施氮時期對大豆結瘤和生長的影響

寸植賢　李春葦　湯東生　等

摘要：在大田豆麥輪作定位試驗條件下，研究了翻耕、翻耕秸稈覆蓋、旋耕、旋耕秸稈覆蓋、免耕秸稈覆蓋和深松秸稈覆蓋對冬小麥麥田土壤有機質、速效磷、速效鉀、全氮、容重、pH值、酶活性的影響。結果表明，秸稈覆蓋處理能顯著提高0～10 cm和10～20 cm土層有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量，不同耕作方式在各個土層呈現表層聚集現象；翻耕和旋耕速效鉀含量和酶活性隨著土層的加深呈現先升高后下降趨勢，免耕秸稈覆蓋和深松秸稈覆蓋土壤養分和酶活性隨著土層深度的增加呈逐漸下降趨勢，且秸稈覆蓋處理顯著高于傳統耕作不覆蓋處理；翻耕和旋耕處理土壤容重和pH值顯著高于深松秸稈覆蓋處理；深松秸稈覆蓋處理能顯著提高土壤脲酶和堿性磷酸酶活性，相關分析表明，土壤養分與堿性磷酸酶、脲酶呈極顯著相關關系，可作為評價土壤肥力的指標。綜合試驗結果可知，深松秸稈覆蓋可作為旱作區適宜的耕作方式進行推廣。

關鍵詞：耕作方式；秸稈覆蓋；理化性質；土壤酶活性；夏大豆；冬小麥；土壤肥力

中圖分類號： S158.3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）01-0100-04

收稿日期：2014-02-22

基金項目：河南省科技攻關項目（編號：102102110030）；河南省洛陽市科技攻關項目（編號：1001041A）。

作者簡介：呂瑞珍（1986—），女，河南新鄉人，碩士研究生，從事作物高產優質栽培理論與技術研究。 E-mail：lrz201@163.com。

通信作者：李友軍，教授，博士，博士生導師，從事作物高產優質栽培理論與技術研究。E-mail：nxylyj@sina.com。土壤酶參與土壤中一切復雜的生物化學過程，對土壤有機質的轉化起著重要作用，其活性的高低客觀地反映土壤肥力狀況[1]；土壤理化性質主要包括土壤結構、pH值、容重及土壤養分等幾個方面，其中容重是衡量土壤緊實程度的一個重要物理指標；土壤養分提供植物生活所必需的營養元素，其含量對作物的生長發育有重要影響[2-3]；土壤理化性狀與土壤酶活性二者共同作用并推動著土壤代謝過程，影響作物的生長。不同的栽培制度、管理措施、植物根系的分泌物、秸稈覆蓋及死亡根茬的礦化和分解等都會影響土壤理化性狀的空間變異和土壤酶活性含量[1，4-5]。

豫西丘陵地區由于長期使用傳統耕作耕翻，致使水土流失嚴重，土壤肥力下降，耕性變差，又加上春季降水少，易形成春旱，嚴重制約著該區旱作農業的可持續發展[6]。冬小麥是該區旱作農田主要糧食作物，大豆可以通過固定大氣中的氮素以增加土壤中的氮素，是農田用地和養地相結合的重要措施。大豆與其他作物輪作具有提高土壤肥力、減小地表徑流、增加作物產量、減少病蟲危害、降低雜草種類以及提高單位面積土地經濟收益與生態效益等一系列優點[7-10]，豆麥輪作是提高作物產量和改善農田生態環境的一項重要農業技術措施。但一直以來，前人研究主要集中在免耕及秸稈還田對作物產量和土壤養分含量影響方面[5，11-12]，對豆麥輪作條件下耕作方式對土壤理化性質及其酶活性，特別是旱作區土壤理化性質及其與酶活性之間關系的研究較少，且結論不一[13-15]。為此本研究探討了豫西旱作雨養區豆麥輪作長期定位條件下，6種不同耕作方式對冬小麥土壤理化性狀及酶活性的影響，旨在研究不同耕作方式對培肥地力的效應，為輪作條件下確定合理的耕作方式提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗設計

