長期連作棉田不同恢復模式對土壤團聚體及酶活性的影響*

宮　雪，王建軍，龐　瑋（石河子大學農學院，新疆　石河子832000）

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長期連作棉田不同恢復模式對土壤團聚體及酶活性的影響*

宮雪，王建軍，龐瑋*
（石河子大學農學院，新疆石河子832000）

摘要：選擇干旱區瑪納斯河流域綠洲長期連作棉田（20年）為研究對象，研究連作棉田（CM），采用輪作玉米（YL）、輪作大豆（DL）、玉米-大豆間作（YDJ）和休閑免耕（XX）4種輪作模式對農田土壤團聚體及酶活性的影響。結果表明，不同輪作模式均以D53 - 250團聚體含量最高，團聚體含量分布范圍為39%～53%；相比連作棉田，短期輪作玉米和輪作大豆模式土壤過氧化氫酶與脲酶酶活性增強。輪作大豆和輪作玉米模式中土壤過氧化氫酶活性在D250團聚體中最高；在不同輪作模式下，蔗糖酶活性表現為D250＞D53 - 250＞D53，隨著團聚體粒級的減小，蔗糖酶的活性降低；磷酸酶活性順序表現為D250＞D53＞D53 - 250。不同輪作模式均能影響土壤酶活性，團聚體酶活性均集中在大團聚體中。大豆輪作和玉米輪作有利于酶活性的增強，可作為長期連作棉田短期輪作倒茬的首選模式。

關鍵詞：長期連作；輪作模式；土壤團聚體；酶活性

土壤團聚體作為土壤的重要組成部分，一方面通過穩定土壤結構，減少土壤的水土流失；另一方面，土壤中團聚體含量高，有利于提高土壤肥力與質量［1］。土壤酶活性作為生物活性的一個重要指標，可以用來衡量土壤肥力，同時，土壤酶對土壤的擾動性是一個敏感的指示性生物指標［2］。不同團聚體粒級下土壤酶的活性不同，土壤酶活性升高，土壤肥力提高［3-4］。土壤酶的活性與土壤的結構之間必然存在著一定的相關性［5］。棉田連作對過氧化氫酶的影響不明顯，與荒地比較，隨著連作年限增加，堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶均呈現一定的變化趨勢。Nakamoto等人［6］研究表明，與玉米相比，雖然大豆根長密度較小，但大豆根系生長對土壤中大團聚體破壞作用更強，種植大豆可降低大團聚體的數量［7］。本研究以長期連作棉田為對象，分析不同輪作模式下土壤團聚體及酶活性的變化，選擇適宜于新疆長期連作棉田合適的輪作倒茬模式，為采用有效的土壤管理措施及提高新疆棉田土壤質量提供科學依據。

1　材料與方法

1.1試驗區概況

試驗區位于新疆北疆最大的植棉產區瑪納斯河流域石河子綠洲西古鎮（85°52′～86°10′E，44°52′～45°12′N）。該區地處天山山前沖積洪積平原與古爾班通古特沙漠南緣交接地帶，伸入沙漠腹地70 km，年平均氣溫為6.1℃，各季的平均氣溫為：春季9.7℃，夏季24.3℃，秋季6.6℃，冬季-16.5℃，平均氣溫≥10℃積溫3 693.8℃，無霜期160～180 d，平均日照時數2 600～3 000 h，屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候。該區域地勢平坦，耕層鹽分含量低、熱量充足、作物產量當季表現較高，近年連創北疆地區植棉高產記錄。試驗區土壤為砂壤土，土壤耕層基本理化性質見表1。

1.2試驗設計

本試驗選擇瑪納斯河流域石河子綠洲長期連作棉田（20年）為樣地，采用微區控制試驗，共設5個處理，分別為連作棉田（CM）、玉米輪作（YL）、大豆輪作（DL）、休閑免耕（XX）和玉米-大豆間作（YDJ）。每個小區面積為286 m2，每個小區重復3次。田間管理統一。

1.3樣品采集和測定分析

本試驗樣品采集在春季播種前和秋季收獲時進行田間采樣，在5個處理中分別挖取土壤剖面，采集大小一致的土壤耕層原狀土樣，裝入方形塑料盒帶回實驗室，過8 mm的土篩，風干土樣，用于土壤團聚體篩分；同時采用“四分法”，用自封袋采集5點土樣混合3份帶回實驗室，置于通風、陰涼、干燥的室內風干，分別過1.00 mm和0.25 mm篩孔以供測定；團聚體測定：機械穩定性團聚體采用人工篩分法進行測定，共分＞250 μm（D250）、53～250 μm（D53 -250）和＜53 μm（D53）3個粒級；土壤酶測定：土壤蔗糖酶活性采用3，5 -二硝基水楊酸比色法測定；土壤脲酶活性采用苯酚納比色法測定；土壤磷酸酶活性采用氨基安替比林-鐵氰化鉀比色法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；數據分析：采用Microsoft Office Excel 2003軟件進行繪圖，應用SPSS 11.5軟件進行數據的統計分析。

2　結果與分析

2.1不同輪作模式土壤團聚體的分布特征

表2　干篩法測定的各級團聚體的含量　%

由表2可知：不同輪作模式均以D53 - 250團聚體含量最高，團聚體含量分布范圍為39%～53%；5種輪作模式下，D250團聚體差異極顯著，且作物收獲期相對于作物生育期含量均有所增加，在作物生育前期不同輪作模式D250團聚體含量表現為玉米輪作模式含量最高，玉米-大豆模式含量最低；在作物收獲期，大豆輪作模式的含量最多，玉米-大豆間作模式含量最少。D53團聚體含量隨著作物生育期到作物收獲期呈下降趨勢，在作物生育期，不同輪作模式D53團聚體含量表現為玉米輪作最高，棉花連作最少；在作物收獲期，不同輪作模式D53團聚體含量大豆輪作模式下最多，棉花連作最少。

