黑麥草和苕子混合翻壓還田對土壤酶活性和養(yǎng)分的短期影響

潘語卓 邱澤龍 王偉虎 康健龍 萬潮政 石蕊 陸藝引 肖世豪 魯美娟 楊文亭

摘要：種植覆蓋作物是優(yōu)化種植結構、實現(xiàn)化肥減量增效的有效途徑之一。深入了解覆蓋作物翻壓腐解對土壤養(yǎng)分、酶活性的影響，有助于優(yōu)化作物種植的氮素管理。采用室內培養(yǎng)模擬試驗，研究覆蓋作物種類［空閑（CK）、黑麥草單播（R）、苕子單播（H）、黑麥草/苕子混播（RH）］和種植模式［種植甜玉米（C）和不種植甜玉米］對覆蓋作物翻壓腐解前期（0～21 d）土壤養(yǎng)分、土壤酶活性動態(tài)變化的影響。結果表明：（1）與對照相比，覆蓋作物翻壓還田處理顯著提高了土壤β-葡萄糖苷酶活性、堿解氮含量和速效鉀含量。土壤β-葡萄糖苷酶活性、堿解氮含量在不同覆蓋作物處理之間存在顯著差異，苕子翻壓處理的β-葡萄糖苷酶活性、堿解氮含量在覆蓋作物翻壓4～14 d時均優(yōu)于混播、黑麥草處理，且混播處理的堿解氮含量顯著高于黑麥草處理。（2）在種植甜玉米的條件下，苕子處理的堿解氮含量在覆蓋作物翻壓21 d時較覆蓋作物翻壓4、7 d時均有顯著下降，黑麥草/苕子混播處理的堿解氮含量在腐解前期無顯著差異。（3）與不種甜玉米相比，種植甜玉米的處理顯著降低了苕子和混播處理在覆蓋作物翻壓7 d時的土壤β-葡萄糖苷酶活性和β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比，但顯著提高了混播處理在覆蓋作物翻壓21 d時的土壤 β-葡萄糖苷酶活性和β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比。（4）苕子翻壓后，土壤脲酶活性與土壤有機質含量、pH值及堿解氮含量存在顯著相關性，混播翻壓后土壤酶活性與有效磷含量、速效鉀含量的相關性顯著增加。綜上所述，覆蓋作物翻壓能夠在短期內提高土壤速效養(yǎng)分含量和β-葡萄糖苷酶活性，苕子翻壓后的土壤堿解氮含量顯著高于黑麥草，黑麥草和苕子混合翻壓腐解能夠保持合理的堿解氮濃度，并延長其有效性時間。

關鍵詞：覆蓋作物；土壤β-葡萄糖苷酶；土壤脲酶；土壤養(yǎng)分

中圖分類號：S154.2；S158文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）16-0230-10

收稿日期：2022-11-23

基金項目：江西省研究生創(chuàng)新專項（編號：YC2021-S367）；大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（編號：202210410223）；國家自然科學基金（編號：31901125）。

作者簡介：潘語卓（1997—），女，四川樂山人，碩士研究生，主要研究方向為覆蓋作物培肥農田地力機理。E-mail：962863261@qq.com。

通信作者：楊文亭，博士，副研究員，主要研究方向為覆蓋作物提高作物產量和培肥地力的機理機制研究。E-mail：wtyang@jxau.edu.cn。

近年來，覆蓋作物在農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中得到了廣泛的實踐運用^［1-3］。大部分覆蓋作物是中國傳統(tǒng)農業(yè)中的綠肥，是一種高效清潔的綠色資源^［4］。國內外的研究結果表明，覆蓋作物在增加下茬作物產量^［5］、提高作物氮肥利用效率、減少化學肥料用量^［6］、改善土壤肥力^［7］、固碳減排^［8］等方面都有正效應，從而有利于維持土壤健康^［9］。因此，種植覆蓋作物被認為是一種可以實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新策略^［10］。

