王振龍，包 蕾，葛新偉，王 銳，孫 權(quán)

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

寧夏賀蘭山東麓葡萄酒產(chǎn)區(qū)屬于中溫帶干旱氣候區(qū)，具有典型的大陸性氣候特點，干旱少雨，日照充足，晝夜溫差大，有利于釀酒葡萄糖分的積累，被國內(nèi)外公認(rèn)為是最適宜種植釀酒葡萄的“黃金地帶”之一，也是全國三大葡萄酒地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)區(qū)之一［1］。然而，該地區(qū)也存在著一些制約葡萄生長的因素，突出表現(xiàn)在土壤富含礫石，有機(jī)質(zhì)含量低，漏肥漏水嚴(yán)重，氮磷鉀等大量元素供應(yīng)能力差，是限制該地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原因。

土壤微生物是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的驅(qū)動者，微生物量碳、氮被認(rèn)為是土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源［2-3］。土壤酶主要來源于土壤微生物，在很大程度上可以反映土壤微生物的活性［4］，其活性代表了土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，在一定程度上可反映作物對養(yǎng)分吸收利用與生長發(fā)育狀況，是土壤肥力的重要指標(biāo)［5-6］。研究表明，施用有機(jī)肥料可以顯著提高土壤微生物碳、氮含量及土壤酶活性［7-8］。李娟等［9］研究表明，生物有機(jī)肥的混施能夠調(diào)控土壤酶活性，及土壤微生物碳、氮轉(zhuǎn)化，進(jìn)而提高土壤肥力。張靜等［10］研究表明，腐熟有機(jī)肥與微生物結(jié)合施用以后，土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性均高于對照處理，表明生物有機(jī)肥可以在一定程度上提高土壤酶活性，改善土壤質(zhì)量。由此看來，土壤微生物碳、氮與土壤酶活性受施肥影響較大。本試驗選擇在寧夏回族自治區(qū)永寧縣閩寧鎮(zhèn)地區(qū)典型灰鈣土，以釀酒葡萄（赤霞珠）為主要農(nóng)作物的種植基地，通過田間試驗和實地調(diào)研，對土壤理化性質(zhì)，土壤微生物量碳、氮及酶活性等指標(biāo)進(jìn)行檢測和比較，為改善土壤肥力質(zhì)量提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況與試供肥料

試驗地位于寧夏銀川永寧縣閩寧鎮(zhèn)立蘭酒莊（N 38°12′19″，E 106°02′39″），試驗區(qū)屬于溫帶大陸性半干旱氣候，年均日照數(shù)在2 800 h以上，晝夜溫差10～15℃，年均氣溫8.8℃，有利于釀酒葡萄糖分積累；年均降水量220 mm，適合生育期在150 d以下的釀酒葡萄品種。該試驗以灰鈣土為主，其基本化學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 土壤基本化學(xué)性質(zhì)

本試驗基施生物有機(jī)肥和追施的氨基酸水溶肥由寧夏某公司提供，追施的海藻肥是青島某公司提供，追施的沼液肥是由寧夏某公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年3～11月進(jìn)行，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，在生育期初期所有處理全部基施4.5 t/hm2羊糞腐熟發(fā)酵的生物有機(jī)肥，在整個生育期之內(nèi)通過滴灌的方式追施不同種類液體生物有機(jī)肥。共設(shè)置5個處理：CK，不追施；T1，追施羊糞生物有機(jī)肥發(fā)酵提取液4.5 t/hm2（含氮量2.5%）；T2，追施氨基酸水溶肥（含氮量13%）0.84 t/hm2；T3，追施海藻生物有機(jī)肥（含氮量12.5%）0.9 t/hm2；T4，追施沼液復(fù)合微生物肥（含氮量4%）2.8 t/hm2。根據(jù)生育期需肥特征分6次追施，各處理重復(fù)3次。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤化學(xué)性質(zhì)

pH（水土比為5∶1）采用pH計測定；全鹽采用DDS-11電導(dǎo)率儀測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法外加熱-硫酸亞鐵滴定法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定；全氮采用硫酸消煮-凱式定氮法測定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色法測定［11］。

1.3.2 土壤酶活性的測定

土壤酶活性的測定根據(jù)關(guān)松蔭［12］的方法，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性分別采用3，5-二硝基水楊酸比色法、靛酚藍(lán)比色法、磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法測定。

1.3.3 土壤微生物量碳、氮的測定

土壤微生物碳、氮的測定采用氯仿熏蒸浸提法［13］。其含量計算用熏蒸和未熏蒸樣品碳氮含量之差除以回收系數(shù)（KC=0.38，KN=0.54）。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)以Excel 2010軟件整理，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗，顯著性水平P＜0.05（n=5），結(jié)合權(quán)重，隸屬函數(shù)法進(jìn)行相關(guān)值的評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對釀酒葡萄園土壤肥力指標(biāo)的影響

