陳和平，竇俊煥，郭天順，王 鵬，李芳弟，頡煒清，羅照霞，齊小東，呂 汰

（1.隴南市武都區農業技術推廣中心，甘肅 隴南 746000；2.甘肅省天水市農業科學研究所，甘肅 天水 741001）

覆膜栽培一直以來作為甘肅中部高寒區旱作區農業節水栽培的關鍵示范技術，因地制宜的被應用到不同作物栽培中。馬鈴薯作為旱作農作物之一，其栽培技術及增產增收備受人們關注。天水是甘肅典型的旱作馬鈴薯種植區，由于受干旱條件制約，覆膜栽培就成為當地馬鈴薯抗旱增產的一項重要技術措施[1]。土地覆膜后，土壤質量、養分性狀、生產能力、減藥減肥等方面發生了哪些改變和優化，其中一些重要的土壤性狀是否得到有效改善，成為研究者們關心的問題[2]。

土壤酶作為土壤生態系統中物質流和能量流的重要媒介，是土壤微生物和植物根系等產生專一生物化學反應的酶類物質。近年來，由于覆膜栽培能夠達到增溫保墑、增產增收的效果，覆膜栽培下的土壤溫度、土壤含水量、土壤肥力、土壤酶及微生物區系變化特征方面的研究就成為人們關注的熱點[3,4]。周麗霞和丁明懋[5]從揭膜時期的選擇分析土壤酶活性的變化特征。孟立君和吳鳳芝[6]從不同壟溝覆膜栽培分析了不同土層中土壤微生物數量及土壤酶活性變化特征。本研究通過甘肅旱作區馬鈴薯田間試驗，研究不同種類地膜及覆膜栽培方式對馬鈴薯種植的土壤酶活性變化特征及產量的影響，以期為完善旱作區地膜栽培技術及地膜有效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設在甘肅省天水市中梁試驗站（中梁鎮何家灣村），該地區海拔1 650 m，試驗地為山旱地，土壤為典型的黃綿土，前茬作物為冬小麥[1]，其基礎土壤養分狀況為有效磷25.9 mg/kg，速效鉀95 mg/kg，堿解氮54 mg/kg，全氮0.56 g/kg，全磷1.12 g/kg，全鉀15.75 g/kg。研究表明，土壤N、P、K有效態的轉運循環與土壤酶活性息息相關。

1.2 試驗材料及來源

試驗材料為馬鈴薯品種‘天薯12號’，為馬鈴薯一級種（G3），由天水市農業科學研究所提供。試驗地膜選用厚度為0.008 mm、幅寬120 cm的聚乙烯吹塑農用白膜、黑膜和厚度為0.012 mm、幅寬120 cm的黑色降解地膜。秸稈選用小麥秸稈。

1.3 試驗設計

試驗采用完全隨機區組設計，設5個處理，分別為：露地栽培（OF）、降解地膜覆蓋栽培（DF）、黑色地膜覆蓋栽培（BF）、秸稈覆蓋栽培（SM）和白色地膜覆蓋栽培（WF）。3次重復，小區面積36 m2（15 m×2.4 m）。播種整地前施尿素（總氮≥ 46.4%）224.9 kg/hm2、磷酸二銨（總養分N+P2O5≥ 64%）75.0 kg/hm2、有機肥（N+P2O5+K2O ≥5.0%，有機質≥45%）374.8 kg/hm2、農家肥（腐熟人畜的糞尿）14 992.5 kg/hm2。于2016年4月13日，按照不同覆蓋處理打孔點播，6月19日結合培土起壟追施尿素（總氮≥46.4%）224.9 kg/hm2和磷酸二銨（總養分N+P2O5≥ 64%）150.0 kg/hm2，9月28日收獲入窖。

1.4 試驗方法

在馬鈴薯生長的成熟期采集土壤樣品，分表土層（10 cm）、亞土層（20和30 cm）3個土層梯度，參考“S”形取樣法，采取植株垂直下方土壤，每個小區5個采樣點，將每區5個土樣混合均勻后采集500 g；新鮮土樣過0.2 mm篩后保存于4℃冰箱，用于土壤酶活性的測定。

測定土壤中脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性[6-8]，其中土壤脲酶活性用靛酚藍比色法測定（以每克土24 h產生的NH3-N毫克數表示）；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法（以每克土24 h產生的酚毫克數表示）；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法（以每克土24 h產生的葡萄糖毫克數表示）；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法（以每克土消耗0.1 mol/L KMnO4毫升數表示）。酶標儀采用DNM-9602G型酶標分析儀。

1.5 數據處理

數據統計分析和作圖分別采用SPSS 20.0和Excel 2010軟件。數據處理采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和鄧肯氏新復極差檢驗法（DMRT法）進行方差分析和差異顯著性檢驗（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋栽培模式馬鈴薯成熟期土壤表土層、亞土層土壤酶活性

由圖1可以看出，在表土層（10 cm）土壤中，BF處理蔗糖酶活性顯著高于OF和DF處理，SM顯著高于OF，其他各處理間差異不顯著，OF和DF蔗糖酶活性較差，分別為8.22和9.39 mg/g·d；WF和DF過氧化氫酶活性與BF的差異顯著，且活性較低，分別為0.88和0.97 mL/g·h；脲酶活性各處理間差異不顯著；堿性磷酸酶活性WF與BF差異顯著，酶活性較低，為5.9 mg/g·d。

