許小偉，樊劍波，陳 晏，張其海，何園球，* ，鄭學博

(1.中國科學院南京土壤研究所，南京 210008;2.中國科學院大學，北京 100049;3.江西省山江湖治理委員會辦公室，南昌 330046)

花生是我國亞熱帶紅壤區(qū)重要的油料作物和經(jīng)濟作物。在江西省每年平均種植面積達1.3×106hm2，產(chǎn)量為 4.6×108kg，占全省油料總產(chǎn)的37.5%［1］，產(chǎn)值達 27 億人民幣［2］。雖然該地區(qū)光溫水熱等自然資源豐富，但紅壤具有酸、粘、板、瘦的特點［3］，導致花生產(chǎn)量不及我國其他地區(qū)。同時，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)?；l(fā)展，全國每年的畜禽糞便排放量接近31.9億t，而70%直接排放進入環(huán)境中［4］，糞污無序排放不僅對環(huán)境有害，而且對人類和動物也能產(chǎn)生不利的影響［5］，大量研究表明，施用糞肥不僅能減少環(huán)境污染［6］，還能培肥土壤［7］、改變土壤養(yǎng)分循環(huán)［8］。

近年來，土壤速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量、土壤養(yǎng)分代謝酶活性、土壤微生物群落結構等土壤養(yǎng)分含量及生物性質(zhì)作為反應土壤肥力的指標來指導土壤生態(tài)系統(tǒng)管理已逐漸成為熱點［9－12］，通過土壤生物學性質(zhì)和化學性質(zhì)的變化反來映土壤質(zhì)量的變化對土壤肥力預警體系具有重要意義。關于有機肥能提高旱地土壤養(yǎng)分含量和改善土壤生物學性質(zhì)的報道有許多。大量研究表明:合理施肥可明顯增強旱地土壤脲酶、蛋白酶、轉化酶及磷酸酶等關鍵酶活性［13－16］;喬潔等研究表明，配施有利于提高土壤微生物生物量及土壤微生物活性［17］，Mandal等報告了農(nóng)家肥與無機化肥配合施用能顯著提高土壤微生物量碳、氮以及酶活性［18］;Bloom等認為，有機肥施入土提高土壤微生物生物量及活性，改善土壤微生物群落結構及多樣性［19］;Ndayeyamiya A在玉米田試驗表明，有機肥或無機肥可提高酸性粉壤土土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量，同時顯著增加氨化細菌、硝化細菌、自生固氮菌數(shù)量［20］;同時，許多研究表明，施用有機肥對維持土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分也具有明顯的效果［21］。

然而，過量的施用有機肥不僅帶來土壤重金屬污染的風險［22－23］，而且會導致環(huán)境中氮、磷污染風險［24－25］以及增加勞動力成本。所以，在沒有環(huán)境污染風險的前提下如何精確配施有機肥使紅壤旱地土壤肥力和生產(chǎn)力同時提升成為當前迫在眉睫的問題。因此，本研究通過設置有機無機肥配施田間實驗，重點探討不同配比對紅壤旱地花生產(chǎn)量、土壤酶活性、可培養(yǎng)微生物數(shù)量、土壤速效養(yǎng)分的影響，得出能使紅壤肥力和產(chǎn)量最優(yōu)化的配施比例，以期為江西紅壤旱薄地地區(qū)作物豐產(chǎn)和土壤培肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為第四紀紅色黏土發(fā)育的紅壤，有機質(zhì)含量12.15 g/kg、全氮含量0.83 g/kg、堿解氮含量35.54 mg/kg、速效磷含量15.41 mg/kg、速效鉀含量169.21mg/kg、pH4.94、有機質(zhì)12.15 g/kg、土壤容重1.21 g/cm3、總孔隙度54.90%。供試花生品種為贛花1號，花生于4月13日播種，行距40 cm，株距20 cm，每穴播2粒，密度為25萬株/hm2。供試化肥為尿素(含N46%)、鈣鎂磷肥(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)、有機肥用堆漚發(fā)酵的豬糞，鮮基豬糞養(yǎng)分含量為:N 8.87 g/kg、P2O57.41 g/kg、K2O 3.45 g/kg、有機質(zhì)含量524.1 g/kg、含水量70%。

