不同施磷处理对新疆羊草地土壤理化性质的影响

俞浩楠，胡雨彤*，杨 川，仇春辰，张少民

（1.新疆农业大学资源与环境学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.新疆土壤与植物生态过程重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052）

羊草[Leymuschinensis(Trin.) Tzvel.]为禾本科赖草属草本植物，其叶片中蛋白质含量较高，且适口性好、再生能力强，是一种高产优质的牧草资源[1-2]。磷元素在羊草生长发育中具有重要作用，其在满足羊草对大量元素需求的同时具有其他元素无法替代的作用[3-4]。新疆维吾尔自治区具有羊草种植、发展畜牧业得天独厚的优势，但由于该地区土壤类型主要为石灰性土壤，磷素易被固持，有效磷含量明显低于常规土壤水平，这不仅造成了磷资源浪费、环境污染，更限制了羊草的实际生产性能[5-6]。因此，如何提高磷肥利用率，减少化学磷肥用量，成为新疆羊草种植可持续发展亟待解决的重要问题。

土壤微环境包括土壤理化性质和酶活性等方面，是影响植物生长的主要因素。有研究表明，土壤酶活性的变化直接或间接影响磷的释放进程，显著影响土壤有效磷库变化[7-8]。前人在不同施磷处理对中药材防风种植地土壤特性的影响研究中发现，防风对磷胁迫有一系列响应机制，土壤pH 值、碱解氮和酸性磷酸酶等通过协同作用保证防风对养分的吸收与利用[9]。此外，有学者研究表明，在土壤pH 值小于8.50时，土壤有效磷含量与羊草磷含量显著相关，但土壤pH值大于等于8.50时，二者不相关，且在不适宜生长环境下，羊草的代谢机制受到土壤pH 值的限制[10]。高敬对不同施磷梯度对温带草甸草原羊草生物量及磷含量的影响进行研究，发现添加磷元素会增加羊草地上及地下生物量，叶片通过提高磷的重吸收效率提高羊草对磷素利用效率，但成熟的羊草组织中磷含量与养分重吸收效率呈负相关[11]。目前，关于施磷对羊草生长、生理特性和产量品质的影响研究较多，而施磷对羊草地土壤理化性质和土壤酶活性的影响报道相对较少。

因此，笔者通过探究不同施磷水平对羊草地土壤理化性质及土壤酶活性的影响，明确土壤养分与酶活性之间的内在联系，为提高磷素利用效率和羊草产量，改善土壤环境及科学合理施磷提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于新疆农业大学三坪农场试验基地，属于典型的干旱大陆性气候区，光热资源丰富。供试土壤为未经施肥处理的石灰性土壤，耕作层土壤有机质含量为8.12 g·kg-1，速效磷含量为11.22 mg·kg-1，碱解氮含量为14.71 mg·kg-1，土壤pH 值为8.2。

1.2 试验材料

试验用羊草种子来源于新疆维吾尔自治区羊草地。试验用磷肥为磷酸一铵，氮肥为尿素，均购自河南吉鑫化工产品有限公司。

1.3 施肥方案

挑选大小、色泽一致的羊草饱满种子，于2020 年秋季条播，播种深度为3 cm，行距60 cm。试验共设计4 个处理：不施磷处理（CK）、施磷70 kg·hm-2（P1）、施 磷140 kg ·hm-2（P2）、施 磷210 kg·hm-2（P3）。各处理氮肥用量相同，均为150 kg·hm-2。每个处理设4 个重复，共计16 个小区，小区规格3.8 m×5.1 m，总面积为19.38 m2，各小区间随机排列。由于磷肥中含有氮素，因此在施氮肥时需提前计算磷肥中含氮量，不足的氮肥用尿素补充。

1.4 样品采集和测定

在羊草拔节期（2021 年4 月17 日）、抽穗期（5 月15 日）、花期（5 月25 日）、成熟期（7 月15 日），每个样方内随机选出3 个采样点，并将各采样点采集的土样混合均匀，于室内进行风干处理，而后测定土壤理化性质和酶活性，具体测定方法如下。

将风干土与水按照质量比2.5 ∶1.0 的比例稀释后，用pH 仪测定土壤pH值，用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量，用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量，用容量法测定土壤过氧化氢酶活性，用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定土壤脲酶活性，用磷酸苯二钠比色法测定土壤碱性磷酸酶活性[12]。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 365 进行数据整理，利用SPSS 26.0 软件进行单因素方差分析及相关性分析，选用Duncan 法进行多重比较（显著性水平为0.05），利用Microsoft Excel 软件对分析结果进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同施磷处理对土壤pH 值的影响

由图1 可知，在羊草同一生育时期内，随着施磷水平的提高土壤pH 值呈先增加后降低的趋势，但无显著差异。在同一施磷水平不同生育时期，土壤pH值变化趋势一致，拔节期至抽穗期先增加，在抽穗期时最高，随后逐渐降低，各处理下土壤pH 值均表现为抽穗期＞拔节期＞花期＞成熟期。

