梁 路，馬 臣，張 然，翟丙年*，李紫燕，王朝輝

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100；2 農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

黃土高原是我國傳統(tǒng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，該地區(qū)水土流失嚴(yán)重，土壤肥力低下，作物產(chǎn)量低[1]。土壤肥力低下已成為該地區(qū)糧食產(chǎn)量提高的一個(gè)重要限制因素。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，農(nóng)民為了獲得作物高產(chǎn)長期過量施用化肥，導(dǎo)致了土壤板結(jié)、肥力下降、養(yǎng)分不平衡等問題[2]。有機(jī)肥料不僅含有作物需要的大量元素和多種微量元素，同時(shí)含有大量有機(jī)物質(zhì)，在保持和提高土壤肥力，促進(jìn)水肥協(xié)調(diào)等方面有著特殊作用[3]。為了到2020年實(shí)現(xiàn)我國化肥用量零增長，有機(jī)肥替代化肥成為實(shí)現(xiàn)該戰(zhàn)略目標(biāo)的重要措施之一，也是實(shí)現(xiàn)減肥增效的重要措施之一。

近年來，有關(guān)配施有機(jī)肥對(duì)土壤肥力和微生物學(xué)性質(zhì)影響的研究逐漸成為了熱點(diǎn)。許多研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等含量，有利于促進(jìn)作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[4-7]。孫瑞蓮等[8]通過長期定位試驗(yàn)表明，化肥與有機(jī)肥配合施用能明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，全氮、全磷及速效氮、磷、鉀含量，增強(qiáng)土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶和脲酶的活性。Marcote等[9]在西班牙研究發(fā)現(xiàn)，增施有機(jī)肥料和微生物肥料有利于改善土壤理化性質(zhì)和微生物區(qū)系，提高土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶活性。李娟等[10]長期定位試驗(yàn)表明，長期有機(jī)無機(jī)肥料配施可提高作物產(chǎn)量、土壤微生物量碳氮及脲酶活性。Liu等[11]在黃土高原旱地的長期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)肥配施可以顯著提高微生物活性以及脲酶、堿性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶等酶活性。有機(jī)無機(jī)肥配合施用可以達(dá)到“緩急相濟(jì)”的效果，且環(huán)境污染小[12]。所以，很有必要研究其對(duì)土壤養(yǎng)分和土壤微生物學(xué)性質(zhì)的影響。

土壤酶來源于土壤微生物、植物根部、土壤動(dòng)物和植物殘?bào)w等[13]，它們能將土壤中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為植物生長所需的形式[14]，并控制土壤養(yǎng)分循環(huán)的速率[9]。土壤酶是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的主要參與者，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分，能推動(dòng)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解和土壤養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化[15-16]，其活性是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，可反映出土壤中各種養(yǎng)分代謝活性的強(qiáng)度與方向[17]。有關(guān)有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)土壤養(yǎng)分和酶活性的研究并不鮮見，可是旱地農(nóng)田的水肥耦合及土壤酶活性又受到土壤肥力、底墑及當(dāng)?shù)厮疅岱植嫉纫蛩氐挠绊懀哂袇^(qū)域差異性[18]，且大多數(shù)試驗(yàn)研究只是設(shè)計(jì)化肥和有機(jī)肥不同用量的配比，或著設(shè)計(jì)等氮量[19-20]，但有機(jī)肥當(dāng)季礦化的氮素養(yǎng)分量很難精確估算，會(huì)導(dǎo)致化學(xué)氮肥用量的不足或過量。因此，本研究以黃土高原南部旱地冬小麥為研究對(duì)象，通過設(shè)置不同氮肥用量與定量的有機(jī)肥配施的田間試驗(yàn)，通過數(shù)學(xué)擬合的方法尋求有機(jī)無機(jī)肥配施的合理方案，為實(shí)現(xiàn)該地區(qū)土壤培肥、減少化肥氮用量，保證冬小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間定位試驗(yàn)始于2014年10月，試驗(yàn)地點(diǎn)位于陜西省楊凌示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站 (北緯 34°18′，東經(jīng) 108°05′)。該站位于黃土高原南部，屬半濕潤易旱地區(qū)。海拔525 m，年平均氣溫12.9℃，年均降雨量550 mm左右，且年均降雨量分布不均，60%左右集中在7～9月，年均蒸發(fā)量為1400 mm，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠天然降水。供試土壤為土墊旱耕人為土，試驗(yàn)開始前0—20 cm土壤平均pH為8.14，有機(jī)質(zhì)含量13.88 g/kg，全氮含量0.83 g/kg，硝態(tài)氮含量為4.62 mg/kg，有效磷含量9.17 mg/kg，速效鉀含量156 mg/kg。本文涉及的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為2016年10月—2017年6月的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)?zāi)甓刃←溕诮邓繛?37 mm，夏閑期為325 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

