不同施肥處理對盆栽辣椒土壤酶活性及土壤微生物含量的影響

彭宇，閆會轉，肖中林，賈凱，燕存堯，王妍欣

（新疆農業大學園藝學院/新疆特色園藝作物種質資源與高校生產實驗室，烏魯木齊 830091）

0 引言

【研究意義】過量投入[1]化肥、農藥等，會破環土壤營養結構，土壤中硝酸鹽淋溶[2]。使用肥料增效劑[3]、生物炭[4]、腐殖酸[5]、有機肥、聚谷氨酸[6]等，或與豆科植物輪作[7]，利用水肥一體化減少化肥用量。提高土壤酶活性和微生物含量對促進土壤代謝、增加土壤肥力、優化植物種植技術有重要意義。【前人研究進展】土壤中的氮素大多為有機氮，有機氮只有通過微生物及酶的礦化后才能轉變為植物吸收利用硝態氮和氨態氮[9]。土壤酶作為土壤中的一個重要組分，參與一系列生化反應、土壤發生發育、形成土壤肥力[10]。土壤中微生物是指活的有機體，是最活躍的土壤肥力因子之一。當其類別和數量變化時，通常該土壤的生物活性水平也會相應的發生改變。【本研究切入點】利用有機肥替代化肥對植物產量和品質研究居多[8]，而對有機肥如何改善土壤理化性質和生物學性狀的研究較少。土壤理化環境的改善會促進土壤酶活性及微生物含量。當土壤有益菌含量增加后，會促進植物對養分尤其是氮元素的吸收，進一步提高肥料利用率。有機肥中的養分多以有機態存在而不能被作物直接吸收，需配合無機肥施用，有機肥與無機肥配施便成了提高土壤肥力和增產增收的有效方法。研究有機肥替代化肥后對其土壤酶活性以及微生物含量的影響就顯得尤為重要。【擬解決的關鍵問題】辣椒最佳養分用量指標，建立合理的有機肥與無機肥配施的施肥模式。為化肥減施，有機肥改善土壤理化性質和生物學性狀的研究等提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在新疆農業大學內（86°37′33″～88°58′24″E、42°45′32″～44°08′00″N）進行，該地區為溫帶大陸性干旱氣候，年平均降水286 mm，年平均溫度6.9℃。2020年5～9月的平均溫度為26.4～15.6℃。土壤基本理化性質為容量0.19。孔隙度0.65，酸堿度pH6.66，EC 0.15 ms/cm。

辣椒品種石研天椒（螺絲椒，購自烏魯木齊市頭屯河區五一農場）、紅龍23號（色素椒，購自石河子市）均為新疆地區主栽品種。營養缽長60 cm、寬20 cm、高25 cm。氨基酸液體有機肥（每1g中含N 3.6%、K2O 1.3%及P2O51.2%）由新疆美麗擴科達拉農業科技有限公司提供。其他肥料為普通市售肥料：尿素（含N46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、磷酸二氫鉀（含P2O552%、K2O 34%）、硫酸鉀（含K2O 52%）、腐熟的羊糞。基質配比為草炭∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

分別設6個處理，其中CK處理按照每生產1 000 kg辣椒需吸收純N 3.12 kg、P2O50.88 kg、K2O 3.87 kg施肥。其他處理氨基酸液體肥的量按照減少化肥的含氮量的多少確定。基肥跟追肥比例為4：6，分別于門椒膨大期追施20%、對椒膨大期追施30%、辣椒盛果期追施50%，于2020年5月6日、5月7日定植，栽培管理隨常規。表1、表2

表1 各個時期各處理氮肥施用量及氨基酸肥施用量Table 1 Amount of nitrogen fertilizer and amino acid fertilizer applied in each stage and treatment

表2 各個時期其他類別肥料施用量Table 2 Other types of fertilizer application by period

1.2.2 土樣處理

各處理隨機選取3株，于盛果期（2020年9月17日）采土樣，棄掉表層土及貼營養缽周際土，留根際土壤，pH與EC值的測定使用自然狀態下風干的土樣，測定土壤酶活性與土壤微生物含量需要過40目篩（國家標準分樣篩），土壤酶活性采用自然風干土樣測定，土壤微生物使用鮮土樣測定。

