土壤是农业生产的物质基础，是植物生长发育的基质。我国耕地总面积居世界第3位，但人均耕地面积仅933m2，耕地资源的短缺制约着我国农业经济的发展。此外，我国耕地质量不高，中、低等耕地面积占70.51%，土壤有机质含量较低，生产力水平低下、甚至丧失。适宜的耕作方式能够充分合理地开发利用土地资源，促进土壤中各组分的相互协调，进而间接地提高土壤酶活性，为土壤中各种生理生化反应创造一个良好的环境条件，提高作物产量及品质。土壤酶来源于动植物及其残体和土壤微生物的分泌物，在土壤生态系统的物质循环和能量转化中起着至关重要的作用，土壤酶能够有效促进土壤中生物的代谢过程、提高其适应外部环境的能力、维持植物生长的条件[1-3]。土壤酶活性大小与土壤理化特性、微生物活性和肥力状况的相关性显著[4]，前人研究发现，不同耕作方式对土壤酶活性影响差异显著[5]，土壤酶活性随土层深度的加深而逐渐减小，且具有层次性[6]。关松荫等[7]通过研究不同厚度黑土层的酶活性发现，随着黑土层厚度变薄，土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性减弱。研究不同耕作方式对土壤酶活性的影响，对于提高土壤酶活性、探求最适宜作物生长发育的耕作方式[8]，并最终提高作物产量具有重要意义。

现阶段的研究多集中于探索不同耕作方式对土壤理化性质的影响，且试验地多位于秦岭-淮河以南地区，针对北方农牧交错区土壤酶活性动态变化的研究相对较少。关于土壤酶的研究多集中于裂合酶、水解酶、转移酶和氧化还原酶[9]，对碱性磷酸酶的研究较少，且多研究随作物生育期推进土壤酶活性的动态变化规律。伏星舟等[10]研究发现，免耕处理下土壤酶活性（除过氧化氢酶）要显著高于传统翻耕，且生育期不同耕作方式对脲酶活性的影响最大。叶雪松[11]的研究结果表明，在作物的整个生育期，不同耕作处理下，过氧化氢酶、脲酶活性在不同土层均表现为先上升后下降，峰值在孕穗期；碱性磷酸酶活性表现为先降低后增加再降低，且苗期酶活性最高，成熟期最低。目前，关于播前与收获后土壤酶活性对不同耕作方式响应的研究较少。本试验通过探索秸秆还田处理下不同耕作方式对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶以及脲酶活性的影响，提出提高土壤综合酶活性较为有效的耕作方式，旨在为北方农牧交错区合理耕作方式的选择与应用提供理论依据。

1、材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古自治区呼伦贝尔市牙克石市（47°39′～50°21′N，120°28′～122°29′E），平均海拔900～1300m，大部分地区属于寒温带大陆性季风气候，平均气温-4.4～0.4℃，昼夜温差大，年平均日照时数为2378～2720h，年平均降水量388.7～477.9mm。该地区初霜一般在9月初，常在冷空气过后清晨出现，终霜一般在6月初。主要种植作物为油菜、小麦、马铃薯。

1.2 供试材料

试验供试材料为青海省农林科学院春油菜研究开发中心选育的油菜品种—青杂5号。供试肥料为尿素（含N42.3%）、磷酸二氢钾（含P2O552.0%，K2O34.0%）。

1.3 试验设计

试验时间为2017年，共设5个耕作方式处理：免耕秸秆还田（NT）、旋耕秸秆还田（RT）、传统翻耕秸秆不还田（T）、传统翻耕秸秆还田（TS）、深松秸秆还田（DT）。其中，旋耕深度为8～10cm，深松深度为28～30cm，翻耕深度为18～22cm。分别于播前（2017年5月4日）和收获后（2017年9月16日）分层采集土样，同一深度各处理设置3个重复，共15个小区，小区面积为222m2，随机区组排列。各处理除耕作管理方式不同外，其他管理方式同大田。将采集到的新鲜土壤样本去除植物残体、根系和可见的土壤动物等，置于通风处自然阴干，然后过1mm筛。

1.4 测定指标及方法

土壤过氧化氢酶活性的测定：高锰酸钾滴定法[12]，土壤蔗糖酶活性的测定：3.5-二硝基水杨酸比色法[4]，土壤碱性磷酸酶活性的测定：对硝基酚磷酸钠比色法[13]，土壤脲酶活性的测定：靛酚蓝比色法[12]。