田間小區(qū)試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì)，在施磷 (P2O5) 90 kg/hm2和鉀 (K2O) 60 kg/hm2基礎(chǔ)上，設(shè)5個(gè)氮水平為主處理，施氮量分別為0、75、150、225、300 kg/hm2(表示為 N0、N75、N150、N225、N300)，設(shè)施和不施有機(jī)肥2個(gè)副處理 (表示為 + M、- M)，共10個(gè)處理，重復(fù)4次，在田間隨機(jī)排列，小區(qū)面積為28 m2(4 m × 7 m )。試驗(yàn)中所用氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。有機(jī)肥為腐熟牛糞，用量為30 t/hm2，其pH為8.09、有機(jī)質(zhì)含量401 g/kg、全氮含量18.9 g/kg、全磷含量15.0 g/kg、全鉀含量17.8 g/kg。氮肥70%在播前撒施，30%在拔節(jié)期結(jié)合降雨追施，有機(jī)肥和磷肥、鉀肥均在播前一次撒施并翻入土中。供試小麥品種為小偃22，播種量為150 kg/hm2，田間管理與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶一致。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 土壤樣品 在冬小麥的拔節(jié)期 (3月29日)、抽穗期 (4月19日)、灌漿期 (5月9日) 和成熟期(6月10日) 四個(gè)階段取土樣。每個(gè)小區(qū)用土鉆在耕層 (0—20 cm) 分別按5點(diǎn)法取樣，剔除石礫和植物殘根等雜物。混勻后，密封帶回實(shí)驗(yàn)室，4℃保存。一部分鮮土樣用于測(cè)定土壤硝態(tài)氮，一部分土樣風(fēng)干后用于土壤酶和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀的測(cè)定。

硝態(tài)氮含量用1 mol/L KCl 溶液浸提 (土水比為1∶10，振蕩1 h)，過濾后用連續(xù)流動(dòng)分析儀 (AA3)測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；全氮含量用半微量凱氏法測(cè)定；有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀含量采用1 mol/L乙酸銨溶液浸提—火焰光度法測(cè)定。土壤蔗糖酶活性采用3, 5-二硝基水楊酸比色法；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法；脲酶活性采用苯酚鈉比色法[21]。

1.3.2 植株樣品 小麥?zhǔn)斋@時(shí)采集植株樣品，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)1 m × 2 m代表性樣方，貼地表收割地上部分。同一小區(qū)的所有樣方樣品混合，自然風(fēng)干后脫粒，再取部分籽粒樣品在90℃殺青30 min，65℃烘至恒重，稱量干重用以計(jì)算小麥產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)和圖表處理使用Excel 2007 及DPS軟件。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)的方差分析檢驗(yàn)有機(jī)肥、氮水平效應(yīng)，以及二者的交互作用。多重比較采用LSD (Least Significant Difference) 法，差異顯著性水平為5%。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

