鄧 曉， 陳 淼， 武春媛， 李勤奮

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所，海南海口 571101； 2.農(nóng)業(yè)部儋州農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站，海南儋州 571737

土壤酶是土壤微生物、動植物活體分泌和動植物殘體分解釋放的一種具有生物催化能力的活性物質(zhì)，是土壤組分中最活躍的有機成分[1]。土壤中一系列生理生化反應都需要酶的參與，其活性與土壤環(huán)境質(zhì)量、物質(zhì)循環(huán)、能量流動等密切相關。研究表明，與其他土壤指標相比，土壤酶活性對施肥管理、土地利用方式變化、種植制度變化的響應更快[2]，不僅能表征土壤養(yǎng)分轉化能力的強弱和土壤綜合肥力，也能作為衡量土壤生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化的預警和敏感指標[3]。通過土壤酶活性來評價不同農(nóng)藝措施對土壤肥力和健康的影響已成為近幾年研究的熱點[4-7]。海南屬于我國南方酸性土壤區(qū)，土壤貧瘠，不同施肥模式對蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)、菜地養(yǎng)分平衡的影響研究較少。關于化肥減施、有機無機肥配施等不同施肥模式對海南露地蔬菜地土壤微生物及酶活性影響的研究鮮有報道。因此，本試驗針對以上情況，以海南露地蔬菜辣椒—冬瓜輪作系統(tǒng)為研究對象，探討不同施肥模式對菜地土壤酶活的影響，以期獲得維持菜地土壤肥力的最佳模式，為海南省露地蔬菜最佳施肥措施的制定和土壤地力的提升提供技術支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地點位于海南省文昌市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所試驗基地(19.32°N，110.45°E)。土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤類型為磚紅壤，肥力水平較低，土壤基本理化性質(zhì)見表1。試驗地常年降水量1 721.6 mm，雨季主要集中在5—10月，降水量占全年的79%；年均溫度23.9 ℃，積溫為8 474.3 ℃，屬熱帶海洋季風氣候；極端天氣通常為夏季暴雨和春季干旱。供試辣椒品種為湘辣十七號，湖南湘研種業(yè)有限公司生產(chǎn)；供試冬瓜品種為“改良白粉毛節(jié)瓜”，海南綠禾豐種子種苗有限公司生產(chǎn)。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗設計

施肥模式設置不施肥(CK)、單施化肥(T1)、單施有機肥(T2)、施化肥+秸稈還田(T3)、施化肥+有機肥(T4)、施75%化肥+有機肥(T5)和施50%化肥+有機肥(T6)共7個處理。試驗采用隨機區(qū)組設計，每個處理3次重復，共21個試驗小區(qū)。試驗小區(qū)為平地，每個小區(qū)面積50 m2(長10 m，寬5 m)。監(jiān)測地塊四周設置10 m保護行，監(jiān)測小區(qū)之間、小區(qū)與保護行之間均以田埂分隔，田埂寬度24 cm。田埂地面以下部分深60 cm，地面以上部分為10 cm。田埂采用磚混結構，水泥砂漿抹面。試驗小區(qū)種植制度為南方濕潤平原區(qū)露地蔬菜輪作模式。試驗于2015年開始，供試作物為辣椒—冬瓜，辣椒季為2015年10月至2016年3月，冬瓜季為2016年4月至2016年8月。辣椒種植密度為45 cm×50 cm單株，每畦栽2行，每個小區(qū)起壟4個，壟高20～25 cm，壟寬90 cm，溝寬30 cm；冬瓜采用棚架栽培，種植密度為45 cm×130 cm。每個小區(qū)種植4列。辣椒種植季各試驗小區(qū)施肥量見表2，冬瓜種植季不施基肥，除CK和T2這2個處理不追施復合肥外，T1、T3和T4為3個處理均追施復合肥2次，2次共追施0.15 kg/m2。此外，T5和T62個處理2次追施復合肥分別為0.113、0.075 kg/m2。底肥全部采用條施，追肥采用穴施。除施肥量外，各小區(qū)其他管理模式相同。灌溉方式為滴灌。

表2 試驗施肥處理

注：化肥為三元復合肥(基肥含N、P2O5、K2O分別為15%、15%、15%；追肥含N、P2O5、K2O分別為15%、5%、15%)和鈣鎂磷肥(12%)；有機肥為商品有機肥(主要成分為羊糞)；秸稈為玉米秸稈。

