深耕和秸秆还田对土壤酶活性的影响

冀保毅，赵亚丽，穆心愿，陈海雁，李潮海*（1.信阳农林学院，河南　信阳　464000；2.豫南植物有害生物绿色防控院士工作站，河南　信阳　464000；.河南农业大学农学院，河南　郑州　450002）



深耕和秸秆还田对土壤酶活性的影响

冀保毅1，2，赵亚丽3，穆心愿3，陈海雁1，2，李潮海3*
（1.信阳农林学院，河南信阳464000；2.豫南植物有害生物绿色防控院士工作站，河南信阳464000；3.河南农业大学农学院，河南郑州450002）

摘要：明确深耕和秸秆还田对农田土壤酶活性的影响，可为改进耕作和秸秆还田技术提供参考依据。通过2 a田间定位试验，比较了常规耕作+秸秆还田、深耕+秸秆还田、深耕+秸秆不还田3种耕作方式对土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性的影响。结果表明：深耕主要提高耕层下部土层土壤酶活性，深耕后土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别提高了33.03%、4.01%、7.39%和5.43%；秸秆还田提高土壤水解酶的活性，秸秆还田后土壤磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了8.21%、12.68%和4.23%。深耕和秸秆还田均能够提高耕层土壤水解酶活性，该效应受土壤质地和年份影响明显。

关键词：深耕；秸秆还田；土壤酶活性

土壤是农作物赖以生长的基础。旋耕技术由于成本低廉，近年来在我国黄淮海地区得到了大面积推广应用，逐渐取代翻耕技术。但是，长期旋耕会导致农田耕层变浅、犁底层上移和土壤紧实等，最终导致作物对肥料利用效率降低、抗逆能力下降等。为此，部分农民采取深耕+秸秆还田技术来缓解农田土壤“紧、实、少”的问题，并取得了一定效果。但是，深耕+秸秆还田技术对农田土壤的影响机制并不清楚。阐明深耕和秸秆还田对农田土壤酶活性的影响，能够为进一步改进深耕和秸秆还田技术提供理论依据与技术参考。

土壤酶参与所有在土壤中发生的生化反应，影响土壤的生产能力[1]，是影响土壤肥力的主要因素。研究表明，土壤酶对不同耕作和作物残茬管理措施的反应比较敏感[2]，受耕作影响明显[3]。耕作通过改变土壤物理性状对土壤酶活性产生影响[4]，其中深耕能够提高农田土壤酶活性[5]。还田的秸秆为土壤酶提供了大量的作用底物[6，7]，并且土壤酶活性的变化与秸秆在耕层土壤中的分布[8]和还田秸秆数量有关[9]。深耕能够增加耕层土壤深度和秸秆在土壤中的分布范围，但是该技术对耕层土壤酶活性的影响我们还知之甚少。通过在鹤壁和漯河2种不同质地的土壤上，比较常规耕作+秸秆还田、深耕+秸秆还田、深耕+秸秆不还田3种耕作方式的土壤酶活性差异，确定深耕和秸秆还田对土壤酶活性的影响，以便改进耕作和秸秆还田技术，可为提升黄淮海地区粮食单产水平、保障国家粮食安全提供理论和技术支持。

1　材料与方法

试验于2009～2011年在鹤壁市农业科学院和漯河市农业科学院试验田同时进行，其中，鹤壁市农业科学院试验田（北纬35毅41忆，东经114毅33忆）位于河南省北部，属暖温带大陆性半湿润季风气候，年平均气温13.7℃，全年无霜期平均221 d，年平均日照时数2311h，年平均降水量635.9 mm，土壤质地为壤土〔m（砂粒）∶m（粉粒）∶m（粘粒）=31∶47∶22〕；漯河市农业科学院试验田（北纬33毅36忆，东经113毅59忆）位于河南省中南部，属暖湿性季风气候，年平均气温14.7℃，全年无霜期平均220 d，年平均日照时数2 350 h，年平均降水量786 mm，土壤质地为粘土〔m（砂粒）∶m（粉粒）∶m（粘粒）=12∶41∶47〕。试验前，2块试验地0～40 cm土层土壤的物理性质和基础肥力不尽相同（表1）。

