不同施肥处理对采煤塌陷区土壤养分及酶活性的影响

陈芬 余高 谭杰斌 张铁全

摘 要：通过研究不同施肥处理对采煤塌陷区土壤养分和酶活性的影响，结果表明：采煤塌陷区复垦1年后，不同施肥处理对土壤中的养分含量影响大小顺序：无机肥+有机肥+菌肥>无机肥+有机肥>无机肥>CK；土壤碱性磷酸酶和脲酶活性从高到低的顺序为：无机肥+有机肥+菌肥>无机肥+有机肥>无机肥>CK；土壤碱性磷酸酶和脲酶活性的季节变化规律为，夏季土壤酶活性最高，而冬季土壤酶活性最低。

关键词：施肥处理；土壤养分；碱性磷酸酶活性；脲酶活性

中图分类号 S157.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）14-0088-03

Effects of Different Fertilization Treatmentson Soil Nutrientandenzyme Activity in the Coal Mine Region

Chen Fen1 et al.

（1Wujiang College，Tongren University，Tongren 554300，China）

Abstract：The study was conducted to determine the effects of different fertilization treatments on soil nutrient and enzyme activity in coal mining subsidence areas. The results showed that the trend of nutrient content followed the order：inorganic fertilizer+organic+microbial fertilizer>inorganic fertilizer+organic>inorganic fertilizer>CKin soil after one year of reclamation in coal mining subsidence area. The soil alkaline phosphatase and urease activity from high to low followed the order：inorganic fertilizer+organic+microbial fertilizer>inorganic fertilizer+organic>inorganic fertilizer>CK. The activity of alkaline phosphotase and urease presented significant seasonality，with the highest activity found during the summer and the lowest activity during the winter time period.

Key words：Fertilization treatment；Soil nutrient；Alkaline phosphataseactivity；Ureaseactivity

山西是我國的煤炭大省之一，含煤面积达62000km2，占全国已探明储量的1/3[1-2]。煤炭资源的大规模开采虽促进了经济和社会的发展，但与此同时也带来了严重的生态环境和地质灾害问题[3-5]。煤矿经过多年的开采，导致上覆岩层从下至上发生冒落、裂隙和弯曲下沉，使采空区上方地表发生大面积沉陷，破坏了原有的土壤结构和层次，改变土壤理化性质，微生物多样性锐减，降低土壤肥力下，进而使耕地地力下降[3，6]。因此，改良采煤塌陷区土壤并提高土壤肥力是矿区生态恢复的热点之一。为此，本试验通过研究不同施肥处理对复垦1年采煤塌陷区土壤的养分和不同季节土壤酶活性的影响，以期为加快采煤塌陷区土壤的培肥熟化提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 试验区位于山西省长治市襄垣县王桥镇西山底村采煤塌陷复垦区，地处东经113°00′56″和北纬36°27′16″，属潞安集团五阳煤矿井田范围。当地主要种植作物为小麦、玉米。

1.2 试验材料

1.2.1 供试土壤 本试验供试土壤为复垦1年的土壤。在春夏秋冬4个季节共采样4次，分别于4月27日（春季）、6月5日（夏季）、10月10日（秋季）、12月6日（冬季）进行了采样，采样深度为0～20cm，用对角线方法进行采样，部分新鲜样品过2mm筛，用于土壤酶活性的测定，其余土壤风干后用于土壤养分的测定（养分测定选择复垦1整年的土，即对冬季采集的样品进行测定）。该土壤的理化性状如下：有机质6.78g/kg、全氮0.09g/kg、全磷0.07g/kg、全钾22.51g/kg、碱解氮37.89mg/kg、速效磷8.07mg/kg、速效钾83.81mg/kg、pH7.91。

1.2.2 供试材料 供试有机肥为膨化的鸡粪，有机质含量32.9%，N2.1%，P2O52.6%，K2O2.6%，总养分7.3%；供试菌肥由山西农业大学资源环境学院微生物实验室提供，从采煤沉陷区附近的熟土中分离筛选的固氮菌、解磷菌和解钾菌种复合而成。其中各菌剂按照1∶1∶1的比例混合，然后与灭菌、粉碎后的草炭按照1∶4的比例吸附，在阴凉处晾干后装入胶囊做成生物菌剂。生物菌肥有效活菌数达2×109/g以上。

1.3 试验设计 本试验采用单因素完全随机试验设计，试验设置4个处理：（1）空白（CK）；（2）无机肥：尿素 33kg/hm2，过磷酸钙41kg/hm2，硫酸钾24kg/hm2；（3）无机肥+有机肥：尿素26.5kg/hm2，过磷酸钙12.5kg/hm2，硫酸钾17kg/hm2，有机肥135kg/hm2；（4）无机肥+有机肥+菌肥：尿素26.5kg/hm2，过磷酸钙12.5kg/hm2，硫酸钾17kg/hm2，有机肥135kg/hm2，菌肥4.5kg/hm2，每个处理重复3次，共12个小区，小区面积为163.2m2。除CK外，其他处理按照等量施肥的原则进行施肥，N∶P∶K为15.12：5.168：12.84。