覆蓋作物翻壓腐解釋放養(yǎng)分和改善土壤酶活性是促進下茬作物生長和增產的主要原因。對于作物的吸收利用而言，覆蓋作物腐解釋放的氮與化肥氮肥是等效的，覆蓋作物腐解釋放氮的過程能夠延長生物有效性氮在土壤中的滯留時間^［11］。土壤中的胞外酶活性很早就被用于研究覆蓋作物腐解過程中的養(yǎng)分循環(huán)和生化過程。由于胞外酶在產生過程中會從有機物質中獲取營養(yǎng)物質，因此土壤胞外酶活性能夠表征微生物的代謝需求^［12］。同時，農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中關于碳氮循環(huán)相關酶活性與無機氮之間相互關系的研究已開展^［13］，但主要集中在某個時期，沒有進行連續(xù)監(jiān)測。土壤β-葡萄糖苷酶能夠分解纖維素生成葡萄糖，是纖維素分解酶系中的重要組成成分之一，在土壤微生物的糖類代謝方面具有重要生理功能^［13］。土壤脲酶主要作用于酰胺的C—N鍵，能夠水解尿素生成氨^［14］。由此可見，β-葡萄糖苷酶、脲酶可以分別作為碳多聚體降解以及氨釋放的標記^［15］。已有文獻報道，β-葡萄糖苷酶、脲酶活性與土壤養(yǎng)分具有很高的相關性^［16］，但這種高相關性在紅壤地不同覆蓋作物種類翻壓還田、甜玉米種植過程中是否存在還不清楚。因此，本研究假設不同覆蓋作物種類翻壓還田會影響甜玉米地土壤養(yǎng)分和酶活性，通過室內模擬試驗，研究覆蓋作物種類（黑麥草單播、苕子單播、黑麥草/苕子混播）和種植模式（種植甜玉米和不種植甜玉米）對覆蓋作物翻壓腐解前期土壤養(yǎng)分含量、酶活性變化的影響，以期驗證覆蓋作物翻壓還田是否能改善土壤氮素有效性、土壤酶活性，從而為進一步優(yōu)化設計覆蓋作物混播組合和種植模式、維持土壤健康提供一定技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試甜玉米品種為贛科甜6號，覆蓋作物為黑麥草（Lolium multiflorum Lam.）、紫花光葉苕子（Vicia villosa Roth var.）。黑麥草、紫花光葉苕子分別于2021年3月24日、3月29日收獲，于60 ℃烘干至恒質量后，剪成1 cm左右的小段，干燥后保存?zhèn)溆谩：邴湶?、苕子的氮含量分別為27.15、40.31 g/kg，碳含量分別為365.95、310.89 g/kg。

供試土壤為紅壤，采自2017年開始甜玉米間作大豆種植模式的定位試驗田，土壤β-葡萄糖苷酶 活性為79.67 μmol/（g·d），脲酶活性為 3 593.21 μg/（g·d），蔗糖酶活性為 18.09 mg/（g·d），基本理化性質如下：有機質含量27.14 g/kg，pH值3.99（土與1 mol/L KCl的質量比為1∶5），堿解氮含量66.5 mg/kg，速效磷含量19.89 mg/kg，速效鉀含量68 mg/kg。

1.2 試驗設計

本試驗于2021年9月6—27日在江西農業(yè)大學作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點實驗室進行。試驗設置覆蓋作物種類、種植模式2個因素。覆蓋作物種類包括空閑（CK）、單播黑麥草翻壓（R）、單播苕子翻壓（H）、黑麥草/苕子混播（質量比1∶1）翻壓（RH），種植模式包括種植甜玉米（C）和不種甜玉米，共8個處理（表1）。

試驗用高6.5 cm、上端口直徑7.0 cm、下端口直徑4.0 cm的塑料杯作為培養(yǎng)盆，每個盆內均放置黑色塑料袋，防止根系見光。每個容器內添加130 g干土，黑麥草、苕子和兩者混合物各稱取1.3 g直接添加至培養(yǎng)盆中。混合物內黑麥草、苕子的質量比為1∶1，用蒸餾水補足土壤含水量至20%（大田平均含水量），培養(yǎng)期間通過稱質量法進行補水，使土壤含水量維持在20%。需要種植甜玉米的處理每盆直播甜玉米種子2粒，放置于人工氣候箱中培養(yǎng)，溫度設置為25 ℃，光—暗周期為16 h—8 h，光照度為13 000 lx，待甜玉米發(fā)芽后每盆保留1株。土壤取樣時間為4、7、14、21 d，共取樣4次。每個處理每次隨機取4盆，為保證試驗順利進行，每個處理均備份4盆，共176盆。

1.3 測定項目與方法

土壤養(yǎng)分的測定參考鮑士旦主編的《土壤農化分析方法》^［17］，土壤pH值用雷磁酸度計測定（土∶1mol/L KCl為1∶5）。去除覆蓋作物后采用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機質含量，土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定，速效磷含量采用鉬銻抗比色法（普析通用T6新世紀紫外可見分光光度計）測定，速效鉀含量采用火焰分光光度法（上海精科火焰光度計——FP6410）測定。土壤酶活性的測定參考關松蔭主編的《土壤酶及其研究法》^［18］，土壤β-葡萄糖苷酶活性采用硝基酚比色法測定，土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，土壤脲酶活性采用奈氏試劑——靛酚藍比色法測定。

1.4 數(shù)據處理

用Excel 2022進行數(shù)據處理，用SPSS 26.0進行數(shù)據分析，用Duncans法進行顯著性檢驗。土壤酶活性與養(yǎng)分間的相關性用Pearson相關性分析法，用Origin 2022軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 覆蓋作物翻壓后的土壤酶活性

