深耕和秸稈還田對(duì)土壤酶活性的影響

冀保毅，趙亞麗，穆心愿，陳海雁，李潮海*（1.信陽農(nóng)林學(xué)院，河南　信陽　464000；2.豫南植物有害生物綠色防控院士工作站，河南　信陽　464000；.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南　鄭州　450002）

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深耕和秸稈還田對(duì)土壤酶活性的影響

冀保毅1，2，趙亞麗3，穆心愿3，陳海雁1，2，李潮海3*
（1.信陽農(nóng)林學(xué)院，河南信陽464000；2.豫南植物有害生物綠色防控院士工作站，河南信陽464000；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州450002）

摘要：明確深耕和秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤酶活性的影響，可為改進(jìn)耕作和秸稈還田技術(shù)提供參考依據(jù)。通過2 a田間定位試驗(yàn)，比較了常規(guī)耕作+秸稈還田、深耕+秸稈還田、深耕+秸稈不還田3種耕作方式對(duì)土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性的影響。結(jié)果表明：深耕主要提高耕層下部土層土壤酶活性，深耕后土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別提高了33.03%、4.01%、7.39%和5.43%；秸稈還田提高土壤水解酶的活性，秸稈還田后土壤磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分別提高了8.21%、12.68%和4.23%。深耕和秸稈還田均能夠提高耕層土壤水解酶活性，該效應(yīng)受土壤質(zhì)地和年份影響明顯。

關(guān)鍵詞：深耕；秸稈還田；土壤酶活性

土壤是農(nóng)作物賴以生長(zhǎng)的基礎(chǔ)。旋耕技術(shù)由于成本低廉，近年來在我國(guó)黃淮海地區(qū)得到了大面積推廣應(yīng)用，逐漸取代翻耕技術(shù)。但是，長(zhǎng)期旋耕會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田耕層變淺、犁底層上移和土壤緊實(shí)等，最終導(dǎo)致作物對(duì)肥料利用效率降低、抗逆能力下降等。為此，部分農(nóng)民采取深耕+秸稈還田技術(shù)來緩解農(nóng)田土壤“緊、實(shí)、少”的問題，并取得了一定效果。但是，深耕+秸稈還田技術(shù)對(duì)農(nóng)田土壤的影響機(jī)制并不清楚。闡明深耕和秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤酶活性的影響，能夠?yàn)檫M(jìn)一步改進(jìn)深耕和秸稈還田技術(shù)提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

土壤酶參與所有在土壤中發(fā)生的生化反應(yīng)，影響土壤的生產(chǎn)能力[1]，是影響土壤肥力的主要因素。研究表明，土壤酶對(duì)不同耕作和作物殘茬管理措施的反應(yīng)比較敏感[2]，受耕作影響明顯[3]。耕作通過改變土壤物理性狀對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生影響[4]，其中深耕能夠提高農(nóng)田土壤酶活性[5]。還田的秸稈為土壤酶提供了大量的作用底物[6，7]，并且土壤酶活性的變化與秸稈在耕層土壤中的分布[8]和還田秸稈數(shù)量有關(guān)[9]。深耕能夠增加耕層土壤深度和秸稈在土壤中的分布范圍，但是該技術(shù)對(duì)耕層土壤酶活性的影響我們還知之甚少。通過在鶴壁和漯河2種不同質(zhì)地的土壤上，比較常規(guī)耕作+秸稈還田、深耕+秸稈還田、深耕+秸稈不還田3種耕作方式的土壤酶活性差異，確定深耕和秸稈還田對(duì)土壤酶活性的影響，以便改進(jìn)耕作和秸稈還田技術(shù)，可為提升黃淮海地區(qū)糧食單產(chǎn)水平、保障國(guó)家糧食安全提供理論和技術(shù)支持。

1　材料與方法

試驗(yàn)于2009～2011年在鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田同時(shí)進(jìn)行，其中，鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田（北緯35毅41憶，東經(jīng)114毅33憶）位于河南省北部，屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.7℃，全年無霜期平均221 d，年平均日照時(shí)數(shù)2311h，年平均降水量635.9 mm，土壤質(zhì)地為壤土〔m（砂粒）∶m（粉粒）∶m（粘粒）=31∶47∶22〕；漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田（北緯33毅36憶，東經(jīng)113毅59憶）位于河南省中南部，屬暖濕性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.7℃，全年無霜期平均220 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 350 h，年平均降水量786 mm，土壤質(zhì)地為粘土〔m（砂粒）∶m（粉粒）∶m（粘粒）=12∶41∶47〕。試驗(yàn)前，2塊試驗(yàn)地0～40 cm土層土壤的物理性質(zhì)和基礎(chǔ)肥力不盡相同（表1）。