2.2不同輪作模式土壤團聚體中酶活性

2.2.1團聚體蔗糖酶

由圖1可以看出，不同輪作模式下不同團聚體粒級對土壤酶活性的影響顯著不同。D250團聚體中蔗糖酶活性的變化順序為YL＞CM＞XX＞YDJ＞DL，輪作玉米下蔗糖酶活性最強，大豆輪作最低；在D53 - 250團聚體中，土壤蔗糖酶活性變化順序為XX＞DL＞YL＞YDJ＞CM；在粒徑D53團聚體中，土壤蔗糖酶活性變化順序為YDJ＞DL＞YL＞XX＞CM。在不同輪作模式下，蔗糖酶活性表現為D250 ＞D53 - 250＞D53，隨著團聚體粒級的減小，蔗糖酶的活性降低。輪作玉米團聚體蔗糖酶活性最強，對土壤有機碳和作物生長有很好的促進作用。

圖1　團聚體中蔗糖酶活性

2.2.2團聚體過氧化氫酶

圖2　團聚體過氧化氫酶活性

由圖2得出，土壤團聚體中過氧化氫酶在不同輪作模式下D53 - 250和D53粒級的活性的大小順序基本表現為YDJ＜CM＜DL＜YL＜XX，玉米-大豆間作模式最低，休閑免耕最高；在D250團聚體中大小順序表現為DL＜YL＜YDJ＜CM＜XX，在各個粒級中休閑免耕過氧化氫酶活性最高。說明休閑免耕模式土的解毒能力最強，能夠防止土壤中有毒物質積累。在大豆和玉米輪作模式中，土壤過氧化氫酶活性在D250中最高，但隨著團聚體粒級的減小，土壤過氧化氫酶活性逐漸升高。

2.2.3團聚體磷酸酶

從圖3可以看出，在D250中不同輪作模式下，土壤磷酸酶活性大小順序表現為CM＞YL＞DL＞XX＞YDJ，棉花連作磷酸酶活性最高，玉米-大豆間作模式最低；在D53 - 250團聚體中表現為YL＞XX＞CM＞YDJ＞YL，在D53團聚體中則為CM＜YL＜YDJ＜DL＜XX。在不同輪作模式下，磷酸酶活性大小順序基本為D250＞D53＞D53 - 250。在不同輪作模式下，土壤磷酸酶活性除D53 - 250都差異不顯著。在玉米輪作后，D53 - 250和D53團聚體磷酸酶活性高于棉花連作，說明輪作玉米能夠使土壤磷素的利用得到提高，有利于作物的生長發育。

圖3　團聚體中的磷酸酶活性

3　小結與討論

不同輪作模式下，土壤團聚體含量以D53 - 250粒徑為主，所占比例為39%～53%；同一粒級不同輪作模式下存在差異，其中，D250團聚體含量表現為DL＞YL＞XX＞CM＞YDJ，且各模式之間差異顯著，相比連作棉田，大豆輪作、玉米輪作方式可促進團聚體形成，改善土壤結構，增加土壤肥力，有利于提高團聚體機械穩定性增強。玉米輪作使土壤大團聚體的含量降低，但團聚體中的蔗糖酶和磷酸酶的活性很高，過氧化氫酶活性相對較低，且與其他種植模式差異顯著，說明玉米輪作對土壤中磷的利用較高，有利于作物生長；在棉花連作模式下，團聚體中的酶活性呈現隨著團聚體粒級的減小而降低的趨勢，其中蔗糖酶活性在D250中較強，但在D53 - 250 和D53團聚體中最弱，且差異極顯著，過氧化氫酶活性以D250最高，D53 - 250最小，磷酸酶在D250最高；休閑模式中，3個粒級的過氧化氫酶的活性最高，且與其他模式差異顯著，說明休閑模式對土壤的解毒能力最強，有助于改善土壤的理化性質。本研究表明，大豆輪作和玉米輪作有利于土壤團聚體的形成和穩定，且玉米輪作的土壤蔗糖酶和磷酸酶活性很高，對土壤中磷的利用較高，有利于作物的生長，所以，大豆輪作和玉米輪作可作為較合理的輪作模式。

參考文獻

［1］史奕，陳欣，沈善敏.有機膠結形成土壤團聚體的機理及理論模型［J］.應用生態學報，2002，13（11）：1495-1498.

［2］Monreal C M，Bergstrom D W.Soil enzymatic factors expressing the influence of land use，tillage system an d texture on soil biochemical quality［J］.Canadian Journal of Soil Science，2000，80：419-428.

［3］楊玉盛，李振問，俞新妥，等.南平溪后杉木林取代雜木林后土壤肥力變化的研究［J］.植物生態學報，1994（3）：236-242.

［4］楊承棟，焦如珍.杉木人工林根際土壤性質變化的研究［J］.林業科學，1999（6）：2-9.

［5］Marten D A.Management and crop reside influence soil aggregate stability［J］.Journal of Environmental Quality，2000，29 （3）：723-727.

［6］Nakamoto T，Suzuki K.Influence of soybean and maize roots on the seasonal change in soil aggregate size and stability［J］.Plant Pro. Sci.，2001，4（4）：317-319.

［7］Fahad A A，Mielke L N，Flowerday A D，et al.Soil physical properties as affected by soybean and other cropping sequences ［J］.Soil Sci. Soc. Am. J，1982，46：377-381.

收稿日期：2016—03—30

*基金項目：公益性行業（農業）科研專項，項目編號：201503120。

*通訊作者：龐瑋（1977-），女，講師，主要從事干旱區資源與環境研究。E-mail：pangwei7722@163.com。