2.1.1 土壤β-葡萄糖苷酶活性 從圖1可以看出，無論是否種植甜玉米，在覆蓋作物翻壓后4～14 d，土壤β-葡萄糖苷酶活性均顯著高于對照。在覆蓋作物翻壓后21 d，在種植甜玉米處理下，不同覆蓋作物翻壓后土壤的β-葡萄糖苷酶活性顯著高于對照；在未種植甜玉米處理下，黑麥草、苕子翻壓處理的β-葡萄糖苷酶活性均顯著高于對照，混播翻壓處理的β-葡萄糖苷酶活性與對照間無顯著差異。與未種甜玉米的處理相比，苕子翻壓后種植甜玉米的土壤β-葡萄糖苷酶活性在覆蓋作物翻壓后7、14 d分別顯著下降了66.06%、30.94%，混播翻壓后僅在7 d時顯著下降了33.57%；但在覆蓋作物翻壓后21 d時，混播翻壓后種植甜玉米的土壤 β-葡萄糖苷酶活性顯著增加了102.90%。

與覆蓋作物翻壓后4 d時相比，在未種植甜玉米處理下，苕子、混播翻壓后7 d的土壤β-葡萄糖苷酶活性均顯著增加，分別增加了53.82%、42.05%；在種植甜玉米處理下，苕子翻壓后14 d的土壤β-葡萄糖苷酶活性顯著增加了46.79%，混播翻壓后均無顯著差異。與覆蓋作物翻壓后14 d相比，在未種植甜玉米處理下，苕子、混播翻壓后21 d的土壤β-葡萄糖苷酶活性分別顯著降低了59.39%、46.02%；在種植甜玉米處理下，黑麥草、苕子翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶活性在覆蓋作物翻壓后21 d時均顯著降低，分別降低了35.10%、27.77%，混播翻壓后無顯著差異，表現(xiàn)出較好的酶活穩(wěn)定性。

2.1.2 土壤脲酶活性 從圖2可以看出，覆蓋作物翻壓后7 d時，無論是否種植甜玉米，黑麥草翻壓的土壤脲酶活性均顯著高于苕子翻壓處理，分別增加了14.65%、12.18%。在種植甜玉米處理下，與對照相比，混播翻壓后14 d的土壤脲酶活性顯著增加了16.73%，其他時期均無顯著差異；與苕子翻壓處理相比，混播翻壓后7 d的土壤脲酶活性有顯著增加，但在覆蓋作物翻壓后21 d時有顯著下降。

與覆蓋作物翻壓后4 d相比，苕子翻壓處理后，無論是否種植甜玉米，土壤脲酶活性均在覆蓋作物翻壓后21 d時顯著增加，分別增加了15.13%、37.52%；混播翻壓后，種植甜玉米的土壤脲酶活性在覆蓋作物翻壓后14 d顯著增加了31.21%；黑麥草翻壓后，隨著時間的變化，土壤脲酶活性無顯著差異。

2.1.3 土壤蔗糖酶活性 從圖3可以看出，與對照相比，在不同覆蓋作物翻壓后21 d，種植甜玉米的土壤蔗糖酶活性均顯著增加，分別增加了69.87%、73.41%和53.07%；未種植甜玉米的土壤蔗糖酶活性僅在混播翻壓后顯著增加了26.29%；在其余時期，不同種覆蓋作物翻壓后對土壤蔗糖酶活性均無顯著影響。覆蓋作物翻壓后的土壤蔗糖酶活性在4個取樣時期無顯著變化。

2.1.4 土壤β-葡萄糖苷酶：脲酶活性比率 從圖4可以看出，苕子翻壓7 d后，未種植甜玉米的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比等于1.0，其他處理均小于1.0。與對照相比，無論是否種植甜玉米，翻壓覆蓋作物后4～14 d內，土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比均顯著升高。在覆蓋作物翻壓后21 d，相比于對照，未種植甜玉米條件下，僅黑麥草翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比顯著升高了59.55%，混播處理還有下降的趨勢；在種植甜玉米的條件下，覆蓋作物翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比均顯著升高，黑麥草、苕子和混播翻壓處理的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比分別升高了124.33%、157.28%和186.40%。在未種植甜玉米的條件下，覆蓋作物翻壓后4～14 d，苕子翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比均顯著高于黑麥草，分別升高了36.21%、168.75%和114.20%；混播處理的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比在覆蓋作物翻壓后7 d時也顯著高于黑麥草處理，提高了94.02%。

與覆蓋作物翻壓后4 d相比，在未種植甜玉米處理下，苕子翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比在覆蓋作物翻壓后7、14 d均顯著升高，分別升高了59.09%、51.48%；混播翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比在覆蓋作物翻壓7 d時顯著升高了40.74%；黑麥草翻壓后無顯著變化。在種植甜玉米處理下，黑麥草翻壓后21 d的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比顯著下降了19.66%；苕子翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比在覆蓋作物翻壓后7 d顯著下降了22.99%；混播翻壓后無顯著變化。

