地面覆盖对避雨葡萄园土壤水分、温度及酶活性的影响
罗玲1, 钟奇2, 刘伟2,*, 潘宏兵3
1四川农业大学园艺学院,四川 成都 611130
2四川省农业科学院园艺研究所,四川 成都 610066
3四川省攀枝花市农林科学研究院,四川 攀枝花 617061
*通讯作者:刘伟,男,副研究员,主要从事果树栽培理论与技术研究。E-mail:lwei05@126.com

作者简介:罗玲,女,主要从事果树栽培理论与技术研究。E-mail:912778396@qq.com

摘要

为评价不同覆盖材料在避雨葡萄园中的覆盖效果,以夏黑葡萄为试材,以地表裸露为对照(CK),设置秸秆处理(SM)、透明地膜处理(WM)、反光膜处理(RM)、地布处理(CM)4种地表覆盖处理,通过田间试验,研究不同覆盖材料下避雨葡萄园中近地表空气温度和相对湿度、土壤温度和含水量及酶活性的季节变化特征。结果表明,3—10月,WM和RM葡萄园近地表平均气温分别增加0.15℃、0.52℃、平均空气湿度分别降低4.06、4.68个百分点,而CM和SM近地表平均气温分别降低0.29℃、1.02℃,平均空气湿度分别增加2.67、7.94个百分点。与CK相比,3—10月WM的5~25 cm土层平均地温增加1.38℃,5月WM的0~60 cm土层土壤含水量增加2.77个百分点;而3—9月SM、CM和RM的5~25 cm土层平均地温分别降低3.50℃、2.56℃、1.00℃,10月地温则分别提高0.34℃、0.46℃、0.11℃,5月SM、CM和RM的0~60 cm土层土壤含水量分别提高4.24、4.06和5.60个百分点。各处理土壤脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性均表现为夏季较高、春秋季较低,而SM过氧化氢酶活性夏季较高,其他处理的过氧化氢酶活性春季较高;3—9月土壤酶指数的平均值表现为SM>CM>WM>RM>CK,分别较CK提高81.26%、27.91%、25.74%和14.55%。过氧化氢酶可作为避雨葡萄园中土壤酶活性差异的指示指标。本研究为避雨葡萄园覆盖材料的选择提供理论依据和实践参考。

关键词: 地面覆盖; 葡萄园; 土壤温度; 土壤水分; 土壤酶
文章编号:1000-8551(2020)12-2839-11
Effects of Mulching on Soil Moisture, Temperature and Enzyme Activities in Rain-Sheltered Vineyard
LUO Ling1, ZHONG Qi2, LIU Wei2,*, PAN Hongbing3
1College of Horticulture, Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan 611130
2Horticulture Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu, Sichuan 610066
3Panzhihua Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Panzhihua, Sichuan 617061
Abstract

To compare the mulching effects of different materials in a rain-sheltered vineyard, with the Summer Black grape orchard as the test object, the straw mulching(SM), white plastic film mulching(WM), reflective plastic film mulching(RM) and ground cloth mulching (CM) were adopted in a field experiment with the bare ground as a control (CK). The seasonal variation characteristics of near-surface air temperature and air relative humidity, soil temperature, soil moisture and soil enzyme activities under different mulching treatments were determined. The results showed that, the average near-surface air temperature increased by 0.15℃, 0.52℃ and the air humidity decreased by 4.06% and 4.68%, respectively in WM treatment and RM treatment from March to October, while the average near-surface air temperature increased by 0.29℃, 1.02℃ and the air humidity decreased by 2.67% and 7.94% respectively in CM treatment and SM treatment from March to October. In WM treatment, the average soil temperature of 5~25 cm soil layers from March to October increased by 1.38℃, and the soil moisture of 0~60 cm soil layers increased by 2.77 percent in May compared with the control. In SM, CM and RM treatment, the average soil temperature from March to September decreased by 3.50℃, 2.56℃ and 1.00℃, respectively, and the soil temperature in October increased by 0.34℃, 0.46℃ and 0.11℃, respectively, and the soil moisture content of 0~60 cm soil layers in May increased by 4.24, 4.06 and 5.60 percent, respectively, compared with the control. The activities of urease, protease, invertase and acid phosphatase in soil of all treatments were higher in summer and lower in spring and autumn. The catalase activity of SM treatment was higher in summer, while that of other treatments was higher in spring. The average value of soil enzyme index from March to September was SM>CM>WM>RM>CK, which increased by 81.26%, 27.91%, 25.74% and 14.55%, respectively, compared with CK. Catalase could be used as an indicator for the soil enzyme activity difference in sheltered vineyard. The research provides theoretical and practical reference for the choice of mulching materials in rain-sheltered vineyard.

