秸稈覆蓋深松對夏玉米田土壤酶活性的影響

郭書亞，尚 賞，王 坤，湯其寧，張 艷，付國占，盧廣遠

（1商丘市農(nóng)林科學院，河南商丘 476000；2北京聯(lián)創(chuàng)種業(yè)有限公司，北京 100018；3河南科技大學農(nóng)學院，河南洛陽 471003）

0 引言

土壤質(zhì)量的好壞決定著作物產(chǎn)量的高低。以駐馬店為代表的豫南雨養(yǎng)區(qū)，玉米長期采用免耕的耕作方式，造成耕層變淺，土壤質(zhì)量差，不利于作物產(chǎn)量的形成[1-3]。土壤酶活性與土壤質(zhì)量關系密切，影響著土壤生物化學的進程和微生物的繁殖活動[4-5]，對不同輪作措施、留茬或殘差覆蓋、耕作措施反應敏感[6-8]。因此，研究秸稈覆蓋深松等保護性耕作措施對土壤酶活性的影響、評價土壤質(zhì)量具有重要意義。前人研究[9-10]發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋處理后，土壤微生物活動和活性顯著增強，徐國偉等[11]研究指出，秸稈還田處理不施氮處理土壤中脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性較秸稈不還田不施氮處理增加7.86%～28.70%、11.97%～34.09%、6.63%～22.84%。張常仁等[12]研究證實，免耕秸稈還田土壤酶活性顯著高于對照，張英英等[13]研究得出相似結論。趙亞麗等[14]研究指出深松秸稈還田增加土壤酶活性，并且玉米季效果優(yōu)于小麥季。張博文等[15]在東北黑土上連續(xù)深松，研究表明連續(xù)深松可提高20～40 cm土層土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性。李彤等[16]研究證實，在西北旱區(qū)，和翻耕相比，深松處理土壤脲酶和蔗糖酶增加107.4%、25.6%。不同秸稈處理方式及深松措施對土壤酶活性的影響在不同生態(tài)區(qū)域已有大量研究，但在豫南典型季風半濕潤條件下的運用效果還缺乏深入系統(tǒng)的研究。本研究在豫南雨養(yǎng)區(qū)進行秸稈覆蓋深松的定點多年試驗，研究其對土壤酶活性的影響，以期為秸稈覆蓋、深松在豫南雨養(yǎng)區(qū)玉米栽培過程中的應用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于豫南雨養(yǎng)區(qū)，海拔高度48 m，年均日照時數(shù)2100 h左右，年均氣溫15.1℃，年均降水量921.1 mm，無霜期224天。該區(qū)域常年實行夏玉米免耕播種，質(zhì)地黏壤，試驗地土壤有機碳、堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為11.4 g/kg、90.1 mg/kg、10.62 mg/kg、128.43 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理，分別為深松覆蓋(SS+M)、免耕覆蓋(NT+M)、深松不蓋(SS+NM)、免耕不蓋(NT+NM)，隨機排列，重復3次，秸稈覆蓋為小麥季秸稈收集后全部覆蓋，深松深度為35～40 cm。小區(qū)面積160 m2，供試品種‘鄭單958’，種植密度60000株/hm2。2007—2009年連續(xù)3年處理，2009年玉米季測定土壤酶的活性。

1.3 土樣的采集

于2009年玉米播種前開始取樣，在玉米拔節(jié)期、開花期、花后15天、花后30天、花后45天分別取樣。在各小區(qū)內(nèi)分層取0～5、5～10、10～20、20～30、30～40 cm的土樣，每個樣品均為多點采集混合而成，然后風干過篩。

1.4 土樣的測定

土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶的活性測定參照關松蔭[1]的方法進行。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進行數(shù)據(jù)處理，SPSS24.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 秸稈覆蓋深松對夏玉米土壤脲酶活性的影響

從表1可以看出，0～40 cm土層土壤脲酶活性逐漸下降。在0～5 cm和5～10 cm土層，隨著玉米生育時期的推進，土壤脲酶活性從播種到花后45天先升高后下降，在開花期達到最大值，秸稈覆蓋處理（SS+M和NT+M）土壤脲酶活性顯著高于秸稈不覆蓋處理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土層，NT+M處理土壤脲酶活性下降迅速，各處理土壤脲酶活性的變化和0～5、5～10 cm土層的變化一致，除播種期和花后45天都有SS+M＞SS+NM＞NT+M＞NT+NM，并且SS+M顯著高于其他處理。在20～30 cm和30～40 cm土層，免耕處理（NT+M和NT+NM）下土壤脲酶活性在整個生育時期沒有明顯變化，而深松處理（SS+M和SS+NM）土壤脲酶活性的變化和0～5、5～10 cm土層的變化一致，深松處理下土壤脲酶活性顯著高于免耕處理，并且SS+M顯著高于SS+NM。說明在土壤上層(0～10 cm)秸稈覆蓋能顯著提高土壤脲酶活性，隨著土層加深秸稈覆蓋的影響消失，而深松處理下土壤深層的土壤酶活性顯著提高。

表1 各時期不同處理土壤脲酶活性變化mg/(g·d)

