不同施肥措施對土壤養分及酶活性的影響*

索文康，胡晨陽，楊金翰，史海潮，田小明

（河北北方學院農林科技學院，河北 張家口 075000）

0 引言

土壤酶是一類具有生物催化性質的活性蛋白質。土壤微生物、動植物殘體及作物的根系分泌物是影響土壤酶活性的主要因素[1]。并且其直接參與土壤的物質循環與能量流動，包括對化合物的合成與分解，養分的固存與吸收[2]，是反映土壤肥力的重要部分。此外土壤中氮、磷、有機質的含量也隨土壤酶活性的變化而變化。鄢紫薇[3]的研究表明，有機質與水分含量會影響土壤中過氧化物酶和酚氧化酶活性；閆東良[4]的研究表明，施用緩釋復合肥可以提高土壤酶活性及氮素含量，同時延緩了地上部作物的衰老。因此研究不同水肥管理措施下，土壤氮、磷含量及酶活性的變化機制，對調控土壤肥力和制定合理的養分管理措施具有重要意義。

高分子材料是一類具有緩釋作用的高分子聚合物，無毒無味，結構穩定。施用可降低地表徑流，降低土壤侵蝕，減少土壤養分流失[5]，提高土壤中的氮、磷、鉀的含量和作物對微量元素的表現利用率，進而起到改良土壤性狀，提高土壤肥力的效果。同時減輕了由于大量施入氮肥而對土壤造成的肥害，為作物高產提供了有利的外界環境基礎。李晶晶[6]等的研究顯示，高分子材料的保水范圍在50 cm以內的土層，且具有一定的時效性，對高分子材料的緩釋范圍有了一個明顯科學的規范。趙海東[7]研究表明，高分子材料可以提高土壤固存水肥的能力，并對作物產量有積極影響。

目前對于高分子材料緩釋性能的研究對象和施用方式都較單一[8-10]，大多是在固體覆膜和一次施入方面。而對于水溶性高分子材料緩釋特性的研究較少，特別是在水溶性高分子材料作用下，對土壤養分含量及酶活性的影響機制需要進一步明確。因此本研究采用不同方式施加水溶性高分子材料，明確水溶性高分子材料的不同施用方式對土壤養分和酶活性緩釋能力的影響。為減少施肥次數，節約勞動成本，提高經濟效益提供理論基礎。為實現具有區域特色的農業高效生產，提供理論支持和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗時間為2020年12月至2021年3月。試驗地位于河北北方學院南校區實驗站（北緯40°67′，東經114°92′）。海拔高度為500～800 m，地勢較低。年降水量為330～400 mm。該地區屬于石灰性栗鈣土，土壤全氮含量為1.13 g/kg，有機質含量為10.67 g/kg，速效磷含量為130 mg/kg，速效鉀含量為160 mg/kg，pH7.2～7.4。由于水土流失，耕作粗放，土壤養分含量普遍偏低。其氣候特點是：四季分明，冬季寒冷時間長；春季干燥沙塵天氣居多；夏季高溫集中降雨不均勻；秋季風沙較大氣溫較低。

1.2 試驗材料

供試肥料：復合肥是由尿素和磷酸二銨配置（質量比N∶P∶K=15∶10∶8），高分子材料是將聚丙烯酰胺和聚乙烯醇制成溶液，在一定溫度下通過硫酸錳進行交聯合成的新型水溶性高分子材料（有效成分為2%）。

1.3 試驗設計

試驗采用室內盆栽方法。試驗共設置7個處理（詳見表1），每個處理5次重復。

表1 試驗各處理肥料施用情況 g/kg

1.4 測定指標及方法

在莜麥成熟期對盆栽土壤進行取樣，濕土和干土分開處理并保存。干土用于測定土壤速效磷、硝態氮、全氮和有機質的含量；濕土用于測定土壤酶活性，包括蔗糖酶、β -葡萄糖苷酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶。其中，土壤速效磷采用鉬銻抗比色法，硝態氮采用紫外分光光度法，全氮采用凱氏定氮法，有機質采用滴定法，蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，β-葡萄糖苷酶采用分光光度法，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，多酚氧化酶采用比色法。

1.5 數據統計分析

采用Excel 2010對數據進行預處理，使用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析（ANOVA）、多重比較和數據相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥措施對土壤養分含量的影響

由表2可知，不同施肥處理（N1、N2、N3、P1N、P2N、P3N）的土壤硝態氮、速效磷和全氮的含量均顯著高于CK。P2N、P3N處理與單施復合肥（N1、N2、N3）相比土壤速效養分（硝態氮、速效磷）含量存在顯著差異。其中P2N處理較N1、N2和N3硝態氮含量分別提高了4.06%、1.33%和4.44%，速效磷含量分別提高了80.54%、18.46%和79.79% ；P3N處理較N1、N2和N3硝態氮含量分別提高了4.69%、1.95%和5.07%。與單施復合肥相比，在復合肥不同時期添加高分子材料對土壤全氮和有機質含量的影響并未達到顯著水平。

表2 不同處理對土壤肥力的影響

2.2 水溶性高分子材料對土壤酶活性的影響

不同復合肥-高分子材料施用方式對土壤酶活性的影響如表3所示，與CK相比，各施肥處理（P1N、P2N、P3N、N1、N2、N3）顯著提高了土壤β -葡萄糖苷酶的活性，增幅為6.48%～13.89%。P1N、P2N和P3N的土壤蔗糖酶活性較CK增加了63.76%、74.50%和78.52%（p ＜0.05）。對土壤過氧化氫酶和多酚氧化酶活性分析表明，各施肥處理均較CK處理有顯著降低。

