秸稈還田對土壤養分及酶活性的影響

高夢瑤，靳玉婷，繆杰杰，胡宏祥，劉運峰，龔靜靜

（安徽農業大學資源與環境學院，合肥 230000）

我國農作物秸稈年產量約達7億噸，秸稈中富含氮、磷、鉀等營養元素，是一種天然可再生資源，對提高土壤肥力具有重要價值。[1，2]但近年來秸稈被遺棄和焚燒現象嚴重，造成了嚴重的環境污染和資源的浪費。[3]長期以及過量施肥會使土壤鹽漬化，土壤肥力急劇下降，農田生態系統遭到破壞。[4]有研究表明秸稈還田可以為土壤中植物生長提供其必需元素與微量元素，因此，現多采用秸稈還田方式替代部分化肥施入土壤，改善土壤養分和土壤結構，維持土壤生產力。但是，秸稈的主要成分為纖維素、半纖維素和木質素，C/N比較高，很難被土壤中微生物分解，因此應以秸稈還田配施一定比例氮肥、磷肥來調節其C/N比，從而加快秸稈的腐解進程，更好地發揮其肥效。[5]

土壤酶是一類具有專一特性的活性生物催化劑[6]，參與了大多數土壤的生化過程，如土壤中多種氧化還原反應以及土壤養分的固定與釋放，對土壤營養物質轉化和能量代謝起著重要的催化作用[7]，是表征土壤肥力的重要指標。[8]有研究表明，秸稈還田能提供適宜土壤細菌和真菌生存的酸性環境，從而間接提高土壤酶活性。[9]劉善江等[10]研究表明，影響土壤酶活性的因素有土壤養分、土壤微生物以及種植作物。近年來關于秸稈還田對土壤酶活性影響的研究多集中在西北和東北地區，安徽等中部偏南地區研究較少。因此，本研究于2018年11月至2019年5月在安徽巢湖地區開展了田間試驗，分析秸稈還田與化肥配施對土壤養分和酶活性的影響，探討秸稈還田與化肥配施對土壤養分和酶活性的作用效果及原因，以期為優化土地施肥方式提供科學依據，實現秸稈的可持續利用，為農業面源污染貢獻力量。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年11月至2019年5月在安徽省巢湖市安徽農業大學試驗基地進行。試驗點屬于北亞熱帶濕潤季風氣候區，光照充足，雨量充沛，氣候溫和，年平均溫度15～16 ℃，年平均降水量1100 mm左右。試驗區土壤為水稻土，土壤基本的理化性質：土壤pH 6.03，有機質含量24.29 g/kg，堿解氮含量146.56 mg/kg，速效磷含量12.87 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設置4個處理，分別為：（1）CK，無秸稈+無施肥；（2）F，常規施肥；（3）SF，秸稈還田與常規施肥；（4）SFR，秸稈還田與常規施肥減量20%。每個處理3次重復.試驗小區面積30 m2，長4 m，寬7.5 m。常規施肥按照當地農民施肥習慣施肥，供試肥料為安徽惠利多公司生產的復合肥料（N+P2O5+K2O≥48%(18-10-18)）502.5 kg/hm2做基肥，中煤集團生產的尿素（N≥46.4%）150kg/hm2做追肥，共2次追肥。供試油菜于11月中旬移栽，次年5月中旬收獲。秸稈還田方式為將上季水稻秸稈人工切碎翻耕入土，混勻。除草及病蟲害防治等同當地常規管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤養分測定

土壤pH值：水浸提電位測定法；土壤有機質：重鉻酸鉀容量法-外加熱法；土壤堿解氮：堿解擴散法；土壤速效磷：0.5 mol/LNaHCO3浸提-鉬藍比色法。[11]

1.3.2 土壤酶活性測定

脲酶活性：苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，以1 d后1 g土壤中NH3-N的毫克數（mg）表示土壤脲酶活性；磷酸酶活性：磷酸苯二鈉比色法，以1 d后1 g土壤中釋放出的酚的毫克數（mg）表示磷酸酶活性；過氧化氫酶活性：高錳酸鉀容量法，以1 g土壤1h內消耗的0.1 mol/LKMnO4的體積數（mL）表示土壤過氧化氫酶活性。[12]

