不同施磷處理對新疆羊草地土壤理化性質(zhì)的影響

俞浩楠，胡雨彤*，楊 川，仇春辰，張少民

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆土壤與植物生態(tài)過程重點實驗室，新疆烏魯木齊 830052）

羊草[Leymuschinensis(Trin.) Tzvel.]為禾本科賴草屬草本植物，其葉片中蛋白質(zhì)含量較高，且適口性好、再生能力強，是一種高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的牧草資源[1-2]。磷元素在羊草生長發(fā)育中具有重要作用，其在滿足羊草對大量元素需求的同時具有其他元素無法替代的作用[3-4]。新疆維吾爾自治區(qū)具有羊草種植、發(fā)展畜牧業(yè)得天獨厚的優(yōu)勢，但由于該地區(qū)土壤類型主要為石灰性土壤，磷素易被固持，有效磷含量明顯低于常規(guī)土壤水平，這不僅造成了磷資源浪費、環(huán)境污染，更限制了羊草的實際生產(chǎn)性能[5-6]。因此，如何提高磷肥利用率，減少化學磷肥用量，成為新疆羊草種植可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要問題。

土壤微環(huán)境包括土壤理化性質(zhì)和酶活性等方面，是影響植物生長的主要因素。有研究表明，土壤酶活性的變化直接或間接影響磷的釋放進程，顯著影響土壤有效磷庫變化[7-8]。前人在不同施磷處理對中藥材防風種植地土壤特性的影響研究中發(fā)現(xiàn)，防風對磷脅迫有一系列響應機制，土壤pH 值、堿解氮和酸性磷酸酶等通過協(xié)同作用保證防風對養(yǎng)分的吸收與利用[9]。此外，有學者研究表明，在土壤pH 值小于8.50時，土壤有效磷含量與羊草磷含量顯著相關，但土壤pH值大于等于8.50時，二者不相關，且在不適宜生長環(huán)境下，羊草的代謝機制受到土壤pH 值的限制[10]。高敬對不同施磷梯度對溫帶草甸草原羊草生物量及磷含量的影響進行研究，發(fā)現(xiàn)添加磷元素會增加羊草地上及地下生物量，葉片通過提高磷的重吸收效率提高羊草對磷素利用效率，但成熟的羊草組織中磷含量與養(yǎng)分重吸收效率呈負相關[11]。目前，關于施磷對羊草生長、生理特性和產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究較多，而施磷對羊草地土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性的影響報道相對較少。

因此，筆者通過探究不同施磷水平對羊草地土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性的影響，明確土壤養(yǎng)分與酶活性之間的內(nèi)在聯(lián)系，為提高磷素利用效率和羊草產(chǎn)量，改善土壤環(huán)境及科學合理施磷提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于新疆農(nóng)業(yè)大學三坪農(nóng)場試驗基地，屬于典型的干旱大陸性氣候區(qū)，光熱資源豐富。供試土壤為未經(jīng)施肥處理的石灰性土壤，耕作層土壤有機質(zhì)含量為8.12 g·kg-1，速效磷含量為11.22 mg·kg-1，堿解氮含量為14.71 mg·kg-1，土壤pH 值為8.2。

1.2 試驗材料

試驗用羊草種子來源于新疆維吾爾自治區(qū)羊草地。試驗用磷肥為磷酸一銨，氮肥為尿素，均購自河南吉鑫化工產(chǎn)品有限公司。

1.3 施肥方案

挑選大小、色澤一致的羊草飽滿種子，于2020 年秋季條播，播種深度為3 cm，行距60 cm。試驗共設計4 個處理：不施磷處理（CK）、施磷70 kg·hm-2（P1）、施 磷140 kg ·hm-2（P2）、施 磷210 kg·hm-2（P3）。各處理氮肥用量相同，均為150 kg·hm-2。每個處理設4 個重復，共計16 個小區(qū)，小區(qū)規(guī)格3.8 m×5.1 m，總面積為19.38 m2，各小區(qū)間隨機排列。由于磷肥中含有氮素，因此在施氮肥時需提前計算磷肥中含氮量，不足的氮肥用尿素補充。

