有机无机氮肥配施对典型菜地土壤微生物和酶活性的影响

汤桂容1,2,周 旋3,田 昌1,彭辉辉2,张玉平1,荣湘民1,刘 强1

(1.湖南农业大学 资源环境学院,湖南 长沙 410128;2.长沙环境保护职业技术学院,湖南 长沙 410004;3.浙江大学 环境与资源学院,浙江 杭州 310058)

摘要:为了比较不同种类有机无机氮(N)肥配施后典型菜地土壤微生物和酶活性的差异,揭示施用有机物料后微生物在调节土壤肥力中的作用,以猪粪、沼渣沼液和猪粪堆肥为供试材料,采用田间小区试验,设置不施肥(CK)、不施N肥(PK)、纯施化肥(NPK)、有机无机肥配施1(20%猪粪N+80%化肥N,NPKM1)、有机无机肥配施2(20%沼渣沼液N+80%化肥N,NPKM2)和有机无机肥配施3(20%猪粪堆肥N+80%化肥N,NPKM3)等6种施肥模式,连续3年(2011-2013年)研究不同有机无机N肥配施对典型菜地土壤微生物和酶活性的影响。结果表明:小白菜季和莴苣季生育期间土壤细菌数量呈上升趋势,土壤真菌、放线菌数量呈先升后降趋势,且栽培后季较前季高。与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理土壤细菌数量提高2.27%~26.16%(小白菜季),15.06%~40.82%(莴苣季);真菌数量提高33.62%~47.10%(小白菜季),39.64%~52.27%(莴苣季);放线菌数量提高6.59%~38.21%(小白菜季),20.97%~29.66%(莴苣季)。有机无机N肥配施可以促进菜地土壤微生物大量繁殖。与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理提高土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、纤维素酶的活性。有机无机N肥配施可以促进菜地土壤酶活性的提高。各处理蔬菜产量分别为6.73~22.50 t/hm2(小白菜),21.54~47.79 t/hm2(莴苣),大小均表现为NPKM3> NPKM1> NPKM2> NPK> PK> CK。相关分析表明,小白菜和莴苣产量与土壤微生物数量和酶活性之间均存在密切关系。总之,有机无机N肥配施可以有效提高土壤中微生物数量和酶活性,维持菜地较高的土壤肥力,有利于蔬菜种植的可持续和高效生产,以猪粪堆肥配施效果最佳。

关键词:有机无机氮肥配施;菜地土壤;土壤微生物;土壤酶

土壤微生物作为最活跃的肥力因子,促进土壤中养分的转化与循环和有机质的矿化分解[1]。土壤酶主要来自于土壤生物和高等植物的根系,直接参与土壤中物质的转化、养分释放和固定过程[2]。其中,土壤脲酶直接参与含氮(N)有机化合物的分解转化,与土壤中N的供给和利用、有机物含量及微生物量等相关[3]。土壤蔗糖酶反映土壤中碳(C)的呼吸强度,可衡量C转化和降解植物残体的能力[4]。土壤过氧化氢酶保护细胞免受自由基的毒害,与微生物数量和有机质含量有关[5]。土壤磷酸酶是催化磷酸单酯和磷酸二酯水解的酶[6]。土壤纤维素酶是水解纤维素中β-1,4葡聚糖苷键的关键酶,表征土壤C素循环速度[7]。此外,土壤微生物量和酶类活性均受到培肥措施的影响[8-9]

传统施肥模式长期大量使用化肥、农药,不仅导致水体富营养化,土壤重金属蓄积,污染环境生态,还会造成土壤酸化板结、养分失调、肥力下降,严重影响农业可持续发展[10]。大量研究表明,施用有机物料能减轻环境污染[11],还能培肥土壤[12]、改善土壤养分循环[13]。目前,关于不同有机无机施肥模式对典型菜地中土壤微生物和酶活性影响方面的研究鲜有报道。研究莴苣-小白菜生育期内不同有机无机N肥配施下土壤微生物量和酶活性的动态变化特征及其与产量之间的关系,以期为菜地土壤的有机培肥,促进土壤生态良性循环,实现农业资源的可持续利用提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2011-2013年在湖南省长沙县梨镇大元村进行[14]。供试莴苣为四季白尖叶(四川种都种业有限公司),小白菜为青梗菜(福州春晓种苗有限公司)。供试土壤为紫色菜园土,基本理化性状:土壤pH值5.18、有机质14.66 g/kg、全N 2.30 g/kg、全P 0.76 g/kg、全K 13.91 g/kg,碱解N 123.62 mg/kg、速效P 51.10 mg/kg、速效K 224.75 mg/kg。供试N肥为尿素(含N 46%),K肥为氯化钾(含K2O 60%),P肥为钙镁磷肥(含P2O5 12%),猪粪、沼渣沼液从农户家收集,猪粪堆肥自制。供试有机肥养分含量见表1。

