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Effects of conservation tillage on soil nutrients and
enzyme activities in rainfed area

保护性耕作对旱作农田耕层土壤肥力及酶活性的影响


Based on the field experiments conducted in Dingxi of the western Loess Plateau, effects of the conventional tillage and five conservation agricultural patterns, namely conventional tillage, conventional tillage with stubble incorporating, no tillage with no stubble, no tillage with stubble retention, conventional tillage with plastic mulching and no tillage with plastic mulching on soil nutrients and enzyme activities in a rainfed farming system were studied. The results show that contents of soil organic matter, total N, total P, total K, NH4+-N, available P and K, soil urease, alkaline phosphates and invertase activities at the 0–5 and 5–10 cm layers are increased in the two stubble retention systems. Moreover, in the two stubble retention systems, soil organic matter, total K and available K are improved greatly at the 10–30 cm depth of soil. Soil catalase activity is improved at the 0–30cm depth of soil in the three no-tillage systems, while NO3--N content is decreased. There are significant correlations between soil organic matter, contents of the nutrients, alkaline phosphatase and inverstase activities. Principal component analysis indicates that soil organic matter, nutrients and hydrolases could be used to evaluate soil fertility in rainfed areas of Loess Plateau.


全 文 :收稿日期:!""#$"%$!# 接受日期:!""%$"&$"’
基金项目:国家科技支撑计划项目(!""()*+&,)"();中澳合作 *-.*/项目(01-2(34/!)5 &%%% 5 "%’)资助。
作者简介:罗珠珠(&%6%—),女,甘肃天水人,博士,主要从事生态与环境工程的教学与研究工作。789:;<:3=>??@ AB:=C DE=C FG
! 通讯作者 HD<:"%I&$6(I!&##,789:;<:J=:GAAK@AB:=C DE=C FG
保护性耕作对旱作农田耕层土壤肥力及
酶活性的影响
罗珠珠&,黄高宝!!,3; L=:GAE;I,张仁陟&,蔡立群&
(&甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃兰州 6I""6";!甘肃农业大学农学院,甘肃兰州 6I""6";
I 204 +DM:NO9DGO >P QN;9:NR .GE=BON;DB,4:AA: 4:AA:,204 !(,",*=BON:<;:)
摘要:通过田间定位试验,研究了不同耕作方式对黄土高原西部旱农区耕层土壤肥力和酶活性的影响。结果表明,
秸秆还田可以显著提高 "—,和 ,—&" F9土层有机质、全氮、全磷、全钾、铵态氮、速效磷、速效钾和 I种水解酶活
性;&"—I" F9土层仅提高了有机质、全钾和速效钾含量,对其余各养分含量和水解酶活性并无明显影响。免耕降
低了 "—,、,—&"和 &"—I" F9土层硝态氮含量,但对过氧化氢酶活性有明显促进作用。相关分析表明,土壤有机
质、养分和碱性磷酸酶、蔗糖酶活性之间呈极显著相关关系。进一步应用主成分分析表明,土壤有机质、养分和水
解酶活性共同反映着黄土高原雨养农区土壤肥力水平的高低。
关键词:免耕;秸秆还田;旱作农田;土壤养分;土壤酶活性
中图分类号:0I’’;0&,#S! 文献标识码:* 文章编号:&""#$,",T(!""%)",$&"#,$"#
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O;<<:AD [;OX M<:BO;F 9=G B>;< G=ON;DGOB :GE DG?R9D :FO;\;O;DB ;G : N:;GPDE P:N9;GA BRBOD9 [DND BO=E;DEC HXD NDB=BX>[ OX:O F>GODGOB >P B>;< >NA:G;F 9:OODN,O>O:< 2,O>O:< Q,O>O:< ],2J^’ 82,:\:;<:K;< =ND:BD,:<_:<;GD
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6#2 7’)0&:G> O;<<:AD;BO=KKG;N:;GPDE;B>;< G=ON;DGO;B>;< DG?R9D :FO;\;O;DB
土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的
强度和方向,它在土壤营养物质的循环和能量的转
化过程中起着重要作用[&];土壤营养物质反映了作
物根系供应养分的潜在能力,是构成土壤肥力的重
要方面之一[!]。不同的栽培制度和管理措施等都会
影响土壤养分的空间变异和土壤酶活性。一直以
植物营养与肥料学报 !""%,&,(,):&"#,$&"%!
