施用生物炭對咸水滴灌棉田土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響

杜思垚，郭曉雯，王芳霞，葉 揚，楊茂琪，閔 偉

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)系，新疆 石河子 832000)

【研究意義】淡水資源不足是全世界面臨的問題[1]，新疆地處西北干旱區(qū)，淡水資源更為缺乏[2]，淡水資源短缺限制干旱區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-4]。新疆淡水資源缺乏卻擁有豐富的咸水和微咸水資源，農(nóng)業(yè)用水主要依賴于日益減少的地表水和儲量豐富具有一定含鹽量的淺層地下水[5]。干旱區(qū)石灰性土壤母質(zhì)普遍含鹽，在節(jié)水滴灌條件下，鹽分并不能被淋洗出土體，若長期使用咸水灌溉必定造成土壤鹽分累積，進而增大土壤次生鹽漬化的風(fēng)險[2]。相關(guān)研究表明咸水灌溉會使土壤鹽分表聚[6]、惡化土壤理化性狀[7]、影響微生物活性和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[8]。因此咸水灌溉對干旱區(qū)農(nóng)田的土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分循環(huán)等土壤質(zhì)量產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)值得引起高度關(guān)注。【前人研究進展】目前國內(nèi)外改良鹽堿土的措施有很多，主要有水利措施、物理措施、化學(xué)措施及生物措施等[9]。其中生物措施與其他措施相比投入成本低、環(huán)保等優(yōu)點，被認(rèn)為是最有效的改良措施[10]。秸稈和生物炭作為一種重要的自然資源，其本身富含的氮、磷、鉀養(yǎng)分以及多種微量元素可用來補充植物養(yǎng)分[11]，此外生物炭本身獨特的理化性質(zhì)能夠通過改變土壤的pH和CEC值來影響土壤中養(yǎng)分的相互作用[12-13]，具有良好的水肥調(diào)控效果。土壤微生物是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動力[14]，是衡量土壤質(zhì)量，維持土壤肥力和作物生產(chǎn)力的一個重要指標(biāo)[15]，生物炭施入土壤后通過改變土壤理化性質(zhì)來改善微生物生存環(huán)境[15]，減少微生物之間的生存競爭，對有益微生物起到保護作用，有利于調(diào)控土壤微生物的數(shù)量和結(jié)構(gòu)[16]。土壤微生物是土壤酶的重要來源，土壤酶參與土壤中生物化學(xué)反應(yīng)過程，反應(yīng)土壤質(zhì)量變化。眾多研究表明生物炭和秸稈施入土壤后不僅能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，有效提高土壤肥力，改善土壤理化性質(zhì)[17]，降低土壤容重、導(dǎo)水率[18]，減少表層鹽分的積累防治反鹽現(xiàn)象[19]，還能夠改善微生物生存的環(huán)境[20]、改善土壤酶活性、促進土壤呼吸[21]，因此生物炭和秸稈對于提高鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和改善鹽堿地環(huán)境等均具有重要意義[22]?！颈狙芯壳腥朦c】眾多研究者利用生物炭和秸稈，從其配施[23-24]、施入量[25-26]、以及施入方式[27]等方面進行了大量研究。但關(guān)于生物炭和秸稈施用對土壤酶活性的研究多集中于研究與碳氮元素循環(huán)相關(guān)的酶活性[28]，并且由于試驗方法、環(huán)境條件等的不同所得出的結(jié)論也不盡相同，而對于在咸水灌溉條件下生物炭和秸稈對土壤磷、硫等元素相關(guān)的酶活性的研究更是鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以咸水資源利用為背景，研究咸水滴灌條件下施用棉花秸稈和生物炭，探討其對棉田土壤理化性質(zhì)、土壤碳氮磷硫轉(zhuǎn)化相關(guān)關(guān)鍵酶活性、土壤基礎(chǔ)呼吸、棉花生長及產(chǎn)量的影響，闡明秸稈和生物炭對長期咸水滴灌棉田土壤的改良效應(yīng)，為咸水資源的合理利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗點位于石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院實驗站(44°18′N, 86°02′E)，供試土壤的類型屬于灰漠土，氣候條件為溫帶大陸性氣候，年平均降水量為 180～270 mm，年平均蒸發(fā)量為1000～1600 mm。土壤類型為石灰性土壤，質(zhì)地為壤土。供試耕層土壤的基本理化性質(zhì)容重1.33 g/cm3，pH 7.48，EC1∶5(土水比1∶5浸提液電導(dǎo)率) 0.13 dS/m，有機質(zhì)16.84 g/kg，全氮1.08 g/kg，速效磷25.86 mg/kg，速效鉀253 mg/kg。供試作物棉花 (品種為新陸早52號)。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗開始前已在試驗區(qū)連續(xù)開展了11年(2009—2019)的不同灌溉水鹽度田間滴灌試驗。試驗中灌溉水鹽度設(shè)2個處理，分別為0.35和8.04 dS/m(分別代表淡水和咸水2種灌溉水質(zhì)，在文中分別用 FW和SW表示)，其中淡水來源于當(dāng)?shù)厣顚拥叵滤?，咸水和微咸水通過在淡水中加入NaCl和CaCl2(質(zhì)量比1∶1)獲得。有機物料種類設(shè)置為對照、棉花秸稈和棉花秸稈生物炭3個處理(在文中分別用 CK、BC和ST表示)，其中棉花秸稈和生物炭的用量采用等炭量設(shè)計，棉花秸稈和棉花秸稈生物炭的用量分別為6和3.7 t/hm2。試驗采用完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計，每個處理重復(fù)3次，共18個試驗小區(qū)，每個試驗小區(qū)面積25 m2。棉花通常在4月中旬種植，9月中下旬收獲。

