梁嘉偉，余煒敏，姚鈺玲，胡綺琪，陸丹綿，王榮萍，廖新榮，黃賽花

廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所/華南土壤污染控制與修復(fù)國家地方聯(lián)合工程研究中心/廣東省農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合治理重點實驗室，廣東 廣州 510650

土壤微生物量作為土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的活性庫或活性源，其含量高低可部分反映土壤微生物活動的強弱和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率的快慢，是土壤生物質(zhì)量變化的靈敏指標(biāo)（Ekenler et al.，2003）。土壤酶是土壤中活躍的有機成分之一，在土壤養(yǎng)分循環(huán)以及植物生長所需養(yǎng)分的供給過程中起著重要作用（宋以玲等，2018）。研究表明，土壤酶活性較其他土壤性質(zhì)能更迅速地響應(yīng)施肥管理和種植體系（Zhang et al.，2015；丁文娟等，2014），常作為評價土壤肥力的一個重要指標(biāo)。生物有機肥是在無機、有機復(fù)混肥的基礎(chǔ)上接種有益微生物而產(chǎn)生的一種肥料，兼具微生物肥料和有機肥料的雙重效應(yīng)，既有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)，增產(chǎn)增收，又可培肥土壤，提高土壤酶活性，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，其已逐漸成為相關(guān)研究的重點（Zhang et al.，2008；Liu et al.，2014；Zhang et al.，2015）。

關(guān)于生物有機肥對作物土壤生物活性的影響，國內(nèi)學(xué)者做了大量的研究。曲成闖等（2017）針對施用生物有機肥對黃瓜不同生育期潮土肥力特征和酶活性進行研究，結(jié)果表明施用生物有機肥可提高土壤肥力水平和土壤脲酶、過氧化氫酶活性；孫薇等（2013）探討了生物有機肥對核桃土壤微生物群落功能多樣性的作用機理及其對土壤酶活性、土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明施生物有機肥后可顯著提高土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶和脫氫酶活性，改善土壤理化性質(zhì)。孫家駿等（2016）研究了施用生物有機肥對獼猴桃土壤酶活性、微生物群落結(jié)構(gòu)及其代謝的影響，其研究表明在獼猴桃生育期內(nèi)施用生物有機肥可顯著提高土壤蔗糖酶和 FDA水解酶活性，在獼猴桃生長后期可提高土壤脲酶和酸性磷酸酶活性。但生物有機肥對白瓜菜地土壤生物活性的影響研究尚未見報道。

白瓜（Cucurbita pepoL.）為華南地區(qū)大眾經(jīng)常食用的蔬菜，富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等物質(zhì)，不含脂肪，且鈉鹽含量很低，因此有非常高的藥用價值。因此以華南地區(qū)代表性瓜類蔬菜白瓜為試驗作物，研究了施用生物有機肥對白瓜不同生育期土壤肥力、酶活性、微生物生物量及產(chǎn)量的影響，為生物有機肥在白瓜菜地大面積推廣提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于 2017年在廣東省肇慶市高要區(qū)白諸鎮(zhèn)上孔村美利蔬菜專業(yè)合作社基地開展完成。供試土壤類型為紅壤，試驗地土壤的基本理化性狀為 pH 5.07，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù) 22.5 g·kg-1，全氮 1.58 g·kg-1，堿解氮 116 mg·kg-1，有效磷 124 mg·kg-1，速效鉀165 mg·kg-1。根據(jù)土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)，供試土壤呈酸性，有機質(zhì)含量臨界缺乏，堿解氮含量缺乏，有效磷含量偏高，速效鉀含量適宜，需增氮控磷。供試長度白瓜為當(dāng)?shù)厥卟似贩N。供試生物有機肥為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所自制畜禽糞便高床發(fā)酵堆肥，pH 8.06，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)71.5%，N 2.57%，P2O56.20%，K2O 12%。供試無機肥為尿素（含N質(zhì)量分數(shù)46%），過磷酸鈣（含P2O512%），氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置農(nóng)戶習(xí)慣施肥、只施無機肥、無機肥配施生物有機肥3個處理，依次用T1、T2、T3表示（表1），每個處理小區(qū)的面積均為0.073 hm2，保護行寬為1.0 m，走道寬及小區(qū)間排水溝寬均為0.5 m。每個處理設(shè)置3個重復(fù)。

