青海東部地區(qū)地膜覆蓋對(duì)玉米地土壤無機(jī)氮含量和酶活性的影響

楊 凱，劉穎川，張發(fā)蓮，才 才，李宗仁，王金貴,2*

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2.省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海大學(xué)，青海 西寧 810016)

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省海東市民和縣(102°26′～103°04′E，35°45′～36°26′N)，屬高原大陸性干旱氣候，年均溫度9 ℃，年均降水量360 mm左右，無霜期198 d。海拔最高4 220 m，最低1 650 m，平均海拔2 200 m。2020年全縣農(nóng)作物播種面積4.45萬hm2，其中覆膜玉米種植面積超過2.67萬 hm2，為青海省最大覆膜玉米種植區(qū)。試驗(yàn)地位于民和縣川口鎮(zhèn)東垣村( 102°50′E，36°19′N)，海拔1 824 m，土壤類型為灰鈣土。試驗(yàn)地0～20 cm土層土壤pH 8.07，有機(jī)質(zhì)18.91 g/kg，堿解氮101.90 mg/kg，速效磷24.57 mg/kg，速效鉀151.71 mg/kg。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 供試玉米品種為金凱3號(hào)(玉米雜交種)，于2019年4月12日進(jìn)行全膜覆蓋并點(diǎn)播種植，行距為55 cm，株距為35 cm，于10月5日收獲。白色地膜厚度為0.01 mm，前茬作物為玉米。試驗(yàn)設(shè)置覆膜和無膜兩個(gè)處理，小區(qū)面積為4 m×5 m，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)小區(qū)。各小區(qū)均不施基肥，只在播種時(shí)使用一次玉米配方肥，肥料分析式18-12-15(N-P2O5-K2O)，總養(yǎng)分≥45%，用量為300 kg/hm2，其他田間管理均和大田一致。

1.2.2 土壤樣品采集 播種后于出苗期(5月12日)、拔節(jié)期(6月20日)、抽雄期(7月22日)、孕穗期(8月23日)和成熟期(9月25日)采集土壤樣品，每個(gè)小區(qū)按照“S”型5點(diǎn)采樣法進(jìn)行采樣，每10 cm取1個(gè)樣，共采集了0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm土層土壤樣品。將各層土壤混合均勻，然后除去根系、殘膜和石子等雜物后留1 kg左右裝自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，將新鮮土樣過2 mm篩后保存于4 ℃的冰箱中備用。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)方差分析、Duncan法進(jìn)行多重比較、Excel 2013進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤酶活性隨生育時(shí)期和土層深度變化特征

兩個(gè)處理?xiàng)l件下生育時(shí)期均顯著影響土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性(圖1)。覆膜處理0～50 cm土層的平均土壤脲酶活性在5個(gè)生育期呈拔節(jié)期>抽雄期>孕穗期>出苗期>成熟期的變化規(guī)律，其活性值分別為1.02、0.93、0.86、0.73和0.58 mg /(g·d)(圖1a)，無膜處理土壤脲酶活性呈拔節(jié)期>抽雄期>孕穗期>出苗期>成熟期的變化規(guī)律，其活性值分別為0.82、0.70、0.66、0.66和0.49 mg /(g·d)(圖1b)，兩個(gè)處理土壤脲酶活性具有相似的變化規(guī)律。但也可以明顯看出，覆膜處理各生育期平均土壤脲酶活性均高于無膜處理各生育期平均土壤脲酶活性，其差值分別為0.20、0.23、0.20、0.07和0.09 mg/(g·d)，其中出苗期和拔節(jié)期在無膜和覆膜處理下的差異顯著(P<0.05)，其余3個(gè)生育期的差異不顯著(P>0.05)。兩個(gè)處理0～50 cm土層的平均土壤蔗糖酶活性在5個(gè)生育期呈相同的變化規(guī)律，即抽雄期>拔節(jié)期>孕穗期>出苗期>成熟期，覆膜處理其活性值分別為13.48、12.57、10.97、10.08和6.78 mg /(g·d)(圖1c)，無膜處理其活性值分別為11.11、10.95、8.81、8.65和5.39 mg /(g·d)(圖1d)，兩個(gè)處理土壤脲酶活性均在抽雄期達(dá)到最高。各生育時(shí)期平均土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性一樣均為覆膜處理大于無膜處理，其差值分別為2.36、1.61、2.16、1.43、1.38 mg /(g·d)，其中抽雄期和成熟期在無膜和覆膜處理?xiàng)l件下的差異顯著(P<0.05)，其余3個(gè)生育時(shí)期的差異不顯著(P>0.05)。