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
Q<:GO 2=ON;O;>G :GE ‘DNO;<;?DN 0F;DGFD
来,国内外关于保护性耕作对作物产量和土壤养分
影响的报道较多[!"# ]。但关于保护性耕作对土壤酶
活性,特别是对旱作农田土壤酶活性及其与养分之
间关系的研究较少,且结论不尽一致[$"%]。土壤酶
对土壤 &、’生物矿化循环过程有很好的指示作用,
而影响这些酶分解因素中 ()*以上是由土地利用
和耕作方式引起的[+]。因此,对土壤酶活性进行系
统研究将有助于探求不同耕作方式下土壤的生物化
学过程,并有助于对其养分循环进行科学调控。
作为西部黄土高原雨养农区,休闲—春小麦单
作的种植体系和过度耕作以及作物秸秆的移出造成
了土壤有机质耗竭和肥力下降。为此,通过对试区
%种不同耕作措施下土壤有机质、全量养分、速效养
分和酶活性的比较研究,旨在阐明保护性耕作培肥
地力的效应,为旱作农田土壤肥力的培育和土地生
产力的提高提供理论依据。
! 材料与方法
!"! 试验设计
试验设在黄土高原半干旱丘陵沟壑区的定西县
李家堡乡麻子川村。该试区属中温带半干旱区,平
均海拔 ,))) -,年均太阳辐射 $(,.( /0 1 2-,,年均降
水 !().( --,年蒸发量 3$!3 --,干燥度 ,.$!,为典
型的雨养农业区。土壤为典型的黄绵土,土质疏松,
土层深厚,质地均匀,贮水性能良好。
试验共设 %种耕作处理(表 3)。试验于 ,))3年
4月开始,小麦豌豆轮作。为了加快研究进程,设计
了小麦!豌豆(,)),年小麦!,))!年豌豆!,))#年
小麦!,))$年豌豆!,))%年小麦!,))+年豌豆)和
豌豆!小麦(,)),年豌豆!,))!年小麦!,))#年豌
豆!,))$年小麦!,))%年豌豆!,))+年小麦),个
轮作序列,#次重复,共 #4个小区,小区面积 #- 5
表 ! 试验设计
#$%&’ ! ()*’+,-’./$& 0’1,2.
代码 &678 处理 9:8;<-8=<> 耕作模式 ?;<<8:=>
9 传统耕作
&6=@8=DA<:;D
试验地在前茬收获后三耕两耱。八月份收获后马上进行第一次耕作,八月底和九月分别
进行第二、三次耕作,耕深依次为 ,) 2-,3) 2-和 $ 2-。九月份第三次耕后耱一次,十月份
冻结前再耱一次。这是定西地区很典型的传统耕作方式。
9E8 FA8B7 A> GB6HCE87 ! ;=7 E;::6D87 < GB6HCE A> A= JHCH>< A--8K
7A;<8BL ;F<8: E;:@8>826=7 ;=7 ;:8 A= B;<8 JHCH>< ;=7 M8G<8-N8: :8>G829E8 GB6HCE 78G ;:8 ,) 2-,3) 2- ;=7 $ 2-,:8>G82 E;::6D87 ;F<8: <
GB6HCE A= M8G<8-N8: ;=7 :8KE;::6D87 A= O2<6N8: N8F6:8 F:6P8=I 9EA> A> @8=’9 免耕
’6 ><:;D 26@8:
全年不耕作,播种时用免耕播种机一次性完成施肥和播种。
’6K<:;D 26@8:I
9M 传统耕作秸秆还田
&6=@8=DA<:;D
A=26:G6:;<87
耕作方式同 9,但在结合第一次耕作将所有前作秸秆翻埋入土。
9E8 FA8B7 A> GB6HCE87 ;=7 E;::6D87 8R;2 F6: 9 <:8;<-8=<(! G;>>8> 6F GB6HCE ;=7 , E;::6D>),NH<
DA<:;D A=26:G6:;<87 ;< < GB6HCEI JBB <:;D F:6- 2:6G A> >8=< N;2/ <6 6:ACA=;B GB6< A--87A;<8BL ;F<8: EA=C ;=7 ’9M 免耕秸秆覆盖
’6K><:;D 26@8:
播种、除草方法同 ’9,收获脱粒后将全部前作秸秆覆盖在原小区。
’6K 26@8:87 DA<:;D 6F G:8@A6H> 2:6G F:6-
JHCH>< <:;D F:6- G:8@A6H> 2:6G A> >8=< N;2/ <6 ;F<8: EA=CI
9? 传统耕作地膜覆盖
&6=@8=DA试验地耕耱同 9(三耕两耱),但在 3)月份最后一次耱后覆盖塑料薄膜。膜宽 #) 2-,膜侧
种作物,因此该处理作物宽窄行种植,宽行 #) 2-,窄行 3) 2-,平均 ,$ 2-。
9E8 FA8B7 A> GB6HCE87 ;=7 E;::6D87 8R;2 F6: 9 <:8;<-8=<(! G;>>8> 6F GB6HCE ;=7 , E;::6D>),NH<
26@8:87 DA< E;::6D A= O2<6N8:I ?B;> B;A7 6H< N8 ;=7 26@8:A=C N8B< DA7 #) 2-I 9EH>,G;28> N8 ;:8 #) ;=7 3) 2- ;B<8:=;DA’9? 免耕地膜覆盖
’6KGB;>全年不耕作,覆膜及播种的时间和方式同 9?,为避免前茬秸秆挂坏薄膜,收获后用剪草机
剪平或耱平残茬。
’6K B;A7 A= O2<6N8: H>A=C >;-8 -;2EA=8
;> F6: A7H8 A> -6D87 6: 1 ;=7 E;:K
:6D87 ;F<8: E;:@8>%4)3 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 3$卷
!"#,随机区组排列。
供试作物春小麦品种为定西 $%,播种量 &’()%
*+ , -#!;豌豆品种为绿农 & 号,播种量 &"" *+ , -#!。
除覆膜处理外,其他处理用免耕播种机播种(中国农
业大学研制),春小麦行距 !" .#,豌豆行距 !/ .#;
播深均为 ( .#。春小麦于 $月中旬,豌豆为 $月下
旬播种。种小麦各处理均施 0 &"% *+ , -#!,1!2% &"%
*+ ,-#!(尿素 3 二铵);豌豆各处理均 施 0 !"