1.2.3 測定指標

采用實驗室pH計FE20（Mettler Toledo）測定pH。采用電導率儀測定EC值。靛酚藍比色法測定脲酶（Urease）活性[11]。使用蘇州科銘生物技術有限公司生產的試劑盒測定過氧化氫酶（Solid-Catalase，S-CAT）和土壤脫氫酶（Soil dehydrogenase，s DHA）。

土壤微生物含量采用傳統的平板計數法（Plate count method）參考[12]方法。細菌、真菌、放線菌分別采用牛肉膏蛋白胨培養基、改良馬丁培養基及高氏1號培養基培養計數，細菌的稀釋濃度分別為10-3、10-4、10-5；真菌的稀釋濃度10-1、10-2、10-3，放線菌的稀釋濃度為10-3、10-4、10-5。

1.3 數據處理

試驗數據利用Excel 2010及SPSS Base Ver.19.0進行處理。

2 結果與分析

2.1 氨基酸液體有機肥部分替代化肥對土壤酶活性的影響

研究表明，氨基酸液體有機肥替代化肥處理脲酶活性水平顯著高于僅使用化肥處理的。且整體趨勢隨著替代量的增加而增加。增長速率先增大后減小，且于T5（即替代量為50%時達到最高）時達到最大值。T4相比CK增長292%，T5相比CK增長332%，T5的替代量可作為最佳替代量。圖1

圖1 不同處理下脲酶活性變化Fig.1 Effect of different treatments on urease activity

氨基酸液體有機肥替代化肥的處理過氧化氫酶活性水平均顯示高于僅使用化肥的處理。整體趨勢呈先升高后降低的趨勢，石研天椒中T2、T3、T4、T5各處理間無顯著性差異。紅龍23號中T1、T2、T3之間無顯著性差異，T4、T5之間無顯著性差異。紅龍23號于T1處理達到最大，最大值較CK增長26.7%，石研天椒于T5處理達到最大，最大值較CK增長21.5%。圖2

圖2 不同處理下過氧化氫酶活性變化Fig.2 Effect of different treatments on Catalase activity

隨著氨基酸有機肥替代量的增加，脫氫酶活性除T3處理外均高于CK處理。T2、T4處理為最加替代量，T4為最佳施肥處理。圖3

圖3 不同處理下脫氫酶活性變化Fig.3 Effect of different treatments on Dehydrogenase activity

2.2 氨基酸液體有機肥部分替代化肥對土壤微生物含量的影響

研究表明，細菌數量最多，放線菌次之，真菌的含量最少。處理間顯示放線菌和細菌的含量會隨著氨基酸液體肥替代化肥量的增加而增加，真菌相反。放線菌，CK于其他處理間均顯示顯著性差異，T3、T4間無顯著性差異。細菌，石研天椒中CK較T1、T2無顯著性差異，T3、T4、T5較CK顯著性增多。紅龍23號中細菌數量顯示先增多后減少的趨勢，但有機肥替代化肥的處理依然高于CK，其中在T4達到峰值。真菌，石研天椒的其他處理較CK的顯著性降低的特點，T4、T5無顯著性差異。其中紅龍23號的其他處理較CK的顯著性降低，但之間無顯著性差異。氨基酸液體有機肥有助于放線菌和細菌含量的提高而抑制真菌的生長。表3

表3 不同處理下微生物含量變化Table 3 Effect of different treatments on microbial content

2.3 氨基酸液體有機肥部分替代化肥對土壤pH及EC值的影響

研究表明，利用氨基酸液體有機肥部分替代化肥后各處理間，pH值較CK處理有所提高，但增加不明顯。利用氨基酸液體有機肥部分替代化肥后各處理間EC值顯示出先升高后降低的趨勢，并在T2達到最高且各處理的EC值均高于CK處理，不同品種之間大體趨勢相同。其中石研天椒品種于T2處理時達到最高，最高值為2.197 mS/cm，T1處理EC值為1.801 mS/cm，剩余處理皆低于1.8 mS/cm。2個品種分別在T3、T4、T5的替代量下差異不顯著。圖4，圖5

