有机肥替代部分无机肥对菜园土理化特性及果实养分的影响

摘 要 以海南菜園土为试验对象，设计5个不同比例有机肥替代无机肥处理，于2016年11月下旬至2017年5月下旬在海南文昌进行大田试验，探讨有机无机肥不同配比对土壤理化性质和辣椒果实养分的影响。结果表明：土壤中碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量大小依次为0.7M>0.5M>0.3M，这说明在一定范围内，有机肥替代比例越高，土壤养分（碱解氮、有效磷、速效钾、有机质）含量就越高；5个处理试验饱和含水量大小依次为0.7M>0.5M>0.3M，土壤容重大小依次为0.7M<0.5M<0.3M，土壤总孔隙度大小依次为0.7M>0.5M>0.3M，说明在一定范围内，随着有机肥占比的增加，土壤的物理性质依次得到相应改善；土壤中过氧化氢酶、脲酶活性大小顺序皆为0.3M>0.5M>0.7M，说明0.3M处理为土壤酶活性最高且有机肥配比最适处理；0.7M处理中果实氮、磷、钾养分最高，钙、镁中量元素养分差异不显著，说明与有机肥配比关系较小。此结果说明有机肥替代30%无机肥能保持土壤酶活性，有机肥替代70%无机肥不仅能保证果实养分含量，而且能提高土壤肥力。

关键词 有机肥；无机肥；土壤理化性质；土壤酶活性；果实养分

中图分类号 S14 文献标识码 A

Abstract In this paper， Hainan garden soil as the test object， the design of five different proportions of organic fertilizer instead of inorganic fertilizer treatment， in late November 2016 late May 2017 in Wenchang， Hainan field trials to explore the organic and inorganic fertilizer different ratio of Soil Physical and Chemical Properties， Enzyme Activities and Nutrients in Pepper Fruits. The results showed that the contents of available nitrogen， available phosphorus， available potassium and organic matter in the soil were 0.7M>0.5M>0.3M， indicating that the higher the proportion of organic manure substitution， the higher the content of soil nutrients （available nitrogen， available phosphorus， available potassium and organic matter） within a certain range. The saturated water content of the five treatments was 0.7M>0.5M>0.3M， the soil bulk density was 0.7M<0.5M<0.3M， the total soil porosity was 0.7M>0.5M>0.3M， indicating that within a certain range， with the increase of the proportion of organic manure， soil physical properties were correspondingly improved； The order of the activities of catalase and urease in soil were 0.3M>0.5M>0.7M， 0.3M treatment for the highest activity of the most appropriate organic fertilizer ratio treatment； The highest nitrogen， phosphorus and potassium nutrition of 0.7M was found in the fruit. There was no significant difference in the nutrient contents of middle and middle calcium and magnesium， which indicated that the proportion of organic fertilizer was small.The results showed that substitution of organic fertilizer with 30% inorganic fertilizer can maintain the activity of soil enzyme， the substitution of organic fertilizer with 70% inorganic fertilizer not only can guarantee the nutrient content of fruit， but also can improve the soil fertility.

Key words organic fertilizers； inorganic fertilizers； soil physical and chemical properties； soil enzyme activity； fruit nutrients

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.04.007

海南地处热带、亚热带地区，土地利用结构主要以农用地为主。然而部分土壤质量较低，而农民只关注产量，因此化肥的使用量逐年增加，从而导致土壤的面源污染问题严重凸显。这样不仅增加了耕地重金属污染，而且对海南农产品的质量安全和人类健康构成了极大威胁。此外，海南岛土壤pH值偏低，土壤养分淋洗严重，土壤重金属元素的分布和迁移转化对酸化尤为敏感，这将对海南土壤保肥及绿色瓜菜生产造成不良影响。目前，已有研究结果表明，有机肥的施用不仅使土壤营养均衡、养分全面，还能活化土壤中潜在的养分，改善了土壤微生态的系统，极大地提高了土壤的生物多样性和土壤的生物学活性，改善了土壤的理化性质、形成、环境及营养循环，从而提高土壤肥力[1-2]。但由于有机肥的养分含量低，肥效释放缓慢，肥料施用吸收不匹配，故肥料中氮素的当季利用率低。在作物旺盛生长且需肥多的时期，有机肥不能及时满足作物对养分的需求[3]。因此，有机肥与无机肥配施可提供全面的养分，及时满足作物营养生长期对养分的需求，维持和提高土地质量，增加农作物产量，保持土壤中微量元素的平衡，降低土壤对重金属的固持，减少重金属污染风险[4]。鉴于此，本研究以海南省文昌市菜园土为试验地，以海花红辣椒为试验材料，研究有机肥、无机肥不同配比对土壤养分含量、物理性质以及辣椒果实养分的影响，为改善海南农田质量及蔬菜获得高产提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