1.2 试验设计

以等N施用量为基准,P、K用量相应折算,分别以猪粪、沼渣沼液、猪粪堆肥与化肥之间进行配施,使各处理N、P、K的总施用量保持一致。共设6个处理:不施肥(CK)、不施N肥(PK)、施纯化肥(NPK)、有机无机肥配施1(20%猪粪N+80%化肥N,NPKM1)、有机无机肥配施2(20%沼渣沼液N+80%化肥N,NPKM2)、有机无机肥配施3(20%猪粪堆肥N+80%化肥N,NPKM3),小区面积为8 m2,随机区组排列,重复3次。

莴苣季N、P2O5、K2O施用量分别为300,220,220 kg/hm2。有机肥和P肥全作基肥一次性施用,N、K肥60%作基肥,40%作追肥。株行距为33 cm×35 cm,每小区定植72株。2011年4月22日播种,5月22日移栽,6月9日追肥,7月12日收获计产。2012年8月20日播种,9月22日移栽,10月10日追肥,11月13日收获计产。2013年9月2日播种,10月1日移栽,10月12日追肥,11月23日收获计产。

小白菜季N、P2O5、K2O施用量分别为260,120,160 kg/hm2。有机肥、P肥和K肥全作基肥一次性施用,N肥80%作基肥,20%作追肥。株行距为33 cm×28 cm,每小区定植84株。2011年9月8日播种,10月5日移栽,10月19日追肥,11月19日收获计产。2012年3月20日播种,4月23日移栽,5月7日追肥,5月29日收获计产。2013年3月20日播种,4月20日移栽,5月4日追肥,5月25日收获计产。水分、病虫害等按照常规管理。

1.3 测定项目和分析方法

莴苣和小白菜成熟后,按小区收获计产。在作物生长季内每隔12 d采集土样,测定土体中(细菌、真菌、放线菌)菌群数量和土壤酶(脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、纤维素酶)活性,如果不能立即测定,置于4 ℃冰箱暂存。土壤细菌、放线菌、真菌分别采用牛肉膏蛋白胨培养基、高氏一号培养基、马丁氏培养基培养,计数均采用稀释平板法[15]。土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、纤维素酶活性分别采用靛酚蓝比色法、高锰酸钾滴定法、磷酸苯二钠比色法、3,5-二硝基水杨酸比色法测定[15]

1.4 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 17.0数据分析软件进行统计分析。

表1 供试有机肥养分含量
Tab.1 Nutrient content of the tested organic fertilizers g/kg

年份蔬菜种类肥料种类全N全P全KYearVegetablesvarietyFertilizertypeTNTPTK2011小白菜猪粪4.741.230.33沼渣沼液1.160.090.48猪粪堆肥4.812.871.65莴苣猪粪12.808.193.72沼渣沼液0.840.100.34猪粪堆肥9.243.876.842012小白菜猪粪11.9010.1110.60沼渣沼液3.031.401.23猪粪堆肥13.4310.1110.61莴苣猪粪12.966.777.15沼渣沼液3.151.140.99猪粪堆肥14.2316.998.962013小白菜猪粪3.102.501.40沼渣沼液2.400.700.60猪粪堆肥13.0015.109.10莴苣猪粪9.607.246.15沼渣沼液0.700.090.32猪粪堆肥12.0014.6510.42