表1 養(yǎng)分施入量aTable 1 Nutrient dosage

白瓜苗齡為31 d時統(tǒng)一移栽，株距25 cm，行距50 cm。T1處理，農(nóng)民習(xí)慣施肥（挪威復(fù)合肥，含 N、P2O5、K2O 均 15%）900 kg·hm-2。T2和 T3處理的無機肥用量均為尿素（含N質(zhì)量分數(shù)46%）407 kg·hm-2、過磷酸鈣（含 P2O512%）750 kg·hm-2、氯化鉀（含K2O 60%）200 kg·hm-2。3個處理所用肥料均分基、追肥施入種植溝內(nèi)，其中基肥為氮肥總量的10%，磷肥總量的60%、鉀肥總量的10%，其余作追肥施用。生物有機肥用量為4500 kg·hm-2（曲成闖等，2017），作為基肥一次性施入?；试诠厦缫圃郧笆┯诜N植溝內(nèi)，追肥在白瓜生育期分 6次隨水施用。田間管理同田間常規(guī)管理，自然條件生長，定期人工除草。適時采用滴灌方式適量灌水。

1.3 樣品采集

于白瓜苗期、伸蔓期、盛瓜期、清藤期采集根際土壤樣品。采樣時間分別為2017年5月23日、6月6日、6月20日、7月11日。采樣方法為S型五點法。每個點位采用竹制取土器采集0—20 cm表層土壤1 kg，裝入聚乙烯塑料袋內(nèi)密封；土壤樣品經(jīng)室溫風(fēng)干，粉碎、過篩待測。每次采摘記錄白瓜產(chǎn)量。

1.4 樣品分析測試

土壤樣品pH值的測定采用水提-電位法，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-容量法，全氮采用開氏法，堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用碳酸氫鈉法，速效鉀采用火焰光度法測定（魯如坤，2000）。

土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉-比色法，蔗糖酶活性采用硫代磷酸鈉滴定法，脲酶活性采用堿皿擴散-HCl滴定法，微生物量碳含量采用三氯甲烷熏蒸-重鉻酸鉀容量法，微生物量氮含量采用三氯甲烷熏蒸-蒸餾-HCl滴定法（林先貴，2010）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20軟件進行統(tǒng)計分析和作圖，并用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用一維方差分析法進行顯著性檢驗，P＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用生物有機肥對土壤肥力特征的影響

由表 2可知，T3處理（施用生物有機肥的土壤）在白瓜盛瓜期和清藤期土壤pH值高于T1、T2處理，其中清藤期土壤pH值增加幅度較大，比T1、T2處理分別增加了16.89%、6.39%。T3處理的土壤有機質(zhì)含量在伸蔓期和清藤期最高，但較其他兩個處理增加幅度不大。全氮也沒有表現(xiàn)出明顯的增加趨勢。施用生物有機肥的 T3處理土壤堿解氮含量和速效鉀含量在白瓜的整個生育期均保持在較高的水平，在清藤期 T3處理的土壤堿解氮含量比T1、T2處理分別增加了64.44%、15.35%，土壤速效鉀含量比 T1、T2處理分別增加了 88.20%、43.98%。除白瓜盛瓜期外，T3處理的土壤中有效磷含量均高于其他兩個處理，其中以伸蔓期增加幅度最大，相比其它兩個處理均增加了9.82%。因此，施用生物有機肥能夠增加土壤pH值、堿解氮、速效鉀和有效磷的含量，提高了土壤肥力。

表2 生物有機肥對白瓜土壤中肥力特征的影響Table 2 Effects of bio-organic fertilizer application on soil pH and fertility at different growth stages of squash (Cucurbita pepo L.)