1.4 樣品采集和測定

在羊草拔節(jié)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），每個樣方內(nèi)隨機選出3 個采樣點，并將各采樣點采集的土樣混合均勻，于室內(nèi)進行風干處理，而后測定土壤理化性質(zhì)和酶活性，具體測定方法如下。

將風干土與水按照質(zhì)量比2.5 ∶1.0 的比例稀釋后，用pH 儀測定土壤pH值，用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量，用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量，用容量法測定土壤過氧化氫酶活性，用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定土壤脲酶活性，用磷酸苯二鈉比色法測定土壤堿性磷酸酶活性[12]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 365 進行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 26.0 軟件進行單因素方差分析及相關性分析，選用Duncan 法進行多重比較（顯著性水平為0.05），利用Microsoft Excel 軟件對分析結果進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施磷處理對土壤pH 值的影響

由圖1 可知，在羊草同一生育時期內(nèi)，隨著施磷水平的提高土壤pH 值呈先增加后降低的趨勢，但無顯著差異。在同一施磷水平不同生育時期，土壤pH值變化趨勢一致，拔節(jié)期至抽穗期先增加，在抽穗期時最高，隨后逐漸降低，各處理下土壤pH 值均表現(xiàn)為抽穗期＞拔節(jié)期＞花期＞成熟期。

圖1 不同施磷處理對土壤pH 值的影響

2.2 不同施磷處理對土壤肥力的影響

2.2.1 速效磷含量

在同一生育時期不同施磷水平下，土壤速效磷含量變化不同（見圖2）。在羊草拔節(jié)期，P3處理下土壤有效磷含量顯著高于其他處理。在羊草抽穗期，P2處理土壤有效磷含量顯著高于其他處理。在羊草花期和成熟期，隨著施磷水平的提高，土壤速效磷含量呈逐漸增加的趨勢，且P3處理下含量最高。此外，施磷處理（P1、P2和P3處理）土壤速效磷含量顯著高于不施磷（CK）處理。

圖2 不同施磷處理對土壤速效磷含量的影響

在同一施磷處理下，土壤速效磷含量在不同生育時期存在顯著差異。在CK 處理下，羊草抽穗期土壤速效磷含量（12.85 mg·kg-1）顯著高于其他時期，但其他3 個生育時期間差異不顯著。在P1處理下，羊草花期土壤速效磷含量最高（22.00 mg·kg-1），且顯著高于拔節(jié)期及成熟期。在P2處理下，隨著生育進程的推進，土壤速效磷含量逐漸升高；在羊草成熟期和花期，土壤速效磷含量顯著高于抽穗期和拔節(jié)期。在P3處理下，各生育時期土壤速效磷含量變化與P2處理變化一致。

2.2.2 堿解氮含量

隨著施磷水平的升高，土壤堿解氮含量呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律（見圖3）。在羊草拔節(jié)期，隨著施磷水平的升高，土壤堿解氮含量呈先降低后升高的變化趨勢，且P3處理土壤堿解氮含量顯著高于其他處理，但P1處理與CK 無顯著差異。在羊草抽穗期與花期，隨著施磷量的增加，土壤堿解氮含量呈先升高后降低的變化趨勢，土壤堿解氮含量均在P2處理下最高，且P2處理與CK 差異顯著。在羊草成熟期，P1處理土壤堿解氮含量顯著高于其他處理。同一施磷處理下，土壤堿解氮含量均在成熟期達最大值，不同時期間存在顯著差異。

圖3 不同施磷處理對土壤堿解氮含量的影響

2.3 不同施磷處理對土壤酶活性的影響

2.3.1 過氧化氫酶活性

在羊草各生育時期內(nèi)，不同施磷處理土壤過氧化氫酶的活性變化不一致（見圖4）。在羊草拔節(jié)期、花期和成熟期，土壤過氧化氫酶活性均先隨著施磷量的增加而上升，隨后開始下降，且拔節(jié)期和花期均在P2處理達到最高，分別比CK 顯著提高7.87%和23.61%。