1.2 試驗設計

實驗于2013年在中國科學院江西紅壤生態(tài)試驗站進行，采用田間小區(qū)試驗，小區(qū)面積30m2，各小區(qū)間用寬50cm，高25cm的田埂封隔。該小區(qū)進行試驗前是花生蘿卜輪作，按照當?shù)爻Ｒ?guī)施肥種植?；ㄉＲ?guī) N、P2O5、K2O 施用量分別為:121、90、135kg/hm2，有機糞肥與化肥配施處理以氮素施用量為計算標準，補足磷、鉀含量，確保各處理氮、磷、鉀施用量相等。試驗共設6個處理:CK(不施肥處理)、T0(常規(guī)施肥:純化肥N)、T20(20%有機豬糞N+80%化肥N)、T40(40%有機豬糞N+60%化肥N)、T60(60%有機豬糞N+40%化肥N)、T80(80%有機豬糞N+20%化肥N)，每個處理設置3個重復，隨機區(qū)組排列。有機肥和化肥全部一次性基施，采用常規(guī)田間管理。

1.3 采樣時間

分別于花生播種期、始花期、花針期、結莢期和成熟期采集土樣

1.4 樣品采集與處理

每區(qū)采用五點法混合法取0—30cm土層土樣，一部分新鮮土壤帶回實驗室，4°保存，經(jīng)過預處理后測定土壤酶活性;另一部分自然風干，過2mm篩，用于測定土壤有效養(yǎng)分;收獲測定植株主要農(nóng)藝性狀，按實際面積計產(chǎn)。此外，每區(qū)采集5株植株根際土壤帶回實驗室－20°保存，經(jīng)過預處理后測定土壤微生物量。

1.5 測定項目及方法

土壤有機質(zhì):濃硫酸鉀重鉻酸鉀外加熱法;有效磷:雙酸浸提鉬藍比色法;有效鉀:CH3COONH4提取，火焰光度計法;堿解氮:間接擴散滴定法［26］。

土壤脲酶活性用靛酚藍比色法測定;酸性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定;蔗糖酶活性用 3，5－二硝基水楊酸比色法測定［27］。

根際土壤微生物區(qū)系的測定:放線菌培養(yǎng)采用高氏1號培養(yǎng)基，細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基。放線菌、細菌、真菌計數(shù)采用稀釋涂抹平板法［28］。微生物數(shù)量以每克土壤樣品所含菌數(shù)表示。每克土壤樣品所含菌數(shù)=同一個稀釋度幾次重復的菌落平均數(shù)×10×稀釋倍數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用 Word2007、Excel2007 及 DPS、SPSS16.0 軟件數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、繪圖與作表。

2 結果分析

2.1 對花生產(chǎn)量的影響

花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素結果表明(表1):CK的各指標顯著低于施肥處理，產(chǎn)量指標隨著配施比例呈現(xiàn)倒U型的變化，T40處理最好。與CK和T0處理相比，T40處理的莢果增產(chǎn)率分別為50.96%和20.14%，籽仁增產(chǎn)率分別為60.61%和26.92%，單株結果數(shù)分別了提高93.93%和29.08%，百粒重分別提高了16.18%和7.09%;但是莢果產(chǎn)量、籽仁產(chǎn)量、單株結果數(shù)及百粒重在 T20、T40、T60、T80等4個處理之間沒有明顯的差異。

表1 不同有機無機肥配施比例對花生產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of combined app lication of chem ical fertilizer p lus organic manure on on peanut yield

2.2 對土壤速效養(yǎng)分的影響

2.2.1 對土壤堿解氮的影響

不同有機無機配施比例下，土壤堿解氮變化總體上以花生花針期為分界呈先上升后下降的趨勢(圖1)。

圖1 不同有機無機肥配施比例對土壤堿解氮含量動態(tài)變化的影響Fig．1 Effects of combined application on available N

在花生花針期，各施肥處理的土壤堿解氮均達生育期內(nèi)的最大值，而且隨著無機肥比例增高而增高。T0處理在數(shù)值上分別高出 CK、T20、T40、T60、T80處理 48.05%、8.39%、15.89%、19.25%、29.93%。在花生結莢期，各施肥處理土壤堿解氮急劇下降，尤其是T0處理，下降了21.51%，而有機肥配施的各處理下降相對較平緩。在整個生育季后期(花生成熟期)各處理下降幅度較大，整個生育期結束后，除CK處理土壤堿解氮相對于播種期有所下降外，其余各施肥處理均有不同程度的提高，以T40提升效果最明顯，相對于播種期提升了19.66%，相對于T0提升了12.01%。