試驗中棉花秸稈，棉花秸稈生物炭在播種前一次性施入，棉花秸稈和生物炭在每年翻地前分別均勻撒在小區(qū)土壤表面，并翻耕至20 cm土層。棉花種植采用覆膜栽培，一膜3管6行，行距配置為(60+10)cm，播種密度22.2萬株/hm2。采用干播濕出法，2020年于4月25日播種，為保證棉花出苗，播種后每個處理滴出苗水30 mm。整個棉花生長期間共灌水 9 次，于6月中旬開始至8月下旬結(jié)束，灌水周期 7～10 d，灌溉定額 450 mm。各施肥處理氮、磷、鉀肥用量一致，其中磷肥和鉀肥全部做基肥，磷施用量為P2O5105 kg/hm2，鉀施用量為K2O 60 kg/hm2；氮肥(尿素N≥46.4%)施用量為360 kg N/hm2全部隨水滴施，在棉花生長期間共施肥6次。其它田間管理措施參照當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 樣品采集與測定

2020年在棉花花鈴期采集耕層0～20 cm的土壤樣品，每個小區(qū)按照“五點法”采集土樣，將采集的土樣混合均勻并去除其中的雜質(zhì)、細(xì)根等。將土樣過1 mm篩后放置在自封袋里，放置在4 ℃冰箱中保存作為新鮮土樣，在室內(nèi)自然風(fēng)干后采用“四分法”取出二分之一土樣用于測定土壤容重等物理性質(zhì)，再繼續(xù)研磨剩余土樣使其全部通過1 mm 篩孔用于測定土壤速效養(yǎng)分、含鹽量、土壤酶活性等，再過0.25 mm篩用于測定分析土壤全量養(yǎng)分和有機質(zhì)含量等。在每個小區(qū)隨機采取3株棉花，將棉花植株自地表剪下，分成葉、莖和蕾鈴三部分，用蒸餾水洗凈后，在105 ℃下進行殺青30 min，在70 ℃ 烘干48 h，記錄干物質(zhì)重。