图1 不同施磷处理对土壤pH 值的影响

2.2 不同施磷处理对土壤肥力的影响

2.2.1 速效磷含量

在同一生育时期不同施磷水平下，土壤速效磷含量变化不同（见图2）。在羊草拔节期，P3处理下土壤有效磷含量显著高于其他处理。在羊草抽穗期，P2处理土壤有效磷含量显著高于其他处理。在羊草花期和成熟期，随着施磷水平的提高，土壤速效磷含量呈逐渐增加的趋势，且P3处理下含量最高。此外，施磷处理（P1、P2和P3处理）土壤速效磷含量显著高于不施磷（CK）处理。

图2 不同施磷处理对土壤速效磷含量的影响

在同一施磷处理下，土壤速效磷含量在不同生育时期存在显著差异。在CK 处理下，羊草抽穗期土壤速效磷含量（12.85 mg·kg-1）显著高于其他时期，但其他3 个生育时期间差异不显著。在P1处理下，羊草花期土壤速效磷含量最高（22.00 mg·kg-1），且显著高于拔节期及成熟期。在P2处理下，随着生育进程的推进，土壤速效磷含量逐渐升高；在羊草成熟期和花期，土壤速效磷含量显著高于抽穗期和拔节期。在P3处理下，各生育时期土壤速效磷含量变化与P2处理变化一致。

2.2.2 碱解氮含量

随着施磷水平的升高，土壤碱解氮含量呈现不同的变化规律（见图3）。在羊草拔节期，随着施磷水平的升高，土壤碱解氮含量呈先降低后升高的变化趋势，且P3处理土壤碱解氮含量显著高于其他处理，但P1处理与CK 无显著差异。在羊草抽穗期与花期，随着施磷量的增加，土壤碱解氮含量呈先升高后降低的变化趋势，土壤碱解氮含量均在P2处理下最高，且P2处理与CK 差异显著。在羊草成熟期，P1处理土壤碱解氮含量显著高于其他处理。同一施磷处理下，土壤碱解氮含量均在成熟期达最大值，不同时期间存在显著差异。

图3 不同施磷处理对土壤碱解氮含量的影响

2.3 不同施磷处理对土壤酶活性的影响

2.3.1 过氧化氢酶活性

在羊草各生育时期内，不同施磷处理土壤过氧化氢酶的活性变化不一致（见图4）。在羊草拔节期、花期和成熟期，土壤过氧化氢酶活性均先随着施磷量的增加而上升，随后开始下降，且拔节期和花期均在P2处理达到最高，分别比CK 显著提高7.87%和23.61%。

图4 不同施磷处理对土壤过氧化氢酶活性的影响

在同一施磷处理下，土壤过氧化氢酶的活性均随着羊草生育进程的推进呈先上升后下降的趋势，且在抽穗期显著高于其他时期。各处理下，不同生育时期土壤过氧化氢酶活性均表现为抽穗期＞花期＞成熟期＞拔节期。在CK 和P1处理下，各生育时期土壤过氧化氢酶活性差异均达显著水平；而在P2和P3处理下，抽穗期和花期间差异显著。

2.3.2 脲酶活性

随着施磷量的增加，羊草抽穗期及花期土壤脲酶活性先逐渐上升随后下降，分别在P2、P1处理达到最大值（见图5）。在羊草拔节期，各处理土壤脲酶活性差异不显著。在羊草花期，P1处理土壤脲酶活性显著高于CK 和P3处理，但与P2处理间差异不显著。在羊草成熟期，P1处理土壤中脲酶活性最强，P2处理最低，但各处理间无显著差异。

图5 不同施磷处理对土壤脲酶活性的影响

在同一施磷水平下，土壤脲酶活性随着羊草生育进程的推进呈先显著上升后逐渐下降的趋势，在花期时活性最强。在CK 处理下，抽穗期土壤脲酶活性显著低于花期，但与拔节期和成熟期差异不显著。在P1、P2和P3处理下，羊草花期和抽穗期土壤脲酶活性显著高于拔节期和成熟期。

2.3.3 碱性磷酸酶活性

在羊草各生育时期不同施磷处理下，土壤碱性磷酸酶的活性变化趋势不同（见图6）。在羊草拔节期和抽穗期，P2处理土壤碱性磷酸酶活性均最强。而在羊草花期和成熟期时，P2处理土壤碱性磷酸酶活性均最低，分别比CK 下降了4.72%和3.82%；P3处理碱性磷酸酶活性均最高，分别比CK 显著提高了3.46%和22.00%；P1处理碱性磷酸酶活性略高于CK，但均未达到显著差异水平。

图6 不同磷处理对土壤中碱性磷酸酶活性的影响

在同一施磷处理下，土壤碱性磷酸酶的活性均随着生育进程期的推进呈显著上升的趋势，在羊草成熟期时土壤碱性磷酸酶活性达最大值。在CK 处理下，羊草抽穗期、花期和成熟期土壤碱性磷酸酶活性分别比拔节期显著提高了163.71%、296.54%和310.70%，但在羊草花期和成熟期土壤碱性磷酸酶活性差异不显著。在P1、P2和P3处理下，土壤碱性磷酸酶活性在不同生育时期差异显著，均表现为成熟期＞花期＞抽穗期＞拔节期。