在白瓜的整個生育期，除個別數(shù)據(jù)外，T3處理的肥力指標(biāo)均高于T2處理的肥力指標(biāo)。而T3處理和T1處理相比較，大部分T3處理的數(shù)據(jù)高于T1處理。

2.2 施用生物有機肥對白瓜不同生育期土壤中酶活性和微生物生物量的影響

從表3可以看出，除伸蔓期外，在白瓜的同一生育期 T3處理（施用生物有機肥）的土壤過氧化氫酶活性均高于T1和T2處理，其中在白瓜的清藤期 T3處理的過氧化氫酶活性較其他兩個處理增加幅度最大，分別提高了33.47%和27.67%。T3處理的過氧化氫酶活性較其他兩個處理增加幅度分別為12.09%—85.38%和5.84%—26.88%。除苗期外，在白瓜的同一生育期，加施生物有機肥的 T3處理土壤酸性磷酸酶活性和蔗糖酶活性均高于T1和T2處理。酸性磷酸酶隨白瓜生育期延長，均表現(xiàn)為先升高再將低的趨勢，在伸蔓期和盛瓜期高，苗期和清藤期低。蔗糖酶則白瓜生育期延長而逐漸降低。其中，在白瓜的伸蔓期，T3處理的酸性磷酸酶活性增加幅度最大，較其他兩個處理分別提高了33.21%和 37.37%，不同處理之間差異達到顯著水平（P＜0.05）。在白瓜的伸蔓期、盛瓜期和清藤期，土壤酸性磷酸酶活性由大到小均依次為 T3＞T1＞T2，T3處理的土壤酸性磷酸酶活性顯著高于T1和T2。與T1和T2處理相比，T3處理的蔗糖酶活性分別增加了7.18%—25.52%，2.55%—12.98%。脲酶均表現(xiàn)為隨白瓜生育期延長先降低再升高的趨勢，T2和T3處理的脲酶活性差別不大，但在苗期和伸蔓期均小于T1處理，在盛瓜期清藤期均大于T1處理。

表3 生物有機肥對白瓜土壤中酶活性和微生物生物量的影響Table 3 Effects of bio-organic fertilizer application on soil enzyme activities and microbial biomass at different growth stages of squash (Cucurbita pepo L.)

土壤微生物量碳隨白瓜生育期延長，均表現(xiàn)為先升高再將低的趨勢，在伸蔓期最高，在盛瓜期增加幅度最大，T3處理與其他兩個處理相比，分別提高了38.84%和28.24%。而土壤微生物量氮隨白瓜生育期延長，均表現(xiàn)為先降低再升高的趨勢，T2和T3處理在伸蔓期最低，T1處理則提前降低。且除伸蔓期外，在白瓜的同一生育期施用生物有機肥的T3處理土壤微生物量氮含量均高于T1和T2處理。

2.3 施用生物有機肥對白瓜產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，T3處理（配施有機肥）的白瓜日產(chǎn)量在盛瓜期（6月20日）前均遠高于其他兩個處理（6月17日除外）。T3處理的白瓜日產(chǎn)量比T1處理增產(chǎn)最高達95.16%（6月21日），比T2處理增產(chǎn)最高達70.42%（6月21日）。T3處理的白瓜總產(chǎn)量也一直遠遠高于其他2個處理（圖2），累計總產(chǎn)量（7月10日）比T1處理高13.27%，比T2處理高8.82%。T3處理的白瓜總產(chǎn)量（1998 kg）比T1處理（1764 kg）增產(chǎn)最高達29.16%（6月21日），比T2處理（1836 kg）增產(chǎn)最高達16.94%（6月21日）。而從圖1和圖2可以看出，在6月21日之后，3個處理的白瓜日產(chǎn)量變化不大，6月23日—7月 10日的累計產(chǎn)量依次為 494.50、490.00、498.50 kg，即盛瓜期后期3個處理的產(chǎn)量沒有顯著差別。即生物有機肥對白瓜的增產(chǎn)作用發(fā)生于盛瓜期前期。

圖1 生物有機肥對白瓜日產(chǎn)量的影響Figure 1 Effect of bio-organic fertilizer application on the daily yield of squash (Cucurbita pepo L.)

圖2 生物有機肥對白瓜總產(chǎn)量的影響Figure 2 Effect of bio-organic fertilizer application on the total yield of squash (Cucurbita pepo L.)

