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        控釋肥對(duì)土壤肥力與生物活性的影響

        2010-02-12 20:15:10許自成蘇永士陳彥春汪孝國
        浙江農(nóng)業(yè)科學(xué) 2010年5期
        關(guān)鍵詞:脲酶包膜氮素

        馬 松,許自成,蘇永士,陳彥春,汪孝國,郭 松

        (1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002;2.河南省煙草公司 三門峽市公司,河南 三門峽 472000)

        目前,我國農(nóng)田大多通過大量施用化肥來提高土壤肥力,但這種做法并不可取。長期重施化肥,會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)變劣、酶活性降低、養(yǎng)分失調(diào)和綜合肥力下降[1-2];因此,如何在保障土壤供肥能力的同時(shí),提高肥料利用率,減少肥料殘留引起的土壤環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)均衡施肥,已成為目前研究的一大熱點(diǎn)。控釋肥作為一種科學(xué)環(huán)保型肥料,具有提高肥料利用率和土壤酶活性、增加土壤微生物數(shù)量和降低環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。本文就控釋肥對(duì)土壤的影響作一綜述,以期為合理使用控釋肥提供依據(jù)。

        1 土壤基本理化性質(zhì)

        控釋肥在釋放養(yǎng)分后,其包膜會(huì)殘留在土壤中。研究表明:盆栽油菜中添加有機(jī)高分子聚合物包膜后,土壤容重下降,孔隙度增高,土壤比重變化不大,從而使土壤疏松,通氣透水性增加,土壤結(jié)構(gòu)得到改善[6],表明控釋肥殘膜可改善土壤結(jié)構(gòu)。但是殘膜并非越多越好,張昌愛等[7]認(rèn)為,硫包尿素施入土壤后,短期內(nèi)土壤pH變化不大,但若長期大量施用,土壤中累積的包膜則會(huì)降低土壤的pH和電導(dǎo)率,破壞土壤酸堿平衡,增加土壤可溶性鹽的淋失,導(dǎo)致地下水質(zhì)惡化。

        控釋尿素對(duì)沖積菜園土和紅菜園土pH影響的研究表明,短期施用普通尿素的土壤pH峰值要高于控釋尿素,峰值出現(xiàn)的時(shí)間也較控釋尿素提前;但從長期看,控釋尿素和普通尿素處理土壤均在一周后pH值升至最大值,而后下降,但控釋尿素處理 pH 值下降更快[8]。

        2 土壤供肥能力

        據(jù)研究,在一般產(chǎn)量水平下,植物吸收的氮磷鉀分別有30% ~60%、50% ~70%、40% ~60%來自土壤[9]。因此,土壤供肥力是獲得作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)。研究表明,控釋復(fù)合肥能顯著提高土壤的有機(jī)質(zhì)、有效氮磷鉀含量;與普通復(fù)合肥相比,控釋復(fù)合肥處理的有效養(yǎng)分含量變化曲線更趨平緩;在相同養(yǎng)分含量下,控釋復(fù)合肥的釋放高峰比普通復(fù)合肥推遲了1個(gè)月,顯示控釋肥有更強(qiáng)的持續(xù)供肥能力[3]。徐培智等[10]發(fā)現(xiàn),與常規(guī)施肥相比,施用水稻專用控釋肥可顯著提高養(yǎng)分利用率,降低氮、磷肥用量,提高土壤肥力,達(dá)到減少肥料流失、降低環(huán)境污染、養(yǎng)地沃土的效果。

        2.1 土壤氮素

        氮肥的合理利用是指氮肥的利用率達(dá)到最大化、氮肥因氨揮發(fā)、硝態(tài)氮的淋失和反硝化作用所造成的損失最小化,使氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)得到充分發(fā)揮??蒯尫誓茉黾雍档赝寥乐械睾浚岣咄寥拦┑胶头柿侠寐?。棉田施用控釋肥后,0~30 cm土層的堿解氮含量在垂直和水平方向上均高于普通尿素處理[11]。董元杰等[12]以普通單質(zhì)肥料為原料制成控釋摻混肥料施入花生田后發(fā)現(xiàn):控釋肥能提高花生結(jié)莢期和飽果成熟期土壤中銨態(tài)氮的含量,降低硝態(tài)氮的含量,從而減少地下水污染風(fēng)險(xiǎn),克服常規(guī)肥料在作物生長后期土壤養(yǎng)分供應(yīng)不足的缺點(diǎn)。唐拴虎等[13]采用盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),相比專用肥一次施用和分次施用處理,控釋肥能提高水稻生長后期的土壤供氮水平;施用控釋肥明顯提高了氮肥利用率,較專用肥分次施用和一次性施用處理分別提高12.2%~13.5%和20.0%~22.7%。熊又升等[14]研究也表明,施包膜尿素較普通尿素的氨揮發(fā)損失減少了14.2%~14.9%,淋失和反硝化氮損失減少25.5%~28.3%。