辣椒种植品种为海花红。试验田在海南省文昌市文城镇，位于海南岛东北部（东经108°21′～111°03′，北纬19°20′～20°10′）。文昌市属热带北缘沿海地带，具有热带和亚热带气候特点，属热带季风岛屿型气候；光、水、湿、热条件优越，全年无霜冻，四季分明；年平均温度为23.9 ℃，年平均日照为1 953.8 h，太阳辐射总能量为108.8～115.0 kcal/cm²；常年降雨量为1 721.6 mm，平均为1 529.8～1 948.6 mm。试验前农田土壤养分含量如下：有机质含量为18.45 g/kg，pH值為5.74，碱解氮（N）为313.57 mg/kg，有效磷（P）为219.56 mg/kg，速效钾（K）为352.45 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验设NPK（全量无机肥）、0.3M（70%无机肥+30%有机肥）、0.5M（50%无机肥+50%有机肥）、0.7M（30%无机肥+70%有机肥）、1M全量有机肥共5个处理，每个处理设3次重复。试验小区采用随机排列，每个小区面积为11.88 m2（3 m×3.96 m）。施肥种类及用量：氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。海藻有机肥N、P2O5、K2O养分含量分别为0.299%、0.061%、0.053 5%，

有机质含量为45.17%。基肥和追肥均采用沟施，化肥追肥2次，有机肥追肥3次。不同处理的具体施肥量情况见表1。

1.2.2 采样及测定项目 采样：用土钻取0～20 cm土层样品，作为供试土样。每个小区随机取5个样点，混合均匀作为一个重复，挑出土壤中的石块和动植物残体，风干，研磨，分别过2、1、0.25 mm筛，用于土壤养分和酶活性测定；每个小区随机采取15～20个果实作为一个重复，用去离子水洗去灰尘，105 ℃杀青0.5 h，75 ℃烘干，粉碎制成样品，用于果实养分分析。

土壤、果实养分样品分析项目及方法参照《土壤农化分析》[22]；土壤容重、土壤孔隙度采用环刀法测定；土壤含水量用烘干法测定。

土壤酶活性：土壤脲酶活性采用苯酚钠—次氯酸钠比色法测定，以24 h每克土壤中产生的NH3-N的毫克数表示；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾容量法测定，以每克土1Min消耗的0. 01M的KMnO4体积表示。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007进行数据整理，采用SPSS 22统计分析软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同比例有机肥替代无机肥处理对菜园土土壤养分的影响

不同比例有机肥替代无机肥处理（以下皆称“有机无机替代”）对菜园土土壤养分的影响见表2。各施肥处理中，土壤碱解氮含量差异显著，其中0.7M处理的碱解氮含量最高，碱解氮含量大小为0.7M>0.5M>1M>0.3M。其中0.7M处理较NPK处理高13.49%，0.5M处理较NPK处理高7.14%。除去1M全量有机肥替代处理，土壤中碱解氮的含量随有机肥比例的增加而增加。土壤有效磷及土壤速效钾含量在各处理之间差异不显著，由于有机肥主要是替代尿素中的氮，所以土壤有效磷和土壤速效钾在各个处理间差异不显著。0.7M处理与NPK、0.3M、0.5M处理的有机质含量存在显著差异，0.7M处理有机质含量是最高的，几乎是NPK处理的2倍，各处理有机质含量大小依次为0.7M>1M>0.5M>0.3M>NPK。除1M处理外，其变化与碱解氮含量变化规律一致，此外，其他处理随着有机肥配比量的增加，土壤中有机质含量越高。不同处理pH值差异不显著，但从表2可看到，配施适当有机肥可降低土壤酸性。

