不同施肥模式對(duì)辣椒—冬瓜輪作菜地土壤酶活性的影響

鄧 曉， 陳 淼， 武春媛， 李勤奮

(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所，海南?？?571101； 2.農(nóng)業(yè)部儋州農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，海南儋州 571737

土壤酶是土壤微生物、動(dòng)植物活體分泌和動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放的一種具有生物催化能力的活性物質(zhì)，是土壤組分中最活躍的有機(jī)成分[1]。土壤中一系列生理生化反應(yīng)都需要酶的參與，其活性與土壤環(huán)境質(zhì)量、物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)等密切相關(guān)。研究表明，與其他土壤指標(biāo)相比，土壤酶活性對(duì)施肥管理、土地利用方式變化、種植制度變化的響應(yīng)更快[2]，不僅能表征土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的強(qiáng)弱和土壤綜合肥力，也能作為衡量土壤生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)[3]。通過(guò)土壤酶活性來(lái)評(píng)價(jià)不同農(nóng)藝措施對(duì)土壤肥力和健康的影響已成為近幾年研究的熱點(diǎn)[4-7]。海南屬于我國(guó)南方酸性土壤區(qū)，土壤貧瘠，不同施肥模式對(duì)蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)、菜地養(yǎng)分平衡的影響研究較少。關(guān)于化肥減施、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施等不同施肥模式對(duì)海南露地蔬菜地土壤微生物及酶活性影響的研究鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)針對(duì)以上情況，以海南露地蔬菜辣椒—冬瓜輪作系統(tǒng)為研究對(duì)象，探討不同施肥模式對(duì)菜地土壤酶活的影響，以期獲得維持菜地土壤肥力的最佳模式，為海南省露地蔬菜最佳施肥措施的制定和土壤地力的提升提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于海南省文昌市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所試驗(yàn)基地(19.32°N，110.45°E)。土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤類(lèi)型為磚紅壤，肥力水平較低，土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。試驗(yàn)地常年降水量1 721.6 mm，雨季主要集中在5—10月，降水量占全年的79%；年均溫度23.9 ℃，積溫為8 474.3 ℃，屬熱帶海洋季風(fēng)氣候；極端天氣通常為夏季暴雨和春季干旱。供試?yán)苯菲贩N為湘辣十七號(hào)，湖南湘研種業(yè)有限公司生產(chǎn)；供試冬瓜品種為“改良白粉毛節(jié)瓜”，海南綠禾豐種子種苗有限公司生產(chǎn)。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

施肥模式設(shè)置不施肥(CK)、單施化肥(T1)、單施有機(jī)肥(T2)、施化肥+秸稈還田(T3)、施化肥+有機(jī)肥(T4)、施75%化肥+有機(jī)肥(T5)和施50%化肥+有機(jī)肥(T6)共7個(gè)處理。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，共21個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)為平地，每個(gè)小區(qū)面積50 m2(長(zhǎng)10 m，寬5 m)。監(jiān)測(cè)地塊四周設(shè)置10 m保護(hù)行，監(jiān)測(cè)小區(qū)之間、小區(qū)與保護(hù)行之間均以田埂分隔，田埂寬度24 cm。田埂地面以下部分深60 cm，地面以上部分為10 cm。田埂采用磚混結(jié)構(gòu)，水泥砂漿抹面。試驗(yàn)小區(qū)種植制度為南方濕潤(rùn)平原區(qū)露地蔬菜輪作模式。試驗(yàn)于2015年開(kāi)始，供試作物為辣椒—冬瓜，辣椒季為2015年10月至2016年3月，冬瓜季為2016年4月至2016年8月。辣椒種植密度為45 cm×50 cm單株，每畦栽2行，每個(gè)小區(qū)起壟4個(gè)，壟高20～25 cm，壟寬90 cm，溝寬30 cm；冬瓜采用棚架栽培，種植密度為45 cm×130 cm。每個(gè)小區(qū)種植4列。辣椒種植季各試驗(yàn)小區(qū)施肥量見(jiàn)表2，冬瓜種植季不施基肥，除CK和T2這2個(gè)處理不追施復(fù)合肥外，T1、T3和T4為3個(gè)處理均追施復(fù)合肥2次，2次共追施0.15 kg/m2。此外，T5和T62個(gè)處理2次追施復(fù)合肥分別為0.113、0.075 kg/m2。底肥全部采用條施，追肥采用穴施。除施肥量外，各小區(qū)其他管理模式相同。灌溉方式為滴灌。

表2 試驗(yàn)施肥處理

注：化肥為三元復(fù)合肥(基肥含N、P2O5、K2O分別為15%、15%、15%；追肥含N、P2O5、K2O分別為15%、5%、15%)和鈣鎂磷肥(12%)；有機(jī)肥為商品有機(jī)肥(主要成分為羊糞)；秸稈為玉米秸稈。