2 结果与分析

2.1 土壤微生物数量

2.1.1 土壤可培养细菌数量 由图1可知,小白菜季和莴苣季土壤可培养细菌数量生育期间均呈上升趋势,且栽培后季整体较前季高。小白菜季移栽后30 d,各处理土壤可培养细菌数量为9.63×104~22.19×104个,大小表现为NPKM3>NPKM1>NPKM2>NPK>PK>CK。与CK处理相比,施肥处理土壤可培养细菌数量增加42.11%~130.37%;与PK处理相比,施N处理增加28.50%~62.11%;与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理分别增加20.44%,2.27%,26.16%。

图1 有机无机N配施下土壤可培养细菌数变化
Fig.1 Dynamics of the culturable bacterial population in soil under different organic and inorganic N fertilizer treatments

莴苣季移栽后30 d,各处理土壤可培养细菌数量为12.70 ×104~28.20 ×104个,大小表现为NPKM1>NPKM2>NPKM3>NPK>PK>CK。与CK处理相比,施肥处理土壤可培养细菌数量增加17.80%~122.05%;与PK处理相比,施N处理增加33.86%~88.50%;与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理分别增加40.82%,38.58%,15.06%。可见,有机无机N肥配施处理促进土壤可培养细菌的大量繁殖。

2.1.2 土壤可培养真菌数量 由图2可知,小白菜季和莴苣季土壤可培养真菌数量生育期间均呈先升后降趋势,且栽培后季整体较前季高。小白菜季于移栽后30 d出现峰值,各处理土壤可培养真菌数量为5.47×103~10.42×103个,大小表现为NPKM2>NPKM3>NPKM1>NPK>PK>CK。与CK处理相比,施肥处理土壤可培养真菌数量增加13.25%~90.40%;与PK处理相比,施N处理增加14.29%~68.12%;与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理分别增加33.62%,47.10%,44.49%。

莴苣季于移栽后30 d出现峰值,各处理土壤可培养真菌数量为5.64×103~15.44×103个,大小表现为NPKM2>NPKM3>NPKM1>NPK>PK>CK。与CK处理相比,施肥处理土壤可培养真菌数量增加30.08%~174.00%;与PK处理相比,施N处理增加38.34%~ 110.64%;与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理分别增加39.64%,52.27%,44.48%。可见,有机无机N肥配施促进土壤可培养真菌的大量繁殖。

图2 有机无机N肥配施下土壤可培养真菌数变化
Fig.2 Dynamics of the culturable fungi population in soil under different organic and inorganic N fertilizer treatments

2.1.3 土壤可培养放线菌数量 由图3可知,小白菜季和莴苣季土壤可培养放线菌数量生育期间均呈先升后降趋势,且栽培后季整体较前季高。小白菜于移栽后30 d出现峰值,各处理土壤可培养放线菌数量为10.84×104~18.06×104个,大小表现为NPKM3>NPKM1>NPKM2>PK>NPK>CK。与CK处理相比,施肥处理土壤可培养放线菌数量增加20.62%~66.71%;与PK处理相比,施N处理增加-0.10%~38.08%;与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理分别增加16.00%,6.59%,38.21%。

莴苣季于移栽后30 d出现峰值,各处理土壤可培养放线菌数量为17.47×104~24.68×104个,大小表现为NPKM3>NPKM1>NPKM2>PK>NPK>CK。与CK处理相比,施肥处理土壤可培养放线菌数量增加8.93%~41.24%;与PK处理相比,施N处理增加-1.01%~28.35%;与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理分别增加28.80%,20.97%,29.66%。可见,有机无机N肥配施促进土壤可培养放线菌的大量繁殖。

图3 有机无机N肥配施下土壤可培养放线菌数量变化Fig.3 Dynamics of the culturable actinomyces population in soil under different organic and inorganic N fertilizer treatments

2.2 菜地土壤酶活性

2.2.1 土壤脲酶活性 由表2,3可知,蔬菜轮作中土壤脲酶活性总体上后期高于前期。小白菜季生育期间土壤脲酶活性比较平稳,且各时期施N处理高于不施N处理。莴苣季生育期间土壤脲酶活性总体上呈先升后降的趋势,且各时期施N处理高于不施N处理。其中,小白菜季NPKM1、NPKM3处理和莴苣季NPKM3处理差异显著。移栽后第42天,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理土壤脲酶活性分别比NPK处理提高33.05%,3.45%,36.21%(小白菜季),6.93%,24.34%,28.91%(莴苣季)。可见,有机无机N肥配施有利于提高土壤脲酶活性,以猪粪堆肥配施较好。