2.1.1 不同處理對釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分的影響

由表2可知，施用不同有機(jī)滴灌肥可提高土壤中各養(yǎng)分含量，從總體來看，各個土層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)上層＞中層＞下層的趨勢，但因處理不同而存在差異。在0～20 cm土層中，T3處理的堿解氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量為各處理中的最高值，并與CK存在顯著性差異，分別比CK提高了40.45%、58.19%、21.93%； 在20～ 40 cm土 層 中，T3處理的堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量較CK呈顯著性差異，且達(dá)最高值，T2處理的速效鉀含量與CK存在顯著性差異，提高了53.84%（P＜0.05），而全氮含量差異不顯著；在40～60 cm土層中，T3處理的速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高，含量較CK分別增加了29.73%、50.11%（P＜0.05），T4處理的堿解氮和全氮含量達(dá)最高值，且全氮含量與CK存在顯著性差異。綜上所述，表層土壤養(yǎng)分高于深層土壤養(yǎng)分，且在不同處理中T3處理效果最好，其次是T4處理。

2.1.2 不同處理對釀酒葡萄園土壤微生物量碳、氮的影響

由表3可看出，不同有機(jī)滴灌肥的施用可有效提高微生物量碳、氮的含量，與不追施處理（CK）相比，各處理的微生物量碳、氮含量均有不同程度的提高，且存在顯著性差異。在T3處理的微生物量碳的含量在各個土層中均達(dá)到了最大值，且與CK存在顯著性差異，在20～40 cm和40～60 cm土層中，T1、T2、T4處理的微生物碳含量相比CK處理都有上升，但差異不顯著；T3處理下的微生物量氮含量在0～20 cm土層中達(dá)到了最大值，與CK處理相比存在顯著性差異，提高了78.67%，在20～40 cm土層中，T3、T4處理的微生物氮含量與CK都存在顯著性差異，分別比CK處理高出35.35%、48.20%，在40～60 cm土層中，T1～T4處理的微生物量氮與CK相比均表現(xiàn)出了顯著性差異，且各施肥處理之間不存在顯著性差異。

表2 不同處理對釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分的影響

表3 不同處理對釀酒葡萄園土壤微生物量碳、氮的影響 （mg/kg）

2.1.3 不同處理對釀酒葡萄園土壤酶活性的影響

如圖1（a）所示，追施有機(jī)滴灌肥可增加各土層蔗糖酶活性，其中，在土層0～20 cm中，T3和T4處理均能有效增加土壤蔗糖酶活性，且二者之間無顯著差異，相比CK分別增加了65%和54%，20～40 cm以及40～60 cm土層酶活性隨著施入有機(jī)肥的不同，各處理間差異較為顯著，其中T3處理顯著高于其它處理，同期施肥的處理T2與T4在20～40 cm土層中也有助于蔗糖酶活性的提高，但與T3處理相比蔗糖酶活性還是有所下降。

如圖1（b）所示，追施有機(jī)滴灌肥對土壤脲酶活性都有不同程度的提高，總體而言，表層土中的脲酶活性高于次表層土和深層土中的含量，說明表層土壤中的速效氮含量高于深層土壤，其中在0～20 cm土層中，T4處理下的脲酶活性達(dá)到了最高，其次是T2，在20～40 cm土層中T1處理的脲酶活性達(dá)到了最高，與其他處理無顯著性差異，在40～60 cm土層中，T1處理的脲酶活性達(dá)到了最高值，且與CK有顯著性差異，其次是T3，T2、T4與CK無顯著差異。

如圖1（c）所示，在0～20 cm土層中，追施有機(jī)滴灌肥處理都增大了土壤堿性磷酸酶的活性，且都存在差異顯著性，其中T1處理的堿性磷酸酶活性達(dá)到了最高，T1與其他處理無顯著差異，在20～40 cm土層中，T1處理下的堿性磷酸酶活性達(dá)到了最高，其次是T2，T3、T4無顯著差異，在40～60 cm土層中，T4處理下的堿性磷酸酶活性達(dá)到了最高，其次是T2，且與CK存在顯著性差異。

如圖1（d）所示，追施有機(jī)滴灌肥處理下的土壤過氧化氫酶活性均高于CK，且存在差異顯著性，其中在0～20 cm土層，T4處理下的過氧化氫酶活性達(dá)到了最高，其次是T2和T3，二者之間無顯著性差異，在20～40 cm土層中，T2處理的土壤過氧化氫酶活性最高，在40～60 cm土層中，T2和T4處理下過氧化氫酶活性在同一水平，T1和T3在同一水平。

