呂倩倩，周懷平，，劉 平，，解文艷，楊振興，劉志平，杜艷玲，郭 晉，高佳妮

（1.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031）

土壤微生物活動(dòng)和酶活性通?？梢员挥脕韺?duì)土壤質(zhì)量的生物學(xué)性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]，是土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，施肥等因素會(huì)對(duì)酶活性造成較大影響，可以迅速地根據(jù)環(huán)境因子的變化作出相應(yīng)的反應(yīng)。研究表明[2-4]，土壤酶活性可表征土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度和土壤中各種生物化學(xué)活性的高低；土壤肥力水平在很大程度上受土壤酶的影響[5]，其中，土壤蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性對(duì)評(píng)價(jià)土壤肥力水平具有重要意義[6]。近年來，我國已對(duì)酶活性的影響以及土壤理化性質(zhì)與酶活性的關(guān)系等方面開展了一系列的研究[7-9]；關(guān)于褐潮土、棕壤、黑土、灰漠土等土壤微生物和酶活性及其與肥力的關(guān)系方面也進(jìn)行了大量的研究[10-12]，而關(guān)于褐土在長(zhǎng)期施肥條件下對(duì)酶活性影響的研究還相對(duì)較少。

本試驗(yàn)通過對(duì)山西壽陽長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田的褐土土壤酶活性進(jìn)行研究，試圖探討長(zhǎng)期不同施肥條件下褐土土壤酶活性的變化，旨在為作物提供良好的土壤微生物生態(tài)環(huán)境提供一定的理論依據(jù)[13]。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)位于山西省壽陽縣宗艾村國家農(nóng)業(yè)環(huán)境壽陽觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，地理坐標(biāo)為113°06′E，37°58′N，海拔1 130 m。試驗(yàn)區(qū)的氣候特征是：多年平均氣溫7.6 ℃，干燥度1.3，無霜期135～140 d，年均降雨量501.1 mm（年際間變率較大），屬半濕潤偏旱區(qū)，季節(jié)溫差較大、四季分明。試驗(yàn)地勢(shì)基本平坦，質(zhì)地為輕壤，土層深厚，地下水埋深在地表50 m 以下，為褐土性土壤，成土母質(zhì)為馬蘭黃土[14]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

有機(jī)無機(jī)肥配施長(zhǎng)期定位試驗(yàn)從1992 年春開始到2018 年，歷時(shí)27 a[14]。試驗(yàn)采用氮、磷、有機(jī)肥3 因素4 水平正交設(shè)計(jì)，共18 個(gè)處理，該試驗(yàn)選擇其中的9 個(gè)處理，即不施肥對(duì)照（N0P0M0）；4 個(gè)不同氮磷化肥配施處理（N1P1M0、N2P2M0、N3P3M0、N4P4M0）；3 個(gè)有機(jī)無機(jī)肥配施處理（N2P1M1、N3P2M3、N4P2M2）；單施高量有機(jī)肥處理（N0P0M6）。小區(qū)面積66.7 m2，隨機(jī)排列，無重復(fù)。試驗(yàn)所用氮肥為尿素（N 46%），磷肥為普通過磷酸鈣（P2O514%），農(nóng)家肥為腐熟廄肥（全磷1.37～1.46 g/kg、有機(jī)質(zhì)90.5～127.3 g/kg、全鉀14.1～34.3 g/kg、全氮3.93～4.97 g/kg）。每年秋季結(jié)合耕翻一次性施入肥料。具體施肥情況列于表1。

表1 長(zhǎng)期定位試驗(yàn)不同施肥處理養(yǎng)分年投入量 kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

采集2018 年秋季玉米收獲后的土壤樣品，每個(gè)處理均采集0～20，20～40 cm 土層的土樣，3 個(gè)重復(fù)；風(fēng)干處理后過1 mm 篩備用。

