施肥方式对连作甘薯田土壤团聚体稳定性及酶活性的影响_李敏.pdf

李 敏，刘亚军，王文静，等 施肥方式对连作甘薯田土壤团聚体稳定性及酶活性的影响 江苏农业科学，（）：施施肥肥方方式式对对连连作作甘甘薯薯田田土土壤壤团团聚聚体体稳稳定定性性及及酶酶活活性性的的影影响响李 敏，刘亚军，王文静，胡启国，王红刚，储凤丽（河南省商丘市农林科学院，河南商丘）摘要：研究施肥措施对连作甘薯田土壤团聚体稳定性及酶活性变化的影响，为豫东地区连作甘薯田有机肥的合理施入提供理论依据。试验设不施肥（）、单施化肥（）、单施生物有机肥（）、单施缓控释肥（）、缓控释肥生物有机肥（）、化肥配施生物有机肥（）个处理，测定了不同施肥处理土壤团聚体组成、稳定性、容重、孔隙度、全土酶活性以及团聚体酶活性等指标。结果表明，与 相比，化肥、缓控释肥与生物有机肥配施能够提高 、粒级团聚体质量分数和团聚体、和 值，降低 值；能够提高土壤孔隙度，降低土壤容重。其中，处理土壤容重显著降低 ，、处理土壤孔隙度分别显著提高、；能够提高全土以及团聚体酶活性和 、粒级团聚体脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性贡献率。其中，处理全土脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性分别显著提高 、，处理全土碱性磷酸酶活性显著提高 ；相关性分析结果显示，土壤酶活性变化与土壤结构及团聚体稳定性变化紧密相连。综上所述，化肥、缓控释肥与生物有机肥配施能够改善土壤结构和团聚体组成，提升团聚体稳定性，提高团聚体酶活性及贡献率。其中，化肥配施 生物有机肥处理表现较好。关键词：施肥；团聚体；容重；孔隙度；酶活性 中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：国家甘薯产业技术体系建设专项（编号：）。作者简介：李 敏（），女，河南商丘人，硕士，副研究员，主要从事甘薯新品种选育及栽培工作。：。通信作者：胡启国，硕士，副研究员，主要从事甘薯新品种选育及利用工作。：。甘薯是我国重要的粮食作物，因具有产量高、易栽活、营养丰富等特点，在我国具有较大的种植面积。近年来，随着甘薯产业升级以及能源作物的开发利用，甘薯需求量逐年递增。而受耕地面积、轮作倒茬时间限制，广大种植户在保障甘薯产量的前提下，常年连作种植以及大量施用化肥，造成甘薯根际土壤结构改变，养分及酶活性降低，菌群失衡等问题。且随着施肥时间的延长，连作甘薯田产量下降，品质降低，病虫害频发，严重影响了甘薯产值及产业健康发展。因此，改善连作甘薯田土壤结构，提高土壤生物学活性等问题迫在眉睫。土壤团聚体是由较小土壤颗粒胶结而成的粒状或块状结构体，是土壤结构的基本单元，也是土壤养分的储存库和微生物活动的重要场所，其含量的变化能够直接影响土壤物理结构以及养分供应能力。土壤酶是农田土壤的重要组成部分，能够参与土壤中大多数复杂的生物化学过程，是指示土壤肥力和生物学特性的重要指标。有研究表明，无机肥与有机肥配施能够改变土壤结构，提高土壤酶活性。甘雅芬等研究表明，化肥减量与紫云英还田能够改善土壤团聚体粒径分布，促进较大团聚体形成，提高土壤团聚体稳定性；聂鑫等研究表明，化肥减量 配施紫云英 还田能够显著促进土壤中 、粒级团聚体形成，提高土壤团聚体稳定性，但随着紫云英还田量增加，粒级团聚体比例及团聚体稳定性降低；张帅等研究表明，与单施化肥或生物炭相比，化肥减量配施生物炭能够显著提高、粒径团聚体相关碳转化酶活性，降低 、粒径团聚体微生物熵；李委涛等研究表明，化肥与有机肥配施能够显著提高土壤团聚体平均当量直径，增加土壤酶活性，改善土壤团聚体粒江苏农业科学 年第 卷第 期径结构，提高土壤生产力土壤。缓控释肥能够根据作物需肥特性调控施肥，具有肥效长、肥效高等优点，能够实现简化施肥，省时省力。生物有机肥含有丰富的营养物质和功能菌群，施入土壤中能够改善微生态环境，促进微生物繁殖，提高土壤微生物活性。