高小峰，閆本帥，吳春曉，王國(guó)梁

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100;2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049; 3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

土壤酶是由土壤中植物根系和微生物細(xì)胞分泌的一類起催化作用的蛋白質(zhì)總稱[1]。土壤中的生物化學(xué)循環(huán)過程與土壤酶活性密切相關(guān)。因此，土壤酶活性常被作為評(píng)價(jià)和衡量土壤肥力和土壤生物學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)[2]。一方面，土壤酶活性的高低可以反映土壤養(yǎng)分(尤其是氮、磷)周轉(zhuǎn)的快慢[1]；另一方面，目前的研究中常用涉及C-(β-1,4-葡萄糖苷酶,βG)、N-(β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶與亮氨酸氨基肽酶,NAG+LAP)、P-(堿性磷酸酶,AP)循環(huán)的酶化學(xué)計(jì)量比來(lái)表征土壤中碳、氮、磷養(yǎng)分平衡關(guān)系，如：ln(βG)/ln(NAG+LAP)(C∶N)、ln(βG)/ln(AP)(C∶P)、ln(NAG+LAP)/ln(AP)(N∶P)[3]。

植物從土壤中吸收氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素以維持其生長(zhǎng)。在植物的生長(zhǎng)過程中，由于養(yǎng)分含量的匱乏，氮、磷往往是植物生長(zhǎng)的主要限制元素。試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期增施氮、磷肥可顯著增加農(nóng)田土壤中氮、磷儲(chǔ)量，從而顯著影響了土壤酶活性[4-5]。如：已有研究發(fā)現(xiàn)單施氮肥能明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮與堿解氮的含量[6]，而王智慧等[7]認(rèn)為相較于常規(guī)施肥，氮磷肥配施的土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、有效磷、有效鉀含量均不同程度升高。此外，張敏等[8]認(rèn)為長(zhǎng)期施用氮、磷肥會(huì)降低土壤堿性磷酸酶活性，夏雪等[9]認(rèn)為施用氮肥可以提高碳源酶活性。宋永林等[10-11]和李桃禎等[12]的試驗(yàn)結(jié)論同樣也證實(shí)了這一觀點(diǎn)?？傊?，氮磷肥配合施用不僅增加了土壤全磷和有效磷的含量，可以為作物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分；還可以改變土壤營(yíng)養(yǎng)元素(C、N、P)的計(jì)量比，使得土壤微生物養(yǎng)分需求發(fā)生變化進(jìn)而影響土壤酶活性。

長(zhǎng)期施肥不僅可直接影響土壤酶活性以及養(yǎng)分利用與積累，還可通過對(duì)生態(tài)環(huán)境的改變進(jìn)一步影響農(nóng)作物產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[13-14]。黃土高原地區(qū)土壤保水保肥能力較差、土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，降雨進(jìn)一步使土壤養(yǎng)分嚴(yán)重流失。大量施氮雖然提高了作物產(chǎn)量，但是造成土壤板結(jié)、酸化和淋溶現(xiàn)象，進(jìn)而降低土壤肥力，形成惡性循環(huán)[15]?？茖W(xué)合理施肥是改善土壤質(zhì)量、提高作物產(chǎn)量的有效措施[16]。不同氮磷含量配比施肥對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量有顯著影響，適宜的氮、磷配比及用量可提高作物的生物量和產(chǎn)量，提高作物對(duì)氮、磷養(yǎng)分的吸收。目前，長(zhǎng)期施肥如何通過影響土壤酶活性進(jìn)而影響土壤對(duì)氮、磷養(yǎng)分的吸收還需深入研究。以往的研究更多是關(guān)于長(zhǎng)期施肥對(duì)小麥、玉米和水稻的產(chǎn)量影響[17-20]，而關(guān)于黃土丘陵區(qū)谷子產(chǎn)量的研究還比較少。本研究以長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，探究長(zhǎng)期不同施肥(裸地、不施肥對(duì)照、單施氮肥、氮磷肥配施)對(duì)黃土高原坡地農(nóng)田土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性和谷子產(chǎn)量的影響，進(jìn)一步為農(nóng)田土壤施肥管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)為中國(guó)科學(xué)院安塞水土保持綜合試驗(yàn)站。該站位于陜西省安塞縣(107°41′E,35°14′N)，屬典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔1 200 m，年均降水量500 mm，無(wú)霜期160 d，年均氣溫8.8℃，土壤類型為黃綿土，養(yǎng)分比較貧瘠，氮、磷缺乏，鉀富足。試驗(yàn)開始前耕層土壤基本養(yǎng)分含量為有機(jī)碳3.57 g·kg-1，全氮2.41 g·kg-1，全磷1.33 g·kg-1，有效磷19.00 mg·kg-1，速效鉀67.00 g·kg-1，緩效鉀708.00 g·kg-1，pH值8.51。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)共6個(gè)處理：1)不施肥處理(CK)；2)低氮施肥處理(N1)；3)高氮施肥處理(N2)；4)低氮配施磷肥處理(N1P)；5)高氮配施磷肥處理(N2P)；6)裸地(LD)。施肥量分別為:過磷酸鈣P(P2O5)90 kg·hm-2，尿素(N1)55.2 kg·hm-2、(N2)110.4 kg·hm-2。施肥方法為將磷肥作種肥一次施入，尿素施總量的20%作種肥，余下80%的尿素在作物拔節(jié)期追施。于1995年開始長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)，試驗(yàn)作物種植制度是谷子-糜子-谷子-大豆輪作，農(nóng)作制一年一熟，當(dāng)季作物為谷子。6個(gè)試驗(yàn)處理采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理4次重復(fù)(n=4)，分4個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組有6個(gè)小區(qū)，各小區(qū)為3 m×7 m的矩形，坡度15°，實(shí)際的投影面積為20 m2。