Keyword: mulching; grape orchard; soil temperature; soil moisture; soil enzyme

土壤酶是土壤中具有催化功能的活性物质, 直接或间接参与土壤养分循环[1], 其活性大小是表征土壤肥力大小的重要指标[2]。土壤脲酶可催化有机质分子中肽键的水解, 生成CO2和NH3, 其活性与土壤中全氮含量呈极显著正相关[3]; 土壤蛋白酶能水解各种蛋白质及肽类等化合物为氨基酸, 将有机氮化合物转变为植物可利用的形式[4]; 土壤蔗糖酶能把土壤中蔗糖分子分解成能够被植物和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖, 其活性反映了土壤有机碳的转化和呼吸强度[4]; 土壤磷酸酶可催化土壤有机磷水解矿化, 生成能被植物直接吸收利用的无机磷[5]; 土壤过氧化氢酶为氧化还原酶, 能将土壤中H2O2分解为分子氧和水, 从而解除H2O2对生物体产生的毒害作用, 且与土壤腐殖质形成速度密切相关[5]。土壤酶活性与土壤理化性质、地上部植物种类及施肥、耕作等土壤管理措施密切相关[6, 7]。温度和水分是影响土壤酶活性及植物生长的重要因素, 适宜的土壤温度和水分含量有利于促进植物根系的生长, 增加根系的养分吸收量。

避雨栽培通过覆盖顶膜减少果实与雨水的接触, 从而阻断了发病诱因[8], 可极大减少我国南方地区因夏季高温多雨引起葡萄病害严重的问题, 该项措施已广泛应用于我国南方鲜食葡萄生产中。农田地表覆盖是国内外一项重要的土壤管理技术, 相关领域学者普遍认为地表覆盖在改善土壤水热状况、活化土壤养分、调节微域生态环境、促进树体生长发育及提高产量等方面作用显著[9, 10]。将地表覆盖技术引入到避雨葡萄园中, 对实现经济、社会和生态效益具有重要意义。但目前关于农田地表覆盖技术的研究多在露天环境进行, 而对避雨大棚内不同地表覆盖材料对土壤酶活性及小气候变化影响的研究较少。因此, 本研究通过田间试验系统地研究了避雨葡萄园内秸秆、地布、透明地膜及反光膜覆盖下近地表空气温度和相对湿度、土壤温度、水分及酶活性的季节变化特征, 比较不同材料的覆盖效果, 以期为避雨葡萄园覆盖材料的选择提供理论和实践参考。

1 材料与方法
1.1 试验材料与试验区概况

试验于四川省成都市同安镇现代葡萄科技示范园(30° 61'N, 104° 32'E)进行, 平均气温16.5℃, 年平均日照1 032.9 h, 平均年降雨量895.6 mm。试验土壤为褐土, 覆盖前0~40 cm土层土壤含有机质23.30 g· kg-1, 硝态N 19.43 mg· kg-1, 速效P 23.56 mg· kg-1, 速效K 118.77 mg· kg-1, pH值6.75, 土壤容重1.65 g· cm-3。 供试葡萄品种为夏黑(Summer black), 树龄4 a, 南北行向栽植, 株行距3 m× 6 m, H型架。供试避雨大棚为覆盖天膜, 四面不覆膜, 葡萄园采用滴灌实行水肥一体化。表1为试验区2019年3— 10月各月平均气温及降水量数据。

表1 试验区2019年3— 10月各月平均气温及降水量 Table 1 Monthly mean air temperature and precipitation in the test area from March to October 2019
1.2 试验设计

试验设置秸秆覆盖(SM)、地布覆盖(CM)、透明地膜覆盖(WM)、反光膜覆盖(RM)处理, 并以地表裸露作为对照(CK)。每行20株葡萄树为一个试验小区, 重复3次, 完全随机排列。秸秆覆盖为水稻秸秆, 秸秆切成5~10 cm碎段覆盖于葡萄行间, 厚度为15 cm, 大约900 kg· 667 m-2; 地布覆盖选用90 g· m-2的聚丙烯黑色地布; 透明地膜和反光膜覆盖均选用厚度为1.2丝(0.012 mm)的聚乙烯地膜, 其中反光膜为银黑双色地膜, 覆盖时间为2017年11月至2018年10月。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤水分和温度及地上小气候 水分测定:于5月中旬果实膨大期取土, 每个小区在葡萄根系主要分布区-离主干40 cm处按S形布设5个点, 铲除表土(厚度约1 cm), 用土钻采集0~60 cm土层土壤样品, 5 cm一层, 共12层, 烘干法测定。