当前，缓控释肥、生物有机肥在玉米、水稻方面的研究有很多，在甘薯方面的研究相对较少，而关于化肥、缓控释肥与生物有机肥配施对甘薯田土壤团聚体酶活性影响方面的研究更是未见报道。因此，本研究通过化肥、缓控释肥减量与生物有机肥配施，探究连作甘薯田土壤团聚体粒径分布、稳定性、容重、孔隙度、酶活性及团聚体酶活性贡献率的变化规律，找到适宜的施肥模式，旨在为豫东地区连作甘薯田有机肥的合理施入提供理论依据。材料与方法 研究区概况试验于 年在河南省商丘市梁园区双八镇朱庄村（，）进行。试验区域属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均温度 ，年均降水量 ，其中约降水量集中在 月，无霜期 ，年日照时数 。供试土壤为黄潮土黏土质，基础土壤（）理化性质：含全氮 、全磷 、速效钾 、碱 解 氮 、速 效 磷 、有机质 ，值为 。试验地块平整，便于排灌，常年小麦甘薯轮作种植。供试材料供试品种：商薯（商丘市农林科学院生物研究所）；商麦（商丘市农林科学院国家农作物区试站）。供试肥料，复合肥（、含量分别为、，河南亿丰年生物科技有限公司）；缓控释肥（、含量分别为、，湖北金峰农业科技有限公司）；生物有机肥（芽孢杆菌 亿 ，黄腐酸含量，有机质含量，山东泉林嘉有机肥料有限责任公司）。试验设计试验地种植制度常年冬季种植小麦，夏季种植甘薯。小麦季施肥不做特殊处理，按照当地种植习惯进行，甘薯季采用不同施肥措施处理。试验设不施肥（）、单 施 化 肥（）、单 施 生 物 有 机 肥（）、单施缓控释肥（）、缓控释肥 生物有机肥（）、化肥配施 生物有机肥（）个处理，各处理重复 次，共 个小区，随机区组排列。小区面积为 ，甘薯株行距为 ，走道 ，保护行 。单施化肥、缓控释肥、生物有机肥用量分别为、。不同施肥处理肥料均作为基肥在旋耕起垄前一次性施入，生育期内不进行追肥。小麦秸秆、甘薯地上部植株均通过粉粹机直接还田。其他田间种植、管理措施按照本地习惯进行，不做特殊处理。小麦生育期 月 日至翌年 月 日，甘薯生育期 月 日至 月 日。样品采集与项目测定样品采集与处理。于 年甘薯收获前 周通过螺旋土钻利用五点取样法采集 土壤样品，混匀后带回实验室。捡出根系、碎石等杂物后，将土壤样品分成 个部分，一部分摊开自然风干，用于全土酶活性指标的测定；另一部分沿其土壤结构轻轻剥开，尽量避免土块因外力发生形变，自然风干后用于土壤团聚体组成、团聚体酶活性等指标的测定。在用土钻采集样品的同时，利用环刀在每个小区内采集 环刀样品 份，用于土壤容重、孔隙度指标的测定。测试项目与方法。土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性分别采用苯酚钠比色法、高锰酸钾滴定法、磷酸苯二钠比色法和，二硝基水杨酸比色法测定。土壤容重、孔隙度均采用环刀法测定。土壤团聚体组成采取干筛法测定。然后分别测定粒径 、和 团聚体质量，用于土壤团聚体稳定性指标计算。土壤团聚体稳定性及酶活性贡献率计算公式 如下：|；（）|；江苏农业科学 年第 卷第 期团聚体贡献率 （某粒级团聚体酶活性 某粒级团聚体质量分数）全土酶活性。式中：为团聚体平均质量直径；为分形维数；为几何平均直径；为粒径 团聚体质量分数；为 粒径团聚体质量；为 粒径团聚体平均直径；为最大粒径团聚体平均直径；为 粒径团聚体质量占比；（）为 粒径团聚体质量占比；为团聚体总质量。数据处理与分析采用 进行原始数据整理与计算，采用 进行方差分析与相关性分析。其中，不同处理间差异显著性采用新复极差法进行检验（）。结果与分析 不同施肥处理对土壤团聚体粒径分布特征的影响由表 可知，连续 年不同施肥处理条件下土壤各粒级团聚体质量分数表现出明显差异。与 相比，、处理 粒级团聚体质 量 分 数 分 别 显 著 提 高 、.，、处理无显著性变化。其中，不同施肥处理间 处理最大，显著高于、处理；、处理 粒级团聚体质量分数较 分别显著提高.