甘薯不同輪作模式對(duì)土壤有機(jī)碳組分及碳轉(zhuǎn)化酶活性的影響

劉亞軍，王文靜，李 敏，胡啟國(guó)，劉廣卿，孫喜云，儲(chǔ)鳳麗

（商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南 商丘 476000）

甘薯是重要糧食作物，近年來，隨著甘薯產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，越來越多的甘薯衍生產(chǎn)品被開發(fā)與接受，使得甘薯需求量與生產(chǎn)效益逐年提高[1-2]。種植戶為追求經(jīng)濟(jì)效益，常年連作甘薯，不僅造成甘薯產(chǎn)量、品質(zhì)降低，也導(dǎo)致大面積發(fā)生甘薯根腐病、線蟲病等病害，嚴(yán)重影響了甘薯的商品性與經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)目前困境，大多數(shù)種植戶選擇增加施肥、施藥來緩解甘薯連作帶來的負(fù)面影響[3]，但隨之而來的是嚴(yán)重影響了土壤的持續(xù)生產(chǎn)力，并帶來農(nóng)田生態(tài)環(huán)境問題[4]。因此，有效解決甘薯連作問題是促進(jìn)甘薯產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要研究方向。有研究表明，輪作倒茬是解決甘薯連作障礙的有效途徑[5-6]。喬月靜等[7]、劉亞軍等[8]、趙姝[9]在甘薯生長(zhǎng)發(fā)育與土壤養(yǎng)分、微生物關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，甘薯輪作能夠提高土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化效率，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收與利用，進(jìn)而提高甘薯產(chǎn)量及品質(zhì)。但也有研究表明，與甘薯倒茬的作物不同，其對(duì)甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育、土壤質(zhì)量以及對(duì)下茬作物的生長(zhǎng)影響均不相同[10]。因此，探究甘薯不同輪作模式對(duì)緩解甘薯連作障礙具有重要意義。

農(nóng)田土壤碳庫(kù)是地球上僅次于海洋和地質(zhì)碳庫(kù)的第三大碳庫(kù)，易受人類活動(dòng)例如耕作、施肥、作物輪作倒茬等措施影響，其含量的微小變化都有可能引起碳庫(kù)轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而對(duì)大氣二氧化碳濃度產(chǎn)生重要影響[11-13]。土壤有機(jī)碳是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，在調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、改善土壤微生態(tài)環(huán)境、影響作物生長(zhǎng)發(fā)育方面發(fā)揮重要作用[14-15]。但土壤總有機(jī)碳含量的微小變化難以觀測(cè)，而屬于土壤活性有機(jī)碳范疇的可溶性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳和微生物有機(jī)碳對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)較為靈敏，常用來表征土壤有機(jī)碳變化[16-17]。

土壤酶是土壤中大多數(shù)生化反應(yīng)的催化劑，能夠反映土壤肥力水平及有機(jī)物代謝水平，是表征土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[18]。有研究表明，土壤酶活性在土壤養(yǎng)分循環(huán)中作用顯著高于土壤微生物，提高土壤酶活性能夠增強(qiáng)土壤代謝水平，改善土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)作物吸收與利用[19]。也有研究表明，土壤中有機(jī)碳組分含量變化與生物學(xué)酶活性變化密切相關(guān)[20-21]。因此，探究甘薯不同輪作模式下土壤有機(jī)碳及相關(guān)酶活性的變化規(guī)律對(duì)評(píng)價(jià)甘薯田土壤質(zhì)量及肥力演變具有重要意義。

