趙雪淞，宋王芳，楊晨曦，張 宇，王海新*

（1.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省風沙地改良利用研究所，遼寧 阜新 123000）

花生作為我國重要的油料和經濟作物之一，在國民經濟和社會發(fā)展中占有重要地位［1］。遼寧省55%的花生種植面積位于遼西風沙半干旱區(qū)［2］，是遼西風沙地主要的抗旱農作物之一［3］。沙質土壤結構性差，蓄水保肥能力弱，養(yǎng)分含量少，不利于農作物生長發(fā)育［4］。另外，隨著生產規(guī)?；皩I(yè)化的發(fā)展，花生連作現象日益普遍，加上化肥的長期使用，其結果導致土壤結構破壞、酸化板結、肥力衰退、農作物生長發(fā)育不良，病害加重且品質下降［5］。改良土壤質量，提高土壤肥力，是提高花生產量及經濟效益的重要措施之一［6］。

膨潤土是一種具有較強吸附性、黏著性、陽離子交換性能的黏土礦物［7-8］，且含有作物生長所需的常量和微量元素［9］，不僅能改善土壤物理性狀，提高土壤保水抗旱能力，而且能增強土壤保土、保肥能力［10-12］，從而改善土壤生態(tài)環(huán)境，增加作物產量，尤其在砂質或砂壤土上效果較為明顯［13］。土壤微生物量高低反映了土壤同化和礦化能力的強弱，是土壤生態(tài)系統(tǒng)肥力的重要生物學指標［14］。土壤酶主要來源于土壤微生物和根系分泌物，通過催化土壤中的生化反應發(fā)揮重要作用，也是土壤肥力和生物活性的重要指標［15-17］。本試驗通過分析不同膨潤土施用量對土壤微生物生物量及土壤酶活性的影響，篩選適合該地區(qū)花生連作土壤的最佳膨潤土施用量，以期為花生種植提供實踐指導，并為花生連作障礙的消減提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年4月20日至10月20日在遼寧省彰武縣章古臺試驗站（122.65°E，42.38°N）進行，該區(qū)地處東北科爾沁沙地的邊緣，屬典型的半濕潤大陸性季風氣候，春冬兩季多大風，降水量少且分布不均，年平均氣溫7.2℃，年均降水量510.3 mm［18］。供試土壤為風沙土，其基本性質見表1。

1.2 供試材料

膨潤土是以蒙脫石為主的黏土礦物，其成分分析值為：SiO250.5%、AL2O316.88%、MgO 4.5.0%、CaO 2.5%、Na2O 0.34%、Fe2O31.39%、K2O 0.25%、TiO20.15%、LOI 9.44%。

1.3 試驗設計

試驗區(qū)面積為3 m×6 m=18 m2，花生連作，一年一熟。供試作物品種為阜花17號，裸地種植。試驗共設5個處理：（1）不施膨潤土對照（CK）；（2）施膨潤土1.2 kg/m2（D1）；（3）施膨潤土2.4 kg/m2（D2）；（4）施膨潤土 3.6 kg/m2（D3）；（5）施膨潤土4.8 kg/m2（D4）。每個處理3次重復。膨潤土于4月上旬撒施，之后旋耕。5月中上旬播種，播種時深開溝，施入化肥（二銨0.03 kg/m2，硫酸鉀0.02 kg/m2），覆土3 cm再播種，中耕管理同大田。

表1 供試土壤的基本性質

1.4 樣品采集與測定方法

1.4.1 樣品采集

2017年9月，農作物收獲后取樣。取樣時按S形路線橫過試驗田，在農作物根際0～20 cm深度的耕層土壤處取樣，每塊試驗田取10～20個樣點混合成一個土壤樣品，以相似的路線在其它試驗田中再取樣。樣品帶回實驗室后揀出植物殘體、礫石等，過2 mm篩，然后裝袋編號，將一部分土樣放在室內陰涼處自然干燥，用于土壤理化性質的測定；另一部分立即測定土壤微生物量及酶活性。

1.4.2 土壤含水量的測定

用土鉆取0～20 cm耕層土樣，置于鋁盒中，采用烘干法測定土壤含水量。

1.4.3 土壤微生物量的測定

土壤微生物量碳測定采用氯仿熏蒸-硫酸鉀提取法［19］；微生物量磷測定采用氯仿熏蒸-碳酸氫鈉提取法［19］；微生物量氮測定采用氯仿熏蒸-茚三酮比色法［19］。

1.4.4 土壤酶活性的測定

土壤蔗糖酶用3，5-二硝基水楊酸比色法測定［20］；土壤過氧化氫酶用高錳酸鉀滴定法測定［20］；土壤磷酸酶用磷酸苯二鈉比色法測定［20］；土壤脲酶用次氯酸鈉-苯酚鈉比色法測定［20］；土壤蛋白酶用茚三酮比色法測定［20］；土壤脂肪酶用氫氧化鉀滴定法測定［20］。

