秸稈深埋對不同氮肥水平土壤蔗糖酶活性的影響

謝洪寶，于 賀，陳一民，隋躍宇，焦曉光

（1黑龍江大學現(xiàn)代農業(yè)與生態(tài)環(huán)境學院，哈爾濱150080；2中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所，哈爾濱150081）

0 引言

農作物秸稈作為重要的可再生有機資源，內含大量的氮磷鉀元素和植物生長所需的微量元素，是農業(yè)生產中的重要生物質資源，達總生物量50%[1-3]。玉米是中國主要的大田作物之一，秸稈產量豐富，每年全國玉米秸稈量達2.5億t[4]。由于每年殘余的秸稈基數(shù)較大，秸稈處理中焚燒廢棄等方式仍十分普遍，不僅破壞土壤生態(tài)環(huán)境，也使空氣受到嚴重污染[5]。1965年以來，玉米秸稈的資源化利用得到廣泛關注，秸稈還田處理可以改善土壤肥力和土壤結構，降低化肥施用成本，逐漸成為解決玉米秸稈問題的主要方式[6-7]。吳鵬年等[8]研究表明，秸稈還田配施適量氮肥可以顯著增加玉米產量，提升土壤保水能力。程曼等[9]通過長期秸稈還田研究指出，秸稈還田后可以有效增強土壤蔗糖酶及纖維素酶活性、且對提高總體肥力水平且增加營養(yǎng)元素之間相互作用具有重要意義。此外，季詩域等[10]和高洪軍等[11]的研究均表明，秸稈還田配施化肥對有機碳的積累與作物產量作用要優(yōu)于秸稈還田，秸稈還田同時配施化肥可以提升作物產量。然而，在中國部分地區(qū)特別是北部旱作地區(qū)，經根茬、秸稈還田，土壤表層有機質可以維持較穩(wěn)定的水平，但20 cm以下的根難以下扎，有機殘體數(shù)量較少，有機質含量較低，導致基礎肥力偏低，秸稈深埋還田方式成為研究熱點[12]。土壤蔗糖酶含量提升，有利于土壤肥力的提高與平衡[13-15]。目前多數(shù)研究集中在秸稈深還方式[16-17]、秸稈深還對土壤理化性質影響[18-19]、不同氮肥措施對土壤酶的影響[20-21]等方面，對于秸稈深埋條件下研究不同施氮水平下土壤蔗糖酶活性影響規(guī)律研究較少。因此，本論研究了不同秸稈還田方式下4種氮肥水平對土壤蔗糖酶活性的變化規(guī)律影響，旨在為提高土壤地力以及保護生態(tài)環(huán)境提供科學的理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域概況

試驗地位于黑龍江省哈爾濱市呼蘭區(qū)(E 126°11′—127°19′，N 45°49′—46°25′)。試驗地土壤為典型黑土，氣候為北溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3.3℃，年日均≥10℃的活動積溫2782.9℃，無霜期145天左右，年平均降水量為517 mm，最高降水集中在6—8月，占全年降水量的66%。

1.2 試驗設計

本試驗于2015年開始，試驗采用裂區(qū)試驗，2因子4水平3次重復24個處理。2因子（無秸稈、秸稈深埋）為主區(qū)，主區(qū)長24 m，4水平0 N·kg/hm2(F1)、135 N·kg/hm2(F2)、180 N·kg/hm2(F3)、225 N·kg/hm2(F4)為副區(qū)，副區(qū)長5 m。共設計24個小區(qū)，每個小區(qū)35.75 m2。試驗種植作物：玉米，品種為‘禾豐6號’。施用化肥：氮肥：尿素(N46%)；磷肥：過磷酸鈣(P2O512%，90kg/hm2)；鉀肥：硫酸鉀(K2O 50%，75 kg/hm2)。玉米收獲后秸稈粉碎全部還田，全部深埋于30 cm土層。于2019年5月初播種，在作物生長發(fā)育期間進行人工追肥及除草管理。

1.3 樣品采集與測定

試驗于2019年5月7日玉米播種，分別在玉米苗期（5月23日）、拔節(jié)期（6月12日）、抽雄期（7月20日）、收獲期（10月8日），用土鉆均勻采集0～20 cm土壤樣品，混勻后裝入無菌聚乙烯袋。采集土壤樣品帶回實驗室，風干，過1 mm篩，用于測定土壤蔗糖酶活性。土壤蔗糖酶測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[22]，常規(guī)養(yǎng)分分析采用參照土壤農化分析方法分析[23]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2017進行原始數(shù)據(jù)的整理，SPSS 20.0完成差異顯著及相關性分析，作圖采用Excel 2017完成。

2 結果與分析

2.1 秸稈深埋對不同氮肥水平土壤蔗糖酶活性的影響

秸稈深埋對不同氮肥水平土壤蔗糖酶活性的影響見圖1，圖1可見，2種秸稈處理下土壤蔗糖酶活性均呈現(xiàn)隨玉米生育期的延長先上升后下降趨勢，在拔節(jié)期達到最高，為329.09 mg/(g·24 h)，抽雄期開始逐漸下降，在收獲期達到最低，為223.96 mg/(g·24 h)。與無秸稈處理比，秸稈深埋處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于無秸稈處理的土壤蔗糖酶活性(P＜0.01)，在相同施氮水平下，增幅最高可達到10.53%，可以提高30.8 mg/(g·24 h)。相同的秸稈還田方式下，在4個氮水平處理，土壤蔗糖酶活性呈現(xiàn)出隨施用氮量的增加而明顯增加的趨勢，施氮量在180 kg/hm2土壤蔗糖酶活性達至最大水平，為329.09 mg/(g·24 h)，提高的幅度大于施氮量在0、135、225 kg/hm2水平，提高幅度最高可達到19.83%。

