不同施肥模式对辣椒—冬瓜轮作菜地土壤酶活性的影响

邓 晓， 陈 淼， 武春媛， 李勤奋

(1.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南海口 571101； 2.农业部儋州农业环境科学观测实验站，海南儋州 571737

土壤酶是土壤微生物、动植物活体分泌和动植物残体分解释放的一种具有生物催化能力的活性物质，是土壤组分中最活跃的有机成分[1]。土壤中一系列生理生化反应都需要酶的参与，其活性与土壤环境质量、物质循环、能量流动等密切相关。研究表明，与其他土壤指标相比，土壤酶活性对施肥管理、土地利用方式变化、种植制度变化的响应更快[2]，不仅能表征土壤养分转化能力的强弱和土壤综合肥力，也能作为衡量土壤生态系统土壤质量变化的预警和敏感指标[3]。通过土壤酶活性来评价不同农艺措施对土壤肥力和健康的影响已成为近几年研究的热点[4-7]。海南属于我国南方酸性土壤区，土壤贫瘠，不同施肥模式对蔬菜产量、品质、菜地养分平衡的影响研究较少。关于化肥减施、有机无机肥配施等不同施肥模式对海南露地蔬菜地土壤微生物及酶活性影响的研究鲜有报道。因此，本试验针对以上情况，以海南露地蔬菜辣椒—冬瓜轮作系统为研究对象，探讨不同施肥模式对菜地土壤酶活的影响，以期获得维持菜地土壤肥力的最佳模式，为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术支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地点位于海南省文昌市中国热带农业科学院环境与植物保护研究所试验基地(19.32°N，110.45°E)。土壤质地为沙壤土，土壤类型为砖红壤，肥力水平较低，土壤基本理化性质见表1。试验地常年降水量1 721.6 mm，雨季主要集中在5—10月，降水量占全年的79%；年均温度23.9 ℃，积温为8 474.3 ℃，属热带海洋季风气候；极端天气通常为夏季暴雨和春季干旱。供试辣椒品种为湘辣十七号，湖南湘研种业有限公司生产；供试冬瓜品种为“改良白粉毛节瓜”，海南绿禾丰种子种苗有限公司生产。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 试验设计

施肥模式设置不施肥(CK)、单施化肥(T1)、单施有机肥(T2)、施化肥+秸秆还田(T3)、施化肥+有机肥(T4)、施75%化肥+有机肥(T5)和施50%化肥+有机肥(T6)共7个处理。试验采用随机区组设计，每个处理3次重复，共21个试验小区。试验小区为平地，每个小区面积50 m2(长10 m，宽5 m)。监测地块四周设置10 m保护行，监测小区之间、小区与保护行之间均以田埂分隔，田埂宽度24 cm。田埂地面以下部分深60 cm，地面以上部分为10 cm。田埂采用砖混结构，水泥砂浆抹面。试验小区种植制度为南方湿润平原区露地蔬菜轮作模式。试验于2015年开始，供试作物为辣椒—冬瓜，辣椒季为2015年10月至2016年3月，冬瓜季为2016年4月至2016年8月。辣椒种植密度为45 cm×50 cm单株，每畦栽2行，每个小区起垄4个，垄高20～25 cm，垄宽90 cm，沟宽30 cm；冬瓜采用棚架栽培，种植密度为45 cm×130 cm。每个小区种植4列。辣椒种植季各试验小区施肥量见表2，冬瓜种植季不施基肥，除CK和T2这2个处理不追施复合肥外，T1、T3和T4为3个处理均追施复合肥2次，2次共追施0.15 kg/m2。此外，T5和T62个处理2次追施复合肥分别为0.113、0.075 kg/m2。底肥全部采用条施，追肥采用穴施。除施肥量外，各小区其他管理模式相同。灌溉方式为滴灌。

表2 试验施肥处理

注：化肥为三元复合肥(基肥含N、P2O5、K2O分别为15%、15%、15%；追肥含N、P2O5、K2O分别为15%、5%、15%)和钙镁磷肥(12%)；有机肥为商品有机肥(主要成分为羊粪)；秸秆为玉米秸秆。