2.4 羊草各生育时期施磷水平与土壤肥力间的相关性分析

由表1 可知，除拔节期外，在羊草各生育时期土壤速效磷含量均与施磷量呈极显著正相关；而土壤碱解氮含量仅在羊草拔节期和抽穗期与施磷量呈显著或极显著相关；除拔节期，土壤pH 值与施磷量无显著相关关系。土壤过氧化氢酶活性、脲酶和碱性磷酸酶活性在羊草各生育时期与施磷量均无显著相关关系。

表1 羊草各生育时期施磷水平与土壤肥力间的相关性分析

3 讨论

土壤pH 值对土壤中养分的利用有很大影响，不同pH 值条件下，土壤养分的利用效率也不同。本试验发现在羊草同一生育时期，随着施磷水平的升高，土壤pH 值呈先增加后降低的趋势，但均未达到显著差异水平，这表明在羊草地施磷肥对土壤pH 值影响不大，对土壤养分利用产生的影响较小。在同一施磷水平不同生育时期，各处理间土壤pH 值均随着生育进程的推进呈先增加后降低的趋势。这可能是由于前期降水影响相对较小，主要受灌水和气温的影响，土壤pH 值有升高的趋势；但随着试验的进行，所施用的肥料磷酸一铵水解后显酸性，导致土壤pH 值呈现降低的趋势[13]。

本研究发现在羊草拔节期、花期和成熟期，土壤速效磷含量均随着施磷量的增加而增加，在P3处理达到最大值。这与王海龙等的研究结果相似，与不施磷处理相比，施磷处理显著提高了土壤速效磷的含量[14]。各处理土壤速效磷含量随着羊草生育进程的推进呈先增加后降低的趋势，这是由于羊草在生长过程中不断吸收磷素，使得土壤有效磷含量逐渐下降，这也说明羊草的栽培过程中需要磷肥的补充。此外，也有研究表明土壤速效磷含量通常取决于土壤中投入的磷肥量，但超出一定范围后继续增施磷肥并不会继续提高土壤有效磷含量[15]。在同一生育时期，不同施磷处理土壤碱解氮含量随施磷量的增加呈先升高后降低的趋势，在同一磷处理不同生育时期，土壤碱解氮含量均随着羊草生育进程的推进而提高，在成熟期时达到最大值。这与侯云鹏等对玉米研究的结果一致，说明施加磷肥可增加土壤碱解氮含量[16]；但本试验中各处理增加量不同，这可能是由土壤酸碱性不同而引起的。

土壤酶活性的高低直接反映了土壤对养分转化的能力强弱，可以反映土壤的表观肥力，直接影响土壤环境中有机磷的分解转化与生物有效性[17]。本研究发现在羊草拔节期、花期和成熟期，土壤过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均随着施磷量的增加呈先升高后降低的趋势。这与陈桂芬等研究结果相似，即肥料的施用为土壤生物活动提供了所需养分，可提高土壤酶的活性[18]。但魏猛等研究发现，过量的无机磷会抑制过氧化氢酶和碱性磷酸酶的活性[19]。这表明施用适量磷肥对酶活性的提高较有利，但磷肥施用量较低或过高可能会影响土壤酶的活性。在同一施磷处理下，土壤过氧化氢酶、脲酶活性均随着羊草生育进程的推进呈先上升后下降的趋势，均在抽穗期时最强。这可能是由于土壤有效磷的不断增加，过量的无机磷抑制了过氧化氢酶和脲酶的活性[20]。磷酸酶是一种水解酶，能够通过酶促作用加速土壤中有机磷的脱磷速度，进而促进有效磷在土壤中的积累[21-24]。本试验中碱性磷酸酶活性随羊草生育进程的推进而不断上升，在成熟期时达到最大值。这可能是由于增施磷肥的情况下，土壤有效磷含量随着时间的推移而不断增加，进而提高了土壤碱性磷酸酶的活性[25-26]。

4 结论

1）不同施磷量对羊草地土壤速效磷和碱解氮含量，以及土壤过氧化氢酶和脲酶活性均有显著影响。除羊草抽穗期外，其他各生育期的土壤速效磷含量均在P3处理达到最大值；在羊草抽穗期和成熟期，土壤碱解氮含量均在P2处理达到最大值。土壤过氧化氢酶和脲酶活性总体随磷肥水平的提高呈先增加后降低的趋势，过氧化氢酶活性在P2处理下达到最大值（成熟期除外）。2）羊草地土壤各肥力指标和土壤酶活性在不同生育时期均达到极显著差异水平。在同一施磷处理下，土壤过氧化氢酶和脲酶的活性均随着羊草生育进程的推进呈先上升后下降的趋势，均在抽穗期达到最大值；土壤碱性磷酸酶的活性随羊草生育进程的推进不断提高。3）土壤速效磷、碱解氮含量和过氧化氢酶、脲酶活性与羊草生育时期和施磷量互作效应显著。综合考虑施用成本、土壤肥力提升效应和资源环境保护等因素，新疆羊草地土壤适宜的施磷量为140 kg·hm-2。