全 文 ：长期施肥对设施菜田土壤酶活性及
土壤理化性状的影响*
马宁宁1 摇 李天来1**摇 武春成1,2 摇 张恩平1
( 1 沈阳农业大学园艺学院辽宁省设施园艺重点实验室, 沈阳 110161; 2 河北科技师范学院园艺园林系, 河北秦皇岛 066600)
摘摇 要摇 利用沈阳农业大学蔬菜长期定位施肥试验田,研究了长期施肥对设施菜田土壤酶活
性及土壤理化性状的影响.结果表明:长期施用有机肥或有机肥与氮肥配合施用可明显提高
土壤有机质和氮、磷、钾养分含量,改善土壤物理性状,增强土壤转化酶、脲酶和中性磷酸酶的
活性;而长期单施氮肥造成土壤 pH值和土壤酶活性降低.土壤酶活性与土壤养分因子的相关
分析表明,转化酶活性与土壤有机质、全磷含量呈显著正相关;脲酶活性与土壤有机质、全磷
和速效钾含量呈极显著正相关,与碱解氮和速效磷含量呈显著正相关;中性磷酸酶活性与土
壤有机质、全磷和速效钾含量呈显著正相关;脱氢酶活性与土壤各养分因子均无明显相关性.
关键词摇 长期施肥摇 土壤酶活性摇 土壤理化性状
文章编号摇 1001-9332(2010)07-1766-06摇 中图分类号摇 S625. 5+4摇 文献标识码摇 A
Effects of long鄄term fertilization on soil enzyme activities and soil physicochemical properties
of facility vegetable field. MA Ning鄄ning1, LI Tian鄄lai1, WU Chun鄄cheng1,2, ZHANG En鄄ping1
( 1Liaoning Province Key Laboratory of Protected Horticulture, College of Horticulture, Shenyang Ag鄄
ricultural University, Shenyang 110161, China; 2Department of Horticulture and Landscape, Hebei
Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao 066600, Hebei, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2010,21(7): 1766-1771.
Abstract: An investigation was made on a long鄄term fertilization facility vegetable field at Shenyang
Agricultural University to study the effects of long鄄term fertilization on the soil enzyme activities and
soil physicochemical properties. Long term application of organic manure combined with or without
nitrogen fertilizer increased the contents of soil organic matter, N, P, and K, and improved the soil
physical properties and soil invertase, urease, and neutral phosphatase activities. However, long鄄
term application of nitrogen fertilizer alone decreased soil pH and soil enzymes activities. Significant
positive correlations were observed between soil invertase activity and soil organic matter and total
P, between soil urease activity and soil organic matter, alkali鄄hydrolyzable N, total and available
P, and available K, and between soil neutral phosphatase activity and soil organic matter, total P,
and available K, but less correlation was found between soil dehydrogenase activity and soil nutri鄄
ents.
Key words: long鄄term fertilization; soil enzyme activity; soil physicochemical property.
*国家科技支撑计划项目(2006BAD07B04)资助.
**通讯作者. E鄄mail: tianlaili@ 126. com
2009鄄10鄄12 收稿,2010鄄04鄄19 接受.
摇 摇 土壤酶是来自于微生物、动植物活体或残体的
一类生物活性物质,它可以催化土壤中的生物化学
反应,在土壤生态系统中起着关键作用[1-2] .土壤酶
的活性与土壤类型[3-4]、栽培制度[5-6] 和管理措
施[7-9]等密切相关,是土壤质量的重要指标,被广泛
用于评价土壤营养物质的循环转化状况以及各种农
业措施和肥料施用的效果.近年来,关于长期定位施
肥对土壤酶活性影响的研究报道较多[10-13],但多数
集中于大田土壤,有关长期定位施肥对菜田土壤酶
活性影响的研究报道较少,特别是有关设施栽培条
件下长期施肥对菜田土壤酶活性影响的研究报道更
少.