1.3 土壤样品采集与分析方法

土壤样品于2016年8月9日(冬瓜最后1次采收期)按小区进行采集，每个小区均通过五点采样法取样，用经过清洁处理的不锈钢管取土器垂直采集菜地植株周围0～20 cm深的耕作层土壤，各取样点取样量大体一致，混匀后收集。采集的土样保存于塑料封口袋中，于当天运回实验室，过2 mm筛后于阴凉处风干备用。土样风干后过40目筛，分析测定土壤脲酶、硝酸还原酶、酸性转化酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶的活性。各种土壤酶活指标均采用试剂盒(苏州科铭生物技术有限公司)分析测定。

1.4 数据处理方法

试验数据采用Excel 2010进行统计分析和图表制作，均值多重比较采用Duncan’s法。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对土壤脲酶活性的影响

脲酶与土壤中氮的转化密切相关。它能促进尿素水解生成氨，有利于植物对氮素的吸收，常被用来表征土壤的氮素状况[8]。图1表明，T5的土壤脲酶活性最强，T1的土壤脲酶活性最弱。7个处理中土壤脲酶活性表现为T5>T4>T6>T2>T3>CK>T1。与CK相比，仅T4、T5这2个处理的土壤脲酶活性显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)提高，分别提高 30.78% 和50.73%。而T1处理中土壤脲酶活性比CK降低了8.37%，但差异不显著(P>0.05)。与T1相比，T2、T3、T4、T5、T6这5个处理的土壤脲酶活性均显著提高，分别提高了29.82%、28.75%、42.73%、64.5%、32.78%，其中T4、T5这2个处理极显著提高。T2、T3、T4、T6这4个处理间差异不显著。

2.2 不同施肥模式对土壤硝酸还原酶活性的影响

硝酸还原酶是植物氮代谢过程中一种重要的调节酶和限速酶。通过测定土壤硝酸还原酶的活性可以了解土壤氨转化中脱氮作用的强度。从图2可以看出，T2的土壤硝酸还原酶活性最强，而T1的最弱。7个处理中土壤硝酸还原酶活性表现为T2>T6>T5>T4>T3>CK>T1。CK仅与T2、T1差异极显著；与CK相比，T2处理土壤硝酸还原酶活性提高了26.24%，而T1降低了17.22%。与T1相比，T3土壤硝酸还原酶活性显著提高，而其他4种施肥模式的土壤硝酸还原酶活性均极显著提高，T2、T6、T5、T4和T3处理分别提高了 52.51%、41.61%、3.71%、32.68%、26.74%。T2与T3处理差异显著，但T2、T6、T5、T44个处理之间差异不显著。

2.3 不同施肥模式对土壤过氧化氢酶活性的影响

过氧化氢酶可以在植物呼吸过程中将对活细胞有害的过氧化氢分解成水和氧气，减轻过氧化氢对植物的危害，在一定程度上反映了土壤微生物学过程的强度[9]。由图3可知，T5的土壤过氧化氢酶活性最强，CK的最弱。7个处理的土壤过氧化氢酶活性表现为T5>T4>T2>T6>T1>T3>CK。T2、T4、T5、T6与CK处理均，差异显著，土壤过氧化氢酶活性比CK分别提高了14.34%、19.39%、27.14%、14.11%，其中T5、T4与CK差异极显著。与T1相比，仅T5中的土壤过氧化氢酶活性显著提高了15.51%，而T4、T2、T6和T1差异不显著。

2.4 不同施肥模式对土壤酸性磷酸酶活性的影响

磷酸酶与土壤中磷的转化密切相关，能够酶促分解各种有机磷化合物，使土壤有机磷脱磷，生成能提供植物生长所需的无机态磷，从而提高土壤中磷素的有效性。磷酸酶常被用来表征土壤的磷素状况[10]。图4表明，T5的土壤酸性磷酸酶活性最强，而T2的最弱。7个处理中土壤酸性磷酸酶活性表现为T5>CK>T6>T1>T3>T4>T2。T2、T3、T4处理的土壤酸性磷酸酶活性均与CK差异极显著，分别降低了28.35%、14.07%、18.02%；而T1、T5、T6与CK差异性不显著。与T1相比，仅T2、T4这2个处理的酸性磷酸酶活性显著降低，其中T2酸性磷酸酶活性极显著降低了22.93%；而T3、T5、T6这3个处理与T1差异不显著。