圖1 不同生物有機(jī)肥對釀酒葡萄園土壤酶活性的影響

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)與土壤微生物量碳、氮和酶活性的相關(guān)關(guān)系

由表4可見，土壤全氮與微生物量氮、過氧化氫酶存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，除微生物量碳外，與其余指標(biāo)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但未達(dá)到顯著水平；土壤堿解氮與有機(jī)質(zhì)、脲酶活性呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.934和0.854；土壤有機(jī)質(zhì)與微生物量碳表現(xiàn)為極顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.880，與有效磷和蔗糖酶活性表現(xiàn)為顯著的相關(guān)關(guān)系；有效磷與速效鉀、微生物量氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系；速效鉀與過氧化氫酶呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.966，與蔗糖酶呈顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤蔗糖酶活性與微生物量碳、氮呈極顯著和顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.859、0.654；堿性磷酸酶活性與蔗糖酶活性表現(xiàn)為極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.947，與其他酶活性相關(guān)性均不顯著。

表4 土壤化學(xué)性質(zhì)、微生物量碳氮以及酶活性之間的線性相關(guān)系數(shù)

2.3 生物有機(jī)肥的不同處理的土壤肥力質(zhì)量評價

2.3.1 影響土壤肥力指標(biāo)的主成分分析

影響土壤肥力的因素很多，且諸因素間存在一定的交互關(guān)系，致使反映土壤肥力狀況的許多指標(biāo)信息發(fā)生交織和重疊［14］。主成分分析是將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個相互無關(guān)的綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計分析方法。應(yīng)用主成分分析法可在復(fù)雜的土壤肥力指標(biāo)體系中篩選出若干個彼此不相關(guān)的綜合性指標(biāo)，且能夠反映出原來全部指標(biāo)所提供大部分信息［15］。本試驗選取了土壤肥力的化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)共11項數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，組成5×11的原始矩陣，分析之后最終產(chǎn)生3個主成分，由表5可知，所產(chǎn)生的特征值分別為6.811、1.942、1.655，通過考慮貢獻(xiàn)量化所產(chǎn)生的貢獻(xiàn)率，第一主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為61.917%，第二主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為17.654%，第三主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為15.043%。3個主成分的方差累積貢獻(xiàn)率能夠反映土壤肥力各指標(biāo)方差94.614%的信息，說明3個主成分可以衡量這11個指標(biāo)的所有信息。

表5 影響土壤肥力質(zhì)量各指標(biāo)的主成分分析

通過表5可看出，由特征值產(chǎn)生的特征向量說明了主成分與原始變量之間的關(guān)系，關(guān)系與特征向量的絕對值成正比，在第1主成分上，土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、微生物量氮、堿性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶等指標(biāo)有較大的向量值，這些指標(biāo)都是土壤養(yǎng)分的貯存庫，也是養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的基礎(chǔ)，更是綜合肥力的重要指標(biāo)；在第2主成分上，土壤全氮和微生物量碳有較大的向量值，二者之間關(guān)系密切；在第3主成分上，土壤脲酶活性有較大的正向量值。

2.3.2 基于主成分和聚類分析評價不同生物有機(jī)肥處理的土壤肥力等級

鑒于本試驗中11個土壤指標(biāo)具有不同的量綱，同時它們的數(shù)量級差別也很大，因此需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以排除不同量綱和數(shù)量級對評價結(jié)果的影響，確保主成分分析結(jié)果的客觀性和科學(xué)性。標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)計作ZTN、ZAN、ZOM、ZAP、ZAK、ZMBC、ZMBN、ZAKP、ZCAT、ZINV、ZURE。

主成分是11個標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)的線性組合，權(quán)重系數(shù)分別為各指標(biāo)相對應(yīng)的特征向量（表5），因此，可得各主成分的函數(shù)表達(dá)式：

F2、F3同樣可以由表5的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)量表示。

由表6可得，通過隸屬函數(shù)u（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin），（j=1，2……n）求得 u1、u2、u3，進(jìn)一步通過權(quán)重以及綜合評價價值D值［u（Xj）×Wj］，計算可得T4處理下得分最高，為0.737，其次為T2，得分為0.692，順序依次是T4＞T2＞T3＞T1＞CK，說明常規(guī)施肥 + 沼液肥處理土壤肥力最好。通過圖2以歐式距離作為衡量不同處理肥力差異大小的標(biāo)準(zhǔn)，采用最短距離法對各施肥處理進(jìn)行系統(tǒng)聚類，可以把土壤肥力質(zhì)量分為3等，CK和T1兩個處理聚為一類，土壤肥力質(zhì)量為三等，T3單獨聚為一類，土壤肥力質(zhì)量為二等，T2和T4兩個處理聚為一類，土壤肥力質(zhì)量為一等，最好。

