王亚奇,杜桂英,崔晓文,周 君,肖 伟,束怀瑞,高东升*,李 玲*

1.山东农业大学 园艺科学与工程学院,山东 泰安 271018 2.五莲县农业局,山东 日照 276800

果业是山东省的传统优势产业，对农民增收和农村经济发展具有重要意义，其中，农村劳动力的数量和成本对果业发展具有重要的影响[1]。农资价格上涨和果园用工成本的增加导致苹果园成本逐年提高，其中农资价格上涨占主要原因[2]。劳动力紧缺现象不仅导致了雇工费提高，也限制了果园精细管理并降低果品质量[3]。因此，减少劳动力是果园生产管理中需要解决的最主要问题。

土壤有机质含量和土壤养分是评定土壤肥力的重要指标，土壤有机质含量作为土壤养分的标准，对养分供给和养分流失等方面起重要的作用[4]。在土壤生态系统中，土壤微生物对土壤生物化学性质起着重要作用，是土壤有机质和土壤养分转化的动力，是供给植物吸收利用重要养分的储备库[5]。土壤酶活性是评价土壤肥力和土壤生态环境质量优劣的重要因素之一，其活性既能反映土壤微生物的活性，又能表征土壤养分转化的能力[6]。牛粪是一种很好可再生利用资源，是仅次于猪粪的有机肥资源[7]，不仅可以提高土壤有机质含量和土壤肥力，也可改善土壤结构和微生物生存环境[8]。仝少伟等[9]在研究牛粪对土壤性状及微生物数量影响的研究中发现，施入牛粪后可以提高土壤肥力和增加微生物数量。刘凯等[10]在研究牛粪与玉米秸秆配施对土壤肥力影响的研究中发现，施入牛粪后土壤全氮含量提高了1%左右，但一次性施入牛粪对苹果园土壤肥力及生物活性等相关研究较少。本试验以两年生‘红国光’苹果为研究对象，借助定位试验探讨一次性施入不同用量的牛粪对土壤肥力、土壤酶活性和微生物生物量的影响，旨在为减轻劳动力，以及选择牛粪的施用量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试苹果品种为2年生‘红国光’，砧木为山定子，株行距2 m×4 m，树体生长良好。供试牛粪由山东省五莲县家兴肉牛养殖合作社提供。

1.2 试验方法

试验于2016年4月至2017年11月在五莲县麒麟山生态农业有限公司基地进行。该区属温带大陆季风性气候，年平均气温12.6℃，历年平均降水量767.1 mm。试验地基本理化性质见表1。

试验共设置4个处理：CK：常规施肥（100000 kg/hm2）；T1：200000 kg/hm2；T2：300000 kg/hm2；T3：400000 kg/hm2。小区试验，每小区面积666.6 m2，重复3次，每小区9棵树。施肥方式采用穴施，将肥料一次性均匀施入，混匀后覆土，两年期间不再施任何肥料，试验其他管理按常规进行。

表1 各土层基础土壤养分含量Table1 Basic soil nutrients of different soil layers

1.3 样品采集及测定

2016年至2017年分别在4月6日，5月6日，6月6日，7月6日和8月6日，用土钻取20～40 cm和40～60 cm土层的土样。每株随机取5个点，混合均匀，作为一个重复。取得土壤样品后，一部分过1 mm筛，保存于4℃冰箱，用于土壤微生物测定，另一部分土壤室温下风干，研磨，过0.25 mm筛，用于土壤养分和土壤酶活性测定。

土壤有机质采用水合热重铬酸钾氧化法—比色法；土壤碱解氮采用1 mol/L NaOH碱解—扩散法测定[11,12]；土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗吸光光度法；土壤脲酶活性的测定采用靛酚蓝比色法[13]；土壤磷酸酶活性的测定采用氯代二溴对苯醌亚胺比色法[13]；土壤蔗糖酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸（DNS）比色法[13]；土壤微生物生物量采用平板稀释培养计数法[14]。

1.4 数据统计与结果分析

采用Excel 2003、SPSS 19.0软件进行数据处理及Duncan单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 一次性施入有机肥对土壤有机质含量的影响