*+ , -#!,1!2% &"% *+ , -#!(二铵 3过磷酸钙),所有肥
料都作基肥在播种时施入。
!"# 采样及测定项目与方法
!""(年作物收获时,各小区随机取 %个点,分 $
层("—%、%—&"、&"—$" .#)采集土样。样品经风干
后研磨、过筛分装,供土壤养分含量和酶活性测定。
土壤有机质用重铬酸钾4浓硫酸外加热法;全
氮用凯氏定氮法;全磷用酸溶钼锑抗比色法;全钾
用氢氧化钠熔融—火焰光度法;铵态氮和硝态氮用
氯化钾浸提—蒸馏法;速效磷用碳酸氢钠浸提—钼
锑抗比色法;速效钾用醋酸铵提取—火焰光度法[’]
测定。
土壤过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法[5];碱性磷
酸酶用磷酸苯二钠比色法[&"];蔗糖酶用 $)% 4二硝
基水杨酸比色法[&&];脲酶用靛酚蓝比色法[&&]测定。
# 结果与分析
#"! 不同耕作方式对土壤养分的影响
!)&)& 对土壤有机质和全氮的影响 土壤有机质
的含量取决于土壤原有有机质的矿化和外源有机物
(作物残茬、落叶、杂草、根系分泌物、有机肥料等)的
补充,作物秸秆本身就含有较为丰富的有机成分和
营养元素,还田之后能补充土壤新鲜有机质[&!]。试
验进行 %年后,两种轮作序列下各处理土壤全量养
分和有机碳测定结果(表 !)看出,不同耕作方式耕
层 "—$" .#土壤有机质含量差异明显。秸秆还田
(67、067)显著高于传统耕作和免耕(6、06)和地膜
覆盖(61、061)处理。
对土壤氮素的影响与有机质类似,因为土壤有
机氮与腐殖质的消长常常是一致的[&!]。相关分析
表明,土壤有机质与全氮含量之间有极显著的正相
关关系(8 9 ")’/’!!,: 9 $;)。进一步利用非线性回
归模型进行拟合,二者之间存在幂函数关系:
< 9 ")&&/=")’!;;!! 9 ")(&/。
!)&)! 对土壤全磷和全钾的影响 两种轮作序列
下不同处理 "—$" .#土层全磷变化在 ")(’!&)"5
+ ,*+ 之间。其中 "—&" .# 土层为秸秆还田处理
(67、067)显著高于其他处理,而且免耕高于耕翻,
即 067 > 67,06 > 6,061 > 61;&"—$" .#土层除了
67和 061处理之外,其余各处理间无显著差异(表
!)。这主要是因为作物残茬在地表的覆盖、磷肥的
表施及磷在土壤中移动性较小,使得免耕土壤中磷
素常在表层富集,而连年耕翻土壤的磷素在整个耕
层分布相对较均匀。
表 !还看出,土壤全钾在整个耕层("—$" .#)
均表现为秸秆还田的 67、067处理显著高于 6、06、
61、061 处理。原因是 67 和 067 每年进行秸秆还
田,将作物带走的 ("?!’"?的土壤钾素又归还土
壤钾库;另外,地膜覆盖(61、061)处理,由于作物的
生物产量较高,每年从土壤钾库中带走的养分也多,
导致的土壤钾素亏缺较大,甚至低于传统耕作(6)
处理。
!)&)$ 对土壤速效氮、磷、钾的影响 表 !看出,秸
秆还田(67、067)处理耕层 "—$" .#土层铵态氮含
量显著高于其他处理,这是因为秸秆还田后能增加
耕层土壤含水量、降低耕层土壤温度和 @A值,从而
降低氨分压并减小氨挥发速率,有效地削弱了氨挥
发损失。免耕(06、067、061)硝态氮含量显著低于
耕翻(6、67、61),有研究认为,这可能与免耕土壤耕
层较少硝化细菌和较多反硝化细菌有关[&$]。实际
上,反硝化作用仅仅在田间持水量大于 (;?的条件
下发生[&/],陇中黄土高原地区属半干旱地区,农田
不会形成反硝化的环境条件,高云超[&%]研究表明,
免耕与翻耕土壤反硝化细菌数量变化趋势一致,数量
也相近。因此,本研究中免耕土壤中硝态氮含量较低
并不是由于免耕增大反硝化作用引起的,而是与免耕
条件下土壤排水良好导致硝态氮容易渗漏流失,以及
免耕条件下作物产量高带走的速效氮多有关。
土壤速效磷含量均表现为 "—%和 %—&" .#土
层秸秆还田(67、067)处理显著高于其他处理。因
为秸秆覆盖后土壤有机质含量显著提高,有机质分
解产生的中间产物(有机酸)及其最终产物(B2!)均
能增加土壤溶液的酸度,而酸度的增加对某些固定
磷的化合物具有一定的溶解力,从而提高了土壤中
固定态磷的有效性;同时,由于磷在土壤剖面的移
动性较小,不易产生淋失和挥发,土壤磷的移出量主
要取决于植株摄取量,地膜覆盖后作物产量明显提
高,速效磷摄取量大,因而在土壤中积累少。另外,
