不同覆蓋作物對馬鈴薯冬閑田土壤碳氮含量及酶活性的影響

王雯 張雄 任董董

摘要?[目的]篩選有助于提高馬鈴薯冬閑田土壤碳氮含量及酶活性的適宜覆蓋作物。[方法]在馬鈴薯收獲后設(shè)置裸地（T1）、紫花苜蓿（T2）、草木樨（T3）、冬小麥（T4）、黑麥草（T5）5種覆蓋處理，翌年返青后測定不同處理的土壤碳氮含量及酶活性。[結(jié)果]紫花苜蓿覆蓋下的土壤TOC、DOC、DON、TN含量均高于其他處理，而土壤C/N低于其他處理;其土壤磷酸酶、蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶活性均高于其他處理。[結(jié)論]該研究為提高馬鈴薯冬閑田土壤防風蝕能力提供科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞?覆蓋作物;馬鈴薯冬閑田;碳氮含量;酶活性

中圖分類號?S157.4文獻標識碼 A文章編號?0517-6611（2018）33-0118-03

榆林沙區(qū)地處毛烏素沙漠南段和黃土高原過渡地帶，屬于典型的農(nóng)牧交錯區(qū)，農(nóng)業(yè)水資源短缺且降水分布不均。該地區(qū)冬春季節(jié)降水稀少、蒸發(fā)強烈且風大風多。馬鈴薯是榆林沙區(qū)主要糧食作物，其種植面積占榆林市糧食作物種植面積的1/3。然而，馬鈴薯收獲后大面積的土壤裸露，冬春季節(jié)在風力的強勁作用下，冬閑田土壤風蝕問題日漸嚴重[1]。研究表明，華北地區(qū)，在苜蓿、草木樨等越冬作物覆蓋下，土壤有機碳含量較裸露冬閑田增加10.50%～18.51% [2];在西北風蝕區(qū)種植甘草可減輕土壤的風蝕危害，甘草生長1～4年地表土壤中的有機碳含量比裸地提高近 0.62、1.11、1.34、1.75 倍，地表的全氮含量比裸地提高近148%、110%、76%、38%[3];在隴東地區(qū)，與種植冬小麥相比，種植苜蓿等多年生豆科牧草能顯著增加土壤碳、氮量（P<0.05），且苜蓿覆蓋下的土壤過氧化氫酶、尿酶、磷酸酶活性分別較冬小麥覆蓋提高了0.80%、23.32%、47.61% [4]。在華北平原，豆科毛葉苕子覆蓋下的土壤磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性較冬閑田土壤提高0.31～1.10 mg/g[5]。有關(guān)農(nóng)田土壤風蝕防治研究主要集中在華北、西北等地區(qū)，而陜北沙區(qū)特別是榆林沙區(qū)的相關(guān)研究鮮見報道。鑒于此，筆者以馬鈴薯冬閑田為研究對象，采用裸地、紫花苜蓿、草木樨、冬小麥和黑麥草5種覆蓋處理，分析了不同覆蓋作物對土壤碳氮含量以及土壤酶活性的影響，旨在篩選出有助于提高冬閑田土壤碳氮含量及酶活性的適宜覆蓋作物，以期為提高馬鈴薯冬閑田土壤防風蝕能力提供科學依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況?試驗地設(shè)置于榆林市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)，地處榆林市城北10 km處（109°43E，38°23′N）。

1.2?試驗方法?試驗于2014年8月至2015年4月進行，共設(shè)置裸地（CK）、紫花苜蓿（中苜1號）、草木樨（白花草木樨）、冬小麥（中麥415）、黑麥草（冬牧70）5個處理，每個處理面積600 m2。馬鈴薯收獲后，將紫花苜蓿、草木樨、冬小麥、黑麥草均勻撒播，播種深度為2～3 cm，冬小麥和黑麥草的播種量為375 kg/hm2，草木樨和紫花苜蓿播種量為30 kg/hm2，在整個試驗期間不施肥，不噴施農(nóng)藥。翌年作物返青后（2015年4月中旬），在每塊樣地按“S”形隨機布設(shè)3個4 m2 的樣方采集0～20 cm土樣。

1.3?測定項目與方法

1.3.1?土壤碳、氮含量。土壤總有機碳（TOC）采用重鉻酸鉀油浴外加熱容量法測定;可溶性有機碳（DOC）采用TOC分析儀測定;采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定可溶性總氮（TDN）含量;采用紫外分光光度法測定硝態(tài)氮（NO3--N）含量;采用靛酚藍比色法測定銨態(tài)氮（NH4+-N）;DON含量的計算公式為DON=TDN-（NH4+-N+NO3--N）;土壤全氮（TN）采用凱氏定氮法測定。

1.3.2?土壤酶活性。過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定;脲酶活性采用靛酚藍比色法測定;蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定;磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定。

1.4?數(shù)據(jù)分析?采用SPSS 23.0軟件進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析，Origin Pro 9.1軟件制圖。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同覆蓋作物對馬鈴薯冬閑田土壤碳氮含量的影響?土壤碳、氮含量是評價土壤養(yǎng)分狀況和有效性的重要指標[6]。在0～20 cm土層中，土壤TOC、DOC、DON、TN含量的變化趨勢一致，均表現(xiàn)為T2>T3>T5>T4 >T1（表1）。T2處理下的TOC含量分別較T1、T3、T4、T5處理提高37.5%、3.0%、17.9%、6.7%，與裸地、冬小麥處理差異顯著（P<0.05）;T2處理的DOC含量分別較T1、T3、T4、T5高76.6%、9.3%、32.1%、11.3%，與裸地、冬小麥處理差異顯著（P<0.05）;T2處理的DON含量分別較T1、T3、T4、T5處理高97.1%、24.4%、43.8%、30.6%，且差異顯著（P<0.05）;T2處理的TN含量分別較T1、T3、T4、T5處理高41.3%、10.3%、13.9%、7.7%，與裸地差異顯著（P<0.05）。碳氮比表現(xiàn)為T2

