西瓜連作及倒茬對壓砂地土壤酶活性的影響

賀婧++王建宇++王菲

摘要：分別以寧夏中衛(wèi)市常樂鎮(zhèn)香山村西瓜連作1、3、5、7、10年壓砂地以及西瓜連作5年后改種油葵、辣椒、棉花、豌豆的壓砂地為研究對象，研究西瓜連作和倒茬對壓砂地土壤酶活性的影響，研究結(jié)果表明，西瓜連作3～4年后，壓砂地土壤酶活性顯著下降，隨后逐漸升高，但仍低于未壓砂土壤；西瓜連作5年后，改種油葵、辣椒、棉花、豌豆，除過氧化氫酶極顯著升高，其他酶活性均變化不明顯。一次倒茬不足以明顯改善壓砂地土壤酶活性，需要多次連續(xù)倒茬。在4種作物中，連續(xù)多次倒茬種植油葵更適合對壓砂地土壤酶活性進行改善。

關(guān)鍵詞：壓砂地；種植年限；倒茬；土壤酶活性

中圖分類號：S154.2文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2017）06-0294-03

壓砂是在原有土地上覆蓋6～15 cm厚的礫石夾粗砂以適應(yīng)干旱，是我國西北干旱地區(qū)勞動人民為了生存與自然抗?fàn)?，?jīng)過長期生產(chǎn)實踐不斷總結(jié)創(chuàng)新而形成的以砂石覆蓋和免耕為核心的獨特的保護性耕作方式[1-2]。壓砂可減少蒸發(fā)和徑流，提高水分入滲和土壤溫度，有效地協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱的矛盾，有利于作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和早熟[2-3]。

寧夏壓砂地主要分布于寧夏中部干旱地區(qū)，1995年開始種植西瓜，經(jīng)過多年發(fā)展，該地區(qū)逐步發(fā)展成為我國種植區(qū)域最為集中、連片規(guī)模最大的無公害壓砂西瓜生產(chǎn)基地，成為農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，多年連續(xù)、單一地種植西瓜，已引起產(chǎn)量降低、病害頻發(fā)、土壤質(zhì)量下降等一系列問題，這將對區(qū)域生態(tài)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生極大的影響。

目前，針對壓砂地的研究多集中對西瓜品種、栽培和高產(chǎn)等方面[4-7]，另外，針對不同種植年限壓砂地土壤理化性質(zhì)的研究也較多[1-2，8-11]。土壤酶活性是土壤重要的生物學(xué)性質(zhì)之一，受土壤類型、土壤理化性質(zhì)、水熱條件、種植模式以及土壤污染等諸多因子的影響，可以直接反映土壤的肥力狀況，常被作為評價土壤質(zhì)量的指標(biāo)。有關(guān)壓砂地土壤酶活性的研究相對較少，目前，僅見不同壓砂年限對土壤酶活性的影響[3]、不同覆蓋措施對旱區(qū)農(nóng)田土壤酶活性的影響[12]、不同種植模式對新壓砂瓜田土壤酶活性的影響[11]等少數(shù)幾篇報道。本研究以寧夏環(huán)香山地區(qū)西瓜連作1、3、5、7、10年的壓砂地土壤為研究對象，以臨近未壓砂土壤為對照，研究種植年限對土壤酶活性的影響。另外，還選擇西瓜連作一定年限后，再倒茬種植1年其他作物，如油葵、辣椒、棉花、豌豆的壓砂地為研究對象，研究倒茬對壓砂地土壤酶活性的影響，以期在豐富不同種植年限壓砂地土壤性質(zhì)變化規(guī)律研究內(nèi)容的同時，為壓砂地的可持續(xù)利用提供理論與技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1采樣地概況