土壤酶活性測(cè)定采用苯酚鈉- 次氯酸鈉比色法[15]，以24 h 后1 g 土壤中NH3- N 的質(zhì)量（mg）表示；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測(cè)定[13]，以24 h 后1 g 土壤中酚的質(zhì)量（mg）表示；蔗糖酶活性采用3，5- 二硝基水楊酸比色法測(cè)定[16]，以24 h 后1 g 土壤中葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 和SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期施肥對(duì)褐土土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶在尿素的水解過程中起著促進(jìn)作用，進(jìn)而形成NH4+，其是土壤氮循環(huán)過程所需要的一種重要的酶，可以提高土壤潛在養(yǎng)分的有效化，也是植物中氮的重要來源之一，可以促進(jìn)植物對(duì)氮素的吸收和利用，對(duì)于土壤的供氮能力有很好的體現(xiàn)[16]。

由表2 可知，在0～20 cm 土層，不同氮磷化肥配施、有機(jī)無機(jī)肥配施和單施高量有機(jī)肥處理的褐土脲酶活性均高于不施肥對(duì)照處理，N1P1M0、N2P2M0、N3P3M0、N4P4M0、N2P1M1、N3P2M3、N4P2M2和N0P0M6增幅分別為0.09%，1.46%，5.06%，11.31%，11.04%，13.82%，15.14%和10.67%；不同氮磷化肥配施處理土壤脲酶活性大小為N4P4M0＞N3P3M0＞N2P2M0＞N1P1M0，隨著施氮、磷肥量的增加土壤脲酶活性有增加趨勢(shì)；與單施化肥處理相比，有機(jī)無機(jī)肥配施處理使脲酶活性提高的幅度更高；而單施高量有機(jī)肥處理其脲酶活性低于有機(jī)無機(jī)肥配施處理。在20～40 cm 土層，各處理脲酶活性均明顯低于0～20 cm 土層；N1P1M0和N2P2M0處理與CK 相比有所降低，但下降的幅度不大，其余6 個(gè)處理與CK 相比均有所提高；N3P2M3處理脲酶活性比N2P1M1、N4P2M2處理高；其他處理脲酶活性與0～20 cm 土層相似。

表2 不同施肥處理對(duì)脲酶活性的影響 mg/（g·24 h）

2.2 長(zhǎng)期施肥對(duì)褐土土壤堿性磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶能夠反映土壤磷素的肥力水平，對(duì)于土壤磷素的有效性具有促進(jìn)作用，其是由土壤微生物生命活動(dòng)和植物根系分泌產(chǎn)生的，土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化與腐殖質(zhì)的形成有很大關(guān)系，同時(shí)也與土壤磷酸酶活性有關(guān)[13-16]。試驗(yàn)土壤呈堿性，堿性磷酸酶在土壤中占主要部分。

表3 不同施肥處理對(duì)堿性磷酸酶活性的影響mg/（g·24 h）

從表3 可以看出，在0～20 cm 土層，4 個(gè)不同氮磷化肥配施的處理褐土堿性磷酸酶均低于不施肥對(duì)照處理，N1P1M0、N2P2M0、N3P3M0、N4P4M0處理降幅分別為18.52%，16.95%，28.96%和23.34%。有機(jī)無機(jī)肥配施和高量單施有機(jī)肥的褐土堿性磷酸酶活性均高于不施肥對(duì)照處理，N2P1M1、N3P2M3、N4P2M2、N0P0M6處理增幅分別為12.01%，35.35%，12.01%和82.04%。不同氮磷化肥配施處理土壤堿性磷酸酶活性大小為N1P1M0＞N2P2M0＞N3P3M0＞N4P4M0，隨著施氮、磷肥量的增加土壤堿性磷酸酶活性有減少趨勢(shì)；不同有機(jī)無機(jī)肥配施處理土壤堿性磷酸酶活性大小為N3P2M3＞N4P2M2（N2P1M1），且N4P2M2和N2P1M1之間無顯著性差異；單施高量有機(jī)肥處理的堿性磷酸酶活性顯著高于有機(jī)無機(jī)肥配施處理。在20～40 cm土層，各處理堿性磷酸酶活性均明顯低于0～20 cm 土層，尤其以不同氮磷化肥配施處理降幅較大，達(dá)到了41%～76%；其他處理的變化趨勢(shì)與0～20 cm 土層相似。