圖 1 不同施肥處理下冬小麥產(chǎn)量Fig. 1 Winter wheat yield under different fertilizations

由圖1可知，無論是否配施有機(jī)肥，冬小麥產(chǎn)量均隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。其中，產(chǎn)量最高值出現(xiàn)在N150 + M處理，較相同氮水平 (N150) 下的單施化肥處理顯著增產(chǎn)12.3%。這說明，隨著施氮量的增加，產(chǎn)量不一定提高，只有適量施用氮肥，小麥產(chǎn)量才能達(dá)到最佳水平。此外，單施化肥處理和配施有機(jī)肥處理的冬小麥產(chǎn)量的最高值分別出現(xiàn)在N225、N150 + M處理，且兩處理間的產(chǎn)量無顯著性差異。說明在配施有機(jī)肥的情況下適當(dāng)減少化肥用量，并不會(huì)導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。進(jìn)一步對(duì)施氮量和冬小麥產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，二者之間存在顯著的拋物線關(guān)系。由回歸方程可知 (單施化肥，y = -0.0534x2+ 25.09x + 3365.5，R2= 0.9941；配施有機(jī)肥， y =-0.069x2+ 26.257x + 4028.1，R2=0.9900)，單施化肥處理的氮肥用量為N 235 kg/hm2時(shí)，冬小麥產(chǎn)量理論最高值達(dá)到6322 kg/hm2；有機(jī)無機(jī)肥配施處理的氮肥用量為N 190 kg/hm2時(shí)，達(dá)到理論最高產(chǎn)量6256 kg/hm2。表明有機(jī)無機(jī)肥配施相比于單施化肥處理能夠在減少19.1%的氮肥用量的條件下，可保證冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

2.2 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)土壤肥力的影響

土壤肥力的高低是影響農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素之一。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和硝態(tài)氮含量均為衡量土壤肥力的指標(biāo)。表1表明，在冬小麥整個(gè)生長期，有機(jī)無機(jī)肥配施處理可顯著提高0—20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和硝態(tài)氮含量，與單施化肥處理相比分別增加18.2%、27.4%、149.3%、31.4%、27.6%。與冬小麥產(chǎn)量變化趨勢(shì)相似，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，無論是在單施化肥處理還是有機(jī)無機(jī)配施處理下，隨著施氮量的增加均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，且最高值均為N150 + M處理，較相同氮水平 (N150) 下的單施化肥處理分別增加19.2%、30.8%、147.0%、39.3%；而土壤硝態(tài)氮含量隨著施氮量的增加而增加，最高值為N300 + M處理。

2.3 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶與土壤養(yǎng)分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，施氮量、有機(jī)肥、生育期以及它們之間的交互作用都有可能影響酶活性。由表2可知，施氮量、有機(jī)肥和生育期三因素及其它們的交互效應(yīng)可顯著影響蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶活性。這說明酶活性的高低在一定程度上是施氮量、有機(jī)肥及生育期的綜合效應(yīng)的表現(xiàn)。

土壤蔗糖酶能夠?qū)⑼寥乐械恼崽欠肿臃纸獬尚》肿拥墓呛推咸烟牵潜碚魍寥捞妓匮h(huán)和土壤生物化學(xué)活性的重要酶[22]。磷酸酶與土壤磷素轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，是土壤磷素肥力的指標(biāo)[23]。由試驗(yàn)結(jié)果 (表3)可知，在冬小麥整個(gè)生育期，有機(jī)無機(jī)肥配施可顯著增加土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性，相比單施化肥處理分別增加4.0%、4.7%。配施有機(jī)肥處理的土壤蔗糖酶活性的平均值在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期均顯著高于單施化肥處理，而有機(jī)無機(jī)肥配施處理的土壤堿性磷酸酶活性在抽穗期、灌漿期和成熟期的平均值均顯著高于單施化肥處理。此外，在同生育階段的配施有機(jī)肥的處理中，土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性均隨著施氮量的增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，最高值均出現(xiàn)在N150 + M處理，與單施有機(jī)肥處理 (N0 + M) 相比分別增加8.0%、8.5%、3.8%、9.0%、4.1%、20.0%、9.9%、4.9%；與相同氮水平下的單施化肥處理 (N150) 相比，分別增加8.0%、2.2%、5.3%、8.2%、3.4%、3.6%、9.9%、2.7%?？梢?，氮肥用量過低或過高對(duì)土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性的提高并不能達(dá)到最好水平，適量施用氮肥對(duì)酶活性的提高比較有利，均以N150 +M處理的效果最佳。