(’"&%期 罗珠珠,等:保护性耕作对旱作农田耕层土壤肥力及酶活性的影响
表 ! 不同耕作方式下耕层土壤养分状况
"#$%& ! ’()% *+,-)&*,. +*/&- ,0& /)11&-&*, ,)%%#2& .3.,&4.
土层
!"#$%
(&’)
处理
(%$")’$*)
有机质
+,
全氮
(-) . /
全磷
(-) . 0
全钾
(-) . 1 /2
3
4 5/ /+67 5/
速效磷
89":; . 0
速效钾
89":; . 1
(< = ><) (’< = ><)
?—@ ( A7BC? & AB?? &D ?BEF G A@B77 G CB7F G 7?BHF " A7BHA & I?ABFI D
/( A7BH? & AB?@ G& ?BH7 G A4B@@ & CBCE G IEBAA & A4B?I & I7FB@I G&
(J A4BHA G AB?H G AB?F " ACB77 " EB?E " 7ABII " ACB7I G IC4B4C "G
/(J ACBI4 " ABAF " AB?E " ACBE4 " EBH4 " 7?BAC "G AEBEI " IE7BEI "
(0 A7B44 & ?BHE D ?BEF G A4BCC & CB4A G 7AB4H " A4B@4 & I?FB@C &D
/(0 A7BH? & AB?@ G& ?BHI "G A4BCI & CBCH G IEBHH G& A4BAE & I7ABAH &D
@—A? ( A7B4H G& ?BHH G& ?BEI & A4BFF G CB7E "G IHBA@ "G A7BC@ G& AEHB?E G
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(J A4BCE " AB?7 G ?BHH "G A@B@F " FB@7 " 7?BCF " A@BII "G I@7BH? "
/(J A4BEC " AB?H " AB?I " ACBI4 " FBAH "G IHB?H "G ACB?E " IC7BHC "
(0 A7B44 & ?BHE & ?BHA G& A4B7I G CBCE "G IEB4? G AIBIF & AH?BI4 G
/(0 A7BHI G AB?7 G ?BHE "G A4B7A G CB4I "G ICBFH G A7B?4 & AH7B?? G
A?—7? ( AIBE? D$ ?BHF " ?BE4 "G A4B@7 G CBA4 " 7CB?7 " @B7C " A4HB7@ G
/( A7B@H G& AB?? " ?BE4 "G A4B?4 G& @BEF " 7ABE4 G 4BF@ " A@@BEC G
(J A4BI4 " AB?? " ?BEC " A@BAH " FBIC " 74BC7 " @B4H " AH7BCF "
/(J A7BHE "G AB?A " ?BE@ "G A@B4F " CBF? " 7IBC4 G @BIC " I?IBAI "
(0 AIB@E $ ?BHE " ?BEI "G A7BH7 & CB?E " 7IBC@ G @BA4 " ACFB7I G
/(0 A7BIE &D AB?? " ?BEA G A4B?7 G& @BE@ " 7ABFF G 4BF4 " ACCBF@ G
注:表中数据为两种轮作体系的平均值。同一列数值后的不同字母表示同一土层不同处理间差异达 @K显著水平,表 7同。
/-)$:L")" :* )M$ )"G;$ "%$ "9$%"<$ -N )O- &%-PP:*< %-)"):-* Q#Q)$’Q. R";S$Q N-;;-O$D G# D:NN$%$*) ;$))$%Q :* )M$ Q"’$ &-;S’* ’$"*Q Q:<*:N:&"*) ") @K ;$9$;,
"’-*< )%$")’$*)Q O:)M Q"’$ Q-:; ;"#$%,)M$ Q"’$ Q#’G-;Q O$%$ SQ$D N-% )"G;$ 7B
?—@和 @—A? &’土层免耕(/(J、/(、/(0)处理速效
磷含量显著高于翻耕((、(J、(0)处理;而 A?—7? &’
土层相反,但差异不显著,表明土壤速效磷随着免耕
年限的增加而出现明显表聚趋势。
土壤速效钾含量与全钾趋势基本一致,即表现
为整个耕层(?—7? &’)秸秆还田((J、/(J)处理均显
著高于其他处理(表 I)。因为作物秸秆中一般含有
数量较多的水溶性钾,施入土壤后能明显提高土壤
