高寒区施肥和豆科混播水平对燕麦人工草地土壤酶活性的影响

刘文辉，张英俊，师尚礼，贺永娟，孙建，魏小星

(1.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070；2.青藏高原优良牧草种质资源利用省级重点实验室，青海省畜牧兽医科学院，青海 西宁 810016；3.中国农业大学草地研究所，北京 100094；4.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

高寒区施肥和豆科混播水平对燕麦人工草地土壤酶活性的影响

刘文辉1,2，张英俊1,3*，师尚礼1，贺永娟2，孙建4，魏小星2

(1.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070；2.青藏高原优良牧草种质资源利用省级重点实验室，青海省畜牧兽医科学院，青海 西宁 810016；3.中国农业大学草地研究所，北京 100094；4.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

主要探讨了燕麦人工草地土壤酶活性对燕麦品种、施肥水平和豆科混播水平的响应，为合理评价燕麦人工草地的生态效应和对土壤培肥的影响提供理论依据。采用4个燕麦品种(A1：青燕1号；A2：林纳；A3：青海444；A4：青海甜燕麦)、4个施肥水平(B1：不施任何肥料，CK0；B2：尿素75 kg/hm2+磷酸二铵150 kg/hm2，IM；B3：有机肥1500 kg/hm2，OM；B4：尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2，IM+OM)和4个箭筈豌豆混播水平(C1：0 kg/hm2；C2：45 kg/hm2；C3：60 kg/hm2；C4：75 kg/hm2)的三因素四水平正交试验设计，开展三因素对燕麦人工草地土壤酶活性(脲酶、纤维素酶和转化酶)影响的比较研究。结果表明，燕麦品种、施肥水平和豆科混播水平均能显著提高土壤酶活性；高寒区0～20 cm耕作层土壤脲酶、纤维素酶和转化酶活性范围分别为400～900 μg/g，80～180 μg/g和4～7 mg/g；3个因素对土壤酶活性影响的强弱顺序为：施肥水平>品种>豆科混播水平；在3个因素的影响下，随着生育期的推进，土壤脲酶和纤维素酶活性分别呈“先增后减”、“先降后增”的变化，分别在开花期和拔节期出现单峰值，转化酶活性呈“增—降—增—降”或“降—增—降”的变化，在拔节期和抽穗期出现双峰值。土壤酶相对活性指数和土壤酶相对活性综合指数能很好地反映土壤酶的变化。选用青海444或青海甜燕麦，混播箭筈豌豆45 kg/hm2，施尿素37.5 kg/hm2、磷酸二铵75 kg/hm2和有机肥750 kg/hm2时，对提高土壤酶活性效果最佳。

高寒区；品种；施肥水平；豆科混播水平；土壤酶活性

土壤酶是土壤中植物根系及其残体、土壤动物及其遗骸和微生物分泌的活性物质，是土壤组分中最活跃的有机成分之一，是参与土壤新陈代谢的重要物质[1]。土壤酶参与土壤中各种化学反应和生物化学过程，与有机物质矿化分解、矿质营养元素循环、能量转移以及环境质量等密切相关[2]。土壤酶活性能反映土壤微生物活性高低、养分转化和运转能力强弱以及土壤生化反应的强度，是评价土壤肥力、质量及健康状况的重要指标之一，反映出土壤中各种养分代谢活性的强度与方向[3]。土壤酶活性的变化可用来表示因农业措施而导致的土壤性质的早期变化[4]，其中土壤脲酶、转化酶和纤维素酶等水解酶是表征土壤C、N等养分循环状况和土壤性质的生物活性指标，已被应用于评价土壤营养物质的循环转化、各种农业措施和肥料施用的效果评价[5]。研究土壤酶活性的变化，将有助于了解土壤肥力的现状和演化。

