翻压绿肥对植烟土壤活性有机质和土壤酶的影响

徐祥玉，孟贵星，袁家富，赵书军，刘 晔，耿明建，曹卫东

（1.湖北省农业科学院植保土肥所，武汉 430064；2.湖北省恩施州烟草公司，湖北 恩施 445000；3.华中农业大学资源环境学院，武汉 430070；4.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081）

土壤活性有机质即土壤有机质的活性部分，它是指土壤中有效性较高、易被土壤微生物分解矿化、对植物养分供应有直接作用的那部分有机质[1]。这部分有机质控制了土壤的生物过程和决定了向作物提供养分的能力。因此，活性有机质已经被认为是很重要的土壤质量指标，常常被用来评价土壤质量。农业土壤中活性有机质一般只占总有机质的7%～32%[2]，它的含量随施肥、轮作等管理措施而有较大的变化。研究表明[3]，与全量有机质相比下降较快。在粘土上，活性有机质的损失率是非活性有机质的 2～11倍，土壤粘性越大，则活性有机质与非活性有机质之间损失率的差距越大。将苜蓿施入土壤后两年，活性有机质增加了58.8%，是非活性有机质（增加15.7%）和总有机质（增加21.6%）增加量的3～4倍[4]。因此活性有机质成为土壤系统碳动态更精确的指示物。

土壤酶是由微生物、动植物活体分泌及由动植物残体、遗骸分解释放于土壤中的一类具有催化能力的生物活性物质。土壤中所进行的生物和生物化学过程是陆地生态系统功能的基础，这些过程之所以能够持续进行，得益于土壤酶的作用[5]。研究表明，土壤酶与土壤肥力关系密切[6]，土壤酶在养分循环中起着很重要的作用而且已被用作微生物活性指标，因此用来评价土壤肥力，是潜在的土壤质量指标。酶活性之所以能成为一个好的土壤质量指标是因为它在分解和矿化过程中起着重要作用而且对土壤管理措施变化反应敏感[7]。

绿肥是一种重要的有机肥源，在我国有悠久的种植历史，在提供土壤养分、改良土壤结构、保障粮食安全方面起着重要的作用。化学肥料的施用使绿肥在我国的种植和使用面积迅速萎缩，随着化肥长期施用，土壤质量恶化问题日益突出，有机无机肥料合理配合可以有效改善土壤结构、提高土壤质量。目前绿肥的研究主要集中在对作物产量提高[8]、对土壤速效养分含量的影响[9]等方面，对土壤生物学性状的影响方面的研究欠缺。本试验主要通过绿肥压青对土壤活性有机质及土壤酶等方面的研究，为绿肥翻压对提升土壤质量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点和土壤理化性状

湖北省恩施市望城坡村，土壤类型为黄棕壤。土壤理化性状为pH 6.9，有机质2.39%，全氮0.21%，碱解氮146.13 mg/kg，速效磷34.06 mg/kg，速效钾160.00 mg/kg。

1.2 试验处理

试验设9个处理（表1），3次重复，随机区组排列。小区面积27 m2。绿肥翻压时期为移栽前20 d，即4月28日。

表1 试验处理Table 1 Treatments

1.3 取样与分析

团棵期、旺长期、成熟期和采烤后取耕层土样。土壤活性有机质用333 mmol/L KMnO4氧化法测定[10]，土壤脲酶采用苯酚-次氯酸钠比色法；磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法；蔗糖酶采用3-5二硝基水杨酸比色法。

1.4 数据分析

采用EXCEL进行数据分析。

2 结 果

2.1 不同施肥处理对土壤活性有机质的影响

从图1看，和100%化肥处理相比较，施用85%的化肥后翻压绿肥可以较为明显的提高土壤活性有机质。所有处理土壤活性有机质在烟草整个生育期呈现出逐步降低趋势，且以 100%化肥处理始终最低，其中以85%化肥+绿肥2（15 000 kg/hm2）在旺长期土壤活性有机质最高。在采烤后翻压绿肥各个处理土壤活性有机质趋于一致，说明绿肥带入土壤的易分解活性部分在翻压后一段时间内大部分矿化分解。从70%化肥用量下各个处理与100%化肥处理的比较看出，除 70%化肥+绿肥 2（15 000 kg/hm2）在团棵期土壤活性有机质较高外，其他时期土壤活性有机质和 100%化肥处理基本一致。虽然各个处理施入的绿肥鲜草量差异较大，但在85%化肥用量下最终土壤活性有机质趋于一致且高于100%化肥处理，而75%的化肥用量下基本和100%化肥处理一致，说明在适当的化肥用量下绿肥翻压可以提高土壤活性有机质，但当化肥用量较低时，绿肥翻压在一年内对提升土壤活性有机质没有效果，这可能是由于化肥施用量小的情况下，活性有机质极易矿化分解并提供作物养分。