1.3 土壤樣品采集與分析方法

土壤樣品于2016年8月9日(冬瓜最后1次采收期)按小區(qū)進(jìn)行采集，每個(gè)小區(qū)均通過(guò)五點(diǎn)采樣法取樣，用經(jīng)過(guò)清潔處理的不銹鋼管取土器垂直采集菜地植株周?chē)?～20 cm深的耕作層土壤，各取樣點(diǎn)取樣量大體一致，混勻后收集。采集的土樣保存于塑料封口袋中，于當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，過(guò)2 mm篩后于陰涼處風(fēng)干備用。土樣風(fēng)干后過(guò)40目篩，分析測(cè)定土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性轉(zhuǎn)化酶、過(guò)氧化氫酶和酸性磷酸酶的活性。各種土壤酶活指標(biāo)均采用試劑盒(蘇州科銘生物技術(shù)有限公司)分析測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作，均值多重比較采用Duncan’s法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對(duì)土壤脲酶活性的影響

脲酶與土壤中氮的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。它能促進(jìn)尿素水解生成氨，有利于植物對(duì)氮素的吸收，常被用來(lái)表征土壤的氮素狀況[8]。圖1表明，T5的土壤脲酶活性最強(qiáng)，T1的土壤脲酶活性最弱。7個(gè)處理中土壤脲酶活性表現(xiàn)為T(mén)5>T4>T6>T2>T3>CK>T1。與CK相比，僅T4、T5這2個(gè)處理的土壤脲酶活性顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)提高，分別提高 30.78% 和50.73%。而T1處理中土壤脲酶活性比CK降低了8.37%，但差異不顯著(P>0.05)。與T1相比，T2、T3、T4、T5、T6這5個(gè)處理的土壤脲酶活性均顯著提高，分別提高了29.82%、28.75%、42.73%、64.5%、32.78%，其中T4、T5這2個(gè)處理極顯著提高。T2、T3、T4、T6這4個(gè)處理間差異不顯著。

2.2 不同施肥模式對(duì)土壤硝酸還原酶活性的影響

硝酸還原酶是植物氮代謝過(guò)程中一種重要的調(diào)節(jié)酶和限速酶。通過(guò)測(cè)定土壤硝酸還原酶的活性可以了解土壤氨轉(zhuǎn)化中脫氮作用的強(qiáng)度。從圖2可以看出，T2的土壤硝酸還原酶活性最強(qiáng)，而T1的最弱。7個(gè)處理中土壤硝酸還原酶活性表現(xiàn)為T(mén)2>T6>T5>T4>T3>CK>T1。CK僅與T2、T1差異極顯著；與CK相比，T2處理土壤硝酸還原酶活性提高了26.24%，而T1降低了17.22%。與T1相比，T3土壤硝酸還原酶活性顯著提高，而其他4種施肥模式的土壤硝酸還原酶活性均極顯著提高，T2、T6、T5、T4和T3處理分別提高了 52.51%、41.61%、3.71%、32.68%、26.74%。T2與T3處理差異顯著，但T2、T6、T5、T44個(gè)處理之間差異不顯著。

2.3 不同施肥模式對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

過(guò)氧化氫酶可以在植物呼吸過(guò)程中將對(duì)活細(xì)胞有害的過(guò)氧化氫分解成水和氧氣，減輕過(guò)氧化氫對(duì)植物的危害，在一定程度上反映了土壤微生物學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度[9]。由圖3可知，T5的土壤過(guò)氧化氫酶活性最強(qiáng)，CK的最弱。7個(gè)處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性表現(xiàn)為T(mén)5>T4>T2>T6>T1>T3>CK。T2、T4、T5、T6與CK處理均，差異顯著，土壤過(guò)氧化氫酶活性比CK分別提高了14.34%、19.39%、27.14%、14.11%，其中T5、T4與CK差異極顯著。與T1相比，僅T5中的土壤過(guò)氧化氫酶活性顯著提高了15.51%，而T4、T2、T6和T1差異不顯著。

2.4 不同施肥模式對(duì)土壤酸性磷酸酶活性的影響

磷酸酶與土壤中磷的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，能夠酶促分解各種有機(jī)磷化合物，使土壤有機(jī)磷脫磷，生成能提供植物生長(zhǎng)所需的無(wú)機(jī)態(tài)磷，從而提高土壤中磷素的有效性。磷酸酶常被用來(lái)表征土壤的磷素狀況[10]。圖4表明，T5的土壤酸性磷酸酶活性最強(qiáng)，而T2的最弱。7個(gè)處理中土壤酸性磷酸酶活性表現(xiàn)為T(mén)5>CK>T6>T1>T3>T4>T2。T2、T3、T4處理的土壤酸性磷酸酶活性均與CK差異極顯著，分別降低了28.35%、14.07%、18.02%；而T1、T5、T6與CK差異性不顯著。與T1相比，僅T2、T4這2個(gè)處理的酸性磷酸酶活性顯著降低，其中T2酸性磷酸酶活性極顯著降低了22.93%；而T3、T5、T6這3個(gè)處理與T1差異不顯著。