土壤有机质是评价土壤肥力的重要指标，不仅直接为作物提供养分，也可改善土壤物理性状[12]。由图1中可以看出，与常规施肥（CK）相比，200000 kg/hm2（T1）；300000 kg/hm2（T2）；400000 kg/hm2（T3）处理的各土层（20～40 cm和40～60 cm土层）土壤有机质含量明显增加，同时，不同时期各土层有机质含量均表现为：T2＞T3＞T1＞CK。在苹果5个生长发育时期，不同土层土壤有机质含量总体变化为先升后降的趋势，5月达到最大值，其中T2处理的20～40 cm、40～60 cm土层有机质含量分别比CK、T1、T3处理高56.82%、22.12%、15%和108.20%、44.32%、29.59%。以上结果说明，一次性施入不同用量有机肥后，可显著增加土壤有机质含量，在一定范围内，土壤有机质含量随着施肥量的增加而增加。

图1 各土层不同处理对土壤有机质含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on soil organic matter in different soil layers

2.2 一次性施入有机肥对土壤速效养分的影响

由图2可知，一次性施入不同用量牛粪后，经过充分矿化，各处理的碱解氮、速效磷和速效钾含量有明显增加趋势。在苹果5个生长发育时期，各土层碱解氮、速效磷和速效钾的含量总变化均表现为先升高后下降的趋势。T2处理的20～40 cm、40～60 cm土层的碱解氮、速效磷和速效钾含量在整个生长发育时期内均达到最大值，其中在6月份达到高峰，分别是CK处理的4.45倍、7.28倍、2.15倍和2.99倍、2.19倍、1.81倍。以上结果表明，土壤速效养分不随牛粪施用量增加而增加。

图2 各土层不同处理对土壤速效养分的影响Fig.2 Effects of different treatments on soil available nutrition in different soil layers

2.3 一次性施入有机肥对土壤酶活性的影响

2.3.1 对土壤脲酶活性 脲酶是土壤中唯一一种可以促进矿质肥料（尿素）转化的关键酶，其活性高低反映土壤供氮能力[15,16]。一次性施入不同用量牛粪处理土壤脲酶活性变化如图3所示，不同处理对各土层脲酶活性的影响具有很强的规律性，施肥后各土层脲酶活性逐渐升高，6月各土层脲酶活性达到最大值，之后不同处理的脲酶活性逐渐降低。在苹果的5个生长发育时期中，与CK相比，各施肥处理均提高了不同土层的脲酶活性，并达到显著水平，其中T2处理效果尤为显著。6月，各处理的20～40 cm土层中脲酶活性达到最高峰，由T2处理的脲酶活性达到最大值，分别比CK、T1、T3处理高42.86%、25%、3.45%，在40～60 cm土层中，T2处理的脲酶活性仍为最大值，分别是CK、T1、T3处理的2倍、1.88倍和1.78倍。

图3 不同处理对土壤脲酶活性的影响Fig.3 Effects of different treatments on soil urease activity

2.3.2 土壤蔗糖酶活性 土壤中蔗糖酶又称为土壤转化酶，主要参与碳水化合物转化，将土壤中的蔗糖水解成葡萄糖和果糖，供植物吸收利用，同时，蔗糖酶还直接参与有机质代谢过程[15-17]。如图4所示，在5个生长发育时期中一次性施入不同用量的牛粪处理的各土层蔗糖酶活性均表现出先升高后降低的趋势，并且以CK处理的土壤蔗糖酶活性最低，各施肥处理均能显著提高土壤蔗糖酶活性，其中T2处理对20～40 cm和40～60 cm土层蔗糖酶活性的效果最为显著，其蔗糖酶活性在7月分别是CK的1.15倍和1.18倍。

图4 不同处理对土壤蔗糖酶活性的影响Fig.4 Effects of different treatments on soil sucrase activity

2.3.3 土壤磷酸酶 磷酸酶活性表示有效磷转化状况，主要通过对有效磷进行活化和固定起作用[18]。通过测定一次性施入不同用量牛粪苹果不同生育时期各土层磷酸酶（图5）可以看出，在苹果的5个生长发育时期中，各土层土壤磷酸酶活性总变化为先升高后下降的趋势，并且与CK相比，各施肥处理的磷酸酶活性均显著提高，其中T2处理效果最为显著，7月不同处理的各土层磷酸酶活性达到最大值，分别比CK高54.84%、86.95%、64.37%和59.79%、124.53%、81.03%。从图5中也可以发现，在各个时期20～40 cm土层的磷酸酶活性高于40～60 cm土层的磷酸酶活性，说明随着土层深度增加，土壤磷酸酶活性逐渐减少。