圖4 不同處理下土壤p H變化Fig.4 Effect of different treatments on soil pH

圖5 不同處理下土壤EC值變化Fig.5 Effect of different treatments on soil EC value

2.4 各指標之間的相關性

研究表明，pH值與脲酶活性及土壤放線菌數量存在顯著正相關關系，與真菌數存在負相關關系；EC值與過氧化氫酶、脫氫酶活性及放線菌數量呈顯著正相關關系，與真菌數呈負相關關系；脲酶活性與過氧化氫酶活性、脫氫酶活性存在相關性，與放線菌數呈顯著正相關關系，與真菌數呈負相關關系；過氧化氫酶活性與細菌存在相關性，與真菌數呈負相關關系；脫氫酶與細菌數與放線菌數存在顯著正相關關系，2個品種間無顯著性差異。表4

表4 各指標之間相關性Table.4 Analysis of correlation among indicators

3 討論

3.1 氨基酸液體有機肥部分替代化肥對土壤酶活性的影響

脲酶可將土壤中的尿素水解成作為植物氮源之一的氨[13]。過氧化氫酶通過分解過氧化氫來反應土壤的氧化還原能力。清除土壤中的毒害物質，其活性與土壤微生物活動有關，表征著土壤生物氧化過程強弱、土壤的生物化學活性、土壤呼吸強度及肥力狀況[14]。N增加或P減少，會引起土壤酸化，改變土壤養分有效性和微生物結構[4]。

土壤酶作為一種生物催化劑，催化土壤系統內的各類生物化學反應[16]，提高基質生化活性和有機磷的分解、轉化及生物有效性。其直接影響土壤能量代謝、有機碳的含量、物質轉化及養分釋放和固定[17]。被視作表征衡量土壤生物學活性、土壤肥力、環境質量和生產力的重要指標[18-19]。可用來評價土壤中各營養元素之間的轉化，以及不同農業措施對作物需肥特性的影響[20]。

利用堆肥配施化肥處理的sDHA及脲酶活性顯著高于僅使用化肥的處理[21]。有機肥替代處理顯著提高S-CAT活性[22-24]。化肥減量并配施有機肥的情況下同樣顯著提高植煙土壤酶活性，并增加植煙土壤的有機質和活性、有機碳含量[25]。配施有機肥，土壤脲酶、蔗糖酶、S-CAT活性均顯著提高[26-29]。作物種植時間和鹽度也同樣都會對酶活性造成影響。長期施用有機肥使土壤顆粒有機質含量增加，細菌多樣性增加，大部分酶活性增加[30]。以上結論皆與試驗結果相符，試驗中脲酶活性于T5（即替代量為50%時達到最高）時達到最大值。與陳宵宇[31]N3M3（有機肥替代量為50%）的試驗結果保持一致性。根據其試驗結果有機肥的替代量大于50%后脲酶活性將不再繼續升高。酶活性的提高可能與有機肥可以為植物提供豐富的有機氮和有機質有關。氮肥對土壤酶活性的影響與水分供應量有關，低的含水量加低施氮量有利于提高土壤脲酶和S-CAT的活性[32]。也不是越多有機肥替代化肥酶活性越高[33]。有機肥大量投入對脲酶活性提高無促進作用[34]。

3.2 氨基酸液體有機肥部分替代化肥對土壤微生物的影響

土壤中的微生物主要包括細菌、放線菌、真菌三大微生物類群及原生動物和病毒等，其中細菌占土壤微生物總數的70%至90%[35]。土壤微生物的種類與土壤養分含量和農作物產量呈正相關，如真菌可以通過分解木質素、纖維素和果膠增加土壤肥力[36]。植物根系分泌物會吸引有益微生物，幫助植物從土壤中吸收養分、固定N、P、K、促進土壤中養分的轉化與循環、活化土壤養分、提高土壤中氮、磷等元素轉化速率的作用和有機質的礦化分解。土壤微生物含量可用作判斷植物健康狀況的指標、群落的構成，也可用作預測農田可持續發展潛力和科學評價土壤質量的一項指標[37]。