燕麦(Avenasativa)性喜凉爽湿润，耐寒，对土壤要求不严，抗逆性强，病虫害少，耐瘠薄、抗杂类草等性能都比较强，是适宜在青藏高原高寒牧区和半农半牧区种植的高产优质粮草兼用作物[6]。因其适口性好，易于栽培、贮藏，已成为高寒牧区冬春季节家畜补饲的重要饲草来源，对高寒地区畜牧业稳定发展起到了重要作用[7]。研究表明，品种选择[8]、施肥(肥料种类[3]、施肥水平[9-10]、施肥方式[9,11]、施肥制度[12]等)、栽培方式[8]等农艺措施对人工草地土壤酶活性具有重要影响。然而，这些研究多局限于单一栽培制度对土壤酶活性的影响，研究结果难以确定不同栽培体系或农艺措施下敏感的土壤酶学指标。基于此，本研究拟在青藏高原高寒地区通过研究不同燕麦品种、不同施肥水平和豆科混播水平的农艺措施对燕麦人工草地土样酶活性的影响，旨在为合理评价燕麦人工草地的生态效应和对土壤培肥的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于青海省海北州西海镇。地理坐标36°59.36′ E，100°52.848′ N，海拔3156 m，气候寒冷潮湿，无绝对无霜期，年均温0.5 ℃，年降水量369.1 mm，多集中在7、8、9三个月，年蒸发量1400 mm，全年日照时数2980 h。平均无霜期93 d。土壤为栗钙土。试验前采集试验地土样，分析结果如下：pH值8.43，全氮(N)1.56 g/kg，全磷(P2O5)1.39 g/kg，全钾(K2O)22.06 g/kg，碱解氮88.77 mg/kg，速效磷2.15 mg/kg，速效钾168.21 mg/kg，有机质32.48 g/kg。

1.2 试验材料与方法

供试材料燕麦品种为青燕1号(Avenasativacv. Qingyan No.1)、青海444(A.sativacv. Qinghai 444)、青海甜燕麦(A.sativacv. Qinghai)和林纳(A.sativacv. Lena)，箭筈豌豆品种为西牧324(Viciasativacv. Ximu 324)，均为上年收获种子。选用肥料为尿素(N 46%)，磷酸二铵(N 16%，P2O546%)，有机肥(有机质>40%，N+P2O5+K2O 25%，有效活菌数0.2亿/g)。

本试验为品种、施肥水平、箭筈豌豆混播水平三因素四水平正交试验设计[L16(45)]，共16个处理，3次重复，随机区组排列。燕麦品种为A1(青燕1号，Qingyan No.1)、A2(林纳，Lena)、A3(青海444，Qinghai 444)和A4(青海甜燕麦，Qinghai)；施肥水平为B1(CK0，不施任何肥料)、B2(inorganic manure, IM，尿素75 kg/hm2+磷酸二铵150 kg/hm2)、B3(organic manure, OM，有机肥1500 kg/hm2)和B4(inorganic manure and organic manure, IM+OM，尿素37.5 kg/hm2+磷酸二铵75 kg/hm2+有机肥750 kg/hm2)；箭筈豌豆混播水平为C1(0 kg/hm2)、C2(45 kg/hm2)、C3(60 kg/hm2)和C4(75 kg/ hm2)。试验小区面积为4 m×5 m，小区间隔0.5 m，燕麦播种量按600万株/hm2保苗数计算，根据千粒重、发芽率、纯净度计算得各品种的实际播量为：青燕1号、林纳、青海444和青海甜燕麦分别为154.3,150.0,183.0和216.0 kg/hm2，撒播，播深3～4 cm。2014年5月14日播种，肥料在播种前一次性施入。出苗后，人工除杂1次，田间管理和观测项目在同一工作日完成。

播种后，分别于6月15日(拔节期)、7月15日(抽穗期)、8月15日(开花期)、9月15日(乳熟期)、10月15日(收获后期)在各试验小区取0～20 cm土样(以撂荒地土样为对照，CK)，共取5次土样，每次每小区取3个点，混合后带回实验室测定土壤脲酶(urease,Ure)、转化酶(invertase,Inv)和纤维素酶(cellulose,Cel)活性。土壤脲酶、转化酶和纤维素酶分别用靛酚蓝比色法[3]、3,5-二硝基水杨酸比色法[13]和3,5-二硝基水杨酸比色法[3]测定。其中：土壤脲酶活性以1 g干土37 ℃酶促反应72 h消耗尿素生成氨的数量来表示(μg/g)；转化酶活性以1 g干土37 ℃培养24 h生成的葡萄糖毫克数表示(mg/g)；纤维素酶活性以1 g干土37 ℃培养72 h生成的葡萄糖微克数表示(μg/g)。

1.3 数据处理

品种、施肥水平和豆科混播水平对酶的保护效果采用土壤酶相对活性指数(relative enzymes activity index，REAI)和土壤酶相对活性综合指数(relative enzyme activity comprehensive index，REACI)表示[14-15]：