2010年和2011年夏玉米均采用免耕方式播種，收獲后進(jìn)行耕作處理，然后播種冬小麥。試驗(yàn)設(shè)常規(guī)耕作+秸稈還田（CT）、深耕+秸稈還田（DT）、深耕+秸稈不還田（DNT）3個(gè)處理。小區(qū)面積6 m×60 m，3次重復(fù)。其中，深耕處理的耕作深度為30 cm，常規(guī)耕作處理的耕作深度為20 cm；秸稈還田處理的夏玉米秸稈被秸稈粉碎機(jī)切碎后在冬小麥播種前結(jié)合耕作全部混入耕層土壤、冬小麥秸稈被切碎后在夏玉米播種前全部覆蓋還田，秸稈不還田處理的夏玉米秸稈和冬小麥秸稈均全部移出試驗(yàn)田。

漯河市、鶴壁市試驗(yàn)田參試作物品種均為當(dāng)?shù)刂髟云贩N，其中，玉米品種分別為鄭單958和浚單20，種植密度均為67 500株/hm2；小麥品種分別為溫麥6號(hào)和漯麥4號(hào)，種植密度均為675萬穗/hm2。兩地所有處理的施肥量和施肥方法均相同：玉米季施N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 225 kg/hm2，小麥季施N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2；氮肥施用采用氮肥后移技術(shù)（基肥、追肥分別占總施氮量的60%和40%），磷肥和鉀肥全部作為基肥一次性施入。其他管理措施同當(dāng)?shù)匾话闵a(chǎn)田。

2a均于夏玉米吐絲期，每小區(qū)選取3點(diǎn)，利用土鉆分別采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土層的土壤樣品，自然風(fēng)干后過20目篩，用于土壤酶活性和土壤含水量的測(cè)定。其中，脲酶活性測(cè)定采用靛酚比色法；蔗糖酶（轉(zhuǎn)化酶）活性測(cè)定采用硫代硫酸鈉滴定法；過氧化氫酶活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法；磷酸酶（中性）活性測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法[11]；土壤含水量測(cè)定采用烘干稱重法[12]。

試驗(yàn)前基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量測(cè)定方法。有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用外加熱重鉻酸鉀氧化法；有機(jī)氮含量測(cè)定采用凱氏定氮消煮法；有效磷含量測(cè)定采用鉬銻抗比色法；速效鉀含量測(cè)定采用火焰光度計(jì)法[13]。容重和孔隙度測(cè)定采用環(huán)刀法[12]。

利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和顯著性差異分析，置信水平為α=0.05。

表1　試驗(yàn)田0～40 cm土層土壤的理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量Table 1 The physical and chemical properties and nutrient contents of soil at 0-40 cm depth of experimental field

2　結(jié)果與分析

2.1年份、土壤類型、耕作方式和土層深度對(duì)土壤酶活性的影響

將兩地2 a的指標(biāo)數(shù)據(jù)平均后進(jìn)行不同因素下土壤酶活性的差異顯著性比較，結(jié)果（表2）顯示，不同年份、土壤類型、耕作方式和土層深度間4種土壤酶的活性均存在顯著差異。其中，2011年土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別較2010年降低了7.43%、16.20%、16.97%和31.06%；粘土的過氧化氫酶活性較壤土提高了9.23%，而脲酶和蔗糖酶活性分別較壤土降低了8.83%和10.31%；深耕處理的土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別較常規(guī)耕作處理提高了33.03%、4.01%、7.39%和5.43%；秸稈還田處理的土壤磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分別較秸稈不還田處理提高了8.21%、12.68%和4.23%，而過氧化氫酶活性較秸稈不還田處理降低了4.90%；在0～40 cm土層范圍內(nèi)，土壤磷酸酶和蔗糖酶活性均隨土層深度的增加而降低，其中，0～10 cm土層的土壤磷酸酶活性分別較10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土層高20.4%、34.8%和99.4%，0～10 cm土層的土壤蔗糖酶活性分別較10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土層高0.9%、76.9%和163.4%，而土壤過氧化氫酶和脲酶活性隨土層深度增加變化規(guī)律不明顯。

表2　不同年份、土壤類型、耕作方式和土層深度之間4種土壤酶活性的比較Table 2 The activity of soil enzymes affected by year，soil textures，tillage system and soil depth

表3　深耕和秸稈還田對(duì)土壤磷酸酶活性的影響　〔mg/（g·h）〕Table 3 Effects of deep tillage and straw returning on soil phosphatase activity

