趙雪淞，宋王芳*，高 欣，楊晨曦，于洪波，王冬旭

（1.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省風沙地改良利用研究所，遼寧 阜新 123000）

花生作為我國重要的油料和經濟作物之一，在國民經濟和社會發(fā)展中占有重要的地位［1-2］。遼寧省55%的花生種植面積位于遼西風沙半干旱地區(qū)［3］。由于花生耐干旱耐貧瘠，在營養(yǎng)瘠薄的風沙地種植經濟效益優(yōu)勢明顯，成為遼西風沙干旱區(qū)抗旱避災的主要經濟作物并迅速發(fā)展。但該區(qū)域地處科爾沁沙地東南邊緣，風沙大，平均年降水量少且分配不均，生態(tài)環(huán)境脆弱。加之遼西地區(qū)農業(yè)常年采用傳統(tǒng)旋耕、深翻耕作方式對土壤進行翻耕、耙耱［4］。秋季花生莢果刨收后，地表裸露，土壤在風力的作用下易造成地表土壤風蝕沙化，使土壤中原本稀少的養(yǎng)分流失加快，耕地質量下降，從而降低土地生產力，制約花生產量和品質的提高。

旱作農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要維持和提高土壤的生產力。土壤耕作是農業(yè)生產的重要環(huán)節(jié)之一，是調控土壤耕層質量，改善土壤作物生長環(huán)境的重要途徑［5-8］。我國每年都有大量的秸稈被露天焚燒和浪費，其所帶來的農田安全和環(huán)境污染問題日趨嚴重［9-10］。因此，研究不同耕作措施和秸稈還田方式對土壤理化性質和微生物學肥力指標的影響，探索有助于改善遼西地區(qū)耕地質量的耕作和秸稈還田組合，對當?shù)亟斩捹Y源利用和土壤培肥具有重要的意義。國內外學者關于秸稈還田和耕作方式對作物產量及土壤性質的影響已有大量研究。Hamido等［11］研究表明，秸稈還田不僅在提高土壤養(yǎng)分和肥力等方面有重要影響，而且可以調控土壤酶并增加其活性，改善土壤質量，從而提高作物產量。Nelson等［12］研究表明，長期耕作會導致土壤微生物生物量碳含量減少。陳金［13］研究表明，秸稈還田與秸稈未還田相比能顯著提高冬小麥產量。張英英［14］研究表明，與傳統(tǒng)耕作相比較，免耕結合秸稈還田可提高土壤蔗糖酶、淀粉酶、纖維素酶、過氧化物酶、脫氫酶等參與碳循環(huán)的土壤酶活性。

合理的耕作方式和秸稈還田是農業(yè)生產中一項重要的技術措施，是確保農業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展的有效措施和途徑之一。因此，本試驗針對遼西風沙半干旱地區(qū)特定的土壤和氣候條件，開展秸稈還田和耕作方式對花生耕層土壤微生物量碳、氮、磷和酶活性影響的研究，以期為該地區(qū)花生種植篩選出適宜的耕作方式，為遼西風沙半干旱區(qū)維持地力和改善農田生態(tài)環(huán)境，增加作物產量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于遼寧省西北邊緣，地處科爾沁沙地東南部，屬于內陸季風性氣候，年平均溫度6.82℃，無霜期150 d左右，年降水量在500 mm以內，時空分布不均勻，土壤蒸發(fā)量約是降水量的4倍，土壤為風沙土。試驗區(qū)土壤基礎肥力：pH值6.63，有機質7.94 g/kg，全氮0.79 g/kg，全磷22.11 g/kg，全鉀6.29 g/kg，堿解氮69.32 mg/kg，有效磷11.27 mg/kg，速效鉀94.36 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設6個處理（表1），3次重復，共18個小區(qū)，每個小區(qū)面積100 m2，隨機區(qū)組排列。還田所用秸稈為玉米秸稈，玉米收獲后，將玉米秸稈移出農田，利用秸稈粉碎機直接將玉米秸稈粉碎至約2～3 cm后還田，秸稈還田量均為每公頃7 500 kg。各處理施肥量均相同，每公頃用磷酸二銨300 kg，硫酸鉀225 kg，尿素225 kg作為底肥，全生育期共追肥兩次，分別在6月20日、7月20日各追施150 kg/hm2尿素。供試材料為“阜花17號”，種植制度為一年一熟，種植密度為300 000株/hm2，行距為50 cm，穴距15 cm，每穴雙粒。開溝時先施化肥，培土3 cm，再播種，其他田間管理方式均同大田。作物根據當年天氣情況至多灌溉一次，其余時間依靠自然降水維持作物正常生長所需。

