西瓜連作及倒茬對(duì)壓砂地土壤酶活性的影響

賀婧++王建宇++王菲

摘要：分別以寧夏中衛(wèi)市常樂鎮(zhèn)香山村西瓜連作1、3、5、7、10年壓砂地以及西瓜連作5年后改種油葵、辣椒、棉花、豌豆的壓砂地為研究對(duì)象，研究西瓜連作和倒茬對(duì)壓砂地土壤酶活性的影響，研究結(jié)果表明，西瓜連作3～4年后，壓砂地土壤酶活性顯著下降，隨后逐漸升高，但仍低于未壓砂土壤；西瓜連作5年后，改種油葵、辣椒、棉花、豌豆，除過氧化氫酶極顯著升高，其他酶活性均變化不明顯。一次倒茬不足以明顯改善壓砂地土壤酶活性，需要多次連續(xù)倒茬。在4種作物中，連續(xù)多次倒茬種植油葵更適合對(duì)壓砂地土壤酶活性進(jìn)行改善。

關(guān)鍵詞：壓砂地；種植年限；倒茬；土壤酶活性

中圖分類號(hào)：S154.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2017）06-0294-03

壓砂是在原有土地上覆蓋6～15 cm厚的礫石夾粗砂以適應(yīng)干旱，是我國(guó)西北干旱地區(qū)勞動(dòng)人民為了生存與自然抗?fàn)?，?jīng)過長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐不斷總結(jié)創(chuàng)新而形成的以砂石覆蓋和免耕為核心的獨(dú)特的保護(hù)性耕作方式[1-2]。壓砂可減少蒸發(fā)和徑流，提高水分入滲和土壤溫度，有效地協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱的矛盾，有利于作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和早熟[2-3]。

寧夏壓砂地主要分布于寧夏中部干旱地區(qū)，1995年開始種植西瓜，經(jīng)過多年發(fā)展，該地區(qū)逐步發(fā)展成為我國(guó)種植區(qū)域最為集中、連片規(guī)模最大的無公害壓砂西瓜生產(chǎn)基地，成為農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，多年連續(xù)、單一地種植西瓜，已引起產(chǎn)量降低、病害頻發(fā)、土壤質(zhì)量下降等一系列問題，這將對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生極大的影響。

目前，針對(duì)壓砂地的研究多集中對(duì)西瓜品種、栽培和高產(chǎn)等方面[4-7]，另外，針對(duì)不同種植年限壓砂地土壤理化性質(zhì)的研究也較多[1-2，8-11]。土壤酶活性是土壤重要的生物學(xué)性質(zhì)之一，受土壤類型、土壤理化性質(zhì)、水熱條件、種植模式以及土壤污染等諸多因子的影響，可以直接反映土壤的肥力狀況，常被作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的指標(biāo)。有關(guān)壓砂地土壤酶活性的研究相對(duì)較少，目前，僅見不同壓砂年限對(duì)土壤酶活性的影響[3]、不同覆蓋措施對(duì)旱區(qū)農(nóng)田土壤酶活性的影響[12]、不同種植模式對(duì)新壓砂瓜田土壤酶活性的影響[11]等少數(shù)幾篇報(bào)道。本研究以寧夏環(huán)香山地區(qū)西瓜連作1、3、5、7、10年的壓砂地土壤為研究對(duì)象，以臨近未壓砂土壤為對(duì)照，研究種植年限對(duì)土壤酶活性的影響。另外，還選擇西瓜連作一定年限后，再倒茬種植1年其他作物，如油葵、辣椒、棉花、豌豆的壓砂地為研究對(duì)象，研究倒茬對(duì)壓砂地土壤酶活性的影響，以期在豐富不同種植年限壓砂地土壤性質(zhì)變化規(guī)律研究?jī)?nèi)容的同時(shí)，為壓砂地的可持續(xù)利用提供理論與技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1采樣地概況

研究區(qū)地屬寧夏中衛(wèi)市常樂鎮(zhèn)香山村，該區(qū)域?qū)僦胁扛珊祹У湫蛥^(qū)域，地勢(shì)平坦，典型的大陸性季風(fēng)氣候，年均日照時(shí)數(shù)2 800～3 000 h，年平均氣溫6.8 ℃，≥10 ℃的有效積溫2 500～3 200 ℃，晝夜溫差在12～16 ℃，無霜期140～170 d。多年平均降水量247.4 mm，降水多集中在7、8、9月，年均蒸發(fā)量在2 100～2 400 mm。試驗(yàn)區(qū)屬緩坡丘陵地帶，土壤在較厚的第四系沉積物上發(fā)育而成，為粗質(zhì)灰鈣土，其間存有第四系松散巖類孔隙水，具有干旱帶水化學(xué)特征，所以生長(zhǎng)季植物生長(zhǎng)所需水仍以利用天然降水為主，在嚴(yán)重干旱季才利用地下水補(bǔ)灌。砂源來自香山分化碎石，以壓砂西瓜為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，偶見壓砂枸杞和棗樹。

