耕作模式對東北風沙土酶活性的影響

喬云發 鐘鑫 苗淑杰 陸欣春 李琪

摘要[目的]探討不同集成耕作模式對東北風沙土土壤酶活性的影響。[方法]在東北風沙土區開展耕作模式的田間對比試驗，以傳統耕作模式（CT）為對照，研究3種集成耕作模式（ITP1、ITP2和ITP3）對風沙土土壤酶（脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶）活性、速效養分、有機質的影響及其相互之間的關系。[結果]與傳統種植CT模式相比，ITP1模式顯著增加脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，分別增加了68.57%、74.04%、31.44%和20.44%;ITP2模式增加脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性，但是降低過氧化氫酶活性;ITP3模式脲酶和蔗糖酶活性增加，過氧化氫酶活性降低。與傳統種植CT模式相比，ITP1模式增加土壤速效養分（N、P、K）和有機質含量，ITP2模式顯著增加土壤速效K和有機質含量，ITP3模式差異不顯著。脲酶活性與土壤堿解氮、速效鉀、有機質含量呈顯著正相關;磷酸酶活性與土壤速效磷、有機質、堿解氮含量呈顯著正相關。[結論]從耕作模式對土壤有機質含量、速效養分含量及酶活性影響的角度分析，ITP1模式最適合風沙土區玉米種植，ITP2模式次之，而ITP3模式不適合。

關鍵詞 酶活性;耕作;風沙土;玉米

中圖分類號 S154.2文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）15-0068-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.020

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract[Objective]The effects of different integrated tillage modes on soil enzyme activities in aeolian sandy soil of northeast China were studied.[Method]The study focused on the effect of three integrated tillage models （ITP1， ITP2 and ITP3） on enzyme activity （urease， phosphatase， invertase， catalase）， available nutrients， organic matter compared to traditional tillage （CT）， and their relationships.[Result]Compared with traditional CT planting mode， ITP1 mode significantly increased the activities of urease， phosphatase， invertase and catalase by 68.57%， 74.04%， 31.44% and 20.44%， respectively.The activity of urease， phosphatase and invertase increased in ITP2 mode， but catalase activity decreased. The activity of urease and invertase in ITP3 mode increased and catalase activity decreased.Compared with traditional CT planting mode， ITP1 mode increased soil available nutrients （N， P， K） and organic matter content， while ITP2 mode significantly increased soil available K and organic matter content， while ITP3 mode had no significant difference.Urease activity was positively correlated with soil available nitrogen， available potassium and organic matter content， while phosphatase activity was positively correlated with soil available phosphorus， organic matter and available nitrogen content.[Conclusion]From the perspective of the effects of tillage mode on soil organic matter content， available nutrient content and enzyme activity， ITP1 mode was most suitable for maize cultivation in sandy soil areas， followed by ITP2 mode， and ITP3 mode was not suitable.

Key words Enzyme activity;Tillage;Aeolian sandy soil;Maize

基金項目 農業部公益性行業（農業）科研專項（201503116-03）;南京信息工程大學引進人才項目。

作者簡介 喬云發（1975—），男，黑龍江訥河人，研究員，博士，博士生導師，從事土壤生態研究。

*通信作者，教授，博士，從事土壤肥力調控方面研究。

收稿日期 2019-01-15

2.3 土壤酶活性與土壤速效養分及有機質的相關分析

表2表明，土壤酶活性與土壤養分、有機質之間存在顯著相關性。脲酶活性與土壤堿解氮呈極顯著正相關，與速效鉀和有機質呈顯著正相關;磷酸酶活性與土壤速效磷和有機質含量呈極顯著正相關，與堿解氮呈顯著正相關;蔗糖酶和過氧化氫酶活性與土壤速效N、P、K及有機質相關性都不顯著。脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶4種酶之間相關性不顯著;土壤有機質與脲酶、磷酸酶、堿解氮、速效磷和速效鉀呈顯著正相關;土壤速效養分之間堿解氮與速效磷、速效鉀之間呈顯著正相關;速效磷和速效鉀之間相關性不顯著。