氮肥作为一种最常用的化学肥料,可以提高作
物产量、培肥土壤肥力,然而近年来设施蔬菜栽培中
过量施用氮肥现象十分普遍.有研究表明,偏施氮肥
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 7 月摇 第 21 卷摇 第 7 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2010,21(7): 1766-1771
不仅造成土壤结构恶化、肥力下降,导致作物产量和
品质下降,农业生产成本上升,而且还会严重威胁生
态环境[14] .因此,如何科学合理地施用氮肥已成为
农业生产的重要问题. 本文以设施蔬菜氮肥长期定
位试验为平台,研究了不同施肥处理对土壤酶活性
及土壤理化性状的影响,以期为建立合理的施肥制
度、改善土壤生物化学环境以及实现土壤可持续利
用提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验设计
供试土壤取自于 1988 年秋开始的沈阳农业大
学蔬菜长期定位施肥试验田. 1988—1996 年为露地
栽培试验,模拟施肥的 2 因素(有机肥与无机氮肥)
3 水平试验设计.有机肥(马粪)的 3 个施用水平是:
0、37郾 5、75 t·hm-2·a-1;无机氮肥(尿素)的 3 个施
用水平是:300、600、900 kg·hm-2·a-1,经 5 茬试验
后又相应地将尿素施用量降低为 0、300、600 kg·
hm-2·a-1 .露地试验一年两茬,采用 8 种蔬菜轮作,
栽培顺序为:大白菜、菜豆、萝卜、洋葱、黄瓜、马铃
薯、叶用芥菜、甜椒. 1997 年至今为设施栽培试验,
试验设计进行了调整,保留露地试验的高量有机肥
(75 t·hm-2·a-1)的 3 个无机氮肥处理和不施有机
肥的 3 个无机氮肥处理,按照露地栽培试验的施肥
标准折算得到各处理肥料施用量,共 6 个处理,分别
为:1)无肥对照 ( CK);2)施尿素 300 kg· hm-2
(N1);3 )施尿素 600 kg· hm-2 ( N2 );4 )施马粪
75000 kg·hm-2(M);5)施马粪 75000 kg·hm-2、尿
素 300 kg·hm-2(MN1);6)施马粪 75000 kg·hm-2、
尿素 600 kg·hm-2(MN2).采用随机区组设计,3 次
重复,小区为长 1郾 5 m、宽 1 m、深 0郾 8 m的无底水泥
池,每年有机肥于定植前一次性施入,氮肥在生长季
内分两次追肥.设施内蔬菜为一年一茬的长季节栽
培,1997—2006 年种植的蔬菜有茄子(2 茬)、番茄
(5 茬)、黄瓜(1 茬)、甜椒(2 茬). 试验前土壤基本
理化性质为:有机质 24郾 30 g·kg-1,全氮1郾 164 g·
kg-1,全磷 1郾 374 g·kg-1,碱解氮 86郾 41 mg·kg-1,
有效磷 70郾 8 mg·kg-1,速效钾 56郾 14 mg·kg-1,土
壤 pH 6郾 75[15] .
1郾 2摇 测定项目与方法
试验样品于 2006 年秋甜椒采收结束后采集,每
个处理均用 5 点取样法采集 0 ~ 20 cm的耕层土壤,
剔除石砾和植物残茬等杂物,混合制样,样品风干后
过 1 mm筛备用.
土壤转化酶活性用 3,5鄄二硝基水杨酸比色法
测定,结果以 24 h后 1 g土壤中葡萄糖的质量(mg)
表示;土壤脲酶活性用苯酚鄄次氯酸钠比色法测定,
结果以 24 h 后 1 g 土壤中 NH4 + 鄄N 的质量(mg)表
示;土壤磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定,结果
以 24 h后 1 g土壤中释放出的酚的质量(mg)表示;
土壤脱氢酶活性用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测
定,结果以每克土壤中三苯基甲臢 ( TPF)的体积
(滋l)表示[16] .