2.2 覆蓋作物翻壓后的土壤養(yǎng)分

2.2.1 土壤有機質含量 從圖5可以看出，在未種植甜玉米條件下，相比于對照（CK），翻壓覆蓋作物（黑麥草、苕子、黑麥草/苕子混播）的土壤有機質含量在覆蓋作物翻壓后4、7、14 d均顯著增加。相同時期翻壓不同種類覆蓋作物對土壤有機質含量均無顯著影響。在種植甜玉米條件下，相比于對照（CKC），苕子翻壓后的土壤有機質含量在覆蓋作物翻壓后4、7、21 d均有顯著增加，分別增加了5.24%、6.94%、14.61%，黑麥草、混播翻壓后的土壤有機質含量分別在覆蓋作物翻壓4、21 d時顯著增加，分別增加了7.31%、17.39%。

與覆蓋作物翻壓4 d相比，黑麥草翻壓后，未種植甜玉米的土壤有機質含量在覆蓋作物翻壓14、21 d 時均顯著增加，分別增加了13.24%、22.98%。苕子翻壓后種植甜玉米，土壤有機質含量在覆蓋作物翻壓14、21 d均顯著增加，分別增加了15.72%、9.41%?；觳シ瓑汉螅捶N植、種植甜玉米的土壤有機質含量均在覆蓋作物翻壓后14、21 d顯著增加，分別增加了11.93%、24.48%和25.53%、16.11%。

2.2.2 土壤pH值 從圖6可以看出，無論是否種植甜玉米，不同種類覆蓋作物翻壓后4 d的土壤pH值均顯著高于對照。在未種植甜玉米處理下，相比于對照，黑麥草翻壓后14、21 d的土壤pH值顯著下降，分別降低了0.23、0.25，混播翻壓后21 d的土壤pH值也有顯著降低，降低了0.26。在種植甜玉米處理下，相比于對照，黑麥草翻壓后21 d的土壤pH值顯著降低，但在苕子處理下有顯著升高。

覆蓋作物翻壓后，土壤pH值整體呈波動上升的趨勢。與覆蓋作物翻壓4 d相比，未種植甜玉米時，不同種類覆蓋作物翻壓后，其他時期的土壤pH值均無顯著變化；但種植甜玉米時，黑麥草、苕子翻壓后的土壤pH值在覆蓋作物翻壓14 d時顯著增加，分別增加了0.22、0.18。

2.2.3 土壤堿解氮 從圖7可以看出，無論是否種植甜玉米，苕子翻壓后的土壤堿解氮含量均呈顯著下降的趨勢，而黑麥草和混播翻壓處理后，土壤堿解氮含量均維持穩(wěn)定，且無顯著差異。相比于對照，除了種植甜玉米覆蓋作物翻壓7 d的黑麥草，其他覆蓋作物翻壓后的土壤堿解氮含量均顯著升高。相比于黑麥草，苕子和混播翻壓后的土壤堿解氮含量在覆蓋作物翻壓4～14 d均顯著增加。苕子翻壓后的土壤堿解氮含量在覆蓋作物翻壓4、7 d時均顯著高于其他處理。

無論是否種植甜玉米，黑麥草翻壓后21 d的土壤堿解氮含量較覆蓋作物翻壓后4 d時均顯著增加，分別增加了21.16%、6.20%，但苕子翻壓后 21 d 較覆蓋作物翻壓后4 d顯著降低，分別降低了23.56%、28.10%?；觳シ瓑汉?，無論是否種植甜玉米，土壤堿解氮含量均在覆蓋作物翻壓后14 d達到最大值，但在未種植甜玉米處理下，土壤堿解氮含量在覆蓋作物翻壓后21 d較覆蓋作物翻壓后14 d顯著下降，降低了21.54%，種植甜玉米的土壤堿解氮含量在4個取樣時期均無顯著差異。

2.2.4 土壤有效磷、速效鉀含量 從圖8可以看出，在未種植甜玉米處理下，相比于對照，苕子和混播翻壓后4 d的土壤有效磷含量顯著增加，但覆蓋作物翻壓14 d時均有顯著下降；覆蓋作物翻壓21 d時，不同覆蓋作物翻壓后的土壤有效磷含量均顯著增加，分別增加了24.90%、46.97%、46.56%。在種植甜玉米處理下，相比于對照，黑麥草翻壓后，土壤有效磷含量在覆蓋作物翻壓后7 d顯著增加了70.14%，但在覆蓋作物翻壓4、14、21 d時顯著下降。苕子翻壓后，土壤有效磷含量分別在覆蓋作物翻壓后4、7、21 d顯著增加，分別增加了20.40%、72.77%、26.61%?；觳シ瓑汉螅寥烙行Я缀吭诟采w作物翻壓后21 d顯著增加了51.43%。與覆蓋作物翻壓后4 d相比，黑麥草翻壓后，未種植甜玉米處理的土壤有效磷含量在覆蓋作物翻壓后7～21 d均顯著增加，種植甜玉米的土壤有效磷含量均在覆蓋作物翻壓后7 d顯著增加。在混播翻壓處理下，未種植甜玉米的土壤有效磷含量在覆蓋作物翻壓后7 d顯著增加了20.43%，但在覆蓋作物翻壓后14、21 d顯著下降。