地温测定:温度计安置在小区中心点, 沿行向在同一水平线上由北向南依次插入5支直插式曲管温度计(精度0.5℃), 间距5 cm, 分别测定地表下5、10、15、20、25 cm土层温度。在3— 10月每月的5、10、15、20、25、30日测定, 共6 d, 测定时间为8:00-18:00(因试验条件限制, 以白天温度代替日均温), 每2 h测定一次, 每天测定6次。各土层的日均温以每天6次测量温度的均值计, 各土层的月均温以每月6 d的日均温的均值计, 并以各土层3— 10月月均温最大值与最小值之差为各土层生长期地温变幅; 各土层地温日变幅为一天中的最大值与最小值之差, 各月以6 d的均值计算。

地上小气候测定:在小区中心悬挂TH702干湿温度计(欧达时公司, 广东), 距离地面50 cm, 测定时间同地温。以每日6次的均值代表当日的气温和相对湿度, 各月以6 d的均值比较。

1.3.2 土壤酶活性 于葡萄主要生育期(萌芽至落叶前1个月)3— 9月每月中旬采集土样, 每个小区在葡萄根系主要分布区-离主干40 cm土层处按S形布设5个点, 采集0~40 cm土壤样品, 过2 mm筛后放于-20℃冰箱内保存, 用于测定土壤酶活性, 每份土壤样品在测定时设3次重复。

土壤酶活性的测定参照关松荫[11]的方法。蔗糖酶活性采用3, 5-二硝基水杨酸比色法测定; 酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定; 过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定容量法测定; 脲酶活性采用苯酚钠比色法测定; 蛋白酶活性采用茚三酮比色法测定。

采用加权和法计算土壤酶指数[12], 具体方法如下:土壤酶综合评价可分为3个步骤:因子的选择、权重的确定以及综合指标的获得。由于土壤酶活性的变化具有连续性, 故各评价指标采用连续性质的隶属度函数, 并根据主成分因子负荷量值的正负性来确定隶属度函数分布的升降。主成分因子负荷量值为正值, 采用升型分布函数, 反之则采用降型分布函数。根据结果, 土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶均采用升型分布函数。

土壤酶指数计算公式为:

SEI=i=1nwi×SEIχi(1)

式中, SEI为土壤酶指数, SEI(χ i)表示土壤酶隶属度值, wi表示土壤酶(i)的权重。

升型分布函数的计算公式为:

SEIχi=χij-χimin/χimax-χimin(2)

式中, χ ij表示土壤酶活性值, χ imaxχ imin分别表示土壤酶(i)活性的最大值和最小值。

由于土壤性质各因子的状况和重要性不同, 所以通常采用权重系数来表征各因子的重要程度。权重系数的确定有多种方法, 本研究利用主成分分析因子负荷量以及方差贡献率大小来计算各因子作用的大小, 确定其权重(Wi)。计算公下式如下:

Wi=Ci/C(3)

式中, Ci为公因子方差, C为公因子方差之和。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2010对数据进行初步处理和作图, 采用SPSS 19.0 软件进行方差分析、主成分分析, 其中方差分析选用Duncan多重比较确定数据间的差异, 显著水平为α =0.05。

2 结果与分析
2.1 土壤温度

2.1.1 3— 10月地温的动态趋势 由图1可知, 不同覆盖处理各深度地温3— 10月动态趋势总体相似, 3— 6月地温逐渐升高, 7月降雨较多导致地温下降, 至8月又有所回升, 9— 10月逐渐降低。CK、CM和WM的5个土层深度地温峰值均出现在6月(除25 cm地温峰值出现在8月外), RM和SM的峰值在8月。3— 9月各土层深度地温均表现为WM> CK> CM> RM> SM, WM的5~15 cm土层地温总体高于CK(P< 0.05); CM的5 cm土层地温总体低于CK(P< 0.05); RM和SM的5~25cm土层地温总体低于CK(P< 0.05)。10月各土层深度地温均表现为WM> CM> RM> SM> CK(除25 cm土层地温为SM> RM), 其中仅WM的5~15 cm土层地温显著高于CK(P< 0.05)。

图1 不同覆盖处理避雨葡萄园葡萄生长期5~25 cm各土层深度土壤日均温动态变化Fig.1 Dynamic changes of daily average temperature of different layers of 5 to 25 cm soil of sheltered vineyard under different mulching models during grape growth season

随着土层深度增加, 各处理之间的地温差异逐渐减小。在不同月份, 各处理之间的地温差异不同, 3— 6月差异逐渐增大, 随后逐渐减小, 其原因可能是6月以后葡萄枝叶繁密, 郁闭, 棚内透光度差, 使地面接受太阳辐射减少, 而9— 10月大幅降温, 导致各覆盖处理之间的地温差异不断降低。

