不同施肥处理下辣椒大白菜轮作模式土壤质量监测与诊断

王素萍，杜 雷，洪 娟，2，黄 翔，张贵友，姜 利，程维舜，罗 茜，张利红，叶莉霞，陈 钢，2

（1.武汉市农业科学院环境与安全研究所，武汉 430345；2.华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070）

现代农业在关注作物高产、优质的同时，越来越关注对资源高效利用及生态环境的可持续发展。随着蔬菜生产规模化发展，导致不同程度的连作障碍，制约着蔬菜产业的可持续发展，给农业生产造成了严重损失。 不同作物轮作是连作障碍的防范措施［1，2］，轮作可有效改善连作引起土壤养分不均衡、酶活改变和土壤理化性状不良［3-7］。本研究采用辣椒-大白菜轮作的肥料定位试验，分析轮作模式下不同施肥处理对土壤理化和土壤酶活性的影响，以期为辣椒大白菜轮作模式下土壤质量的可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验点位于武汉市农业科学院北部园区长期定位试验基地（114°27′45″E，30°42′40″N），土壤类型为潮土，前茬是辣椒与大白菜轮作，划分试验小区，每小区面积32 m2。耕层土壤的理化性质pH为7.59，容重1.67 g/cm3，EC为80.48 uS/cm，全氮含量3.40 g/kg，全磷含量0.98 g/kg，全钾含量22.94 g/kg，有机质含量11.05 g/kg，矿质态氮含量37.99 mg/kg，有效磷含量10.71 mg/kg，速效钾含量147.18 mg/kg。

1.2 试验设计

辣椒和大白菜处理相同，均设4 个处理，分别为：①CK，对照，不施肥；②习惯施肥FP，当地常规施肥的施肥量，辣椒季尿素609 kg/hm2、过磷酸钙1753 kg/hm2、硫酸钾550 kg/hm2，大白菜季尿素750 kg/hm2、过磷酸钙1 125 kg/hm2、硫酸钾375 kg/hm2；③OPT1，推荐施肥1，100% 施用化肥（辣椒季尿素978 kg/hm2、过磷酸钙750 kg/hm2、硫酸钾471 kg/hm2，大白菜季尿素900 kg/hm2、过磷酸钙600 kg/hm2、硫酸钾512 kg/hm2）；④OPT2，推荐施肥2，2/3 化肥氮+1/3 有机肥氮（施氮量与OPT1 相当）。每个处理3 次重复。

供试肥料规格：尿素（N 46%），过磷酸钙（P2O514%），硫酸钾（K2O 51%），有机肥的有机质含量为47%，有机碳含量为27.26%，全氮（N）、全磷（P）、全钾（K）含量分别为2.80%、0.76%、1.38%。

1.3 采样及测定

1.3.1 土壤样品采集与测定 试验前采集耕层（0~20 cm）土壤样品，每季作物收获后，采用环刀法采样，测定土壤容重和土壤含水量。采取多点混合法采集每个小区土壤样品，四分法留1 kg 土样分析。土壤化学性质的测定方法参见文献［8］。pH 采用电位法；EC 采用EC 计；有机质采用硫酸重铬酸钾氧化外加热，容量法；矿质氮采用KCl 浸提—比色法；有效磷采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；速效钾采用乙酸铵浸提—火焰光度法。

土壤酶活性测定：大白菜收获后采集土壤样品，过氧化氢酶采用KMnO4滴定法，活性计量为每克土壤消耗的0.002 mol/L KMnO4的毫升数；脲酶采用苯酚钠比色法，活性计量为3 h 后每百克土的NH4+-N的毫克数；转化酶采用硫代硫酸钠滴定法，活性计量为24 h 后每克土中滴定用0.1 mol/L 硫代硫酸钠毫升数；碱性磷酸酶和中性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定，活性计量为24 h 后每克土中酚的毫克数。1.3.2 蔬菜产量监测 辣椒和大白菜每季收获期按小区单打独收，每季累计记产。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 17.0 软件对数据进行处理分析，采用最小显著法（LSD）检验差异显著性水平。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对辣椒产量和肥料农学效率的影响

分析不同施肥处理对辣椒产量和肥料农学效率的影响（表1），施肥明显促进了辣椒产量的增加，与CK 相比，施肥辣椒产量增幅为2 303~3 655 kg/hm2，增产率为55.45%~88.01%。其OPT1 的辣椒产量最高，为7 808 kg/hm2，其次为OPT2，辣椒产量为7 612 kg/hm2，与OPT1 差异不显著，习惯施肥FP 辣椒产量最低，为6 456 kg/hm2。