REAI=EAt/EAck
REACI=(REAIUre+REAICel+REAIInv)/3

式中：REAI表示土壤酶相对活性指数，EAt表示不同品种、施肥水平和豆科混播水平下的土壤酶活性，EAck表示各处理对应生长季对照土壤酶活性(其中品种间REAI计算时以休闲地土壤酶活性作为EAck，施肥处理间REAI计算时以不施肥处理土壤酶活性作为EAck，豆科混播水平间REAI计算时以单播燕麦处理下土壤酶活性作为EAck)，REACI表示土壤酶相对活性综合指数，Ure、Cel和Inv分别表示脲酶、纤维素酶和转化酶。

采用Excel 2003对所得到的数据进行初步整理，用SPSS for Windows 11.5进行方差分析和相关分析，用Sigmaplot 12.5进行绘图。采用Duncan法在0.05水平上进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 品种、施肥和豆科混播水平对土壤酶活性的影响

2.1.1 品种对土壤酶活性的影响 由表1可以看出，不同生育期各燕麦品种脲酶、纤维素酶和转化酶活性均显著高于对照(休闲地)(P<0.05)，各品种中土壤脲酶活性以青海甜燕麦最高(662.92 μg/g,平均值,下同)，较对照(休闲地)高96.16%，其次为青海444(685.06 μg/g)，林纳最低(568.06 μg/g)，较对照(休闲地)高68.09%；纤维素酶活性以青海444和青海甜燕麦最高(116.22和113.42 μg/g)，分别较对照(休闲地)高60.08%和56.23%，林纳最低(97.28 μg/g)，较对照(休闲地)高33.99%；转化酶活性以青海444和青海甜燕麦最高(6.07和6.03 mg/g)，分别较对照(休闲地)高19.02%和18.24%，林纳最低(5.83 mg/g)，较对照高14.31%。

各品种随生育期推进，3种酶活性变化趋势不同(表1)。脲酶随生育期推进呈“先增后降”的变化规律，在开花期达到最大(745.83 μg/g)，拔节期和乳熟期最低(分别为563.30和563.75 μg/g)；纤维素酶活性呈现“先降后增”的变化规律，在拔节期达到最大(130.45 μg/g)，在抽穗期则为最低(90.93 μg/g)；转化酶活性变化呈现“增—降—增—降”的变化规律，在拔节期、抽穗期、乳熟期和收获后期较高(分别为6.20，6.20，6.12和6.02 mg/g)，而在开花期最低(5.32 mg/g)。

2.1.2 施肥水平对土壤酶活性的影响 表2显示，各生育期燕麦在不同施肥水平下脲酶、纤维素酶和转化酶活性均显著高于对照(休闲地)(P<0.05)，其中脲酶、纤维素酶和转化酶活性均以尿素+二铵+有机肥施肥处理下最高，平均分别为726.30 μg/g,128.40 μg/g和6.12 mg/g，分别较对照(休闲地)高114.92%，76.86%和20.00%，其次为尿素+二铵施肥处理，分别为650.68 μg/g，110.82 μg/g和6.03 mg/g，不施肥处理最低，平均分别为531.68 μg/g，92.38 μg/g和5.80 mg/g，分别较对照(休闲地)高57.33%，27.25%和13.73%。

表1 品种影响下燕麦人工草地0～20 cm土层土壤酶活性变化Table 1 The soil enzymatic activity from 0-20 cm under different oat varieties

注：同列不同小写字母和同行不同大写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters within the same column and different capital letters within the same row show significant difference(P<0.05). The same below.

表2 施肥水平影响下燕麦人工草地0～20 cm土层土壤酶活性变化Table 2 The soil enzymatic activity from 0-20 cm under different fertilizer rate

燕麦在不同施肥处理下随生育期推进，3种酶活性变化趋势不同(表2)。脲酶随生育期推进呈“先增后降”的变化规律，在开花期达到最大(793.70 μg/g)，乳熟期最低(583.57 μg/g)；纤维素酶活性呈现“先降后增”的变化规律，在拔节期达到最大(141.47 μg/g)，在抽穗期最低(93.57 μg/g)；转化酶活性变化呈现“降—增—降”的变化规律，在拔节期和抽穗期最大(分别为6.23和6.23 mg/g)，而在开花期最低(5.44 mg/g)。