2010年和2011年夏玉米均采用免耕方式播种，收获后进行耕作处理，然后播种冬小麦。试验设常规耕作+秸秆还田（CT）、深耕+秸秆还田（DT）、深耕+秸秆不还田（DNT）3个处理。小区面积6 m×60 m，3次重复。其中，深耕处理的耕作深度为30 cm，常规耕作处理的耕作深度为20 cm；秸秆还田处理的夏玉米秸秆被秸秆粉碎机切碎后在冬小麦播种前结合耕作全部混入耕层土壤、冬小麦秸秆被切碎后在夏玉米播种前全部覆盖还田，秸秆不还田处理的夏玉米秸秆和冬小麦秸秆均全部移出试验田。

漯河市、鹤壁市试验田参试作物品种均为当地主栽品种，其中，玉米品种分别为郑单958和浚单20，种植密度均为67 500株/hm2；小麦品种分别为温麦6号和漯麦4号，种植密度均为675万穗/hm2。两地所有处理的施肥量和施肥方法均相同：玉米季施N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 225 kg/hm2，小麦季施N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2；氮肥施用采用氮肥后移技术（基肥、追肥分别占总施氮量的60%和40%），磷肥和钾肥全部作为基肥一次性施入。其他管理措施同当地一般生产田。

2a均于夏玉米吐丝期，每小区选取3点，利用土钻分别采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土层的土壤样品，自然风干后过20目筛，用于土壤酶活性和土壤含水量的测定。其中，脲酶活性测定采用靛酚比色法；蔗糖酶（转化酶）活性测定采用硫代硫酸钠滴定法；过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法；磷酸酶（中性）活性测定采用磷酸苯二钠比色法[11]；土壤含水量测定采用烘干称重法[12]。

试验前基础土壤理化性质和养分含量测定方法。有机质含量测定采用外加热重铬酸钾氧化法；有机氮含量测定采用凯氏定氮消煮法；有效磷含量测定采用钼锑抗比色法；速效钾含量测定采用火焰光度计法[13]。容重和孔隙度测定采用环刀法[12]。

利用SPSS软件进行数据的统计分析和显著性差异分析，置信水平为α=0.05。

表1　试验田0～40 cm土层土壤的理化性质和养分含量Table 1 The physical and chemical properties and nutrient contents of soil at 0-40 cm depth of experimental field

2　结果与分析

2.1年份、土壤类型、耕作方式和土层深度对土壤酶活性的影响

将两地2 a的指标数据平均后进行不同因素下土壤酶活性的差异显著性比较，结果（表2）显示，不同年份、土壤类型、耕作方式和土层深度间4种土壤酶的活性均存在显著差异。其中，2011年土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别较2010年降低了7.43%、16.20%、16.97%和31.06%；粘土的过氧化氢酶活性较壤土提高了9.23%，而脲酶和蔗糖酶活性分别较壤土降低了8.83%和10.31%；深耕处理的土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别较常规耕作处理提高了33.03%、4.01%、7.39%和5.43%；秸秆还田处理的土壤磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分别较秸秆不还田处理提高了8.21%、12.68%和4.23%，而过氧化氢酶活性较秸秆不还田处理降低了4.90%；在0～40 cm土层范围内，土壤磷酸酶和蔗糖酶活性均随土层深度的增加而降低，其中，0～10 cm土层的土壤磷酸酶活性分别较10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土层高20.4%、34.8%和99.4%，0～10 cm土层的土壤蔗糖酶活性分别较10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土层高0.9%、76.9%和163.4%，而土壤过氧化氢酶和脲酶活性随土层深度增加变化规律不明显。

表2　不同年份、土壤类型、耕作方式和土层深度之间4种土壤酶活性的比较Table 2 The activity of soil enzymes affected by year，soil textures，tillage system and soil depth

表3　深耕和秸秆还田对土壤磷酸酶活性的影响　〔mg/（g·h）〕Table 3 Effects of deep tillage and straw returning on soil phosphatase activity

2.2深耕和秸秆还田对土壤磷酸酶活性的影响

DT处理的各土层土壤磷酸酶活性均跃CT处理（表3），表明深耕能够提高0～40 cm土层的土壤磷酸酶活性。其中，壤土0～10 cm、10～20 cm和30～40 cm土层的土壤磷酸酶活性与CT处理差异达到了显著水平，2010年分别提高了16.71%、35.00%和68.66%，2011年分别提高了16.67%、34.92%和70.53%；粘土0～10cm、10～20cm、20～30cm和30～40cm土层的土壤磷酸酶活性与CT处理差异均达到了显著水平，2010年分别提高了50.00%、42.27%、39.43%和30.61%，2011年分别提高了50.44%、42.33%、38.99%和30.95%。

