不同肥料对有机栽培薄荷生长和土壤酶及微生物量的影响

万晓, 田丹青, 潘刚敏, 葛亚英, 金亮, 史杰玮, 曹群阳

(浙江省农业科学院 浙江省园林植物与花卉研究所, 浙江 杭州 311251)

薄荷是一种有特种经济价值的芳香作物, 为中华常用中药之一。为研究不同有机肥对薄荷栽培的影响, 特进行不同肥料对有机栽培薄荷生长和土壤酶及微生物量影响的试验。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试的薄荷品种为胡椒薄荷。

1.2 薄荷生长量

栽培试验于2020 年4 月播种, 条播行距20 cm,播量12.5 cm·棵-1, 随机区组设计, 小区面积3 m×0.5 m, 3 次重复, 共12 个小区。包括有机肥、微生物肥、有机肥微生物肥混施及对照4 个处理。于2020 年7 月选取各处理面积为0.4 m×1.0 m 的地上薄荷部分进行生物量测定, 每个处理重复3 次。并测定株高, 每个处理重复9 次。

1.3 土壤微生物量碳、氮含量测定

采用氯仿熏蒸-提取法[1]测定, 浸提液使用K2SO4, 微生物量碳和氮含量使用有机碳/总氮分析仪测定。称取鲜土12.50 g (除去有机残体)。将盛有25 mL 无醇氯仿的小烧杯放入抽气皿中,注意观察沸腾情况。放入装土的大铝盒, 抽真空使氯仿沸腾5 min。处理后置于暗处 (25 ℃) 熏蒸24 h。最后取出小烧杯后反复抽真空2 ～3 次(每次5 min), 排除氯仿。另称取一批不做熏蒸处理。两份土样转移至离心管中, 用注射器注入50 mL 0.5 mol·L-1K2SO4溶 液, 振 荡 离 心 过滤提取。

微生物量碳含量为熏蒸土壤有机碳含量与未熏蒸土壤有机碳含量之差除以0.45; 微生物量氮含量为熏蒸土壤氮含量与未熏蒸土壤氮含量之差除以0.45。

1.4 土壤微生物量磷含量测定

土壤经氯仿熏蒸和未熏蒸两种处理后, 用0.5 mol·L-1碳酸氢钠溶液浸提, 提取液用HClO4-H2SO4消煮, 通过钼锑钪比色法[2]测定全磷含量,测定熏蒸土壤和未熏蒸土壤有机磷含量的差值及转换系数, 计算土壤微生物量磷含量。微生物量磷含量为熏蒸土壤磷含量与未熏蒸土壤磷含量之差除以0.4。

1.5 土壤酶活性测定

土壤碱性、酸性、中性蛋白酶活性测定采用还原磷钼酸化合物比色法[3]; 土壤碱性、酸性磷酸酶活性测定采用酚生成量法[4]; 土壤脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法[5]; 土壤纤维素酶活性测定采用蒽酮比色法[6]; 土壤蔗糖酶活性测定采用二硝基水杨酸比色法[4,7-8]。

1.6 数据分析

使用Excel 和SPSS 进行数据分析[9]。

2 结果与分析

2.1 不同肥料处理下薄荷品种夏、秋两季生长状况

由图1 可知, 在对照、有机肥、微生物肥及有机肥微生物肥混施处理下, 夏季地上部分生物量平均值分别为831.05、1 340.50、1 382.50 及895.20 g, 秋季分别为152.15、512.3、423.45 及180.80 g; 对照、有机肥、微生物肥及有机肥与微生物肥混施处理, 夏季株高平均值分别为55.22、57.89、52.78 及48.39 cm, 秋 季 分 别 为27.67、40.67、29.89 及24.33 cm。综合夏秋两季胡椒薄荷地上部分生物量和株高分析可知, 有机肥对胡椒薄荷的生长促进作用明显, 微生物肥其次, 有机肥与微生物肥混施和对照对胡椒薄荷的生长促进作用不明显。

图1 不同肥料处理后胡椒薄荷生物量及株高

2.2 不同肥料处理对土壤微生物量碳氮磷含量的影响

土壤微生物量是土壤中的活性养分库, 是反映土壤肥力与质量的重要生物指标[10], 结果显示,施用微生物肥可以使土壤微生物量碳含量达到260.15 mg·kg-1, 有机肥处理后, 土壤微生物量碳含量达到226.25 mg·kg-1, 略低于微生物肥处理的效果, 远远高于另外2 种处理, 说明施用微生物肥和有机肥对土壤微生物量碳含量有显著提高作用。有机肥使土壤微生物量氮含量和微生物量磷含量分别达到19.59 和10.87 mg·kg-1, 对土壤微生物量氮含量和磷含量的提高作用显著高于另外3 种处理 (表1)。