1.5 数据处理

试验数据处理采用Excel2010软件进行整理，再通过SPSS22.0统计分析软件进行差异显著性（P<0.05）分析。

2、结果与分析

2.1 不同耕作方式对土壤过氧化氢酶活性的影响

2.1.1 不同耕作方式播前土壤过氧化氢酶活性。由图1可知，不同耕作方式对不同土层过氧化氢酶活性的影响存在较大差异，总体上表现为0～20cm土层土壤酶活性高于20～60cm土层土壤。播前0～10cm土层，TS处理下的土壤过氧化氢酶活性最大，分别较NT、RT、T、DT处理高5.41%，2.35%，4.24%，0.44%；10～20cm土层，TS、T处理下土壤过氧化氢酶活性显著高于NT、RT处理（P<0.05），不同耕作方式对土壤过氧化氢酶活性影响的大小顺序为TS>T>DT>NT>RT；20～40cm土层，NT、T、TS及DT之间土壤过氧化氢酶活性无显著性差异（P>0.05），但均显著高于RT处理下的土壤过氧化氢酶活性（P<0.05）；40～60cm土层，过氧化氢酶活性大小关系表现为TS>NT>DT>T>RT，其中，TS处理下的土壤过氧化氢酶活性显著高于其他各处理（P<0.05），NT和DT处理间差异不显著（P>0.05），RT、T处理间的土壤过氧化氢酶活性差异达到显著水平（P<0.05），且与NT、DT处理差异显著（P<0.05）。

图1   耕作方式对播前土壤过氧化氢酶活性的影响

2.1.2 不同耕作方式收获后土壤过氧化氢酶活性。由图2可知，收获后0～10cm土层，RT、T和DT处理下的土壤过氧化氢酶活性差异不显著（P>0.05），但均显著高于NT和TS处理（P<0.05）；10～40cm土层，均表现为RT处理下的土壤过氧化氢酶活性最高，TS处理最低，其余处理间过氧化氢酶活性大小存在一定差异；40～60cm土层，各处理土壤过氧化氢酶活性差异均达到显著水平（P<0.05），其中，NT处理下的土壤过氧化氢酶活性最高，分别较RT、T、TS及DT处理高1.33%，0.65%，2.36%，1.88%。

图2   耕作方式对收获后土壤过氧化氢酶活性的影响

2.2 不同耕作方式对土壤蔗糖酶活性的影响

2.2.1 不同耕作方式播前土壤蔗糖酶活性。由图3可知，不同耕作方式对土壤蔗糖酶活性的影响总体呈现为随土层加深，土壤蔗糖酶活性降低的趋势，且0～20cm土层中变化不明显，20～60cm土层土壤蔗糖酶活性降幅明显增大，降低幅度最高可达到17.75mg/（g·24h）。播前0～10cm土层，TS处理下的土壤酶活性最低，分别较NT、RT、T以及DT处理低7.11%，7.26%，4.86%，7.25%；10～20cm土层，蔗糖酶活性大小顺序为T>TS>RT>NT>DT，但各处理间土壤酶活性均无显著性差异（P>0.05）；20～40cm土层，土壤蔗糖酶活性大小顺序为NT>T>TS>DT>RT，其中，NT、T、TS处理下的土壤蔗糖酶活性显著高于RT、DT处理（P<0.05），且NT、T、TS处理间和RT、DT处理间无显著差异（P>0.05）；40～60cm土层，T和DT处理间差异不显著（P>0.05），其余处理间均存在显著差异（P<0.05），其中，NT处理下的蔗糖酶活性最高，分别较RT、T、TS及DT处理高139.70%，28.69%，56.69%，32.72%。

图3   耕作方式对播前土壤蔗糖酶活性的影响

2.2.2 不同耕作方式收获后土壤蔗糖酶活性。由图4可知，收获后0～10cm土层，蔗糖酶活性大小顺序为NT>RT>T>DT>TS，其中，NT处理的土壤蔗糖酶活性显著高于TS和DT处理（P<0.05），其余各处理间蔗糖酶活性差异均不显著（P>0.05）；10～20cm土层，蔗糖酶活性大小顺序为NT>RT>T>DT>TS，其中，除NT和TS处理差异显著（P<0.05）外，其余处理间的土壤蔗糖酶活性均无显著差异（P>0.05）；20～40cm土层，TS处理下的土壤蔗糖酶活性最低，分别较NT、RT、T及DT处理低10.99%，11.13%，11.11%，3.03%；40～60cm土层，蔗糖酶活性大小顺序为NT>RT>TS>T>DT，其中，NT、RT和TS处理差异不显著（P>0.05），T和DT处理的蔗糖酶活性存在显著差异（P<0.05），且与NT、RT和TS处理间也存在显著差异（P<0.05）。

