秸秆覆盖深松对夏玉米田土壤酶活性的影响

郭书亚，尚 赏，王 坤，汤其宁，张 艳，付国占，卢广远

（1商丘市农林科学院，河南商丘 476000；2北京联创种业有限公司，北京 100018；3河南科技大学农学院，河南洛阳 471003）

0 引言

土壤质量的好坏决定着作物产量的高低。以驻马店为代表的豫南雨养区，玉米长期采用免耕的耕作方式，造成耕层变浅，土壤质量差，不利于作物产量的形成[1-3]。土壤酶活性与土壤质量关系密切，影响着土壤生物化学的进程和微生物的繁殖活动[4-5]，对不同轮作措施、留茬或残差覆盖、耕作措施反应敏感[6-8]。因此，研究秸秆覆盖深松等保护性耕作措施对土壤酶活性的影响、评价土壤质量具有重要意义。前人研究[9-10]发现，秸秆覆盖处理后，土壤微生物活动和活性显著增强，徐国伟等[11]研究指出，秸秆还田处理不施氮处理土壤中脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性较秸秆不还田不施氮处理增加7.86%～28.70%、11.97%～34.09%、6.63%～22.84%。张常仁等[12]研究证实，免耕秸秆还田土壤酶活性显著高于对照，张英英等[13]研究得出相似结论。赵亚丽等[14]研究指出深松秸秆还田增加土壤酶活性，并且玉米季效果优于小麦季。张博文等[15]在东北黑土上连续深松，研究表明连续深松可提高20～40 cm土层土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性。李彤等[16]研究证实，在西北旱区，和翻耕相比，深松处理土壤脲酶和蔗糖酶增加107.4%、25.6%。不同秸秆处理方式及深松措施对土壤酶活性的影响在不同生态区域已有大量研究，但在豫南典型季风半湿润条件下的运用效果还缺乏深入系统的研究。本研究在豫南雨养区进行秸秆覆盖深松的定点多年试验，研究其对土壤酶活性的影响，以期为秸秆覆盖、深松在豫南雨养区玉米栽培过程中的应用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于豫南雨养区，海拔高度48 m，年均日照时数2100 h左右，年均气温15.1℃，年均降水量921.1 mm，无霜期224天。该区域常年实行夏玉米免耕播种，质地黏壤，试验地土壤有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为11.4 g/kg、90.1 mg/kg、10.62 mg/kg、128.43 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设4个处理，分别为深松覆盖(SS+M)、免耕覆盖(NT+M)、深松不盖(SS+NM)、免耕不盖(NT+NM)，随机排列，重复3次，秸秆覆盖为小麦季秸秆收集后全部覆盖，深松深度为35～40 cm。小区面积160 m2，供试品种‘郑单958’，种植密度60000株/hm2。2007—2009年连续3年处理，2009年玉米季测定土壤酶的活性。

1.3 土样的采集

于2009年玉米播种前开始取样，在玉米拔节期、开花期、花后15天、花后30天、花后45天分别取样。在各小区内分层取0～5、5～10、10～20、20～30、30～40 cm的土样，每个样品均为多点采集混合而成，然后风干过筛。

1.4 土样的测定

土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶的活性测定参照关松荫[1]的方法进行。

1.5 数据处理

采用Excel进行数据处理，SPSS24.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆覆盖深松对夏玉米土壤脲酶活性的影响

从表1可以看出，0～40 cm土层土壤脲酶活性逐渐下降。在0～5 cm和5～10 cm土层，随着玉米生育时期的推进，土壤脲酶活性从播种到花后45天先升高后下降，在开花期达到最大值，秸秆覆盖处理（SS+M和NT+M）土壤脲酶活性显著高于秸秆不覆盖处理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土层，NT+M处理土壤脲酶活性下降迅速，各处理土壤脲酶活性的变化和0～5、5～10 cm土层的变化一致，除播种期和花后45天都有SS+M＞SS+NM＞NT+M＞NT+NM，并且SS+M显著高于其他处理。在20～30 cm和30～40 cm土层，免耕处理（NT+M和NT+NM）下土壤脲酶活性在整个生育时期没有明显变化，而深松处理（SS+M和SS+NM）土壤脲酶活性的变化和0～5、5～10 cm土层的变化一致，深松处理下土壤脲酶活性显著高于免耕处理，并且SS+M显著高于SS+NM。说明在土壤上层(0～10 cm)秸秆覆盖能显著提高土壤脲酶活性，随着土层加深秸秆覆盖的影响消失，而深松处理下土壤深层的土壤酶活性显著提高。

表1 各时期不同处理土壤脲酶活性变化mg/(g·d)

2.2 秸秆覆盖深松对夏玉米田土壤碱性磷酸酶活性的影响

从表2可以看出，在0～5 cm和5～10 cm土层，随着玉米生育时期的推进，土壤碱性磷酸酶活性从播种到花后45天先升高后下降，在花后15天达到最大值，除个别时期，秸秆覆盖处理（SS+M和NT+M）土壤碱性磷酸酶活性显著高于秸秆不覆盖处理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土层，NT+M处理土壤碱性磷酸酶活性降幅最大，不同处理之间都有SS+M＞SS+NM＞NT+M＞NT+NM，并且从拔节期到花后30天SS+M显著高于其他处理。在20～30 cm和30～40 cm土层，免耕处理之间土壤碱性磷酸酶活性差异不显著，深松处理（SS+M和SS+NM）显著高于免耕处理（NT+M和NT+NM）。

