摘要：畜禽糞便還田深刻影響著土壤質(zhì)量，而土壤酶活性是反映土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)，闡明土壤酶活性的變化特征及其影響因素，對(duì)畜禽糞便的科學(xué)還田具有重要的指導(dǎo)意義。以河南省焦作市某畜禽糞便還田區(qū)為研究區(qū)，采集了糞便還田區(qū)與對(duì)照點(diǎn)的根際土和非根際土，測(cè)定了土壤理化性質(zhì)和酶活性，分析了土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性的季節(jié)特征及其影響因素。結(jié)果表明，與對(duì)照點(diǎn)相比，牛糞還田區(qū)根際土壤磷酸酶活性和非根際土壤蔗糖酶、磷酸酶活性顯著提高了50.81%、205.96%和32.38%（Plt;0.05）；根際土壤磷酸酶活性和非根際土壤蔗糖酶、磷酸酶活性在不同季節(jié)之間具有顯著的差異（Plt;0.05）；土壤磷酸酶活性在根際與非根際之間存在顯著性差異（Plt;0.05）；影響牛糞還田區(qū)土壤酶活性的重要因素是土壤pH值、含水率和銨態(tài)氮含量。上述研究結(jié)果反映了牛糞還田對(duì)土壤酶活性的影響具有根際效應(yīng)和季節(jié)效應(yīng)，而這些效應(yīng)為深刻認(rèn)識(shí)牛糞還田對(duì)土壤質(zhì)量的影響機(jī)制提供了數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牛糞還田；土壤酶活性；根際；非根際

中圖分類號(hào)：S154.2""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2025）01-0256-06

我國(guó)畜牧養(yǎng)殖規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的畜禽糞便，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年有38億t畜禽糞便產(chǎn)生，其綜合利用率不足60%^［1］。畜禽糞便中含有較多有機(jī)質(zhì)和氮磷等養(yǎng)分，具有較高的農(nóng)業(yè)價(jià)值，是一種重要的有機(jī)肥資源。因此畜禽糞便還田一直是國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物資源化利用的重要途徑^［2-3］。畜禽糞便還田后可以提供農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，并且在提高土壤有機(jī)碳含量、改善土壤結(jié)構(gòu)和提高作物產(chǎn)量等方面都發(fā)揮著重要作用^［4-5］。但是，畜禽糞便本身含有大量的致病菌、抗性基因、微塑料和重金屬等有害物質(zhì)^［6-9］，還田之后會(huì)影響土壤質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品和地下水安全，進(jìn)而危害人類健康。因此，畜禽糞便還田已成為土壤生態(tài)環(huán)境安全和農(nóng)業(yè)廢棄物高效利用的重要制約因素之一。

土壤酶是由土壤中動(dòng)植物和微生物分泌及其殘?bào)w分解釋放產(chǎn)生的，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)和有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化利用等方面有著不可替代的作用。土壤酶活性可以表征土壤肥力狀況，反映土壤養(yǎng)分循環(huán)和有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的能力，同時(shí)也是衡量土壤質(zhì)量變化和土壤營(yíng)養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)之一^［10-12］。Yang等研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性能夠有效指示土壤肥力的動(dòng)態(tài)變化^［13］。Cotrufo等研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性能夠反映出土壤營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)和轉(zhuǎn)化的強(qiáng)度和方向^［14］。曹慧等的研究結(jié)果表明，土壤酶活性比其他指標(biāo)對(duì)土壤擾動(dòng)的響應(yīng)更加敏感，能夠更好地反映出土壤質(zhì)量的變化^［15］。因此，開(kāi)展畜禽糞便還田區(qū)土壤酶活性研究對(duì)揭示土壤質(zhì)量的演變機(jī)制具有重要意義。

近年來(lái)，有關(guān)畜禽糞便還田區(qū)開(kāi)展的研究主要集中于還田養(yǎng)分^［16］、重金屬遷移^［17］和抗性基因^［7］等方面，而對(duì)于畜禽糞便還田對(duì)根際、非根際土壤酶活性影響的系統(tǒng)研究則相對(duì)較少。此外，河南省是我國(guó)的畜禽養(yǎng)殖大省，同時(shí)也是糧食的主產(chǎn)區(qū)。河南省畜禽糞便排放總量位居全國(guó)前列，且每年的還田量巨大^［16］，從而給土壤健康和農(nóng)產(chǎn)品安全帶來(lái)了一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究選取河南省焦作市某畜禽糞便還田區(qū)作為研究區(qū)，研究牛糞還田區(qū)根際和非根際土壤酶活性的分布特征，探討影響土壤酶活性的關(guān)鍵因素，為畜禽糞便科學(xué)還田和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1"材料與方法