試驗于2012—2013年在河南省洛陽市旱作與節水重點試驗基地進行，該區屬暖溫帶半濕潤偏旱氣候，年平均氣溫12.1～145 ℃，年平均降水量600 mm左右，且60%～70%集中在6—8月。試驗共設6種耕作處理，具體見表1，隨機區組排列，重復3次，小區面積為60 m2（3 m×20 m）。供試品種為冬小麥品種洛旱6號，前茬作物為大豆。

1.2測定項目和方法

于2013年冬小麥收獲期采集土壤樣品，每小區用土鉆按5點取樣法分別取0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3個土層，將所得土樣裝入無菌封口塑料袋中，自然風干后，混合均勻過1 mm篩，進行養分含量和酶活性的測定。土壤有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法[16]；土壤全氮含量測定采用凱氏定氮消煮法[16]；土壤速效磷含量測定采用鉬銻抗比色法[16]；土壤速效鉀含量測定采用火焰光度計法[16]。土壤pH值用酸度計測定；土壤酶活性的測定參照關松蔭的方法[17]：蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后1 g土壤中含葡萄糖的mg數表示；脲酶活性采用靛酚藍比色法，以24 h后1 g土壤中釋放氨態氮的mg數表示；堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，以24 h后 1 g 土壤中釋放酚的mg數表示；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法。土壤容重采用環刀法測定。

1.3數據處理與分析

所有數據均利用Microsoft Excel 2003軟件進行制圖，用SPSS 17.0軟件進行方差分析。表1試驗處理

代碼處理耕作和秸稈還田方式CT翻耕夏大豆收獲時保留5～6 cm的殘茬，并翻地30 cm，同時結合施肥，接著耙磨、播種，秸稈不還田。CTS

翻耕秸稈覆蓋

夏大豆收獲時保留5～6 cm的殘茬，并翻地30 cm，同時結合施肥，接著耙磨、播種，上季作物收獲脫粒后將所有秸稈粉碎5 cm 左右，均勻覆蓋于原小區。RT旋耕夏大豆收獲后旋耕15 cm，同時結合施肥，接著播種，秸稈不還田。RTS

旋耕秸稈覆蓋

夏大豆收獲后旋耕15 cm，同時結合施肥，接著播種，上季作物收獲脫粒后將所有秸稈粉碎5 cm左右，均勻覆蓋于原小區。NTS

免耕秸稈覆蓋

全年不耕作，播種時用免耕播種機一次性完成播種和施肥，收獲后用 2，4-D 丁酯除草，上季作物收獲脫粒后將所有秸稈粉碎至5 cm左右，均勻覆蓋于原小區。STS

深松秸稈覆蓋

播種前用深松播種機間隔60 cm深松30～3 5 cm，并一次性完成播種和施肥，夏大豆收獲脫粒后將所有秸稈粉碎至5 cm 左右，均勻覆蓋于原小區。

2結果與分析

2.1不同耕作方式對土壤理化性狀的影響

2.1.1不同耕作方式對土壤有機質和全氮含量的影響不同耕作方式下0～40 cm土壤有機質含量變化不同（表2），秸稈覆蓋處理明顯高于不覆蓋處理，其中以NTS、STS處理含量最高，分別比CT處理提高了13.20%、9.20%；各處理下有機質含量隨著土層深度的增加呈現逐漸降低的趨勢，表現為0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm，呈現出表層聚集現象；就不同土層而言，0～10 cm土層土壤有機質含量大小為NTS>STS>RTS>CTS>RT>CT，CTS處理顯著高于CT處理，RTS處理高于RT處理，但差異不顯著；10～20 cm土層土壤有機質含量表現為STS>NTS>RTS>CTS>CT=RT，STS、NTS、RTS處理都顯著高于其他3種處理，這3者之間無顯著差異；20～40 cm土層變化規律與10～20 cm土層基本一致。

由表2可知，不同耕作方式土壤全氮含量在0～40 cm土層內的平均值差別不大，秸稈覆蓋處理下土壤全氮含量在 0～10 cm、10～20 cm土層剖面大部分均顯著高于CT、RT處理；并且隨著土層深度的增加，各個處理全氮含量略有下降，這主要是由于秸稈覆蓋主要分布在土壤表層，經過長時間的腐爛分解之后增加了表層全氮的含量。表2不同耕作方式對土壤理化性狀的影響