DT处理的土壤磷酸酶活性除壤土0～10 cm土层和粘土20～30 cm土层显著跃DNT处理外，其他土层与DNT处理差异均不显著，表明秸秆还田能够显著提高壤土0～10 cm土层和粘土20～30 cm土层的土壤磷酸酶活性。其中，壤土0～10 cm土层的土壤磷酸酶活性2010年和2011年分别提高了23.24%和23.67%，粘土20～30 cm土层的土壤磷酸酶活性2010年和2011年分别提高了28.46%和27.12%。

2.3深耕和秸秆还田对土壤脲酶活性的影响

DT处理的土壤脲酶活性除壤土0～10 cm和30～40 cm土层以及粘土20～30 cm土层显著基本跃CT处理外，其他土层与CT处理差异均不显著（表4），表明深耕能够提高壤土0～10 cm和30～40 cm土层以及粘土20～30 cm，土层的土壤脲酶活性。其中，壤土0～10 cm和30～40 cm土层的土壤脲酶活性2010年分别提高了10.03%和8.54%，2011年分别提高了10.22%和8.63%；粘土20～30 cm土层的土壤脲酶活性2010年和2011年分别提高了14.11%和13.91%。

DT处理的各土层土壤脲酶活性均跃DNT处理，表明秸秆还田能够提高0～40 cm土层的土壤脲酶活性。其中，壤土0～10 cm、20～30 cm和30～40 cm土层的土壤脲酶活性与DNT处理差异达到了显著水平，2010年分别提高了11.38%、17.57%和26.24%，2011年分别提高了11.43%、17.24%和26.35%；粘土20～30 cm和30～40 cm土层的土壤脲酶活性与DNT处理差异达到了显著水平，2010年分别提高了15.19%和16.53%，2011年分别提高了15.22%和16.67%。

表4　深耕和秸秆还田对土壤脲酶活性的影响　〔mg/（g·h）〕Table 4 Effects of deep tillage and straw returning on soil urease activity

2.4深耕和秸秆还田对土壤蔗糖酶活性的影响

DT处理除壤土0～10 cm土层以及粘土0～10 cm和10～20 cm土层的土壤蔗糖酶活性约CT处理外，其他土层的土壤蔗糖酶活性均跃CT处理（表5），表明深耕能够提高壤土10～40 cm土层和粘土20～40 cm土层的土壤蔗糖酶活性。其中，壤土20～30 cm土层的土壤蔗糖酶活性与CT处理差异达到了显水平，2010年和2011年分别提高了37.52%和37.46%；粘土20～30 cm 和30～40 cm土层的土壤蔗糖酶活性与CT处理差异达到了显著水平，2010年分别提高了20.19%和31.60%，2011年分别提高了20.15%和31.67%。

DT处理的壤土0～10 cm和10～20 cm土层的土壤蔗糖酶活性均约DNT处理，20～30 cm和30～40 cm土层的土壤蔗糖酶活性均跃DNT处理；粘土除30～40 cm土层的土壤蔗糖酶活性约DNT处理外，其他土层的土壤蔗糖酶活性均跃DNT处理。其中，20～30 cm土层的土壤蔗糖酶活性与DNT处理差异达到了显著水平，表明秸秆还田能够显著提高20～30 cm土层的土壤蔗糖酶活性。其中，壤土20～30 cm土层的土壤蔗糖酶活性2010年和2011年分别提高了36.69%和36.75%；粘土20～30 cm土层的土壤蔗糖酶活性2010年和2011年分别提高了14.33%和14.28%。

2.5深耕和秸秆还田对土壤过氧化氢酶活性的影响

DT处理的各土层土壤过氧化氢酶活性均跃CT处理，且除粘土10～20 cm土层的土壤过氧化氢酶活性与CT处理差异显著外，其他土层与CT处理差异均不显著（表6）。表明深耕能够提高0～40 cm土层的土壤过氧化氢酶活性，但仅对粘土10～20 cm土层效果明显。粘土10～20 cm土层的土壤过氧化氢酶活性2010年和2011年分别提高了8.97%和9.62%。

表5　深耕和秸秆还田对土壤蔗糖酶活性的影响　〔mg/（g·h）〕Table 5 Effects of deep tillage and straw returning on soil saccharase activity

