宮　雪，王建軍，龐　瑋（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆　石河子832000）

?

長(zhǎng)期連作棉田不同恢復(fù)模式對(duì)土壤團(tuán)聚體及酶活性的影響*

宮雪，王建軍，龐瑋*
（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子832000）

摘要：選擇干旱區(qū)瑪納斯河流域綠洲長(zhǎng)期連作棉田（20年）為研究對(duì)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(duì)農(nóng)田土壤團(tuán)聚體及酶活性的影響。結(jié)果表明，不同輪作模式均以D53 - 250團(tuán)聚體含量最高，團(tuán)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(guò)氧化氫酶與脲酶酶活性增強(qiáng)。輪作大豆和輪作玉米模式中土壤過(guò)氧化氫酶活性在D250團(tuán)聚體中最高；在不同輪作模式下，蔗糖酶活性表現(xiàn)為D250＞D53 - 250＞D53，隨著團(tuán)聚體粒級(jí)的減小，蔗糖酶的活性降低；磷酸酶活性順序表現(xiàn)為D250＞D53＞D53 - 250。不同輪作模式均能影響土壤酶活性，團(tuán)聚體酶活性均集中在大團(tuán)聚體中。大豆輪作和玉米輪作有利于酶活性的增強(qiáng)，可作為長(zhǎng)期連作棉田短期輪作倒茬的首選模式。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期連作；輪作模式；土壤團(tuán)聚體；酶活性

土壤團(tuán)聚體作為土壤的重要組成部分，一方面通過(guò)穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤的水土流失；另一方面，土壤中團(tuán)聚體含量高，有利于提高土壤肥力與質(zhì)量［1］。土壤酶活性作為生物活性的一個(gè)重要指標(biāo)，可以用來(lái)衡量土壤肥力，同時(shí)，土壤酶對(duì)土壤的擾動(dòng)性是一個(gè)敏感的指示性生物指標(biāo)［2］。不同團(tuán)聚體粒級(jí)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(jié)構(gòu)之間必然存在著一定的相關(guān)性［5］。棉田連作對(duì)過(guò)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(xiàn)一定的變化趨勢(shì)。Nakamoto等人［6］研究表明，與玉米相比，雖然大豆根長(zhǎng)密度較小，但大豆根系生長(zhǎng)對(duì)土壤中大團(tuán)聚體破壞作用更強(qiáng)，種植大豆可降低大團(tuán)聚體的數(shù)量［7］。本研究以長(zhǎng)期連作棉田為對(duì)象，分析不同輪作模式下土壤團(tuán)聚體及酶活性的變化，選擇適宜于新疆長(zhǎng)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(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆北疆最大的植棉產(chǎn)區(qū)瑪納斯河流域石河子綠洲西古鎮(zhèn)（85°52′～86°10′E，44°52′～45°12′N(xiāo)）。該區(qū)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(wú)霜期160～180 d，平均日照時(shí)數(shù)2 600～3 000 h，屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候。該區(qū)域地勢(shì)平坦，耕層鹽分含量低、熱量充足、作物產(chǎn)量當(dāng)季表現(xiàn)較高，近年連創(chuàng)北疆地區(qū)植棉高產(chǎn)記錄。試驗(yàn)區(qū)土壤為砂壤土，土壤耕層基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選擇瑪納斯河流域石河子綠洲長(zhǎng)期連作棉田（20年）為樣地，采用微區(qū)控制試驗(yàn)，共設(shè)5個(gè)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(gè)小區(qū)面積為286 m2，每個(gè)小區(qū)重復(fù)3次。田間管理統(tǒng)一。

1.3樣品采集和測(cè)定分析

本試驗(yàn)樣品采集在春季播種前和秋季收獲時(shí)進(jìn)行田間采樣，在5個(gè)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(shí)驗(yàn)室，過(guò)8 mm的土篩，風(fēng)干土樣，用于土壤團(tuán)聚體篩分；同時(shí)采用“四分法”，用自封袋采集5點(diǎn)土樣混合3份帶回實(shí)驗(yàn)室，置于通風(fēng)、陰涼、干燥的室內(nèi)風(fēng)干，分別過(guò)1.00 mm和0.25 mm篩孔以供測(cè)定；團(tuán)聚體測(cè)定：機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體采用人工篩分法進(jìn)行測(cè)定，共分＞250 μm（D250）、53～250 μm（D53 -250）和＜53 μm（D53）3個(gè)粒級(jí)；土壤酶測(cè)定：土壤蔗糖酶活性采用3，5 -二硝基水楊酸比色法測(cè)定；土壤脲酶活性采用苯酚納比色法測(cè)定；土壤磷酸酶活性采用氨基安替比林-鐵氰化鉀比色法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；數(shù)據(jù)分析：采用Microsoft Office Excel 2003軟件進(jìn)行繪圖，應(yīng)用SPSS 11.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同輪作模式土壤團(tuán)聚體的分布特征