圖1 土壤脲酶和蔗糖酶活性隨生育時(shí)期和土層深度變化特征Fig.1 Variation characteristics of soil urease and invertase activity with growth period and soil depth

各生育時(shí)期土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性隨著土層深度的增加均呈顯著降低的趨勢(shì)(P<0.05)(圖1)。覆膜處理中，相對(duì)0～20 cm土層，20～50 cm土層土壤尿酶活性在出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、孕穗期和成熟期的降幅分別為78.9%、67.9%、78.6%、79.1%和82.7%(圖1a)，而土壤蔗糖酶活性的降幅分別為91.50%、73.17%、59.25%、76.98%和81.05%(圖1c)。無膜處理中，相對(duì)0～20 cm土層，20～50 cm土層土壤尿酶活性在出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、孕穗期和成熟期的降幅分別為84.8%、73.3%、76.3%、73.0%和87.0%(圖1b)，而土壤蔗糖酶活性的降幅分別為93.9%、78.5%、78.4%、90.3%和86.8%(圖1d)。由此可見，土壤脲酶和土壤蔗糖酶主要分布在耕層土壤中(0～20 cm)。

2.2 土壤無機(jī)氮隨生育期和土層深度變化特征

圖2 土壤和含量隨生育時(shí)期和土層深度變化特征Fig.2 Variation characteristics of the contents of and NH4 +- N with growth period and soil depth

2.3 土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性的相關(guān)性分析

土壤酶作為土壤的重要組成部分，參與土壤各種生化反應(yīng)，常被用作預(yù)測(cè)土壤肥力的指標(biāo)[15]。由表2可知，兩個(gè)處理?xiàng)l件下土壤速效磷含量與土壤脲酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與土壤蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；除此之外，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量均與土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。由此可知，土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性與土壤養(yǎng)分含量之間呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，則土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性在一定程度上也可以用來表征土壤肥力水平的高低。

表1土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性的關(guān)系Tab.1 Correlation of the contents between soil nutrient and enzymatic activities

3 討論與結(jié)論

(1)從生育期來看，土壤脲酶活性在拔節(jié)期達(dá)到峰值，而土壤蔗糖酶活性則在抽雄期達(dá)到峰值，共同點(diǎn)是兩種酶活性均在成熟期為最低，而且覆膜處理土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性均高于無膜處理。其原因可能是因?yàn)樯捌?，剛施肥的土壤中底物相?duì)充足，使酶與底物接觸面積增大[16]，再者生育前期遮陰效果不明顯，土壤溫度高，增強(qiáng)了土壤微生物的活動(dòng)，從而促進(jìn)了土壤酶活性的提高；生育后期，由于作物生長(zhǎng)繼續(xù)吸收土壤中的氮素，使底物濃度減小，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致作物與土壤微生物形成氮素競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[17]，另外，生長(zhǎng)后期遮陰效果明顯，土壤溫度相對(duì)較低，故在以上綜合因素的作用下土壤酶活性逐漸減小，該結(jié)果與白雪等[18]的研究結(jié)果相似。從土層深度來看，土壤脲酶和土壤蔗糖酶表現(xiàn)為0～20 cm處的活性均顯著高于20～50 cm(P<0.05)，具有明顯的表聚性。其原因：①表層土壤結(jié)構(gòu)疏松，土壤通氣性良好，且直接與空氣接觸；②表層土壤受太陽輻射的直接影響，溫度較高；③表層土壤具有較高的有機(jī)質(zhì)含量，土壤生物活動(dòng)活躍，其分泌的催化劑酶類較多；④表層土壤由于受施肥的影響，其底物較充足，很多專性水解酶活性遠(yuǎn)大于底層土壤[18]。