圖4 不同施磷處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

在同一施磷處理下，土壤過氧化氫酶的活性均隨著羊草生育進程的推進呈先上升后下降的趨勢，且在抽穗期顯著高于其他時期。各處理下，不同生育時期土壤過氧化氫酶活性均表現(xiàn)為抽穗期＞花期＞成熟期＞拔節(jié)期。在CK 和P1處理下，各生育時期土壤過氧化氫酶活性差異均達顯著水平；而在P2和P3處理下，抽穗期和花期間差異顯著。

2.3.2 脲酶活性

隨著施磷量的增加，羊草抽穗期及花期土壤脲酶活性先逐漸上升隨后下降，分別在P2、P1處理達到最大值（見圖5）。在羊草拔節(jié)期，各處理土壤脲酶活性差異不顯著。在羊草花期，P1處理土壤脲酶活性顯著高于CK 和P3處理，但與P2處理間差異不顯著。在羊草成熟期，P1處理土壤中脲酶活性最強，P2處理最低，但各處理間無顯著差異。

圖5 不同施磷處理對土壤脲酶活性的影響

在同一施磷水平下，土壤脲酶活性隨著羊草生育進程的推進呈先顯著上升后逐漸下降的趨勢，在花期時活性最強。在CK 處理下，抽穗期土壤脲酶活性顯著低于花期，但與拔節(jié)期和成熟期差異不顯著。在P1、P2和P3處理下，羊草花期和抽穗期土壤脲酶活性顯著高于拔節(jié)期和成熟期。

2.3.3 堿性磷酸酶活性

在羊草各生育時期不同施磷處理下，土壤堿性磷酸酶的活性變化趨勢不同（見圖6）。在羊草拔節(jié)期和抽穗期，P2處理土壤堿性磷酸酶活性均最強。而在羊草花期和成熟期時，P2處理土壤堿性磷酸酶活性均最低，分別比CK 下降了4.72%和3.82%；P3處理堿性磷酸酶活性均最高，分別比CK 顯著提高了3.46%和22.00%；P1處理堿性磷酸酶活性略高于CK，但均未達到顯著差異水平。

圖6 不同磷處理對土壤中堿性磷酸酶活性的影響

在同一施磷處理下，土壤堿性磷酸酶的活性均隨著生育進程期的推進呈顯著上升的趨勢，在羊草成熟期時土壤堿性磷酸酶活性達最大值。在CK 處理下，羊草抽穗期、花期和成熟期土壤堿性磷酸酶活性分別比拔節(jié)期顯著提高了163.71%、296.54%和310.70%，但在羊草花期和成熟期土壤堿性磷酸酶活性差異不顯著。在P1、P2和P3處理下，土壤堿性磷酸酶活性在不同生育時期差異顯著，均表現(xiàn)為成熟期＞花期＞抽穗期＞拔節(jié)期。

2.4 羊草各生育時期施磷水平與土壤肥力間的相關性分析

由表1 可知，除拔節(jié)期外，在羊草各生育時期土壤速效磷含量均與施磷量呈極顯著正相關；而土壤堿解氮含量僅在羊草拔節(jié)期和抽穗期與施磷量呈顯著或極顯著相關；除拔節(jié)期，土壤pH 值與施磷量無顯著相關關系。土壤過氧化氫酶活性、脲酶和堿性磷酸酶活性在羊草各生育時期與施磷量均無顯著相關關系。

表1 羊草各生育時期施磷水平與土壤肥力間的相關性分析

3 討論

土壤pH 值對土壤中養(yǎng)分的利用有很大影響，不同pH 值條件下，土壤養(yǎng)分的利用效率也不同。本試驗發(fā)現(xiàn)在羊草同一生育時期，隨著施磷水平的升高，土壤pH 值呈先增加后降低的趨勢，但均未達到顯著差異水平，這表明在羊草地施磷肥對土壤pH 值影響不大，對土壤養(yǎng)分利用產(chǎn)生的影響較小。在同一施磷水平不同生育時期，各處理間土壤pH 值均隨著生育進程的推進呈先增加后降低的趨勢。這可能是由于前期降水影響相對較小，主要受灌水和氣溫的影響，土壤pH 值有升高的趨勢；但隨著試驗的進行，所施用的肥料磷酸一銨水解后顯酸性，導致土壤pH 值呈現(xiàn)降低的趨勢[13]。