表6 生物有機(jī)肥對土壤肥力指標(biāo)綜合評價

圖2 各處理土壤肥力聚類分析

3 討論

土壤質(zhì)量是眾多土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)以及形成這些性質(zhì)的一些重要過程的綜合表現(xiàn)［16］，能夠綜合反映土壤特性，是揭示土壤條件動態(tài)變化的最敏感指標(biāo)［17］。大量試驗表明，有機(jī)肥可以改善土壤結(jié)構(gòu)性能，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，減緩?fù)寥浪峄?，提高土壤微生物?shù)量，對改土培肥、提高土壤質(zhì)量具有積極的作用［18-19］。本研究測定了不同施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等化學(xué)指標(biāo)的差異，結(jié)果表明，追施有機(jī)滴灌肥的效果要好于常規(guī)處理，其中，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上追施沼液肥效果最為明顯，這與許曉瑞等［20］的研究結(jié)果基本一致。土壤微生物量碳雖然在土壤全碳中占有很小的比例，但它是土壤有機(jī)質(zhì)中最為活躍的部分［21］，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分的礦化和固定過程，可反映土壤養(yǎng)分的有效狀況和土壤生物活性。土壤微生物量氮是土壤氮素的一個重要的儲備庫，是土壤微生物對氮素礦化與固持作用的綜合反映，在土壤氮素循環(huán)與轉(zhuǎn)化的過程中起著非常重要的調(diào)節(jié)作用。土壤微生物量氮轉(zhuǎn)化迅速，可以在檢測到土壤總氮變化之前表現(xiàn)出巨大的差異，是比較敏感的生物學(xué)指標(biāo)，能夠及時、準(zhǔn)確地反映土壤性狀［22］。本試驗研究結(jié)果表明，土壤微生物量碳、氮含量的范圍與Mandal等［23］觀測的結(jié)果相近，追施有機(jī)肥均不同程度地提高了土壤微生物量碳、氮，這可能是由于施肥直接增加根系生物量及根系分泌物，促進(jìn)微生物生長，同時有機(jī)肥的追施不但增加了土壤養(yǎng)分，同時也為微生物提供充足的碳源，這與馬曉霞等［24］的研究結(jié)果一致。土壤酶是植物、土壤中的動物、微生物活動的產(chǎn)物，也是土壤生物學(xué)的重要指標(biāo)之一［15］。本研究通過簡單相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，4種土壤酶之間以及土壤酶與土壤肥力因子之間存在有極顯著或顯著的相關(guān)關(guān)系。

土壤肥力是土壤各方面性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，國內(nèi)外已在土壤質(zhì)量評價體系和評價方法方面展開了大量的研究工作，但是目前尚未有統(tǒng)一的土壤質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，也沒有固定的方法。近年來，隨著統(tǒng)計學(xué)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，主成分分析和聚類分析法在土壤質(zhì)量評價中得到大量的應(yīng)用［25-28］，此方法能夠減少計算量，降低主觀隨意性，增強(qiáng)土壤質(zhì)量評價的可靠性。本研究利用主成分分析方法，將原始表征土壤化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的11個指標(biāo)降維、提取3個主成分，累積貢獻(xiàn)率達(dá)94.614%，土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、微生物量氮、堿性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶在第一主成分上有較高的載荷值，全氮、微生物量碳在第二主成分上有較高的載荷值，土壤脲酶在第三主成分上有較高的載荷值，3個主成分涵蓋了5個土壤化學(xué)指標(biāo)，6個生物學(xué)指標(biāo)，原變量信息無丟失，說明利用主成分分析衡量不同施肥處理的土壤肥力質(zhì)量是可靠的。

4 結(jié)論

不同生物有機(jī)肥處理在等氮量條件下，通過對11個土壤化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行主成分得分評價和聚類比較，以不同施肥處理下的主成分得分評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排序，順序依次是 T4＞T2＞T3＞T1＞CK，把主成分綜合得分進(jìn)行聚類分析，將5個不同施肥處理下的土壤質(zhì)量分為3個等級，即追施氨基酸水溶肥、沼液肥為高質(zhì)量等級，追施海藻肥為中等質(zhì)量等級，追施生物有機(jī)肥提取液與不追施處理為低質(zhì)量等級，聚類分析結(jié)果表明，追施有機(jī)滴灌肥相對于不追施處理可明顯提高土壤肥力質(zhì)量，追施不同種類有機(jī)滴灌肥處理下的土壤肥力質(zhì)量要高于追施單一有機(jī)滴灌肥處理。