        水田施用控釋肥,氮素?fù)p失減少,肥料利用率提高。研究認(rèn)為,氨揮發(fā)是稻田氮素?fù)p失的主要原因,施用尿素和2個(gè)不同品種控釋肥,其氨揮發(fā)損失量分別占施氮總量的39.28%、19.99%和10.91%,其中控釋肥比尿素的氨揮發(fā)氮素?fù)p失量降低19.29%~28.37%,其氮素利用率分別為80.5%、64.7%,比尿素高 50.5%、34.7%,差異達(dá)極顯著[15]??蒯尫柿咸幚韰^(qū)水層中-N濃度很小,略高于無氮區(qū),且移栽后10 d內(nèi)變幅不大,而復(fù)合肥區(qū)-N濃度則顯著高于控釋肥區(qū)[16]。還有研究表明,施用控釋氮肥能顯著降低田面水中-N和-N的濃度,減少NO2的揮發(fā)損失[17]。

        2.2 土壤磷素

        磷在土壤中的移動(dòng)主要靠擴(kuò)散作用,而擴(kuò)散作用決定于土壤磷濃度與根系磷濃度之差。由于土壤溶液中磷的濃度很低,導(dǎo)致磷的移動(dòng)慢且范圍很小,但控釋肥可直接施于根部,增加根系直接接觸磷素的機(jī)會(huì)[18]。因此,控釋肥對(duì)提高土壤供磷水平有很好的作用。

        胡瑩瑩等[19]分析了不同磷水平下磷素控釋肥對(duì)土壤供磷狀況的影響,表明控釋復(fù)肥能顯著提高當(dāng)季磷肥利用率,低磷控釋處理比對(duì)照增加32%,高磷控釋處理比高磷普通復(fù)肥處理增加35%。在馬鈴薯生長期內(nèi),無論低磷水平還是高磷水平,控釋肥的土壤速效磷變化比較平緩,能按作物所需供給作物養(yǎng)分;在生長中后期,低磷控釋復(fù)肥仍能維持較高的土壤速效磷供應(yīng)水平,因而控釋肥可減少磷肥用量,提高經(jīng)濟(jì)效益[19]。草莓盆栽試驗(yàn)也表明,相對(duì)于普通肥料,表施、側(cè)施、混施和底施控釋復(fù)合肥的磷肥利用率提高了14.36%~36.48%,其中以底施控釋復(fù)合肥的效果最優(yōu)[18]。

        2.3 土壤鉀素

        研究表明,控釋肥可顯著提高烤煙地0~20 cm土層速效鉀含量,而對(duì)20~40 cm土層速效鉀含量影響不顯著[20]。控釋肥可大幅度提高煙田根際土壤的速效鉀含量,而且根區(qū)土壤速效鉀含量明顯高于非根區(qū)土壤,出現(xiàn)了烤煙根區(qū)鉀素的富集現(xiàn)象。而通過研究近根區(qū)和非根區(qū)土壤速效鉀含量與烤煙鉀營養(yǎng)狀況的相關(guān)性發(fā)現(xiàn):近根區(qū)土壤速效鉀含量是決定煙葉含鉀量的主要因素[21]。植物吸鉀主要通過根系,因此根際的鉀優(yōu)先被吸收,而非根際土壤鉀則必須遷移到根際后才能被煙株吸收。但鉀在土壤中的遷移較慢,限制了植物對(duì)鉀的吸收。而控釋肥集中施在作物根系附近,不但為植物提供了高濃度的鉀營養(yǎng),而且能夠克服K+向根表長距離遷移速度太慢的缺點(diǎn),提高了養(yǎng)分的空間有效性。

        3 土壤酶活性

        土壤脲酶是一種水解酶,能催化尿素和有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化,對(duì)土壤和肥料中的氮素轉(zhuǎn)化起重要作用,故脲酶活性可表征土壤的氮素狀況[22]。土壤多酚氧化酶參加腐殖質(zhì)組分中芳香族有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化,其活性在一定程度上反映土壤腐殖化進(jìn)程[23]。過氧化氫酶是參與土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的一種重要氧化還原酶,在一定程度上可以表征土壤生物氧化過程的強(qiáng)弱[24]。磷酸酶可加速有機(jī)磷的脫磷速度,積累的磷酸對(duì)土壤磷素的有效性具有重要作用[25]。土壤蔗糖酶能酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖,對(duì)增加土壤中易容性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用,它不僅能夠表征土壤生物活性強(qiáng)度,也可以作為評(píng)價(jià)土壤熟化程度和土壤肥力的指標(biāo)[26]。