從圖9可以看出，在覆蓋作物翻壓后7～21 d，不同種類覆蓋作物翻壓后的土壤速效鉀含量之間均無顯著差異。在未種植甜玉米處理下，相比于對照，翻壓覆蓋作物后土壤鉀含量均顯著增加，增加幅度分別為118.98%～131.89%、124.32%～133.90%、108.06%～128.65%。在種植甜玉米處理下，相比于對照，翻壓覆蓋作物后土壤鉀含量均顯著增加，增加幅度分別為102.40%～123.73%、103.45%～129.51%、91.63%～123.33%。

2.3 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分的相關性分析

由圖10可知，不同覆蓋作物翻壓后，土壤酶活性與土壤養(yǎng)分之間的相關性存在顯著差異。黑麥草翻壓后，土壤β-葡萄糖苷酶活性與土壤pH值呈極顯著正相關，與蔗糖酶、脲酶活性間無顯著相關性。苕子翻壓后，土壤脲酶活性與土壤有機質含量和pH值均呈顯著正相關，與土壤堿解氮呈極顯著負相關；土壤蔗糖酶活性與土壤速效鉀含量呈顯著負相關；土壤β-葡萄糖苷酶活性與土壤養(yǎng)分均未有顯著相關性?；觳シ瓑汉螅寥捆?葡萄糖苷酶活性與土壤堿解氮、有效磷含量均呈顯著正相關；土壤脲酶活性與土壤有機質含量呈極顯著正相關，與土壤速效鉀含量呈顯著正相關，與土壤有效磷含量呈顯著負相關；土壤蔗糖酶活性僅與速效鉀含量呈顯著正相關。

3 討論

3.1 土壤酶活性

在本試驗中，黑麥草、苕子及二者混合翻壓均能顯著提高腐解前期（覆蓋作物翻壓后21 d）的土壤β-葡萄糖苷酶活性，這與Nevins等的研究結果^［19］相似。覆蓋作物翻壓還田后，一方面，其殘體能夠釋放出多種酶類；另一方面，還田的作物向土壤輸入了大量碳水化合物（包括纖維素、蔗糖）和氮素，促進了土壤微生物生長繁殖與代謝及甜玉米根系生長，進而增加了相關水解酶的濃度。其中 β-葡萄糖苷酶在纖維素降解中起到關鍵作用^［20］。此外，覆蓋作物處理與對照相比能夠減少水分蒸發(fā)損失，保持較高的土壤含水量，有利于微生物的代謝活動^［21］。

土壤酶活性受到不同覆蓋作物腐解釋放碳、氮的影響^［22］。在本試驗中，相比于不種甜玉米處理，種植甜玉米的處理顯著降低了苕子和混播處理7 d時土壤β-葡萄糖苷酶活性和β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比，但顯著增加了混播處理21 d時土壤 β-葡萄糖苷酶活性和β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比?？赡苤饕捎谲孀拥枯^高（40.31 g/kg），碳氮比低于黑麥草，前期腐解釋放的易降解碳氮較多，使其在前期腐解較快^［15］，初期（7 d）腐解釋放的氮素較多，β-葡萄糖苷酶-脲酶活性比較好，土壤 β-葡萄糖苷酶活性較高；另一方面，由于溫度適宜（25 ℃），覆蓋作物翻壓7 d時甜玉米已有1葉1心，甜玉米吸收利用了部分氮素，抑制了微生物生長^［23］，從而導致種植甜玉米處理中的土壤β-葡萄糖苷酶活性降低。覆蓋作物翻壓后21 d時，種植甜玉米的土壤β-葡萄糖苷酶活性顯著提高，可能由于甜玉米根系分泌物增加為微生物生長提供了養(yǎng)分^［24］；另一方面，隨著翻壓腐解時間的推進，易降解有機碳減少，土壤β-葡萄糖苷酶酶活性均有較大幅度降低，但黑麥草的腐解釋放較苕子慢^［25］，減緩了土壤酶活性的降低，從而有利于混播處理保持較高的土壤β-葡萄糖苷酶活性。短期內覆蓋作物腐解速率較快，但在腐解中后期覆蓋作物腐解速率變緩，關于土壤酶活性在覆蓋作物腐解中后期會有何響應還需要進一步研究。