代换性钾(速效钾)的水平。而且,秸秆覆盖后土壤
有机质含量显著提高,有机质分解产生的酸性物质
能增加土壤溶液的酸度,削弱粘土矿物对钾的固定
作用,从而提高了土壤中固定态钾的有效性。地膜
覆盖((0、/(0)经过连续 @年掠夺式的高产以后,大
量速效钾被作物吸收携出,导致土壤速效钾明显低
于其他处理。
!5! 不同耕作方式对土壤酶活性的影响
土壤过氧化氢酶活性可以用来表征土壤氧化强
度,它在有机质氧化和腐殖质形成过程中起重要作
用[H]。由表 7可知,/(耕层土壤氧化还原酶活性高
于 (处理,?—@、@—A?、A?—7? &’土层分别提高了
7BI?K、IBFIK、4B@AK;/(J 与 (J 相比,分别提高
了 4BE?K、7BCIK、HB@?K;/(0与 (0相比,分别提
高了 EBFCK、@B?CK、CBHFK。可见,无论覆盖与否,
也无论覆盖何种材料,两种轮作序列下免耕(/(、
/(J、/(0)土壤耕层 ?—7? &’过氧化氢酶活性均明
显高于翻耕((、(J、(0)土壤。
水解酶参与高分子有机化合物的水解反应,对
丰富土壤中能被植物和微生物利用的可溶性营养物
质起着重要的作用。7种水解酶活性在 ?—@ &’土
层均表现为 /( T (,/(J T (J,/(0 T (0,且各处理差
异显著;@—A? &’土层,脲酶活性为 /( T (,/(0 T
(0,/(J 和 (J 差异不显著;而蔗糖酶活表现为 (J
处理与其他处理差异显著,碱性磷酸酶活性各处理
间无明显差异。A?—7? &’土层各处理三种水解酶
活性均无显著差异。
EE?A 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 A@卷
表 ! 不同耕作措施下耕层土壤酶活性
"#$%& ! ’()% &*+,-#.)/ #/.)0).)&1 2*3&4 .5& 3)66&4&*. .)%%#7& 1,1.&-1
土层
!"#$%
(&’)
处理
(%$")’$*)
过氧化氢酶
+")","-$
[./0 ’1, 2 ! 34*56 ’! 2(7·8)]
脲酶
9%$"-$
[:;<=: ’7 2(7·>)]
碱性磷酸酶
?,@",A*$ B81-B8")"-$
[C8$*1, ’7 2(7·>)]
蔗糖酶
D*E$%)"-$
[F,G&1-$ ’7 2(7·>)]
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:(O 6/IJ " J/(C 6/LI "M J/<0 " ./L< " 0:(C H/.J " J/<< " ./LI " 089! 土壤养分与土壤酶活性关系分析
有研究表明[0L],土壤肥力水平在很大程度上受
制于土壤酶的影响,与土壤酶活性之间存在着非常
密切的相关关系。对土壤酶与主要肥力因子相关分
析(表 6)表明,土壤养分之间相关程度较高,除了硝
态氮以外,其余各全量养分、速效养分和有机质均呈
极显著正相关关系,说明其存在消长协调性,可以用
于评价土壤肥力高低。土壤酶活性之间的相关关系
表 : 土壤养分和酶活性相关分析
"#$%& : ;(44&%#.)(* #*#%,1)1 $&.<&&* 1()% *2.4)&*.1 #*3 &*+,-& #/.)0).)&1
指标
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磷 (1)", C;(3—全钾 (1)", 3;?C—速效磷 ?E"A,"M,$ C;?3—速效钾 ?E"A,"M,$ 3;+")—过氧化氢酶 +")","-$;9"-$—脲酶 9%$"-$;?C"-$—碱性磷酸
酶 ?,@",A*$ B81-B8")"-$;D"-$—蔗糖酶 D*E%)"-$;下同 (8$ -"’$ -#’M1,- V$%$ G-$> T1% )"M,$ H S
IN.0H期 罗珠珠,等:保护性耕作对旱作农田耕层土壤肥力及酶活性的影响
表明,除过氧化氢酶之外,其余 !种水解酶之间的相
关性均达到显著水平。表明 !种水解酶进行酶促反
应时,不仅具有自身的专一特性,还存在着一些共
性,可在总体活性程度上反映土壤肥力水平的高低。
对土壤酶活性与土壤养分之间的相关关系分析显
示,碱性磷酸酶和蔗糖酶活性与土壤有机质、全量养
分、速效养分均呈极显著正相关,与硝态氮呈极显著
负相关;脲酶与有机质、全氮和速效钾含量呈显著
正相关;过氧化氢酶活性仅与土壤全氮含量呈显著
相关,与其他养分含量无显著相关性。