2.2.2 對土壤有效磷的影響

圖2為有機無機配施條件下土壤有效磷在整個生育季的動態(tài)變化情況，從圖可以看出:土壤有效磷含量在花生花針期急劇上升，達到全生育期的峰值，然后不同程度下降。

花針期各施肥處理土壤有效磷含量的大小順序為:T0＞T20＞T40＞T60＞T80＞CK，T0 分別高出 CK 和T20處理75.67%和5.36%。從花生花針期到成熟期，各施肥處理有不同程度的下降趨勢，以T0下降幅度最大，下降了55.67%;而配施有機肥處理下降的最大幅度為:40.70%，最小下降幅度為:32.37%。在花生收獲后，各施肥處理的土壤有效磷含量順序為:T60≈T40＞T20＞T80＞T0＞CK，CK 和 T0 處理相對播種期分別下降了26.45%和16.00%;而各配施處理的均有小幅度的提升，最高3.87%。

圖2 不同有機無機肥配施比例對土壤有效磷含量動態(tài)變化的影響Fig．2 Effects of combined app lication on available P

2.2.3 對土壤速效鉀的影響

圖3為有機無機配施條件下土壤速效鉀的動態(tài)變化，從圖中可以看出，土壤速效鉀的變化趨勢與堿解氮、有效鉀動態(tài)變化趨勢一致，均為在花針期達到峰值，然后呈下降趨勢。試驗結果表明，T0處理的土壤速效鉀在花針期的含量最高，為303.47mg/kg，數(shù)值比同期有機肥配施高?；ㄡ樒诟魈幚硗寥浪傩р浐扛叩晚樞驗?T0＞T20＞T40＞T60＞T80＞CK。隨著生育期推進，速效鉀含量逐漸下降，其中T0處理下降的幅度最大。從全年對土壤速效鉀提升比例來看，最高的為配施40%處理，提升比例為9.94%;其次為配施20%處理，提升5.85%;再次為配施60%，提升比例為4.67%;配施80%處理則升高了2.92%;CK和T0處理在全生育期結束后，速效鉀含量降低了8.77%和2.34%。

2.3 對土壤微生物數(shù)量的影響

從表2可以看出，土壤0—30cm耕層土壤微生物組成以細菌為主，放線菌次之，真菌最少。從花生生長全生育期來看，土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量呈先增加后減少的單峰曲線變化趨勢，真菌數(shù)量最大值出現(xiàn)在花針期，而細菌和放線菌數(shù)量最大值則出現(xiàn)在結莢期。從全生育期平均值來看，施肥對細菌的影響明顯大于放線菌和真菌。

圖3 不同有機無機肥配施比例對土壤速效鉀含量動態(tài)變化的影響Fig．3 Effects of combined app lication on available K

同一生長期內(nèi)，各施肥處理間的真菌、細菌、放線菌的數(shù)量級大小順序一致:T80＞T60＞T40＞20＞T0＞CK。其中，配施高量和中高量有機肥(T80、T60)顯著高于常規(guī)施肥(T0)和對照(CK)，尤其是在始花期，高量配施處理的三類微生物分別是常規(guī)施肥處理的2.14、2.6以及1.79倍。

表2 不同有機無機肥配施比例對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量動態(tài)變化的影響Table 2 Amounts of soilm icroorganism of different combination app lication ratio at different grow ing stage of peanut

同一施肥處理在不同時期對微生物數(shù)量影響的程度和作用效果不同，真菌數(shù)量在花生始花期和花針期存在極顯著差異，最高提高了220%;放線菌數(shù)量和細菌數(shù)量在花生花針期和結莢期差異水平達極顯著，最高分別提高了100%和45%。

2.4 對土壤酶活性的影響

2.4.1 對土壤脲酶活性的影響

由圖4可以看出:脲酶活性在花生整個生育期成單峰曲線，在花生花針期達到峰值，而且土壤脲酶活性隨著配施有機肥比例增大而提高。

除T20處理外，其余各配施處理在四個時期的脲酶活性顯著高于常規(guī)施肥及不施肥處理。有機無機中量配施(T40)、高量配施(T60、T80)顯著高于其他試驗處理，但不同時期內(nèi)，中、高量配施處理之間差異不顯著。低量配施(T20)在生育后期與常規(guī)施肥(T0)和CK差異顯著，生育前期差異不顯著。表明，中量以上有機無機肥配施有利于提高花生整個生育期內(nèi)土壤脲酶活性，純化肥施用在生育前期對土壤脲酶作用不明顯，而低量有機肥配施效果介于中高量配施和純化肥之間。

圖4 不同有機無機肥配施比例對土壤脲酶活性動態(tài)變化的影響Fig．4 Effects of combined application on Urease activities圖中不同小寫字母表示同一采樣期處理間差異顯著，P＜0.05