2.1.2不同耕作方式對土壤速效養分含量的影響由表2可以看出，6種耕作方式下，土壤速效磷含量和速效鉀含量變化趨勢不一致。土壤速效磷含量是隨著土壤剖面的加深呈下降的規律，均表現為0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm；不同耕作方式表現為秸稈覆蓋處理（CTS、RTS、NTS、STS）大部分都顯著高于其他處理，原因可能是有秸稈覆蓋的土壤有機質含量比較高，同時有機質分解產生的有機酸及其產物對某些固定磷的化合物具有很好的溶解力，此外由于磷在土壤中的移動性小，因此造成上層土壤速效磷表聚現象[18]。

相對于土壤速效磷而言，土壤速效鉀含量則是CT、RT處理隨著土層深度的增加呈現先上升后下降的趨勢，而其他4種處理則表現為隨著土壤剖面的增加呈逐漸降低的趨勢。在0～40 cm土層范圍，與CT處理相比，STS、NTS、RTS、CTS處理速效鉀含量平均值分別提高26.45%、37.00%、1.89%、12.44%，這主要是由于有秸稈覆蓋的有機質含量較高，同時有機質分解產生的酸性物質能降低礦物質對鉀的固定作用，作物秸稈里也含有很多的水溶性鉀，從而能夠提高土壤速效鉀的含量水平[18]。

2.1.3不同耕作方式對土壤容重和pH值的影響容重是土壤重要的物理性質，影響作物根系在土壤中的穿插和土壤水、肥、氣、熱在土壤中移動轉換狀況[19]。從表2不同耕作方式下耕層土壤容重的變化動態研究發現，小麥收獲期0～20 cm 土壤容重變化較大，而20～40 cm層次變化較小。在 0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3個層次，隨著土壤深度增加，容重增加；不同耕作措施對上層土壤容重影響較大，CT和STS處理由于前期有翻動的作用，容重不大或較??；而NTS處理由于長期不進行耕作處理，土壤緊實，容重比較大。STS處理在0～40 cm土層下土壤容重都較小，說明STS處理能夠有效地增加土壤的通透性，有利于植物根系的生長。 土壤pH值對作物的生長發育、土壤微生物數量、土壤酶活性以及土壤養分的有效性影響很大。秸稈覆蓋處理的pH值低于或不高于CT、RT處理（表2），并且大部分處理都是隨著土層深度的增加呈逐漸上升的趨勢，說明秸稈覆蓋后能夠增加土壤表層酸性，降低土壤堿性對植株的危害。

2.2不同耕作方式對土壤酶活性的影響

2.2.1不同耕作方式對土壤水解酶活性的影響水解酶是土壤里數量較多的一種酶，它參與土壤中有機質的轉化，對提高植物和微生物利用的可溶性營養物質起重要作用。人們研究較多的水解酶有蔗糖酶、磷酸酶和脲酶等，蔗糖酶廣泛存在于土壤中，常用來表征土壤熟化程度，脲酶常用來表示土壤的氮素供應狀況，磷酸酶能提高磷素的有效性[1，17-18]。本試驗土壤偏堿性，因此選用了堿性磷酸酶進行研究，由表3可以看出，覆蓋處理下土壤水解酶發生了明顯的變化，3種水解酶在CT處理下酶活性均是隨著土層的加深呈現先增后降的趨勢；而NTS和STS處理下酶活性大都隨著土層的加深而降低；在RTS、NTS、STS處理下，3種水解酶活性在大部分情況下較CT處理顯著提高，說明這3種耕作方式更加有利于土壤碳氮的轉化。表3不同耕作方式對土壤酶活性的影響