2.3 長(zhǎng)期施肥對(duì)褐土土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶可以作為評(píng)價(jià)土壤生物學(xué)活性強(qiáng)度的指標(biāo)之一，還能夠反映土壤的熟化程度、體現(xiàn)土壤肥力。蔗糖酶與土壤中許多因子有關(guān)，如土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量，微生物數(shù)量及土壤呼吸強(qiáng)度等。

從表4 可以看出，在0～20 cm 土層，4 個(gè)不同氮磷化肥配施處理的蔗糖酶活性均低于不施肥對(duì)照處理，N1P1M0、N2P2M0、N3P3M0、N4P4M0處理降幅分別為17.47%，15.03%，28.47%和26.58%；有機(jī)無機(jī)肥配施和高量單施有機(jī)肥處理的蔗糖酶活性均高于 不 施 肥 對(duì) 照 處 理，N2P1M1、N3P2M3、N4P2M2、N0P0M6處理增幅分別為12.81%，21.34%，6.90%和5.88%；不同氮磷化肥配施N4P4M0和N3P3M0處理的蔗糖酶活性低于N2P2M0和N1P1M0處理；不同有機(jī)無機(jī)肥配施處理的土壤蔗糖酶活性大小為N3P2M3＞N2P1M1＞N4P2M2；單施高量有機(jī)肥處理的蔗糖酶活性顯著高于氮磷化肥配施處理。在20～40 cm 土層，N3P2M3和N4P2M2處理的蔗糖酶活性略高于0～20 cm 土層，其余6 個(gè)處理的蔗糖酶活性均低于0～20 cm 土層；氮磷化肥配施處理的蔗糖酶活性高于不施肥對(duì)照處理，與0～20 cm 土層的蔗糖酶變化趨勢(shì)有所不同。

表4 不同施肥處理對(duì)蔗糖酶活性的影響 mg/（g·24 h）

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，不同氮磷化肥配施提高了褐土脲酶活性，且褐土脲酶的活性隨著氮肥施入量的增加而提高。這與前人的研究結(jié)果相一致[17-23]。與氮磷化肥配施處理相比，有機(jī)無機(jī)肥配施和單施高量有機(jī)肥處理對(duì)于提高褐土土壤脲酶活性作用更為明顯，這是由于有機(jī)無機(jī)肥配施能夠有效提高氮肥利用率，進(jìn)而提高褐土脲酶的活性。

氮磷化肥配施抑制了堿性磷酸酶的活性。土壤堿性磷酸酶的活性隨著磷肥施入量的增加而降低。有機(jī)無機(jī)肥配施和單施高量有機(jī)肥處理顯著提高了堿性磷酸酶的活性；與氮磷配施處理相比，有機(jī)肥處理對(duì)于提高磷酸酶活性的作用更為明顯，這可能是由于本試驗(yàn)有機(jī)肥施入的主要是牛糞，而牛糞中的磷酸酶含量比較高[6]。

氮磷化肥配施抑制了褐土中蔗糖酶的活性，而氮磷化肥配施的量對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響不大。有機(jī)無機(jī)肥配施和單施高量有機(jī)肥處理顯著提高了蔗糖酶的活性；與氮磷配施處理相比，有機(jī)肥處理對(duì)于提高蔗糖酶的作用更為明顯，這是因?yàn)橛袡C(jī)肥自身帶有大量的微生物和酶，還為蔗糖酶提供了許多的酶促機(jī)制。這與孫瑞蓮等[6]的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明，從土層深度來看，除蔗糖酶在20～40 cm 處的活性稍高于0～20 cm 外，其他2 種酶的活性都表現(xiàn)為0～20 cm 土層的活性高于20～40 cm 土層，這與白雪等[15]的研究結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)楣┰囃寥涝诿磕攴麜r(shí)的深度只能達(dá)到20 cm 左右，所以土壤中的肥料基本集中在0～20 cm土層，20～40 cm 土層的肥料很少。

氮磷化肥和有機(jī)肥合理配合施用，可以提高褐土脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性，提升褐土質(zhì)量，為褐土區(qū)域可持續(xù)利用提供有利保障。