土壤理化性状采用常规分析法测定:有机质用
重铬酸钾容量法;全氮用开氏法;全磷用钼蓝比色
法;碱解氮用扩散吸收法;速效磷用 0郾 5 mol·L-1
NaHCO3 浸提鄄硫酸钼锑抗比色法;速效钾用 1 mol·
L-1 NH4OAc 浸提鄄火焰光度计法[17] . 土壤 pH 值用
酸度计法测定;土壤容重和孔隙度用环刀法测
定[17] .
1郾 3摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 软件对数据进行处理,采
用 DPS软件的新复极差法进行差异显著性分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 长期施肥对设施菜田土壤酶活性的影响
由表 1 可知,长期施肥明显影响了设施菜田的
土壤酶活性,不同处理土壤的转化酶、脲酶、中性磷
酸酶和脱氢酶活性存在较大差异.
摇 摇 土壤脲酶与中性磷酸酶活性的变化趋势相同,
均表现为 MN2 >MN1 >M>CK>N1 >N2,M、MN1、MN2
处理的脲酶和中性磷酸酶活性都极显著高于对照,
其中 MN2 处理的活性最高,达到极显著水平,说明
有机肥和氮肥配合施用可以显著提高土壤脲酶和中
表 1摇 长期施肥对土壤酶活性的影响
Tab. 1摇 Effects of long鄄term fertilization on enzyme activi鄄
ties of soil
处理
Treat鄄
ment
转化酶
Invertase
(mg glucose
·g-1·
d-1)
脲 酶
Urease
(mg NH4 + 鄄N
·g-1·
d-1)
中性磷酸酶
Neutral
phosphates
(mg phenol·
g-1·d-1)
脱氢酶
Dehydrogenase
(滋l TPF·
g-1·d-1)
CK 3郾 86Bb 0郾 94Cd 1郾 16Dd 14郾 20Aa
N1 2郾 39BCc 0郾 83CDde 0郾 88Ee 8郾 73Bc
N2 1郾 47Cc 0郾 76De 0郾 86Ee 3郾 61Cd
M 3郾 83Bb 1郾 37Bc 1郾 42Cc 11郾 41Bb
MN1 6郾 64Aa 1郾 52Bb 2郾 06Bb 14郾 54Aa
MN2 6郾 07Aa 1郾 73Aa 3郾 42Aa 9郾 46Bc
同列不同大、小写字母分别表示差异显著(P<0郾 05)和极显著(P<
0郾 01)Different capital and small letters in the same column meant signifi鄄
cant difference at 0郾 05 and 0郾 01 levels, respectively.
76717 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马宁宁等: 长期施肥对设施菜田土壤酶活性及土壤理化性状的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
性磷酸酶的活性,有机肥提高土壤磷酸酶活性很可
能是因为有机肥中磷酸酶含量较高[18] .长期单独施
用氮肥明显降低了土壤脲酶和中性磷酸酶的活性,
除 N1 处理脲酶活性与对照无显著差异外,N1 处理
中性磷酸酶及 N2 处理中性磷酸酶和脲酶活性都极
显著低于对照,对照磷酸酶活性高于单施氮肥处理
可能是由于土壤磷素的缺乏刺激了作物根系分泌较
多的磷酸酶,从而促进有机磷的矿化以满足自身需
要[19],N1 与 N2 处理的脲酶和中性磷酸酶活性差异
不显著.
土壤转化酶活性表现为有机肥和氮肥配施>对
照>单施有机肥>单施氮肥. CK 与 M 处理转化酶活
性差异不显著,但二者与有机肥和氮肥配施(MN1、
MN2)及单施氮肥(N1、N2)处理间的差异均达到极
显著水平. N1、N2 处理的转化酶活性仅为 CK 的
62%和 47% ,而 MN1、MN2 处理转化酶活性分别是
对照的 1郾 7 和 1郾 6 倍,这一方面可能是由于有机肥
的施用提高了土壤有机碳的含量,为转化酶提供了
更多的酶促底物,另一方面可能是由于氮肥和有机
肥的配施调节了土壤的 C / N,为微生物活动和酶活
性的提高创造了良好的条件[20],不同施氮量处理,
即 N1 和 N2、MN1 和 MN2 间转化酶活性无明显差
异.