2.2.2 土壤磷酸酶活性 由表2,3可知,蔬菜轮作中土壤磷酸酶活性总体上前期略高于后期。小白菜季和莴苣季生育期间土壤磷酸酶活性呈上升趋势,且各时期有机无机配施处理高于其他处理。其中,小白菜季NPKM2、NPKM3处理和莴苣季NPKM3处理差异显著。移栽后第42天,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理土壤磷酸酶活性分别比NPK处理提高21.16%,58.44%,65.99%(小白菜季),14.40%,25.93%,66.26%(莴苣季)。可见,有机无机N肥配施有利于提高土壤磷酸酶活性,以猪粪堆肥配施较好。

2.2.3 土壤过氧化氢酶活性 由表2,3可知,蔬菜轮作中土壤过氧化氢酶活性总体上后期高于前期。小白菜季和莴苣季生育期间土壤过氧化氢酶活性总体上呈先升后降的趋势,且各时期有机无机配施处理高于其他处理。其中,小白菜季NPKM1、NPKM3处理和莴苣季NPKM3处理差异显著。移栽后第42天,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理土壤磷酸酶活性分别比NPK处理提高39.23%,20.49%,49.01%(小白菜季),7.66%,11.95%,24.59%(莴苣季)。可见,有机无机N肥配施有利于提高土壤过氧化氢酶活性,以猪粪堆肥配施较好。

2.2.4 土壤纤维素酶活性 由表2,3可知,蔬菜轮作中土壤纤维素酶活性总体上前后差异不大。小白菜季和莴苣季生育期间土壤纤维素酶活性呈先升后降的趋势,且各时期有机无机配施处理高于其他处理。其中,小白菜季NPKM2、NPKM3处理和莴苣季NPKM3处理差异显著。移栽后第42天,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理土壤纤维素酶活性分别比NPK处理提高22.28%,34.06%,41.85%(小白菜季),14.14%,11.61%,25.52%(莴苣季)。可见,有机无机N肥配施有利于提高土壤纤维素酶活性,以猪粪堆肥配施较好。

表2 有机无机N肥配施下小白菜季土壤酶活性
Tab.2 Soil enzyme activity in pakchoi season under different organic and inorganic N fertilizer treatments U/g

类别处理移栽后天数/d DaysaftertransplantingCategoryTreatment6183042脲酶活性CK3.44a3.62c3.00a2.33cSoilureaseactivityPK2.30b3.93c2.73a2.90bcNPK3.69a4.33bc2.87a3.48bNPKM13.90a5.09ab3.10a4.63aNPKM23.75a5.03ab3.28a3.60bNPKM34.21a5.82a3.13a4.74a磷酸酶活性CK1.43b2.66ab3.10a3.49bSoilphosphataseactivityPK1.96ab2.64ab2.69a4.13bNPK1.69ab2.12b2.71a3.97bNPKM12.01ab3.24a3.24a4.81bNPKM22.10a3.39a3.15a6.29aNPKM32.20a3.55a3.35a6.59a过氧化氢酶活性CK4.17ab4.90ab10.41a8.64cSoilcatalaseactivityPK3.88ab4.30b10.82a8.96bcNPK3.44b4.68ab10.43a8.59cNPKM14.47ab6.57a11.42a11.96aNPKM24.22ab5.00ab11.47a10.35bNPKM34.87a5.04ab11.82a12.80a纤维素酶活性CK6.63b7.93a6.17c3.88cSoilcellulaseactivityPK6.97b7.98a8.92b4.65bcNPK7.88b8.27a8.56b5.52abcNPKM18.48ab8.34a8.94b6.75abNPKM28.56ab8.60a11.88a7.40aNPKM39.95a9.64a11.23a7.83a

注:同列数值后不同字母表示差异达5%显著水平。表3、图4同。

Note:Values followed by different letters within a column are significant at 5% level.The same as Tab.3 and Fig.4.