T3處理小區(qū)施生物有機肥量為328.5 kg，比T2增產(chǎn)量為162 kg，即每2 kg生物有機肥可增產(chǎn)1 kg白瓜，阿里巴巴有機肥價格為0.8—1.8 yuan·kg-1，而白瓜價格為2—12 yuan·kg-1，有顯著的經(jīng)濟效益。

3 討論

生物有機肥富含有益微生物和功能菌。在白瓜清藤期土壤pH大小順序為T3＞T2＞T1。T2處理比T1處理多施加了N素，而T3處理比T2處理多施加了含氮素的有機肥。而N素在土壤中微生物的作用下主要發(fā)生硝化反應(yīng)（曲成闖等，2017），而當(dāng)植物吸收NO3--N，植物根系分泌OH-，造成根際土壤堿化，在本試驗中這3種處理所帶入土壤的N素多少順序為 T3＞T2＞T1，所以植物分泌的OH-順序為 T3＞T2＞T1，即 pH T3＞T2＞T1。很多研究（胡誠等，2007；馬祥等，2019）表明，在堿性土壤中，施加生物有機肥，會降低土壤的pH，他們認為是生物有機肥中的有益微生物在植物生長過程中產(chǎn)生大量有機酸，所以土壤的pH會降低。因此，生物有機肥可以提高酸性土壤的 pH，降低堿性土壤的pH。即生物有機肥可以平衡土壤的pH。

很多研究（蔣仁成等，1990；胡誠等，2007；馬祥等，2019）表明，施用生物有機肥可促進土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，提高土壤有效養(yǎng)分的含量，進而提高土壤肥力，緩解因作物生長繁殖而消耗的養(yǎng)分。這與本研究結(jié)果有些不同。對比T3處理和T2處理結(jié)果后發(fā)現(xiàn)施用生物有機肥能夠提高土壤堿解氮、速效鉀和有效磷的含量，提高土壤肥力。但是 T3處理的有機質(zhì)和全氮含量卻沒有表現(xiàn)出明顯的增加趨勢，有效磷增幅不大。這是因為 T3處理在盛瓜期產(chǎn)量遠高于其他兩個處理，白瓜在生育期通過根部吸收大量水分，根在吸收水分的同時將養(yǎng)分轉(zhuǎn)移至果實，形成氨基酸，因而白瓜富含蛋白質(zhì)。C和N是形成氨基酸的主要元素，而有機質(zhì)是C源，全氮是有效氮的來源，且生物有機肥中的有機質(zhì)在土壤中酶的作用下降解，會消耗土壤中的硝態(tài)氮。生物有機肥的固氮微生物，將土壤和空氣中的 N2還原為可被作物吸收利用的NH4+，在促進氮礦化效果更為明顯，從而又可提高土壤的氮素水平（田小明等，2014），所以有機肥處理的有機質(zhì)和全氮含量沒有表現(xiàn)出明顯的增加趨勢。土壤中的原生礦物和次生礦物可以被生物有機肥中的微生物自身的特性以及溶磷微生物等分解，形成有效養(yǎng)分，從而提高土壤中的磷和鉀的釋放，提高土壤堿解氮、速效鉀和有效磷的含量。T3處理的有效磷增加較少，與曲成闖等（2017）結(jié)果一致，這是因為本試驗所用生物有機肥對土壤磷的轉(zhuǎn)化遲鈍（張敏等，2016）。T1處理，農(nóng)戶習(xí)慣施磷肥量較大，遠高于T2處理，但這種施肥方式既沒有顯著提高土壤磷肥力和作物產(chǎn)量，還造成肥料浪費和土壤酸化（王艷群等，2005）。因此生物有機肥可以提高土壤肥力，但對各養(yǎng)分影響不同。而生物有機肥的施用能夠?qū)Φ亓M行改善，在土壤結(jié)構(gòu)上能夠降低土壤的容重，增加土壤的孔隙度，使土壤形成更多團粒結(jié)構(gòu)，進而增強其對水肥的保持能力，從而促進植物根系生長（田小明等，2014）。這與我們的結(jié)果一致，配施生物有機肥可以明顯提高白瓜產(chǎn)量，這種影響主要發(fā)生在白瓜盛瓜期前期，盛瓜期后期基本上沒有影響。陳會鮮等（2019）和王成等（2019）的研究也表明，生物有機肥可以明顯增加蔬菜的產(chǎn)量。