在0～10 cm土層，CTS和CT處理下3種水解酶的活性均是CTS>CT，蔗糖酶活性之間差異顯著，脲酶和堿性磷酸酶差異不顯著。RT處理和RTS處理相比較，蔗糖酶除了RT處理略高于RTS處理外，脲酶和堿性磷酸酶均為RTS>RT，差異達到顯著水平。與CT處理相比，0～10 cm土層蔗糖酶活性RTS、NTS、STS處理分別提高了1024%、12.50%、1194%，脲酶活性分別比CT處理提高了18.28%、15.05%、19.35%，堿性磷酸酶活性分別比CT處理提高了17.24%、25.86%、24.14%，差異均達到顯著水平。10～20 cm土層，蔗糖酶和脲酶活性表現為STS和RTS處理含量最高，顯著高于其他處理；堿性磷酸酶活性表現為RTS>STS>CTS>NTS>CT>RT，以旋耕處理含量最低。20～40 cm 土層，3種水解酶的活性大小順序與10～20 cm土層相似，差異均不明顯，3種水解酶活性均為RTS>RT，差異顯著。

2.2.2不同耕作方式對土壤過氧化氫酶活性的影響過氧化氫酶參與土壤中物質和能量轉化，具有分解土壤中對植物體有害的過氧化氫的作用。由表3可知，6種耕作方式下冬小麥土壤過氧化氫酶活性在0～40 cm剖面變化不一，隨土層的加深CT處理呈先增后減趨勢，為10～20 cm>0～10 cm>20～40 cm，其他5種處理隨土層深度的增加呈遞減趨勢，即 0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm。不同處理間比較可知，0～10 cm土層，STS>NTS>RTS>RT>CTS>CT，STS高于其他處理，RT、RTS、NTS處理的過氧化氫酶高于CT處理，差異顯著。10～20 cm土層，STS處理顯著高于CT處理，增加了938%；20～40 cm土層雖然表現為STS、NTS、RTS、RT處理高于CT，但各個處理之間差異均不顯著?？傮w來講，STS處理的過氧化氫酶活性增幅最高，效果最好。

2.3土壤理化性狀與土壤酶活性相關關系

有研究認為土壤理化性狀在很大程度上受制于土壤酶的影響，但結論不一；為了探明土壤理化性狀與土壤酶活性之間相關關系，對土壤中4種主要酶活性與土壤理化性狀指標進行了相關性分析。結果（表4）表明，土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量和脲酶、堿性磷酸酶活性均呈極顯著相關，過氧化氫酶除了與有機質無相關性外，與全氮、速效磷、速效鉀呈顯著相關或極顯著相關；而蔗糖酶除了與有機質、速效鉀顯著相關外，與其他理化性狀相關性均不顯著；土壤容重與土壤堿性磷酸酶呈顯著負相關關系，土壤pH值與脲酶、堿性磷酸酶分別呈顯著、極顯著負相關關系。表4土壤理化性狀和酶活性相關關系

酶名稱相關系數有機質全氮速效磷速效鉀容重pH值蔗糖酶 0.518*0.2360.152 0.503*-0.196 0.102脲酶 0.809** 0.820** 0.900** 0.616**-0.431-0.527*堿性磷酸酶 0.857** 0.948** 0.880** 0.660**-0.503*-0.669**過氧化氫酶 0.416 0.572* 0.678** 0.614**-0.364-0.435 注：“*”表示顯著相關，“**”表示極顯著相關。

3結論與討論

眾多的學者關心秸稈還田后能否改善土壤培肥效果[1-2，4，20-21]，大多數研究結果表明，秸稈還田或覆蓋后能夠提高土壤的肥力水平。本試驗的結果也證實了前人的研究，本試驗分析得出，不同耕作方式結合秸稈覆蓋對土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量均有不同程度的提高作用，不同耕作方式對土壤有機質、全氮、速效磷含量在不同土層內表現出相同的變化趨勢，即隨著土層深度的增加，呈現逐漸降低的規律；CT、RT處理的土壤速效鉀則是呈現先升高后降低的規律；秸稈覆蓋處理能夠降低土壤0～10 cm層次的土壤pH值。有研究表明，保護性耕作方式下土壤酶活性有所提高，不同耕作方式可能會造成土壤酶活性的差異[18]，本試驗證實了上述的觀點。周禮愷等認為[13-14]，土壤酶活性與土壤肥力因子有顯著相關關系，可以作為衡量土壤肥力指標之一；周瑞蓮等研究表明，土壤酶活性與土壤肥力水平不存在顯著相關關系[15]，本試驗相關分析結果表明，土壤脲酶和堿性磷酸酶與土壤肥力因子有極顯著的正相關關系，可以作為衡量旱作區土壤肥力高低的主要指標，過氧化氫酶可以起輔助作用；通過相關分析結果還說明，土壤養分和蔗糖酶、堿性磷酸酶可以共同反映豫西旱作雨養區土壤肥力水平的高低。STS不僅解決了因秸稈燃燒帶來的資源浪費和環境污染問題，而且在本試驗條件下，綜合土壤理化性狀及土壤酶活性等指標，認為STS處理最優，是一種值得大面積推廣的耕作技術。