2.4.2 對土壤蔗糖轉化酶的影響

與脲酶變化規(guī)律近似，土壤蔗糖轉化酶活性隨著生育期的延長，先增加后降低，在花生結莢期達到最大值。而不同施肥處理對土壤蔗糖酶活性的影響表現(xiàn)為:隨著配施比例的增高，土壤蔗糖轉化酶活性隨之增高，酶活性大小順序為:T80＞T60＞T40＞T20＞T0＞CK(圖5)，但高量有機無機配施的兩個處理(T80、T60)在4個生長時期內(nèi)并無顯著性異。此外，除花針期和結莢期低量有機無機配施(T20)與常規(guī)施肥(T0)差異不顯著外，其余各處理之間均達顯著水平。表明增施肥量可以提高土壤蔗糖酶活性，有機肥效果更好，且隨著用量的增加效果更明顯。

圖5 不同有機無機肥配施比例對土壤蔗糖酶活性動態(tài)變化的影響Fig．5 Effects of combined app lication on Invertase activities

2.2.3 對酸性磷酸酶的影響

由圖6可以看出，(1)隨著配施比例增加，土壤酸性磷酸酶活性逐漸增大，大小順序為:T80＞T60＞T40＞T20＞T0＞CK，在花生結莢期達到峰值。(2)花生始花期，土壤酸性磷酸酶活性較低，施肥能顯著提高土壤酸性磷酸酶活性，但不同的施肥處理間差異較小;隨著生育期的推進，土壤酸性磷酸酶活性逐漸拉大。(3)生育中期(花針期和結莢期)，低量配施(T20)和純化肥處理(T0)差異不顯著，但在生育始花期和成熟期T20處理顯著高于T0處理。(4)四個生育期內(nèi)，T40－T80顯著高于其他處理，但 T40、T60、T80三個處理之間沒有顯著性差異。表明，配施有機肥能在花生生育后期能顯著提高土壤酸性磷酸酶含量。

圖6 不同有機無機肥配施比例對土壤酸性磷酸酶活性動態(tài)變化的影響Fig．6 Effects of combined app lication on soil Acid Phosphatase activities

3 討論

3.1 有機無機配施對花生產(chǎn)量的影響

花生產(chǎn)量的高低取決于單位面積內(nèi)株數(shù)和單株生產(chǎn)力，而單株生產(chǎn)力取決于單株結莢數(shù)和莢果重。因此，單位面積株數(shù)，單株果數(shù)和果重是花生產(chǎn)量構成的三要素。本試驗研究結果表明，施肥能顯著提高花生產(chǎn)量，而有機無機肥配施處理的花生產(chǎn)量產(chǎn)量則明顯高于純常規(guī)施肥處理(純化肥N)處理，配施40%有機豬糞N處理的產(chǎn)量達到最大值。其主要原因可能是，花生產(chǎn)量形成最重要的時期花針期和結莢期，一方面40%有機肥配施土壤速效養(yǎng)分、土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量以及酶活性均較高，多種無機營養(yǎng)和有機營養(yǎng)能被花生植株直接吸收利用，特別是有機肥在微生物作用下產(chǎn)生的氨基酸、糖、核酸降解物等成分是果仁中蛋白質(zhì)和碳水化合物的合成材料，促進了花生的新陳代謝和生殖生長;另一方面，在單位面積株數(shù)相同的情況下，40%有機豬糞N處理單株結莢數(shù)和百粒重值均最大，因此產(chǎn)量也最大。單株結果數(shù)增加可能是因為有機肥含有的微量元素硼減少了花生的花而不實，增加了結實率［29］，而百粒重增加的原因可能與花生籽仁的品質(zhì)因素有關，總脂肪含量和蛋白質(zhì)含量越大，花生越飽滿，百粒重越大。因此，合適的配施比例有利于提高花生產(chǎn)量，增加農(nóng)民收益。