2.1.3 豆科混播水平对土壤酶活性的影响 表3显示，各生育期燕麦在不同箭筈豌豆混播水平下脲酶、纤维素酶和转化酶活性均显著高于对照(休闲地)(P<0.05)，而不同箭筈豌豆混播水平下3种土壤酶活性无显著差异(P>0.05)。脲酶、纤维素酶和转化酶活性均以箭筈豌豆45 kg/hm2混播时最高，平均分别为637.14 μg/g、109.3 μg/g和5.98 mg/g，分别较对照(休闲地)高88.54%，50.55%和17.25%，以箭筈豌豆60 kg/hm2混播时最低，平均分别为611.98 μg/g、106.16 μg/g和5.96 mg/g，分别较对照(休闲地)高81.09%，46.23%和16.86%。

表3 不同箭筈豌豆混播水平影响下燕麦人工草地0～20 cm土层土壤酶活性变化Table 3 The soil enzymatic activity from 0-20 cm under different common vetch mixture level

燕麦在不同箭筈豌豆混播水平下随生育期推进，3种酶活性变化趋势不同(表3)。脲酶随生育期推进呈“先增后降”的变化规律，在开花期达到最大(745.8 μg/g)，拔节期和乳熟期最低(分别为565.33和563.73 μg/g)；纤维素酶活性呈现“先降后增”的变化规律，在拔节期达到最大(130.43 μg/g)，在抽穗期最低(90.93 μg/g)；转化酶活性变化呈现“降—增—降”的变化规律，在拔节期和抽穗期最大(分别为6.20和6.20 mg/g)，而在开花期最低(5.32 mg/g)。

2.2 不同农艺措施对土壤酶活性的影响

方差分析结果表明(表4)，不同生育期3种酶活性对品种、施肥水平和豆科混播水平的响应不同。脲酶活性在拔节期、乳熟期和收获后期，纤维素酶活性在抽穗期、乳熟期，转化酶活性在抽穗期、乳熟期和收获后期对豆科混播水平的响应不显著(P>0.05)外，其余各时期品种、施肥水平和豆科混播水平对脲酶、纤维素酶和转化酶活性的影响达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。

各因素在拔节期、乳熟期和收获后期对脲酶的影响强弱顺序为：施肥水平>品种>豆科混播水平，在抽穗期和开花期影响的强弱顺序为：品种>施肥水平>豆科混播水平。不同生育期各因素对纤维素酶活性影响的强弱顺序均为：施肥水平>品种>豆科混播水平。各因素在开花期、乳熟期和收获后期对转化酶活性的影响强弱顺序为：施肥水平>品种>豆科混播水平，在拔节期和抽穗期影响的强弱顺序为：品种>施肥水平>豆科混播水平。

表4 品种、施肥和豆科混播水平对土壤酶活性影响的方差分析Table 4 Variance analysis of soil enzymatic activity under effects of varieties, fertilization and mixture level

2.3 土壤酶相对活性指数

土壤酶相对活性指数(REAI)将3种土壤酶活性对品种、施肥水平和豆科混播水平的响应剔除了对照对各因素的影响，可以更客观准确地反映出各因素对酶活性的影响强弱。由图1可以看出，各品种对脲酶活性和纤维素酶活性的影响强弱随生育期的推进呈下降趋势，至抽穗/开花期后开始上升，乳熟期到收获后期呈现下降趋势，不同品种脲酶和纤维素酶相对活性在拔节期均表现最高(2.62和1.65)，开花期最低(1.61和1.35)。转化酶相对活性指数则随生育期的推进呈“降—增—降—增”的变化，在收获后期表现最高(1.34)，而在抽穗期和乳熟期最低(1.11和1.10)。不同施肥水平下，脲酶活性随生育期的推进呈“降—增—降—增”的变化，在开花期最大(1.31)，而在乳熟期最低(1.16)；纤维素酶则呈“先降后增”的变化，在拔节期最大(1.45)，在乳熟期最低(1.15)；转化酶则呈“先增后降”的变化，在开花期最大(1.10)，而在收获后期最低(1.03)。在不同豆科混播水平下，脲酶、纤维素酶和转化酶相对活性指数变化规律不明显。

2.4 土壤酶相对活性综合指数

图1 品种、施肥和豆科混播水平对土壤酶相对活性指数的影响Fig.1 Effects of REAI under variety, fertilization and common vetch level JS：拔节期 Jointing stage；HS：抽穗期 Heading stage；FS：开花期 Flowering stage；MS：乳熟期 Milk stage；HT：收获后期 Harvest time.下同The same below.