本研究發(fā)現(xiàn)在羊草拔節(jié)期、花期和成熟期，土壤速效磷含量均隨著施磷量的增加而增加，在P3處理達到最大值。這與王海龍等的研究結果相似，與不施磷處理相比，施磷處理顯著提高了土壤速效磷的含量[14]。各處理土壤速效磷含量隨著羊草生育進程的推進呈先增加后降低的趨勢，這是由于羊草在生長過程中不斷吸收磷素，使得土壤有效磷含量逐漸下降，這也說明羊草的栽培過程中需要磷肥的補充。此外，也有研究表明土壤速效磷含量通常取決于土壤中投入的磷肥量，但超出一定范圍后繼續(xù)增施磷肥并不會繼續(xù)提高土壤有效磷含量[15]。在同一生育時期，不同施磷處理土壤堿解氮含量隨施磷量的增加呈先升高后降低的趨勢，在同一磷處理不同生育時期，土壤堿解氮含量均隨著羊草生育進程的推進而提高，在成熟期時達到最大值。這與侯云鵬等對玉米研究的結果一致，說明施加磷肥可增加土壤堿解氮含量[16]；但本試驗中各處理增加量不同，這可能是由土壤酸堿性不同而引起的。

土壤酶活性的高低直接反映了土壤對養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的能力強弱，可以反映土壤的表觀肥力，直接影響土壤環(huán)境中有機磷的分解轉(zhuǎn)化與生物有效性[17]。本研究發(fā)現(xiàn)在羊草拔節(jié)期、花期和成熟期，土壤過氧化氫酶、脲酶和堿性磷酸酶活性均隨著施磷量的增加呈先升高后降低的趨勢。這與陳桂芬等研究結果相似，即肥料的施用為土壤生物活動提供了所需養(yǎng)分，可提高土壤酶的活性[18]。但魏猛等研究發(fā)現(xiàn)，過量的無機磷會抑制過氧化氫酶和堿性磷酸酶的活性[19]。這表明施用適量磷肥對酶活性的提高較有利，但磷肥施用量較低或過高可能會影響土壤酶的活性。在同一施磷處理下，土壤過氧化氫酶、脲酶活性均隨著羊草生育進程的推進呈先上升后下降的趨勢，均在抽穗期時最強。這可能是由于土壤有效磷的不斷增加，過量的無機磷抑制了過氧化氫酶和脲酶的活性[20]。磷酸酶是一種水解酶，能夠通過酶促作用加速土壤中有機磷的脫磷速度，進而促進有效磷在土壤中的積累[21-24]。本試驗中堿性磷酸酶活性隨羊草生育進程的推進而不斷上升，在成熟期時達到最大值。這可能是由于增施磷肥的情況下，土壤有效磷含量隨著時間的推移而不斷增加，進而提高了土壤堿性磷酸酶的活性[25-26]。

4 結論

1）不同施磷量對羊草地土壤速效磷和堿解氮含量，以及土壤過氧化氫酶和脲酶活性均有顯著影響。除羊草抽穗期外，其他各生育期的土壤速效磷含量均在P3處理達到最大值；在羊草抽穗期和成熟期，土壤堿解氮含量均在P2處理達到最大值。土壤過氧化氫酶和脲酶活性總體隨磷肥水平的提高呈先增加后降低的趨勢，過氧化氫酶活性在P2處理下達到最大值（成熟期除外）。2）羊草地土壤各肥力指標和土壤酶活性在不同生育時期均達到極顯著差異水平。在同一施磷處理下，土壤過氧化氫酶和脲酶的活性均隨著羊草生育進程的推進呈先上升后下降的趨勢，均在抽穗期達到最大值；土壤堿性磷酸酶的活性隨羊草生育進程的推進不斷提高。3）土壤速效磷、堿解氮含量和過氧化氫酶、脲酶活性與羊草生育時期和施磷量互作效應顯著。綜合考慮施用成本、土壤肥力提升效應和資源環(huán)境保護等因素，新疆羊草地土壤適宜的施磷量為140 kg·hm-2。