1.2樣品采集

選擇西瓜連作1、3、5、7、10年的壓砂地為典型樣地，并以鄰近未壓砂土壤作為對(duì)照。每個(gè)年份樣地設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，取砂下0～10 cm的土壤，樣品混合混勻后，按四分法留取1 kg左右土壤，裝袋，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干，然后剔除雜質(zhì)、過20目篩備用。

結(jié)合該地區(qū)壓砂地種植的實(shí)際情況，選擇耕種5年后，分別倒茬種植1年油葵、辣椒、棉花、豌豆的壓砂地為對(duì)象，以連續(xù)種植5年西瓜的壓砂地為對(duì)照，按照上述采樣方法，采集土壤樣品，用于土壤酶活性分析。取樣時(shí)間為2013年3月。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定[13]，酶活性以24 h、1 g干土生成NH3-N的毫克數(shù)表示[mg/（g·24 h）]；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定[13]，酶活性以30 min、1 g干土消耗高錳酸鉀的毫升數(shù)表示[mL/（g·30 min）]；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[13]，酶活性以24 h，1 g干土生成酚的毫克數(shù)表示[mg/（g·24 h）]；蔗糖酶活性采用3，5二硝基水楊酸比色法測(cè)定[13]，酶活性以24 h、1 g 干土生成葡萄糖的毫克數(shù)表示[mg/（g·24 h）]。

2結(jié)果與分析

2.1連續(xù)種植對(duì)壓砂地土壤酶活性的影響

脲酶是一種分解含氮有機(jī)物的水解酶，是植物氮素營(yíng)養(yǎng)的直接來源。從表1可以看出，壓砂地表層土壤脲酶活性隨種植年限的增加呈現(xiàn)先降低后提高的趨勢(shì)，以種植3年后脲酶活性最低，為0.66酶活性單位，與對(duì)照相比達(dá)到極顯著差異。從第4年開始脲酶活性逐漸升高，但均小于對(duì)照土壤，與對(duì)照也差異極顯著。說明土地壓砂種植后土壤脲酶活性逐漸降低，在3年左右達(dá)到最低。

磷酸酶是一種表征土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向和強(qiáng)度的水解酶，使有機(jī)或無機(jī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化為植物可吸收磷。壓砂地表層土壤磷酸酶活性以種植3年后呈現(xiàn)最低水平，為0.020酶活性單位。整體上隨種植年限的增加，呈現(xiàn)先降低后提高的趨勢(shì)，種植1年后酶活性變化不明顯，從第3年開始，各種植年限磷酸酶活性均極顯著低于對(duì)照，但4、7、9年之間磷酸酶活性差異不顯著。表明壓砂地耕種3～4年后土壤磷酸酶活性達(dá)到最低，之后雖有變化，但差異不明顯。

從表1可以看出，種植1～4年，壓砂地表層土壤蔗糖酶活性逐漸降低，以種植4年最低，為1.51酶活性單位，極顯著低于對(duì)照土壤。隨著種植年限的繼續(xù)增加，蔗糖酶活性呈現(xiàn)不規(guī)律波動(dòng)，不同處理間差異不顯著，不同處理均極顯著低于對(duì)照。

壓砂地表層土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)出與脲酶和磷酸酶相似的變化規(guī)律，亦先降低后升高，以種植第3年時(shí)氧化氫酶活性最低，為1.59酶活性單位，與對(duì)照相比較，酶活性差異極顯著。隨種植年限的增加，酶活性逐漸升高，至第9年，過氧化氫酶活性接近對(duì)照，與對(duì)照差異不顯著。

綜合來看，壓砂地表層土壤4種酶活性的變化規(guī)律基本相似，均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，以耕種3—4年后土壤酶活性呈現(xiàn)最低，極顯著低于未壓砂土壤。隨耕種年限的繼續(xù)增加，酶活性逐漸升高，但仍低于未壓砂土壤，這與胡景田等的研究結(jié)果[3]不同。土壤酶活性極易受到土壤類型、土壤質(zhì)地、養(yǎng)分含量、水熱條件、污染物等各種因素的影響，酶活性變化是各種因素綜合作用的結(jié)果。本研究選擇未壓砂土壤為耕地，其耕種方式與壓砂地不同，經(jīng)常耕翻，通氣性較好，而壓砂地壓砂之后，處于免耕狀態(tài)。前人研究結(jié)果，壓砂后土壤含水量增加，但水分增加，一定程度上也會(huì)對(duì)土壤的通氣狀況產(chǎn)生影響。

2.2倒茬對(duì)壓砂地土壤酶活性的影響

倒茬是改善土壤地力的一種種植方式，從表2可以看出，壓砂地連續(xù)種植5年西瓜后，分別改種油葵、辣椒、棉花、豌

豆，土壤脲酶活性以油葵地最高，為0.78酶活性單位，高于對(duì)照；種植辣椒、棉花、豌豆的壓砂地脲酶活性均低于對(duì)照，其中以辣椒地脲酶活性最低，為0.60酶活性單位，極顯著低于對(duì)照；棉花、豌豆地脲酶活性也低于對(duì)照?？傮w上連種西瓜5年后，改種油葵，一定程度上可以明顯改善土壤脲酶活性，而種植辣椒顯著降低土壤脲酶活性。