表1 試驗設置及整理方式

1.3 土樣采集

于2018年9月10日在作物收獲后進行田間取樣，每個小區(qū)分別選5點，取0～20 cm土樣，并將5個點的土樣混合均勻，除去土壤表面植物根系、礫石等雜物，所采土壤樣品充分混勻后用聚乙烯無菌塑料袋密封包好帶回實驗室。將樣品分為2部分，一部分土樣自然風干，過0.5 mm篩用于土壤養(yǎng)分的測定；另一部分新鮮土樣過2 mm篩后放于0～4 ℃的冰箱中保存用于土壤微生物量碳、氮、磷和酶活性的測定。

1.4 測定方法

土壤微生物量的測定：土壤微生物量碳采用三氯甲烷熏蒸提取-容量分析法測定；土壤微生物量氮采用三氯甲烷熏蒸提取-茚三酮比色法測定；土壤微生物量磷采用三氯甲烷熏蒸-碳酸氫鈉提取法測定［15］。

土壤酶活性的測定：土壤蔗糖酶活性采用二硝基水楊酸比色法測定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；土壤脲酶活性采用苯酚比色法測定；土壤蛋白酶用茚三酮比色法測定；土壤脂肪酶活性用氫氧化鉀滴定法測定［16］。

1.5 數(shù)據處理

數(shù)據采用Excel 2007軟件進行處理和繪圖，采用SPSS 21軟件進行統(tǒng)計分析，處理間的差異顯著性采用單因素方差分析檢驗，并用Duncan法進行兩兩之間的多重比較，各變量之間采用 Pearson相關系數(shù)法進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田和耕作方式對土壤微生物量碳、氮、磷含量的影響

由圖1可知，相同耕作條件下，秸稈還田處理組土壤微生物量碳、氮、磷含量均高于無秸稈還田處理組，TN、TS、TD分別較RN、RS、RD顯著提高；相同秸稈還田條件下，免耕處理土壤微生物量碳、氮、磷含量高于常規(guī)耕作和壟耕耕作處理，TN處理組土壤微生物量碳、氮、磷含量比TS和TD處理顯著提高?？梢?，免耕秸稈還田對提高耕層土壤微生物量碳、氮、磷含量發(fā)揮了積極作用。

圖1 秸稈還田和耕作方式對土壤微生物量碳、氮、磷含量的影響

2.2 秸稈還田和耕作方式對土壤酶活性的影響

2.2.1 秸稈還田和耕作方式對土壤蔗糖酶活性的影響

由圖2可知，相同耕作條件下，秸稈還田處理組土壤蔗糖酶活性均高于無秸稈還田處理，TN、TS、TD分別比RN、RS、RD顯著提高14.76%、8.65%、17.62%；相同秸稈還田條件下，免耕處理土壤蔗糖酶活性高于常規(guī)耕作和壟耕處理，TN處理的土壤蔗糖酶活性比TS和TD處理顯著提高了39.83%和30.93%，無秸稈還田處理條件下，免耕處理土壤蔗糖酶活性也高于常規(guī)耕作和壟耕處理，RN比RS和RD處理顯著提高39.83%和30.93%。

圖2 秸稈還田和耕作方式對土壤蔗糖酶活性的影響

2.2.2 秸稈還田和耕作方式對土壤脲酶活性的影響

由圖3可知，相同耕作條件下，秸稈還田處理組土壤脲酶活性高于無秸稈還田處理；相同秸稈還田條件下，免耕處理顯著高于常規(guī)耕作和壟耕處理，TN組土壤脲酶活性比TS和TD顯著提高了38.91%和49.26%。各處理組土壤脲酶活性表現(xiàn)為TN＞RN＞TS＞TD＞RD＞RS。說明秸稈還田和免耕方式能夠提高耕層土壤脲酶活性。