目前，關(guān)于甘薯輪作倒茬的研究主要集中在甘薯產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分、微生物方面[4，22]，而關(guān)于甘薯田土壤有機(jī)碳組分的研究尚未見報(bào)道。此外，已有其他作物不同輪作模式對(duì)土壤有機(jī)碳影響的研究報(bào)道，為甘薯輪作模式對(duì)土壤有機(jī)碳組分及相關(guān)酶活性的研究拓寬了思路[23-24]。因此，基于3 a 田間定位試驗(yàn)，探究甘薯不同輪作模式對(duì)土壤有機(jī)碳組分及相關(guān)酶活性的影響及不同有機(jī)碳組分含量與碳轉(zhuǎn)化酶活性間的關(guān)系，確定適宜的輪作模式，為提高甘薯田土壤質(zhì)量、持續(xù)提升甘薯生產(chǎn)力提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于河南省商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)示范基地（116°38'E、39°93'N），該地平均海拔53 m，屬典型暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均溫度14.2 ℃，年平均降水量670 mm，降水多集中在6—9月，無霜期210 d，年日照時(shí)數(shù)2 200 h。試驗(yàn)地為甘薯-小麥連作3 a 地塊，供試土壤為黃潮土黏土質(zhì)。試驗(yàn)前0～20 cm 土壤理化性質(zhì)：全氮0.88 g/kg、全磷0.70 g/kg、有機(jī)質(zhì)10.80 g/kg、堿解氮68.81 mg/kg、速 效 磷59.28 mg/kg、速 效 鉀138.21 mg/kg，pH 值8.04；20～40 cm 土壤理化性質(zhì)：全氮0.82 g/kg、全磷0.64 g/kg、有機(jī)質(zhì)9.06 g/kg、堿解氮59.24 mg/kg、速效磷47.19 mg/kg、速效鉀114.6 mg/kg，pH值8.02。

1.2 供試品種

供試作物包括甘薯、小麥、油菜、玉米、花生。甘薯品種為商薯18號(hào)（商丘市農(nóng)林科學(xué)院生物研究所），小麥品種為商麥167（商丘市農(nóng)林科學(xué)院小麥區(qū)試站），油菜品種為豐油10號(hào)（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花油料作物研究所），玉米品種為鄭單958（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所），花生品種為商花5號(hào)（商丘市農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年6 月—2022 年11 月進(jìn)行。分別設(shè)甘薯-小麥連作（SWS）、甘薯-小麥/甘薯-油菜輪作（SWR）、甘薯-小麥/玉米-小麥輪作（SWC）、甘薯-小麥/花生-小麥輪作（SWP）4 種種植模式，3 次重復(fù)，全部隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積62.4 m2，試驗(yàn)區(qū)周圍設(shè)2 m 保護(hù)行，均與當(dāng)季作物相同。甘薯、小麥、油菜、玉米、花生種植密度分別為46 000株/hm2、135 kg/hm2、270 000 株/hm2、64 000 株/hm2、165 000穴/hm2。每個(gè)生產(chǎn)季不同處理施肥種類及施肥量均統(tǒng) 一 為 純N 120 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2，70%氮肥以及全部磷肥、鉀肥作為基肥施入，30%氮肥作為追肥施入。為保證各處理氮磷鉀碳等元素投入相當(dāng)，收獲時(shí)將不同作物秸稈均移出試驗(yàn)區(qū)。甘薯、小麥、油菜、玉米和花生的種植時(shí)間、收獲時(shí)間以及田間管理措施均按照當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣進(jìn)行。

1.4 樣品采集與指標(biāo)測(cè)定

于2022年甘薯收獲后，按照多點(diǎn)混合采樣法采集0～20、20～40 cm土壤樣品，采集后放入自封袋，然后通過裝有冰袋的保溫盒帶回實(shí)驗(yàn)室。撿出根系、碎石等雜物，過2 mm 篩。將其分成三部分：一部分土樣置于-4 ℃冰箱保存，用于土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性的測(cè)定；一部分土樣置于-40 ℃冰箱保存，用于土壤微生物量碳（MBC）、可溶性有機(jī)碳（DOC）的測(cè)定；其他土樣自然陰干，用于土壤有機(jī)碳（SOC）、易氧化有機(jī)碳（ROC）和顆粒有機(jī)碳（POC）的測(cè)定。

土壤有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、微生物量碳分別采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法[25]、高錳酸鉀氧化法[26]、六偏磷酸鈉分散法[27]、硫酸鉀浸提法[28]、氯仿熏蒸法[29]測(cè)定。纖維素酶、蔗糖酶活性均采用3，5-二硝基水楊酸比色法[30]測(cè)定，多酚氧化酶和過氧化物酶活性均采用比色法[30]測(cè)定。POC、DOC、ROC 及MBC 的有機(jī)碳組分占比均為其與SOC的比值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel WPS 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，采用SPSS 17.0 進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)（LSD法）和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯不同輪作模式對(duì)SOC含量的影響