2.2深耕和秸稈還田對(duì)土壤磷酸酶活性的影響

DT處理的各土層土壤磷酸酶活性均躍CT處理（表3），表明深耕能夠提高0～40 cm土層的土壤磷酸酶活性。其中，壤土0～10 cm、10～20 cm和30～40 cm土層的土壤磷酸酶活性與CT處理差異達(dá)到了顯著水平，2010年分別提高了16.71%、35.00%和68.66%，2011年分別提高了16.67%、34.92%和70.53%；粘土0～10cm、10～20cm、20～30cm和30～40cm土層的土壤磷酸酶活性與CT處理差異均達(dá)到了顯著水平，2010年分別提高了50.00%、42.27%、39.43%和30.61%，2011年分別提高了50.44%、42.33%、38.99%和30.95%。

DT處理的土壤磷酸酶活性除壤土0～10 cm土層和粘土20～30 cm土層顯著躍DNT處理外，其他土層與DNT處理差異均不顯著，表明秸稈還田能夠顯著提高壤土0～10 cm土層和粘土20～30 cm土層的土壤磷酸酶活性。其中，壤土0～10 cm土層的土壤磷酸酶活性2010年和2011年分別提高了23.24%和23.67%，粘土20～30 cm土層的土壤磷酸酶活性2010年和2011年分別提高了28.46%和27.12%。

2.3深耕和秸稈還田對(duì)土壤脲酶活性的影響

DT處理的土壤脲酶活性除壤土0～10 cm和30～40 cm土層以及粘土20～30 cm土層顯著基本躍CT處理外，其他土層與CT處理差異均不顯著（表4），表明深耕能夠提高壤土0～10 cm和30～40 cm土層以及粘土20～30 cm，土層的土壤脲酶活性。其中，壤土0～10 cm和30～40 cm土層的土壤脲酶活性2010年分別提高了10.03%和8.54%，2011年分別提高了10.22%和8.63%；粘土20～30 cm土層的土壤脲酶活性2010年和2011年分別提高了14.11%和13.91%。

DT處理的各土層土壤脲酶活性均躍DNT處理，表明秸稈還田能夠提高0～40 cm土層的土壤脲酶活性。其中，壤土0～10 cm、20～30 cm和30～40 cm土層的土壤脲酶活性與DNT處理差異達(dá)到了顯著水平，2010年分別提高了11.38%、17.57%和26.24%，2011年分別提高了11.43%、17.24%和26.35%；粘土20～30 cm和30～40 cm土層的土壤脲酶活性與DNT處理差異達(dá)到了顯著水平，2010年分別提高了15.19%和16.53%，2011年分別提高了15.22%和16.67%。

表4　深耕和秸稈還田對(duì)土壤脲酶活性的影響　〔mg/（g·h）〕Table 4 Effects of deep tillage and straw returning on soil urease activity

2.4深耕和秸稈還田對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響

DT處理除壤土0～10 cm土層以及粘土0～10 cm和10～20 cm土層的土壤蔗糖酶活性約CT處理外，其他土層的土壤蔗糖酶活性均躍CT處理（表5），表明深耕能夠提高壤土10～40 cm土層和粘土20～40 cm土層的土壤蔗糖酶活性。其中，壤土20～30 cm土層的土壤蔗糖酶活性與CT處理差異達(dá)到了顯水平，2010年和2011年分別提高了37.52%和37.46%；粘土20～30 cm 和30～40 cm土層的土壤蔗糖酶活性與CT處理差異達(dá)到了顯著水平，2010年分別提高了20.19%和31.60%，2011年分別提高了20.15%和31.67%。

DT處理的壤土0～10 cm和10～20 cm土層的土壤蔗糖酶活性均約DNT處理，20～30 cm和30～40 cm土層的土壤蔗糖酶活性均躍DNT處理；粘土除30～40 cm土層的土壤蔗糖酶活性約DNT處理外，其他土層的土壤蔗糖酶活性均躍DNT處理。其中，20～30 cm土層的土壤蔗糖酶活性與DNT處理差異達(dá)到了顯著水平，表明秸稈還田能夠顯著提高20～30 cm土層的土壤蔗糖酶活性。其中，壤土20～30 cm土層的土壤蔗糖酶活性2010年和2011年分別提高了36.69%和36.75%；粘土20～30 cm土層的土壤蔗糖酶活性2010年和2011年分別提高了14.33%和14.28%。

2.5深耕和秸稈還田對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響

DT處理的各土層土壤過氧化氫酶活性均躍CT處理，且除粘土10～20 cm土層的土壤過氧化氫酶活性與CT處理差異顯著外，其他土層與CT處理差異均不顯著（表6）。表明深耕能夠提高0～40 cm土層的土壤過氧化氫酶活性，但僅對(duì)粘土10～20 cm土層效果明顯。粘土10～20 cm土層的土壤過氧化氫酶活性2010年和2011年分別提高了8.97%和9.62%。

表5　深耕和秸稈還田對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響　〔mg/（g·h）〕Table 5 Effects of deep tillage and straw returning on soil saccharase activity