表1 不同施肥处理辣椒产量和肥料农学效率

分析不同施肥的肥料农学效率的影响，习惯施肥的农学效率最低，为2.74 kg/kg，OPT1 和OPT2 农学效率分别为4.80 kg/kg 和4.54 kg/kg，差异不明显。从辣椒产量和肥料的农学效率来看，辣椒推荐施肥OPT1 和OPT2 可以达到较好的效果。

2.2 不同施肥处理对大白菜产量和肥料农学效率的影响

施肥可以明显促进大白菜产量的增加。由表2可见，与CK 相比，施肥大白菜产量增幅为30.33~40.49 t/hm2，增产率为122.84%~163.99%。OPT1 产量最高，为65.18 t/hm2，其次为OPT2，产量为63.71 t/hm2，FP 产量低，为55.02 t/hm2。

表2 不同施肥处理大白菜产量和肥料农学效率

分析不同施肥的肥料农学效率，习惯施肥的农学效率最低，为42.35 kg/kg，OPT1 和OPT2 农学效率分别为52.51 kg/kg 和50.60 kg/kg，差异不明显。从大白菜产量和肥料的农学效率来看，OPT1 和OPT2可以达到较好的施肥效果。

2.3 不同施肥处理对辣椒大白菜轮作土壤物理性质的影响

分析不同施肥处理对辣椒和大白菜收获后表层土壤物理性质的影响（图1）。分析试验前、辣椒（第一季）收获后和大白菜（第二季）收获后的土壤容重。试验前土壤容重为1.67 g/cm3，第一季和第二季收获后土壤的容重略有下降，可见耕作改变了土壤的容重。第一季辣椒收获后不同处理的容重为CK>FP>OPT1>OPT2，第二季大白菜收获后不同处理的容重变化规律与第一季辣椒收获后相同，为CK>FP>OPT1>OPT2。可见，在等量施肥量情况下，施用有机肥可以降低土壤的容重。

图1 不同施肥处理对辣椒大白菜轮作土壤物理性质的影响

测定分析试验前、辣椒（第一季）收获后和大白菜（第二季）收获后的土壤含水量。试验前土壤含水量为16.1 g/cm3，第一季辣椒收获后不同处理的土壤含水量为CK

2.4 不同施肥处理对辣椒大白菜轮作后根际土壤酶活性的影响

分析不同施肥处理对辣椒大白菜轮作收获后根际土壤酶活性的影响（表3）。脲酶是一种酰胺酶，能酶促有机质分子中肽链的水解。土壤的脲酶活性与土壤的微生物数量、有机质含量、全氮和速效氮含量呈正相关，可用土壤的脲酶活性表征土壤的氮素状况。施肥后土壤脲酶活性提高，与CK 相比，提高幅度为23.87%~76.56%，以OPT2 的脲酶活性最高，为68.26，其次为OPT1，活性为59.02。

土壤过氧化氢酶的活性与土壤呼吸强度和土壤微生物活动相关，在一定程度上反映了土壤微生物学过程的强度。由表3 可见，施肥不同对土壤过氧化氢酶活性影响不明显。

表3 不同施肥处理辣椒大白菜轮作后根际土壤酶活性

磷酸酶能酶促有机磷化合物的水解，土壤磷酸酶活性可以表征土壤的肥力状况（特别是磷的含量状况）。施肥提高了土壤中碱性磷酸酶的活性，与CK 相比，提高幅度为20.00%~63.87%。FP 的土壤磷酸酶活性最高，为5.08，其次为OPT1，土壤磷酸酶活性为4.11。

土壤转化酶能促进蔗糖分子中果糖的裂解，酶活性与土壤中的腐殖质、水溶性有机质和黏粒含量以及微生物活动相关。土壤熟化程度提高，转化酶活性增强。可用土壤转化酶活性表征土壤熟化程度和肥力水平。施肥后土壤转化酶活性略有提高，提高幅度为13.78%~20.00%，不同施肥处理土壤的转化酶活性没有明显差异。

2.5 不同施肥处理对辣椒收获后土壤养分化学性状的影响

表4 分析了不同施肥处理对辣椒收获后土壤养分化学性状的影响，可见，辣椒收获后不同施肥处理土壤的pH 和土壤有机质含量没有明显差异，土壤EC 呈现FP>OPT1>OPT2>CK，土壤矿质态氮含量呈现OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈现FP>OPT2>OPT1>CK，速效钾含量呈现FP>OPT2>OPT1>CK。