本研究結果表明，β-葡萄糖苷酶-脲酶的比值均小于1.0（H處理除外），說明脲酶的活性較高，土壤中微生物比較活躍，相對于氮素，碳是主要限制因素，需要補充更多碳源^［26］。相比于對照，翻壓黑麥草、苕子和黑麥草/苕子混播均顯著增加了酶活性比，在一定程度上說明覆蓋作物腐解增加了土壤碳源，促進了微生物的生長，提高了β-葡萄糖苷酶活性。相比于苕子，混播翻壓后的酶活性比較低，可能由于苕子氮素含量高，腐解釋放的氮素多，在一定程度上抑制了土壤脲酶活性^［27］。另一方面，苕子翻壓腐解過程中有較高的β-葡萄糖苷酶活性，但是隨著試驗時間的延長，混播翻壓后種植甜玉米的β-葡萄糖苷酶-脲酶比維持穩(wěn)定，未有顯著變化，而苕子翻壓后無論是否種植甜玉米，β-葡萄糖苷酶-脲酶比值均逐漸降低，且在覆蓋作物翻壓后21 d時顯著低于混播翻壓，表明混播處理更有利于甜玉米的生長。在之后的研究中為了更好地平衡土壤碳氮相關的酶活性，需要考慮引進更多額外的碳源或者更高碳含量的覆蓋作物。

3.2 土壤養(yǎng)分

種植覆蓋作物能活化富集土壤磷、鉀等養(yǎng)分^［28］，豆科覆蓋作物還能增加生物固氮量^［22］，而這種生物固氮量在覆蓋作物翻壓還田后通過礦化釋放出來，既能提高土壤有機質含量，也能為后茬作物提供速效養(yǎng)分^［29］。本研究結果表明，3種覆蓋作物均能提高土壤堿解氮、速效磷和有效鉀含量，土壤pH值和有機質含量也有增加趨勢。與黑麥草和苕子翻壓相比，混播翻壓后，無論是否種植甜玉米，土壤養(yǎng)分均維持穩(wěn)定，且與覆蓋作物翻壓后4 d相比，有增加的趨勢。額外氮源的攝入可提高土壤堿解氮含量^［23］。苕子的含氮量高于黑麥草，故苕子和混播翻壓后的土壤堿解氮含量均高于黑麥草，且在覆蓋作物翻壓后21 d時苕子和混播處理無顯著差異，但后續(xù)混播是否能持續(xù)保持優(yōu)勢，還有待進一步研究。

在本研究中，不同覆蓋作物翻壓后，無論是否種植甜玉米，土壤速效鉀含量均顯著提高。鉀在土壤中主要以離子態(tài)存在，易溶于水，故釋放較快^［30］。苕子和混播翻壓后，土壤有效磷含量整體呈波動增加的趨勢，而黑麥草翻壓后，土壤有效磷含量較對照顯著降低。土壤對磷的吸附能力與有機酸有關，而不同覆蓋作物在腐解過程中通過溶解、還原、酸溶等作用，使土壤中難溶的有機態(tài)磷轉化為無機態(tài)磷^［31］。同時，覆蓋作物腐解過程中產生的有機酸種類和含量也能直接影響土壤有效磷含量^［32］。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效磷含量在前期低，有利于在玉米生育后期為其提供充足的氮素養(yǎng)分，且隨著玉米后期利用氮素的能力提高，有利于玉米對于土壤速效鉀及有效磷的吸收^［33］，表明與苕子和混播相比，黑麥草翻壓后種植甜玉米可能更有利于增加二者之間氮素需求的協(xié)同性。

3.3 土壤養(yǎng)分與酶活性相關性

本研究結果表明，黑麥草翻壓后僅土壤β-葡萄糖苷酶與土壤pH值呈極顯著正相關，混播翻壓后土壤β-葡萄糖苷酶活性與土壤堿解氮、有效磷含量均呈顯著正相關，而苕子翻壓后土壤β-葡萄糖苷酶與土壤養(yǎng)分未有顯著相關性。土壤β-葡萄糖苷酶作為專一的纖維素水解酶，主要參與土壤中的碳循環(huán)過程^［26］。本研究結果顯示，無論是否種植甜玉米，苕子翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶活性整體高于黑麥草、混播翻壓，表明苕子翻壓前期的外源碳可能多于黑麥草和混播翻壓。碳源的攝入能顯著提高土壤pH值^［34］，而pH值增加加快了堿性磷酸酶水解速率并抑制了土壤碳氮養(yǎng)分循環(huán)，從而間接抑制苕子翻壓后的土壤β-葡萄糖苷酶活性^［35］。也有可能是由于土壤pH值對土壤基質中固定的胞外酶活性有直接影響^［36］。