土壤理化性質(zhì)采用土壤農(nóng)化分析法測定[29]：土壤容重用環(huán)刀法測定；土壤含水量用烘干法測定；土壤孔隙度由土壤的容重和比重來計算；土壤鹽度采用電導(dǎo)率儀(DDS-308A)測定；土壤pH值采用pH計(pHS-3C)測定；土壤有機碳采用TOC儀(multi N/C 2100S, Analytic jena)測定；全氮采用凱式定氮儀測定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提法測定；速效鉀采用火焰光度計法測定；土壤蔗糖酶，脲酶、堿性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性采用關(guān)松蔭[30]提供的方法來進行測定；土壤基礎(chǔ)呼吸采用靜態(tài)堿液吸收法測定；植株氮素吸收采用用H2SO4-H2O2消解，凱氏定氮儀測定；在棉花收獲期測定棉花籽棉產(chǎn)量，最后實收計產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)計算和繪圖用 Microsoft Excel 2016 軟件進行。試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0進行灌溉水鹽度和有機物料兩因素的方差分析，處理間的多重比較采用Duncan法(P<0.05)。文中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量和容重

由圖1可知，土壤含水量受灌溉水鹽度、有機物料及兩者的交互作用影響顯著(P<0.05)，總體上土壤含水量隨著灌溉水鹽度的增加而增加，SW處理較FW處理增加50.43%。交互作用表現(xiàn)為：FW處理下，F(xiàn)WBC和FWST處理土壤含水量分別較FWCK增加12.25%、54.52%；SW處理下，SWBC和SWST處理土壤含水量較SWCK降低9.39%、18.01%。土壤容重受灌溉水鹽度和有機物料影響顯著，而兩者的交互作用對其影響不顯著，土壤容重隨著灌溉水鹽度的增加而顯著增大，SW處理的土壤容重較FW處理的土壤容重高5.85%。生物炭和秸稈施用后顯著地降低了土壤容重，尤其是在咸水滴灌條件下，SWBC和SWST處理土壤容重值分別較SWCK處理低4.00%、6.40%。

2.2 土壤鹽分和pH

由圖2可知，土壤鹽分受灌溉水鹽度、有機物料及兩者的交互作用影響顯著?？傮w上，土壤鹽分隨灌溉水鹽度的增加而顯著增加，SW處理土壤鹽分較FW處理的鹽分含量高711.16%。交互作用的影響表現(xiàn)為：在FW處理下，F(xiàn)WBC、FWST和FWCK之間土壤鹽分無明顯差異；但是在SW處理下，秸稈和生物炭施用顯著降低土壤鹽分，SWBC和SWST處理土壤鹽分較SWCK降低24.17%、30.10%。土壤pH僅受灌溉水鹽度的影響，而有機物料及兩者的交互作用對其影響不顯著。土壤pH隨灌溉水鹽度的提高而顯著降低，SW處理的土壤pH較FW處理降低6.68%。

圖2 生物炭和秸稈對咸水滴灌棉田土壤鹽分和pH的影響Fig.2 Effect of the application of biochar and straw on the soil salinity and pH by irrigation water salinity

2.3 土壤養(yǎng)分

從圖3可以看出，土壤總有機碳受灌溉水鹽度和有機物料影響顯著，而兩者的交互作用對其影響不顯著?？傮w上，總有機碳含量隨灌溉水鹽度的增加而增加，SW處理的總有機碳含量較FW處理的總有機碳含量提高16.06%。生物炭和秸稈處理顯著提高土壤總有機碳含量，尤其是在咸水灌溉條件下，SWBC和SWST處理土壤總有機碳含量較SWCK分別增加14.10%、9.36%。土壤的全氮含量隨著灌溉水鹽度的增加而增加，SW處理的全氮含量較FW處理增加4.54%，但差異不顯著。土壤速效磷和速效鉀含量受灌溉水鹽度、有機物料及兩者的交互作用影響顯著?？傮w上，土壤速效磷含量隨灌溉水鹽度的增加而顯著增加，土壤速效鉀含量呈相反趨勢，SW處理的速效磷含量較FW處理增加5.82%，SW處理土壤速效鉀含量較FW處理低43.62%。交互作用對土壤速效磷的影響表現(xiàn)為：在FW處理下，生物炭和秸稈施用顯著增加土壤速效磷含量，F(xiàn)WBC和FWST處理土壤速效磷含量分別較FWCK提高97.68%、159.10%，但是在SW處理下，SWBC和SWST處理土壤速效磷含量分別較SWCK提高170.43%、48.58%。交互作用對土壤速效鉀的影響表現(xiàn)為：在SW處理下，SWBC和SWST處理速效鉀含量分別較SWCK增加4.32%、9.26%；FW處理下，F(xiàn)WBC和FWST處理速效鉀含量分別較FWCK增加6.36%、12.01%。