過氧化氫酶能催化過氧化氫分解為水和分子氧，減輕過氧化氫對(duì)生物體的毒害作用[19]。通過測(cè)定不同施肥處理下冬小麥生育期內(nèi)的土壤過氧化氫酶活性可以看出 (表3)，整個(gè)生育期內(nèi)土壤過氧化氫酶活性變化在1.07～1.34 0.1 mol/L KMnO4mL/(g·min)之間，差異較小。在冬小麥生育期期間，有機(jī)無機(jī)肥配施處理相比單施化肥處理，土壤過氧化氫酶活性有增加的趨勢(shì)，但無顯著性差異。土壤過氧化氫酶活性的變化規(guī)律在同生育階段的配施有機(jī)肥處理中與蔗糖酶和堿性磷酸酶相似，且酶活性最高值均出現(xiàn)在N150 + M處理，與相同施氮量下的單施化肥處理 (N150) 相比，分別增加6.8%、1.8%、12.6%、0.9%?？芍?，N150 + M處理對(duì)土壤過氧化氫酶活性的激發(fā)效應(yīng)最佳。

表 1 不同施肥處理冬小麥全生育期0—20 cm土層土壤肥力Table 1 Soil fertility in 0-20 cm layer during winter wheat growth stages under different fertilizations

表 2 施氮量、有機(jī)肥和生育期對(duì)土壤酶活性影響的方差分析Table 2 Variance analysis on the effect of nitrogen rate, manure and growth stage on soil enyzme activities

脲酶是對(duì)尿素轉(zhuǎn)化起關(guān)鍵作用的酶，它的酶促反應(yīng)產(chǎn)物是可供植物利用的氮源，它的活性可以用來表示土壤供氮能力[24]。表3表明，在冬小麥整個(gè)生育期中，與單施化肥處理相比，配施有機(jī)肥處理可顯著增加土壤脲酶活性，平均提高1.5%。在同生育階段，無論是在單施化肥處理還是配施有機(jī)肥的處理中，隨著施氮量的增加，土壤脲酶活性均呈增加趨勢(shì)。其中，抽穗期的土壤脲酶活性最高值出現(xiàn)在N225 + M處理，但與N300 + M處理的酶活性無顯著性差異；拔節(jié)期、灌漿期和成熟期的脲酶活性最高值均出現(xiàn)在N300 + M處理，與相同氮水平下的單施化肥處理 (N300) 相比，分別增加3.0%、2.6%、2.3%。由此可見，施氮量的增加能提高土壤脲酶活性，以N300 + M處理效果最佳。

表 3 不同施肥處理冬小麥各生育期0—20 cm土層土壤酶活性Table 3 Enzyme activities of 0-20 cm soil layer at each growth stage of wheat under different fertilizations

2.4 土壤養(yǎng)分與土壤酶活性的相關(guān)性

土壤中的酶活性通常和土壤中的養(yǎng)分含量有較好的相關(guān)性[25]。試驗(yàn)結(jié)果表明 (表4)，除了堿性磷酸酶與有機(jī)質(zhì)間、脲酶與速效鉀之間均未達(dá)顯著相關(guān)水平，蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀均呈顯著或極顯著正相關(guān)，其中僅蔗糖酶和有效磷、堿性磷酸酶與全氮、脲酶與有機(jī)質(zhì)及全氮之間呈顯著正相關(guān)；蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和脲酶與硝態(tài)氮之間均未達(dá)顯著相關(guān)水平；堿性磷酸酶與蔗糖酶、脲酶，脲酶與過氧化氫酶，均呈極顯著正相關(guān)，堿性磷酸酶與過氧化氫酶呈顯著正相關(guān)。