、，处理无显著性变化。其中，不同施肥处理间 处理最大，显著高于、处理；、处理 粒级团聚体质量分数较 分别显著降低 、.、，处理无显著性变化。其中，、处理显著低于其他施肥处理。与 相比，不同施肥处理 粒级团聚体质量分数显著降低 。其中，处理最小，显著低于、处理。、处理 粒级团聚体质量分数较 分别显著降低 、.，其他施肥处理均无显著性变化。表 不同施肥处理条件下土壤各粒级团聚体质量分数的变化处理各粒级团聚体质量分数（）注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异达到显著性水平（）。下同。不同施肥处理对土壤团聚体稳定性的影响不同施肥处理土壤团聚体稳定性变化见表。与 相比，其他施肥处理土壤团聚体几何平均直径（）、平均质量直径（）、粒级团聚体质量分数（）均不同程度提高，分形维数（）均降低。其中，处理 值最大，较、处理分别显著提高 、.、.，与其他处理相比无显著性差异。处理 值次之，但也均显著高于、处理。处理 值、值均最大，较、处理分别显著提高 、和.、，与 处理相比均无显著性差异。与 相比，不同施肥处理 值均降低，但均无显著性差异，不同施肥处理间也均无显著性差异。不同施肥处理对土壤容重与孔隙度的影响不同施肥处理土壤容重与孔隙度变化见图。与 相比，不同施肥处理土壤容重降低，孔隙度增加。其中，、处理土壤容重较 分别显著降低 、，其他施肥处理土壤容重均无显著性变化。不同施肥处理间 处理土壤容重最低，较 处理显著降低 ，与其他处理相比均无显著性差异。、处理土壤孔隙度较 分别显著提高.、，、处理土壤孔隙度无显著性变化。不同施肥处理间 处理土壤孔隙度最大，较其他施肥处理增加 .，显著高于、处理。江苏农业科学 年第 卷第 期表 不同施肥处理条件下土壤团聚体稳定性的变化处理几何平均直径（）平均质量直径（）粒级团聚体质量分数（）分形维数 不同施肥处理对全土酶活性的影响不同施肥处理土壤全土酶活性变化见图。与 相比，、处理土壤脲酶活性分别显著提高 、，、处理无显著性变化。其中，处理脲酶活性最高，较其他施肥处理提高 ，显著高于除 处理外的其他施肥处理。与 相比，、处理土壤碱性磷酸酶活性分别显著提高 、，、处理无显著性变化。其中，处理碱性磷酸酶活性最高，但与 处理相比无显著性差异。不同施肥处理土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性较 分别显著提高 、.。其中，处理过氧化氢酶、蔗糖酶活性均最高，过氧化氢酶活性较、处理分别显著提高.、，蔗糖酶活性较、处 理 分 别 显 著 提 高 、.、.。处理过氧化氢酶与 处理蔗糖酶活性次之，与 处理相比均无显著性差异。不同施肥处理对土壤团聚体酶活性的影响不同施肥处理各粒级团聚体酶活性变化见图。与 相比，不同施肥处理各粒级团聚体脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性均有所提高。其中，处理 、粒级团聚体脲酶活性最高，较 分别显著提高 、.，显著高于、处理；处理活性次之，除 粒级活 性 显 著 低 于处 理 外，其 他 粒 级 均 无 显 著 性 差 异。处理 粒级团聚体脲酶活性最高，较 显著提高 ，显著高于除处理外的其他处理，处理活性次之。图 中 处理 、粒级团聚体碱性磷酸酶活 性 最 高，较 分 别 显 著 提 高 、.、；、粒级活性显著高于、处理，、粒级活性显著高于其他处理；处理 、粒级和 处理 粒级活性次之。处理 粒级团聚体碱性磷酸酶活性最高，较 显著提高 ，显著高于、处理，处理活性次之。图 中 处理 、粒级团聚体过氧化氢酶活性最高，较 分别显著提高 、.、江苏农业科学 年第 卷第 期，显著高于、处理；处理活性次之。处理 、粒级过氧 化 氢 酶 活 性 最 高，较 分 别 显 著 提 高.、，显著高于、处理，处理活性次之。