长期不均衡施肥降低了土壤脱氢酶活性,各施
肥处理中,除MN1 处理与 CK无显著差异外,其他各
处理脱氢酶活性均低于对照,且都达到了极显著水
平.单施尿素处理(N1、N2)土壤脱氢酶活性均极显
著低于相应的配施有机肥处理(MN1、MN2),这可能
是由于酶促基质减少或微生物活性降所致[12] .
2郾 2摇 长期施肥对设施菜田土壤理化性状的影响
施用有机肥可以明显改善土壤的理化性状,提
高土壤肥力. 从表 2 可以看出,与 CK 相比,施用有
机肥处理的土壤有机质增加了 63郾 4% ~ 97郾 1% ,全
氮增加了 50郾 6% ~ 119郾 8% ,碱解氮增加了 91郾 2%
~107郾 4% ,全磷增加了约 5 ~ 7 倍,速效磷增加了
120郾 2% ~ 138郾 9% , 速 效 钾 增 加 了 80郾 5% ~
124郾 6% ,容重减少了 17郾 5% ~ 23郾 8% ,孔隙度增加
了 7郾 9% ~ 14郾 3% ,除了全磷含量低于试验前水平
外,其余土壤养分含量均高于试验前水平.施用有机
肥可以改善单施氮肥导致的土壤肥力的下降,在尿
素施用量相同的条件下,与单施化肥的 N1、N2 处理
相比,配施有机肥的 MN1、MN2 处理土壤有机质增
加了 92郾 6% ~ 106郾 6% ,全氮增加了 68郾 6% ~
106郾 8% ,碱解氮增加了 44% ~ 53% ,全磷增加了约
2 ~ 9 倍,速效磷增加了 77% ~158郾 7% ,速效钾增加
了 57郾 1% ~ 123郾 3% ,容重减少了 3郾 7% ~ 27郾 3% ,
孔隙度增加了 1郾 4% ~ 16郾 1% . 长期单独施用尿素
不能提高土壤有机质、全氮和全磷含量,N1、N2 处理
的有机质、全氮和全磷含量都低于试验前水平,但碱
解氮、速效磷和速效钾含量都高于对照和试验前水
平(除 N1 处理的速效磷外).
各施肥处理土壤 pH值大小依次为:MN1>M>试
验前水平>CK>MN2>N1>N2,MN1 处理的土壤 pH值
最高,为 7郾 02,接近中性;N2 处理的土壤 pH 值最
低,仅为 6郾 02,无论单施化肥还是化肥配施有机肥,
土壤 pH值都随尿素施用量的增加而降低.可见,连
续施用有机肥可以维持土壤 pH 值的稳定,长期单
独或大量施用无机氮肥会使土壤 pH 值下降,造成
土壤酸化,有机肥与适量无机氮肥配合施用也可以
保持土壤 pH值稳定,减缓土壤的酸化进程.