圖3 生物炭和秸稈對咸水滴灌棉田總碳、全氮、速效磷和速效鉀含量的影響Fig.3 Effect of the application of biochar and straw on the total carbon, nitrogen, available phosphorus and available potassium by irrigation water salinity

2.4 土壤酶活性

從圖4可以看出，土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶的活性受灌溉水鹽度、有機物料及兩者的交互作用影響顯著。總體上，隨著灌溉水鹽度的增加，土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶的活性顯著降低，SW處理的蔗糖酶和堿性磷酸酶的活性較FW處理分別減少29.19%、22.00%，生物炭和秸稈施用顯著提高土壤蔗糖酶的活性，在SW處理下，SWBC和SWST處理的蔗糖酶活性較SWCK分別提高42.13%、23.55%；在FW處理下，F(xiàn)WBC和FWST處理的蔗糖酶活性較FWCK分別提高36.07%、44.97%。生物炭和秸稈施用顯著提高堿性磷酸酶活性，尤其是在咸水灌溉條件下，SWBC和SWST處理的堿性磷酸酶活性分別較SWCK分別提高16.02%、63.03%?？傮w上有機物料處理較不施有機物料處理的土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性分別顯著提高37.26%、20.13%。

土壤脲酶的活性受灌溉水鹽度和有機物料影響顯著，但兩者的交互作用對其影響不顯著，土壤脲酶的活性隨灌溉水鹽度的增加而顯著增加，SW處理脲酶活性較FW處理增加26.24%，而生物炭和秸稈施用后對脲酶活性有一定的抑制作用，在SW處理下，SWBC和SWST處理的土壤脲酶活性分別較SWCK低20.51%、2.91%；在FW處理下，F(xiàn)WBC和FWST處理的土壤脲酶活性分別較FWCK分別降低12.51%、9.83%?？傮w上芳基硫酸酯酶的活性隨灌溉水鹽度的提高而降低，SW處理芳基硫酸酯酶酶活性較FW處理降低了4.73%，但差異不顯著。生物炭和秸稈施用能增加芳基硫酸酯酶的活性，在SW條件下，SWBC和SWST處理的芳基硫酸酯酶的活性分別較SWCK提高2.23%、135.50%；在FW條件下，F(xiàn)WBC和FWST處理的芳基硫酸酯酶的活性分別較FWCK提高1.41%、16.32%。

圖4 生物炭和秸稈對咸水滴灌棉田土壤酶活性的影響Fig.4 Effect of application of biochar and straw on the soil enzyme activities by irrigation water salinity

2.5 土壤基礎(chǔ)呼吸

從圖5可以看出，土壤基礎(chǔ)呼吸受灌溉水鹽度和有機物料影響顯著，但兩者的交互作用對其影響不顯著?？傮w上，土壤基礎(chǔ)呼吸隨灌溉水鹽度的增加而顯著降低，F(xiàn)W處理的土壤基礎(chǔ)呼吸較SW處理高71.97%。生物炭和秸稈施用顯著提高土壤基礎(chǔ)呼吸，在FW條件下，F(xiàn)WBC和FWST處理的土壤基礎(chǔ)呼吸分別較FWCK增加17.31%和21.49%；在SW條件下，SWBC和SWST處理的土壤基礎(chǔ)呼吸分別較SWCK增加39.43%和37.71%

圖5 生物炭和秸稈對棉田基礎(chǔ)呼吸的影響Fig.5 Effect of the application of biochar and straw on the soil respiration by irrigation water salinity