土壤酶相对活性综合指数(REACI)表征了不同燕麦品种、不同施肥水平和不同豆科混播水平下对3种酶活性影响的整体效果。由图2可以看出，不同品种随生育期的推进，REACI呈“先降后增”的变化，整个生育期拔节期REACI最高(1.81)，开花期最低(1.36)；各品种中，青海444的REACI在整个生育期均较高(1.63)，其次为青海甜燕麦(1.60)，而林纳最低(1.43)。不同施肥水平下，随着生育期的推进REACI呈“降—增—降—增”的变化，整个生育期拔节期最高(1.24)，抽穗期最低(1.11)；各施肥水平中，以尿素+二铵+有机肥处理REACI最高(1.27)，有机肥处理最低(1.08)。不同豆科混播水平下，整个生育期REACI基本趋于平稳，不同混播水平的REACI亦较平稳。

图2 品种、施肥和豆科混播水平对土壤酶相对活性综合指数的影响Fig.2 Effects of REACI under different variety, fertilization and common vetch mixture level

3 讨论

3.1 农艺措施对土壤酶活性的影响

研究发现，高寒地区不同燕麦品种各生育期对土壤酶活性均有显著影响，这与孟庆英等[8]、梁秀芝等[16]对紫花苜蓿(Medicagosativa)品种土壤酶活性的研究结果一致，而与李春喜等[17]对小麦(Triticumaestivum)品种土壤酶变化规律的研究结果不一致。植物根系是土壤酶的主要来源之一[16]，植物品种本身的生物学特性亦可影响土壤中微生物的活动状况，从而间接地影响土壤酶的活性[18]。不同燕麦品种由于其生长特征、根系发育特征的不同，在整个生育期表现出不同燕麦品种人工草地土壤中脲酶、纤维素酶和转化酶活性均存在显著差异，各品种中，3种土壤酶活性均以青海甜燕麦和青海444燕麦人工草地最高。本研究表明，与休闲地相比，不同品种、施肥水平和豆科混播水平显著提高了土壤中的酶活性，表明3种农艺措施有利于土壤功能的保持。土壤酶活性是土壤生物学活性的表现，也是衡量土壤肥力水平的重要指标，能反映土壤养分，但土壤生物活性又受土壤养分、土壤质地、农艺措施等因素的影响。

施肥措施是影响土壤酶活性的重要因素之一。研究表明，施肥能有效提高土壤酶活性[3,19]。本研究发现，不同施肥处理均显著提高了土壤酶活性，施肥可促进作物根系代谢，增加根系分泌物，加快微生物繁殖速度，从而提高土壤酶活性[20]。各生育期土壤脲酶、纤维素酶和转化酶活性均以尿素+二铵+有机肥施肥处理最高，尿素+二铵处理次之，单施有机肥处理酶活性最低。有机肥配施氮、磷肥将有助于提高土壤脲酶、纤维素酶和转化酶，尤其是纤维素酶的活性，这一结果与诸多学者的研究结果一致[1,21-23]。前人研究发现，有机肥在以下几个方面对土壤酶活性的提高发挥作用：1)有机肥和化肥配施，促进作物根系代谢，改善土壤物理和化学性质，调节土壤C/N，为微生物和土壤动物生长提供了良好的环境[13]；2)有机肥本身也含有一定数量的酶，可为土壤提供更多、更丰富的酶促基质，发挥底物诱导的作用[24]；3)有机物作为土壤的底物，也可能直接诱导土壤酶活性提高，有机肥不但增加了土壤有机碳含量，而且带入了丰富的微生物和酶，显著影响土壤酶活性；4)有机肥的施用可以提高土壤腐殖质含量，从而增加土壤酶的保护位点[25-26]，而腐殖质能够通过离子交换、共价键或离子键等与土壤酶结合，固定土壤酶，增加土壤酶活性[13]。