有機肥對土壤微生物群落的影響顯著高于無機肥[38]，可提高土壤微生物群落的平衡性[39]，改善土壤微生物的營養條件，增加功能微生物含量，調節土壤微生物群落結構，顯著提高土壤養分含量[40-41]。有機肥提高微生物含量，在作物根系外圍形成一層保護層，可以減少病原菌的侵入，提高作物抗病能力[42-43]。生物有機肥部分替代化肥增加油菜和萵筍根際土壤細菌和放線菌數量，降低真菌數量，提高土壤質量。并且這種影響于生物有機肥的種類無關[44]。萵苣季和小白菜季生育期間土壤細菌數量呈上升趨勢，真菌、放線菌數量呈先升后降趨勢，且栽培后季整體較前季高[45]。施用有機肥可以引入活性菌群分解有機質，顯著增加細菌生物量，調控土壤微生物群落結構[46]。

試驗結果顯示，施用氨基酸液體肥較僅施用化肥的處理相比顯著提高了放線菌和細菌的含量，抑制了真菌的生長。但三大類群的微生物數量整體低于其前人試驗的研究結果，可能與不同栽培模式有關，耕地的微生物數量要顯著大于基質栽培，亦或是與栽培年限有關。

3.3 不同的施肥處理對土壤p H及EC值的影響

試驗中利用氨基酸液體有機肥部分替代化肥后各處理間測得的土壤pH值較CK處理有所提高，但增加不明顯，與陳金泉等[47]長期施用有機肥替代化肥的處理的pH值顯著高于無機肥處理，證明有機肥可有效緩解土壤酸化的結果不同，可能是因為試驗的年限不同造成的。有機肥處理可以提高土壤有機質含量但對全氮含量無大的影響[48]。與溫延臣等[49]連續3年用有機肥替代化肥與單施化肥相比，土壤全氮和有機質含量顯著提高的試驗結果不同。EC值體現基質中的可溶性離子的濃度，植物生長的EC值的理想值位于1.2～1.8 mS/cm。辣椒發生鹽害的臨界值為1.12，T2的EC大于2，對該處理的養分吸收有一定的阻礙作用。隨著替代量的增加，T3、T4、T5處理EC值含量降低，氨基酸有機肥能夠通過改變土壤中可溶性物質含量以改善土壤質量。

3.4 對土壤酶活性與土壤微生物含量的相關性

試驗結果顯示，3種酶都顯示同土壤微生物含量成極顯著相關，可能與大多數的酶由微生物產生有關。長期施用有機肥可提高土壤酶活性和微生物含量。如在冬小麥與夏季稻輪作種植模式下無機肥減量30%～50%時配施不同比例的有機肥可提高作物產量，土壤脲酶、S-CAT和磷酸酶活性以及土壤微生物總量[50]。在化肥減量20%～40%情況下，配施生物有機肥不僅不會導致棉花減產，還能改善土壤微生物區系結構和土壤酶活性[51]。

4 結論

4.1 氨基酸液體有機肥替代不同比例的化肥后，2個品種的辣椒均顯示土壤脲酶活性、S-CAT活性、sDHA活性增強，酶活性顯示出先升高后變平緩或減低的趨勢。HL中土壤脲酶活性T4處理相比CK增長292%，T5處理相比CK增長332%。2個品種的變化趨勢基本保持一致。S-CAT活性對于SY于T5處理達到最大，最大值較CK增長21.5%。HL于T1處理達到最大，最大值較CK增長26.7%。sDHA活性對于HL在T2達到最高，較CK增長37.2%，于T3到達最小，最CK減少19.5%。SY在T5達到最高，較CK增長26.1%，T3較CK增長0.1%。

4.2 氨基酸液體有機肥替代不同比例的化肥后，提高土壤細菌、放線菌的含量，抑制真菌含量。SY品種中土壤放線菌含量表現為T5＞T4＞T3＞T2＞T1＞CK，其中T5最高為38×104cfu/g。土壤細菌含量表現為T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞CK，其中T4最高為63×104 cfu/g。土壤真菌含量表現為CK＞T1＞T2＞T3＞T4＞T5，其中T5最低為19.33×10 cfu/g。HL各處理不同菌種的含量較SY表現出一致性。

4.3 氨基酸液體有機肥替代的處理較CK對于土壤pH這項指標均表現出增高，但增高不顯著，其中SY中T4處理較CK增長最多，增長0.12。