图4   耕作方式对收获后土壤蔗糖酶活性的影响

2.3 不同耕作方式对土壤碱性磷酸酶活性的影响

2.3.1 不同耕作方式播前土壤碱性磷酸酶活性。由图5可知，不同耕作方式下土壤碱性磷酸酶活性总体变化趋势存在一定差异。播前0～20cm土层，各处理间土壤碱性磷酸酶活性无显著差异（P>0.05）；20～40cm土层，不同耕作方式对土壤碱性磷酸酶活性影响的大小顺序为T>RT>TS>NT>DT，其中，DT处理与RT、T和TS处理差异显著（P<0.05），与NT处理差异不显著（P>0.05），NT、RT、T、TS各处理间差异均不显著（P>0.05）；40～60cm土层，TS处理下的土壤碱性磷酸酶活性最高，且显著高于RT和T处理（P<0.05），分别较NT、RT、T及DT高8.47%，379.90%，131.52%，20.47%。

图5   耕作方式对播前土壤碱性磷酸酶活性的影响

2.3.2 不同耕作方式收获后土壤碱性磷酸酶活性。由图6可知，收获后0～20cm土层各处理间碱性磷酸酶活性无显著差异（P>0.05）；20～40cm土层，碱性磷酸酶活性大小顺序为T>DT>TS>RT>NT，其中，T处理下的土壤碱性磷酸酶活性显著高于NT和RT处理（P<0.05），TS、DT处理下的碱性磷酸酶活性显著高于NT处理（P<0.05）；40～60cm土层，RT、T、TS及DT处理间土壤碱性磷酸酶活性无显著性差异（P>0.05），但均显著高于NT处理（P<0.05）。图6耕作方式对收获后土壤碱性磷酸酶活性的影响

2.4 不同耕作方式对土壤脲酶活性的影响

2.4.1 不同耕作方式播前土壤脲酶活性。由图7可知，不同耕作方式对不同土层脲酶活性的影响存在较大差异，在NT、RT和DT处理下土壤脲酶表现为表层土壤活性明显高于下层土壤，且随着土层的加深，土壤脲酶活性逐渐降低；而T和TS处理下的土壤脲酶活性呈现出先增大后减小的趋势。播前0～10cm土层，土壤脲酶活性的大小顺序为NT>DT>RT>T>TS，其中，NT和DT处理间土壤脲酶活性无显著差异（P>0.05），但均显著高于其余3种处理（P<0.05），且3种处理间土壤脲酶活性也达到显著水平（P<0.05）；10～20cm土层，NT处理下的土壤脲酶活性最高，分别比RT、T、TS、DT高25.56%，63.84%，500.62%，18.70%，其中，RT和DT处理间差异不显著（P>0.05），其余各处理间土壤脲酶活性差异显著（P<0.05）；20～40cm土层，NT处理下的土壤脲酶活性最高，其次依次为DT和RT处理，且二者间土壤脲酶活性差异不显著（P>0.05），但均显著高于T和TS处理（P<0.05），T和TS处理间土壤脲酶活性差异不显著（P>0.05），TS处理下土壤脲酶活性最低；40～60cm土层，土壤脲酶活性的大小顺序为NT>DT>RT>TS>T，其中，NT处理下的土壤脲酶活性显著高于其他各处理（P<0.05），DT、RT处理与T处理之间的土壤脲酶活性也存在显著差异（P<0.05）。图7耕作方式对播前土壤脲酶活性的影响

2.4.2 不同耕作方式收获后土壤脲酶活性。由图8可知，收获后0～10cm土层，RT处理下的土壤脲酶活性最高，分别较NT、T、TS、DT处理高7.69%，68.67%，48.13%，34.16%；10～20cm土层，土壤脲酶活性的大小顺序为TS>NT>RT>DT>T，其中，TS、NT和RT处理下的土壤脲酶活性显著高于T处理（P<0.05），TS和NT处理下的土壤脲酶活性显著高于DT处理（P<0.05），NT、RT、TS处理间无显著差异（P>0.05），RT和DT处理间无显著差异（P>0.05），T和DT处理间无显著差异（P>0.05）；20～40cm土层，不同耕作方式对土壤脲酶活性影响的大小顺序为RT>NT>T>DT>TS，其中，RT、NT及T处理下的土壤脲酶活性显著高于其余2种处理（P<0.05）；40～60cm土层，NT处理下的土壤脲酶活性最高，显著高于RT、T和TS处理（P<0.05），但与DT处理间差异不显著（P>0.05）。