1.3 試驗(yàn)方法

2019年10月谷子收獲后，利用土鉆在每個(gè)小區(qū)中按“S”形采樣法采集5個(gè)點(diǎn)的耕層(0～20 cm)土壤混勻，去除雜質(zhì)，取一半測(cè)定土壤酶活性；剩余土樣風(fēng)干保存，測(cè)定土壤理化指標(biāo)。選取10株形態(tài)一致的樣株，保證根、莖、葉、穗部的完整性，用塑料紙包扎好，寫好標(biāo)簽。帶回室內(nèi)脫粒后，將樣品按照根、莖、葉、籽粒分類采集。樣品清洗后自然干燥，然后在70～80℃下烘干7～8 h，直至樣品質(zhì)量恒定，稱量谷子器官烘干質(zhì)量，準(zhǔn)確記錄各處理的稱量結(jié)果作為器官生物量。各有4個(gè)重復(fù)。

土壤酶活性采用微孔板熒光法[21]分析，利用基質(zhì)與酶水解4-甲基傘形酮酰-β-D-吡喃葡糖酸苷(MUB)和7-氨基4-甲基香豆素(AMC)進(jìn)行熒光檢測(cè)的原理，使用多功能酶標(biāo)儀(SynergyH4, Bio Teak)測(cè)定。亮氨酸氨基肽酶(LAP)以7-氨基4-甲基香豆素(AMC)為底物，β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、葡萄糖苷酶(βG)、堿性磷酸酶(AP)以4-甲基傘形酮酰-β-D-吡喃葡糖酸苷(MUB)為底物。

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法[22]測(cè)定；土壤全磷用高氯酸-濃硫酸法測(cè)定；土壤全氮采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定；土壤速效磷采用分光光度計(jì)測(cè)定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有機(jī)碳采用TOC儀灼燒測(cè)定；土壤含水量采用烘干法測(cè)定；土壤pH值采用酸度計(jì)測(cè)定，水∶土=2.5∶1。器官生物量(g·m-2)=單株生物量(干質(zhì)量)×株數(shù)·m-2，式中株數(shù)·hm-2通過每小區(qū)的株數(shù)換算；谷子成熟后的籽粒干質(zhì)量為產(chǎn)量，單株生物量、產(chǎn)量為各小區(qū)10株典型植株的平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，Duncan多重比較。用Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖。采用Canoco 5軟件對(duì)長(zhǎng)期不同施肥處理下的土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性和谷子產(chǎn)量、生物量進(jìn)行冗余分析(RDA)。圖表中的數(shù)據(jù)為4個(gè)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