图5 不同处理对土壤磷酸酶活性的影响Fig.5 Effects of different treatments on phosphatase activity

2.4 一次性施入有机肥对土壤微生物的影响

土壤微生物是评价土壤肥力的重要指标之一，可直接参与土壤碳、氮循环和无机元素转化等过程，其数量和种类是评价土壤肥力的重要指标[19]。从图6中可知，在苹果5个生长发育时期中，与CK相比，一次性施入不同用量牛粪处理的各土层细菌和放线菌的数量均显著增加，并且不同处理的细菌和放线菌数量均呈先上升后下降的趋势。在不同生长发育时期中，T2处理对提高各土层细菌和放线菌数量的效果最为显著，其中在7月各土层细菌和放线菌数量达到最大值，分别是CK的2.18倍、2.33倍和2.14倍、3.16倍。在各个生长发育时期中，一次性施入不同用量的牛粪处理的各土层真菌数量明显降低，其中以T2处理的真菌数量降低效果最为显著。综上分析，T2处理在生长期内可以提高土壤细菌和放线菌数量，抑制真菌数量的增长。

图6 不同处理对土壤微生物的影响Fig.6 Effects of different treatments on soil microorganisms

3 讨论

土壤有机质是土壤固相的重要组成部分，也是植物养分和土壤微生物生命活动的重要来源，作为评价土壤肥力的重要指标之一，土壤养分也直接影响土壤肥力的高低，与土壤有机质有密切的联系[20]。王楚堃等在研究纤维素降解剂对桃园土壤养分的影响中发现在果园施牛粪可提高土壤中碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量，改善土壤生物生存环境[20]。木合塔尔·扎热等[21]在研究有机肥与化肥不同配施对土壤养分影响中发现，在一定范围内，土壤中碱解氮、速效磷和速效钾含量随有机肥施入量的增加而而增加。本研究也表明一次性施入不同用量牛粪处理20～40 cm和40～60 cm土层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量均显著增加，说明牛粪施入土壤后，促使土壤酶活性增加以及土壤微生物的活动，促进土壤原有有机质和养分矿化分解。此外，一次性施入不同用量的牛粪处理，以T2处理的不同土层土壤有机质、土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量效果更好，说明在一定程度上，随着施肥量的增加，土壤肥力也随之增加，与高纪超[22]研究结果一致。

土壤酶在土壤有机质分解和养分循环过程起着重要作用，其中作物从土壤中吸收养分不仅取决于潜在养分的有效化，还取决于土壤胶体吸收离子的有效程度，这两方面均与土壤酶的活性有密切的关系[23]，此外，土壤酶是一系列植物、动物和微生物的分泌物。本文详细分析了一次性施入不同用量牛粪之后，两年不再施其它肥料对土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性的影响中，发现牛粪施入土壤后，不同土层的脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性显著高于常规施肥处理，可能与牛粪中含有大量有机物质，为酶促反应提供了大量底物或其它类似物，促使土壤微生物酶的分泌，同时，土壤中酶活性影响土壤中大分子有机化合物的降解，当土壤酶活性高时，促使大分子有机化合物降解成一系列小分子化合物，为土壤微生物创造良好的生存环境，从而促使土壤酶活性的增加[25]。同时本研究发现，不同土层脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性并不随施肥量的增加而增加，由此可见，适量使用牛粪对土壤酶活性有促进作用，而过量使用则造成适得其反的效果，其中以T2处理的不同土层土壤脲酶活性效果更为显著。

土壤微生物通过分解动物、植物残体，直接参与土壤养分循环和转化过程，是土壤结构改善和土壤肥力提高的重要影响因素，同时，土壤微生物的分泌物是土壤酶重要来源[18,24]。本研究结果表明，牛粪可以促进不同层土壤细菌和放线菌的生长，降低了土壤中真菌数量，可见牛粪对土壤微生物活性有显著效果，同时本研究发现，以T2处理的细菌和放线菌的数量最多，真菌数量最少，其次是T3，最后是T1，这可能与以下原因有关：有机肥中本身携带一些微生物，受外界环境的影响比较大，当土壤和大气的温度和水分适宜土壤微生物活动时，可促进土壤中有益微生物的增加，抑制有害微生物增长[26-28]。此外，当牛粪施入土壤后，提高了土壤肥力，增加了土壤酶的活性，促使氮、糖类、可溶性有机碳等小分子化合物产生，为微生物发育提供载体，促使土壤微生物更加旺盛的活动[22]，这与王海斌等[29]人研究结果一致。

4 结论

本研究发现，一次性施入不同用量的牛粪处理能够减轻果农的劳动强度，同时能够提高不同土层有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量，其中T2处理优于其它施肥处理。一次性施入不同用量的牛粪处理的土壤酶活性、细菌、放线菌数量明显增加，以T2处理的增幅较大，并且不同土层土壤真菌降低率表现为：T2＞T3＞T1＞CK。

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