坡耕地不同保護(hù)性耕作措施對土壤酶活性的影響

鄭秋穎，周連仁*，趙 紅

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

黑土是最肥沃的土壤之一，然而連年過度開墾、耕地保護(hù)不利和不合理的利用方式已導(dǎo)致黑土層變薄、有機(jī)質(zhì)下降等退化現(xiàn)象[1－2]，而坡耕地的黑土層變薄情況尤為嚴(yán)重。土壤酶不僅是土壤代謝的動力，也是土壤生物活性和土壤肥力的重要指標(biāo)，由于土壤酶活性敏感且易于測定性質(zhì)，它一直用來表征農(nóng)業(yè)措施對土壤影響的早期特征[3－5]。目前國內(nèi)外對土壤酶性質(zhì)及利用的研究很多[6－7]，我國主要結(jié)合不同耕作方式及不同施肥方式對土壤酶活性進(jìn)行了研究[8－12]，而探討不同保護(hù)性耕作方式下土壤酶活性變化的研究甚少，尤其對漫川漫崗地呈坡向分布黑土的土壤酶活性研究更為少見。因此，本試驗以長期坡耕地保護(hù)性耕作定位試驗為研究基礎(chǔ)，分析坡耕地幾種典型保護(hù)性耕作方式對大豆不同生理期土壤酶活性的影響。以期通過本次研究為坡耕地黑土提供參考數(shù)據(jù)，探求一種能夠增加坡耕地肥力的保護(hù)性耕作方式。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況與供施土壤

坡地保護(hù)性耕作試驗設(shè)于黑龍江省海倫市光榮村，126°58'E，47°28'N，海拔200 m，坡耕地的坡度為15°。試驗地所在區(qū)域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣侯，年均降雨量550 mm，88%集中在5～9月份，長年平均氣溫為1.5℃，無霜期為120 d，常年種植制度為大豆單種。供試土壤為中層黑土，土壤基礎(chǔ)肥力為：有機(jī)質(zhì)47.61 g·kg－1，全氮 1.29 g·kg－1，堿解氮 111 mg·kg－1，速效磷30 mg·kg－1，速效鉀341 mg·kg－1，pH 6.53。

1.2 試驗設(shè)計

2002年4月開始于海倫市光榮村進(jìn)行坡地保護(hù)性耕作試驗，共設(shè)免耕、少耕、橫坡壟、壟向區(qū)田和常規(guī)翻耕五個耕作處理，如表1所示，免耕、少耕及坡耕地橫坡壟、壟向區(qū)田4種耕作方式結(jié)合秸稈還田均可視為保護(hù)性耕作。每個耕作處理進(jìn)行3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積56 m2，小區(qū)之間設(shè)0.5 m寬保護(hù)行。分別于2008年苗期（6月3日）、初花期（7月15日）、鼓粒期（8月27日）和成熟期（9月25日）隨機(jī)采取表層（0～20 cm）土樣，每次取的土樣不少于500 g。各處理施肥量相等，施N：160 kg·hm2；施 P2O5：75 kg·hm2；施K2O：60 kg·hm2，秸稈還田量均為7 500 kg·hm2。除尿素外的其他肥料均作為基肥在播種時一次性施入，基施N肥96 kg·hm2，鼓粒期追N肥64 kg·hm2，并結(jié)合化學(xué)除草劑施用。

表1 具體試驗處理方案Table 1 Details of the experiment treatments

1.3 測定項目與方法

將取回的土樣置于避光風(fēng)干室風(fēng)干，風(fēng)干后的土樣過20目篩子，進(jìn)行過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶三種土壤酶活性的測定。過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法[13]，脲酶采用靛酚藍(lán)比色法[14]，蔗糖酶采用3，5－二硝基水楊酸比色法[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有圖表的處理均采用Excel 2003軟件；大豆不同生理期及不同保護(hù)性耕作處理下各種酶的活性差異分析采用SPSS16.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡耕地保護(hù)性耕作措施對土壤過氧化氫酶活性影響

過氧化氫酶廣泛存在于土壤中和生物體內(nèi)，能分解生物呼吸和有機(jī)物生化反應(yīng)產(chǎn)生的過氧化氫，解除其對活細(xì)胞的毒害，土壤中過氧化氫酶的活性可以用來表征土壤有機(jī)質(zhì)的氧化強(qiáng)度及腐殖化程度[16]，間接反映土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定程度。

不同坡耕地保護(hù)性耕作方式對土壤過氧化氫酶活性有顯著影響（見圖1）。其中，免耕、少耕、橫坡壟和壟向區(qū)田4種耕作處理的土壤過氧化氫酶活性顯著高于常規(guī)翻耕處理1.70%～34.21%，免耕、少耕、橫坡壟及壟向區(qū)田4種坡耕地保護(hù)性耕作方式下的過氧化氫酶活性無顯著性差異。大豆全生育時期過氧化氫酶活性的變化為先升高后降低的單峰曲線，鼓粒期的過氧化氫酶活性高于初花期2.99%～13.33%，顯著高于苗期及成熟期37.25%～70.00%，初花期的過氧化氫酶活性高于苗期及成熟期32.65%～58.14%。

圖1 不同坡地保護(hù)性耕作措施對土壤過氧化氫酶活性的影響Fig.1 Effect of different conservational tillage measurement of sloping land on soil catalase activity