連續(xù)25 a的長(zhǎng)期施肥后，土壤理化性質(zhì)發(fā)生了顯著的變化(表1)。與裸地相比，長(zhǎng)期輪作種植作物的土壤有機(jī)碳、全氮和全磷含量顯著增加了46.23%～75.00%。此外，在坡地農(nóng)田中長(zhǎng)期單施氮肥土壤堿解氮含量提高了24.81%～39.92%，長(zhǎng)期氮磷肥配施土壤有機(jī)碳、全磷、堿解氮和有效磷含量分別提高了7.82%～16.81%、58.18%、21.59%～22.89%、450.5%～660.3%，且土壤有機(jī)碳、全磷和有效磷均在N1P處理達(dá)到最大值。與CK相比，N1處理土壤C/P增加，其余處理C/P均降低，長(zhǎng)期施肥顯著提高了C/N，降低了土壤 N/P。同時(shí)，長(zhǎng)期施肥和種植作物降低了土壤的pH值。土壤含水量在長(zhǎng)期N1施肥處理下最大，N1P處理下最低。土壤容重在長(zhǎng)期不同處理下無(wú)顯著差異。

2.2 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)土壤酶活性的影響

與裸地相比，長(zhǎng)期種植作物顯著提高了葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶與亮氨酸氨基肽酶(NAG+LAP)、堿性磷酸酶(AP)活性(圖1A～圖1C)。此外，與CK相比，長(zhǎng)期單施氮肥使AP活性提高了13.34%～19.43%，N2處理的AP活性最大；長(zhǎng)期氮磷平衡施肥使βG、NAG+LAP活性分別提高了16.76%～71.01%、47.12%～59.94%，且在N1P處理達(dá)到最大值。與裸地相比，長(zhǎng)期輪作種植作物顯著提高了ln(βG)/ln(NAG+LAP)、ln(βG)/ln(AP)比值，顯著降低了ln(NAG+LAP)/ln(AP)比值(圖1D～圖1F)。與CK相比，長(zhǎng)期N1P施肥處理顯著提高了土壤中的ln(βG)/ln(NAG+LAP)、ln(βG)/ln(AP)、ln(NAG+LAP)/ln(AP)； ln(NAG+LAP)/ln(AP)在N1P處理中接近于1∶1穩(wěn)態(tài)(圖1F)。

2.3 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)谷子產(chǎn)量、冠根比、氮、磷含量和器官生物量的影響

從圖2可見，長(zhǎng)期施肥處理顯著提高了谷子的產(chǎn)量，且氮磷配施處理產(chǎn)量顯著高于單施氮肥處理，在N1P處理達(dá)到最大值1 743.80 kg·hm-2(圖2A)。谷子的冠根比隨施肥梯度而增加，長(zhǎng)期施肥谷子的冠根比值增加了16.19%～46.88% (圖2B)。

谷子的氮、磷養(yǎng)分含量對(duì)長(zhǎng)期施肥響應(yīng)明顯，長(zhǎng)期施肥顯著提高了植株地上部全氮含量，N1P、N2處理顯著高于其他處理；谷子全磷含量在氮磷配施處理下顯著高于單施氮肥和不施肥處理，且在N1P處理最高；植株氮、磷含量均表現(xiàn)為在籽粒中最高，根系中最低。長(zhǎng)期施肥使谷子的器官(籽粒、葉子、莖稈、根系)生物量顯著提高了105.25%～230.05%。其中不同施肥處理下，籽粒生物量在65.51～216.22 g·m-2之間變化；葉生物量在47.00～99.40 g·m-2之間變化；莖稈生物量在 30.88～95.29 g·m-2之間變化；根系生物量在 16.63～ 34.13 g·m-2之間變化。而且，不同器官的生物量均在N1P處理下達(dá)到最大值，具體規(guī)律表現(xiàn)為：N1P>N2P>N2>N1>CK(圖2E)。