圖1 秸稈深埋對不同氮肥水平土壤蔗糖酶活性的變化

2.2 秸稈深埋對不同氮肥水平下土壤有機質的影響

秸稈深埋對不同氮肥水平土壤有機質變化的影響如圖2所示，2種秸稈還田方式下，4個施氮水平的土壤有機質變化的規(guī)律一致，均呈現(xiàn)出隨施氮量的增加有機質的含量呈現(xiàn)遞增的趨勢，到180 kg/hm2達到最高水平，分別為35.34、37.08 g/kg。與無秸稈處理相比，秸稈深埋處理能顯著提升土壤有機質含量，可提高4.02 g/kg，增幅最高達12.5%。在氮肥水平為0、135、225 kg/hm2時，秸稈深埋處理雖然提升土壤有機質含量，分別為12.52%、18.16%、18.96%，但增加幅度小于施氮量為180 kg/hm2時，提高幅度可達24.27%。因而，施氮水平為180 kg/hm2時，對土壤有機質含量影響最大。

圖2 秸稈深埋對不同氮肥水平土壤有機質變化

2.3 相關分析

秸稈深埋和施氮水平對土壤蔗糖酶活性的雙因素分析見表1，由表1表明施氮水平、秸稈深埋處理以及秸稈深埋與施氮水平交互對土壤蔗糖酶均具有極顯著影響(P＜0.01)。說明秸稈深埋及氮肥施用量對調控土壤蔗糖酶水平具有重要意義。如表2可見，對有機質含量進行秸稈深埋處理和施氮水平雙因素分析，秸稈深埋與施氮水平交互對有機質含量呈顯著正相關，秸稈深埋處理及施氮水平對土壤蔗糖酶活性與有機質含量均具有顯著影響，因而土壤蔗糖酶活性具有能夠反映出土壤有機質含量動態(tài)變化的可能性。

表1 秸稈深埋和施氮水平對土壤蔗糖酶活性的雙因素分析

表2 秸稈深埋和施氮水平對有機質含量的雙因素分析

3 結論

（1）土壤蔗糖酶活性均呈現(xiàn)隨玉米生育期的延長先上升后下降趨勢，在拔節(jié)期達到最高，抽雄期開始逐漸下降，在收獲期達到最低。秸稈深埋對提高土壤酶活性具有明顯增益效應，且在一定范圍內，隨氮肥施用量的增加呈遞增趨勢，在施氮量180 kg/hm2時，土壤蔗糖酶活性最大，為329.09 mg/(g·24 h)，提高幅度最高可達到19.83%。

（2）秸稈深埋處理可以顯著提高土壤有機質水平，增幅最高達12.5%，秸稈深埋處理下增施氮肥可以提升土壤有機質含量，施肥量在180 kg/hm2達到最高水平，土壤有機質達37.08 g/kg，而后增幅下降。

（3）通過相關分析得出土壤蔗糖酶活性及土壤有機質含量均與秸稈深埋與施氮水平交互對具有顯著的相關關系。因而，土壤蔗糖酶活性可以用來作為表征土壤有機質含量的養(yǎng)分指標之一。

4 討論

土壤蔗糖酶與土壤有機質代謝及氮磷含量密切相關，其活性能表征土壤肥力水平及土壤生物活性酶促反映產物能夠直接影響作物的生長[24-25]。本研究從秸稈深埋與氮水平雙因素探討土壤蔗糖酶活性對其響應的情況。研究結果表明，在作物生長各時期同一氮肥水平下，秸稈深埋處理土壤蔗糖酶活性高于無秸稈處理，秸稈深埋配施氮肥能提高土壤蔗糖酶的活性，秸稈深埋條件下配施180 kg/hm2氮肥處理的土壤蔗糖酶活性最佳，這與侯賢清等[26]的研究結果相似。主要是由于施入氮肥可以改變土壤中碳氮比，氮素供給可以提升土壤微生物活性，進而促進秸稈腐解，補充土壤養(yǎng)分，提高土壤蔗糖酶活性。秸稈埋條件下配施225kg/hm2氮肥處理的土壤蔗糖酶活性由所下降，原因在于秸稈還田量一致條件下，施氮量過高將影響土壤中碳氮比偏離適宜范圍，進而影響土壤微生物活性而降低土壤蔗糖酶活性。研究表明，秸稈深埋處理與氮肥施入量對土壤蔗糖酶活性和土壤有機質含量均具有顯著影響。秸稈深埋能提升土壤有機質含量，這與前人研究結果一致[27-28]。在秸稈深埋處理下，施用氮肥180kg/hm2，土壤有機質含量最高，秸稈處理和施肥量交互效應顯著影響土壤有機質含量。練成燕等[29]研究認為，秸稈還田量過大會降低土壤有機質增加幅度。本研究主要依托全量秸稈進行深埋還田，但并未對不同梯度秸稈深埋量進行研究，需要在以后的研究中進一步深入探索。