为了进一步论证土壤酶是土壤肥力的一个重要
指标,该研究将土壤酶与土壤主要肥力因子作了主
成分分析。表 "看出,第一主成分的方差贡献率最
大,为 "#$%#&,加上第二主成分和第三主成分方差
贡献率,其累积方差贡献率达 ’($’%&。因此,前三
个主成分能基本反应土壤肥力系统的变异信息。再
将土壤主成分进行分权计算,并计算出各因子在各
主成分上的载荷。第一主成分主要综合了土壤有机
质、速效养分、全量养分和两种水解酶的变异信息;
第二主成分和第三主成分则综合了硝态氮、脲酶和
过氧化氢酶的变异信息。第一主成分的累积方差贡
献率最大,其对土壤肥力起着主要作用。从分权系
数来看,土壤有机质、养分、蔗糖酶和碱性磷酸酶都
在第一主成分内。因此,可以证明蔗糖酶、碱性磷酸
酶和土壤有机质及土壤养分共同反映着土壤肥力水
平的高低。
表 ! 土壤肥力因子主成分贡献率和负荷量
"#$%& ! ’()(%#*+,& -&./&0*#1&2 #03 ,#%(&2 45 /4)-40&0* /#-#/+*6 45 3+55&.&0* 24+% 5&.*+%+*6 +03+/&2
主成分
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特征根
012.-3456.7
贡献率
8.9:.-/ *; 34914-:.
累计贡献率
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负荷量 )4,4:1/<
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第 !主成分
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7 讨论与结论
据报道,多年覆盖免耕后土壤的有机质含量要
高于常规耕作。由于有机质对氮、磷、钾的吸附作
用,免耕提高土壤有机质含量的同时,其吸附的氮、
磷、钾也会随之增加,并能提高磷、钾的有效性,减
轻磷、钾的固定[%AJ%’]。也有研究指出,有机质是氮、
磷的重要来源,土壤氮素的 #" &以上是以有机态存
在,土壤有机磷随有机质积累而增加,故在相同母质
(含磷)条件下,土壤全磷往往随有机质积累而增
加[%#]。相对而言,有机质与钾的关系则存在争议。
如有研究认为,土壤全钾与有机质含量呈极显著负
相关,因为有机质中的钾含量一般大大低于矿物质,
土壤有机质积累势必对矿物钾产生“稀释效应”,导
致土壤全钾量的降低[=(];但另有研究认为,土壤全
钾与有机质的负相关只有在富含有机质的土壤中才
有明显的表现,并且有机质含量愈高,其相关性愈显
著;而缺乏有机质的土壤,其相关性则未达显著水
平[=%]。
土壤酶在响应作物轮作[==]、残留物管理和土壤
压实[=!]、耕翻[=B]等不同土壤管理措施的效果时比
较敏感。有研究表明,免耕条件下土壤表层酶活性
通常较高,因为不同耕作方式对土壤扰动程度不同,
形成了不同的土壤环境,可能会造成土壤酶活性的
差异[="];另有研究发现,作物残体是土壤生物活动
的主要和有效能源,通过秸秆还田可给土壤酶提供
大量作用底物,因而能激发和提高土壤酶活性[=E]。
有关土壤酶活性能否作为土壤肥力指标争论已久。
(#(% 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 %"卷
周瑞莲[!"]研究表明,土壤酶活性与土壤的营养水平
间并不存在显著相关;邱莉萍认为[#$],土壤脲酶和
磷酸酶活性与土养分之间呈显著或极显著相关关
系,可以作为衡量土壤肥力水平的指标。周礼恺等
认为[!%],土壤酶活性与主要肥力因子有显著相关关
系,可作为土壤肥力指标之一。
本试验结果看出,秸秆还田可以显著提高表层
&—#& ’(土壤有机质、全氮、全磷、全钾、氨态氮、速
效磷、速效钾含量和水解酶活性;免耕降低了耕层
&—)& ’(土壤硝态氮含量,但对过氧化氢酶活性有
明显促进作用。相关分析结果表明,土壤有机质、养
分含量和蔗糖酶和碱性磷酸酶活性可以反映黄土高
原旱农区土壤肥力水平的高低,而免耕秸秆覆盖是
适合于该区农业可持续发展的有效耕作模式。
参 考 文 献:
[#] 姜勇,梁文举,闻大中,等 * 免耕对农田土壤生物学特性的影响
[+]* 土壤通报,!&&,,)-()):),".)-#/
+0123 4,50123 6 +,672 8 9 !" #$ % :;;7’<= >; 2>?<0@@137 >2 =>0@ A0>?