2.4 土壤性質(zhì)對(duì)谷子生物量、產(chǎn)量的影響

通過對(duì)土壤性質(zhì)和谷子生物量指標(biāo)做冗余分析(RDA),從圖3可以看出，土壤理化特性解釋了77.91%長(zhǎng)期不同施肥谷子產(chǎn)量的變異。第1軸解釋了其變異的54.23%，第2軸解釋了23.68%。其中，土壤有效磷(SAP)含量作用最明顯，解釋了谷子產(chǎn)量變化的45.5%(F=15.0，P=0.002)。SAP、TP、pH是最主要的影響因子，土壤有效磷(SAP)、土壤全磷(TP)和根系生物量(RB)、地上部生物量(AB)、產(chǎn)量(CY)呈正相關(guān)關(guān)系，土壤pH與根系生物量(RB)、地上部生物量(AB)、產(chǎn)量(CY)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3)。土壤有效磷、土壤全磷對(duì)產(chǎn)量均呈顯著(P<0.01)正相關(guān)作用;土壤pH值對(duì)谷子生物量、產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)作用(P<0.01)(表2)。

表2 土壤顯著影響因子與谷子生物量、產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation between main soil factors and millet biomass and yield

3 討 論

3.1 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施氮、磷肥顯著增加了土壤有機(jī)碳、全磷、堿解氮和有效磷含量。這與孔令聰?shù)萚23]對(duì)砂姜黑土的研究結(jié)果一致。相對(duì)于農(nóng)田，裸地土壤養(yǎng)分含量顯著減少，可能是由于長(zhǎng)期輪作種植作物有助于減少土壤的水分、養(yǎng)分流失，保持土壤養(yǎng)分含量。本研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施肥顯著提高了土壤中有機(jī)碳含量，且在N1P處理的土壤中有機(jī)碳含量最高，這是由于施肥有利于提高微生物活性，從而加速土壤中碳的循環(huán)，進(jìn)而提高了有機(jī)碳積累。這與廖敏等[25]的研究結(jié)果一致，但許詠梅等[20]關(guān)于新疆灰漠土的研究表明，施用化肥不能維持土壤有機(jī)碳含量，不利于土壤肥力的保持，與本研究部分結(jié)果不符，可能是新疆灰漠土與本研究的黃綿土性質(zhì)不同，黃綿土有機(jī)碳含量較低，施肥促進(jìn)碳源微生物對(duì)土壤碳的利用率[9]。張水清等[26]的研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用化學(xué)氮肥處理，土壤全氮和堿解氮含量均顯著增加。在本研究中，與對(duì)照相比，土壤中堿解氮對(duì)長(zhǎng)期不同施肥處理的響應(yīng)為N2>N1>N2P>N1P>CK>LD，可能是施氮肥越多土壤堿解氮增量越大，即由原來(lái)的20. 84 mg·kg-1上升到29. 16 mg·kg-1，說(shuō)明長(zhǎng)期施肥土壤堿解氮增加，農(nóng)田土壤肥力增強(qiáng)。此外，當(dāng)植物缺少磷元素時(shí)，蛋白質(zhì)的合成將會(huì)受阻，細(xì)胞分裂也會(huì)受到限制，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢[27]。在本研究中，長(zhǎng)期氮磷配施顯著提高了土壤全磷和有效磷含量，且在低氮與磷肥配施下顯著提高，說(shuō)明磷肥的施用明顯提高了土壤中總磷含量和土壤可利用的磷素含量，并且在N1P配施磷素時(shí)富集效果最佳，有利于緩解該地區(qū)磷素缺乏問題[19]。盧志紅等[28]認(rèn)為在等量氮、磷養(yǎng)分的前提下，長(zhǎng)期氮磷配施比無(wú)肥或單施氮肥更有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，長(zhǎng)期施肥處理中土壤C/N顯著提高，且N1P處理土壤C/N比最高，說(shuō)明長(zhǎng)期施肥提高了土壤的固碳能力，長(zhǎng)期N1P處理下最有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累。習(xí)斌等[29]和王淑英等[30]認(rèn)為磷肥施用不僅造成表層土壤磷素含量積累，還會(huì)造成深層土壤磷素積累。本研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期氮磷配施顯著降低了土壤C/P、N/P，說(shuō)明長(zhǎng)期施用氮磷肥導(dǎo)致土壤磷增加，且土壤磷素比氮素相對(duì)富集。孟紅旗等[31]和徐宣斌等[32]對(duì)哈爾濱黑土和黃土丘陵區(qū)黃綿土的研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期施肥農(nóng)田耕層土壤的pH有不同程度的降低。而本研究中隨施肥梯度pH值降低了0.01～0.06，說(shuō)明長(zhǎng)期施肥會(huì)導(dǎo)致一定程度的土壤酸化，但是對(duì)土壤pH值的影響不大。總之，長(zhǎng)期氮磷施肥降低了土壤pH值，提高了土壤有機(jī)碳、全磷、堿解氮和有效磷含量。