表3 不同處理對土壤酶活性的影響

2.3 不同土壤養分含量與土壤酶活性的相關性

施用復合肥-高分子材料處理的土壤酶活性與土壤化學性質的相關關系如表4所示。土壤全氮與土壤有機質含量呈極顯著正相關。土壤速效養分（硝態氮、速效磷）含量與4種酶活性（蔗糖酶活性、β -葡萄糖苷酶活性、過氧化氫酶和多酚氧化酶）均呈極顯著相關，其中，土壤硝態氮、速效磷與蔗糖酶活性、β-葡萄糖苷酶活性呈正相關，與過氧化氫酶和多酚氧化酶活性呈極負相關。蔗糖酶活性與過氧化氫酶活性呈顯著負相關，與多酚氧化酶活性呈極顯著負相關。多酚氧化酶與過氧化氫酶之間呈顯著正相關。

表4 土壤養分含量與酶活性的相關關系

3 討論

研究表明，施用一定量的高分子材料可降低土壤密度，提高土壤孔隙度[11]，增加土壤入滲率，減少土壤侵蝕，確保干旱條件下土壤水分的可控釋放，從而減少水分脅迫，加速土壤有機質的分解和礦化，提高土壤養分含量及微生物活性[12-14]；此外，過量施用保水劑也可使土壤板結，直接導致土壤系統缺氧、缺水和缺肥，使作物減產[15]。本試驗結果表明，P2N較單施復合肥處理（N1、N2、N3）硝態氮含量提高了1.33%～4.44%，速效磷含量增加了18.46%～80.54%（表3）。P3N較單施復合肥處理（N1、N2、N3）硝態氮含量提高了1.95%～5.07%。說明施加高分子材料可以顯著提高土壤中速效養分的含量，這是由于高分子材料對土壤養分的緩釋作用，提高了土壤中微生物豐度及活性，對土壤環境的物質轉化循環起到了催化作用，這與前人的研究結果一致[16-18]。在對不同時期施入高分子材料處理的對比中，P2N較P1N、P3N處理的硝態氮、速效磷和全氮含量增加了2.36%～47.50%。說明在莜麥苗期和拔節期施加高分子材料，相較于之前高分子材料與復合肥一次施入的方法，能進一步發揮高分子材料的緩釋作用，提高土壤養分含量。這可能是因為初期過量的高分子材料對土壤養分的固持作用使短時間內大量養分聚集于單位面積的土壤結構中，使土壤富養化，造成土壤不同程度的板結，抑制土壤微生物的活動及繁殖，減少土壤養分的轉化，進而造成土壤貧瘠和作物減產。

土壤酶活性直接影響土壤肥力水平，是表征土壤品質的重要指標[21]。分析土壤酶活性與土壤養分轉化、微生物活性及腐殖質的形成等復雜生化反應密切相關[22]。土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性能直觀反映土壤有機質的積累與轉化，是表征土壤肥力的重要指標[23]。本研究結果表明，單施復合肥和在復合肥基礎上添加高分子材料均可以提高土壤蔗糖酶和β -葡萄糖苷酶活性。與單施復合肥相比，在復合肥基礎上添加高分子材料進一步提高了土壤蔗糖酶活性。這可能是高分子材料分期施入（P2N、P3N）減少了土壤板結，提高了微生物活性及土壤養分轉化，使土壤肥力提高，因此也增加了土壤中蔗糖酶、β -葡萄糖苷酶活性。土壤過氧化氫酶能氧化土壤有機質，其含量決定土壤中腐殖質一類高分子化合物的形成，變化趨勢與多酚氧化酶一致[24]。本實驗也得出相應結論，施用復合肥與高分子材料會顯著降低土壤中過氧化氫酶和多酚氧化酶的活性。原因可能是由于高分子材料自身的緩釋保肥作用，使復合肥聚集于土壤中，形成微生物活動層，從而促進土壤有機態養分元素的釋放和分解，增加土壤腐殖質含量。土壤中腐殖質含量的增加會導致多酚氧化酶活性下降。

有研究表明，土壤酶活性能顯著影響土壤肥力，決定土壤性質[25]。本研究表明，土壤酶活性與土壤硝態氮、速效磷含量存在極顯著相關關系。土壤過氧化氫酶和多酚氧化酶活性與土壤硝態氮、速效磷含量的相關性均表現為極顯著負相關，這與很多研究結論基本一致，劉秀清[26]等、周江濤[27]等也表明多酚氧化酶和過氧化氫酶與土壤有機質含量及速效養分含量呈顯著負相關關系。而陳強龍[28]等認為多酚氧化酶活性與土壤各組分養分含量呈現不相關性，這可能是因為酶活性同時受土壤質地、水分含量、微生物活性、土壤類型等多因素影響的結果。

4 結論

單施復合肥和復合肥+高分子材料均可以提高土壤養分含量和酶活性（蔗糖酶、β -葡萄糖苷酶）。在復合肥基礎上添加高分子材料對提高土壤速效養分（硝態氮、速效磷）含量、土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性更為顯著，但是對土壤全氮、有機質含量增加并不明顯。通過不同處理試驗結果對比表明，在苗期施用0.008 g/kg高分子材料和0.1 g/kg復合肥、拔節期施用0.016 g/kg高分子材料和0.2 g/kg復合肥的處理P2N對土壤速效養分含量及酶活性的提升效果最為明顯。