2.5 不同施肥模式对土壤酸性转化酶活性的影响

转化酶能使无法直接被植物吸收的蔗糖分解成葡萄糖和果糖，对增加土壤中易溶性营养物质有重要作用[11]，其活性常被用来表征土壤的熟化程度和肥力水平。从图5可以看出，T5的土壤酸性转化酶活性最强，而T1的最弱，7个处理中土壤酸性转化酶活性表现为T5>T3>T2>T4>T6>CK>T1。其中，仅T3和T5处理的土壤酸性转化酶活性极显著高于CK处理，分别提高40.9%、60%；而T1处理显著低于CK处理，降低了20.91%。T2、T3、T4、T5、T6这5个处理均与T1有极显著差异，分别提高32.18%、78.16%、31.03%、102.3%、31.03%。

3 讨论与结论

土壤中一切生化反应都是在土壤酶的参与下完成的，土壤酶活性的高低能够反映土壤微生物活性和土壤肥力水平[12]。本试验结果显示，在0～20 cm土层中，T2、T3、T4、T5、T6这5种施肥模式的土壤脲酶、硝酸还原酶、酸性转化酶活性均显著高于T1和CK。说明单施有机肥和化肥有机肥配施模式较单施化肥模式均能明显提高菜地土壤酶活性。这是因为与不施肥和单施化肥相比，增施有机肥不仅带入了丰富的微生物，还能增加土壤养分，激发土壤的生物学活性，进而明显提高土壤酶活性[13-15]。化肥有机肥配施还能显著提高土壤有机质含量[16-18]，为各种酶类提供更多的酶促基质，同时也能提高土壤微生物群落结构多样性及其活性[19]，从而间接促进土壤酶活性的提高。此外，长期单施化肥可导致土壤板结、酸化、盐渍化等问题，间接降低了土壤酶活性[20]。所以，化肥、有机肥配施模式的土壤酶活性明显高于单施化肥模式。这与艾孜古丽·木拉提等的研究结果[21-25]一致。在0～20 cm 土层中，T2处理的土壤酸性磷酸酶活性极显著低于T1、CK处理。这是因为磷肥可明显促进土壤磷酸酶的活性[24]，而单施有机肥处理无磷肥的施入，本试验所施用的有机肥(羊粪)的磷含量也较低(0.42% P2O5)。T1处理中土壤脲酶、硝酸还原酶、酸性转化酶活性均显著低于CK。这可能是因为单施化肥导致了土壤无机养分升高，从而抑制土壤酶的产生[25]，也可能是单施化肥会造成土壤碳氮比降低，微生物多样性降低等多种原因综合所致。综上所述，单施有机肥或者单施化肥均会因施肥模式单一而造成某种土壤酶活性较低，相比之下，有机肥与化肥配施能够使土壤脲酶、硝酸还原酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶以及酸性转化酶活性均保持较高水平，进而为作物稳产高产创造良好的土壤生物化学环境。

本试验研究了7种施肥处理下土壤脲酶活性表现为 T5>T4>T6>T2>T3>CK>T1；硝酸还原酶活性表现为T2>T6>T5>T4>T3>CK>T1；过氧化氢酶活性表现为T5>T4>T2>T6>T1>T3>CK；酸性磷酸酶活性表现为T5>CK>T6>T1>T3>T4>T2；酸性转化酶活性表现为T5>T3>T2>T4>T6>CK>T1。上述结果表明6种不同施肥模式中土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶和酸性转化酶的活性均以T5处理最高，说明化肥有机肥配施且减施25%化肥的施肥模式是能维持辣椒—冬瓜轮作菜地较高的土壤肥力，促进菜地土壤可持续利用的一种高效施肥模式。