3.2 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)土壤酶活性的影響

在本研究中，與裸地相比，長(zhǎng)期輪作種植處理顯著提高了土壤葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶與亮氨酸氨基肽酶(NAG+LAP)、堿性磷酸酶(AP)活性。長(zhǎng)期單施氮肥提高了碳源酶、磷源酶活性和ln(βG)∶ln(NAG+LAP)比值，說(shuō)明長(zhǎng)期施氮肥可以提高土壤微生物群落對(duì)碳、磷養(yǎng)分的利用率，但碳源酶活性提高幅度大于氮源酶活性提高幅度，馬亞娟等[33]對(duì)華北人工林的研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。范淼珍等[34]對(duì)紅壤土的研究表明，長(zhǎng)期施用化肥降低了磷酸酶活性。夏雪等[9]對(duì)塿土的研究表明，氮肥的施用可以提高土壤微生物群落碳源利用率。本研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期氮磷肥配施顯著提高了土壤碳源酶、氮源酶活性和ln(βG)∶ln(AP)、ln(NAG+LAP)∶ln(AP)比值，降低了磷源酶活性，說(shuō)明長(zhǎng)期氮磷肥配施顯著提高了微生物對(duì)碳源、氮源的利用率，抑制了微生物對(duì)磷源的利用率。本研究中，長(zhǎng)期氮磷配施顯著提高土壤全磷含量，長(zhǎng)期施用過磷酸鈣作為磷肥可以提高土壤中全磷的含量，使得土壤中磷酸根含量相對(duì)較高，土壤全磷對(duì)堿性磷酸酶(AP)活性有抑制作用[8]，故長(zhǎng)期氮磷配施處理的堿性磷酸酶(AP)活性低于長(zhǎng)期單施氮肥處理和不施肥處理。Spiers等[35]的5 a試驗(yàn)研究表明，連續(xù)5 a施鈣磷肥土壤中磷酸酶活性減少了約20%。本試驗(yàn)進(jìn)行了25 a，每年以90 kg·hm-2的量施用磷肥，土壤堿性磷酸酶(AP)活性比對(duì)照減少了23%，說(shuō)明長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)磷肥，土壤中有充足的速效養(yǎng)分可以利用，微生物不需要分泌更多的磷源酶來(lái)獲取養(yǎng)分。N1P施肥和N2P處理下的C、N和P源酶的比值是1∶0.97∶1.28和1∶0.94∶1.36，表明長(zhǎng)期氮磷肥配施處理的土壤酶化學(xué)計(jì)量比值均偏離全球水平1∶1∶1，對(duì)照的比值是1∶0.86∶1.21，氮磷配比施肥偏離程度小于對(duì)照，說(shuō)明長(zhǎng)期施肥改變了養(yǎng)分配比，使得微生物在獲取C、N和P源酶資源上有顯著不同。換句話說(shuō)，氮限制和磷限制均存在于黃土高原坡地農(nóng)田中，在供試條件下，氮磷肥在N1P(尿素+過磷酸鈣=55.2+90 kg·hm-2)配施條件下的土壤養(yǎng)分平衡關(guān)系最佳。

3.3 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)谷子生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