表3 有机无机N肥配施对莴苣季土壤酶活性的影响
Tab.3 Soil enzyme activity in lettuce season under different organic and inorganic N fertilizer treatments U/g

类别处理移栽后天数/dDaysaftertransplantingCategoryTreatment6183042脲酶活性CK4.10b4.53c6.24b5.67cSoilureaseactivityPK4.08b4.59c4.97b6.49cNPK4.35b5.60c5.52b6.78bcNPKM15.64ab8.98ab7.22ab7.25abcNPKM26.93a6.85bc7.77ab8.43abNPKM37.31a9.62a9.75a8.74a磷酸酶活性CK0.95b1.01bc1.38a2.37bSoilphosphataseactivityPK0.96b1.38ab1.44a2.56abNPK0.90b0.88c1.32a2.43bNPKM11.24a1.44a1.62a2.78abNPKM21.05ab1.64a1.92a3.06abNPKM31.25a1.57a1.79a4.04a过氧化氢酶活性CK12.08c12.87d16.04a9.21bcSoilcatalaseactivityPK13.47ab13.40cd16.19a9.09bcNPK12.93b13.72cd16.19a8.62cNPKM113.62ab14.40bc16.55a9.28bcNPKM213.96a16.94a16.30a9.65bNPKM313.98a15.59ab16.56a10.74a纤维素酶活性CK2.03c5.76c2.05c3.93cSoilcellulaseactivityPK3.35c7.04bc2.39c8.56bNPK5.52b5.16c5.95b8.70bNPKM16.82ab12.41ab8.05a9.93abNPKM26.24ab7.04bc6.53b9.71abNPKM37.25a15.74a6.89ab10.92a

2.3 土壤酶活性与蔬菜产量之间的关系

由图4可知,各处理蔬菜产量分别为6.73~22.50 t/hm2(小白菜),21.54~47.79 t/hm2(莴苣),大小表现为NPKM3> NPKM1> NPKM2> NPK> PK> CK。与CK处理相比,施肥处理蔬菜产量增加39.95%~234.11%(小白菜),17.04%~121.87%(莴苣);与PK处理相比,施N处理增加87.41%~138.73%(小白菜),23.28%~89.57%(莴苣);与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理分别增加19.84%,8.31%,27.39%(小白菜),48.66%,22.13%,53.76%(莴苣)。可见,有机无机N肥配施有利于蔬菜产量提高,以猪粪和猪粪堆肥配施效果较好。相关性分析表明,蔬菜产量与土壤酶活性之间均呈显著正相关关系,相关系数为0.734~0.929**(小白菜)和0.655~0.834*(莴苣)。

图4 有机无机N肥配施下小白菜和莴苣产量
Fig.4 Yield of pakchoi and lettuce under different organic and inorganic N fertilizer treatments

3 讨论和结论

施用有机肥可以引入活性菌群分解有机质,显著增加细菌生物量,进而调控土壤微生物群落结构[13]。配施无机肥不仅增加土壤C为转化酶提供更多酶促基质,同时化肥中N、P、K可以调节土壤中的养分比例,为微生物活动和酶活性提高创造良好的营养条件[1]。但是,不同种类有机物料的养分状况、碳氮比和木质素含量差异较大,对土壤酶活性的影响不一。一般来说,有机物料碳氮比和木质素含量越低,微生物活性越高,酶活性也相应提高,尤以低有机质土壤反应最为明显[13]。此外,施用有机肥的数量和方法对土壤酶活性存在一定影响[16]

徐晶等[17]研究发现,NPK长期配施有机肥明显提高小麦-大豆-红薯轮作红壤中有益微生物的数量;显著增强土壤脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性。徐福利等[18]研究发现,日光温室黄瓜施肥增加土壤放线菌数量;有机肥和叶面追肥增加土壤细菌数量;化肥和沼肥增加土壤真菌数量。杜社妮等[19]研究发现,日光温室西红柿施有机肥处理土壤三大菌群数量增加;化肥处理土壤细菌数量降低,放线菌和真菌数量增加。高巍等[20]研究发现,有机肥和低浓度N肥长期配施显著增加蔬菜土壤三大菌群数量,提高土壤真菌的均匀度和多样性。张淑红等[21]研究发现,高浓度N肥降低氨化细菌数量,有机肥和低浓度N肥长期配施提高连作番茄土壤中氨化细菌数量;有机肥提高土壤中亚硝化细菌、反硝化细菌和纤维素分解菌数量。叶俊等[22]研究发现,有机栽培较常规栽培显著增加土壤细菌群落多样性;有机栽培土壤微生物生物量C、N及有机质含量显著高于常规栽培。本研究结果表明,施肥对菜地土壤微生物影响较大。莴苣季和小白菜季生育期间土壤细菌数量呈上升趋势,真菌、放线菌数量呈先升后降趋势,且栽培后季整体较前季高。NPKM1、NPKM2、NPKM3处理较NPK处理增加土壤中细菌数量2.27%~26.16%(小白菜季),15.06%~40.82%(莴苣季),真菌数量增加33.62%~47.10%(小白菜季),39.64%~52.27%(莴苣季),放线菌数量增加6.59%~38.21%(小白菜季),20.97~29.66%(莴苣季)。有机无机N肥配施可以促进菜地中土壤微生物的大量繁殖。

