寸植賢　李春葦　湯東生　等

摘要：在大田豆麥輪作定位試驗條件下，研究了翻耕、翻耕秸稈覆蓋、旋耕、旋耕秸稈覆蓋、免耕秸稈覆蓋和深松秸稈覆蓋對冬小麥麥田土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀、全氮、容重、pH值、酶活性的影響。結(jié)果表明，秸稈覆蓋處理能顯著提高0～10 cm和10～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量，不同耕作方式在各個土層呈現(xiàn)表層聚集現(xiàn)象；翻耕和旋耕速效鉀含量和酶活性隨著土層的加深呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，免耕秸稈覆蓋和深松秸稈覆蓋土壤養(yǎng)分和酶活性隨著土層深度的增加呈逐漸下降趨勢，且秸稈覆蓋處理顯著高于傳統(tǒng)耕作不覆蓋處理；翻耕和旋耕處理土壤容重和pH值顯著高于深松秸稈覆蓋處理；深松秸稈覆蓋處理能顯著提高土壤脲酶和堿性磷酸酶活性，相關(guān)分析表明，土壤養(yǎng)分與堿性磷酸酶、脲酶呈極顯著相關(guān)關(guān)系，可作為評價土壤肥力的指標(biāo)。綜合試驗結(jié)果可知，深松秸稈覆蓋可作為旱作區(qū)適宜的耕作方式進(jìn)行推廣。

關(guān)鍵詞：耕作方式；秸稈覆蓋；理化性質(zhì)；土壤酶活性；夏大豆；冬小麥；土壤肥力

中圖分類號： S158.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）01-0100-04

收稿日期：2014-02-22

基金項目：河南省科技攻關(guān)項目（編號：102102110030）；河南省洛陽市科技攻關(guān)項目（編號：1001041A）。

作者簡介：呂瑞珍（1986—），女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培理論與技術(shù)研究。 E-mail：lrz201@163.com。

通信作者：李友軍，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培理論與技術(shù)研究。E-mail：nxylyj@sina.com。土壤酶參與土壤中一切復(fù)雜的生物化學(xué)過程，對土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化起著重要作用，其活性的高低客觀地反映土壤肥力狀況[1]；土壤理化性質(zhì)主要包括土壤結(jié)構(gòu)、pH值、容重及土壤養(yǎng)分等幾個方面，其中容重是衡量土壤緊實程度的一個重要物理指標(biāo)；土壤養(yǎng)分提供植物生活所必需的營養(yǎng)元素，其含量對作物的生長發(fā)育有重要影響[2-3]；土壤理化性狀與土壤酶活性二者共同作用并推動著土壤代謝過程，影響作物的生長。不同的栽培制度、管理措施、植物根系的分泌物、秸稈覆蓋及死亡根茬的礦化和分解等都會影響土壤理化性狀的空間變異和土壤酶活性含量[1，4-5]。

豫西丘陵地區(qū)由于長期使用傳統(tǒng)耕作耕翻，致使水土流失嚴(yán)重，土壤肥力下降，耕性變差，又加上春季降水少，易形成春旱，嚴(yán)重制約著該區(qū)旱作農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。冬小麥?zhǔn)窃搮^(qū)旱作農(nóng)田主要糧食作物，大豆可以通過固定大氣中的氮素以增加土壤中的氮素，是農(nóng)田用地和養(yǎng)地相結(jié)合的重要措施。大豆與其他作物輪作具有提高土壤肥力、減小地表徑流、增加作物產(chǎn)量、減少病蟲危害、降低雜草種類以及提高單位面積土地經(jīng)濟(jì)收益與生態(tài)效益等一系列優(yōu)點[7-10]，豆麥輪作是提高作物產(chǎn)量和改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的一項重要農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。但一直以來，前人研究主要集中在免耕及秸稈還田對作物產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分含量影響方面[5，11-12]，對豆麥輪作條件下耕作方式對土壤理化性質(zhì)及其酶活性，特別是旱作區(qū)土壤理化性質(zhì)及其與酶活性之間關(guān)系的研究較少，且結(jié)論不一[13-15]。為此本研究探討了豫西旱作雨養(yǎng)區(qū)豆麥輪作長期定位條件下，6種不同耕作方式對冬小麥土壤理化性狀及酶活性的影響，旨在研究不同耕作方式對培肥地力的效應(yīng)，為輪作條件下確定合理的耕作方式提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