2郾 3摇 土壤酶与土壤理化性状的相关性
为了探讨长期施肥条件下菜田土壤酶活性与土
壤理化性状之间的关系,将 4 种土壤酶与各土壤理
化性状因子进行相关分析.结果(表 3)表明,4 种土
壤酶与各土壤理化性状因子的相关情况基本一致,
除与土壤容重呈负相关外,与其他理化性状因子均
呈正相关.土壤脱氢酶活性与土壤 pH 值呈显著正
相关,与土壤其他各养分因子的相关性不明显;中性
表 2摇 长期施肥对土壤理化性状的影响
Tab. 2摇 Effects of long鄄term fertilization on physico鄄chemical properties of soil
处理
Treatment
有机质
Organic matter
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
碱解氮
Alkali鄄
hydrolyzable N
(mg·kg-1)
速效磷
Available P
(mg·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
容 重
Bulk density
(g·cm-3)
孔隙度
Porosity
(% )
pH
CK 17郾 5 0郾 81 0郾 16 99郾 40 64郾 47 84郾 62 1郾 26 63 6郾 58
N1 17郾 5 1郾 05 0郾 39 124郾 25 59郾 53 97郾 22 1郾 32 62 6郾 23
N2 16郾 7 0郾 59 0郾 13 143郾 15 80郾 21 85郾 10 1郾 08 69 6郾 02
M 28郾 6 1郾 78 0郾 99 194郾 95 152郾 58 171郾 94 1郾 04 72 6郾 89
MN1 33郾 7 1郾 77 1郾 27 190郾 05 153郾 99 152郾 72 0郾 96 72 7郾 02
MN2 34郾 5 1郾 22 1郾 32 206郾 15 141郾 95 190郾 07 1郾 04 70 6郾 37
8671 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 3摇 土壤酶活性与土壤理化性状之间的相关系数
Tab. 3摇 Correlation coefficients between soil enzyme activities and physico鄄chemical properties of soil
有机质
Organic
matter
全氮
Total N
全磷
Total P
碱解氮
Alkali鄄
hydrolyzable
N
速效磷
Available P
速效钾
Available
K
容 重
Bulk
density
孔隙度
Porosity
pH
转化酶 Invertase 0郾 8919* 0郾 6638 0郾 8601* 0郾 6330 0郾 7414 0郾 7395 -0郾 5728 0郾 4901 0郾 6860
脲酶 Urease 0郾 9837** 0郾 7249 0郾 9661** 0郾 8715* 0郾 8971* 0郾 9514** -0郾 7050 0郾 6847 0郾 5850
中性磷酸酶 Neutral phosphates 0郾 8541* 0郾 3835 0郾 8247* 0郾 7325 0郾 6722 0郾 8204* -0郾 5494 0郾 4855 0郾 2338
脱氢酶 Dehydrogenase 0郾 4124 0郾 5853 0郾 3961 0郾 0679 0郾 3351 0郾 2804 -0郾 0698 0郾 0328 0郾 8531*
* P<0郾 05; ** P<0郾 01.
磷酸酶活性与土壤有机质、全磷、速效钾含量呈显著
正相关;转化酶活性与土壤有机质和全磷含量呈显
著正相关,与其他因子的相关性不明显;脲酶活性与
土壤各养分含量都有较高的相关系数,与碱解氮和
速效磷呈显著正相关,与有机质、全磷、速效钾的相
关关系达到极显著水平.说明在本试验条件下,脲酶
能够较全面地反映土壤的肥力变化,脱氢酶不能表
征不同肥料对土壤肥力的影响.
3摇 讨摇 摇 论
孙瑞莲等[19]研究表明,N、P、K与有机肥长期配
合施用能明显提高土壤有机质和氮磷钾养分含量,
增强土壤转化酶、磷酸酶和脲酶活性,这种施肥方式
可以为作物稳产高产创造良好的土壤生物化学环
境.程东娟等[21]通过田间有机无机肥料长期定位培
肥试验发现,有机无机肥料配施可明显增加土壤脲
酶活性,其土壤脲酶活性明显高于单施有机肥和化
肥.本研究结果与前人的报道基本一致,长期施用有
机肥或有机肥与氮肥配合施用明显提高了土壤有机
质和氮磷钾养分含量,改善了土壤物理性状,增强了
土壤酶活性,有机肥处理土壤转化酶、脲酶和中性磷
酸酶活性均显著或极显著高于对照和单施氮肥处
理,且有机肥配施氮肥处理土壤酶活性高于单施有
机肥处理,原因可能是:1)有机肥和化肥配施有利
于改善土壤理化性质,调节土壤 C / N,促进作物和土
壤微生物的生长,提高土壤酶活性;2)有机肥的施
用可以为土壤酶提供更多、更丰富的酶促基质,发挥
底物诱导作用;3)施用有机肥可以提高土壤腐殖质
含量,而腐殖质能够通过离子交换、离子键或共价键
等与土壤酶结合,固定土壤酶[20,22-25] .