土壤酶活性常作为衡量土壤生物学活性和生产力的重要指标[23-24]。和文祥等[25]研究发现,秸秆和化肥长期处理提高土壤总体酶活性,以厩肥增幅最大。徐福利等[18]研究发现,施肥对日光温室黄瓜土壤过氧化氢酶影响较小,但提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性;有机肥提高土壤脲酶和磷酸酶活性,化肥和沼肥对土壤脲酶和磷酸酶活性影响不大。杨丽娟等[26]研究发现,露地黄瓜菜田耕层土壤酶活性的季节性变化明显,旺盛生长期土壤酶活性高,而生长初、末期较低;半腐熟有机肥施用生育初期酶活性低,后期逐渐升高。尤彩霞等[27]研究发现,日光温室黄瓜生长中期土壤酶活性高于其他各生长时期,有机肥施用及化学N肥追施对土壤酶活性有促进作用;烘干鸡粪和腐熟牛粪影响效果相同。王延军等[28]研究发现,生态肥较有机肥单施或矿粉与有机肥混施,明显增加番茄土壤微生物量,增强土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性,且在生长前、中期效果显著。李轶等[29]研究发现,沼渣沼液配施较沼渣化肥配施有利于提高土壤磷酸酶活性,而猪粪或沼渣、沼液或化肥影响较小;施肥对土壤过氧化氢酶活性影响较小。杜社妮等[19]研究发现,日光温室西红柿地有机肥、化肥、有机肥+叶面肥处理土壤磷酸酶活性增加;有机肥处理土壤脲酶活性增强;化肥+叶面肥处理土壤磷酸酶活性比有机肥+叶面肥处理降低;施肥对蔗糖酶和过氧化氢酶活性的影响较小。马宁宁等[30]研究发现,有机肥长期施用或与N肥配施明显增强设施菜田土壤转化酶、脲酶和中性磷酸酶活性;N肥长期单施造成土壤酶活性降低。杨苞梅等[31]研究发现,鸡粪+复合芽孢杆菌处理提高种植六茬菜心后土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性。周崇峻等[32]研究发现,有机肥、化肥施用可调节温室黄瓜土壤酶活性:施用半腐熟有机肥,生育初期酶活性低,生育后期逐渐升高。王文锋等[33-34]研究发现,日光温室芹菜和番茄生育期间不同施肥模式土壤α-葡萄苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄苷酶、β-纤维二糖苷酶、几丁质酶和磷酸酶的活性先增后降,土壤脲酶活性呈逐渐升高的趋势;有机无机肥料配合显著高于单施化肥,以秸秆效果更佳。本研究结果表明,施肥对菜地土壤酶活性的影响较大。莴苣和小白菜生育期间土壤脲酶、过氧化氢酶、纤维素酶活性均呈先增后降的趋势,土壤磷酸酶活性呈逐渐升高的趋势。NPKM1、NPKM2、NPKM3处理较NPK处理提高土壤中脲酶活性、磷酸酶活性、过氧化氢酶活性、纤维素酶活性。有机无机N肥配施促进菜地土壤酶活性提高,以猪粪堆肥配施效果最佳,可能由于土壤酶促反应增强,加速土壤有机质的分解和矿物质养分的转化,有利于作物根系对养分的吸收,进而增加产量[16]