圖3 秸稈還田和耕作方式對土壤脲酶活性的影響

2.2.3 秸稈還田和耕作方式對土壤蛋白酶活性的影響

由圖4可知，相同耕作條件下，秸稈還田處理組土壤蛋白酶活性高于無秸稈還田處理，TN、TS、TD分別較RN、RS、RD提高了3.74%、14.27%、16.37%；相同秸稈還田條件下，免耕處理組土壤蛋白酶活性顯著高于常規(guī)耕作和壟耕處理，TN比TS、TD顯著提高了24.03%、20.99%；無秸稈還田處理條件下，免耕土壤蛋白酶活性同樣高于常規(guī)耕作和壟耕處理。

圖4 秸稈還田和耕作方式對土壤蛋白酶活性的影響

2.2.4 秸稈還田和耕作方式對土壤磷酸酶活性的影響

由圖5可知，相同耕作條件下，秸稈還田處理組土壤磷酸酶活性高于無秸稈還田處理，TN、TD、TS處理較RN、RD、RS處理分別提高了16.90%、5.67%、15.26%，但是TS與RS、TD與RD的差異不顯著；相同秸稈還田條件下，免耕土壤磷酸酶活性高于壟耕和常規(guī)耕作，TN比TS和TD顯著提高了27.18%和16.40%。整個試驗期，各處理土壤磷酸酶活性表現(xiàn)為 TN＞TD＞RN＞TS＞RD＞RS，秸稈還田結合保護性耕作能顯著提高土壤磷酸酶活性。

圖5 秸稈還田和耕作方式對土壤磷酸酶活性的影響

2.2.5 秸稈還田和耕作方式對土壤脂肪酶活性的影響

由圖6可知，相同耕作條件下，秸稈還田各處理土壤脂肪酶活性顯著高于無秸稈還田處理；相同的秸稈還田條件下，免耕的土壤脂肪酶活性顯著高于常規(guī)耕作和壟耕，TN較TS和TD顯著提高了17.77%和27.37%，而常規(guī)耕作（TS）和壟耕（TD）方式的土壤脂肪酶活性差異不顯著，TN表現(xiàn)出較好的養(yǎng)分調節(jié)作用。

圖6 秸稈還田和耕作方式對土壤脂肪酶活性的影響

2.2.6 秸稈還田和耕作方式對土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖7可知，相同耕作條件下，秸稈還田處理組土壤過氧化氫酶活性顯著高于無秸稈還田處理；相同秸稈還田條件下，免耕的土壤過氧化氫酶活性顯著高于其他處理，具有明顯的養(yǎng)分調節(jié)作用。各處理土壤過氧化氫酶活性表現(xiàn)為TN＞RN＞TD＞TS＞RS＞RD，TS和TD分別比TN顯著低28.62%和21.96%，說明秸稈還田結合免耕處理能顯著提高土壤過氧化氫酶活性。

圖7 秸稈還田和耕作方式對土壤過氧化氫酶活性的影響

2.3 秸稈還田和耕作方式對花生產量的影響

由圖8可知，相同耕作條件下，秸稈還田處理組花生產量均高于無秸稈還田處理；相同秸稈還田條件下，免耕處理高于壟耕和常規(guī)耕作處理。各處理花生產量表現(xiàn)為 TN＞TD＞TS＞RN＞RD＞RS，其中 TN處理較TS和TD處理分別增加3.78%和2.70%，說明免耕秸稈還田處理對提高作物產量有促進作用。