表6　深耕和秸秆还田对土壤过氧化氢酶活性的影响　〔mL/（g·h）〕Table 6 Effects of deep tillage and straw returning on soil catalase activity

DT处理的各土层土壤过氧化氢酶活性均约DNT处理，其中仅壤土10～20 cm土层的酶活性差异达到了显著水平，表明秸秆还田能够降低0～40 cm土层的土壤过氧化氢酶活性，但仅对壤土10～20 cm土层效果明显。2010年和2011年DT处理的壤土10～20 cm土层的土壤过氧化氢酶活性分别较DNT处理降低了9.76%和9.40%。而在粘土上，秸秆还田并没有对各土层中土壤过氧化氢酶的活性产生显著影响。

3　结论与讨论

土壤酶活性与耕作和秸秆还田等农业措施存在显著的相关性，也是评价土壤肥力的主要指标[14，15]。本研究结果表明，深耕和秸秆还田均能够影响土壤酶活性，但效果受土壤质地、年份和土层深度影响明显。该结果与前人的研究结果相一致。前人研究表明，深耕主要降低耕层下部土壤的容重、提高土壤的孔隙度，增加粒径跃0.25 mm的土壤团聚体数量和作物根系的数量[16，17]。耕层土壤物理性状变化引起土壤中生化反应进程发生改变[18]，从而引起耕层土壤酶的活性发生变化。土壤酶主要来源于土壤微生物、植物根系和土壤动物[19]。秸秆本身存在大量微生物[20]，秸秆也能够为土壤微生物的繁殖和生长提供原料。秸秆还田后土壤中较多的微生物数量能够带来较高的土壤酶活性。深耕和秸秆还田对土壤酶活性的效应受土壤质地影响较大，是因为农业措施对不同质地土壤的改变程度不同[18]。

深耕能够提高耕层土壤中磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性，其中20～30 cm土层土壤酶活性增幅较大。2 a两地数据平均后结果表明，与CT处理相比，DT处理的土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别提高了33.03%、4.01%、7.39%和5.43%。秸秆还田能提高整个耕层土壤中磷酸酶、脲酶和蔗糖酶的活性。2 a两地数据平均后结果表明，与DT处理相比，DNT处理的土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶分别提高了8.21%、12.68%和4.23%。深耕和秸秆还田对土壤酶活性的效应受年份、土壤质地和土层深度影响显著。

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Effects of Deep Tillage and Straw Retained on the Activity of Soil Enzymes

JI Bao-yi1，2，ZHAO Ya-li3，MU Xin-yuan3，CHEN Hai-yan1，2，LI Chao-hai3*
（1.Xinyang College of Agriculture and Forestry，Xinyang 464000，China；2.He'nan Academician Workstation for Pest Green Prevention and Control for Plants in Southen He'nan，Xinyang 464000，China；3.Agronomy College，He忆nan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China）

Abstract：Influences of deep tillage and straw retained on soil enzymes activity were studied to provide references for improve the technology of tillage and straw retained. A two years field experiment was conducted to investigate the effects of different soil tillage（conventional tillage and straw retained treatment，CT，deep tillage and straw retained，DT，deep tillage and no straw retained treatment，DNT）on enzyme activities in soil. The results showed that deep tillage mainly increased enzyme activity of deeper soil. In contrasting with that of soil by CT，the activity of phosphatase，urease，sucrase and catalase increased by DT increased 33.03%，4.01%，7.39% and 5.43%. Straw retained mainly increased hydrolytic enzyme activity. In contrasting with that of soil by DNT，the activity of phosphatase，urease and sucrase increased by DT increased 8.21%，12.68% and 4.23%. Deep tillage and straw retained both increased the activity of enzyme. This effect was affected by the texture of soil，years and depth of soil.

Key words：Deep tillage；Straw retained；Activity of soil enzymes

中图分类号：S152.4

文献标识码：A

文章编号：1008-1631（2016）01-0046-06

收稿日期：2015-05-24

基金项目：国家现代玉米产业技术体系建设专项（nycytx-02-17）；河南省重大公益科研项目（091100910100）

作者简介：冀保毅（1979-），男，河南邓州人，讲师，博士，主要从事作物栽培研究。E-mail：lufei10101010@126.com。

通讯作者：李潮海（1956-），男，河南巩义人，教授，博士，主要从事作物生理生态方面的研究。E-mail：lichaohai2005@163. com。