倒茬種植油葵、辣椒、棉花后，土壤磷酸酶活性變化不大，與對(duì)照差異不顯著，但改種豌豆卻使得土壤磷酸酶活性極顯著降低，為0.021酶活性單位。

倒茬種植油葵、辣椒后，土壤蔗糖酶活性分別低于對(duì)照0.03和0.76酶活性單位，但與對(duì)照差異不顯著。改種棉花、豌豆后，土壤蔗糖酶活性分別高于對(duì)照0.13和0.03酶活性單位，但與對(duì)照差異不顯著。表明改種1年其他作物，對(duì)壓砂地土壤蔗糖酶活性影響不大。

土壤過氧化氫酶能夠分解土壤中的過氧化氫，起到解毒作用。連續(xù)種植5年西瓜后，壓砂地改種上述4種作物，對(duì)壓砂地土壤過氧化氫酶活性影響很大，改種油葵、辣椒、豌豆均能極顯著提高土壤過氧化氫酶活性，土壤解毒能力增強(qiáng)；而改種棉花則極顯著降低了壓砂地土壤過氧化氫酶活性，土壤解毒能力反而減弱。

一次改種可能不足以改善由于多年西瓜連作對(duì)壓砂地酶活性產(chǎn)生的影響，若要顯著改善壓砂地土壤酶活性，可能需要多次連續(xù)倒茬種植其他作物。試驗(yàn)結(jié)果表明，4種作物中，連續(xù)多次倒茬種植油葵可能會(huì)獲得較好的效果。由于光熱條件不足，寧夏本地幾乎很少種植棉花，選擇棉花進(jìn)行倒茬，意義不大。辣椒、豌豆均為蔬菜作物，季節(jié)性較強(qiáng)，也不適合壓砂地種植。油葵在寧夏乃至西部地區(qū)都有種植。油葵是一種耐鹽堿、耐瘠、耐旱、適應(yīng)性廣的油料植物，可有效改良鹽堿地的土壤肥力，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益較高[14]，在獲得較好的改良土壤效果的同時(shí)，對(duì)農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入影響較小。

3結(jié)論

連續(xù)種植西瓜的壓砂地，其表層土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性的變化規(guī)律基本相同，均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，以連續(xù)種植西瓜3～4年后的土壤酶活性最低，隨耕種年限的繼續(xù)增加，酶活性逐漸升高，但仍低于未壓砂土壤。

一次倒茬不足以明顯改善壓砂地土壤酶活性，需要多次連續(xù)倒茬。對(duì)西北地區(qū)連續(xù)多次倒茬種植油葵可能會(huì)獲得較好的改良土壤的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]代曉華，胡景田，楊金娟，等. 壓砂地持續(xù)利用對(duì)土壤的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，22（10）：184-190.

[2]趙亞慧，吳宏亮，康建宏，等. 砂田不同輪作模式土壤理化及微生物學(xué)性狀的研究[J]. 北方園藝，2012（18）：190-193.

[3]胡景田，馬琨，王占軍，等. 荒地不同壓砂年限對(duì)土壤微生物區(qū)系、酶活性與土壤理化性狀的影響[J]. 水土保持通報(bào)，2010，30（3）：53-58.

[4]劉聲峰，李程，郭守金，等. 寧夏壓砂地西瓜新品種引種篩選試驗(yàn)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009（7）：23-24.

[5]牛芳英. 寧夏中部干旱帶壓砂地西瓜無公害標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)[J]. 寧夏農(nóng)林科技，2010（6）：155-156.

[6]牛國(guó)元，魯長(zhǎng)才，劉艷華. 寧夏中部干旱帶壓砂地西甜瓜種植業(yè)發(fā)展的支撐保障體系研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（14）：7581-7583.

[7]羅昀，周麗娜，王世榮，等. 施鉀對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 北方園藝，2013（12）：175-177.

[8]王占軍，蔣齊，何建龍，等. 寧夏環(huán)香山地區(qū)壓砂地土壤肥力特征分析[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2010，24（2）：202-205.

[9]許強(qiáng)，吳宏亮，康建宏，等. 旱區(qū)砂田肥力演變特征研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27（1）：37-41.

[10]薛亮，馬忠明，杜少平. 連作對(duì)砂田土壤質(zhì)量及西瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2011（6）：5-8.

[11]張娟，吳宏亮，康建宏，等. 不同種植模式對(duì)新壓砂瓜田土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014，32（2）：107-113.

[12]吳宏亮，許強(qiáng)，陳阜，等. 不同覆蓋措施對(duì)旱區(qū)農(nóng)田土壤酶活性及西瓜產(chǎn)量的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014，32（3）：173-178.

[13]關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986：274-325.

[14]李曉麗，張邊江. 油用向日葵的研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（27）：13015-13017.李靜靜，金蘭淑，董美娟，等. 4A沸石對(duì)污泥堆肥前后重金屬（Cu、Zn、Pb）形態(tài)變化的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（6）：297-299.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.076