表1 不同肥料处理下土壤微生物量碳氮磷含量单位: mg·kg-1

2.3 不同肥料处理对土壤酶活性的影响

土壤蔗糖酶的酶促作用产物与土壤中营养元素含量, 微生物数量及土壤呼吸强度密切相关, 可以作为评价土壤肥力的重要指标[11-12]。土壤蔗糖酶活性在有机肥和微生物肥处理下为 6.70 和6.64 mg·d-1·g-1, 显著高于对照和有机肥与微生物肥混施处理后的5.32 和5.53 mg·d-1·g-1(表2)。

表2 不同肥料处理下土壤酶活性

土壤纤维素酶是主要来源于土壤微生物的复合酶, 可催化纤维素分解为纤维二糖, 进一步分解为葡萄糖, 从而为微生物提供可利用的碳源营养物质, 因此, 土壤纤维素酶是土壤碳素代谢中的一种重要酶[13-14]。结果显示, 有机肥处理下, 土壤纤维素酶活性可达到45.31 mg·d-1·g-1, 而对照、微生物肥和有机肥与微生物肥混施的土壤纤维素酶含量分别为40.04、41.48 和43.34 mg·d-1·g-1,说明有机肥对提高土壤纤维素酶活性的效果显著。

土壤酸性磷酸酶是一类催化土壤有机磷矿化的酶, 其活性的高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性, 是评价土壤磷素生物转化方向与强度的指标[15-16]。有机肥处理后, 土壤酸性磷酸酶活性达到13.59 μmol·d-1·g-1, 显著高于对照、微生物肥和有机肥与微生物肥混施处理后的10.93、12.34 和8.33 μmol·d-1·g-1。

土壤脲酶[17]和土壤蛋白酶[18]活性常用来表征土壤氮素状况。有机肥处理后, 土壤脲酶活性为394.05 μg·d-1·g-1, 显著高于对照、微生物肥处理后的324.17、352.82 μg·d-1·g-1。土壤酸性蛋白酶在对照、有机肥、微生物肥和有机肥与微生物肥混 施 的 处 理 下 分 别 达 到0.19、1.55、0.29 和0.44 mg·d-1·g-1, 有机肥对提高土壤酸性蛋白酶活性有显著提高作用。

3 讨论与结论

长期施用化肥造成土壤酸化[19-21]、硬化板结[22]、团粒结构破坏[23-24], 不仅污染土壤, 还不利于芳香植物根系生长和土壤微生物活动。随着城乡人民收入的增长和生活水平的不断提高, 人们更加关注生活质量和身心健康, 渴望得到纯天然、无污染的优质食品。发展有机农业、生产开发有机农产品和食品可以满足这一要求。

通过夏秋两季对胡椒薄荷地上生物量和株高的测定可知, 有机肥对胡椒薄荷的生长促进作用最为明显, 微生物肥其次。通过对土壤微生物量碳、氮、磷含量的分析表明, 微生物肥对土壤微生物量碳含量的促进作用最明显, 有机肥对土壤微生物量碳含量的促进作用其次, 但有机肥对土壤微生物量氮和磷含量的促进作用最为明显。土壤蔗糖酶与土壤有机碳、氮、磷的分解转化能力有关。有机肥和微生物肥对土壤蔗糖酶活性皆有较显著的提升作用。土壤纤维素酶是有机碳代谢的重要酶, 土壤酸性磷酸酶是有机磷代谢的重要酶。土壤脲酶和土壤酸性蛋白酶能将各种尿素、蛋白质以及肽类等化合物水解为氨类、氨基酸, 与土壤中氮素营养的转化状况有重要关系, 是有机氮代谢的重要酶, 这些土壤酶活性指标均在有机肥处理下含量最高, 说明有机肥对土壤酶活性的提升效果最佳。有机肥可能通过提高土壤的有效养分活性进而促进薄荷的生长。综合以上指标可知, 与微生物肥相比, 有机肥对土壤肥力的提升作用最佳, 更适于薄荷有机栽培模式的应用。