1.1"試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于河南省焦作市武陟縣（34°56′～35°10′N，113°10′～113°39′E），屬于黃沁河沖積平原。該地區(qū)屬溫暖帶大陸性季風(fēng)氣候，日照充足，四季分明。年平均氣溫14.4 ℃，年降水量 575.1 mm，無(wú)霜期211 d。耕地土壤分為沙土、沙壤土2類^［18］，種植制度為小麥—玉米輪作。

1.2"樣品的采集及分析方法

1.2.1"土壤樣品采集

試驗(yàn)設(shè)置牛糞還田區(qū)（M）和對(duì)照區(qū)（CK），采樣時(shí)間為2021年夏季（8月）、秋季（11月），試驗(yàn)區(qū)施肥方式為表土施肥。在試驗(yàn)區(qū)農(nóng)田隨機(jī)布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)，進(jìn)行根際土壤樣本（RS）和非根際土壤樣本（NS）采樣，各采樣點(diǎn)重復(fù)采樣3次，牛糞還田區(qū)樣本編號(hào)為M1～M3，對(duì)照區(qū)樣本編號(hào)為CK1～CK3，其中非根際土壤采樣層位為上層（0～5 cm）、中層（5～10 cm）、下層（10～20 cm）。

將采樣點(diǎn)表面的枯枝落葉等雜質(zhì)去除干凈后，使用洛陽(yáng)鏟采集非根際土壤樣品，在現(xiàn)場(chǎng)將非根際土壤樣品按照不同采樣層位分開(kāi)放置，同一采樣點(diǎn)重復(fù)采樣3次，去除土壤樣品中小石塊和細(xì)根等雜物后，放置于無(wú)菌自封袋中。每個(gè)采樣點(diǎn)采集15株作物植株，將整株作物挖出，采用抖根法輕輕抖落根系上較大顆粒土，用細(xì)毛刷將須根上的土壤收集在無(wú)菌自封袋中。將土壤樣品置于室外自然風(fēng)干，去除雜質(zhì)，研磨后過(guò)1 mm篩，用于土壤理化性質(zhì)和酶活性的測(cè)試。

1.2.2"土壤理化性質(zhì)和酶活性的測(cè)定

土壤pH值、含水率和銨態(tài)氮含量分別用電位法、烘干法和靛酚藍(lán)比色法測(cè)定^［19］。土壤中硝態(tài)氮、總磷和有機(jī)碳的含量分別用酚二磺酸比色法、鉬銻抗比色法和重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測(cè)定^［20］。

土壤酶活性主要測(cè)定蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶活性4種。其中，蔗糖酶活性使用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；脲酶活性使用苯酚鈉比色法測(cè)定；磷酸酶活性使用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶活性使用高錳酸鉀滴定法測(cè)定^［21］。

1.3"數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果使用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并用SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Origin 2023進(jìn)行圖像繪制。

2"結(jié)果與分析

2.1"牛糞還田區(qū)土壤理化性質(zhì)

牛糞還田區(qū)（M）與對(duì)照點(diǎn)（CK）根際土壤理化性質(zhì)如表1所示。由表1可知，在夏季，與對(duì)照點(diǎn)相比，施用牛糞提高了根際土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和有機(jī)質(zhì)的含量，分別高出了71.08%、12.91%、14.06%和48.11%。在秋季，與對(duì)照點(diǎn)相比，施用牛糞提高了根際土壤中含水率、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和有機(jī)質(zhì)的含量，分別高出了20.37%、24.41%、5.29%、39.98%和61.17%。

牛糞還田區(qū)（M）與對(duì)照點(diǎn)（CK）非根際土壤理化性質(zhì)如表2所示。由表2可知，在夏季，與對(duì)照點(diǎn)相比，施用牛糞提高了非根際土壤中銨態(tài)氮、總磷和有機(jī)質(zhì)的含量，分別高出了4.27%、10.70%和5.20%。在秋季，與對(duì)照點(diǎn)相比，施用牛糞提高了非根際土壤中含水率、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、 總磷和有機(jī)質(zhì)的含量，分別高出了1.54%、28.83%、21.69%、8.46%和30.25%。