由圖1 可知，甘薯不同輪作模式對(duì)不同土層土壤SOC 含量均有影響。與SWS處理相比，不同輪作處理均能夠提高0～20、20～40 cm土壤SOC含量。0～20 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤SOC 含量較SWS 處理分別提高3.64%、4.80%、2.04%。其中，SWC 處理土壤SOC 含量最高，較SWR、SWP 處理分別提高1.12%、2.71%，各處理間均無顯著性差異。不同處理土壤SOC 含量表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。20～40 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤SOC 含量較SWS 處理分別提高5.15%、7.82%、3.20%。其中，SWR、SWC 處理顯著高于SWS 處理，但與SWP 處理相比無顯著性差異。不同處理土壤SOC 含量與0～20 cm 土層相似，也表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。由此可知，甘薯合理輪作模式有利于提高土壤SOC含量。

不同小寫字母表示同一土層不同處理間差異顯著（P＜0.05），下同。Different lowercase letters indicate significant difference between different treatments in the same soil layer（P＜0.05），the same below.

2.2 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤有機(jī)碳組分含量的影響

2.2.1 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤DOC 含量的影響 不同輪作模式土壤DOC 含量變化如圖2A 所示。與SWS 處理相比，不同輪作處理均能夠顯著提高0～20、20～40 cm 土壤DOC 含量。0～20 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤DOC 含量較SWS 處理分別顯著提高12.92%、7.72%、6.86%。其中，SWR 處理土壤DOC 含量最高，較SWP 處理顯著提高5.67%，但與SWC 處理相比無顯著性差異。不同處理 土 壤DOC 含 量 表 現(xiàn) 為SWR＞SWC＞SWP＞SWS。20～40 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤DOC 含量較SWS 處理分別顯著提高16.70%、11.78%、10.17%。其中，SWR 處理土壤DOC 含量最高，較SWP 處理顯著提高5.93%，但與SWC 處理相比無顯著性差異。不同處理土壤DOC 含量也表現(xiàn)為SWR＞SWC＞SWP＞SWS，與0～20 cm土層相似。

圖2 甘薯不同輪作模式下土壤DOC（A）及POC（B）含量變化Fig.2 Change of soil DOC（A）and POC（B）content under the different rotation modes of sweet potato

2.2.2 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤POC 含量的影響 不同輪作模式土壤POC 含量差異見圖2B。與SWS處理相比，SWR、SWC、SWP處理均能夠提高0～20、20～40 cm 土壤POC 含量。0～20 cm 土層，SWR、SWC、SWP處理土壤POC含量較SWS處理分別提高6.11%、9.16%、4.58%。其中，SWR、SWC 處理顯著高于SWS 處理，但與SWP 處理相比無顯著性差異。不同處理土壤POC 含量表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。20～40 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤POC 含量較SWS 處理分別提高5.71%、8.57%、3.33%。其中，SWC處理土壤POC含量最高，較SWP處理顯著提高5.07%，但與SWR 處理相比無顯著性差異。不同處理土壤POC 含量也表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS，與0～20 cm土層相似。

圖1 甘薯不同輪作模式下土壤SOC含量變化
Fig.1 Change of soil SOC content under the different rotation modes of sweet potato

2.2.3 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤ROC 含量的影響 不同輪作模式土壤ROC 含量差異見圖3A。與SWS 處理相比，不同輪作處理均能夠顯著提高0～20、20～40 cm 土壤ROC 含量。0～20 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤ROC 含量較SWS 處理分別提高8.04%、14.29%、6.25%。其中，SWC 處理土壤ROC 含量最高，較SWR、SWP 處理分別顯著提高5.79%、7.56%。SWR、SWP 處理間無顯著性差異。不同處理土壤ROC 含量表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。20～40 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤ROC 含量較SWS 處理分別提高11.23%、14.44%、8.56%。其中，SWC 處理土壤ROC 含量最高，較SWP 處理顯著提高5.42%，但與SWR 處理相比無顯著性差異。SWR、SWP 處理間無顯著性差異。不同處理土壤ROC 含量20～40 cm 土層表現(xiàn)與0～20 cm土層相似，表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。

圖3 甘薯不同輪作模式下土壤ROC（A）及MBC（B）含量變化Fig.3 Change of soil ROC（A）and MBC（B）content under the different rotation modes of sweet potato