2.6 棉花生長、養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量

由圖6可知，棉花株高受灌溉水鹽度和有機物料影響顯著，但兩者的交互作用對其影響不顯著。總體上，棉花株高隨著灌溉水鹽度的增加而顯著降低，SW處理棉花株高較FW處理降低35.46%。生物炭和秸稈施用顯著增加棉花株高，在FW條件下，F(xiàn)WBC和FWST處理的株高分別較FWCK提高20.72%、31.00%；在SW灌溉條件下，SWBC和SWST處理的株高分別較SWCK提高16.85%、38.73%。棉花生物量受灌溉水鹽度、有機物料及兩者的交互作用影響顯著，隨灌溉水鹽度的增加棉花生物量顯著降低，SW處理較FW處理低46.55%，生物炭和秸稈施用顯著提高棉花生物量，尤其是在咸水灌溉條件下，SWBC和SWST處理的棉花生物量分別較SWCK提高15.24%、16.79%。氮素吸收受灌溉水鹽度、有機物料影響顯著，但兩者的交互作用對其影響不顯著，總體上，氮素吸收隨著灌溉水鹽度的提高而顯著降低，SW處理下的氮素吸收較FW處理減少44.20%，生物炭和秸稈處理顯著提高氮素吸收，尤其是在咸水灌溉條件下，SWBC和SWST處理的氮素吸收分別較SWCK提高29.41%、35.04%。產(chǎn)量也隨灌溉水鹽度的提高而顯著降低，SW處理的產(chǎn)量較FW處理低26.16%。生物炭和秸稈處理提高棉花產(chǎn)量，尤其是在咸水灌溉條件下，SWBC和SWST處理的棉花產(chǎn)量分別較SWCK提高6.85%、12.90%。

圖6 生物炭和秸稈對咸水滴灌棉田株高、生物量、氮素吸收和產(chǎn)量的影響Fig.6 Effect of the application of biochar and straw on the plant height, biomass, nitrogen uptake and yield by irrigation water salinity

3 討 論

3.1 生物炭施用對咸水滴灌棉田土壤物理性質(zhì)的影響

利用咸水灌溉是干旱區(qū)維持農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要手段，但長期的咸水灌溉會導(dǎo)致鹽分在土壤中不斷積累，增加土壤鹽漬化的風(fēng)險，對土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化產(chǎn)生不良影響。與淡水灌溉相比，咸水灌溉增加土壤容重值和含水量，容重值的增加與咸水灌溉帶來大量鹽基離子破壞土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)[7]，而含水量的增加與咸水灌溉使土壤蒸散率降低有關(guān)[31]。隨著秸稈和生物炭的輸入顯著降低了土壤容重，提高了土壤的滲透性，這與前人[32-35]的研究結(jié)果一致，容重的變化是由于密度小且較輕的秸稈和良好孔隙結(jié)構(gòu)的生物炭摻混入土壤表層后改變了原本質(zhì)地粘重的鹽堿土壤，有效地改善土壤結(jié)構(gòu)[36-37]。土壤含水量對作物產(chǎn)量起決定作用，在本研究中，生物炭和秸稈處理在淡水灌溉條件下能夠提高土壤含水量，這與生物炭和秸稈與土壤顆粒形成微小的團粒結(jié)構(gòu)、增加對水分子的吸附能力有關(guān)[3,38-39]，為棉花提供良好的生長條件。在咸水灌溉條件下，生物炭和秸稈處理的土壤含水量有所降低。