表4 不同施肥处理辣椒收获后土壤养分化学性状

2.6 不同施肥处理对大白菜收获后土壤养分化学性状的影响

表5 分析了不同施肥处理对大白菜收获后土壤养分状况的影响，可见，大白菜收获后不同施肥处理土壤的pH 没有明显差异，土壤有机质施肥处理高于不施肥处理，但不同施肥处理之间没有明显差异，土壤EC 呈现FP>OPT2>OPT1>CK，土壤矿质态氮含量呈现OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈现FP>OPT2>OPT1>CK，速效钾含量呈现FP>OPT2>OPT1>CK。

表5 不同施肥处理大白菜收获后土壤养分化学性状

3 小结与讨论

对两轮作物及土壤进行监测。结果表明，施肥可以明显促进辣椒和大白菜产量的增加，施肥处理辣椒和大白菜产量增幅为2 303~3 655 kg/hm2和30.33~40.49 t/hm2，增产率分别为55.45%~88.01% 和122.84%~163.99%。辣椒和大白菜均以OPT1 的产量最高，分别为7 808 kg/hm2和65.18 t/hm2，与OPT2产量差异均不显著，但均显著高于习惯施肥。习惯施肥的农学效率低，辣椒和大白菜季分别为2.74 kg/kg和42.35 kg/kg。从辣椒和大白菜产量及肥料农学效率来看，辣椒季和大白菜季的OPT1、OPT2 两种施肥方式可以达到较好的效果。

施肥能改善土壤物理性质，OPT2 添加了有机肥，施肥效果更佳。试验前土壤容重为1.67 g/cm3，第一季和第二季蔬菜收获后土壤的容重均有下降。第一季和第二季蔬菜收获后不同施肥处理的土壤容重变化规律一致，为CK>FP>OPT1>OPT2。耕作可降低土壤容重，在等量施肥情况下，施用有机肥可以降低土壤的容重。这可能是因为有机肥本身密度较低，且具有较大的比表面积及疏松多孔的结构，能够保持水分和空气，施入土壤后具有一定的稀释作用［9］。土壤容重是土壤重要的物理性质，土壤容重小，土壤结构、透气透水性好。土壤容重除影响水分和氧气的供应外，还可影响其他性质和过程［10］。试验前土壤含水量为16.1 g/cm3，第一季和第二季蔬菜收获后不同施肥处理的土壤含水量表现规律一致，为CK

土壤酶是土壤中有机物转化的重要催化剂［11］，土壤酶活性是反映土壤肥力的一项重要指标，酶活性较高的土壤生化过程较活跃、生产性能也较好［12，13］。土壤中脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶等活性水平以及酶活性之间的关系，对于评价土壤肥力有着重要意义［14］。本研究中施肥后土壤中脲酶、碱性磷酸酶和转化酶的活性均提高，提高幅度分别为23.87%~76.56%、20.00%~63.87% 和13.78%~20.00%，这与前人的研究结果一致［15］，土壤中脲酶、过氧化氢酶以及磷酸酶的酶活性提高会显著增加作物产量。本研究施肥中以氮肥1/3 有机肥替代处理的脲酶活性最高，为68.26，其次为推荐施肥全部施用化肥的处理；脲酶活性为59.02。脲酶的酶促反应产物可以作为供给植物利用的氮源，其活性可以用来表征土壤的供氮能力［16］。习惯施肥的土壤磷酸酶活性明显高于OPT2 土壤磷酸酶活性。不同施肥处理土壤的转化酶和过氧化氢酶活性无显著差异。磷酸酶的作用是参与进入土壤中或累积在土壤中的含磷化合物的磷素循环，其酶促作用的产物是有效磷，为植物提供磷素营养［12］，其活性能够表征土壤有机磷的转化状况及其生物有效性，反映土壤磷素营养状况［16］。过氧化氢酶作为氧化还原酶中的一种，其活性与土壤中腐殖质化相关，与土壤有机质的转化速度有密切关系［12］。

对土壤pH 和养分含量的评价能够反映土壤提供养分和缓冲化学改良的能力［17-19］。辣椒季和大白菜季收获后不同施肥处理土壤养分状况表现规律基本一致，不同处理的土壤pH 和有机质含量没有明显差异。土壤有机质是土壤的重要组成部分，是土壤团聚体形成和保持稳定的重要影响因素［20］。两季作物收获后，施肥处理显著提高了土壤的EC，土壤EC 的高低反映了土壤中肥料含量的多少［21］。研究中土壤EC 呈现FP>OPT1>OPT2>CK，土壤矿质态氮含量呈现OPT1>OPT2>FP>CK，有效磷含量呈现FP>OPT2>OPT1>CK，速效钾含量呈现FP>OPT2>OPT1>CK。

综合考虑辣椒与大白菜轮作模式下作物产量和土壤理化性质、肥料利用率及土壤酶活性，生产中宜采用推荐施肥且有机肥替代1/3 氮肥。