試驗于2012—2013年在河南省洛陽市旱作與節(jié)水重點試驗基地進(jìn)行，該區(qū)屬暖溫帶半濕潤偏旱氣候，年平均氣溫12.1～145 ℃，年平均降水量600 mm左右，且60%～70%集中在6—8月。試驗共設(shè)6種耕作處理，具體見表1，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積為60 m2（3 m×20 m）。供試品種為冬小麥品種洛旱6號，前茬作物為大豆。

1.2測定項目和方法

于2013年冬小麥?zhǔn)斋@期采集土壤樣品，每小區(qū)用土鉆按5點取樣法分別取0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3個土層，將所得土樣裝入無菌封口塑料袋中，自然風(fēng)干后，混合均勻過1 mm篩，進(jìn)行養(yǎng)分含量和酶活性的測定。土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量法[16]；土壤全氮含量測定采用凱氏定氮消煮法[16]；土壤速效磷含量測定采用鉬銻抗比色法[16]；土壤速效鉀含量測定采用火焰光度計法[16]。土壤pH值用酸度計測定；土壤酶活性的測定參照關(guān)松蔭的方法[17]：蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后1 g土壤中含葡萄糖的mg數(shù)表示；脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法，以24 h后1 g土壤中釋放氨態(tài)氮的mg數(shù)表示；堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，以24 h后 1 g 土壤中釋放酚的mg數(shù)表示；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法。土壤容重采用環(huán)刀法測定。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)均利用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行制圖，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析。表1試驗處理

代碼處理耕作和秸稈還田方式CT翻耕夏大豆收獲時保留5～6 cm的殘茬，并翻地30 cm，同時結(jié)合施肥，接著耙磨、播種，秸稈不還田。CTS

翻耕秸稈覆蓋

夏大豆收獲時保留5～6 cm的殘茬，并翻地30 cm，同時結(jié)合施肥，接著耙磨、播種，上季作物收獲脫粒后將所有秸稈粉碎5 cm 左右，均勻覆蓋于原小區(qū)。RT旋耕夏大豆收獲后旋耕15 cm，同時結(jié)合施肥，接著播種，秸稈不還田。RTS

旋耕秸稈覆蓋

夏大豆收獲后旋耕15 cm，同時結(jié)合施肥，接著播種，上季作物收獲脫粒后將所有秸稈粉碎5 cm左右，均勻覆蓋于原小區(qū)。NTS

免耕秸稈覆蓋

全年不耕作，播種時用免耕播種機(jī)一次性完成播種和施肥，收獲后用 2，4-D 丁酯除草，上季作物收獲脫粒后將所有秸稈粉碎至5 cm左右，均勻覆蓋于原小區(qū)。STS

深松秸稈覆蓋

播種前用深松播種機(jī)間隔60 cm深松30～3 5 cm，并一次性完成播種和施肥，夏大豆收獲脫粒后將所有秸稈粉碎至5 cm 左右，均勻覆蓋于原小區(qū)。

2結(jié)果與分析

2.1不同耕作方式對土壤理化性狀的影響

2.1.1不同耕作方式對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響不同耕作方式下0～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量變化不同（表2），秸稈覆蓋處理明顯高于不覆蓋處理，其中以NTS、STS處理含量最高，分別比CT處理提高了13.20%、9.20%；各處理下有機(jī)質(zhì)含量隨著土層深度的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，表現(xiàn)為0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm，呈現(xiàn)出表層聚集現(xiàn)象；就不同土層而言，0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量大小為NTS>STS>RTS>CTS>RT>CT，CTS處理顯著高于CT處理，RTS處理高于RT處理，但差異不顯著；10～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為STS>NTS>RTS>CTS>CT=RT，STS、NTS、RTS處理都顯著高于其他3種處理，這3者之間無顯著差異；20～40 cm土層變化規(guī)律與10～20 cm土層基本一致。

由表2可知，不同耕作方式土壤全氮含量在0～40 cm土層內(nèi)的平均值差別不大，秸稈覆蓋處理下土壤全氮含量在 0～10 cm、10～20 cm土層剖面大部分均顯著高于CT、RT處理；并且隨著土層深度的增加，各個處理全氮含量略有下降，這主要是由于秸稈覆蓋主要分布在土壤表層，經(jīng)過長時間的腐爛分解之后增加了表層全氮的含量。表2不同耕作方式對土壤理化性狀的影響

2.1.2不同耕作方式對土壤速效養(yǎng)分含量的影響由表2可以看出，6種耕作方式下，土壤速效磷含量和速效鉀含量變化趨勢不一致。土壤速效磷含量是隨著土壤剖面的加深呈下降的規(guī)律，均表現(xiàn)為0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm；不同耕作方式表現(xiàn)為秸稈覆蓋處理（CTS、RTS、NTS、STS）大部分都顯著高于其他處理，原因可能是有秸稈覆蓋的土壤有機(jī)質(zhì)含量比較高，同時有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸及其產(chǎn)物對某些固定磷的化合物具有很好的溶解力，此外由于磷在土壤中的移動性小，因此造成上層土壤速效磷表聚現(xiàn)象[18]。