2.5 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)冬小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

從不同施肥處理對(duì)冬小麥經(jīng)濟(jì)收益的影響 (表5)可以看出，N150 + M處理的產(chǎn)量收益最高為12705元/hm2，比相同氮水平的單施化肥處理 (N150) 顯著提高了12.3%。而冬小麥凈收益以N225處理最高，N150、N300與N150 + M處理的凈收益次之。但由于2016—2017年的天氣原因，N225和N300處理的冬小麥在生長后期出現(xiàn)了不同程度的倒伏現(xiàn)象，因此在遇到惡劣天氣的年份中很有可能會(huì)減產(chǎn)，進(jìn)而影響其產(chǎn)量收益和凈收益。進(jìn)一步對(duì)單施化肥處理和配施有機(jī)肥處理的施氮量與冬小麥凈收益的回歸方程 (單施化肥y = - 0.1037x2+ 44.754x + 2973.1，配施有機(jī)肥y = - 0.134x2+ 47.019x + 2458.5) 分析可知，單施化肥和配施有機(jī)肥的氮肥用量分別為N 216、175 kg/hm2時(shí)，其凈收益理論最高值分別為7802、6583 元/hm2，其單施化肥和配施有機(jī)肥處理的理論凈收益最高值與其相對(duì)應(yīng)的實(shí)際最高值的凈收益無顯著性差異。以往研究也表明[26]，配施有機(jī)肥后，適量的氮肥施用量不僅能提高土壤肥力、保持最高產(chǎn)量收益，而且凈收益也能維持在較高水平，以N150 + M處理最佳。另外，黃土高原易旱區(qū)土壤肥力的提高對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，N150 + M處理能在保證冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的同時(shí)，也能使凈收益維持在比較穩(wěn)定的較高水平。

表 4 冬小麥生育期土壤養(yǎng)分與酶活性的線性相關(guān)系數(shù)Table 4 Linear correlation coefficients among soil nutrients and enzyme activities during winter wheat growing period

表 5 不同施肥處理冬小麥經(jīng)濟(jì)收益 (yuan/hm2)Table 5 Economic returns of winter wheat under different fertilizations

3 討論

氮肥的施用量和有機(jī)肥的施用都能在一定程度影響作物的產(chǎn)量。Wang等[27]報(bào)道氮肥用量為N 221 kg/hm2壤砂土小麥產(chǎn)量可達(dá)到最高，而氮肥用量低于或高于此值小麥產(chǎn)量都會(huì)降低。呂鳳蓮等[28]報(bào)道在陜西 土有機(jī)肥替代75%化肥較單施化肥處理可顯著增加小麥、玉米的產(chǎn)量。本試驗(yàn)通過綜合比較不同施氮量和不同氮肥用量配施有機(jī)肥條件下的小麥產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，無論是否配施有機(jī)肥，冬小麥產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中N150 +M處理效果最佳。說明施用適量的氮肥配施有機(jī)肥，對(duì)冬小麥產(chǎn)量的提高能達(dá)到最佳水平。此外，本試驗(yàn)設(shè)置不同氮水平與有機(jī)肥配施，通過數(shù)學(xué)擬合計(jì)算出更加合理的氮肥用量，也可看出，有機(jī)無機(jī)肥配施能在減少化肥用量19.0%的同時(shí)保持冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)我國化肥用量零增長目標(biāo)具有重要意義。本試驗(yàn)研究還表明N150 + M處理在保持冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的條件下，凈收益也能維持在較高的水平。土壤肥力低是旱地冬小麥產(chǎn)量提高的一個(gè)重要限制因素，眾多研究表明[4-8]有機(jī)無機(jī)肥配施可以培肥土壤。通過對(duì)土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn) (表1)，與冬小麥產(chǎn)量變化趨勢(shì)相似，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，在冬小麥同一生育階段，無論是單施化肥處理還是有機(jī)無機(jī)肥配施處理均隨著施氮量的增加，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，且最高值均出現(xiàn)在N150 + M處理。說明向土壤中施入適量的氮肥有利于調(diào)節(jié)土壤的C/N比，改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)作物生長和土壤微生物的活動(dòng)，進(jìn)而更好地活化土壤中的養(yǎng)分。另外，在冬小麥整個(gè)生育期，有機(jī)無機(jī)肥配施處理可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和硝態(tài)氮含量，與單施化肥處理相比分別增加18.2%、27.4%、149%、31.4%、27.6%。陳磊等[29]在黃土高原旱地的麥區(qū)長期定位試驗(yàn)的研究結(jié)果也表明，與單施化肥處理相比，有機(jī)肥培肥作用顯著，可顯著提高土壤養(yǎng)分。究其原因，一方面是由于有機(jī)肥的施入會(huì)向土壤中帶入一部分的有效磷、速效鉀，同時(shí)有機(jī)肥中含有易分解的氮和碳，且其礦化損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無機(jī)肥[30]；另一方面則是由于有機(jī)無機(jī)肥配施促進(jìn)了作物生長，從而使地上部和地下部更多的有機(jī)殘余物 (根) 進(jìn)入土壤中[11]，從而提高了土壤肥力。