2.2.4 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤MBC 含量的影響 不同輪作模式土壤MBC 含量差異見圖3B。與SWS 處理相比，不同輪作處理均能夠顯著提高0～20、20～40 cm 土壤MBC 含量。0～20 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤MBC 含量較SWS 處理分別顯著提高9.41%、5.06%、15.92%。其中，SWP 處理土壤MBC 含量最高，較SWR、SWC 處理分別顯著提高5.93%、10.35%。SWR、SWC 處理間無顯著性差異。不同處理土壤MBC 含量表現(xiàn)為SWP＞SWR＞SWC＞SWS。20～40 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤MBC 含量較SWS 處理分別顯著提高9.17%、5.23%、13.19%。其中，SWP 處理土壤MBC 含量最高，較SWC 處理顯著提高7.56%，但與SWR 處理相比無顯著性差異。SWR、SWC 處理間無顯著性差異。不同處理土壤MBC 含量20～40 cm 土層表現(xiàn)與0～20 cm土層相似，表現(xiàn)為SWP＞SWR＞SWC＞SWS。

2.3 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤有機(jī)碳組分占比的影響

不同輪作模式各有機(jī)碳組分占比見表1。0～20 cm 土層，與SWS處理相比，不同輪作處理均能提高土壤POC、DOC、ROC、MBC 占比。其中，SWR、SWP 處理DOC 占比分別顯著提高10.64%、6.38%，SWC 處理ROC 占比顯著提高8.88%，SWR、SWP 處理MBC 占比分別顯著提高5.50%、13.47%。其他處理指標(biāo)與SWS 處理相比均無顯著性差異。20～40 cm 土層，與SWS處理相比，不同輪作處理均能提高土壤POC、DOC、ROC 占比，MBC 占比不同處理表現(xiàn)出與上述指標(biāo)不同的變化規(guī)律。其中，SWR、SWP處理DOC 占比分別顯著提高11.63%、6.98%，SWR、SWC、SWP 處理ROC 占比分別顯著提高5.81%、6.11%、5.45%，SWP 處理MBC 占比顯著提高9.84%，SWC 處理MBC 占比下降2.36%，但差異不顯著。其他處理指標(biāo)與SWS處理相比均無顯著性差異。

表1 甘薯不同輪作模式下土壤有機(jī)碳組分占比Tab.1 Proportion of soil active organic carbon under the different rotation modes of sweet potato %

2.4 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性的影響

2.4.1 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響 不同輪作處理土壤蔗糖酶活性見圖4A。與SWS 處理相比，不同輪作處理均能夠顯著提高0～20、20～40 cm 土 壤 蔗 糖 酶 活 性。0～20 cm 土 層，SWR、SWC、SWP 處理土壤蔗糖酶活性較SWS 處理分別顯著提高7.75%、15.51%、6.25%。其中，SWC處理土壤蔗糖酶活性最高，較SWR、SWP 處理分別顯著提高7.20%、8.71%。SWR、SWP 處理間無顯著性差異。不同處理土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。20～40 cm 土層，SWR、SWC、SWP處理土壤蔗糖酶活性較SWS 處理分別顯著提高11.82%、15.88%、5.85%。其中，SWC 處理土壤蔗糖酶活性最高，較SWP 處理顯著提高9.48%。SWR 處理土壤蔗糖酶活性較SWP 處理顯著提高5.65%。不同處理土壤蔗糖酶活性20～40 cm 土層表現(xiàn)與0～20 cm土層相似，也表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。

圖4 甘薯不同輪作模式下土壤蔗糖酶（A）及纖維素酶（B）活性變化Fig.4 Change of soil sucrase（A）and cellulase（B）activity under the different rotation modes of sweet potato

2.4.2 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤纖維素酶活性的影響 不同輪作處理土壤纖維素酶活性差異見圖4B。與SWS 處理相比，不同輪作處理均能提高0～20、20～40 cm 土壤纖維素酶活性。其中，0～20 cm土層，SWC處理土壤纖維素酶活性較SWS處理顯著提高6.95%；20～40 cm 土層，SWC 處理土壤纖維素酶活性較SWS 處理顯著提高6.06%；SWR、SWP 處理土壤纖維素酶活性在0～20、20～40 cm土層與SWS處理相比均無顯著性差異。不同處理土壤纖維素酶活性0～20、20～40 cm 土層均表現(xiàn)為SWC＞SWR＞SWP＞SWS。