各处理5~25 cm土层地温在葡萄生长期3— 10月变幅大小均为WM> CK> CM> RM> SM。3— 9月每月不同土层之间地温温差均表现为WM> CM> CK> RM> SM, 10月表现为CK> WM> CM> RM> SM。表明WM、CM可加剧3— 9月的地温时间和空间上的变化, 降低10月5~25 cm土层的地温; SM和RM可平缓3— 10月地温时间和空间上的变化, 其中SM土壤温度最稳定。

2.1.2 5~25 cm土层地温日变幅动态 由表2可知, 3— 10月各处理地温日变幅(8:00— 18:00)均随土层深度增加逐渐降低; 3— 7月各处理土层地温日变幅又随时间进程呈降低的趋势(除3— 6月份25 cm地温日变幅无明显变化规律); 而8— 10月有所升高。3— 9月, 各处理每月各土层地温日变幅大小总体为WM> CM> CK> RM> SM, 10月分总体表现为CK> WM> CM> RM> SM。

表2 不同覆盖处理避雨葡萄园葡萄生长期5~25 cm各土层深度地温日变幅动态 Table 2 Dynamic changes of temperature daily amplitudes of different layers of 5 to 25 cm soil of sheltered vineyard under different mulching models during grape growth season
2.2 土壤水分

图2为5月中旬土壤含水量的垂直变化趋势。结果表明, 不同覆盖处理的土壤水分垂直变化趋势不同。就0~10 cm表层土壤而言, 各处理土壤含水量大小顺序依次为WM> CM> RM> SM> CK, 前4个处理分别较CK显著增加7.35、5.43、4.08和2.06个百分点(P< 0.05)。各处理0~60 cm土层土壤含水量的平均值表现为RM> SM> CM> WM> CK, 前4个处理分别较CK显著增加5.60、4.24、4.06和2.77个百分点(P< 0.05)。

图2 不同覆盖处理避雨葡萄园0~60 cm各土壤深度水分含量Fig.2 Soil moisture of different layers of 0 to 60 cm soil of sheltered vineyard under different mulching treatments

2.3 近地表气温及空气相对湿度

由图3可知, 各覆盖处理近地表50 cm处气温均表现为3— 6月逐渐升高, 7月略降低后8月回升, 9— 10月大幅降低; 而近地表空气相对湿度变化规律则与气温相反。可能是由于试验期间, 7月降雨较多, 故7月气温降低, 空气相对湿度增大。除9月CK气温低于CM外, 3— 10月各处理近地表气温基本表现为RM> WM> CK> CM> SM, 相差0.01~2.07℃。3— 10月各处理近地表空气相对湿度大小依次均为SM> CM> CK> RM、WM, 其中SM在5、6、8月近地表空气相对湿度显著高于其余处理(P< 0.05), CM在5— 6月空气相对湿度显著高于CK、RM和WM(P< 0.05)。

图3 不同覆盖处理避雨葡萄园葡萄生长期近地表气温及相对湿度动态Fig.3 Dynamic changes of near-surface temperature and relative humidity under different mulching treatments during grape growth season

2.4 土壤酶活性

2.4.1 各处理3— 9月土壤酶活性的动态趋势 由图4可知, 除过氧化氢酶外, 3— 9月不同覆盖处理同一种土壤酶活性动态变化趋势基本一致。3— 9月脲酶和蛋白酶活性变化趋势基本相同, 即3— 5月逐渐降低, 6— 7月升高, 8— 9月降低; 蔗糖酶和酸性磷酸酶活性月动态变化趋势基本一致, 均呈双峰曲线, 即5月出现一个较低的峰值, 8月达到最高峰。不同处理的过氧化氢酶活性趋势不同, SM的过氧化氢酶活性在3— 5月逐渐降低, 6— 8月呈上升趋势, 随后下降, 其余处理过氧化氢酶活性则在3— 6月逐渐降低, 之后趋于稳定。

图4 不同覆盖处理避雨葡萄园葡萄生长期土壤酶活性动态变化Fig.4 Chang rules of soil enzyme activities of sheltered vineyard under different mulchingmaterias during grape growth season

3— 4月各处理5种土壤酶活性大小顺序均表现为:WM> SM> CK> RM> CM(除蔗糖酶和过氧化氢酶为CM> RM); 6— 8月各处理各土壤酶活性大小顺序总体为SM> CM> RM> WM、CK(WM和CK的土壤酶活性差异不大); 9月SM的5种土壤酶活性均最高, 其次是WM。