2.2 有机无机替代对菜园土土壤物理性质的影响

有机无机替代对土壤物理性质的影响见表3。各处理自然含水量差异不显著，但0.3M处理的自然含水量最高，其次是0.7M处理且各重复之间差异小；在各处理的饱和含水量中，其含量大小顺序为0.7M>0.5M>0.3M>NPK，可见饱和含水量随有机肥替代量的增加而增加，说明在施用有机肥后，土壤透水性、蓄水性、持水性呈现上升的趋势。有机肥可调节土壤的紧实度，从统计学角度看，0.7M处理的土壤容重与1M处理差异不显著，而且0.7M处理有机肥施肥量小于1M处理，说明0.7M处理更为合理。由表3可知，除1M处理外，随有机肥替代量的增加，土壤容重逐渐减小，0.3M、0.5M、0.7M、1M处理与NPK处理差异显著，0.7M处理土壤容重最小，较NPK处理降低了11.71%。各处理的土壤毛管孔隙度差异不显著，但0.3M、0.5M、0.7M、1M处理的土壤总孔隙度与NPK处理差异显著，其中0.7M处理的土壤总孔隙度最高，NPK处理土壤总孔隙度最小，说明施用有机肥可增加土壤孔隙度，改善士壤的通气状况和结构状态[23]。

2.3 有机无机替代对菜园土土壤酶活性的影响

有机无机替代对土壤酶活性的影响见表4，5个处理的过氧化氢酶活性差异不显著，但随有机肥替代量的增加，土壤过氧化氢酶活性呈逐渐降低的趋势，其大小顺序为0.3M>0.5M>0.7M；各处理的土壤脲酶活性差异也不显著，但随有机肥替代量的增加，土壤脲酶活性与过氧化氢酶活性规律一致，说明过氧化氢酶、脲酶与有机肥替代无机肥的比例有一定关系。

2.4 有机无机替代对菜园土果实养分的影响

有机无机替代对果实养分的影响见表5。除NPK、1M处理外，果实氮含量最高的是0.7M处理，较0.3M、0.5M处理分别提高了17.35%、21.59%；果实磷含量最高的是0.5M处理，较0.7M处理提高了2.08%，差异较小；果实钾含量最高的是0.7M处理，较0.3M、0.5M处理分别提高了0.21%、1.30%；果实钙含量最高的是0.5M处理，较0.7M处理提高了29.66%；果实镁含量最高的是0.7M处理，较0.3M、0.5M分别提高了34.35%、27.54%。综上所述，除NPK、1M处理外，0.7M处理的果实氮、磷、钾、钙、镁养分是最高的。

3 讨论

目前，已有大量研究结果表明，有机肥的施用可增加土壤中有机质的含量，促使土壤形成良好的团聚体结构，提高土壤养分，改善土壤的微生态系统，从而增强土壤保肥供肥的能力[5]。本研究结果显示，在0.3M、、0.7M有机肥部分替代无机肥处理中，随着有机肥替代量的增加，土壤碱解氮含量依次增高，前人研究也证明了施用有机肥可促进土壤氮素的积累[6-9]。此外，除NPK处理外，0.7M处理的碱解氮、有效磷、速效钾是含量最高的处理，这说明有机肥替代适当比例的无机肥能提高土壤肥力。史吉平等[10]的研究结果也证明了此结论。本研究土壤有机质测定结果显示，除1M处理外，有机肥替代比例越高，土壤中有机质含量越高。邢鹏飞等[11]的研究结果表明，土壤有機质随着有机肥配比比例的增加而增加，这与本研究结果一致；但1M处理的有机质含量却低于0.7M处理，与吴长昊[27]的研究结果不同。已有相关研究结果表明，有机肥料C/N低于20时，可认为完全腐熟，且有机物料C/N比越高，分解速率越快，未充分腐熟的有机物料保持了原形态特征，更容易被微生物腐解，而充分腐熟的有机物料因为土壤微生物可利用的有机质已经减少，进一步腐解的难度大，腐解速率较低[28-30]。因此，完全替代时的腐解速率较高，大量有机质转化为CO2散失，土壤残留的有机质含量更低，这也解释了1M处理土壤容重值高于0.7M处理。适当配施有机肥能够减弱土壤酸化，这对南方土壤的酸化问题有一定的帮助。因此，有机肥可提高土壤中的有机质含量，并有助于改善土壤的酸化问题[24]。