圖8 秸稈還田和耕作方式對花生產量的影響

2.4 秸稈還田和耕作方式處理下花生田土壤微生物量及酶活性相關性分析

土壤微生物量碳、氮、磷含量和酶活性的高低在很大程度上制約著土壤肥力狀況和耕地質量，同時土壤肥力狀況反過來又影響著土壤生物化學性質，兩者相互調節(jié)并轉化，因此分析它們之間的關系極其重要。由表2可知，土壤微生物量碳、氮、磷含量與土壤酶活性之間有著密切的關系，土壤微生物量碳與土壤微生物量氮、微生物量磷、土壤蔗糖酶、蛋白酶、磷酸酶、脂肪酶和過氧化氫酶在P=0.01水平上極顯著相關；土壤微生物量氮與土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、脂肪酶和過氧化氫酶在P=0.01水平上極顯著相關；土壤微生物量磷與土壤蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性在P=0.01水平上極顯著相關，與脲酶、蛋白酶和脂肪酶活性之間相關性不顯著。

表2 土壤微生物量與酶活性之間的線性相關關系

3 討論

土壤微生物生物量是評價土壤肥力的重要指標，其含量高低受土壤環(huán)境和農田耕作措施的影響［17］。本研究表明，秸稈還田條件下，免耕處理能明顯提高花生耕層土壤微生物量碳、氮、磷含量，而壟耕和常規(guī)耕作效果不明顯。這與祝滔等［18］、王靜等［19］研究結果一致。分析認為，壟耕和翻耕對耕層的翻動比較頻繁，破壞了土壤結構，加速土壤有機質的損失和土壤肥力的衰退。相反，免耕耕作對土層結構擾動小，有利于土壤養(yǎng)分含量的存儲和積累，從而為土壤微生物的生長繁殖提供了良好的生態(tài)環(huán)境［12，20］。此外，本研究結果還表明，相同耕作方式下，玉米秸稈還田能提高花生耕層土壤微生物量碳、氮、磷含量。這與韓新忠［21］研究結果一致。究其原因，可能是因為覆蓋在地表的秸稈腐解向土壤釋放養(yǎng)分，增加了表層土壤的底物含量，為微生物提供了豐富的碳源和氮源，催生更多微生物生長和繁殖，從而使土壤微生物類群和數(shù)量發(fā)生變化，進而提高土壤微生物量碳、氮、磷含量［22］。

土壤酶活性反映土壤微生物的活性，其與土壤肥力狀況、農田耕作措施和土壤環(huán)境有著顯著的相關性，活性高低可客觀地反映土壤肥力狀況［23］。本研究結果表明，免耕玉米秸稈還田方式能顯著提高花生田土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性。分析認為可能是免耕耕作對耕層土壤結構影響小，加之秸稈還田向土壤提供有機質，為土壤微生物維持生命活動提供了充足的營養(yǎng)和良好的滋生環(huán)境，顯著提高各類微生物的數(shù)量，從而提高土壤酶活性。馬慧娟［24］研究表明，秸稈還田可以使土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤有機質含量分別高出未還田處理3.3%、2.6%、4.3%。徐瑩瑩等［25］研究表明，免耕秸稈覆蓋還田可提高玉米生育中后期菌群數(shù)量及酶活性。

土壤微生物和酶參與土壤中許多重要的物質循環(huán)和能量流動，是評價土壤生物學肥力的重要指標［26-28］。相關分析結果表明，土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性之間存在顯著或極顯著正相關關系，與操慶等［29］和王光華等［30］研究結果基本一致。在6種耕作方式中，耕作方式和秸稈還田與土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性之間存在顯著的相關關系。因此，土壤微生物量和酶活性通過影響土壤肥力來影響作物產量，而免耕秸稈還田處理通過提高土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性，改善土壤肥力狀況和農田質量，從而促進花生產量的增加。

4 結論

相同耕作條件下秸稈還田處理組土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性均高于無秸稈還田處理組；在相同秸稈還田處理條件下，免耕處理組土壤微生物量碳、氮、磷含量和土壤酶活性顯著高于常規(guī)耕作和壟耕耕作處理組。免耕秸稈還田處理下，花生產量高出無秸稈還田處理4.32%。綜上所述，在本試驗條件下，玉米秸稈還田加上免耕操作是遼西風沙半干旱地區(qū)花生種植適宜的耕作方式。