脲酶作為專一的尿素水解酶，能催化尿素在土壤中的分解，促進植株吸收，可反映土壤的供氮能力^［26］。單播苕子翻壓后土壤脲酶活性與土壤pH值和有機質含量均呈顯著正相關，與堿解氮含量呈顯著負相關。苕子作為豆科植物，自身含氮量較高，前期腐解速率較快^［37］，翻壓后改變了土壤微生物群落，增加了土壤脲酶活性。混播翻壓后增強了土壤脲酶活性與土壤速效鉀含量呈顯著正相關，減少了由苕子翻壓后土壤脲酶活性與土壤堿解氮的顯著負相關影響。與苕子翻壓相比，混播中有黑麥草提供的額外碳源，提高了土壤碳氮比，更有利于覆蓋作物的腐解。在含有苕子的處理中，土壤脲酶活性與土壤有機質含量表現(xiàn)為顯著正相關，這與和文祥等的研究結果^［38］一致。土壤有機質通過影響全氮、速效氮等因素對脲酶活性存在較大的間接正效應^［39］，而脲酶在促進土壤氮素循環(huán)的同時，也間接地對土壤有機質造成一定的影響。

4 結論

覆蓋作物翻壓還田前期（覆蓋作物翻壓后 21 d）能夠提高土壤β-葡萄糖苷酶活性。等量苕子較黑麥草翻壓還田能夠釋放更多的無機氮，維持更高的土壤β-葡萄糖苷酶活性，但存在增加氮損失、氮淋溶的風險，而苕子和黑麥草混合種植翻壓還田腐解有利于保持土壤中合理的堿解氮濃度和有效性時間，具有促進甜玉米氮素吸收、減少土壤氮素損失的潛力。從覆蓋作物腐解養(yǎng)分釋放與甜玉米養(yǎng)分吸收的協(xié)同性考慮，種植甜玉米后較苕子和黑麥草翻壓相比，混播處理下的土壤β-葡萄糖苷酶活性、堿解氮和有效磷均維持穩(wěn)定，表明混播翻壓還田更有利于維持甜玉米對養(yǎng)分的需求。

參考文獻：

［1］孫明雪，張玉霞，叢百明，等. 苜蓿抗寒性對秋季施用鉀肥種類及用量的生理響應［J］. 干旱地區(qū)農業(yè)研究，2022，40（1）：247-254.

［2］李青梅，王華玲，張玲玲，等. 白三葉草和鼠茅草對果園土壤微生物和線蟲群落的影響差異［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2021，27（6）：1055-1067.

［3］王曉維，徐健程，龍昌智，等. 施氮量和土壤含水量對黑麥草還田紅壤氮素礦化的影響［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2018，24（2）：365-374.

［4］曹衛(wèi)東，包興國，徐昌旭，等. 中國綠肥科研60年回顧與未來展望［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2017，23（6）：1450-1461.

［5］Hunter M C，Kemanian A R，Mortensen D A. Cover crop effects on maize drought stress and yield［J］. Agriculture，Ecosystems & Environment，2021，311：107294.

［6］Langelier M，Chantigny M H，Pageau D，et al. Nitrogen-15 labelling and tracing techniques reveal cover crops transfer more fertilizer N to the soil reserve than to the subsequent crop［J］. Agriculture，Ecosystems & Environment，2021，313：107359.

［7］Adetunji A T，Ncube B，Mulidzi R，et al. Management impact and benefit of cover crops on soil quality：a review［J］. Soil and Tillage Research，2020，204：104717.

［8］Wen Y，Zang H D，Ma Q X，et al. Impact of water table levels and winter cover crops on greenhouse gas emissions from cultivated peat soils［J］. The Science of the Total Environment，2020，719：135130.

［9］Griffiths M，Delory B M，Jawahir V，et al. Optimisation of root traits to provide enhanced ecosystem services in agricultural systems：a focus on cover crops［J］. Plant，Cell & Environment，2022，45（3）：751-770.

［10］蹇述蓮，李書鑫，劉勝群，等. 覆蓋作物及其作用的研究進展［J］. 作物學報，2022，48（1）：1-14.

［11］Glasener K M，Wagger M G，MacKown C T，et al. Contributions of shoot and root nitrogen-15 labeled legume nitrogen sources to a sequence of three cereal crops［J］. Soil Science Society of America Journal，2002，66（2）：523-530.

［12］Luo L，Meng H，Gu J. Microbial extracellular enzymes in biogeochemical cycling of ecosystems［J］. Journal of Environmental Management，2017，197：539-549.

［13］Bowles T M，Acosta-Martínez V，Calderón F，et al. Soil enzyme activities，microbial communities，and carbon and nitrogen availability in organic agroecosystems across an intensively-managed agricultural landscape［J］. Soil Biology and Biochemistry，2014，68：252-262.

［14］Yang K，Zhu J J，Yan Q L，et al. Soil enzyme activities as potential indicators of soluble organic nitrogen pools in forest ecosystems of Northeast China［J］. Annals of Forest Science，2012，69（7）：795-803.