3 討論

土壤酶參與土壤中各種生化反應，不同酶在土壤生化反應中作用也不同，脲酶能夠將含氮有機物水解成CO2與氨，決定著土壤中氮素的轉化[16];磷酸酶能催化土壤中有機磷水解成可被植物吸收利用的無機磷，從而加快有機磷的循環速度，提高磷的利用效率[17-18];蔗糖酶催化土壤中蔗糖水解為可被植物及微生物所利用的葡萄糖與果糖，從而補充土壤中的碳源，對增加土壤中易溶態營養物質具有重要作用[19];過氧化氫酶催化土壤中過氧化氫分解，從而防止過氧化氫對作物的毒害作用[6]。

3種優化耕作集成模式對土壤酶活性、速效養分和有機質影響差異較大。ITP1模式的4種土壤酶活性、速效養分和有機質含量都顯著高于傳統種植模式CT。ITP1模式是由有機肥還田+耕層擴容+間隔深松+側向追肥技術集成的，有機肥的C/N高，加劇風沙土氮素供應力不足，微生物需要分泌更多的脲酶來加速氮循環，滿足作物對氮素的需求[5]。施用的有機肥本身含有較高磷酸，施用有機肥可增加磷酸酶活性[20]。施用有機肥增加土壤有機碳含量，土壤中的多數酶又屬于誘導酶類，增強了蔗糖酶底物的誘導作用，因此蔗糖酶活性提高[21]。施用有機肥和耕層擴容可以改善土壤理化性質，促進作物根系代謝，根系分泌物增多，使微生物繁殖加快、提高酶活性[21-22]。耕層擴容使耕作深度由傳統CT模式的17 cm增加到22 cm，深耕主要降低耕層下部土壤的容重、提高土壤孔隙度，增加粒徑>0.25 mm 的土壤團聚體數量和作物根系的數量，耕層土壤物理性狀變化引起土壤中生化反應進程發生改變，從而引起耕層土壤酶的活性發生變化，深耕能夠提高耕層土壤中磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性[12，23-25]。

ITP2和ITP3 2種模式的4種土壤酶活性、速效養分和有機質含量模式間差異不顯著，與傳統種植CT模式相比，ITP2模式的4種土壤酶活性比ITP3模式的脲酶和蔗糖酶活性顯著增加，ITP3模式過氧化氫酶活性顯著降低。ITP3模式是由于免耕和秸稈覆蓋體系下的物質和能量以及作物根系主要聚集在表層，物質和能量同層分布有利于養分再循環能力和能量利用率的提高，物質和能量循環流動需要氮素和蔗糖酶，進而促進脲酶和蔗糖酶活性[23]。與ITP3相比，ITP2模式是在ITP3模式免耕和秸稈覆蓋體系下進行的深松，雖然深松改善耕層溫度、水分及通氣狀況等環境條件，但對調控土壤微生物組成的變化影響不明顯，土壤酶主要來源于土壤中微生物和植物的活體與殘體，所以對土壤酶的活性影響僅有增加趨勢，處理間差異不顯著[8，24]。

4 結論

在4種集成模式中，ITP1模式土壤速效養分和土壤酶活性最高，與傳統CT模式相比，脲酶活性增加68.57%，磷酸酶活性增加74.04%，蔗糖酶活性增加31.44%，過氧化氫酶活性增加20.44%。ITP2和IPT3 2種模式對4種土壤酶活性的影響差異不顯著，這2種模式間的土壤酶活性、速效養分和有機質含量差異不顯著;與傳統種植CT模式相比，ITP2模式顯著增加土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性，ITP3模式顯著增加土壤脲酶和蔗糖酶活性，ITP2和ITP3模式顯著降低土壤過氧化氫酶活性。從耕作模式對土壤有機質、速效養分、酶活性角度分析，ITP1模式最適合風沙土區玉米種植。

參考文獻

[1]BANDICK A K，DICK R P.Field management effects on soil enzyme activities[J].Soil biology & biochemistry，1999，31（11）：1471-1479.

[2]BADIANE N N Y，CHOTTE J L，PATE E，et al.Use of soil enzyme activities to monitor soil quality in natural and improved fallows in semi-arid tropical regions[J].Applied soil ecology，2001，18（3）：229-238.