3.2 土壤酶活性的季节动态变化

土壤酶类作为催化土壤中各类生化反应的活性物质，是土壤物质循环中的催化剂，在土壤生态系统中有着不可替代的作用。它不仅能反映土壤生物活性的高低，而且能反映土壤养分转化的速度。前人研究表明，土壤酶活性均随着生育期的变化而变化[16]。作物在不同生育时期，土壤酶活性也有显著的差异。通常说，随着生育时期的推进，土壤中的酶活性不断升高，不同的酶在不同的生育时期出现峰值。峰值以后逐步下降，但下降的快慢有明显的不同。有少数情况酶活性在生育时期出现双峰值[27]。本研究发现，在不同农艺措施(品种、施肥水平、豆科混播水平)下，随着生育期的推进，土壤脲酶、纤维素酶均随着生育期的推进，呈现“先增后减”、“先降后增”的变化规律，3种处理下均在开花期土壤脲酶达到最大，在拔节期纤维素酶达到最大；而转化酶活性在品种、施肥水平和豆科混播水平下，分别呈“增—降—增—降”、“降—增—降”和“降—增—降”的变化，分别在开花期和拔节期，拔节期和抽穗期、拔节期和抽穗期出现双峰值,这与刘淑英[28]、马忠明等[1]、孙建平等[29]、高秀君等[30]的研究结果一致。作物生长前期对养分的需求强烈，土壤速效养分含量下降，同时根系迅速生长，根系分泌物、脱落物增多，丰富的机制促进了土壤酶活性的提高，拔节至开花期，作物迅速开始生长，对养分需求更加旺盛，根系活化养分的能力增强，土壤酶活性上升快[1]。研究发现，开花期到种子成熟期，根系对土壤养分的吸收不如作物生长前期旺盛，对养分的活化能力也相对下降，土壤酶活性开始下降，乳熟到收获后期，由于高寒地区气温开始下降，土壤酶活性均出现了下降的变化趋势。

3.3 提高土壤酶活性的最佳农艺措施的确定

通过对不同生育期品种、施肥水平、豆科混播水平对3种土壤酶活性影响的方差分析表明，3种农艺措施对土壤酶活性影响的强弱顺序为：施肥水平>品种>豆科混播水平。由于土壤酶活性具有底物专一性和反应专一性的特点，很难从单独一个酶活性的变化评价整体土壤状态[31]，对提高3种土壤酶活性最有效的农艺措施为：选用青海444或青海甜燕麦，采用有机肥+尿素+二铵的施肥方式，并混播箭筈豌豆45 kg/hm2时可有效提高土壤酶活性。栽培模式、种植年限、土壤类型、管理方式以及作物生长阶段等都会影响土壤的酶活性。以往的研究仅从某一种影响因素方面开展了研究，但各因素间影响的大小方面缺乏深入的研究。本研究采用品种、施肥和混播水平对土壤酶活性的研究，初步得出了3个因素影响力的大小，但这3个因素是否是影响土壤酶活性的主要因素，还需进一步研究。同时本研究只考虑了3个因素的直接效应，未考虑其交互效应，交互效应对土壤酶活性的影响大小如何，还需进一步深入研究。

3.4 土壤酶活性指数

采用土壤酶相对活性指数(REAI)和土壤酶相对活性综合指数(REACI)等土壤质量指标来表达土壤重要的生态功能[15]。通过对不同品种、施肥水平和豆科混播水平处理下3种酶的REAI和REACI的研究，3种酶的REAI变化规律与其对应的酶活性变化规律不一致，而REACI的变化与脲酶活性变化情况一致。郑洪元等[32]，田永强等[33]的研究表明，单独以酶活性作为土壤肥力指标有一定的局限性。由于酶专一地作用于某一基质，因此个别酶活性只能反映土壤专一的分解过程或营养循环。如土壤脲酶活性在一定程度上能反映土壤的供氮能力；纤维素酶与氮素循环有关；转化酶可反映土壤有机质残体分解强度。因此，不能用一种酶活性的变化指示土壤肥力的变化情况。本研究用3种酶活性来评价土壤水平的指标，但在研究土壤肥力水平时，作为评价肥力水平高低的总体参数是否全面尚需进一步验证。