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤養分的影響

由表1可知，秸稈還田能夠降低土壤pH值，隨油菜生長，SF較F依次降低了0.26、0.37和0.77個單位，且在開花期和成熟期差異顯著。較CK相比，F、SF和SFR土壤pH值分別降低了0.40～0.55、0.72～1.32、0.19～0.83個單位，差異顯著。有機質是土壤的重要組成部分，其含量高低是評價土壤肥力的重要指標.秸稈還田能夠改變有機質的礦化速度[13]，提高土壤有機質含量。如表1所示，在油菜生長過程中，土壤有機質含量高低表現為蕾薹期＞開花期＞成熟期。較F相比，SF和SFR有機質含量均顯著提高，分別提高6.57%～8.70%和5.06%～6.42%，可見，秸稈還田配施化肥能提高土壤有機質含量。Akhtar K等[14]研究也得出類似結論。由表1可知，隨油菜生長，不同處理對土壤速效養分含量的影響不盡相同。較F相比，SF處理堿解氮含量提高6.05%～11.34%，速效磷含量提高14.39%～20.40%；SFR處理堿解氮含量提高7.73%～17.76%，速效磷含量在蕾薹期和開花期降低，成熟期升高。隨油菜生育期延后，SF堿解氮含量呈增加趨勢，而速效磷含量卻依次降低，由此說明，秸稈還田配施減量化肥更有利于對氮素的積累。

表1 不同處理對土壤養分的影響

2.2 不同處理對土壤脲酶活性的影響

由圖 1可知，在油菜生長過程中，4個處理下脲酶活性變化一致，均表現為先降低后增加，于開花期降至最低，以蕾薹期最高，不同處理同一生育期對脲酶活性的影響都表現為SFR＞SF＞F＞CK。隨生育期延后，較F相比，SF和SFR脲酶活性均增強，依次增長12.77%、29.03%、25.00%和23.40%、51.61%、36.11%，SF在蕾薹期差異不顯著。說明秸稈還田配施化肥能夠加速土壤中尿素的轉化和吸收，以秸稈還田配施減量化肥效果最佳。

圖1 不同處理對土壤脲酶活性的影響

2.3 不同處理對土壤磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶在土壤中直接參與有機磷的分解和轉化。由圖2可以看出，在油菜生長過程中，磷酸酶活性大小為蕾薹期＞成熟期＞開花期，但變化幅度不大，不同處理的磷酸酶活性變化一致，體現為SFR＞SF＞F＞CK.隨油菜生育期，SF和SFR磷酸酶活性均高于F，分別增長17.5%、15.79%、25.00%和21.25%、23.68%、33.33%，差異顯著。

圖2 不同處理對土壤磷酸酶活性的影響

2.4 不同處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

過氧化氫酶活性的測定結果如圖 3所示，在整個生育期過氧化氫酶活性大小呈現先降低后升高的趨勢，以開花期活性最低。不同處理在各個生育期對過氧化氫酶活性的影響為SFR＞SF＞F＞CK，其中較F相比，SF過氧化氫酶活性依次增長了7.25%、7.11% 和7.17%，但差異不顯著；SFR過氧化氫酶活性顯著高于F，分別增長了9.41%、14.79%和16.35%。

圖3 不同處理對土壤過氧化氫酶活性的影響

3 討論

作物生長需要適宜的土壤酸堿環境，土壤pH值是表征土壤酸堿度的重要指標。本試驗表明秸稈還田能夠降低土壤pH值，原因為秸稈還田后土壤有機質含量增加，經過分解釋放大量CO2和有機酸，土壤pH值降低。成臣等[15]和胡心意等[16]研究結果與本試驗一致。本試驗中秸稈還田提高了土壤有機質、堿解氮和速效磷含量，秸稈還田后會增強土壤微生物活性，加速秸稈中有機態物質的分解與釋放[17]，有機質含量提高；同時秸稈中碳素豐富，C/N高，秸稈在腐解過程中對土壤氮的礦化作用增強，堿解氮含量增加；秸稈還田能增強土壤磷酸酶的活性，加速土壤有機磷向無機磷的轉化，提高土壤中速效磷含量，對磷素的積累起到重要作用。[18]高秀麗等[3]研究表明半量秸稈和全量秸稈還田與化肥配施較常規施肥土壤有機質含量均得到提升，并且處理之間差異顯著，湯文光等研究得出不同耕作模式與長期秸稈還田有助于提高土壤速效養分含量，二者結論與本試驗結果均保持一致。[19]