2.4.2 各处理土壤平均酶活性 表3为各土壤酶活性3— 9月的平均值, SM的5个土壤酶活性均显著高于其他处理。SM和CM的蔗糖酶活性分别较CK显著提高22.22%、11.11%(P< 0.05); SM、CM、WM和RM的酸性磷酸酶活性分别较CK显著提高38.25%、16.59%、14.75%和13.825(P< 0.05); SM和WM的过氧化氢酶活性分别较CK显著提高35.67%、11.11%(P< 0.05); SM的脲酶活性较CK显著提高27.93%(P< 0.05); SM、CM、WM的蛋白酶活性分别较CK显著增加37.50%、21.97%、19.70%(P< 0.05)。

表3 不同覆盖处理土壤酶活性 Table 3 The soil enzyme activities under different covering materials

2.4.3 土壤酶指数 图5为3— 9月各处理土壤酶指数的动态变化趋势, 3— 6月期间, SM、CM和RM的土壤酶指数逐渐升高, 而CK和WM的土壤酶指数则呈降低趋势; 随后各处理土壤酶指数趋势一致, 均呈先升高后降低的趋势。春秋季(3、4、9月)WM和SM的土壤酶指数显著高于CK(P< 0.05); 而春季RM和CM土壤酶指数显著低于CK(P< 0.05), 秋季(9月)RM、CM和CK土壤酶指数差异较小, 夏季(6— 8月)SM、CM和RM土壤酶活性显著高于WM和CK(P< 0.05), WM和CK间差异不显著(P> 0.05)。

图5 不同覆盖处理避雨葡萄园葡萄生长期土壤酶指数动态变化Fig.5 Dynamic changes of soil enzyme index of sheltered vineyard under different mulching treatments during grape growth season

图6为3— 9月土壤酶指数的平均值, 就葡萄整个生育期而言, 土壤酶指数表现为SM> CM> WM> RM> CK, 前4个处理分别较CK增加81.26%、27.91%、25.75%、14.55%, 其中SM、CM和WM的土壤酶指数显著高于CK(P< 0.05)

图6 不同覆盖处理的土壤酶指数季节变化均值
注:不同小写字母表示处理间差异显著(P< 0.05)
Fig.6 Seasonal mean of soil enzyme index of different mulching treatments
Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.

2.4.4 土壤酶活性季节变异系数 图7为不同覆盖处理各土壤酶活性在3— 9月的季节变异系数, 不同覆盖处理脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性变异系数大小不一, 但均显著高于蔗糖酶和过氧化氢酶。除WM的过氧化氢和蔗糖酶酶活性变异系数差异不显著外, 其他处理的过氧化氢酶活性变异系数均显著低于蔗糖酶; 而WM的土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶及酸性磷酸酶活性变异系数均低于其他处理, 但其过氧化氢酶活性变异系数较高。

图7 不同覆盖处理的土壤酶活性季节变异系数
注:不同小字字母表示同一处理不同酶之间的差异显著(P< 0.05)
Fig.7 Seasonal variation coefficient of soil enzyme activities of different mulching treatments
Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different enzyme in the same treatment.

3 讨论
3.1 覆盖材料与土壤理化性状及地上小气候

本研究中, 在葡萄生长期, 透明地膜处理(WM)的地温均高于CK; 而地布处理(CM)、秸秆处理(SM)和反光膜处理(RM)在3— 9月的地温均低于CK, 10月的则高于CK, 且均表现为地布处理> 反光膜处理> 秸秆处理。前人研究也表明, 透明地膜处理能有效提高土壤耕层温度, 地布处理和秸秆处理对土壤温度具有双重调节效应, 防止地温过高或过低[13, 14, 15]。另外, 本研究结果表明秸秆处理和反光膜处理均可以起到稳定地温, 减缓时间和空间上土壤温度变化的作用, 其中秸秆处理效果最明显, 而透明地膜和地布处理在高温时将加剧地温变化, 低温时则能稳定地温。透明地膜处理、反光膜处理、秸秆处理和地布处理覆盖具有较好的土壤水分保持功能, 与前人研究结果一致[16], 其中反光膜处理的平均土壤水分含量最高, 而透明地膜处理表层土壤水分含量较高, 而深层土壤含水量较低, 这可能是因为透明地膜处理土壤地表温度较高, 使深层土壤的水分上升到地表形成水汽, 夜间温度降低水汽则凝结滴落在地表[17], 导致地布处理0~10 cm表层土壤水分含量高于其他处理, 但较高的地温也导致树面水分蒸发量提高, 土壤耗水量增加[9]。与CK相比, 反光膜处理和透明地膜处理提高了葡萄园近地表气温、降低了空气相对湿度, 而地布处理和秸秆处理则降低了葡萄园近地表气温、增加了空气相对湿度, 这可能是由地膜的不透气性导致的, 另外反光膜对光线的反射也能增加棚内温度; 而由于秸秆和地布的隔断作用, 使地面有效辐射减少导致近地表气温降低、空气相对湿度增加[18], 4种地表覆盖模式均可避免棚内出现高温高湿现象, 有利于降低葡萄发病率。