2.2?不同覆蓋作物對馬鈴薯冬閑田土壤酶活性的影響?土壤酶活性是反映土壤中各種生物化學過程的強度和方向，表征土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標[7]。在0～20 cm土層中，土壤磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶活性的變化趨勢一致，均表現(xiàn)為T2>T3>T5>T4>T1（圖1）。其中，T2處理磷酸酶活性為1.52 mg/（g·h），分別較T1、T3、T4、T5處理高164.53%、21.98%、77.73%和65.45%，且差異顯著（P<0.05）;T2處理蔗糖酶活性為15.37 mg/（g·h），分別較T1、T3、T4、T5處理高187.95%、7.63%、49.24%和25.31%，與裸地和冬小麥處理差異顯著（P<0.05）;T2處理脲酶活性為2.92 mg/（g·h），分別較T1、T3、T4、T5處理高349.23%、6.18%、61.33%和20.66%，與裸地、冬小麥和黑麥草處理差異顯著（P<0.05）;T2處理過氧化氫酶活性為14.30 mL/（g·min），分別較T1、T3、T4、T5處理高29.81%、5.82%、16.42%和9.22%，與裸地差異顯著（P<0.05）。這表明紫花苜蓿覆蓋下土壤4種酶活性均高于其他處理。

3?結(jié)論與討論

（1）土壤碳、氮含量是評價土壤養(yǎng)分狀況和有效性、反映土壤生物活性的重要指標。該研究中，紫花苜蓿覆蓋處理的TOC、DOC、DON、TN含量均高于其他處理，與裸地相比能顯著增加土壤碳、氮含量（P<0.05），草木樨次之。研究表明，草木樨和苜蓿覆蓋下土壤有機質(zhì)含量較冬閑田裸地高10.50%～18.51%[2];單播牧草0～20 cm土層土壤全氮平均含量比冬小麥地高0.044%[5];毛苕子覆蓋下土壤TOC含量較裸地提高20.99%，TN含量較黑麥草（0.65 t/hm2）高18.46%[8]。這與該研究結(jié)果基本一致，可能是由于紫花苜蓿等豆科越冬作物于秋天播種，在冬季可為土壤提供覆蓋保護，減少裸露土壤面積，截留雨雪，降低蒸發(fā)，降低土壤容重，提高土壤透氣性能[6-7]，增強土壤保墑能力[8]。在春季，隨著氣溫上升，地表凋落物分解后，養(yǎng)分逐步歸還土壤[9-10]，增加土壤碳、氮儲量，抑制氮素淋溶，促進土壤養(yǎng)分的良性循環(huán)[11]，提高土壤肥力水平。

（2）土壤C/N是反映土壤中碳、氮元素均衡狀況的重要指標，也是影響土壤微生物活性的重要因素。該研究中，紫花苜蓿覆蓋的C/N分別較裸地、冬小麥和黑麥草處理低8.9%、7.7%、7.4%、2.7%，這表明紫花苜蓿覆蓋下處理在一定程度上降低了馬鈴薯冬閑田土壤的C/N。研究表明，土壤C/N的變化會引起土壤微生物活性及有機質(zhì)礦化速率的改變[2]。土壤C/N較低，微生物底物充足，新陳代謝旺盛，分解土壤中有機物的速度較快[12]，釋放的礦質(zhì)養(yǎng)分更容易被作物吸收[13];反之，土壤C/N較高，表明使微生物在分解有機質(zhì)的過程中底物氮受限，代謝活性不高，有機質(zhì)礦化速率較慢[14]。與其他覆蓋作物相比，紫花苜蓿覆蓋下土壤C/N較低，促進土壤微生物的生長繁殖、修復土壤生態(tài)環(huán)境，有助于土壤良性循環(huán)，增加土壤活力。

（3）土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)代謝活動的重要動力之一，是土壤生物化學反應(yīng)的催化劑，土壤酶活性的強弱受土地利用方式和農(nóng)業(yè)管理措施的影響，是評價土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、反映土壤微生物活性、表征土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的重要生物學指標。該研究中，紫花苜蓿覆蓋的土壤磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶活性均高于其他處理，這與前人研究結(jié)果基本一致。李松[4]研究顯示，苜蓿覆蓋處理的過氧化氫酶、尿酶、磷酸酶活性較冬小麥覆蓋分別提高了0.80%、23.32%、47.61%;魏靜等[5]通過盆栽試驗表明，豆科毛葉苕子覆蓋下的土壤磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性較冬閑田土壤提高0.31～1.10 mg/（g·h），差異顯著（P<0.05）。這可能是由于紫花苜蓿的根系發(fā)達、入土較深、且分布較為均勻，能夠有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤通透性[7]，改善土壤物理性質(zhì)，促進土壤中好氧微生物的生長及繁殖[15]，進而增強土壤酶活性。綜上所述，在陜北沙區(qū)，紫花苜蓿為有助于提高馬鈴薯冬閑田土壤碳氮含量及土壤酶活性的適宜覆蓋作物，該研究可為提高馬鈴薯冬閑田土壤防風蝕能力提供科學依據(jù)。

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