研究區(qū)地屬寧夏中衛(wèi)市常樂鎮(zhèn)香山村，該區(qū)域?qū)僦胁扛珊祹У湫蛥^(qū)域，地勢平坦，典型的大陸性季風(fēng)氣候，年均日照時數(shù)2 800～3 000 h，年平均氣溫6.8 ℃，≥10 ℃的有效積溫2 500～3 200 ℃，晝夜溫差在12～16 ℃，無霜期140～170 d。多年平均降水量247.4 mm，降水多集中在7、8、9月，年均蒸發(fā)量在2 100～2 400 mm。試驗區(qū)屬緩坡丘陵地帶，土壤在較厚的第四系沉積物上發(fā)育而成，為粗質(zhì)灰鈣土，其間存有第四系松散巖類孔隙水，具有干旱帶水化學(xué)特征，所以生長季植物生長所需水仍以利用天然降水為主，在嚴(yán)重干旱季才利用地下水補灌。砂源來自香山分化碎石，以壓砂西瓜為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，偶見壓砂枸杞和棗樹。

1.2樣品采集

選擇西瓜連作1、3、5、7、10年的壓砂地為典型樣地，并以鄰近未壓砂土壤作為對照。每個年份樣地設(shè)5個采樣點，取砂下0～10 cm的土壤，樣品混合混勻后，按四分法留取1 kg左右土壤，裝袋，運回實驗室，自然風(fēng)干，然后剔除雜質(zhì)、過20目篩備用。

結(jié)合該地區(qū)壓砂地種植的實際情況，選擇耕種5年后，分別倒茬種植1年油葵、辣椒、棉花、豌豆的壓砂地為對象，以連續(xù)種植5年西瓜的壓砂地為對照，按照上述采樣方法，采集土壤樣品，用于土壤酶活性分析。取樣時間為2013年3月。

1.3測定項目與方法

土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定[13]，酶活性以24 h、1 g干土生成NH3-N的毫克數(shù)表示[mg/（g·24 h）]；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[13]，酶活性以30 min、1 g干土消耗高錳酸鉀的毫升數(shù)表示[mL/（g·30 min）]；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[13]，酶活性以24 h，1 g干土生成酚的毫克數(shù)表示[mg/（g·24 h）]；蔗糖酶活性采用3，5二硝基水楊酸比色法測定[13]，酶活性以24 h、1 g 干土生成葡萄糖的毫克數(shù)表示[mg/（g·24 h）]。

2結(jié)果與分析

2.1連續(xù)種植對壓砂地土壤酶活性的影響

脲酶是一種分解含氮有機物的水解酶，是植物氮素營養(yǎng)的直接來源。從表1可以看出，壓砂地表層土壤脲酶活性隨種植年限的增加呈現(xiàn)先降低后提高的趨勢，以種植3年后脲酶活性最低，為0.66酶活性單位，與對照相比達到極顯著差異。從第4年開始脲酶活性逐漸升高，但均小于對照土壤，與對照也差異極顯著。說明土地壓砂種植后土壤脲酶活性逐漸降低，在3年左右達到最低。

磷酸酶是一種表征土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向和強度的水解酶，使有機或無機磷酸鹽轉(zhuǎn)化為植物可吸收磷。壓砂地表層土壤磷酸酶活性以種植3年后呈現(xiàn)最低水平，為0.020酶活性單位。整體上隨種植年限的增加，呈現(xiàn)先降低后提高的趨勢，種植1年后酶活性變化不明顯，從第3年開始，各種植年限磷酸酶活性均極顯著低于對照，但4、7、9年之間磷酸酶活性差異不顯著。表明壓砂地耕種3～4年后土壤磷酸酶活性達到最低，之后雖有變化，但差異不明顯。

從表1可以看出，種植1～4年，壓砂地表層土壤蔗糖酶活性逐漸降低，以種植4年最低，為1.51酶活性單位，極顯著低于對照土壤。隨著種植年限的繼續(xù)增加，蔗糖酶活性呈現(xiàn)不規(guī)律波動，不同處理間差異不顯著，不同處理均極顯著低于對照。

壓砂地表層土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)出與脲酶和磷酸酶相似的變化規(guī)律，亦先降低后升高，以種植第3年時氧化氫酶活性最低，為1.59酶活性單位，與對照相比較，酶活性差異極顯著。隨種植年限的增加，酶活性逐漸升高，至第9年，過氧化氫酶活性接近對照，與對照差異不顯著。