同時(shí)，本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與碳、氮、磷相關(guān)的土壤酶活性的變化規(guī)律與冬小麥產(chǎn)量變化也是相似的。有關(guān)研究表明，土壤酶活性與肥料的種類和用量有關(guān)[10]。衛(wèi)婷等[19]認(rèn)為有機(jī)物料的施用能促進(jìn)微生物的代謝和繁育，提高了土壤酶活性；郭天財(cái)?shù)萚31]認(rèn)為施用適量的氮肥能改善微生物區(qū)系，進(jìn)而提高土壤酶活性。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明 (表3)，在冬小麥的同一生育階段，配施有機(jī)肥處理的酶活性的最大值均高于單施化肥各處理，且有機(jī)無機(jī)肥配施處理中的蔗糖酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性，隨著施氮量的增加，均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且酶活性均以N150 + M處理最高，而N225 + M、N300 +M處理的酶活性略有降低。這可能是由于有機(jī)肥的C/N一般高于土壤中微生物活動(dòng)適宜的比例范圍[32]，補(bǔ)充適宜量的氮肥后，能更好的滿足微生物活動(dòng)所需養(yǎng)分，使更多的酶伴隨著旺盛的根系活動(dòng)和土壤動(dòng)物、微生物的生命活動(dòng)而進(jìn)入土壤，從而提高酶活性[31]，但如果肥料用量超過最大臨界范圍，酶活性將會(huì)降低[33]。夏雪等[34]在黃土高原地區(qū)的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在施N 0、60、120、180 kg/hm2范圍內(nèi)， 土蔗糖酶、堿性磷酸酶活性均以60 kg/hm2處理最高。這表明，施用適量氮肥對(duì)酶活性的提高比較有利，而氮肥用量較低或者過量施用氮肥并不一定能取得較為理想的激活效果。此外，本試驗(yàn)結(jié)果還表明，在冬小麥同一生育時(shí)期內(nèi)，無論是在單施化肥處理還是配施有機(jī)肥的處理中，隨著施氮量的增加脲酶活性均呈增加的趨勢(shì)，以N300 + M處理效果最佳，這與馬冬云等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在同生育時(shí)期內(nèi)，脲酶活性隨著施氮水平的提高而上升相一致。但脲酶活性的提高不同程度的增加了氮素的損失，這一點(diǎn)有待我們以后進(jìn)一步的研究。而Dick等[36]在華盛頓的長期定位試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)施用氮肥脲酶活性會(huì)降低。產(chǎn)生這種差異的原因可能是由于脲酶活性受土壤質(zhì)地、施肥方式和施肥用量等多方面因素的影響。另外，在冬小麥整個(gè)生育期，有機(jī)無機(jī)肥配施可顯著增加蔗糖酶、堿性磷酸酶和脲酶活性，相比單施化肥處理分別增加3.9%、4.6%、1.5%。衛(wèi)婷等[19]在黃土高原南部旱塬區(qū)的試驗(yàn)研究也表明，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)提高土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶和脲酶活性有顯著作用。原因可能是有機(jī)無機(jī)肥配施提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，一方面，土壤有機(jī)質(zhì)能提供酶合成所需的底物；另一方面，土壤酶也可以和粘粒、有機(jī)質(zhì)形成復(fù)合物，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。Liang等[37]在我國河北省粉質(zhì)土壤的長期定位試驗(yàn)研究結(jié)果也表明土壤有機(jī)質(zhì)與土壤酶活性緊密相關(guān)。同時(shí)，本試驗(yàn)研究結(jié)果表明 (表4)，蔗糖酶、過氧化氫酶和脲酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮呈顯著正相關(guān)，也證明了土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤酶活性的重要性。而在冬小麥整個(gè)生育期，有機(jī)無機(jī)肥配施相比單施化肥處理，過氧化氫酶活性無顯著性差異。這個(gè)結(jié)果與武曉森等[38]認(rèn)為在鹽堿土上長期不同施肥處理對(duì)過氧化氫酶活性影響較小相似，但任祖淦等[39]研究認(rèn)為長期有機(jī)無機(jī)肥配施可以提高過氧化氫酶活性，這可能與所研究的種植制度和土壤質(zhì)地不同有關(guān)。