2.2 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

脲酶是土壤中最活跃的水解酶类之一，脲酶的酶促产物铵离子是植物重要的氮素来源[11]。脲酶的活性与土壤中有机物质含量、氮的供给与利用情况、土壤微生物量及其他养分含量相关。由图2可知，不同化肥用量下翻压绿肥对土壤脲酶影响不一致。在85%化肥用量下，土壤脲酶活性基本随绿肥翻压量提高而提高（绿肥2稍高于绿肥1），当绿肥翻压量超过22 500 kg/hm2时（绿肥3），土壤脲酶活性超过100%化肥处理（成熟期除外）。在70%化肥用量下，除绿肥1处理外，其他处理在各个时期土壤脲酶活性均低于 100%化肥处理。总体来看，在化肥用量达到常规用量85%时，翻压绿肥可以较大幅度提高烟叶旺长期土壤脲酶活性，可能有助于土壤中铵离子含量提高，从而提高烟草对氮的吸收利用。

图2 不同处理对土壤脲酶活性的影响Fig.2 Effects of different treatments on soil urease

过氧化氢酶广泛存在于土壤中和生物体内。土壤过氧化氢酶能够促进过氧化氢的分解，可以防止过氧化氢对生物体的毒害作用，是生物细胞的一类保护酶，保护细胞免受各种自由基的毒害。土壤中过氧化氢酶活性可以用来表征土壤氧化强度。从图3看出，不论是85%化肥用量还是70%化肥用量，土壤过氧化氢酶活性与 100%化肥用量处理相比基本一致。在85%化肥施用量下土壤过氧化氢酶活性基本随绿肥施用量增加而提高（绿肥 1除外），当绿肥用量达到30 000 kg/hm2时，土壤过氧化氢酶活性稍高于100%化肥处理；在70%化肥用量下，土壤过氧化氢酶活性随绿肥施用量增加而降低。

图3 不同处理对土壤过氧化氢酶的影响Fig.3 Effects of different treatments on soil catalase

磷酸酶是一种水解性酶，酶促作用能够加速有机磷的脱磷速度，提高土壤磷素的有效性。土壤有机磷转化受多种因子制约，有机磷盐的转化是有机质矿化过程的基本部分，磷酸酶参与能酶促磷盐键的水解性裂解。土壤中的磷酸酶有酸性、中性和碱性之分，在不同酸碱性土壤中3种磷酸酶的比例是不同的，因供试土壤为酸性土壤，因此本试验只考虑酸性磷酸酶，另外两种磷酸酶活性不做考虑。从图4看出，在85%化肥用量下，土壤酸性磷酸酶随绿肥用量增加而稍有降低，当绿肥用量在 22 500 kg/hm2以下时，土壤酸性磷酸酶活性稍高于 100%化肥处理，绿肥用量再提高则低于100%化肥处理；70%化肥用量下，绿肥用量在 15 000～22 500 kg/hm2，土壤酸性磷酸酶活性高于100%化肥处理，其余两个绿肥处理则稍低于 100%化肥处理。因此可以看出，在适当的化肥用量（85%～100%化肥之间）和绿肥翻压量低于22 500 kg/hm2时，翻压绿肥可以提高土壤磷酸酶活性。

图4 不同处理对土壤酸性磷酸酶的影响Fig.4 Effects of different treatments on soil acid phosphatase

2.3 土壤酶活性与土壤养分相关性

在烟草大田生长期内，不同酶和土壤活性有机质之间相关关系在不同时期有较大差异（表3）。团棵期脲酶、酸性磷酸酶和土壤活性有机质之间呈正相关，在烟草成熟采烤期土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶和土壤活性有机质之间均成不显著负相关关系，在整个生育期内过氧化氢酶和土壤活性有机质均成负相关关系。

表3 土壤酶活性和土壤活性有机质之间的相关系数Table 3 Correlation coefficients among soil enzyme activities and soil labile organic matter

3 讨 论

土壤质量一直是土壤学、植物营养学研究的重点和热点之一。一方面是土壤质量高低直接关系到土壤生产力的水平，另一方面又是整个生态环境中重要的组成部分。绿肥是我国的传统肥源，在数千年的农耕历史中占有重要的地位。由于化学肥料有施用量小、效果好、易增产等一系列绿肥无法比拟的优势，因此在 80年代中期我国化肥产量和施用量急剧增加，导致目前农业生产中绿肥种植面积和使用面积极度萎缩。化肥长期无节制施用使土壤养分含量高而土壤生产力低下，土壤质量恶化。

土壤活性有机质和土壤酶活性是表征土壤质量和土壤肥力的两个重要指标。申进文[12]等人研究表明，施用有机肥可以提高土壤活性有机质和土壤酶活性，且施用不同有机肥料之间有差异。本研究结果表明，当化肥用量降到当地常规施肥量的85%时，翻压绿肥可以明显提高土壤活性有机质含量，土壤活性有机质的增加量和绿肥翻压量之间没有明显的线性关系，当化肥用量降到常规用量的70%时，翻压绿肥对土壤活性有机质基本没有影响，这可能是由于作物对养分的需求导致绿肥提供的活性有机质迅速被矿化。化肥用量达到常规用量85%时，翻压绿肥可以较大幅度提高烟叶旺长期土壤脲酶活性；适当的化肥用量（85%～100%化肥）和绿肥翻压量低于22 500 kg/hm2时，翻压绿肥可以提高土壤磷酸酶活性。不同处理下土壤活性有机质和土壤脲酶、酸性磷酸酶以及过氧化氢酶等酶活性之间相关性均未达到显著水平，这和前人的研究结果不一致[12]，可能原因是由于不同土质、不同降雨、不同气候条件以及不同施肥水平导致土壤酶活性受到影响，还需要进一步探讨。

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