3.2 生物炭施用對咸水滴灌棉田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

咸水灌溉顯著提高土壤鹽分含量。過量的Na+的消溶、膨脹和分散作用會導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)惡化和入滲問題，會對土壤中鹽分運移產(chǎn)生影響，含大量Na+的鹽水使表層土壤積鹽最為嚴(yán)重[40]。秸稈能夠改善土壤結(jié)構(gòu)起到良好的保墑蓄水作用，能夠有效地抑制鹽分表聚，降低了土壤中Na+的含量，這與張子璇等[41]的研究結(jié)果相一致。此外，生物炭可吸附土壤中的部分陽離子和硝酸根離子，其芳香結(jié)構(gòu)能夠維系土壤孔隙，降低土壤中的鹽分含量。并且生物炭增加土壤陽離子交換容量，在新的有效交換位點吸收Na+，維持土壤水鹽平衡，也對土壤鹽分含量起到改善作用。咸水灌溉會導(dǎo)致土壤中氯離子積累從而使土壤pH降低，在本研究中，生物炭對土壤pH的影響并不顯著，土壤pH呈增加趨勢，趙鐵民等[42]的研究卻發(fā)現(xiàn)生物炭處理后的鹽漬土pH下降，這與本研究結(jié)果不一致，可能是因為本研究中的生物炭自身呈堿性pH略高于試驗區(qū)pH背景值，對土壤pH產(chǎn)生了影響。

咸水灌溉提高土壤總碳、全氮和速效磷的含量。土壤養(yǎng)分含量的變化與土壤含水量和pH密切相關(guān)[43]，咸水灌溉使土壤含水量增加pH下降，但土壤總碳、總氮和速效磷含量升高，這與土壤鹽分過高抑制土壤有機質(zhì)的礦化及棉花對養(yǎng)分的吸收[44-46]有關(guān)。此外，生物炭和秸稈被認(rèn)為是氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的額外來源，可以直接改善土壤養(yǎng)分水平。與此同時，有大量研究報道，施用生物炭可以增加土壤的陽離子交換容量和表面積，從而提高土壤養(yǎng)分有效性[47-49]。生物炭和秸稈中富含的大量磷元素增加了土壤速效磷的含量[33]，并且生物炭中的灰分含有一定量的鉀鹽，可在提升土壤中速效鉀的含量的同時促進養(yǎng)分有效化從而提升有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率。秸稈和生物炭富含的有機碳也可以增加土壤有機質(zhì)含量[50]，隨著生物炭和秸稈的輸入土壤中生物有效性碳的數(shù)量增加，為土壤異養(yǎng)微生物的活動提供了充足能源，增強了土壤中氮的礦化作用。因此，秸稈和生物炭的摻入提高了土壤總碳、總氮、速效磷和速效鉀的含量，土壤養(yǎng)分含量的提高與秸稈和生物炭中富含大量營養(yǎng)元素及生物炭自身優(yōu)良的特性密切相關(guān)。

3.3 生物炭施用對咸水滴灌棉田土壤酶活性的影響

土壤酶參與了土壤的發(fā)生發(fā)育以及土壤肥力形成和演化的過程，它與營養(yǎng)元素的釋放，腐殖質(zhì)的形成密切相關(guān)，能夠反應(yīng)土壤質(zhì)量的變化[51]。咸水灌溉導(dǎo)致土壤鹽度和容重值增加，降低土壤中活性微生物的數(shù)量，抑制根系對養(yǎng)分的吸收，從而降低根系酶的分泌合成[52]。含鹽量過高時還會使酶蛋白失活，也會抑制土壤酶活性。過量的鹽分使土壤容重增加，土壤通氣滲透性能降低，抑制土壤呼吸，從而也能夠降低土壤酶活性[7]。咸水灌溉使土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性降低，而土壤脲酶活性增強，不同酶受到的影響程度之所以不同是因為不同酶的來源和耐鹽程度有差異，鹽分對土壤脲酶活性有促進作用，而對蔗糖酶、堿性磷酸酶和芳基硫酸酯酶有抑制作用。楊濱娟等[53]發(fā)現(xiàn)秸稈能夠提高土壤中脲酶和蔗糖酶的活性。尚杰等[54]研究表明生物炭能夠提高過氧化氫酶的活性，酶活性隨生物炭用量的增加而增加。在本研究中，生物炭能提高土壤蔗糖酶和脲酶的活性，也有相關(guān)研究表明當(dāng)生物炭的用量過多時會對砂土的脲酶活性產(chǎn)生一定的抑制作用[51]，因此，生物炭和秸稈的施用對土壤酶活性的影響還值得進行深入研究。