氮素是作物生长所必需的营养元素,土壤中氮
素的丰缺及供给状况直接影响作物的生长发育. 进
入土壤和累积在土壤中的含氮有机化合物经复杂的
生物化学转化,最后转变为植物可以利用的形式,在
其转化的每一阶段,均有专性的土壤酶类参与. 因
此,不同土壤酶活性的差异也代表着不同土壤氮素
的转化情况.左智天等[26]通过对地处斓沧江上游的
6 种不同土地利用类型土壤氮含量与土壤酶活性变
化进行分析认为,土壤氮含量越高,土壤酶活性越
高.在氮素循环转化的过程中,氮素营养逐渐衰减,
土壤酶活性也随之降低,土壤发生不同程度的退化.
而在本试验中,单一施用氮肥处理土壤转化酶、脲
酶、中性磷酸酶和脱氢酶活性均显著或极显著低于
对照,土壤 pH 值也随着氮肥施入量的增加而相对
降低,N2 处理 pH 值仅为 6郾 02,这可能是由于土壤
长期偏施氮肥造成土壤 pH 值下降,土壤酸化不利
于作物对养分的吸收,从而降低了土壤酶活性,导致
土壤不同程度的退化,最终影响作物的生长[27] . 郭
天财等[28]以前茬田箐作底肥,在高产麦田中施入不
同水平的氮肥研究施氮量对冬小麦根际土壤酶活性
的影响,结果表明,在同一生育时期内,土壤脲酶活
性随施氮水平的提高而上升.本试验中,在氮肥配施
有机肥的条件下,土壤脲酶和中性磷酸酶活性随着
氮肥施入量的增加而相对增加,且差异达极显著水
平,这一方面可能是因为适量施入氮肥有利于协调
土壤 C / N,改善土壤理化性质,从而有助于作物和土
壤(微)生物的生长,使更多的酶伴随着旺盛的根系
活动和土壤动物、微生物的生命活动而进入土壤;另
一方面氮肥的施入补充了土壤中氮的消耗,促进了
土壤微生物的繁殖,从而提高了土壤酶活性和土壤
肥力.
王俊华等[12]认为,土壤酶活性与土壤养分密切
相关,可反映土壤养分(尤其是 C、N、P)转化的强
弱,表征土壤肥力,适用于对施肥效果的评价. 本试
验对长期施肥条件下的土壤理化性状及土壤酶活性
进行相关性分析,结果表明,土壤有机质含量与土壤
转化酶、脲酶和中性磷酸酶活性存在显著正相关,这
与前人的研究结果一致[5,19] . 土壤脲酶活性与碱解
氮和速效磷含量呈显著正相关,与有机质、全磷、速
效钾含量的相关性达到极显著水平,可以反映肥料
96717 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马宁宁等: 长期施肥对设施菜田土壤酶活性及土壤理化性状的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
的施用效果.
长期偏施无机氮肥导致土壤养分含量降低和土
壤酶活性下降,加速了土壤酸化,增施有机肥可以显
著防止或延缓这些问题的产生,有利于提高土壤肥
力,但经过近 20 年的循环栽培后,土壤磷明显不足,
土壤养分不平衡,可见,为了保持土壤养分在高肥力
水平上的平衡,应适当控制无机氮肥的施用量,配施
磷、钾肥.
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作者简介摇 马宁宁,女,1982 年生,博士研究生. 主要从事设
施土壤连作障碍研究. E鄄mail: ma_ningning@ hotmail. com
责任编辑摇 张凤丽
17717 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 马宁宁等: 长期施肥对设施菜田土壤酶活性及土壤理化性状的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