@>30’1@ BC>B7C<07= 02 ;1C(@12D=:E C7F07G[+]* HI02* +* J>0@ J’0 *,
!&&,,)-()):),".)-#/
[!] 崔晓东,侯龙鱼,马风云,等 * 黄河三角洲不同土地利用方式土
壤养分特征和酶活性及其相关性研究[+]* 西北林学院学报,
!&&",!!(,):$$.$K/
HL0 M 8,N>L 5 4,O1 P 4 !" #$ % HI1C1’<7C0=<0’= >; =>0@ 2L72QR(7 1’<0F0; D0;;7C72< @12D L=7 02 R7@@>G C0F7C D7@<1[+]* + * S>CC * T20F*,!&&",!!(,):$$
.$K/
[)] UC1’R V 6* H1CA>2,20372,BI>=BI>CL= 12D =L@;LC (027C1@0Q1<0>2 02
B@>G 12D 2>?<0@@ 1@<7C1<0>2[+]* J>0@ J’0 * J>’* E(* +*,#KK&,-,
(!):,-".,$#/
[,] 江晶,张仁陟,海龙 * 耕作方式对黄绵土无机磷形态的影响
[+]* 植物营养与肥料学报,!&&%,#,(!):)%".)K#/
+0123 +,9I123 W 9,N10 5* :;;7’< >; <0@@137 (7D= >2 02>C3120’
BI>=BI>CL= ;>C(= 02 5>7==1@ =>0@[+]* V@12< SL#,(!):)%".)K#/
[-] 8L(>2<7< J,O1QQ1; (0’C>A01@
02D7X7= 02 D0=’C0(021<023 02<7C1’<0F7 7;;7’<= >; <0@@137 12D ’C>B C><1<0>2=
02 1 Y7C<0’ T=<>C@ * P7C< * J>0@=,!&&#,),($):,## .
,#$/
[$] E’>=<1 .O1C<[27Q Y,9>A7’\ U O,]0@@ U : !" #$ % :2QR(7 1’<0F0<07=
(0’C>A01@ ’>((L200@=[+]* Z0>@ *
P7C< * J>0@=,!&&),)%(,):!#$.!!"/
["] O>2C71@ H O,Z7C3=( 8 6* J>0@ 72QR(1<0’ ;1’<>C= 7XBC7==023 02;@L72’7 >; @12D L=7,<0@@137 =R=<7( 12D <7X2 =>0@ A0>’I7(0’1@
^L1@00@ J’0 *,!&&&,%&:,#K.,!%/
[%] 鲍士旦 * 土壤农化分析[O]* 北京:中国农业出版社,!&&&/
Z1> J 8* E21@R=0= >2 =>0@ 13C0’L@E3C0’L@[K] 严昶升 * 土壤肥力研究法[O]* 北京:科学出版社,#K%%/
412 H J* J>0@ ;7C<0@0D[O]* Z70_023:J’0?
72’7 VC7==,#K%%/
[#&] 赵兰坡,姜岩 * 土壤磷酸酶活性测定方法探讨[+]* 土壤通报,
#K%$,#"()):#)%.#,#/
9I1> 5 V,+0123 4* 80=’L==0>2 >2 (71=LC7(72<= >; =>0@ BI>=BI1<7=
[+]* HI02* +* J>0@ J’0 *,#K%$,#"()):#)%.#,#/
[##] 关松荫 * 土壤酶及其研究法[O]* 北京:农业出版社,#K%$/
!",.)!%/
]L12 J 4* J>0@ 72QR(7 12D 0<= C7=71C’I (7D[O]* Z70_023:E3C0?
’L[#!] 高亚军,朱培立,黄东迈,等 * 稻麦轮作条件下长期不同土壤
管理对有机质和全氮的影响[+]* 土壤与环境,!&&&,K(#):!"
.)&/
]1> 4 +,9IL V 5,NL123 8 O !" #$ % 5>23?<7C( 0(B1’< >; D0;;7C72<
=>0@ (12137(72< >2 >C3120’ (1<<7C 12D <><1@ 20372 02 C0’7?A1=7D
’C>BB023 =R=<7([+]* J>0@ :2F0C>2* J’0 *,!&&&,K(#):!".)&/
[#)] W0’7 H 6,J(02 02 2>?<0@@7D 12D B@>G7D =>0@=
[+]* J>0@ J’0 * J>’* E( +*,#K%!,,$:##$%.##")/
[#,] 陈文新 * 土壤与环境微生物学[O]* 北京:北京农业大学出版
社,#KK&/ ),."%/
HI72 6 M* J>0@ 12D 72F0C>2(72<1@ (0’C>A0>@>3R[O]* Z70_023:Z70?