图 中 处理 、粒级团聚体蔗糖酶活性均最高，较 分别显著提高.、。粒级活性显著高于、处理，粒级活性显著高于、处理；处理 粒级与 粒级活性次之。处理 、粒级蔗糖酶活性最高，较 分别显著提高 、.、.，显著高于、处理，处理蔗糖酶活性次之。不同施肥措施条件下土壤各粒级团聚体对酶活性的贡献率变化不同施肥处理土壤各粒级团聚体对土壤酶活性贡献率的变化见图。与 相比，不同施肥处理、粒级团聚体对各种酶活性的贡献率均有所提高，粒级团聚体对各种酶活性的贡献率以及 、粒级团聚体对过氧化氢酶、蔗糖酶活性的贡献率均有所降低，、粒级团聚体对脲酶、碱性磷酸酶活性的贡献率表现出不同的变化。其中，处理 与 粒级团聚体对脲酶、蔗糖酶活性的贡献率最高，较 分别显著提高 、与 、；处理 粒级团聚体对碱性磷酸酶的贡献率最高，较 分别显著提高 、，除 处理 粒级团聚体对碱性磷酸酶活性的贡献率显著低于 处理外，其他 处理指标与 处理均无显著性差异。而、处理 、粒级团聚体对各种酶活性的贡献率较 均有所降低。整体来看，粒级团聚体对脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性的贡献率最高，可达 ；其次为 粒级团聚体，达到 ；粒级团聚体酶活性贡献率最低，仅为 。土壤酶活性与土壤结构指标及团聚体稳定性的相关性分析不同施肥处理条件下土壤酶活性与土壤结构指标及团聚体稳定性的相关性分析见表。脲酶、蔗糖酶与孔隙度、团聚体稳定性值、值、江苏农业科学 年第 卷第 期 值呈极显著正相关（），与容重、值呈极显著负相关（）；碱性磷酸酶与孔隙度、值、值、值呈正相关，与容重、值呈负相关；过氧化氢酶与孔隙度、值、值、值呈正相关，与容重、值呈显著负相关（）。由此可见，土壤酶活性变化与土壤结构及团聚体稳定性变化紧密相连，说明不同施肥措施可以通过改善土壤物理结构，提升团聚体稳定性来促江苏农业科学 年第 卷第 期进土壤相关酶活性的提高。讨论与结论 施肥措施对土壤团聚体、容重及孔隙度的影响土壤团聚体粒径分布变化不仅能够调控土壤养分供应，还能够改变土壤结构与组成。长期施肥对土壤团聚体组成及稳定性具有一定的影响，有研究表明，长期施用有机肥能够促进土壤大粒径团聚体形成。但也有研究表明，外源有机物的摄入对土壤团聚体组成的影响并不显著，甚至能够导致土壤团聚体稳定性降低。本研究结果表明，化肥、缓控释肥配施生物有机肥或单施生物有机肥能够江苏农业科学 年第 卷第 期表 不同施肥处理条件下土壤酶活性与土壤结构指标及团聚体稳定性的相关性分析指标相关系数脲酶碱性磷酸酶过氧化氢酶蔗糖酶容重孔隙度几何平均直径平均质量直径大粒径团聚体分形维数碱性磷酸酶 过氧化氢酶 蔗糖酶 容重 孔隙度 几何平均直径 平均质量直径 大粒径团聚体 分形维数 注：、分别表示在、水平上显著相关。提高土壤 、粒级团聚体质量分数以及团聚体、和 值，降低 值；能提高土壤孔隙度，降低土壤容重。这与李锐等的研究较为一致。分析其原因可能是外源有机物的摄入能够为土壤较小颗粒的团聚提供较多的胶结物质，且外源有机物的摄入能够为土壤根际微生物的活动提供较多的碳源，进而增强其代谢活性产生较多的代谢胶结产物，促使大粒径团聚体形成，提高土壤团聚体稳定性和土壤孔隙度，降低土壤容重，从而改善土壤结构。而不同生物有机肥处理间的差异可能是由外源有机物的摄入量引起，也可能是无机肥与有机肥配施前期更宜满足作物根系吸收利用，从而促进养分转化与分解，产生更多的胶结物质，进而有利于大颗粒团聚体形成。施肥措施对土壤团聚体酶活性及贡献率的影响土壤酶活性受田间耕作方式、施肥措施影响较大，有研究表明，施肥措施能够显著影响农田土壤酶活性变化。本研究结果表明，与对照不施肥处理相比，各施肥处理均能够提高土壤全土酶和团聚体脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性。其中，生物有机肥处理明显高于化肥或缓控释肥单施处理。