2.2 秸稈覆蓋深松對夏玉米田土壤堿性磷酸酶活性的影響

從表2可以看出，在0～5 cm和5～10 cm土層，隨著玉米生育時期的推進，土壤堿性磷酸酶活性從播種到花后45天先升高后下降，在花后15天達到最大值，除個別時期，秸稈覆蓋處理（SS+M和NT+M）土壤堿性磷酸酶活性顯著高于秸稈不覆蓋處理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土層，NT+M處理土壤堿性磷酸酶活性降幅最大，不同處理之間都有SS+M＞SS+NM＞NT+M＞NT+NM，并且從拔節(jié)期到花后30天SS+M顯著高于其他處理。在20～30 cm和30～40 cm土層，免耕處理之間土壤堿性磷酸酶活性差異不顯著，深松處理（SS+M和SS+NM）顯著高于免耕處理（NT+M和NT+NM）。

表2 各時期不同處理土壤堿性磷酸酶活性變化mg/(g·d)

續(xù)表2

2.3 秸稈覆蓋深松對夏玉米田土壤蔗糖酶活性的影響

從表3可以看出，在0～5 cm和5～10 cm土層，不同處理土壤蔗糖酶活性先升高后下降，在開花期達到峰值，秸稈覆蓋處理（SS+M和NT+M）土壤蔗糖酶活性顯著高于秸稈不覆蓋處理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土層，NT+M處理土壤蔗糖酶活性下降迅速，各處理土壤蔗糖酶活性的變化和0～5、5～10 cm土層的變化一致，除拔節(jié)期都有SS+M＞SS+NM＞NT+M＞NT+NM。在20～30 cm和30～40 cm土層，各處理不同生育時期土壤蔗糖酶活性的變化和0～5、5～10 cm土層的變化基本一致，除個別時期，深松處理（SS+M和SS+NM）顯著高于免耕處理（NT+M和NT+NM）。

表3 各時期不同處理土壤蔗糖酶活性變化mg/(g·d)

2.4 秸稈覆蓋深松對夏玉米田土壤過氧化氫酶活性的影響

從表4可以看出，在0～5 cm和5～10 cm土層，各處理土壤過氧化氫酶活性隨著玉米生育時期的推進先升高后下降，在花后15天達到峰值，除個別時期，秸稈覆蓋處理（SS+M和NT+M）土壤過氧化氫活性顯著高于秸稈不覆蓋處理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土層，NT+M處理土壤過氧化氫酶活性降幅最大，各處理不同生育時期的變化與0～5、5～10 cm土層的變化一致，除花后30天，不同處理之間都有SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM，并且SS+M顯著高于其他處理；在20～30 cm和30～40 cm土層，各處理不同生育時期土壤過氧化氫酶活性的變化和0～5、5～10 cm土層的變化基本一致，免耕處理下土壤過氧化氫酶活性處在一個較低的水平，深松處理（SS+M和SS+NM）顯著高于免耕處理（NT+M和NT+NM）。

表4 各時期不同處理土壤過氧化氫酶活性變化0.1 mol/L KMnO4/(g·土)

3 結論與討論

本研究表明，從播種到花后45天，土壤酶活性均升高后下降，在開花期或花后15天達到峰值。這是因為玉米開花期到花后15天為玉米生殖生長和生理生長最旺盛的時期，玉米根系分泌大量有機物，有利于微生物的活動，因此土壤酶活性出現(xiàn)峰值。隨著土層的加深，各處理下4種酶活性都隨著土層的加深而逐漸下降。這與前人的研究一致[17-18]。徐國偉等[11]研究指出，秸稈還田不施氮處理土壤中脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性較秸稈不還田不施氮處理增加7.86%～28.70%、11.97%～34.09%、6.63%～22.84%，張英英等研究發(fā)現(xiàn)，和傳統(tǒng)耕作相比，免耕秸稈覆蓋處理可顯著增加土壤蔗糖酶、過氧化物酶活性45.28%、23.75%。本研究表明，在土壤表層(0～10 cm)，秸稈覆蓋處理土壤酶活性高于不蓋處理。與前人研究結果相似。一方面是因為秸稈本身含有大量有機碳和礦質(zhì)元素，覆蓋后能夠為微生物直接提供營養(yǎng)和能量，從而促進微生物的活動和酶活性的提高[19-20]；另一方面秸稈在土壤分解過程能夠產(chǎn)生大量的有機物質(zhì)和能量，從而促進土壤動物、微生物活動[9]，進而增加酶活性。

本研究還表明，深松能夠明顯增加土壤深層，尤其是20～30 cm和30～40 cm土層的酶活性。與趙亞麗等[14]研究發(fā)現(xiàn)深松秸稈還田顯著增加土壤酶活性25.2%；張博文等[15]研究表明，連續(xù)深松2年能夠提高20～40 cm土層土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性；李彤等[16]研究證實，和翻耕相比，深松處理土壤脲酶和蔗糖酶增加107.4%、25.6%的研究的結果相似。這主要是因為一方面長期免耕造成耕層變淺，土壤質(zhì)量差，阻礙土壤動物、微生物的活動，而深松能夠改善土壤質(zhì)量，為微生物的活動提供有利土壤條件，進而增加酶活性。另一方面深松處理下更多的根系能夠扎到20 cm土層以下，根活力增強，根際活性增加[21]，進而提高酶活性。所以，連續(xù)免耕一段時間需要進行一次深松，秸稈覆蓋深松是一種較好的保護性耕作措施。

綜上，秸稈覆蓋處理能夠顯著增加土壤表層土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，深松處理能夠顯著增加20～40 cm土層土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，秸稈覆蓋深松處理效果最好。因此，長期免耕后需要進行深松來改善下層土壤酶活性，提高土壤質(zhì)量，從而促進作物生長、提高產(chǎn)量。