1.3 土壤樣品采集與分析方法

土壤樣品于2016年8月9日(冬瓜最后1次采收期)按小區(qū)進行采集，每個小區(qū)均通過五點采樣法取樣，用經(jīng)過清潔處理的不銹鋼管取土器垂直采集菜地植株周圍0～20 cm深的耕作層土壤，各取樣點取樣量大體一致，混勻后收集。采集的土樣保存于塑料封口袋中，于當天運回實驗室，過2 mm篩后于陰涼處風干備用。土樣風干后過40目篩，分析測定土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性轉化酶、過氧化氫酶和酸性磷酸酶的活性。各種土壤酶活指標均采用試劑盒(蘇州科銘生物技術有限公司)分析測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行統(tǒng)計分析和圖表制作，均值多重比較采用Duncan’s法。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對土壤脲酶活性的影響

脲酶與土壤中氮的轉化密切相關。它能促進尿素水解生成氨，有利于植物對氮素的吸收，常被用來表征土壤的氮素狀況[8]。圖1表明，T5的土壤脲酶活性最強，T1的土壤脲酶活性最弱。7個處理中土壤脲酶活性表現(xiàn)為T5>T4>T6>T2>T3>CK>T1。與CK相比，僅T4、T5這2個處理的土壤脲酶活性顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)提高，分別提高 30.78% 和50.73%。而T1處理中土壤脲酶活性比CK降低了8.37%，但差異不顯著(P>0.05)。與T1相比，T2、T3、T4、T5、T6這5個處理的土壤脲酶活性均顯著提高，分別提高了29.82%、28.75%、42.73%、64.5%、32.78%，其中T4、T5這2個處理極顯著提高。T2、T3、T4、T6這4個處理間差異不顯著。

2.2 不同施肥模式對土壤硝酸還原酶活性的影響

硝酸還原酶是植物氮代謝過程中一種重要的調(diào)節(jié)酶和限速酶。通過測定土壤硝酸還原酶的活性可以了解土壤氨轉化中脫氮作用的強度。從圖2可以看出，T2的土壤硝酸還原酶活性最強，而T1的最弱。7個處理中土壤硝酸還原酶活性表現(xiàn)為T2>T6>T5>T4>T3>CK>T1。CK僅與T2、T1差異極顯著；與CK相比，T2處理土壤硝酸還原酶活性提高了26.24%，而T1降低了17.22%。與T1相比，T3土壤硝酸還原酶活性顯著提高，而其他4種施肥模式的土壤硝酸還原酶活性均極顯著提高，T2、T6、T5、T4和T3處理分別提高了 52.51%、41.61%、3.71%、32.68%、26.74%。T2與T3處理差異顯著，但T2、T6、T5、T44個處理之間差異不顯著。

2.3 不同施肥模式對土壤過氧化氫酶活性的影響

過氧化氫酶可以在植物呼吸過程中將對活細胞有害的過氧化氫分解成水和氧氣，減輕過氧化氫對植物的危害，在一定程度上反映了土壤微生物學過程的強度[9]。由圖3可知，T5的土壤過氧化氫酶活性最強，CK的最弱。7個處理的土壤過氧化氫酶活性表現(xiàn)為T5>T4>T2>T6>T1>T3>CK。T2、T4、T5、T6與CK處理均，差異顯著，土壤過氧化氫酶活性比CK分別提高了14.34%、19.39%、27.14%、14.11%，其中T5、T4與CK差異極顯著。與T1相比，僅T5中的土壤過氧化氫酶活性顯著提高了15.51%，而T4、T2、T6和T1差異不顯著。

2.4 不同施肥模式對土壤酸性磷酸酶活性的影響

磷酸酶與土壤中磷的轉化密切相關，能夠酶促分解各種有機磷化合物，使土壤有機磷脫磷，生成能提供植物生長所需的無機態(tài)磷，從而提高土壤中磷素的有效性。磷酸酶常被用來表征土壤的磷素狀況[10]。圖4表明，T5的土壤酸性磷酸酶活性最強，而T2的最弱。7個處理中土壤酸性磷酸酶活性表現(xiàn)為T5>CK>T6>T1>T3>T4>T2。T2、T3、T4處理的土壤酸性磷酸酶活性均與CK差異極顯著，分別降低了28.35%、14.07%、18.02%；而T1、T5、T6與CK差異性不顯著。與T1相比，僅T2、T4這2個處理的酸性磷酸酶活性顯著降低，其中T2酸性磷酸酶活性極顯著降低了22.93%；而T3、T5、T6這3個處理與T1差異不顯著。