3.2 覆盖材料与土壤酶活性

3.2.1 不同覆盖材料对土壤酶活性季节变化规律的影响 前人关于季节对各种土壤酶的影响研究结果不一[19, 20, 21, 22, 23]。本研究中, 各处理土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、酸性磷酸酶活性及土壤酶指数均呈现基本一致的季节变化规律, 表明各覆盖处理对脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、酸性磷酸酶活性季节变化规律无显著影响。CK和地布处理、透明地膜处理、反光膜处理土壤过氧化氢酶活性3月最高, 并逐渐降低, 6— 9月趋于稳定, 而秸秆处理过氧化氢酶活性在3— 5月逐渐降低, 后逐渐升高, 9月再次降低, 这可能是因为过氧化氢酶属于氧化还原酶类, 参与土壤腐殖质的形成[21], 试验前一年晚秋施入的有机物没有完全分解, 早春气温回升, 土壤中过氧化氢酶活性提高, 促进有机物分解形成腐殖质, 随后地布处理、透明地膜处理、反光膜处理和CK随着土壤中有机物的分解减少, 过氧化氢酶活性逐渐降低并趋于稳定, 而随气温升高秸秆处理的土壤微生物数量及活性提高, 秸秆被微生物分解进入土壤, 促进过氧化氢酶活性逐渐升高, 9月随着气温降低过氧化氢酶活性再次降低, 但朱海强等[24]研究发现艾比湖湿地怪柳群萌芽期土壤过氧化氢酶活性高于生长旺盛期, 而芦苇群萌芽期土壤过氧化氢酶活性却低于生长旺盛期, 另外赵德英[4]研究发现秸秆和地膜覆盖处理4— 5月土壤过氧化氢酶活性逐渐降低, 但6— 8月活性却逐渐升高, 这可能是由土壤理化性质和植物类型差异造成的, 不同作物或同一作物在不同生育期阶段, 其根系分泌物的数量和种类不同[25], 根系系分泌物中含有大量土壤微生物和土壤酶类活动所需的各种养分以及某些促进微生物产生更多土壤酶的信号物质, 进而改变土壤酶活性[26, 27, 28]

3.2.2 不同覆盖材料对土壤酶活性大小的影响 土壤酶指数可反映各土壤酶因子的综合作用, 即土壤酶综合活性[29]。本研究中透明地膜处理有利于提高春、秋季(3— 4月和9月)土壤酶综合活性, 而夏季(6— 8月)土壤酶综合活性与CK基本相同, 地布处理和反光膜处理夏季土壤酶活性高于CK, 春季低于CK, 秋季与CK基本相同, 而秸秆处理有利于提高春、夏、秋三季土壤酶综合活性, 其原因可能是透明地膜处理在冬春秋三季能显著提高耕层的土壤温度, 但夏季会导致土壤温度过高, 不利于土壤酶活动, 地布处理和反光膜处理在夏季可防止地温过高从而提高土壤酶活性, 但春秋两季, 土壤温度回升慢, 不利于土壤酶活动; 秸秆处理可缓解夏季土壤高温, 减少土壤水分蒸发, 且秸秆覆盖透气性优于地膜覆盖, 并能增加土壤有机质含量[30, 31], 从而为植物生长提高稳定的水肥气热条件, 故秸秆覆盖可提高春、夏、秋三季土壤酶综合活性, 且本研究中秸秆处理的土壤酶指数3— 9月的平均值显著高于其他处理。大量研究也表明秸秆和地膜覆盖均可提高土壤酶活性, 而秸秆覆盖效果较佳[32, 33]