_023 E3C0’L@[#-] 高云超,蔡作新,朱文珊,等 * 秸秆覆盖免耕对土壤氮素转化
细菌区系的影响[+]* 生态科学,!&&),!!(!):#-&.#-!/
]1> 4 H,H10 9 M,9IL 6 J !" #$ % :;;7’< >; =?<0@@137
>2 ’>((L20(B>=0<0>2 >; =>0@ 20372 L= A1’<7C01[+]*
:’>@ * J’0 *,!&&),!!(!):#-&.#-!/
[#$] 邱莉萍,刘军,王益权,等 * 土壤酶活性与土壤肥力的关系研
究[+]* 植物营养与肥料学报,!&&,,#&()):!"".!%&/
‘0L 5 V,50L +,6123 4 ‘ !" #$ % W7=71C’I >2 C7@1<0>2=I0B A7=>0@ 72QR(7 1’<0F0<07= 12D =>0@ ;7C<0@0!&&,,#&()):!"".!%&/
[#"] W77F7= 8 6* UI7 C>@7 >; >C3120’ (1<<7C 02 (102<102023 =>0@ ^L1@0’>2<02L>L= ’C>BB023 =R=<7(=[+]* J>0@ U0@@ * W7=*,#KK",,):#)#.
#$"/
[#%] J0(= E 5* aCC031<7D ’>C2 R07@D 12D 20372 1’’L(L@1<0>2 C7=B>2=7 02
1 ’>(B1C0=>2 >; 2>?<0@@ 12D ’>2F72<0>21@ <0@@: <0@@137 12D =LC;1’7?
C7=0DL7 F1C01A@7=[+]* E3C>2* +*,#KK%,K&(,):$)&.$)"/
[#K] 刘世全,高丽丽,蒲玉琳,等 * 西藏土壤有机质和氮素状况及
其影响因素[+]* 水土保持学报,!&&,,#%($):-,.-"/
50L J ‘,]1> 5 5,VL 4 5 !" #$ % E21@R=0= >2 =<1; =>0@ >C3120’
(1<<7C 12D 2 2LC= 02 U0A7<[+]* + *
J>0@ 61<7C H>2=7CF*,!&&,,#%($):-,.-"/
[!&] 刘世全,高丽丽,蒲玉琳,等 * 西藏土壤磷素和钾素养分状况
及其影响因素[+]* 水土保持学报,!&&-,#K(#):"-."%/
50L J ‘,]1> 5 5,VL 4 5 !" #$ % J<1; =>0@ V 12D b 2LC= 02 U0A7<[+]* + * J>0@ 61<7C H>2=7CF*,!&&-,
#K(#):"-."%/
[!#] 袁可能 * 植物营养元素的土壤化学[O]* 北京:科学出版社,
#K%)/ #$$.!#K/
4L12 b S* V@12< 2L; =>0@ ’I7(0=#K&#-期 罗珠珠,等:保护性耕作对旱作农田耕层土壤肥力及酶活性的影响
!"#$%"$ &’$((,)*+,- )../0)*-
[00] 1#"2 3 &4 !5#6 $%789$ :";#<#;8 :( =#5>#<$’(#;8 9$:(?’$9$%;( :( #%;$@
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A’:LH#" :%> ;$V;?’:6 A’:>#$%;[C]4 J:%4 C4 !5#6 !"# 4,0WWW,+W:N)
/N*-
[0.] 李焕珍,张忠源,杨伟奇,等 4 玉米秸秆直接还田培肥效果的
研究[C]4 土壤通报,)**.,0N(P ):0),/0)P-
X# F Y,YH:%A Y Z,Z:%A D [ !" #$ % SH$ $GG$"; 5G ’#"$ (;’:T ’$;?%@
#%A ;5 (5#6 G$’;#6$[C]4 JH#%4 C4 !5#6 !"# 4,)**.,0N(P):0),/0)P-
[0N] 周瑞莲,张善金,徐长林,等 4 高寒山区火烧土壤对其养分含
量和酶活性影响及灰色关联分析[C]4 土壤学报,)**N,,M()):
+*/*.-
YH5? 3 X,YH:%A ! C,\? J X !" #$ % EGG$"$( 5G =?’’#%A ;?’G 5% %?;’#@
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’$6:;#5%(H#L :%:68(#([C]4 B";: &$>56 4 !#%4,)**N,,M()):+*/*.-
[0+] 周礼恺,张志明,曹承绵 4 土壤酶活性的总体在评价土壤肥力
水平中的作用[C]4 土壤学报,)*+,,0W(M):M),/M)N-
YH5? X O,YH:%A Y K,J:5 J K4 ]% ;H$ ’56$ 5G ;H$ ;5;:6#;8 5G (5#6
$%789$ :";#<#;#$( #% ;H$ $<:6?:;#5% 5G ;H$ 6$<$6 5G (5#6 G$’;#6#;8[C]4
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0*W) 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 )P卷