圖1 表土層（10cm）土壤酶活性Figure 1 Soil enzyme activity in topsoil(10 cm)

由圖2可以看出，在亞土層（20 cm）土壤中，蔗糖酶活性BF處理與其他處理差異顯著，為10.62 mg/g·d；過氧化氫酶活性SM和BF處理與DF差異顯著，分別為1.28和1.16 mL/g·h，DF較差，為0.88 mL/g·h；脲酶活性各處理間差異不顯著；堿性磷酸酶活性BF、SM和OF與WF差異顯著，分別為16.01，13.43和11.66 mg/g·d。

由圖3可以看出，在亞土層（30 cm）土壤中，除堿性磷酸酶活性DF處理顯著高于SM處理，其他酶活性各處理間差異均不顯著，說明在較深土層土壤酶活性差異性明顯降低，受作物及覆膜方式的影響變小。

2.2 不同覆蓋栽培模式馬鈴薯成熟期土壤酶活性垂直分布

由圖4可以看出，不同覆蓋栽培處理在10，20和30 cm土層4種酶活性變化呈現出一定的規律性。隨著土層深度增加，各處理蔗糖酶活性逐漸降低；DF和WF堿性磷酸酶、脲酶活性變化規律相似，表現為“先降低后升高”，其他處理降低；OF和DF過氧化氫酶活性降低，其他處理“先升高后降低”。

2.3 不同覆蓋栽培模式對馬鈴薯產量構成的影響

由表1可知，各處理主莖數、單株薯重、平均薯重無顯著差異，SM株高和商品薯率（除了OF處理）顯著高于其他處理；與OF處理對比，SM處理各經濟性狀表現最好，說明秸稈覆蓋對馬鈴薯產量影響要優于其他地膜，可能原因是秸稈覆蓋能良好的保溫、保水、降溫及改變降水入滲等調節作用有利于薯塊膨大，形成大薯，提高商品薯率，進而提高產量。

不同覆蓋栽培模式對馬鈴薯產量影響不同，SM模式下馬鈴薯產量最高為24 268 kg/hm2，較OF增產7 235 kg/hm2，增幅為42.5%；其次為BF，產量為20 907 kg/hm2，較OF增產3 874 kg/hm2，增幅為22.7%；WF處理的產量為17 229 kg/hm2，較OF增產196 kg/hm2，增幅為1.2%。

圖2 亞土層（20 cm）土壤酶活性Figure 2 Soil enzyme activity in sub-soil layer(20 cm)

圖3 亞土層（30 cm）土壤酶活性Figure 3 Soil enzyme activity in sub-soil layer(30 cm)

圖4 土壤（10，20和30 cm）酶活性的垂直變化Figure 4 Vertical changes in soil enzyme activity in soil (10, 20 and 30 cm)

表1 不同覆蓋栽培模式對馬鈴薯經濟性狀的影響Table1 Effects of different mulching cultivation patterns on potato economic characteristics

3 討 論

土壤酶作為土壤中物質循環和能量鏈流動的主要參與者，其活性大致反映了某一種土壤生態狀況下生物化學過程的相對強度；測定相應酶的活性，以間接了解某種物質在土壤中的轉化情況[9]。土壤蔗糖酶參與植物體內碳水化合物的代謝。蔗糖酶活性在土層（10～20 cm）活性最強，說明耕層土壤豐富的營養物質及馬鈴薯生長的活躍微環境區系對蔗糖酶活性具有重要作用；土壤脲酶活性常用于表征土壤的氮素情況，并能間接反映出土壤的生產力[10]。脲酶活性整體較低且隨土層深度下降，推測馬鈴薯在塊莖膨大過程中需要消耗大量的養分，出現作物與微生物爭奪氮素營養的局面，此時的脲酶活性受到抑制，而DF和WF處理脲酶活性上升可能與土壤微生物的活動有關，劉飛等[11]也有類似的結論。土壤堿性磷酸酶主要參與土壤含磷化合物的合成及磷素循環。堿性磷酸酶活性在20 cm土層活性最強，可能與馬鈴薯根系生長有關；土壤過氧化氫酶活性表征土壤生物氧化過程的強弱。在整個土層過氧化氫酶活性較低且變化較平穩，說明不同覆蓋栽培對于土壤中過氧化氫酶活性的表達影響效果有限。

引起土壤不同梯度酶活性變化不穩定的原因可能是因為不同的覆蓋栽培模式改變了耕層土壤的結構，以及影響到馬鈴薯根系的生長分布變化，進而影響到土壤養分的利用及土壤微生物區系的改變，這與倪麗佳等[12]、曹莉等[13]的研究是相吻合的。

另一方面，溫度也是影響土壤酶變化的一大因素。王學娟等[14]、王娟等[15]認為土壤脲酶與過氧化氫酶活性對地溫很敏感。在馬鈴薯種植期，較低的地溫持續較長，而生長旺盛階段又持續高溫，導致土壤酶活性變化特征出現較大的波動，影響了試驗的穩定性。