在本研究中，長(zhǎng)期施肥顯著增加了谷子的器官生物量(籽粒、根系、葉子、莖稈)、冠根比和產(chǎn)量。施肥增加了谷子生長(zhǎng)所必需的氮、磷元素含量，有利于干物質(zhì)的累積，進(jìn)而提高了生物量和產(chǎn)量。這種現(xiàn)象在長(zhǎng)期N1P處理下最為明顯，這表明均衡施肥條件更有利于谷子生長(zhǎng)和產(chǎn)量的提高。這與蔡苗等[18]和張曉云等[36]的研究結(jié)果一致，其研究表明氮磷平衡施肥能夠促進(jìn)玉米根生長(zhǎng)，提高作物生物量。但是，肖雪玉等[37]和馬東輝等[38]研究表明，過量或過高施用氮肥將會(huì)降低產(chǎn)量，農(nóng)作物吸收大量的氮元素，會(huì)提高光合產(chǎn)物的消耗，降低干物質(zhì)積累，導(dǎo)致減產(chǎn)。同樣地，過量施氮肥限制了谷子產(chǎn)量，本研究發(fā)現(xiàn)N1P處理谷子產(chǎn)量顯著高于N2P處理，同時(shí)過量施氮肥可能會(huì)造成農(nóng)田的氮面源污染[39]。此外，冠根比隨施肥梯度而增加，長(zhǎng)期施肥處理顯著提高谷子的冠根比值，氮磷配施處理下冠根比值最大，谷子籽粒全氮、全磷含量顯著高于其他器官，這與功能平衡假說(shuō)[40]一致，Shipley等[41]發(fā)現(xiàn)功能平衡假說(shuō)可較好地反映光合產(chǎn)物分配對(duì)環(huán)境因子變化的響應(yīng)。本研究中，氮磷配施后的養(yǎng)分資源更傾向于地上部分中的籽粒。

土壤理化性質(zhì)對(duì)植物的產(chǎn)量影響作用顯著[42]。磷素對(duì)蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞分裂有影響作用，這使得植物缺少磷素將會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)受限[26,29]。李銀水等[43]對(duì)油菜的研究表明，施磷促進(jìn)油菜生長(zhǎng),提高油菜對(duì)磷素的吸收和累積,顯著增加籽粒需磷量。俄勝哲等[44]的小麥試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥籽粒產(chǎn)量和土壤有效磷含量顯著正相關(guān)。葉會(huì)財(cái)?shù)萚19]對(duì)水稻的研究表明，水稻產(chǎn)量增加量隨土壤有效磷的增加而增加。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤全磷和土壤有效磷與谷子產(chǎn)量、生物量有顯著正相關(guān)關(guān)系，可能是磷素對(duì)蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞分裂有積極影響作用，磷素充足使得植物生長(zhǎng)不再受限，極大緩和了土壤本身的磷限制，提高了谷子產(chǎn)量。已有研究[45]表明，土壤pH值對(duì)作物產(chǎn)量有顯著影響。馬亞娟等[33]的研究表明，施肥會(huì)降低土壤pH值，從而影響土壤生物學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值對(duì)谷子產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，可能是土壤pH值過高，將會(huì)降低谷子器官儲(chǔ)藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)換率，不利于干物質(zhì)的積累，從而導(dǎo)致減產(chǎn)。

4 結(jié) 論

長(zhǎng)期施肥顯著影響了土壤酶活性、土壤理化性質(zhì)、谷子器官生物量、冠根比和產(chǎn)量。與CK相比，長(zhǎng)期單施氮肥(N1、N2)顯著提高了土壤有機(jī)碳、堿解氮含量和堿性磷酸酶(AP)活性，長(zhǎng)期氮磷肥配施(N1P、N2P)顯著提高了土壤有機(jī)碳、全磷、堿解氮和有效磷含量和土壤β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶與亮氨酸氨基肽酶(NAG+LAP)活性、葡萄糖苷酶(βG)活性。長(zhǎng)期施肥降低了土壤pH值。長(zhǎng)期輪作種植作物和化學(xué)施肥對(duì)土壤碳源、氮源、磷源酶活性均有顯著提高，且低氮高磷(N1P)處理的土壤酶化學(xué)計(jì)量比最接近1∶1∶1穩(wěn)態(tài)。與CK 相比，長(zhǎng)期氮磷肥配施，尤其是N1P處理，顯著增加了谷子生物量和籽粒產(chǎn)量。土壤全磷、有效磷對(duì)谷子產(chǎn)量、生物量呈顯著正相關(guān)，土壤pH對(duì)谷子產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)。與其他處理相比，N1P處理下土壤全磷、土壤有效磷含量、冠根比、器官生物量和氮源酶活性均是最大值。因此，減施氮肥并配施磷肥(N1P)是本試驗(yàn)中最佳施肥配比，減少氮肥投入、配施磷肥有利于緩解氮素面源污染問題，可以改善黃土高原地區(qū)土壤質(zhì)量，促進(jìn)谷子綜合品質(zhì)的提高，研究為提高農(nóng)田土壤質(zhì)量和谷子產(chǎn)量及合理施肥提供了科學(xué)依據(jù)。