參考文獻：

[1]張星杰，劉景輝，李立軍，等. 保護性耕作方式下土壤養分、微生物及酶活性研究[J]. 土壤通報，2009，40（3）：542-546.

[2]康軒，黃景，呂巨智，等. 保護性耕作對土壤養分及有機碳庫的影響[J]. 生態環境學報，2009，18（6）：2339-2343.

[3]王鑫，劉建新，張希彪，等. 黃土高原半干旱地區土地利用變化對土壤養分、酶活性的影響研究[J]. 水土保持通報，2007，27（6）：50-55.

[4]吳海燕，金榮德，范作偉，等. 東北黑土區不同耕作方式土壤養分與酶活性的時空變化[J]. 水土保持學報，2009，23（6）：154-157，170.

[5]孔凡磊，陳阜，張海林，等. 輪耕對土壤物理性狀和冬小麥產量的影響[J]. 農業工程學報，2010，26（8）：150-155.

[6]張潔，姚宇卿，呂軍杰，等. 豫西旱坡地長期保護性耕作土壤酶活性及其與肥力關系[J]. 干旱地區農業研究，2011，29（2）：142-146.

[7]邢福，周景英，金永君，等. 我國草田輪作的歷史、理論與實踐概覽[J]. 草業學報，2011，20（3）：245-255.

[8]魏守輝，強勝，馬波，等. 不同作物輪作制度對土壤雜草種子庫特征的影響[J]. 生態學雜志，2005，24（4）：385-389.

[9]王俊，李鳳民，賈宇，等. 半干旱黃土區苜蓿草地輪作農田土壤氮、磷和有機質變化[J]. 應用生態學報，2005，16（3）：439-444.

[10]畢冬梅，張仁陟，汪娟，等. 不同耕作措施對麥-豆輪作條件下土壤有機碳庫與微生物商的影響[J]. 干旱地區農業研究，2009，27（6）：11-16，22.

[11]吳建富，潘曉華，石慶華，等. 不同耕作方式對水稻產量和土壤肥力的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2008，14（3）：496-502.

[12]李玲玲，黃高寶，秦舒浩，等. 保護性耕作對綠洲灌區冬小麥產量形成的影響[J]. 作物學報，2011，37（3）：514-520.

[13]邱莉萍，劉軍，王益權，等. 土壤酶活性與土壤肥力的關系研究[J]. 植物營養與肥料學報，2004，10（3）：277-280.

[14]周禮愷，張志明，曹承綿. 土壤酶活性的總體在評價土壤肥力水平中的作用[J]. 土壤學報，1983，20（4）：413-418.

[15]周瑞蓮，張普金，徐長林. 高寒山區火燒土壤對其養分含量和酶活性的影響及灰色關聯分析[J]. 土壤學報，1997，34（1）：89-96.

[16]鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京：中國農業出版社，1999：30-114.

[17]關松蔭. 土壤酶學研究方法[M]. 北京：農業出版社，1986：274-324.

[18]羅珠珠，黃高寶，Li G D，等. 保護性耕作對旱作農田耕層土壤肥力及酶活性的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2009，15（5）：1085-1092.

[19]李友軍，付國占，張燦軍，等. 保護性耕作理論與技術[M]. 北京：中國農業出版社，2008：106.

[20]鄭郁善，黃寶龍. 福建含笑杉木混交林生物量和土壤肥力的研究[J]. 南京林業大學學報，1998，22（2）：51-54.

[21]徐國偉，段驊，王志琴，等. 麥秸還田對土壤理化性質及酶活性的影響[J]. 中國農業科學，2009，42（3）：934-942.蘭孟焦，吳問勝，潘浩，等. 不同地膜覆蓋對土壤溫度和甘薯產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2015，43（1）：104-105.