表2　干篩法測(cè)定的各級(jí)團(tuán)聚體的含量　%

由表2可知：不同輪作模式均以D53 - 250團(tuán)聚體含量最高，團(tuán)聚體含量分布范圍為39%～53%；5種輪作模式下，D250團(tuán)聚體差異極顯著，且作物收獲期相對(duì)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(tuán)聚體含量表現(xiàn)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(tuán)聚體含量隨著作物生育期到作物收獲期呈下降趨勢(shì)，在作物生育期，不同輪作模式D53團(tuán)聚體含量表現(xiàn)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(tuán)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(tuán)聚體中酶活性

2.2.1團(tuán)聚體蔗糖酶

由圖1可以看出，不同輪作模式下不同團(tuán)聚體粒級(jí)對(duì)土壤酶活性的影響顯著不同。D250團(tuán)聚體中蔗糖酶活性的變化順序?yàn)閅L＞CM＞XX＞YDJ＞DL，輪作玉米下蔗糖酶活性最強(qiáng)，大豆輪作最低；在D53 - 250團(tuán)聚體中，土壤蔗糖酶活性變化順序?yàn)閄X＞DL＞YL＞YDJ＞CM；在粒徑D53團(tuán)聚體中，土壤蔗糖酶活性變化順序?yàn)閅DJ＞DL＞YL＞XX＞CM。在不同輪作模式下，蔗糖酶活性表現(xiàn)為D250 ＞D53 - 250＞D53，隨著團(tuán)聚體粒級(jí)的減小，蔗糖酶的活性降低。輪作玉米團(tuán)聚體蔗糖酶活性最強(qiáng)，對(duì)土壤有機(jī)碳和作物生長(zhǎng)有很好的促進(jìn)作用。

圖1　團(tuán)聚體中蔗糖酶活性

2.2.2團(tuán)聚體過(guò)氧化氫酶

圖2　團(tuán)聚體過(guò)氧化氫酶活性

由圖2得出，土壤團(tuán)聚體中過(guò)氧化氫酶在不同輪作模式下D53 - 250和D53粒級(jí)的活性的大小順序基本表現(xiàn)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(tuán)聚體中大小順序表現(xiàn)為DL＜YL＜YDJ＜CM＜XX，在各個(gè)粒級(jí)中休閑免耕過(guò)氧化氫酶活性最高。說(shuō)明休閑免耕模式土的解毒能力最強(qiáng)，能夠防止土壤中有毒物質(zhì)積累。在大豆和玉米輪作模式中，土壤過(guò)氧化氫酶活性在D250中最高，但隨著團(tuán)聚體粒級(jí)的減小，土壤過(guò)氧化氫酶活性逐漸升高。

2.2.3團(tuán)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(xiàn)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(tuán)聚體中表現(xiàn)為YL＞XX＞CM＞YDJ＞YL，在D53團(tuán)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(tuán)聚體磷酸酶活性高于棉花連作，說(shuō)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(zhǎng)發(fā)育。

圖3　團(tuán)聚體中的磷酸酶活性

3　小結(jié)與討論

不同輪作模式下，土壤團(tuán)聚體含量以D53 - 250粒徑為主，所占比例為39%～53%；同一粒級(jí)不同輪作模式下存在差異，其中，D250團(tuán)聚體含量表現(xiàn)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(jìn)團(tuán)聚體形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，有利于提高團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)。玉米輪作使土壤大團(tuán)聚體的含量降低，但團(tuán)聚體中的蔗糖酶和磷酸酶的活性很高，過(guò)氧化氫酶活性相對(duì)較低，且與其他種植模式差異顯著，說(shuō)明玉米輪作對(duì)土壤中磷的利用較高，有利于作物生長(zhǎng)；在棉花連作模式下，團(tuán)聚體中的酶活性呈現(xiàn)隨著團(tuán)聚體粒級(jí)的減小而降低的趨勢(shì)，其中蔗糖酶活性在D250中較強(qiáng)，但在D53 - 250 和D53團(tuán)聚體中最弱，且差異極顯著，過(guò)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(gè)粒級(jí)的過(guò)氧化氫酶的活性最高，且與其他模式差異顯著，說(shuō)明休閑模式對(duì)土壤的解毒能力最強(qiáng)，有助于改善土壤的理化性質(zhì)。本研究表明，大豆輪作和玉米輪作有利于土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定，且玉米輪作的土壤蔗糖酶和磷酸酶活性很高，對(duì)土壤中磷的利用較高，有利于作物的生長(zhǎng)，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(xiàn)

［1］史奕，陳欣，沈善敏.有機(jī)膠結(jié)形成土壤團(tuán)聚體的機(jī)理及理論模型［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，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(wèn)，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(tài)學(xué)報(bào)，1994（3）：236-242.

［4］楊承棟，焦如珍.杉木人工林根際土壤性質(zhì)變化的研究［J］.林業(yè)科學(xué)，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，F(xiàn)lowerday 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(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)，項(xiàng)目編號(hào)：201503120。

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