2.5 不同施肥模式對(duì)土壤酸性轉(zhuǎn)化酶活性的影響

轉(zhuǎn)化酶能使無(wú)法直接被植物吸收的蔗糖分解成葡萄糖和果糖，對(duì)增加土壤中易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有重要作用[11]，其活性常被用來(lái)表征土壤的熟化程度和肥力水平。從圖5可以看出，T5的土壤酸性轉(zhuǎn)化酶活性最強(qiáng)，而T1的最弱，7個(gè)處理中土壤酸性轉(zhuǎn)化酶活性表現(xiàn)為T(mén)5>T3>T2>T4>T6>CK>T1。其中，僅T3和T5處理的土壤酸性轉(zhuǎn)化酶活性極顯著高于CK處理，分別提高40.9%、60%；而T1處理顯著低于CK處理，降低了20.91%。T2、T3、T4、T5、T6這5個(gè)處理均與T1有極顯著差異，分別提高32.18%、78.16%、31.03%、102.3%、31.03%。

3 討論與結(jié)論

土壤中一切生化反應(yīng)都是在土壤酶的參與下完成的，土壤酶活性的高低能夠反映土壤微生物活性和土壤肥力水平[12]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在0～20 cm土層中，T2、T3、T4、T5、T6這5種施肥模式的土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性轉(zhuǎn)化酶活性均顯著高于T1和CK。說(shuō)明單施有機(jī)肥和化肥有機(jī)肥配施模式較單施化肥模式均能明顯提高菜地土壤酶活性。這是因?yàn)榕c不施肥和單施化肥相比，增施有機(jī)肥不僅帶入了豐富的微生物，還能增加土壤養(yǎng)分，激發(fā)土壤的生物學(xué)活性，進(jìn)而明顯提高土壤酶活性[13-15]?；视袡C(jī)肥配施還能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[16-18]，為各種酶類(lèi)提供更多的酶促基質(zhì)，同時(shí)也能提高土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性及其活性[19]，從而間接促進(jìn)土壤酶活性的提高。此外，長(zhǎng)期單施化肥可導(dǎo)致土壤板結(jié)、酸化、鹽漬化等問(wèn)題，間接降低了土壤酶活性[20]。所以，化肥、有機(jī)肥配施模式的土壤酶活性明顯高于單施化肥模式。這與艾孜古麗·木拉提等的研究結(jié)果[21-25]一致。在0～20 cm 土層中，T2處理的土壤酸性磷酸酶活性極顯著低于T1、CK處理。這是因?yàn)榱追士擅黠@促進(jìn)土壤磷酸酶的活性[24]，而單施有機(jī)肥處理無(wú)磷肥的施入，本試驗(yàn)所施用的有機(jī)肥(羊糞)的磷含量也較低(0.42% P2O5)。T1處理中土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性轉(zhuǎn)化酶活性均顯著低于CK。這可能是因?yàn)閱问┗蕦?dǎo)致了土壤無(wú)機(jī)養(yǎng)分升高，從而抑制土壤酶的產(chǎn)生[25]，也可能是單施化肥會(huì)造成土壤碳氮比降低，微生物多樣性降低等多種原因綜合所致。綜上所述，單施有機(jī)肥或者單施化肥均會(huì)因施肥模式單一而造成某種土壤酶活性較低，相比之下，有機(jī)肥與化肥配施能夠使土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶以及酸性轉(zhuǎn)化酶活性均保持較高水平，進(jìn)而為作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤生物化學(xué)環(huán)境。

本試驗(yàn)研究了7種施肥處理下土壤脲酶活性表現(xiàn)為 T5>T4>T6>T2>T3>CK>T1；硝酸還原酶活性表現(xiàn)為T(mén)2>T6>T5>T4>T3>CK>T1；過(guò)氧化氫酶活性表現(xiàn)為T(mén)5>T4>T2>T6>T1>T3>CK；酸性磷酸酶活性表現(xiàn)為T(mén)5>CK>T6>T1>T3>T4>T2；酸性轉(zhuǎn)化酶活性表現(xiàn)為T(mén)5>T3>T2>T4>T6>CK>T1。上述結(jié)果表明6種不同施肥模式中土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、酸性磷酸酶和酸性轉(zhuǎn)化酶的活性均以T5處理最高，說(shuō)明化肥有機(jī)肥配施且減施25%化肥的施肥模式是能維持辣椒—冬瓜輪作菜地較高的土壤肥力，促進(jìn)菜地土壤可持續(xù)利用的一種高效施肥模式。