相對于土壤速效磷而言，土壤速效鉀含量則是CT、RT處理隨著土層深度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而其他4種處理則表現(xiàn)為隨著土壤剖面的增加呈逐漸降低的趨勢。在0～40 cm土層范圍，與CT處理相比，STS、NTS、RTS、CTS處理速效鉀含量平均值分別提高26.45%、37.00%、1.89%、12.44%，這主要是由于有秸稈覆蓋的有機(jī)質(zhì)含量較高，同時有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的酸性物質(zhì)能降低礦物質(zhì)對鉀的固定作用，作物秸稈里也含有很多的水溶性鉀，從而能夠提高土壤速效鉀的含量水平[18]。

2.1.3不同耕作方式對土壤容重和pH值的影響容重是土壤重要的物理性質(zhì)，影響作物根系在土壤中的穿插和土壤水、肥、氣、熱在土壤中移動轉(zhuǎn)換狀況[19]。從表2不同耕作方式下耕層土壤容重的變化動態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，小麥?zhǔn)斋@期0～20 cm 土壤容重變化較大，而20～40 cm層次變化較小。在 0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3個層次，隨著土壤深度增加，容重增加；不同耕作措施對上層土壤容重影響較大，CT和STS處理由于前期有翻動的作用，容重不大或較??；而NTS處理由于長期不進(jìn)行耕作處理，土壤緊實，容重比較大。STS處理在0～40 cm土層下土壤容重都較小，說明STS處理能夠有效地增加土壤的通透性，有利于植物根系的生長。 土壤pH值對作物的生長發(fā)育、土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性以及土壤養(yǎng)分的有效性影響很大。秸稈覆蓋處理的pH值低于或不高于CT、RT處理（表2），并且大部分處理都是隨著土層深度的增加呈逐漸上升的趨勢，說明秸稈覆蓋后能夠增加土壤表層酸性，降低土壤堿性對植株的危害。

2.2不同耕作方式對土壤酶活性的影響

2.2.1不同耕作方式對土壤水解酶活性的影響水解酶是土壤里數(shù)量較多的一種酶，它參與土壤中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化，對提高植物和微生物利用的可溶性營養(yǎng)物質(zhì)起重要作用。人們研究較多的水解酶有蔗糖酶、磷酸酶和脲酶等，蔗糖酶廣泛存在于土壤中，常用來表征土壤熟化程度，脲酶常用來表示土壤的氮素供應(yīng)狀況，磷酸酶能提高磷素的有效性[1，17-18]。本試驗土壤偏堿性，因此選用了堿性磷酸酶進(jìn)行研究，由表3可以看出，覆蓋處理下土壤水解酶發(fā)生了明顯的變化，3種水解酶在CT處理下酶活性均是隨著土層的加深呈現(xiàn)先增后降的趨勢；而NTS和STS處理下酶活性大都隨著土層的加深而降低；在RTS、NTS、STS處理下，3種水解酶活性在大部分情況下較CT處理顯著提高，說明這3種耕作方式更加有利于土壤碳氮的轉(zhuǎn)化。表3不同耕作方式對土壤酶活性的影響

在0～10 cm土層，CTS和CT處理下3種水解酶的活性均是CTS>CT，蔗糖酶活性之間差異顯著，脲酶和堿性磷酸酶差異不顯著。RT處理和RTS處理相比較，蔗糖酶除了RT處理略高于RTS處理外，脲酶和堿性磷酸酶均為RTS>RT，差異達(dá)到顯著水平。與CT處理相比，0～10 cm土層蔗糖酶活性RTS、NTS、STS處理分別提高了1024%、12.50%、1194%，脲酶活性分別比CT處理提高了18.28%、15.05%、19.35%，堿性磷酸酶活性分別比CT處理提高了17.24%、25.86%、24.14%，差異均達(dá)到顯著水平。10～20 cm土層，蔗糖酶和脲酶活性表現(xiàn)為STS和RTS處理含量最高，顯著高于其他處理；堿性磷酸酶活性表現(xiàn)為RTS>STS>CTS>NTS>CT>RT，以旋耕處理含量最低。20～40 cm 土層，3種水解酶的活性大小順序與10～20 cm土層相似，差異均不明顯，3種水解酶活性均為RTS>RT，差異顯著。