2.4.3 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤多酚氧化酶活性的影響 不同輪作處理土壤多酚氧化酶活性差異見圖5A。與SWS 處理相比，不同輪作處理均能提高0～20、20～40 cm 土壤多酚氧化酶活性。0～20 cm土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤多酚氧化酶活性較SWS 處理分別提高6.33%、7.59%、10.13%。其中，SWP 處理土壤多酚氧化酶活性最高，但與SWR、SWC 處理相比均無顯著性差異。0～20 cm 土層不同處理土壤多酚氧化酶活性表現(xiàn)為SWP＞SWC＞SWR＞SWS。20～40 cm 土層，SWC、SWP 處理土壤多酚氧化酶活性相同，均較SWS、SWR 處理分別顯著提高10.14%、5.56%。20～40 cm 土層不同處理土壤多酚氧化酶活性表現(xiàn)為SWC=SWP＞SWR＞SWS。

圖5 甘薯不同輪作模式下土壤多酚氧化酶（A）及過氧化物酶（B）活性變化Fig.5 Change of soil polyphenol oxidase（A）and peroxidase（B）activity under the different rotation modes of sweet potato

2.4.4 甘薯不同輪作模式對(duì)土壤過氧化物酶活性的影響 不同輪作處理土壤過氧化物酶活性差異見圖5B。與SWS 處理相比，不同輪作處理均能夠顯著提高0～20、20～40 cm土壤過氧化物酶活性。0～20 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤過氧化物酶活性較SWS 處理分別提高5.15%、9.93%、17.65%。其中，SWP處理土壤過氧化物酶活性最高，較SWR、SWC 處理分別顯著提高11.89%、7.02%。SWR、SWC 處理間無顯著性差異。0～20 cm 土層不同處理土壤過氧化物酶活性表現(xiàn)為SWP＞SWC＞SWR＞SWS。20～40 cm 土層，SWR、SWC、SWP 處理土壤過氧化物酶活性較SWS 處理分別提高5.88%、13.45%、18.91%。SWC、SWP 處理土壤過氧化物酶活性較SWR 處理分別顯著提高7.14%、12.30%。不同處理土壤過氧化物酶活性20～40 cm 土層表現(xiàn)與0～20 cm 土 層 相 似，也 表 現(xiàn) 為SWP＞SWC＞SWR＞SWS。

2.5 甘薯不同輪作模式下土壤有機(jī)碳組分含量與碳轉(zhuǎn)化酶活性之間的關(guān)系

通過相關(guān)性分析探討土壤有機(jī)碳組分含量與土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性的相關(guān)性。結(jié)果（表2）表明，SOC 含量與蔗糖酶活性、纖維素酶活性均呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)關(guān)系；POC 含量與蔗糖酶活性呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)關(guān)系；DOC 含量與蔗糖酶活性呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)關(guān)系，與纖維素酶活性、多酚氧化酶活性均呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)關(guān)系；ROC含量與纖維素酶活性呈極顯著（P＜0.01）正相關(guān)關(guān)系，與多酚氧化酶活性呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)關(guān)系；MBC 含量與纖維素酶活性呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)關(guān)系。其他有機(jī)碳組分含量與碳轉(zhuǎn)化酶活性間均呈正相關(guān)關(guān)系，但未達(dá)到顯著水平。由此可知，土壤有機(jī)碳組分含量與土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性密切相關(guān)，不同輪作模式下土壤酶活性的提高均能夠促進(jìn)土壤有機(jī)碳及其組分累積，進(jìn)而提高土壤肥力。但不同碳組分含量與酶活性間的關(guān)系有強(qiáng)有弱，土壤酶活性對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響機(jī)制需進(jìn)一步研究。

表2 土壤活性有機(jī)碳組分與碳轉(zhuǎn)化酶間的相關(guān)性Tab.2 Correlation between soil active organic carbon component and carbon conversion enzyme

