幅度相對較小。在0～20 cm土層，T0和T3顯著高于CK，其他處理均不存在顯著性差異；在20～40 cm土層，T0和T2顯著高于CK；在40～60 cm土層，各沼肥處理均顯著高于CK。沼肥處理能不同程度地增加各土層中全K含量，但各處理間差異無明顯規律(圖1)。

2.2 不同施肥處理土壤酶活性的變化

過氧化氫酶能酶促水解土壤中的過氧化氫，消除其累計對植株產生的毒害作用，保障土壤健康。沼肥深施對果園土壤酶活性的影響如圖2所示。同一處理0～20 cm土層過氧化氫酶活性顯著高于其他土層。在0～20 cm土層，T3顯著高于CK，增加了20.8%；在20～40 cm土層，T5的過氧化氫酶活性最高，顯著高于CK，而其他處理間差異不顯著；在40～60 cm土層，除T2外，其他處理與CK間差異均不顯著。沼肥深施處理中僅中、高量沼肥深施分別能對0～20、20～40 cm土層過氧化氫酶活性有顯著提升作用，長期低量沼肥深施對土壤中過氧化氫酶活性的整體影響不大。

圖2 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

蔗糖酶活性是土壤肥力評價指標之一，生產實踐中常用于反映土壤肥力水平和生物學活性強度。同一處理土壤蔗糖酶活性隨著土層深度的增加呈現遞減趨勢。在0～20、20～40 cm土層，各沼肥處理均顯著高于CK，增幅分別為68.6%～95.7%和40.5%～70.2%；在40～60 cm土層，除T2顯著高于CK，T0顯著低于CK外，其他沼肥深施處理與CK間差異均不顯著。不同量沼肥深施都能顯著提高0～40 cm土層中蔗糖酶活性，而對40～60 cm土層中蔗糖酶活性影響不明顯。

脲酶能水解土壤中的尿素，生成銨、二氧化氮和水，常用于表示土壤氮素供應狀況。同一處理各土層脲酶活性與蔗糖酶活性呈現相同的變化趨勢。在0～20 cm土層，T3和T5的脲酶活性顯著高于其他處理，T0、T2與CK間差異不顯著；在20～40 cm土層，各處理間差異都不顯著；在40～60 cm土層，T5顯著高于CK及其他處理，CK與其他各處理間差異不顯著。中量沼肥深施能有效提升0～20 cm土層中的脲酶活性，高量沼肥深施能有效提升0～20、40～60 cm土層脲酶活性，而未深松處理對土壤中脲酶活性影響不大。

堿性磷酸酶能提高土壤磷素的有效性，增進作物對磷素的吸收。同一處理0～20 cm土層堿性磷酸酶活性顯著高于其他土層，其他兩層差異不顯著且無明顯規律。在0～20 cm土層，各處理間堿性磷酸酶活性差異均不顯著；在20～40 cm土層，T2和T3顯著高于CK，分別增加了27.6%和61.8%，T0和T5與CK差異不顯著；在40～60 cm土層，各沼肥處理均顯著高于CK，增幅為23.0%～48.7%。沼肥處理均能有效增加深層土壤堿性磷酸酶活性，其活性整體上隨著沼肥施用量和深松溝數量的增加而略微呈現升高的趨勢。中量沼肥深施對增加堿性磷酸酶活性的效果尤其顯著。

3 討論

3.1 沼肥深施對土壤養分的影響

沼肥富含有機質、N、P、K和礦物質等多種作物生長發育所需的營養成分，不僅增加了土壤有效養分和改善了土壤理化性質，而且對土壤的生物化學特性有顯著的影響[8]。

研究表明，隨著沼肥施用量的增加，土壤中各養分含量亦逐漸增加。對土壤養分的貢獻量達到了常規施用化肥的養分水平。施肥方式(沼肥)與耕作方式(深松)的合理協作對提升土壤養分效果良好。較常規化肥施用，高量沼肥深施(T5)能顯著提高柑橘園各土層有機質、全N和全P含量；中量沼肥深施(T3、T2)能顯著提升0～20、40～60 cm土層的有機質、全N以及各土層全P含量；未深松低量施用沼肥(T0)僅能提升0～20 cm土層的有機質、全N和全P含量；T3、T5處理對提升深層土壤全K含量的效果顯著。研究結果與鐘必鳳等[9]的研究相較而言，有效提高了梨園深層土壤(30～60 cm)中全N和速效K含量，但與土壤有機質和有效磷影響不大的研究結果存在差異。研究結果表明，沼肥與深施協作不僅能有效提升多個土層中全N的含量，高量沼肥深施還能顯著提升各土層中有機質和全磷含量。究其原因主要是果園行間深松有效打破了土壤犁底層，增強了沼肥施效，提高了土壤肥力，促進了柑橘植株根系對沼肥養分的充分吸收。本研究中、高量沼肥深施能達到甚至超過柑橘園常規化肥施用的養分貢獻量，為沼肥部分或全部替代化肥的使用提供了理論依據。

3.2 沼肥深施對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤生態系統的重要組成成分，在土壤養分循環中起著重要作用，常作為衡量土壤生態系統質量變化預警和敏感指標[10-11]。其中，土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶等水解酶活性能夠表征土壤碳、氮、磷等養分的循環狀況。研究中，隨著沼肥施用量的增加，土壤酶活性呈上升趨勢。不同量沼肥深施(T2、T3、T5)均能顯著提高0～20、20～40 cm土層中蔗糖酶活性；高量沼肥深施能顯著提升0～20 cm土層脲酶與40～60 cm土層堿性磷酸酶活性；中量沼肥深施能顯著提升0～20 cm土層中脲酶與20～40、40～60 cm土層堿性磷酸酶活性；未深松低量施用沼肥對蔗糖酶以外的酶活性無明顯提升作用；沼肥深施對提高各層過氧化氫酶活性整體影響不大。研究結果與宋震震等[12]的研究結果一致，表明長期施肥能顯著提高土壤中脲酶、蔗糖酶與堿性磷酸酶活性，但施用有機肥效果好于化肥，施用高量有機肥效果好于施用常量有機肥。

4 結論

(1)隨著沼肥施用量的增加，與深施協作能有效提高土壤中養分含量。高量沼肥深施處理(T5)效果最顯著，各土層有機質、全N和全P含量都最高，其中有機質含量提升效果最突出，各土層均顯著高于其他處理。

(2)不同量沼肥深施對土壤酶活性的影響效果存在差異。中、高量沼肥深施對提升多土層蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性效果顯著，即對影響土壤中氮素含量、水溶性有機質含量及土壤通氣狀況影響較大。未深松低量施用沼肥僅對蔗糖酶有顯著提升作用，僅在一定程度上有助于土壤有機質的分解。而不同量沼肥處理對土壤中過氧化氫酶活性整體影響不大。

高量沼肥深施各土層都能達到甚至超過柑橘園常規使用化肥的養分(有機質、全N、全P、全K)貢獻量，中、高量沼肥施用后供試柑橘園土壤不同土層中出現了蔗糖酶、脲酶與堿性磷酸酶活性顯著增高的情況，有助于保障土壤健康。綜上所述，柑橘園通過高量沼肥深施，增加了有效養分向深層土壤的輸送和改善土壤理化性質，促進了植株根系對養分的吸收，防止了營養成分的堆積與浪費，為沼肥部分或全部替代化肥的使用提供了理論依據。