2.2.2不同耕作方式對土壤過氧化氫酶活性的影響過氧化氫酶參與土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化，具有分解土壤中對植物體有害的過氧化氫的作用。由表3可知，6種耕作方式下冬小麥土壤過氧化氫酶活性在0～40 cm剖面變化不一，隨土層的加深CT處理呈先增后減趨勢，為10～20 cm>0～10 cm>20～40 cm，其他5種處理隨土層深度的增加呈遞減趨勢，即 0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm。不同處理間比較可知，0～10 cm土層，STS>NTS>RTS>RT>CTS>CT，STS高于其他處理，RT、RTS、NTS處理的過氧化氫酶高于CT處理，差異顯著。10～20 cm土層，STS處理顯著高于CT處理，增加了938%；20～40 cm土層雖然表現(xiàn)為STS、NTS、RTS、RT處理高于CT，但各個處理之間差異均不顯著?？傮w來講，STS處理的過氧化氫酶活性增幅最高，效果最好。

2.3土壤理化性狀與土壤酶活性相關(guān)關(guān)系

有研究認(rèn)為土壤理化性狀在很大程度上受制于土壤酶的影響，但結(jié)論不一；為了探明土壤理化性狀與土壤酶活性之間相關(guān)關(guān)系，對土壤中4種主要酶活性與土壤理化性狀指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果（表4）表明，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量和脲酶、堿性磷酸酶活性均呈極顯著相關(guān)，過氧化氫酶除了與有機(jī)質(zhì)無相關(guān)性外，與全氮、速效磷、速效鉀呈顯著相關(guān)或極顯著相關(guān)；而蔗糖酶除了與有機(jī)質(zhì)、速效鉀顯著相關(guān)外，與其他理化性狀相關(guān)性均不顯著；土壤容重與土壤堿性磷酸酶呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤pH值與脲酶、堿性磷酸酶分別呈顯著、極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。表4土壤理化性狀和酶活性相關(guān)關(guān)系

酶名稱相關(guān)系數(shù)有機(jī)質(zhì)全氮速效磷速效鉀容重pH值蔗糖酶 0.518*0.2360.152 0.503*-0.196 0.102脲酶 0.809** 0.820** 0.900** 0.616**-0.431-0.527*堿性磷酸酶 0.857** 0.948** 0.880** 0.660**-0.503*-0.669**過氧化氫酶 0.416 0.572* 0.678** 0.614**-0.364-0.435 注：“*”表示顯著相關(guān)，“**”表示極顯著相關(guān)。

3結(jié)論與討論

眾多的學(xué)者關(guān)心秸稈還田后能否改善土壤培肥效果[1-2，4，20-21]，大多數(shù)研究結(jié)果表明，秸稈還田或覆蓋后能夠提高土壤的肥力水平。本試驗的結(jié)果也證實了前人的研究，本試驗分析得出，不同耕作方式結(jié)合秸稈覆蓋對土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量均有不同程度的提高作用，不同耕作方式對土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷含量在不同土層內(nèi)表現(xiàn)出相同的變化趨勢，即隨著土層深度的增加，呈現(xiàn)逐漸降低的規(guī)律；CT、RT處理的土壤速效鉀則是呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律；秸稈覆蓋處理能夠降低土壤0～10 cm層次的土壤pH值。有研究表明，保護(hù)性耕作方式下土壤酶活性有所提高，不同耕作方式可能會造成土壤酶活性的差異[18]，本試驗證實了上述的觀點。周禮愷等認(rèn)為[13-14]，土壤酶活性與土壤肥力因子有顯著相關(guān)關(guān)系，可以作為衡量土壤肥力指標(biāo)之一；周瑞蓮等研究表明，土壤酶活性與土壤肥力水平不存在顯著相關(guān)關(guān)系[15]，本試驗相關(guān)分析結(jié)果表明，土壤脲酶和堿性磷酸酶與土壤肥力因子有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，可以作為衡量旱作區(qū)土壤肥力高低的主要指標(biāo)，過氧化氫酶可以起輔助作用；通過相關(guān)分析結(jié)果還說明，土壤養(yǎng)分和蔗糖酶、堿性磷酸酶可以共同反映豫西旱作雨養(yǎng)區(qū)土壤肥力水平的高低。STS不僅解決了因秸稈燃燒帶來的資源浪費和環(huán)境污染問題，而且在本試驗條件下，綜合土壤理化性狀及土壤酶活性等指標(biāo)，認(rèn)為STS處理最優(yōu)，是一種值得大面積推廣的耕作技術(shù)。

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