莴苣季和小白菜季生育期间的土壤细菌数量呈上升趋势,土壤真菌、放线菌数量呈先升后降趋势,且栽培后季整体较前季高。有机无机N肥配施可以促进菜地土壤微生物的大量生长繁殖。土壤脲酶、过氧化氢酶、纤维素酶活性均呈先增后降的趋势,土壤磷酸酶活性呈逐渐升高的趋势。有机无机N肥配施促进菜地土壤酶活性提高,以猪粪堆肥配施效果较好。各处理蔬菜产量大小表现为NPKM3>NPKM1>NPKM2>NPK>PK>CK。相关分析表明,小白菜和莴苣产量与土壤微生物数量和酶活性之间均存在密切关系。相同养分投入量下,有机无机N肥配施(尤以猪粪堆肥配施),较单施化肥,提高菜地土壤微生物数量和酶活性,是维持土壤较高肥力、促进可持续利用的高效施肥措施。

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Effects of Organic and Inorganic Nitrogen Fertilizer on Soil Microorganism and Enzyme Activity of Typical Vegetable Soil

TANG Guirong1,2,ZHOU Xuan3,TIAN Chang1,PENG Huihui2,ZHANG Yuping1,RONG Xiangmin1,LIU Qiang1

(1.College of Resources and Environment,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;2.Changsha Environmental Protection College,Changsha 410004,China;3.College of Environmental and Resource Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

Abstract:Field experiments were conducted to study the effects of different organic and inorganic nitrogen (N) fertilizers on soil microorganism and enzyme activity of typical vegetable soil for pakchoi and lettuce across three years from 2011 to 2013,using pig manure,biogas manure and pig manure composting as materials,including no fertilizer (CK),no N fertilizer (PK),chemical fertilizer (NPK),organic and inorganic fertilizer 1 (20% pig manure N + 80% chemical fertilizer N,NPKM1),organic and inorganic fertilizer 2 (20% biogas manure N + 80% chemical fertilizer N,NPKM2)and organic and inorganic fertilizer 3 (20% pig manure composting N + 80% chemical fertilizer N,NPKM3). Results showed that soil bacteria number was on the rise,while soil fungi and actinomycetes number appeared to rise first and then fall later during vegetable growing season,and the microbial population in following season were higher than that of previous season. Compared with NPK treatment,NPKM1,NPKM2,NPKM3 treatments increased soil bacteria number by 2.27%- 26.16% (Pakchoi),15.06%-40.82% (Lettuce); soil fungi number by 33.62%-47.10% (Pakchoi),39.64%-52.27% (Lettuce); soil actinomyces number by 6.59%- 38.21% (Pakchoi),20.97%- 29.66% (Lettuce). Organic and inorganic N fertilizer application could promote the reproducing of soil microorganisms in vegetable field. Compared with NPK treatment,NPKM1,NPKM2,NPKM3 treatments increased the activities of soil urease,phosphatase,catalase,and cellulase. Organic and inorganic N fertilizer application could promote the improvement of soil enzyme activity in vegetable field. The yield of each treatment were among 6.73- 22.50 t/ha(Pakchoi) and 21.54- 47.79 t/ha(Lettuce),and in the range of NPKM3>NPKM1>NPKM2>NPK>PK>CK. Correlation analysis showed that there was a close relationship between soil microorganism quantity,enzyme activity and yield for pakchoi and lettuce. In conclusion,organic and inorganic N application,especially pig manure composting,could effectively improve the soil microbial population and enzyme activities,and maintain high soil fertility plantation,facilitating the sustainable development and efficient production of vegetable.

Key words:Organic and inorganic nitrogen fertilizer; Vegetable soil; Soil microorganism; Soil enzyme activity

收稿日期:2017-06-11

基金项目:国家科技支撑计划项目(2014BAC09B01);湖南省重点研发计划项目(2016NK2112);湖南省高校创新平台开放基金项目(14K048)

作者简介:汤桂容(1978-),女,湖南攸县人,讲师,在读博士,主要从事植物营养与施肥研究。

通讯作者:张玉平(1974-),男,湖南安仁人,副教授,博士,主要从事植物营养生理与环境生态研究。 荣湘民(1965-),男,湖南东安人,教授,博士,博士生导师,主要从事养分资源高效安全利用研究。

中图分类号:S143.1

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2017)04-0129-08

doi:10.7668/hbnxb.2017.04.021