4 结论

通过对青藏高原高寒地区海拔3200 m地区不同农艺措施下的3种酶活性的研究表明，不同燕麦品种、施肥水平和豆科混播水平等措施均能显著提高土壤脲酶、纤维素酶和转化酶活性，3种酶活性的范围为400～900 μg/g，80～180 μg/g和4～7 mg/g。高寒地区各生育期不同燕麦品种、施肥水平和混播水平对土壤酶活性均有显著影响。青海甜燕麦和青海444，尿素+磷酸二铵+有机肥施肥处理和混播箭筈豌豆45 kg/hm2时，各时期土壤脲酶、纤维素酶和转化酶活性均较高。随着生育期的推进，土壤脲酶、纤维素酶均随着生育期的推进，呈现“先增后减”、“先降后增”的变化规律，3种处理下均在开花期土壤脲酶达到最大，在拔节期纤维素酶达到最大；转化酶活性在品种、施肥水平和豆科混播水平下，分别呈“增—降—增—降”、“降—增—降”和“降—增—降”的变化，分别在开花期和拔节期，拔节期和抽穗期、拔节期和抽穗期出现双峰值。3个因素对土壤酶活性影响的大小顺序为施肥水平>品种>豆科混播水平。单一土壤酶活性不能完全反映土壤肥力的高低，必须综合评价才能得出准确的结论。

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Soil enzyme activities in alpine naked oat-artificial grassland in response to fertilizer and legume mix levels

LIU Wen-Hui1,2, ZHANG Ying-Jun1,3*, SHI Shang-Li1, HE Yong-Juan2, SUN Jian4, WEI Xiao-Xing2

1.PrataculturalCollegeofGansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.KeyLaboratoryofSuperiorForageGermplasmintheQinghai-TibetanPlateau,QinghaiAcademyofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,Xining810016,China; 3.InstitudeofGrasslandSciences,ChineseAgriculturalUniversity,Beijing100094,China; 4.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China

To investigate the dynamics of soil enzymatic activity with regard to the combined effects of oat variety and different fertilizer and legume mixtures, an orthogonality experiment has been conducted in an alpine area. The experiment consists of three factors (oat varieties, fertilizer and legume mixtures) and four levels made up of (1) four oat varieties:Avenasativacv. Qingyan No.1,A.sativacv. Lena,A.sativacv. Qinghai 444,A.sativacv. Qinghai; (2) four fertilizer mixes: CK0, urea (75 kg/ha)+NH4H2PO3(150 kg/ha), organic manure (1500 kg/ha), urea (37.5 kg/ha)+NH4H2PO3(75 kg/ha)+organic manure (750 kg/ha); and (3) fourViciasativasow mixture rates: 0 kg/ha, 45 kg/ha, 60 kg/ha, 75 kg/ha. The results showed that appropriate combinations of oat variety, fertilizer mixes and legume sow rates can significantly improve soil enzymatic activities. The activities of soil urease, cellulose and invertase were respectively in the range of 400-900 μg/g, 80-180 μg/g and 4-7 mg/g in the cultivated alpine soil. Ranked from high to low, the factors that influenced soil enzymatic activities were first fertilizer mix, then variety, then legume mixture rate. Soil urease activity first increased and then decreased during the growth period, peaking at anthesis; cellulose activity first decreased and then increased, peaking at jointing stage; invertase activity had two periods of increase followed by decrease, with double peaks at the jointing and heading stages. Soil enzyme dynamics were calculated using the relative enzymes activity index and the relative enzyme activity comprehensive index. The highest soil enzymatic activities were recorded in the treatment consisting of the Qinghai 444 or Qinghai sweat oat variety mixed with 45 kg/haV.sativaand fertilized with 37.5 kg/ha urea, 75 kg/ha NH4H2PO3and 750 kg/ha organic manure.Key words: alpine area; variety; fertilization rate; legume mixed sowing; soil enzymatic activity

10.11686/cyxb2016196

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-05-09；改回日期：2016-06-28

“现代农业产业技术体系建设专项资金”(CARS-35-41)，农业部“青藏高原牧草种质资源保护利用”项目(13162130135252040)和青海省饲草产业科技创新平台项目资助。

刘文辉(1979-)，男，青海贵德人，副研究员。E-mail：qhliuwenhui@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail：zhangyj@cau.edu.cn

刘文辉, 张英俊, 师尚礼, 贺永娟, 孙建, 魏小星. 高寒区施肥和豆科混播水平对燕麦人工草地土壤酶活性的影响. 草业学报, 2017, 26(1): 23-33.

LIU Wen-Hui, ZHANG Ying-Jun, SHI Shang-Li, HE Yong-Juan, SUN Jian, WEI Xiao-Xing. Soil enzyme activities in alpine naked oat-artificial grassland in response to fertilizer and legume mix levels. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(1): 23-33.