[3]DEFOREST J L.The influence of time，storage temperature，and substrate age on potential soil enzyme activity in acidic forest soils using MUBlinked substrates and LDOPA[J].Soil biology & biochemistry，2009，41（6）：1180-1186.

[4]王文鋒，李春花，黃紹文，等.不同施肥模式對設施菜田土壤酶活性的影響[J].應用生態學報，2016，27（3）：873-882.

[5]田善義，王明偉，成艷紅，等.化肥和有機肥長期施用對紅壤酶活性的影響[J].生態學報，2017，37（15）：4963-4972.

[6]劉曉星，呂光輝，楊曉東，等.艾比湖流域 5 種土壤類型的酶活性和理化性質[J].干旱區研究，2012，29（4）：579-585

[7]田幼華，呂光輝，楊曉東，等.水鹽脅迫對干旱區植物根際土壤酶活性的影響[J].干旱區資源與環境，2012，26（3）：158-163.

[8]黃靜，吳祥云，單寶奇，等.不同土地利用方式對風沙土酶活性的影響[J].干旱區研究，2015，32（2）：221-228.

[9]楊濱娟，黃國勤，錢海燕.秸稈還田配施化肥對土壤溫度、根際微生物及酶活性的影響[J].土壤學報，2014，51（1）：150-160.

[10]蔡麗君，張敬濤，蓋志佳，等.免耕條件下秸稈還田量對土壤酶活性的影響[J].土壤通報，2015，46（5）：1127-1132.

[11]高旭梅，劉娟，張前兵，等.耕作措施對新疆綠洲長期連作棉田土壤微生物、酶活性的影響[J].石河子大學學報（自然科學版），2011，29（2）：145-152.

[12]冀保毅，趙亞麗，穆心愿，等.深耕和秸稈還田對土壤酶活性的影響[J].河北農業科學，2016，20（1）：46-51.

[13]王孟雪，張有利，張玉先.黑龍江風沙土區不同耕作措施對玉米地土壤水分及產量的影響[J].水土保持研究，2011，18（6）：245-251.

[14]喬云發，苗淑杰，陸欣春，等.不同土壤耕作方式對東北風沙土區玉米田土壤質量及產量的影響[J].水土保持通報，2018，38（3）：19-23.

[15]魯如坤.土壤農業化學分析方法[M].北京：中國農業科技出版社，2000.

[16]陸梅，衛捷，韓智亮.滇池西岸4種針葉林的土壤微生物與酶活性[J].東北林業大學學報，2011，39（6）：56-59.

[17]朱新萍，賈宏濤，鄭春霞，等.高產棉田土壤堿性磷酸酶及脲酶空間變異特征分析[J].干旱區研究，2012，29（4）：586-591.

[18]張雪梅，呂光輝，楊曉東，等.農田耕種對土壤酶活性及土壤理化性質的影響[J].干旱區資源與環境，2011，25（12）：176-182.

[19]李秀玲，呂光輝，何雪芬.連作年限對土壤理化性質及酶活性的影響[J].干旱區資源與環境，2012，26（9）：93-97.

[20]楊邦俊，向世群.有機肥對紫色水稻土磷酸酶活性及磷素轉化作用的影響[J].土壤通報，1990，21（3）：108-110.

[21]王月，劉興斌，韓曉日，等.不同施肥處理對連作花生土壤微生物量和酶活性的影響[J].沈陽農業大學學報，2016，47（5）：553-558.

[22]關蔭松.土壤酶及其研究方法[M].北京：農業出版社，1986.

[23]高云超，朱文珊，陳文新.秸稈覆蓋免耕土壤微生物生物量與養分轉化的研究[J].中國農業科學，1994，27（6）：41-49.

[24]陳金，龐黨偉，韓明明，等.耕作模式對土壤生物活性與養分有效性及冬小麥產量的影響[J].作物學報，2017，43（8）：1245-1253.

[25]NYAMADZAWO G，NYAMANGARA J，NYAMUGAFATA P，et al.Soil microbial biomass and mineralization of aggregate protected carbon in fallow-maize systems under conventional and notillage in Central Zimbabwe[J].Soil and tillage research，2008，102（1）：151-157.