图8   耕作方式对收获后土壤脲酶活性的影响

2.5 不同耕作方式对0～60cm土层播前和收获后

土壤酶活性的影响由图9可知，不同耕作方式下，土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性均表现为播前>收获后，相比于播种前，收获后NT、RT、T、TS和DT处理下土壤过氧化氢酶活性分别降低了7.49%，0.76%，5.74%，12.21%，9.20%；土壤蔗糖酶活性分别降低了25.78%，11.31%，26.14%，19.24%，27.67%。而土壤碱性磷酸酶活性则表现为播前<收获后，其中RT处理的土壤碱性磷酸酶活性变化幅度最大。土壤脲酶活性除T、TS处理表现为播前<收获后外，其余3种处理均表现为播前>收获后。

3、结论与讨论

本研究表明，不同耕作处理下土壤酶活性总体变化趋势上存在一定的差异，这可能是由于不同耕作方式改变了土壤的结构，使土壤通气状况和养分分布产生了差异，影响了土壤微生物的生长和繁殖，进而间接影响了土壤酶活性，导致了不同耕作方式间土壤酶活性的差异。土壤过氧化氢酶来自土壤中的细菌、真菌及植物根部分泌物，它在土壤的物质循环和能量转化过程中起重要作用[14-16]，能够消除H2O2对生物体的毒害作用[17]。本研究发现：进行传统翻耕秸秆还田（TS）处理的土壤在播种前各土层过氧化氢酶活性均表现为最高，但收获后各土层过氧化氢酶活性均低于其他处理，而收获后在0～60cm土层中旋耕秸秆还田（RT）处理下的土壤过氧化氢酶活性较高。王聪翔等[18]研究认为，免耕处理下土壤过氧化氢酶活性高于其他处理，这与本研究结果存在较大差异，分析其原因可能是牙克石地区气候干旱，土壤含水量较低，而旋耕处理在10cm内有效打碎土块，将地表秸秆粉碎，提高土壤孔隙度，有利于纳雨贮水，提高土壤含水量，促进土壤中养分的转化和植物根系的伸展，从而使土壤酶环境得到改善，使得过氧化氢酶活性提高。

图9   耕作方式对0～60cm土层播前和收获后土壤酶活性的影响

土壤蔗糖酶是具有一定催化能力的活性物质，参与土壤中有机碳的循环，蔗糖酶活性强弱表征土壤的熟化程度，它能够增加土壤中易溶性营养物质[4]。通常情况下，土壤肥力状况越好、土壤中有机质含量越高，蔗糖酶活性也越高[19]。本研究发现：免耕秸秆还田（NT）处理在收获后土壤蔗糖酶活性较高。产生这种差异的原因主要是，免耕处理能够减少对土壤耕层结构的改变，使得植物凋零物、动植物残体等在土壤表层大量积累，丰富土壤表层的有机质含量，供给微生物的生命活动充足的营养物质和所需能量，增加土壤微生物数量，进而影响土壤蔗糖酶活性。磷酸酶能够加快土壤中有机磷的脱磷速度，其活性大小是衡量土壤肥力的重要指标[20]，在土壤磷素循环中起着重要作用。本研究发现：在0～20cm土层，不同耕作方式对土壤碱性磷酸酶活性无明显作用效果；20～40cm土层中，收获后传统翻耕秸秆不还田（T）处理对于提高土壤碱性磷酸酶活性具有一定的效果，但是，不同耕作方式对土壤碱性磷酸酶活性产生的差异不大。脲酶是土壤中重要的水解酶类，能够促进尿素在土壤中的水解及作物对尿素氮的利用[20]，其活性的高低在一定程度上反映了土壤的供氮能力。保护性耕作能够显著提高土壤脲酶活性[21]。本研究发现：在0～60cm土层中免耕秸秆还田（NT）处理下的土壤脲酶活性水平高于其他处理，这与王聪翔等[18]的研究结果一致。

本研究认为：0～60cm土层平均土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性均表现为播前>收获后，而碱性磷酸酶活性表现为播前<收获后，且旋耕秸秆还田（RT）处理在提高土壤碱性磷酸酶活性方面效果最为显著，这与胡一[19]的研究结论一致。土壤脲酶活性除传统翻耕秸秆还田（TS）、传统翻耕秸秆不还田（T）处理表现为播前<收获后外，免耕秸秆还田（NT）、旋耕秸秆还田（RT）、深松秸秆还田（DT）处理均表现为播前>收获后。

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基金项目:内蒙古自治区科技重大专项(zdzx2018017,NK2016ZD1024);内蒙古自治区科技计划项目(201702105).