3 結(jié)論與討論

土壤有機(jī)碳中活性有機(jī)碳占比較小，但其對(duì)氣候、環(huán)境以及人為因素變化較為敏感，是衡量土壤活性和肥力的關(guān)鍵指標(biāo)[31]。有研究表明，甘薯與其他作物輪作能夠提高土壤有機(jī)碳及其組分含量，有利于提升土壤肥力、改善土壤質(zhì)量[32]。本研究結(jié)果表明，與SWS 處理相比，甘薯不同輪作模式均可提高0～20、20～40 cm 土壤SOC、DOC、ROC、POC、MBC含量，其中，DOC、ROC、MBC 含量均顯著高于SWS處理。這與楊濱娟等[32]的研究較為相似。這是因?yàn)椴煌魑镙喿鞯共鐣r(shí)，不同凋落物或根系分泌物能夠?yàn)橥寥牢⑸锘顒?dòng)提供大量不同的營(yíng)養(yǎng)成分及碳源物質(zhì)，能夠提高土壤細(xì)胞活力，促進(jìn)有機(jī)物分解和無機(jī)物轉(zhuǎn)移等生化過程，進(jìn)而提高土壤有機(jī)碳及其組分含量[33]。而不同輪作模式0～20 cm 土壤SOC 含量與SWS 處理相比均無顯著性差異。這是因?yàn)榕c土壤SOC 相比，DOC、ROC、MBC 等活性有機(jī)碳對(duì)土壤環(huán)境變化更為靈敏，能夠精準(zhǔn)反映土壤有機(jī)碳含量變化，土壤DOC、ROC、MBC 含量的增加，也說明甘薯輪作能夠提高土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性[34]。

土壤酶是土壤中的生物催化劑，能夠促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解、轉(zhuǎn)化以及碳氮磷等元素循環(huán)，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[35]。有研究表明，甘薯合理輪作能夠提高土壤酶活性[36]。本研究結(jié)果表明，與SWS 處理相比，甘薯不同輪作模式均可提高0～20、20～40 cm 土壤蔗糖酶、纖維素酶、多酚氧化酶、過氧化物酶活性。其中，SWC 處理4 種碳轉(zhuǎn)化酶活性均顯著提高。蔗糖酶、纖維素酶、過氧化物酶、多酚氧化酶活性增加可能是輪作倒茬改變了作物固定的種間關(guān)系、豐富了物種多樣性、提升了根系分泌能力，為土壤微生物代謝提供了豐富的碳源物質(zhì)，有利于提高微生物代謝活性，改善微生物生存環(huán)境，間接提高土壤酶活性，可以將更多的酚類或多酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的醌類，消除土壤酚類物質(zhì)對(duì)碳轉(zhuǎn)化酶的毒害作用，從而提高土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性[37-38]。

有研究指出，土壤酶活性是土壤微生物代謝活性的反映，酶活性越高，微生物轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)物、無機(jī)物的速率越快，進(jìn)而更能促進(jìn)碳循環(huán)，反過來碳循環(huán)產(chǎn)物也能夠?yàn)槲⑸锎x生長(zhǎng)提供所需物質(zhì)，因此，土壤有機(jī)碳與酶活性、微生物之間有一定的直接或間接關(guān)系[39]。本研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳組分含量與土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性均呈正相關(guān)關(guān)系。其中，DOC、ROC 含量與多酚氧化酶活性均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。說明甘薯輪作能夠改善作物種間關(guān)系，增加微生物碳源種類，提高微生物代謝功能，促進(jìn)醌類物質(zhì)形成，減少有機(jī)物消耗，從而提高土壤有機(jī)碳及其組分含量[40]。但不同碳組分指標(biāo)與酶活性指標(biāo)間關(guān)系有強(qiáng)有弱，具體影響機(jī)制需進(jìn)一步研究。

綜上所述，與甘薯連作相比，其不同輪作模式均可 提高0～20、20～40 cm 土壤SOC、DOC、ROC、POC、MBC 含量以及土壤蔗糖酶、纖維素酶、多酚氧化酶、過氧化物酶活性；相關(guān)性分析結(jié)果表明，不同輪作模式下土壤有機(jī)碳及其組分含量與土壤碳轉(zhuǎn)化酶活性有直接或間接關(guān)系。表明甘薯不同輪作模式能夠提高土壤有機(jī)碳及其組分含量和碳轉(zhuǎn)化酶活性。其中，SWC（甘薯-小麥/玉米-小麥輪作）、SWP（甘薯-小麥/花生-小麥輪作）處理表現(xiàn)明顯優(yōu)于SWR（甘薯-小麥/甘薯-油菜輪作）處理。