［15］Dilly O，Blume H P，Munch J C. Soil microbial activities in Luvisols and Anthrosols during 9 years of region-typical tillage and fertilisation practices in northern Germany［J］. Biogeochemistry，2003，65（3）：319-339.

［16］Adetunji A T，Lewu F B，Mulidzi A R，et al. The biological activities of β-glucosidase，phosphatase and urease as soil quality indicators：a review［J］. Journal of Soil Science and Plant Nutrition，2017，17（3）：794-807.

［17］鮑士旦. 土壤農化分析方法［M］. 北京：中國農業(yè)出版社，2000：25-108.

［18］關松蔭. 土壤酶及其研究法［M］. 北京：北京農業(yè)出版社，1986：30-125.

［19］Nevins C J，Lacey C，Armstrong S D. The synchrony of cover crop decomposition，enzyme activity，and nitrogen availability in a corn agroecosystem in the Midwest United States［J］. Soil and Tillage Research，2020，197：104518.

［20］Hobbie J E，Hobbie E A. Microbes in nature are limited by carbon and energy：the starving-survival lifestyle in soil and consequences for estimating microbial rates［J］. Frontiers in Microbiology，2013，11（4）：324-334.

［21］王理德，王方琳，郭春秀，等. 土壤酶學硏究進展［J］. 土壤，2016，48（1）：12-21.

［22］de Notaris C，Mortensen E ?，S?rensen P，et al. Cover crop mixtures including legumes can self-regulate to optimize N₂fixation while reducing nitrate leaching［J］. Agriculture，Ecosystems & Environment，2021，309：107287.

［23］徐 欣，王曉軍，謝洪寶，等. 秸稈腐解對不同氮肥水平土壤脲酶活性的影響［J］. 中國農學通報，2018，34（34）：99-102.

［24］蔡銀美，張成富，趙慶霞，等. 模擬根系分泌物輸入對森林土壤氮轉化的影響研究綜述［J］. 浙江農林大學學報，2021，38（5）：916-925.

［25］薄晶晶，王 俊，付 鑫. 兩種綠肥腐解及其碳氮養(yǎng)分釋放動態(tài)特征［J］. 生態(tài)科學，2019，38（6）：37-45.

［26］Nevins C J，Lacey C，Armstrong S. Cover crop enzyme activities and resultant soil ammonium concentrations under different tillage systems［J］. European Journal of Agronomy，2021，126：126277.

［27］Laidler B P H K. The molecular kinetics of the urea-urease system.Ⅱ. The inhibition by products［J］. Journal of the American Chemical Society，1950，72（6）：2487-2489

［28］高菊生，黃 晶，楊志長，等. 綠肥和稻草聯(lián)合還田提高土壤有機質含量并穩(wěn)定氮素供應［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2020，26（3）：472-480.

［29］高嵩涓，周國朋，曹衛(wèi)東. 南方稻田紫云英作冬綠肥的增產節(jié)肥效應與機制［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2020，26（12）：2115-2126.

［30］徐健程，王曉維，朱曉芳，等. 不同綠肥種植模式下玉米秸稈腐解特征研究［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2016，22（1）：48-58.

［31］趙冬雪，王盼盼，常春麗，等. 綠肥套作對植煙土壤微生物群落功能多樣性的影響［J］. 華北農學報，2019，34（5）：201-207.

［32］顧熾明，李 越，李銀水，等. 綠肥腐解液中有機酸組成對鋁磷和鐵磷活化能力的影響［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2021，27（9）：1627-1635.

［33］劉詩璇，陳松嶺，蔣一飛，等. 控釋氮肥與普通氮肥配施對東北春玉米氮素利用及土壤養(yǎng)分有效性的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學報，2019，28（5）：939-947.

［34］鄭慧芬，吳紅慧，翁伯琦，等. 施用生物炭提高酸性紅壤茶園土壤的微生物特征及酶活性［J］. 中國土壤與肥料，2019（2）：68-74.

［35］秦嘉海，張 勇，趙蕓晨，等. 祁連山黑河上游不同退化草地土壤理化性質及養(yǎng)分和酶活性的變化規(guī)律［J］. 冰川凍土，2014，36（2）：335-346.

［36］Sinsabaugh R L，Lauber C L，Weintraub M N，et al. Stoichiometry of soil enzyme activity at global scale［J］. Ecology Letters，2008，11（11）：1252-1264.

［37］單明娟，秦 華，陳俊輝，等. 兩種間作體系對叢枝菌根真菌侵染及多氯聯(lián)苯去除的影響［J］. 應用與環(huán)境生物學報，2018，24（3）：470-477.

［38］和文祥，譚向平，王旭東，等. 土壤總體酶活性指標的初步研究［J］. 土壤學報，2010，47（6）：1232-1236.

［39］黃書濤. 黃河三角洲鹽堿地土壤脲酶活性與土壤性質的通徑分析［J］. 山東農業(yè)科學，2007（6）：89-91.