        黃瓜田間試驗(yàn)表明,控釋復(fù)合肥能顯著提高土壤脲酶活性,降低多酚氧化酶活性[27]。與普通氮、磷、鉀肥相比,控釋肥能明顯提高土壤中脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性,從而改善土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況,提高了肥料利用率[28]。大豆盆栽試驗(yàn)表明,與普通復(fù)合肥相比,包膜復(fù)合肥料對(duì)土壤脲酶、中性磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性的影響均優(yōu)于普通復(fù)合肥[4]。

        油菜盆栽試驗(yàn)表明,在油菜生育前期,包膜尿素抑制脲酶活性,有效地抑制了尿素的分解轉(zhuǎn)化,減少了N素?fù)p失。究其原因,可能是因?yàn)樯捌谟筒烁递^小,生長不旺盛,根系分泌物較少。到油菜生長旺盛期,包膜尿素可提高脲酶活性,分解尿素并有效供給作物快速生長所需養(yǎng)分[29]。井大煒等[30]認(rèn)為,在西瓜生育前期,普通化肥提高土壤脲酶的活性,而控釋肥則抑制其活性;但在開花以后,普通化肥處理的脲酶活性顯著下降,而控釋肥處理的活性有較大程度提高,并在膨大期達(dá)到最大值。由于西瓜在前期對(duì)氮素的需求量較小,而控釋肥在這時(shí)又能抑制脲酶活性,這就有利于降低氮素的氣態(tài)損失;過了開花期,西瓜對(duì)氮素需求量增大,這時(shí)控施肥恰能顯著提高脲酶活性,促進(jìn)有機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。此外,控釋肥也比普通化肥更能增強(qiáng)土壤蔗糖酶的活性,有利于土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化,有利于土壤肥力水平的改善和提高。

        4 土壤微生物量

        土壤微生物活性能預(yù)測(cè)土壤質(zhì)量的變化,是土壤質(zhì)量變化最敏感的指標(biāo),也是土壤健康的決定因素[31]。羅蘭芳等[5]研究表明,短期施用控釋氮肥的稻田土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量明顯高于不施氮處理;土壤好氧自生固氮菌、氨化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌的數(shù)量比尿素處理低。但控釋氮肥處理的周年土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量明顯高于尿素處理,真菌數(shù)量略低于尿素處理;控釋氮肥配施有機(jī)肥處理,土壤細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量明顯高于尿素和單施控釋氮肥處理,說明控釋肥能明顯增加土壤微生物的數(shù)量[5]。

        土壤解磷細(xì)菌能夠促進(jìn)土壤中磷素形態(tài)向易被作物利用狀態(tài)轉(zhuǎn)化,減緩向緩效態(tài)、難溶態(tài)的轉(zhuǎn)化,從而提高磷肥的利用率[32],降低大量施用磷肥造成的面源磷素污染[33]。研究表明,施用控釋肥能夠提高烤煙旺長期煙田土壤中解磷細(xì)菌的數(shù)量和磷細(xì)菌的溶磷能力,施用控釋肥料和普通肥料的土壤中磷細(xì)菌總量分別為7.6×106個(gè)·g-1和2.3×105個(gè)·g-1,可見,控釋肥能顯著增加烤煙旺長期煙田土壤中磷細(xì)菌的數(shù)量[34]。

        5 小結(jié)

        由于包膜的控釋作用,專用控釋肥的養(yǎng)分釋放特性與作物需肥規(guī)律達(dá)成一致,促成了控釋肥在作物需肥旺期提高多種土壤酶的活性,在需肥衰期則抑制多種土壤酶的活性,從而形成了作物在需肥旺期土壤供肥能力增加,在需肥衰期土壤供肥能力降低的現(xiàn)象。這就使土壤中肥料的養(yǎng)分得到充分地利用,單位肥料的增產(chǎn)效應(yīng)達(dá)到最大化,環(huán)境污染也隨之降低。關(guān)于控釋肥的研究已有不少報(bào)道,但有關(guān)控釋肥對(duì)土壤中微量元素的作用,以及控釋肥包膜對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤酶、土壤微生物影響的研究卻鮮見報(bào)道,為此需作進(jìn)一步的研究。

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