分析其原因可能是外源有机物的摄入，为土壤微生物生命代谢活动提供丰富的营养物质和益生菌，且有机物的摄入有利于提高土壤孔隙度，降低土壤容重，能够改善土壤微生态环境，提高微生物代谢水平，促进根系对土壤养分的吸收与利用，从而提高土壤酶活性以及团聚体酶活性。本研究中，与对照不施肥或单施化肥 生物有机肥 缓控施肥处理相比，化肥、缓控释肥与生物有机肥配施能够提高 、粒级团聚体脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性贡献率。分析其原因可能是较大粒级团聚体含有较多的有机碳，为酶促反应提供更多的载体，使得大粒级团聚体的酶促反应效率高于小粒级团聚体。土壤不同粒级团聚体酶活性的差异，表明团聚体粒级对土壤酶活性的贡献率与其组分有较大关系。而不同施肥处理条件下土壤酶活性与土壤容重、孔隙度及团聚体稳定性的相关分析表明，土壤酶活性的变化与土壤物理结构及团聚体稳定性密切相关。说明合理施肥措施能够通过改善土壤物理结构与团聚体组成，提升团聚体稳定性来促进土壤酶活性的提高。经过 年定位试验发现，与对照不施肥处理相比，化肥、缓控释肥与生物有机肥配施能够提高、粒级团聚体质量分数和团聚体、和 值，降低 值；能够提高土壤孔隙度，降低土壤容重；能够提高全土酶以及团聚体酶活性和 、粒级团聚体脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性贡献率。综合土壤团聚体、容重、孔隙度及酶活性方面结果，化肥配施生物有机肥处理整体表现优于 缓控释肥配施 生物有机肥处理。参考文献：马仁罡，孙健英，李宗芸 基于生物信息学的甘薯基因组学等研究进展 江苏农业学报，（）：刘亚军，胡启国，储凤丽，等 不同栽培模式对甘薯干物质分配及产量的影响 黑龙江八一农垦大学学报，（）：，江苏农业科学 年第 卷第 期王 欣，李 强，曹清河，等 中国甘薯产业和种业发展现状与未来展望 中国农业科学，（）：李 强，赵 海，靳艳玲，等 中国甘薯产业助力国家粮食安全的分析与展望 江苏农业学报，（）：兰孟焦，张 辉，肖满秋，等 不同施肥处理对甘薯产量及土壤肥力与氮素利用的影响 西北农业学报，（）：张伟彬 有机肥和化肥配施对小麦甘薯轮作土壤腐殖质结合形态及微生物群落结构的影响 江苏农业科学，（）：段文学，张海燕，解备涛，等 化肥和生物有机肥配施对鲜食型甘薯块根产量、品质及土壤肥力的影响 植物营养与肥料学报，（）：刘亚军，王文静，李 敏，等 无机肥与有机肥配施对甘薯土壤养分变化及微生物碳代谢功能的影响 河南农业科学，（）：王 佳，严 伟，纪 要，等 甘薯施肥施药机械研究现状及展望 中国农机化学报，（）：张 辉，张永春 肥料对甘薯营养品质影响的研究进展 江苏农业科学，（）：朱长伟 轮耕模式对豫北潮土土壤肥力及作物产量的影响 郑州：河南农业大学，秦俊梅，李嘉欣，宋建丽，等 不同修复基质对外源四环素污染土壤酶活性及微生物量碳氮的影响 应用与环境生物学报，（）：吴强建，胡梦蝶，侯松峰，等 减氮配施生物炭基肥对蜜柚土壤理化性质及酶活性的影响 河南农业大学学报，（）：刘寒双，崔纪菡，刘 猛，等 有机肥替代部分化肥对谷子产量、土壤养分及酶活性的影响 中国土壤与肥料，（）：杨文飞，杜小凤，顾大路，等 长期施肥对根系及土壤微生态环境、养分和结构的影响综述 江西农业学报，（）：甘雅芬，徐永昊，周富忠，等 紫云英还田与氮肥减施对水稻土团聚体中各形态铁锰含量的影响 植物营养与肥料学报，（）：聂 鑫，鲁艳红，廖育林，等 化肥减施下紫云英不同翻压量对水稳性团聚体及双季稻产量的影响 华北农学报，（）：张 帅，成宇阳，吴 行，等 生物炭施用下潮土团聚体微生物量碳氮和酶活性的分布特征 植物营养与肥料学报，（）：李委涛，李忠佩，刘 明，等 秸秆还田对瘠薄红壤水稻土团聚体内酶活性及养分分布的影响 中国农业科学，（）：李 敏，刘亚军，王文静，等 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