表6　深耕和秸稈還田對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響　〔mL/（g·h）〕Table 6 Effects of deep tillage and straw returning on soil catalase activity

DT處理的各土層土壤過氧化氫酶活性均約DNT處理，其中僅壤土10～20 cm土層的酶活性差異達(dá)到了顯著水平，表明秸稈還田能夠降低0～40 cm土層的土壤過氧化氫酶活性，但僅對(duì)壤土10～20 cm土層效果明顯。2010年和2011年DT處理的壤土10～20 cm土層的土壤過氧化氫酶活性分別較DNT處理降低了9.76%和9.40%。而在粘土上，秸稈還田并沒有對(duì)各土層中土壤過氧化氫酶的活性產(chǎn)生顯著影響。

3　結(jié)論與討論

土壤酶活性與耕作和秸稈還田等農(nóng)業(yè)措施存在顯著的相關(guān)性，也是評(píng)價(jià)土壤肥力的主要指標(biāo)[14，15]。本研究結(jié)果表明，深耕和秸稈還田均能夠影響土壤酶活性，但效果受土壤質(zhì)地、年份和土層深度影響明顯。該結(jié)果與前人的研究結(jié)果相一致。前人研究表明，深耕主要降低耕層下部土壤的容重、提高土壤的孔隙度，增加粒徑躍0.25 mm的土壤團(tuán)聚體數(shù)量和作物根系的數(shù)量[16，17]。耕層土壤物理性狀變化引起土壤中生化反應(yīng)進(jìn)程發(fā)生改變[18]，從而引起耕層土壤酶的活性發(fā)生變化。土壤酶主要來源于土壤微生物、植物根系和土壤動(dòng)物[19]。秸稈本身存在大量微生物[20]，秸稈也能夠?yàn)橥寥牢⑸锏姆敝澈蜕L(zhǎng)提供原料。秸稈還田后土壤中較多的微生物數(shù)量能夠帶來較高的土壤酶活性。深耕和秸稈還田對(duì)土壤酶活性的效應(yīng)受土壤質(zhì)地影響較大，是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)措施對(duì)不同質(zhì)地土壤的改變程度不同[18]。

深耕能夠提高耕層土壤中磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性，其中20～30 cm土層土壤酶活性增幅較大。2 a兩地?cái)?shù)據(jù)平均后結(jié)果表明，與CT處理相比，DT處理的土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別提高了33.03%、4.01%、7.39%和5.43%。秸稈還田能提高整個(gè)耕層土壤中磷酸酶、脲酶和蔗糖酶的活性。2 a兩地?cái)?shù)據(jù)平均后結(jié)果表明，與DT處理相比，DNT處理的土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶分別提高了8.21%、12.68%和4.23%。深耕和秸稈還田對(duì)土壤酶活性的效應(yīng)受年份、土壤質(zhì)地和土層深度影響顯著。

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Effects of Deep Tillage and Straw Retained on the Activity of Soil Enzymes

JI Bao-yi1，2，ZHAO Ya-li3，MU Xin-yuan3，CHEN Hai-yan1，2，LI Chao-hai3*
（1.Xinyang College of Agriculture and Forestry，Xinyang 464000，China；2.He'nan Academician Workstation for Pest Green Prevention and Control for Plants in Southen He'nan，Xinyang 464000，China；3.Agronomy College，He憶nan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China）

Abstract：Influences of deep tillage and straw retained on soil enzymes activity were studied to provide references for improve the technology of tillage and straw retained. A two years field experiment was conducted to investigate the effects of different soil tillage（conventional tillage and straw retained treatment，CT，deep tillage and straw retained，DT，deep tillage and no straw retained treatment，DNT）on enzyme activities in soil. The results showed that deep tillage mainly increased enzyme activity of deeper soil. In contrasting with that of soil by CT，the activity of phosphatase，urease，sucrase and catalase increased by DT increased 33.03%，4.01%，7.39% and 5.43%. Straw retained mainly increased hydrolytic enzyme activity. In contrasting with that of soil by DNT，the activity of phosphatase，urease and sucrase increased by DT increased 8.21%，12.68% and 4.23%. Deep tillage and straw retained both increased the activity of enzyme. This effect was affected by the texture of soil，years and depth of soil.

Key words：Deep tillage；Straw retained；Activity of soil enzymes

中圖分類號(hào)：S152.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-1631（2016）01-0046-06

收稿日期：2015-05-24

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（nycytx-02-17）；河南省重大公益科研項(xiàng)目（091100910100）

作者簡(jiǎn)介：冀保毅（1979-），男，河南鄧州人，講師，博士，主要從事作物栽培研究。E-mail：lufei10101010@126.com。

通訊作者：李潮海（1956-），男，河南鞏義人，教授，博士，主要從事作物生理生態(tài)方面的研究。E-mail：lichaohai2005@163. com。