土壤酶能活化土壤有機質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為植物可吸收的無機物，它直接影響著土壤的代謝性能，其活性大小在一定程度上代表土壤肥力的高低（崔紅標(biāo)等，2011；孫家駿等，2016）。過氧化氫酶可以分解土壤中對植物有害的過氧化氫為水和氧氣，其活性可以反映土壤呼吸強度；磷酸酶能夠影響土壤含磷有機物礦化，其活性可以反映土壤中有效磷的利用情況；蔗糖酶對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起重要作用；脲酶促進土壤中氮素水解成氨，其活性可表征土壤氮素水平。本研究中發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥后，土壤過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性均高于農(nóng)戶習(xí)慣施肥處理和單施無機肥處理。而施N肥較高的T2和T3處理的土壤脲酶活性在苗期和伸蔓期均小于 T1處理，在盛瓜期和清藤期均大于T1處理。宋以玲等（2018）在對蘿卜根際土壤酶活性的研究中發(fā)現(xiàn)施加生物菌水溶肥以后，除了脲酶活性降低外，其他3種酶的活性均升高，這與本研究的結(jié)果一致。張靜等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥后，土壤酸性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性均高于對照和普通有機肥處理。曲成闖等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥可提高土壤脲酶和土壤過氧化氫酶活性。賀文員等（2019）發(fā)現(xiàn)生物有機肥和化肥配合施用可顯著增加土壤中的脲酶、磷酸酶活性，但蔗糖酶和過氧化氫酶沒有明顯變化。有研究表明生物有機肥可提高土壤微生物活性（田小明等，2014）。生物有機肥中增加了土壤中的有機質(zhì)含量，從而增加了土壤微生物的碳源（馬曉霞等，2012），土壤微生物量碳含量較高，同時刺激蔗糖酶活性的升高，因此施用生物有機肥處理的蔗糖酶活性較高。孫薇等（2013）研究發(fā)現(xiàn)化肥中尿素的施入對土壤脲酶起刺激作用，大大提高了其土壤脲酶活性。但本試驗卻發(fā)現(xiàn)過多施用N肥，雖然提高了有效氮的含量，卻抑制了苗期和伸蔓期的脲酶活性。因此，酶活性趨勢變化不同的原因，可能是因為受到生物有機肥中所添加的微生物菌種、配施無機肥N和P含量、生物有機肥種類、土壤類型、土壤有機質(zhì)等綜合因素的影響（賀文員等，2019）。

土壤酶參與有機質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)，而土壤微生物量碳氮是土壤生物量的重要表征，是土壤活性的重要標(biāo)志，直接快速的調(diào)控土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，對土壤養(yǎng)分循環(huán)起著重要作用，是土壤養(yǎng)分的“庫”和“源”。土壤微生物生物量是土壤有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分C、N、P、S等轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動力，并參與土壤中有機質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成。胡誠等（2007）和曲成闖等（2017）的研究均發(fā)現(xiàn)生物有機肥可提高土壤微生物量碳、氮含量。馬曉霞等（2012）也發(fā)現(xiàn)有機肥配施氮磷鉀肥與單施氮磷鉀肥相比，前者有提高土壤微生物量碳、氮含量的趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)，隨白瓜生育期延長，土壤微生物量碳均表現(xiàn)為先升高再降低的趨勢，與土壤有機質(zhì)含量變化趨勢一致，而土壤微生物量氮均表現(xiàn)為先降低再升高的趨勢，與土壤全氮含量正相關(guān)。微生物主要利用有機物中的有機質(zhì)作為碳源，因此微生物生物量碳與有機質(zhì)的變化趨勢一致。隨著白瓜對氮需要量的增加，以及土壤礦質(zhì)氮含量的降低，土壤微生物生物量氮又轉(zhuǎn)化為礦質(zhì)態(tài)氮，供作物吸收利用，后期追肥又補充了氮源，迅速被土壤微生物固持，所以微生物生物量氮又呈現(xiàn)增加的趨勢。在土壤碳氮供應(yīng)過程中，微生物生物量起著非常重要的調(diào)節(jié)作用。

4 結(jié)論

配施有機肥不但可以使白瓜增產(chǎn)，而且可以平衡土壤的pH，提高土壤中堿解氮、速效鉀和有效磷的含量，增強過氧化氫酶，酸性磷酸酶、蔗糖酶的活性和提高微生物生物量碳含量。生物有機肥對白瓜的增產(chǎn)作用發(fā)生在盛瓜期前期，對盛瓜期后期影響較小。建議在生物有機肥的推廣應(yīng)用中，考慮土壤粒級的影響，發(fā)揮生物有機肥的最大作用。