3.2 有機無機配施對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

氮、磷、鉀3種元素是作物生長發(fā)育的3種必需營養(yǎng)元素，但紅壤地區(qū)的3種元素的有效營養(yǎng)元素含量都比較低。本研究試驗結果表明，不同施肥處理的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀3種速效養(yǎng)分在花生4個生育期中含量變化有著巨大的差異?；ㄉL最旺盛的花針期，常規(guī)施肥處理的3種速效養(yǎng)分顯著高于其他處理，而在花生生育后期，常規(guī)施肥處理的速效養(yǎng)分含量僅高于不施肥處理，出現(xiàn)這種情況的原因可能是:由于在播種的時候大量的化肥施入土壤，導致在花針期土壤堿解氮、有效磷、速效鉀隨著無機肥配施比例增高含量增大;在作物生長后期，大量的無機氮被地表徑流和淋溶等作用帶走，而此時配施處理有機肥礦化速率加快，產(chǎn)生大量的有機養(yǎng)分，因此在生育后期配施處理的土壤速效養(yǎng)分顯著高于常規(guī)施肥和不施肥處理。此外，在成熟期，隨著配施比例增加，土壤速效養(yǎng)分的含量均呈現(xiàn)出先增加后降低，配施40%有機肥明顯高于其他比例配施處理。出現(xiàn)這種的原因可能是這個配施比例能有效的均衡有機養(yǎng)分和無機養(yǎng)分，配施比例較低的在該時期的由于無極養(yǎng)分有余而有機養(yǎng)分不足，而配施比例較高的則可能是有機養(yǎng)分有余而無機養(yǎng)分不足，只有恰當?shù)呐涫┍壤蛊湓诿總€時期都的速效養(yǎng)分均比較高，所以配施40%有機肥有利于提高土壤速效養(yǎng)分。

3.3 有機無機配施對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量和土壤酶活性的影響

土壤中微生物種群及數(shù)量是反映土壤肥力的主要指標之一［30］。細菌、真菌、放線菌直接參與了土壤碳、氮、硫等營養(yǎng)元素的循環(huán)和能量流動，其數(shù)量和活性反映了微生物對土壤肥力、植物生長的作用和影響［31］。本研究結果表明，3種可培養(yǎng)為數(shù)量隨著生育期的延長先增加后降低，在花針期和結莢期兩個時期達到峰值;而不同配施比例之間則表現(xiàn)為隨著配施比例增大可培養(yǎng)微生物數(shù)量隨即增多，與王才斌等［32］研究結果一致;這是因為有機肥中含有大量的碳水化合物和礦質(zhì)元素，為細菌的生長提供了豐富的碳氮源，比化肥更能激發(fā)可培養(yǎng)細菌的生長和繁育，從而極大地提高土壤中可培養(yǎng)細菌的數(shù)量［33］，與此同時，無機肥提供的無機養(yǎng)分促進了花生的生長發(fā)育，增加了花生根系分泌物的釋放，而這些根系分泌物不僅能供給微生物能源，還與其繁殖密切相關［34］;此外，可培養(yǎng)微生物數(shù)量隨著生長期的延長先增加后降低，在花針期達最大值，出現(xiàn)在這樣的情況可能是花針期是花生生長最旺盛的時期，根際活性較強，進而對土壤微生物產(chǎn)生強烈的影響。因此有機肥配施有利于增加土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量。

土壤酶與土壤微生物密切相關，土壤酶來自于動物、植物和微生物，其中微生物是脫離活體酶的唯一來源，因此土壤酶活性常被作為微生物活性的指示物［35］，此外，土壤酶在生態(tài)系統(tǒng)的有機質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)所必須的催化反應中起重要作用［36］。試驗研究表明，即使在花生當季施肥，對土壤脲酶、酸性磷酸酶以及蔗糖轉化酶活性的影響也很大?？傮w趨勢是:有機無機肥配施效果好于單施無機肥，隨著有機肥的用量增加，對土壤酶活性的促進作用隨之增強;單純的無機肥施用雖然對土壤酶活性有一定的促進作用，但是明顯低于低量有機肥配施。出現(xiàn)這種趨勢的原因是因為土壤酶與土壤微生物密切相關，脫離活體酶的唯一來源是微生物，所以不同配施比例條件下，土壤酶活性的變化趨勢和土壤可培養(yǎng)微生物一致。

4 結論

綜合以上結果得出，配施有機肥不僅能提高花生旱地的土壤酶活性、土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量、土壤速效養(yǎng)分含量還能提高花生產(chǎn)量。尤其是配施40%豬糞N和60%豬糞N兩個處理，本研究中的大部分指標較其他處理均有顯著提高。綜合中國科學院鷹潭紅壤生態(tài)試驗站的長期試驗地10a監(jiān)測結果顯示，不施肥處理 Hg、As、Cu、Cr、Zn、Pb 的 10a 平均累積含量分別為:52.94、13.89、34.11、75.34、86.28、33.10 mg/kg;配施中量有機肥 Hg、As、Cu、Cr、Zn、Pb的10a平均累積含量分別為:54.63、13.83、41.12、76.82、84.55、31.45 mg/kg。中量有機肥處理的6種重金屬含量與不施肥處理均沒有顯著增加。所以，在應用中應選擇配施40%豬糞N+60%豬糞N，不僅有利于緩解畜禽糞便無序排放所帶來的環(huán)境污染還能減少化肥施用量以及增加經(jīng)濟社會效益。

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