表2 各时期不同处理土壤碱性磷酸酶活性变化mg/(g·d)

续表2

2.3 秸秆覆盖深松对夏玉米田土壤蔗糖酶活性的影响

从表3可以看出，在0～5 cm和5～10 cm土层，不同处理土壤蔗糖酶活性先升高后下降，在开花期达到峰值，秸秆覆盖处理（SS+M和NT+M）土壤蔗糖酶活性显著高于秸秆不覆盖处理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土层，NT+M处理土壤蔗糖酶活性下降迅速，各处理土壤蔗糖酶活性的变化和0～5、5～10 cm土层的变化一致，除拔节期都有SS+M＞SS+NM＞NT+M＞NT+NM。在20～30 cm和30～40 cm土层，各处理不同生育时期土壤蔗糖酶活性的变化和0～5、5～10 cm土层的变化基本一致，除个别时期，深松处理（SS+M和SS+NM）显著高于免耕处理（NT+M和NT+NM）。

表3 各时期不同处理土壤蔗糖酶活性变化mg/(g·d)

2.4 秸秆覆盖深松对夏玉米田土壤过氧化氢酶活性的影响

从表4可以看出，在0～5 cm和5～10 cm土层，各处理土壤过氧化氢酶活性随着玉米生育时期的推进先升高后下降，在花后15天达到峰值，除个别时期，秸秆覆盖处理（SS+M和NT+M）土壤过氧化氢活性显著高于秸秆不覆盖处理（SS+NM和NT+NM），并且SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM。在10～20 cm土层，NT+M处理土壤过氧化氢酶活性降幅最大，各处理不同生育时期的变化与0～5、5～10 cm土层的变化一致，除花后30天，不同处理之间都有SS+M＞NT+M＞SS+NM＞NT+NM，并且SS+M显著高于其他处理；在20～30 cm和30～40 cm土层，各处理不同生育时期土壤过氧化氢酶活性的变化和0～5、5～10 cm土层的变化基本一致，免耕处理下土壤过氧化氢酶活性处在一个较低的水平，深松处理（SS+M和SS+NM）显著高于免耕处理（NT+M和NT+NM）。

表4 各时期不同处理土壤过氧化氢酶活性变化0.1 mol/L KMnO4/(g·土)

3 结论与讨论

本研究表明，从播种到花后45天，土壤酶活性均升高后下降，在开花期或花后15天达到峰值。这是因为玉米开花期到花后15天为玉米生殖生长和生理生长最旺盛的时期，玉米根系分泌大量有机物，有利于微生物的活动，因此土壤酶活性出现峰值。随着土层的加深，各处理下4种酶活性都随着土层的加深而逐渐下降。这与前人的研究一致[17-18]。徐国伟等[11]研究指出，秸秆还田不施氮处理土壤中脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性较秸秆不还田不施氮处理增加7.86%～28.70%、11.97%～34.09%、6.63%～22.84%，张英英等研究发现，和传统耕作相比，免耕秸秆覆盖处理可显著增加土壤蔗糖酶、过氧化物酶活性45.28%、23.75%。本研究表明，在土壤表层(0～10 cm)，秸秆覆盖处理土壤酶活性高于不盖处理。与前人研究结果相似。一方面是因为秸秆本身含有大量有机碳和矿质元素，覆盖后能够为微生物直接提供营养和能量，从而促进微生物的活动和酶活性的提高[19-20]；另一方面秸秆在土壤分解过程能够产生大量的有机物质和能量，从而促进土壤动物、微生物活动[9]，进而增加酶活性。

本研究还表明，深松能够明显增加土壤深层，尤其是20～30 cm和30～40 cm土层的酶活性。与赵亚丽等[14]研究发现深松秸秆还田显著增加土壤酶活性25.2%；张博文等[15]研究表明，连续深松2年能够提高20～40 cm土层土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性；李彤等[16]研究证实，和翻耕相比，深松处理土壤脲酶和蔗糖酶增加107.4%、25.6%的研究的结果相似。这主要是因为一方面长期免耕造成耕层变浅，土壤质量差，阻碍土壤动物、微生物的活动，而深松能够改善土壤质量，为微生物的活动提供有利土壤条件，进而增加酶活性。另一方面深松处理下更多的根系能够扎到20 cm土层以下，根活力增强，根际活性增加[21]，进而提高酶活性。所以，连续免耕一段时间需要进行一次深松，秸秆覆盖深松是一种较好的保护性耕作措施。

综上，秸秆覆盖处理能够显著增加土壤表层土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，深松处理能够显著增加20～40 cm土层土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，秸秆覆盖深松处理效果最好。因此，长期免耕后需要进行深松来改善下层土壤酶活性，提高土壤质量，从而促进作物生长、提高产量。