2.2"牛糞還田區(qū)根際土壤酶活性特征

夏秋兩季牛糞還田區(qū)與對(duì)照點(diǎn)根際土壤酶活性分布特征如表3所示。由表3可見(jiàn)，與對(duì)照點(diǎn)相比，夏季牛糞還田區(qū)根際土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性均相對(duì)較高，其活性分別提升了41.70%、18.52%、75.88%和9.60%；秋季牛糞還田區(qū)根際土壤蔗糖酶和磷酸酶活性均相對(duì)較高，其活性分別提升了609.82%和25.73%。整體上，根際土壤蔗糖酶和磷酸酶活性較對(duì)照點(diǎn)分別提高了325.76%和50.81%。

對(duì)牛糞還田區(qū)與對(duì)照點(diǎn)根際土壤酶活性進(jìn)行牛糞施用和季節(jié)維度上的雙因素方差分析，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，根際土壤磷酸酶活性在牛糞還田區(qū)與對(duì)照點(diǎn)之間具有顯著性差異（Plt;0.05）。根際土壤磷酸酶活性在夏季與秋季之間具有顯著性差異（Plt;0.05）。牛糞施用與季節(jié)之間的交互作用對(duì)根際土壤酶活性沒(méi)有顯著影響。

2.3"牛糞還田區(qū)非根際土壤酶活性特征

夏秋兩季牛糞還田區(qū)與對(duì)照點(diǎn)非根際土壤酶活性分布特征如表5所示。由表5可以看出，與對(duì)照點(diǎn)相比，夏季牛糞還田區(qū)非根際土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性分別在上層（0～5 cm）、中層（5～10 cm）、中層（5～10 cm）和上層（0～5 cm）升幅最大，分別提高了399.06%、34.78%、52.40%和26.35%；秋季牛糞還田區(qū)非根際土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分別在上層、下層和下層升幅最大，分別提高了122.52%、12.00%和34.72%。整體上，非根際土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性較對(duì)照點(diǎn)分別提高了205.96%、15.18%和32.38%。

對(duì)牛糞還田區(qū)與對(duì)照點(diǎn)非根際土壤酶活性進(jìn)行牛糞施用和季節(jié)維度上的雙因素方差分析，結(jié)果如表6所示。由表6可以看出，非根際土壤蔗糖酶、磷酸酶活性在牛糞還田區(qū)與對(duì)照點(diǎn)之間具有極顯著差異（Plt;0.01）。非根際土壤蔗糖酶、磷酸酶活性在夏季與秋季之間具有極顯著差異（Plt;0.01），而脲酶與過(guò)氧化氫酶活性在季節(jié)之間差異不顯著。牛糞施用與季節(jié)之間的交互作用對(duì)非根際土壤蔗糖酶活性（Plt;0.05）和過(guò)氧化氫酶活性（Plt;0.01）具有顯著的影響效應(yīng)。

2.4"土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)特征之間的相關(guān)性

牛糞還田區(qū)根際土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)特征的相關(guān)性如圖1所示。由圖1可以看出，根際土壤過(guò)氧化氫酶活性與pH值（Plt;0.01）、含水率（Plt;0.05）之間有顯著的正相關(guān)關(guān)系，與硝態(tài)氮含量（Plt;0.01）、總磷含量（Plt;0.05）之間有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；而根際土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性與土壤理化指標(biāo)之間相關(guān)性不顯著。

牛糞還田區(qū)非根際土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)特征的相關(guān)性如圖2所示。由圖2可以看出，非根際土壤蔗糖酶活性與pH值、銨態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），與含水率、有機(jī)碳含量呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01）；磷酸酶活性與銨態(tài)氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05），與含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01）；過(guò)氧化氫酶活性與pH值、含水率、銨態(tài)氮含量、有機(jī)碳含量之間呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01）；而脲酶活性與土壤理化指標(biāo)相關(guān)性不顯著。由此可見(jiàn)，含水率、銨態(tài)氮含量、有機(jī)碳含量是影響牛糞還田區(qū)非根際土壤酶活性的重要因素。