土壤酶活性高低對評價土壤肥力有重要意義。有研究表明秸稈還田可以提高土壤中過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶等酶活性[20]，不同秸稈還田方式對酶活性影響不同。[21]本試驗隨油菜生長，較常規施肥而言，秸稈還田配施化肥處理對脲酶、過氧化氫酶及磷酸酶活性均有提高，可能原因在于秸稈覆蓋后，土壤表層的有機質和速效養分含量得到提高，土壤中真菌、細菌和放線菌數量增加，在不同生育期形成新的微生物區系，土壤微生物活性增強，從而土壤酶活性得到提高。

土壤脲酶是一種極為專性的酶，僅能水解尿素，將有機氮素轉化為無機氮素，為植物和微生物生長提供氮源。[22]本試驗秸稈還田配施化肥較常規處理脲酶活性增強，原因可能是在一定程度上秸稈提供的氮源較低，施加化肥后可為土壤微生物持續提供充足氮源，從而避免微生物在秸稈腐解過程中與油菜競爭土中氮源，這與閆洪奎等[23]研究結果相似。蕾薹期脲酶活性最高的原因可能是此時期為油菜生長的旺盛時期，對土壤養分的需求量大，能夠反向刺激土壤酶活性增強，為作物提供更多營養物質，開花期和成熟期活性降低是因為隨油菜生長，秸稈的腐解速率逐漸降低[24]，所需營養物質減少，從而對脲酶活性也相應減弱。

土壤磷酸酶是一種水解酶，是鑒別土壤有機磷轉化能力的指標，其酶促作用能夠加速有機磷的脫磷速度，提高土壤磷的有效性，活性高低直接影響有機磷的轉化和土壤磷素狀況。本試驗中秸稈還田處理磷酸酶活性提高，原因在于秸稈施入后增加了土壤微生物數量和碳氮含量，增強了土壤微生物活性，導致磷酸酶活性提高。[25，26]邱現奎等[27]研究表明，秸稈還田配施化肥能夠顯著提高土壤磷酸酶活性，并且磷酸酶活性與堿解氮含量呈顯著正相關，與本試驗各處理對磷酸酶活性和堿解氮含量的影響結果一致。隨油菜的生長，秸稈的腐解速度逐漸減慢，為土壤提供營養物質速率減緩，從而導致酶活性降低且趨于平穩，所以各生育期酶活性相差不大。

土壤過氧化氫酶廣泛分布于土壤和生物體內，能夠將作物代謝產生的過氧化氫分解為H2O和O2，降低土壤中過度累積的過氧化氫對植物根系及微生物的危害，并且其活性大小可以反映土壤過氧化過程的強度。[28]本試驗結果顯示，秸稈還田能夠增強過氧化氫酶活性，原因在于長期秸稈還田后植物根系分泌的過氧化氫含量累積，從而刺激過氧化氫酶活性增強，加快對過氧化氫的分解，以此避免植物根系遭到毒害。

4 結論

一是秸稈還田配施化肥或單施化肥能夠顯著降低土壤pH值，與CK相比，F、SF和SFR土壤pH值分別降低了0.40～0.55、0.72～1.32、0.19～0.83個單位。

二是較F 相比，SF 有機質含量提高6.57%～8.70%，堿解氮含量提高6.05%～11.34%，速效磷含量提高14.39%～20.40%；SFR處理有機質含量提高5.06%～6.42%，堿解氮含量提高7.73%～17.76%，速效磷含量在蕾薹期和開花期降低，成熟期升高。

三是隨油菜生長，不同處理對脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶的影響趨于一致，都表現為先降低后上升的趨勢。秸稈還田能提高三種酶活性，其中對磷酸酶活性的提高最為顯著。