生物炭和秸稈能夠顯著提高土壤堿性磷酸酶的活性。土壤堿性磷酸酶活性的提高與其輔酶因子Mg離子和Zn離子的增加有關(guān)[55]，正是因為生物炭自身富含Mg和Zn等微量元素，所以堿性磷酸酶輔酶因子的增加導(dǎo)致堿性磷酸酶活性增強[56]。此外，生物炭和秸稈也補充土壤中的硫素養(yǎng)分，使得土壤中有機硫含量增加，而土壤芳基硫酸酯酶的活性與有機硫含量呈正相關(guān)。并且土壤中的芳基硫酸酯酶主要是來源于土壤中的微生物[57]，生物炭和秸稈輸入土壤后增加土壤中硫的含量，還改善微生物生活環(huán)境。因此，生物炭和秸稈不僅改善土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤呼吸刺激微生物分泌參與養(yǎng)分循環(huán)相關(guān)的酶，還增強土壤芳基硫酸酯酶的活性。土壤酶活性的提高與生物炭吸附能力強也有關(guān)，其可通過吸附酶促反應(yīng)底物加速酶促反應(yīng)的進行，從而增強了酶活性。秸稈和生物炭改善了土壤酶活性后，會進一步影響到土壤的呼吸作用，在本研究中，生物炭和秸稈的施用促進了土壤呼吸，這是因為生物炭和秸稈增加了土壤中活性有效碳的含量，而有機碳的礦化可促進土壤呼吸，從而增強了土壤的呼吸速率[14]。

3.4 生物炭和秸稈的施用對長期咸水滴灌棉田棉花生長養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響

咸水灌溉在為作物生長提供所需水分的同時也給土壤帶入了過多的鹽分，連續(xù)多年咸水灌溉會導(dǎo)致土壤積鹽、容重增加、使土壤酶活性受到影響，從而對棉花生長環(huán)境產(chǎn)生不良影響[7]，最終影響到棉花株高、生物量、氮素吸收及產(chǎn)量。生物炭和秸稈對棉花株高、生物量、籽棉產(chǎn)量起到了顯著的促進作用，顯著提高了棉花產(chǎn)量。眾多研究也表明生物炭和秸稈對作物產(chǎn)量均具有正面影響，無論是對棉花、水稻還是小麥，生物炭和秸稈的施用均能夠提高作物產(chǎn)量[58-65]。生物炭和秸稈對棉花生長的促進作用可以歸因于土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分水平的改善。生物炭和秸稈顯著降低了土壤容重，提高了滲透性，促進了土壤的通氣和水分入滲，為植物提供了更有利的生長條件。同時，施用生物炭顯著提高了土壤有機質(zhì)、速效磷、鉀含量。土壤環(huán)境的改善和養(yǎng)分水平的提高有利于根系的生長，從而有利于植物對養(yǎng)分的吸收[66]。棉花植株養(yǎng)分含量的改善(尤其是鉀含量)可以通過促進光合作用、蛋白質(zhì)生物合成、水分調(diào)節(jié)和離子平衡來克服鹽脅迫[67]。此外，生物炭顯著緩解了咸水灌溉條件下土壤鹽分的累積。土壤溶液中Na+含量的減少可以直接減少植物對Na+的吸收，促進其他必需礦物質(zhì)的吸收，從而改善鹽害[68]。

4 結(jié) 論

咸水灌溉顯著增加土壤容重和鹽分；抑制有機碳轉(zhuǎn)化，從而增加總碳、全氮含量，但是對土壤基礎(chǔ)呼吸、蔗糖酶、堿性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性有明顯抑制作用，從而抑制棉花生長和氮素吸收，降低棉花產(chǎn)量。生物炭和秸稈能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，明顯提高土壤養(yǎng)分含量，降低土壤表層鹽分；土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶和芳基硫酸酯酶的活性隨生物炭和秸稈的施用呈增加趨勢，生物炭和秸稈施用能促進棉花對氮素的吸收，促進棉花生長，提高棉花產(chǎn)量。