3.2.3 土壤酶活性季节变异系数 酶活性变异系数可以表示酶对环境介质变化的敏感程度, 朱海强等[24]对艾比湿湖土壤酶活性研究结果表明其变异系数大小为过氧化氢酶> 磷酸酶> 脲酶, 而罗来超等[34]却发现河南小麦田土壤酶活性变异系数大小为脲酶> 脱氢酶> 蛋白酶> 蔗糖酶> 过氧化氢酶, 不同的结果可能与土壤类型、地上部作物及栽培管理技术有关。而本研究结果表明土壤脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶在葡萄不同生长季节活性差异较大, 即对因葡萄物候期不同引起生存环境的变化较敏感, 而过氧化氢酶活性变异系数较小则相对较稳定。因此, 过氧化氢酶可作为避雨栽培葡萄园中各处理土壤酶活性差异的指示指标。综合来看, 秸秆处理的过氧化氢酶活性显著高于其他处理, 地布处理和透明地膜处理二者间无显著差异但显著高于CK, 而反光膜处理与CK无显著差异, 这与各处理间土壤酶指数差异表现基本一致。

4 结论

综合4种地表覆盖材料对避雨葡萄园微环境及土壤酶活性的影响来看, 秸秆处理是避雨葡萄园较为适宜的土壤管理方式。秸秆处理具有明显的保水作用以及夏季降低地温的作用, 可促进大棚内葡萄高温季节的生长, 且其土壤温度变幅最小, 可为葡萄根系创造一个稳定的生长环境; 另外秸秆处理具有较高的土壤酶活性可加快土壤养分循环为植物提供充足的营养物质, 同时秸秆也可补充土壤有机质。但秸秆处理不利于春季土壤回温, 所以春季可选择铺设透明地膜提高土壤温度, 促进葡萄根系生长并提早萌芽, 而夏季和秋季覆盖秸秆可为葡萄根系提供水热平衡、高肥力的土壤环境。