1.4.5 作物產量的測定

花生成熟后，每個小區(qū)選擇2 m×2 m=4 m2（約15株花生），把花生全部摘下，風干后測產，然后按照同等比例換算成整個小區(qū)產量。

1.5 統(tǒng)計分析

數據采用Excel 2007軟件進行處理和繪圖，采用SPSS 21軟件進行統(tǒng)計分析，處理間的差異顯著性采用單因素方差分析檢驗，并用Duncan法進行兩兩之間的多重比較，各變量之間采用Pearson相關系數法進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 不同膨潤土施用量對土壤含水量的影響

由圖1可知，不同膨潤土施用量處理下花生土壤含水量存在明顯差異，各處理（D1、D2、D3、D4）與對照（CK）相比，含水量分別增加了24.42%、47.58%、60.61%、55.17%，總體表現為隨著膨潤土施用量的增加，土壤含水量呈先增加后降低的趨勢，在D3處理下達到峰值。該結果表明，施用膨潤土能提高風沙地花生連作土壤耕層土含水量。

圖1 不同膨潤土施用量對土壤含水量的影響

2.2 不同膨潤土施用量對土壤微生物量碳、氮、磷含量的影響

由圖2（A、B、C）可知，不同膨潤土施用量處理對土壤微生物量碳、氮、磷含量產生顯著影響。與對照（CK）相比，施用膨潤土顯著增加了土壤微生物量碳、氮、磷含量，并于D3處理（3.6 kg/m2）下微生物量碳、氮、磷含量最高。當施用量進一步增加，土壤微生物生物量呈現下降趨勢。該結果說明，在土壤中添加膨潤土作為基質有利于提高土壤微生物量碳、氮、磷含量，改善土壤質量。

圖2 不同膨潤土施用量對土壤微生物量碳、氮、磷含量的影響

2.3 不同膨潤土施用量對土壤酶活性的影響

2.3.1 不同膨潤土施用量對土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶又叫轉化酶，參與土壤中碳水化合物的轉化，其酶促產物—葡萄糖是植物的重要營養(yǎng)源。由圖3可知，施用膨潤土處理能顯著提高土壤蔗糖酶活性，其中D2處理下蔗糖酶活性最高，較CK增加了98.61%。該結果表明，適量施用膨潤土會提高土壤蔗糖酶活性，對提高土壤肥力和促進土壤物質循環(huán)均有重要意義。

圖3 不同膨潤土施用量對土壤蔗糖酶活性的影響

2.3.2 不同膨潤土施用量對土壤過氧化氫酶活性的影響

土壤中的細菌、真菌和植物根系通過分泌物能把過氧化氫分解為可供植物吸收的水和氧氣。由圖4可知，4種施用膨潤土處理的土壤過氧化氫酶活性均高于CK，其中D3處理下過氧化氫酶活性最高，較CK增加了48.31%。D1、D2處理無顯著差異。

2.3.3 不同膨潤土施用量對土壤磷酸酶活性的影響

磷酸酶可參與到土壤有機磷的轉化過程中，能酶促分解各種有機磷化合物，為植物生長提供磷元素。由圖5可知，施膨潤土處理的土壤磷酸酶活性顯著高于CK。土壤磷酸酶活性隨膨潤土施用量的增加呈現先增加后下降趨勢，D3處理酶活性最高，達到44.64 mg/g。D1、D2、D4處理無顯著差異。

圖4 不同膨潤土施用量對土壤過氧化氫酶活性的影響

圖5 不同膨潤土施用量對土壤磷酸酶活性的影響

2.3.4 不同膨潤土施用量對土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶是土壤中重要的水解酶，酶促產物—氨是植物生長所需氮源之一。由圖6可知，各施膨潤土處理脲酶活性較CK分別提高77.88%、116.54%、204.46%、18.77%，D3處理顯著高于其他處理，說明適量施用膨潤土能提高土壤脲酶活性。

圖6 不同膨潤土施用量對土壤脲酶活性的影響

2.3.5 不同膨潤土施用量對土壤蛋白酶活性的影響

蛋白酶參與土壤中有機化合物的轉化，其水解產物是高等植物生長所需的氮源之一。由圖7可知，隨著膨潤土施用量的增加，土壤蛋白酶活性呈現先增加后降低的趨勢。其中，D3處理土壤蛋白酶活性最高，比對照高出85%。

圖7 不同膨潤土施用量對土壤蛋白酶活性的影響

2.3.6 不同膨潤土施用量對土壤脂肪酶活性的影響

在脂肪酶作用下，脂肪水解成可溶性的物質，該酶在土壤微生物動力學中具有重要作用。從圖8可知，施膨潤土的各處理土壤脂肪酶活性為D3＞D4＞D2＞D1。與CK相比，D3處理土壤脂肪酶活性增加顯著。

2.4 不同膨潤土施用量對花生產量的影響

由圖9可知，各施用膨潤土處理花生產量均顯著高于 CK，產量高低順序為 D3＞D2＞D1＞D4＞CK。其中，D3處理產量最高，比CK處理增產21.34%。方差分析表明，D1、D2、D4處理間產量差異不顯著，而與D3和CK差異顯著（P＜0.05）。該結果表明，施用膨潤土處理能夠提高花生產量，其中3.6 kg/m2膨潤土處理效果最好。