3"討論

3.1"牛糞還田對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性不僅能反映土壤肥力轉(zhuǎn)化的能力，而且可作為衡量土壤質(zhì)量變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)。本研究中，與對(duì)照點(diǎn)相比，牛糞還田顯著提高了根際土壤磷酸酶活性和非根際土壤蔗糖酶、磷酸酶活性（Plt;0.05）。這是因?yàn)榕＜S的施用增加了土壤養(yǎng)分的含量，提供了作物生長(zhǎng)和微生物繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了根際分泌物的產(chǎn)生^［22-24］，從而導(dǎo)致土壤酶活性增加。這與Jia等的研究結(jié)果^［25］是相似的。值得注意的是，根際和非根際土壤酶活性對(duì)牛糞還田的響應(yīng)特征有著明顯的差異，其原因在于根際是土壤-根系-微生物三者相互作用和相互影響的界面區(qū)域，是不同于原土體的、復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的微型生態(tài)系統(tǒng)；它可向根際環(huán)境中釋放根系分泌物，改變了土壤中根際微生物區(qū)系組成。此外，無(wú)論是根際，還是非根際，土壤磷酸酶活性在還田區(qū)和對(duì)照點(diǎn)之間均具有顯著的差異，表明磷酸酶活性可以作為牛糞還田區(qū)土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)之一。

本研究中，牛糞還田區(qū)耕作層（0～20 cm）酶活性的增幅是明顯的，其原因可能是牛糞的施用方式為表土施肥，給耕作層加入了較為充足的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)，該層土壤的水熱條件和通氣條件較好，使得微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)增強(qiáng)，酶活性隨之增強(qiáng)^［26-27］。

3.2"牛糞還田區(qū)土壤酶活性的影響因素

土壤酶活性會(huì)受到作物種類、溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和施肥制度等因素的影響^［28-29］，導(dǎo)致不同研究區(qū)土壤酶活性的季節(jié)動(dòng)態(tài)有所差異。本研究中，非根際土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)出夏季顯著高于秋季的特點(diǎn)，且土壤蔗糖酶活性與含水率之間呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），表明土壤濕度是驅(qū)動(dòng)蔗糖酶活性變化的關(guān)鍵因子，這是因?yàn)檠芯繀^(qū)降水量主要集中在夏季，使得秋季（17.18%）土壤含水率明顯低于夏季（20.48%）。土壤含水率的減少，抑制了土壤微生物生物量，導(dǎo)致土壤蔗糖酶活性降低。與上述研究結(jié)果相反的是，非根際土壤磷酸酶活性卻表現(xiàn)出夏季極顯著低于秋季的特點(diǎn)（Plt;0.01），表明土壤磷酸酶酶活性除了受到濕度影響外，還會(huì)受到pH值、養(yǎng)分等因素的共同作用。分析其原因可能為，從夏季到秋季，土壤pH值降低和硝態(tài)氮含量增加，促進(jìn)了土壤中反應(yīng)底物的運(yùn)輸和反應(yīng)速率^［30］，并且減弱了微生物的養(yǎng)分限制^［31］，使得微生物和酶的代謝活動(dòng)隨之增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致土壤磷酸酶活性增加。

本研究中，還田區(qū)土壤磷酸酶活性在根際與非根際之間存在顯著性差異（Plt;0.05）（表7）。這可能是由于土壤顆粒對(duì)磷的吸附作用使其在土壤中的擴(kuò)散速率較慢，使得土壤磷循環(huán)速率降低^［32］。而根系分泌物對(duì)土壤磷循環(huán)具有調(diào)控作用，提高根際范圍內(nèi)土壤磷的吸收利用^［33］，促使根際與非根際土壤間磷酸酶活性呈現(xiàn)出顯著差異。由此可見(jiàn)，對(duì)于牛糞還田區(qū)來(lái)說(shuō)，由于根際與非根際土壤在物質(zhì)代謝能力和微生物組成上的差異^［34-35］，導(dǎo)致在不同生境（根際與非根際）之間土壤酶活性存在差異。這指明了在考慮牛糞還田的影響效應(yīng)時(shí)，應(yīng)區(qū)別對(duì)待根際與非根際土壤環(huán)境。

4"結(jié)論

牛糞還田顯著提高了根際土壤磷酸酶活性和非根際土壤蔗糖酶、磷酸酶活性（Plt;0.05）。根際土壤磷酸酶活性和非根際土壤蔗糖酶、磷酸酶活性在不同季節(jié)之間具有顯著的差異（Plt;0.05）。影響牛糞還田區(qū)土壤酶活性的重要因素是土壤pH值、含水率和銨態(tài)氮含量。本研究結(jié)果反映了牛糞還田對(duì)土壤酶活性的影響具有根際效應(yīng)和季節(jié)效應(yīng)，而這些效應(yīng)為深刻認(rèn)識(shí)牛糞還田對(duì)土壤質(zhì)量的影響機(jī)制提供了理論支撐。

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