参考文献
[1] Petersen D G, Blazewicz S J, Firestone M, Herman D J, Turetsky M, Waldrop M. Abundance of microbial genes associated with nitrogen cycling as indices of biogeochemical process rates across a vegetation gradient in Alaska[J]. Environmental Microbiology, 2012, 14(4): 993-1008 [本文引用:1]
[2] 杨文权, 卢彪儒, 程宇阳, 魏倩倩, 寇建村. 白三叶降解对陕西地区苹果园土壤酶活性的影响[J]. 草业科学, 2019, 36(2): 295-303 [本文引用:1]
[3] 王理德, 王方琳, 郭春秀, 韩福贵, 魏林源, 李发明. 土壤酶学硏究进展[J]. 土壤, 2016, 48(1): 12-21 [本文引用:1]
[4] 赵德英. 梨园树盘覆盖的土壤生态效应及树体生理响应研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2013: 8-68 [本文引用:3]
[5] 张友杰, 刘国顺, 叶协锋, 李琰, 琰何川, 李伟, 孟颖梅, 袁冰丽. 烤烟不同生育期土壤酶及微生物活性的变化[J]. 土壤, 2010, 42(1): 39-44 [本文引用:2]
[6] Badiane N N Y, Chotte J L, Pate E, Pate E, Masse D, Rouland C. Use of soil enzyme activities to monitor soil quality in natural and improved fallows in semi-arid tropical regions[J]. Applied Soil Ecology, 2001, 18(3): 229-238 [本文引用:1]
[7] 林海雁, 黄倩霞, 邵紫依, 罗丽君, 沈旎, 金晨钟, 莫亿伟, 罗文. 养殖虎纹蛙稻田土壤酶活性及主要养分含量特征[J]. 核农学报, 2018, 32(4): 802-808 [本文引用:1]
[8] 田野, 陈冠铭, 李家芬, 向雄鹰, 刘扬, 李宏杨. 世界葡萄产业发展现状[J]. 热带农业科学, 2018, 38(6): 96-101 [本文引用:1]
[9] 潘雅文, 樊军, 郝明德, 陈旭. 黄土塬区长期不同耕作、覆盖措施对表层土壤理化性状和玉米产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(6): 1558-1567 [本文引用:2]
[10] 尹晓宁, 刘兴禄, 董铁, 牛军强, 孙文泰, 马明. 苹果园不同覆盖材料对土壤与近地微域环境及树体生长发育的影响[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(1): 83-95 [本文引用:1]
[11] 关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 农业出版社, 1986 [本文引用:1]
[12] 夏栋. 向家坝水电站工程扰动区不同恢复方法土壤pH值、养分及酶活性分析[D]. 重庆: 三峡大学, 2011: 47-48 [本文引用:1]
[13] 李仙岳, 郭宇, 丁宗江, 冷旭, 田彤, 胡琦. 不同地膜覆盖对不同时间尺度地温与玉米产量的影响[J]. 农业机械学报, 2018, 49(9): 247-256 [本文引用:1]
[14] 董海强, 李丙智, 王金锋, 王俊峰, 刘富庭, 李雪薇. 不同覆盖方式对苹果树体生长及土壤理化特性的影响[J]. 西北农业学报, 2015, 24(8): 101-109 [本文引用:1]
[15] 胥生荣, 张恩和, 马瑞丽, 王琦, 刘青林, 王鹤龄. 不同覆盖措施对枸杞根系生长和土壤环境的影响[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(12): 1802-1810 [本文引用:1]
[16] 韩浏, 陈玉章, 李瑞, 柴雨葳, 常磊, 柴守玺, 程宏波. 秸秆带状覆盖下旱地冬小麦生长和土壤水分动态差异[J]. 核农学报, 2018, 32(9): 1831-1838 [本文引用:1]
[17] 皮小敏, 孙本华, 崔全红, 郭芸, 高明霞, 冯浩. 不同覆盖措施对塿土碳氮及水分的影响[J]. 干旱区研究, 2017, 34(4): 806-814 [本文引用:1]
[18] 田丽青, 王风芹, 付晨青, 宋安东, 张劲松, 高俊, 桑玉强. 太行山南段刺槐林地土壤酶活性季节变化特征[J]. 河南农业大学学报, 2015, 49(5): 634-640 [本文引用:1]
[19] 南丽丽, 郭全恩, 曹诗瑜, 钱美宇. 疏勒河流域不同植被类型土壤酶活性动态变化[J]. 干旱地区农业研究, 2014, 32(1): 134-139 [本文引用:1]
[20] Holmes W E, Zak D R. Microbial biomass dynamics and net nitrogen mineralization in northern hardwood forests[J]. Soil Science Society of America Journal, 1994, 58(1): 238-243 [本文引用:1]
[21] 高海宁, 张勇, 秦嘉海, 王怡江. 祁连山黑河上游不同退化草地有机碳和酶活性分布特征[J]. 草地学报, 2014, 22(2): 283-290 [本文引用:2]
[22] 范艳春, 王鹏程, 肖文发, 曾立雄, 黄志霖, 雷静品. 三峡库区2类典型森林5种土壤酶季节动态及其与养分的关系[J]. 华中农业大学学报, 2014, 33(4): 39-44 [本文引用:1]
[23] 孙鹏跃, 徐福利, 王渭玲, 王玲玲, 牛瑞龙, 高星, 白小芳. 华北落叶松人工林地土壤养分与土壤酶的季节变化及关系[J]. 浙江农林大学学报, 2016, 33(6): 944-952 [本文引用:1]
[24] 朱海强, 李艳红, 李发东. 艾比湖湿地典型植物群落土壤酶活性季节变化特征[J]. 应用生态学报, 2017, 28(4): 1145-1154 [本文引用:2]
[25] Wichern F, Mayer J, Joergensen R G, Müller T. Release of C and N from roots of peas and oats and their availability to soil microorganisms[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2007, 39(11): 2829-2839 [本文引用:1]
[26] 孙家骏, 付青霞, 谷洁, 王小娟, 高华. 生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响[J]. 应用生态学报, 2016, 27(3): 829-837 [本文引用:1]
[27] Allison S D, Jastrow J D. Activities of extracellular enzymes in physically isolated fractions of restored grassland soils[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2006, 38(11): 3245-3256 [本文引用:1]
[28] GarciA-Gil J C, Plaza C, Soler-Rovira P, Polo A. Long-term effects of municipal solid waste compost application on soil enzyme activities and microbial biomass[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2000, 32(13): 1907-1913 [本文引用:1]
[29] 陈心想, 耿增超, 王森, 赵宏飞. 施用生物炭后塿土土壤微生物及酶活性变化特征[J]. 农业环境科学学报, 2014, 33(4): 751-758 [本文引用:1]
[30] 孙萌, 刘洋, 李寒, 李保国, 齐国辉, 张雪梅. 有机物覆盖对核桃园土壤有机碳库及酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 270-278 [本文引用:1]
[31] 赵睿宇. 地表覆盖对毛竹林土壤有机碳及酶活性的影响[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2017: 47-48 [本文引用:1]
[32] 徐锴, 赵德英, 袁继存, 张少瑜, 侯桂学. 地膜和秸秆覆盖对梨园土壤酶活性的影响[J]. 中国南方果树, 2014, 43(6): 94-96 [本文引用:1]
[33] 郭子武, 俞文仙, 陈双林, 李迎春, 杨清平. 林地覆盖对雷竹林土壤微生物特征及其与土壤养分制约性关系的影响[J]. 生态学报, 2013, 33(18): 5623-5630 [本文引用:1]
[34] 罗来超, 吕静霞, 魏鑫, 苗艳芳, 李娜, 李生秀, 都开彬. 氮肥形态对小麦不同生育期土壤酶活性的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2013, 31(6): 99-102 [本文引用:1]