綜合來看，壓砂地表層土壤4種酶活性的變化規(guī)律基本相似，均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，以耕種3—4年后土壤酶活性呈現(xiàn)最低，極顯著低于未壓砂土壤。隨耕種年限的繼續(xù)增加，酶活性逐漸升高，但仍低于未壓砂土壤，這與胡景田等的研究結(jié)果[3]不同。土壤酶活性極易受到土壤類型、土壤質(zhì)地、養(yǎng)分含量、水熱條件、污染物等各種因素的影響，酶活性變化是各種因素綜合作用的結(jié)果。本研究選擇未壓砂土壤為耕地，其耕種方式與壓砂地不同，經(jīng)常耕翻，通氣性較好，而壓砂地壓砂之后，處于免耕狀態(tài)。前人研究結(jié)果，壓砂后土壤含水量增加，但水分增加，一定程度上也會對土壤的通氣狀況產(chǎn)生影響。

2.2倒茬對壓砂地土壤酶活性的影響

倒茬是改善土壤地力的一種種植方式，從表2可以看出，壓砂地連續(xù)種植5年西瓜后，分別改種油葵、辣椒、棉花、豌

豆，土壤脲酶活性以油葵地最高，為0.78酶活性單位，高于對照；種植辣椒、棉花、豌豆的壓砂地脲酶活性均低于對照，其中以辣椒地脲酶活性最低，為0.60酶活性單位，極顯著低于對照；棉花、豌豆地脲酶活性也低于對照?？傮w上連種西瓜5年后，改種油葵，一定程度上可以明顯改善土壤脲酶活性，而種植辣椒顯著降低土壤脲酶活性。

倒茬種植油葵、辣椒、棉花后，土壤磷酸酶活性變化不大，與對照差異不顯著，但改種豌豆卻使得土壤磷酸酶活性極顯著降低，為0.021酶活性單位。

倒茬種植油葵、辣椒后，土壤蔗糖酶活性分別低于對照0.03和0.76酶活性單位，但與對照差異不顯著。改種棉花、豌豆后，土壤蔗糖酶活性分別高于對照0.13和0.03酶活性單位，但與對照差異不顯著。表明改種1年其他作物，對壓砂地土壤蔗糖酶活性影響不大。

土壤過氧化氫酶能夠分解土壤中的過氧化氫，起到解毒作用。連續(xù)種植5年西瓜后，壓砂地改種上述4種作物，對壓砂地土壤過氧化氫酶活性影響很大，改種油葵、辣椒、豌豆均能極顯著提高土壤過氧化氫酶活性，土壤解毒能力增強；而改種棉花則極顯著降低了壓砂地土壤過氧化氫酶活性，土壤解毒能力反而減弱。

一次改種可能不足以改善由于多年西瓜連作對壓砂地酶活性產(chǎn)生的影響，若要顯著改善壓砂地土壤酶活性，可能需要多次連續(xù)倒茬種植其他作物。試驗結(jié)果表明，4種作物中，連續(xù)多次倒茬種植油葵可能會獲得較好的效果。由于光熱條件不足，寧夏本地幾乎很少種植棉花，選擇棉花進行倒茬，意義不大。辣椒、豌豆均為蔬菜作物，季節(jié)性較強，也不適合壓砂地種植。油葵在寧夏乃至西部地區(qū)都有種植。油葵是一種耐鹽堿、耐瘠、耐旱、適應(yīng)性廣的油料植物，可有效改良鹽堿地的土壤肥力，同時經(jīng)濟效益較高[14]，在獲得較好的改良土壤效果的同時，對農(nóng)民經(jīng)濟收入影響較小。

3結(jié)論

連續(xù)種植西瓜的壓砂地，其表層土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性的變化規(guī)律基本相同，均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，以連續(xù)種植西瓜3～4年后的土壤酶活性最低，隨耕種年限的繼續(xù)增加，酶活性逐漸升高，但仍低于未壓砂土壤。

一次倒茬不足以明顯改善壓砂地土壤酶活性，需要多次連續(xù)倒茬。對西北地區(qū)連續(xù)多次倒茬種植油葵可能會獲得較好的改良土壤的效果。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.076