土壤物理性质包括土壤容重、孔隙状况、团粒结构、土壤水分等，直接影响农田土壤水、肥、气和微生物的分布状况。因此，保持良好的土壤物理条件对于改善土壤肥力、提高土壤生产力具有重要的意义[25]。大量研究结果表明，有机肥配施可改善土壤的物理性质[12-13]。本研究结果显示，除1M处理外，随着有机肥配比比例的增加，土壤容重依次降低，0.7M处理容重最小，但有机质含量最高，两者存在负相关性，这与南江宽[14]的研究结果一致。除1M处理外，土壤总孔隙度随着有机肥配比比例的增加而增加，与土壤有机质含量呈正相关，这也与南江宽[14]的研究结果一致。同时，随着有机肥施用配比比例的增加，土壤饱和含水量也增加，0.7M处理达到最大值。综上所述，适当增施有机肥是降低土壤容重、增加土壤总孔隙度、土壤饱和含水量的主要原因，因此，与单纯施用化肥相比，有机无机配施可有效改善土壤的物理性质[15]。

土壤中发生的生物化学反应皆在土壤酶的参与下进行的，根据土壤酶活性的高低可了解土壤生物活性和生化反应的程度。有机肥配比对土壤酶活性会产生不同的影响。已有大量研究结果表明，施用有机肥可提高土壤中相关酶的活性[16]。脲酶能促进土壤中酰胺肽键的水解，生成植物根系可吸收利用的氨，可用于评价土壤的供氮能力[26]。本研究结果显示，尿素施用比例对脲酶活性有较大影响，4个有机肥部分替代无机肥处理中，随尿素施用配比比例的减少而降低，其原因可能是分解尿素的微生物由于尿素的大量存在而大量繁殖，从而使土壤中脲酶活性升高，本研究5个处理间差异不显著，这与林诚等[17]长期定位试验中秸秆和粪肥可大幅度提高脲酶活性的结论不同，说明可能施用有机肥时间短对脲酶活性的影响不大。各处理间土壤过氧化氢酶活性差异不显著，NPK处理的过氧化氢酶活性最高，与鲁耀雄[18]、邢鹏飞[11]的研究结果不一致，可能与本研究试验期时间短、土壤地理环境不同所致。

大田条件下，施肥能够提高作物果实中养分的含量，不同有机肥与化肥配施与单施化肥施用具有同样的促进效果[19]。本研究结果表明，5个不同比例有机肥替代无机肥处理对果实中量元素养分影响较小，处理之间差异不显著。对于果实氮磷钾养分，除NPK处理外，0.7M处理果实氮磷钾养分最高，说明合理有机肥配比能够提高果实中氮磷钾养分的含量，这与邓少虹[19]的研究结果相似。但本研究中NPK处理的果实氮磷钾养分含量最高，与霍琳等[20]、井大炜[21]的研究结果不同，可能受采果时期的影响，化肥处理对前期果实的养分含量影响大，对后期果实养分的影响小。

因此，有机无机肥配比不仅影响作物果实的养分含量，同时也影响土壤的理化和生物学性质。本研究结果表明，有机肥替代30%无机肥可提高土壤过氧化氢酶、脲酶活性，有机肥替代70%无机肥既能够提高果实养分含量，又能提高土壤肥力，但这不一定是最优替代比例，相关机理分析还需进一步的研究。

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