圖8 不同膨潤土施用量對土壤脂肪酶活性的影響

圖9 不同膨潤土施用量對花生產量的影響

2.5 土壤微生物量、酶活性和產量的相關性分析

土壤微生物量與土壤酶活性的相關性分析表明（表2），土壤微生物量碳含量與土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、蛋白酶、脂肪酶活性均呈顯著或極顯著正相關關系。土壤微生物量氮和磷含量與土壤脲酶、磷酸酶、蛋白酶、脂肪酶活性呈顯著或極顯著正相關關系，與土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性的相關性不顯著。該結果表明，土壤酶活性與土壤微生物量碳、氮、磷含量密切相關，可以作為評價土壤肥力水平的指標。花生產量與土壤微生物量碳、氮、磷均呈極顯著正相關關系，與除過氧化氫酶以外的其它土壤酶活性均呈顯著或極顯著正相關關系。由此可見，土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性極大地影響了花生產量。

表2 土壤微生物量與酶活性之間的線性相關關系

3 討論

膨潤土是一種親水性的層狀硅酸鹽黏土礦物，對人和植物無毒、無刺激、無腐蝕作用［21］。孫夢媛等［9］的研究表明，施用膨潤土可改善土壤的理化性質，減少土壤肥力流失率。膨潤土對提高土壤結構穩(wěn)定性和抗蝕性，對維持土壤質量具有重要作用，尤其在貧瘠沙質土壤上，施用膨潤土后的效果更加突出。本試驗發(fā)現，與對照相比，施用膨潤土處理后花生產量顯著增加，產量高低排序為 D3＞D2＞D1＞D4＞CK，花生最高增產 21.34%。崔學奇等［22］的研究證明，膨潤土有強烈的吸收膨脹性，能吸附自身體積8～15倍的水量，在干旱地區(qū)，施用膨潤土對改善土壤生態(tài)環(huán)境的效果較為明顯。本研究結果表明，施膨潤土處理組土壤含水量和微生物量碳、氮、磷含量均高于對照，呈先上升后下降的趨勢，這與崔立莉［23］的研究結果基本一致，說明施用膨潤土對提高風沙地土壤含水量和微生物量碳、氮、磷含量有明顯效果。其中，在D3處理下，土壤含水量和微生物量碳、氮、磷含量均達到最大值，說明以施用3.6 kg/m2膨潤土處理對該地區(qū)土壤的改良效果最好，可獲得最優(yōu)土壤微生物環(huán)境。

土壤酶在土壤養(yǎng)分循環(huán)和物質轉化過程中起著重要的作用，影響土壤肥力的形成［24］。本研究結果表明，不同膨潤土施用量處理下，土壤中蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、脂肪酶、過氧化氫酶活性均有不同程度的提高，施用2.4～3.6 kg/m2膨潤土處理下該地區(qū)土壤酶活性提高最顯著。施用膨潤土可以提高土壤酶活性，這與賈崢嶸等［25］、趙丹［26］研究結果一致。

土壤酶活性對耕作方式、施肥方式、土地利用方式和土壤環(huán)境等因素的反映比較敏感，在不同的農田管理措施下，不同指標的反映程度不同［27］。本研究表明，施膨潤土處理條件下土壤微生物量碳含量與土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、蛋白酶、脂肪酶活性呈顯著正相關關系，土壤微生物量氮和磷含量與土壤脲酶、磷酸酶、蛋白酶、脂肪酶活性呈顯著或極顯著正相關關系。這與楊佳佳等［28］的研究結果基本一致。由此可見，施用膨潤土處理條件下土壤微生物量和土壤酶活性之間存在密切聯系，可以作為土壤微生物學指標評價土壤肥力狀況?；ㄉa量與土壤微生物量碳、氮、磷均呈極顯著正相關關系，與土壤蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、蛋白酶、脂肪酶活性均呈顯著或極顯著正相關關系，與土壤過氧化氫酶相關性不顯著。該結果表明，施用膨潤土對提高土壤肥力和花生產量有明顯的促進作用。

4 結論

在1.2、2.4、3.6、4.8 kg/m2膨潤土施用量處理下花生產量、土壤含水量和土壤微生物量碳、氮、磷含量均高于CK，且呈現出相同的先增加后下降的趨勢，于D3（3.6 kg/m2）處理條件下花生產量、土壤含水量和土壤微生物量碳、氮、磷含量增加最顯著。施用膨潤土使土壤酶活性顯著提高，其中D2（2.4 kg/m2）和D3（3.6 kg/m2）處理條件下土壤蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶、脂肪酶、過氧化氫酶的活性增加較為顯著。綜上，合理施用膨潤土能夠顯著提高遼西風沙地土壤含水量和微生物量碳、氮、磷的含量，增強土壤酶活性，改善土壤質量，提升土壤肥力，提高作物產量，緩解風沙地半干旱區(qū)花生連作障礙。