2.2 不同坡耕地保護(hù)性耕作措施對土壤脲酶活性影響

脲酶是對土壤中尿素的分解和轉(zhuǎn)化有直接重大作用的酶，可以用于表示土壤的氮素供應(yīng)狀況[17]。不同坡耕地保護(hù)性耕作方式對土壤脲酶活性有顯著影響（見圖2）。

圖2 不同坡地保護(hù)性耕作措施對土壤脲酶活性的影響Fig.2 Effect of different conservational tillage measurement of sloping land on soil urease activity

免耕和少耕處理的脲酶活性顯著高于橫坡壟和壟向區(qū)田處理4.81%～51.57%，顯著高于常規(guī)翻耕19.14%～67.94%，橫坡壟和壟向區(qū)田處理的脲酶活性顯著高于常規(guī)翻耕8.97%～36.00%，免耕和少耕處理的脲酶活性之間及橫坡壟和壟向區(qū)田處理的脲酶活性之間均沒有顯著性差異。大豆不同生育期的土壤脲酶活性顯示出先高后低的單峰趨勢，脲酶活性為鼓粒期＞初花期＞苗期≈成熟期，鼓粒期與苗期和成熟期的脲酶活性在5%水平上呈現(xiàn)出顯著性差異。

2.3 不同耕作措施對土壤蔗糖酶活性影響

蔗糖酶是參與土壤有機(jī)碳循環(huán)的酶，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一，一般情況下，肥力較好有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤，蔗糖酶活性也較高。

圖3 不同坡耕地保護(hù)性耕作措施對土壤蔗糖酶活性的影響Fig.3 Effect of different conservational tillage measurement of sloping land on soil sucrose activity

由圖3可知，不同耕作處理及不同大豆生理期的蔗糖酶活性均表現(xiàn)出顯著差異。免耕和少耕的處理的蔗糖酶活性高于橫坡壟和壟向區(qū)田處理5.56%～19.56%，顯著高于常規(guī)翻耕16.25%～32.31%，橫坡壟和壟向區(qū)田處理的蔗糖酶活性高于常規(guī)翻耕10.00%～18.46%。大豆不同生育期的土壤蔗糖酶活性與過氧化氫酶及脲酶一樣，均顯示出先高后低的單峰趨勢，鼓粒期的蔗糖酶活性達(dá)到最高。

3 討論

過氧化氫酶是由土壤中的細(xì)菌、真菌和植物根部分泌。免耕和少耕減少對土壤的擾動，促進(jìn)土壤有機(jī)碳含量增加[18]，增加土壤表層（0～20 cm）植物根系含量[19]，使植物根系活動旺盛，根系分泌物增加，過氧化氫酶的活性增強(qiáng)。橫坡壟和壟向區(qū)田可對土壤及秸稈進(jìn)行攔截，防治土壤有機(jī)質(zhì)及秸稈的縱向流失，有效地保存土壤中有機(jī)物含量，加大土壤微生物對有機(jī)質(zhì)的分解作用，土壤過氧化氫酶的活性增強(qiáng)，所以免耕、少耕、橫坡壟及壟向區(qū)田四種坡耕地保護(hù)性耕作處理相對于常規(guī)翻耕均可增強(qiáng)過氧化氫酶的活性。據(jù)張星杰等對玉米不同生育期土壤細(xì)菌及真菌數(shù)量的研究表明，植物從出苗期到成熟期的細(xì)菌及真菌的數(shù)量呈單峰曲線，這也表明土壤微生物對有機(jī)物的分解在花期至鼓粒期最為旺盛，過氧化氫酶在此階段的活性最強(qiáng)。

土壤脲酶和蔗糖酶都是土壤中主要的水解酶類，脲酶活性主要受土壤溫度和氮源影響，蔗糖酶主要受土壤微生物活動的影響，并與土壤中易溶性養(yǎng)分呈正相關(guān)關(guān)系。免耕和少耕處理的脲酶活性顯著高于其他耕作處理是因為免耕和少耕相對于傳統(tǒng)翻耕增加了土壤溫度，利于土壤脲酶的活化。大豆苗期到鼓粒期的脲酶活性逐漸增高主要由于：①外界氣溫的升高；②鼓粒前期追施了氮肥，李華等的研究表明追施氮肥后[17]，土壤中氮素含量增加，促進(jìn)了土壤微生物的繁殖，增加了土壤脲酶活性；③大豆從初花期到鼓粒期根瘤固氮能力增強(qiáng)，脲酶活性也呈現(xiàn)增加趨勢。三種因子的共同影響使脲酶活性在大豆鼓粒期達(dá)到最大值。而大豆成熟后，土壤中施入的有效氮源已耗盡，大豆根瘤固氮能力已消失，脲酶活性大幅降低。免耕和少耕下土壤脲酶及蔗糖酶活性的增加說明了免耕和少耕加速了土壤碳氮的轉(zhuǎn)化，使土壤營養(yǎng)成分表現(xiàn)出活躍的狀態(tài)。

4 結(jié)論

a.免耕、少耕、橫坡壟及壟向區(qū)田的過氧化氫酶活性高于常規(guī)翻耕1.70%～34.21%，土壤過氧化氫酶于大豆鼓粒期達(dá)到最高活性；

b.免耕和少耕處理的脲酶活性及蔗糖酶活性高于其他耕作處理4.81%～67.94%，土壤脲酶及蔗糖酶于大豆鼓粒期達(dá)到最高活性；

c.免耕和少耕處理能有效地培育坡耕地的土壤養(yǎng)分活度，是適于黑土坡耕地的保護(hù)性耕作方式。

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