通過進(jìn)一步的分析土壤養(yǎng)分與酶活性的關(guān)系，本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)土壤中的酶活性與土壤養(yǎng)分存在著密切的聯(lián)系，這與前人的研究結(jié)果[25]相一致。邱莉萍等[40]在黃土高原的試驗(yàn)表明，土壤脲酶和堿性磷酸酶活性與土壤養(yǎng)分之間呈顯著或極顯著相關(guān)。葉家穎等[41]在柿園的研究顯示，脲酶、轉(zhuǎn)化酶和蛋白酶與土壤養(yǎng)分之間呈極顯著相關(guān)。本試驗(yàn)相關(guān)分析結(jié)果表明 (表4)，堿性磷酸酶與全氮，蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀均呈顯著或極顯著正相關(guān)，說明彼此之間存在相互促進(jìn)作用，也進(jìn)而證明了有機(jī)肥配施適量的氮肥，能提高土壤酶活性和養(yǎng)分的可利用性，進(jìn)而更好地促進(jìn)作物生長。同時(shí)作物更好的生長，其根際分泌物能更好地促進(jìn)微生物的代謝和繁衍，進(jìn)而提高酶活性。因此合理的施肥能形成土壤、作物和微生物之間關(guān)系的良性循環(huán)。這對(duì)提高和維持黃土高原南部易旱區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。此外，謝澤宇等[42]在黃土高原的長期定位試驗(yàn)研究結(jié)果表明，蔗糖酶、過氧化氫酶和脲酶均顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，堿性磷酸酶與蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶，脲酶與過氧化氫酶活性之間的相關(guān)性也達(dá)顯著水平，表明這4種酶不僅具有自身的專一性，彼此之間也存在著一些共性，從而促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)過程，此結(jié)果為今后的深入研究提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

在黃土高原南部雨養(yǎng)條件下，配施有機(jī)肥，能夠在減少19.0%的氮肥用量條件下，顯著提高0—20 cm土層土壤養(yǎng)分以及蔗糖酶、堿性磷酸酶和脲酶活性，保證冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

與有機(jī)肥配合施用，氮肥用量顯著影響著土壤中酶的活性。脲酶活性以N 300 kg/hm2最高，蔗糖酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性均以N 150 kg/hm2效果最佳。因此，在生態(tài)環(huán)境脆弱的易旱農(nóng)作區(qū)，在施用有機(jī)肥30 t/hm2的基礎(chǔ)上配施N 150 kg/hm2，有利于為該地區(qū)提供良好的土壤生態(tài)環(huán)境，保證冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。