2.5 不同施肥模式對土壤酸性轉化酶活性的影響

轉化酶能使無法直接被植物吸收的蔗糖分解成葡萄糖和果糖，對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)有重要作用[11]，其活性常被用來表征土壤的熟化程度和肥力水平。從圖5可以看出，T5的土壤酸性轉化酶活性最強，而T1的最弱，7個處理中土壤酸性轉化酶活性表現(xiàn)為T5>T3>T2>T4>T6>CK>T1。其中，僅T3和T5處理的土壤酸性轉化酶活性極顯著高于CK處理，分別提高40.9%、60%；而T1處理顯著低于CK處理，降低了20.91%。T2、T3、T4、T5、T6這5個處理均與T1有極顯著差異，分別提高32.18%、78.16%、31.03%、102.3%、31.03%。

3 討論與結論

土壤中一切生化反應都是在土壤酶的參與下完成的，土壤酶活性的高低能夠反映土壤微生物活性和土壤肥力水平[12]。本試驗結果顯示，在0～20 cm土層中，T2、T3、T4、T5、T6這5種施肥模式的土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性轉化酶活性均顯著高于T1和CK。說明單施有機肥和化肥有機肥配施模式較單施化肥模式均能明顯提高菜地土壤酶活性。這是因為與不施肥和單施化肥相比，增施有機肥不僅帶入了豐富的微生物，還能增加土壤養(yǎng)分，激發(fā)土壤的生物學活性，進而明顯提高土壤酶活性[13-15]。化肥有機肥配施還能顯著提高土壤有機質(zhì)含量[16-18]，為各種酶類提供更多的酶促基質(zhì)，同時也能提高土壤微生物群落結構多樣性及其活性[19]，從而間接促進土壤酶活性的提高。此外，長期單施化肥可導致土壤板結、酸化、鹽漬化等問題，間接降低了土壤酶活性[20]。所以，化肥、有機肥配施模式的土壤酶活性明顯高于單施化肥模式。這與艾孜古麗·木拉提等的研究結果[21-25]一致。在0～20 cm 土層中，T2處理的土壤酸性磷酸酶活性極顯著低于T1、CK處理。這是因為磷肥可明顯促進土壤磷酸酶的活性[24]，而單施有機肥處理無磷肥的施入，本試驗所施用的有機肥(羊糞)的磷含量也較低(0.42% P2O5)。T1處理中土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性轉化酶活性均顯著低于CK。這可能是因為單施化肥導致了土壤無機養(yǎng)分升高，從而抑制土壤酶的產(chǎn)生[25]，也可能是單施化肥會造成土壤碳氮比降低，微生物多樣性降低等多種原因綜合所致。綜上所述，單施有機肥或者單施化肥均會因施肥模式單一而造成某種土壤酶活性較低，相比之下，有機肥與化肥配施能夠使土壤脲酶、硝酸還原酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶以及酸性轉化酶活性均保持較高水平，進而為作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤生物化學環(huán)境。

本試驗研究了7種施肥處理下土壤脲酶活性表現(xiàn)為 T5>T4>T6>T2>T3>CK>T1；硝酸還原酶活性表現(xiàn)為T2>T6>T5>T4>T3>CK>T1；過氧化氫酶活性表現(xiàn)為T5>T4>T2>T6>T1>T3>CK；酸性磷酸酶活性表現(xiàn)為T5>CK>T6>T1>T3>T4>T2；酸性轉化酶活性表現(xiàn)為T5>T3>T2>T4>T6>CK>T1。上述結果表明6種不同施肥模式中土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和酸性轉化酶的活性均以T5處理最高，說明化肥有機肥配施且減施25%化肥的施肥模式是能維持辣椒—冬瓜輪作菜地較高的土壤肥力，促進菜地土壤可持續(xù)利用的一種高效施肥模式。