1.4 测定项目与方法 土壤碱解氮采用碱解扩散法定，速效磷采用碳酸氢钠法，速效钾采用乙酸铵浸提火焰光度法，全氮采用半微量开氏法，全磷采用氢氧化钠熔融-钼锑钪比色法，全磷采用氢氧化钠熔融-火焰光度法，有机质采用重铬酸钾氧化-容量法测定[7]；土壤中的碱性磷酸酶和脲酶活性分别采用磷酸苯二钠比色法和苯酚-次氯酸钠比色法测定[8]。

1.5 数据处理 数据采用Excel2013和SPASS20统计软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对采煤塌陷区土壤养分含量的影响 不同施肥处理对采煤塌陷区土壤养分含量的影响见表1。由表1可见，采煤塌陷区土壤中的养分含量变化基本呈现无机肥+有机肥+菌肥>无机肥+有机肥>无机肥>CK的趋势。与CK相比，土壤中的养分含量均有不同程度的升高，其中，无机肥+有机肥+菌肥处理的养分含量升高幅度较为明显，碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾和有机质含量分别较CK提高39.3%、80.5%、63.6%、50.0%、77.8%、23.1%和28.8%（p≤0.05）。在无机肥、无机肥+有机肥和无机肥+有机肥+菌肥3种处理之间，无机肥+有机肥+菌肥处理的土壤养分含量显著高于無机肥处理，碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾和有机质含量分别较无机肥处理提高16.9%、24.8%、43.5%、20%、45.5%、12.7%和11.6%（p≤0.05），而无机肥+有机肥处理和2者差异不明显。分析其原因主要是因为固氮菌、解磷菌和解钾菌复合菌的施入，对土壤中微生物活性和群落组成有一定的促进作用，使其释放一定含量的氮、磷、钾养分，从而使土壤中的养分含量升高。

2.2 不同施肥处理对采煤塌陷区土壤碱性磷酸酶活性的影响 土壤磷酸酶在土壤磷素有效化过程中起着重要作用，它能加速有机磷的脱磷速度，提高土壤磷素的有效性[9-11]。不同施肥处理对采煤塌陷区土壤碱性磷酸酶活性的影响见图1。从图1可以看出，在不同季节，不同施肥处理下，土壤中的碱性磷酸酶活性变化趋势基本一致，均呈现出无机肥+有机肥+菌肥>无机肥+有机肥>无机肥>CK的趋势，且无机肥+有机肥+菌肥和无机肥+有机肥处理的土壤碱性磷酸酶活性均显著高于CK（p≤0.05），其中无机肥+有机肥+菌肥处理分别比CK提高35.2%、36.3%、28.3%和28.2%（p≤0.05）；同样，无机肥+有机肥处理分别比CK提高29.5%、29.4%、24.0%和13.8%（p≤0.05）。由图1还可以看出，不同施肥处理下，碱性磷酸酶活性高低随季节的变化趋势基本一致，均呈现出夏季>秋季>春季>冬季的趋势，从春季到夏季，随着气温升高，土壤碱性磷酸酶活性随之提高，到秋季后略有降低，然后平稳下降。试验结果与姜桂英等[12]研究的关于不同耕作和轮作方式下作物生育期内土壤酶活性的动态变化特征研究中关于土壤碱性磷酸酶活性的季节变化趋势基本一致。

2.3 不同施肥处理对采煤塌陷区土壤脲酶活性的影响 土壤脲酶的活性可以有效的反应土壤有机态氮向有效太氮的转化能力和土壤无机氮的供应能力[13]。不同施肥处理对采煤塌陷区土壤脲酶活性的影响见图2，由图2可看出在不同季节，不同施肥处理下，土壤中的碱性脲酶活性变化趋势基本一致，均呈现出无机肥+有机肥+菌肥>无机肥+有机肥>无机肥>CK的趋势，且无机肥+有机肥+菌肥、无机肥+有机肥和无处理的土壤碱性磷脲活性均显著高于CK（p≤0.05），其中，在春季、夏季、秋季和冬季无机肥+有机肥+菌肥处理分别较CK提高65.4%、60.8%、61.3%和62.3%（p≤0.05）；同样，无机肥+有机肥处理分别比CK提高42.9%、45.6%、40.5%和42.6%（p≤0.05），无机肥处理分别比CK提高23.1%、29.2%、26.8%和25.9%（p≤0.05）。由图2还可以看出，不同施肥处理下，脲酶活性高低随季节的变化趋势基本一致，均呈现出夏季>秋季>春季>冬季的趋势。此结果与土壤碱性磷酸酶的研究结果一致，进一步表明了脲酶活性与气温有关，夏天温度高，脲酶活性则高，冬天温度低，脲酶活性则低。

3 结论

（1）采煤塌陷区复垦1年后，不同施肥处理下，土壤中的养分含量变化基本呈现无机肥+有机肥+菌肥>无机肥+有机肥>无机肥>CK的趋势，且无机肥+有机肥+菌肥、无机肥+有机肥和无机肥处理土壤中的养分含量均高于CK。

（2）不同施肥模式对土壤碱性磷酸酶和脲酶活性均有一定的影响，其活性高低均呈现无机肥+有机肥+菌肥>无机肥+有机肥>无机肥>CK的趋势。

（3）不同季节对土壤中的碱性磷酸酶和脲酶活性有一定的影响，其中夏季土壤碱性磷酸酶和脲酶活性最高，冬季活性最低。

参考文献

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