地膜覆盖和秸秆还田对玉米地与土壤氮素转化相关的土壤酶活性影响研究

摘要

为改善黄土高原旱作农业自然水热条件不利于作物生长且土壤肥力低下的状况，研究提出了全膜双垄沟播技术和秸秆还田两项措施来改善该地区土壤水热条件，增加土壤有机质含量，缓解作物产量低下，生长状况不佳的情况。氮素作为土壤肥力的重要组成部分，它在土壤中的转化，循环及利用效率对作物生长非常重要。有研究发现地膜覆盖和秸秆还田能促进土壤氮素矿化，提高氮素矿化速率，而土壤氮素矿化主要由土壤微生物分泌的土壤酶进行催化，目前对于影响氮素矿化速率快慢的直接原因鲜有研究。本实验致力于从与土壤氮素转化相关的几种重要的酶在玉米(Zea mays L).生长的几个重要时期的活性高低，为氮素周转过程做进一步的解释，来明确氮素周转的原因。本实验于2014-2015年在甘肃省兰州市榆中县进行了两年大田实验，对种植玉米的耕地设定了四个处理，分别为裸地(CK)，秸秆还田(S)，覆膜(M)，覆膜+秸秆还田(SM)，三组重复，随机区组。在玉米生长重要时期（苗期，拔节期，抽穗期，大喇叭口期和成熟期），对蛋白酶，脱氨酶，脱氢酶，脲酶活性进行动态测定，同时对影响酶活性的土壤温度，土壤含水量，微生物量碳、氮，pH值，有机碳，全氮进行了测定。主要得出以下结果：
　　1.地膜覆膜和秸秆还田均会提高土壤酶的活性。具体来说，玉米生长同一时期四种处理下，覆膜+秸秆还田处理下的土壤蛋白酶，脱氨酶，脱氢酶活性均为最高值，裸地处理下的土壤蛋白酶活性均为最低值，地膜覆盖与秸秆还田两个处理下的酶活性介于上述两处理之间；对于脲酶来说，秸秆还田处理下酶的活性要显著高于覆膜处理下的酶活性。另外，蛋白酶，脱氨酶，脱氢酶的活性在玉米生长大喇叭口期达到最大值，而脲酶活性的最大值出现在抽穗期。
　　2.蛋白酶，脱氢酶，脱氨酶三者的活性在玉米生长时期呈现出极显著正相关的关系。
　　3.地膜覆盖会明显增加地温，较不覆膜处理，温度提高了0.6-5℃。且伴随着气温上升，增温的幅度会下降。
　　4.整体来看，地膜覆盖和秸秆还田在玉米生长各个时期，均会提高土壤含水量，地膜覆盖和秸秆还田对土壤含水量提升分别是6％-45%，12%-29%。
　　5.地膜覆盖会降低土壤pH值，但秸秆还田对其影响不大。地膜覆盖会使土壤中有机碳含量和全氮含量有所下降，秸秆还田会增加土壤中的有机碳含量和全氮含量。秸秆还田处理下的微生物量碳含量显著高于覆膜处理下的微生物量碳含量，提高幅度在7.8%-124.5%之间；秸秆还田处理下的微生物量氮含量显著高于覆膜处理下的微生物量氮含量，提高幅度在7.9%-167.1%之间。
　　综上结论可得，地膜覆盖和秸秆还田可明显提高与土壤氮素转化相关的酶活性，这与其同时提高土壤温度，土壤含水量，土壤微生物量碳氮的作用有关；已有研究表明覆膜和秸秆还田能提高土壤氮素矿化速率，我们的研究发现酶活性的高低与土壤氮素矿化速率的快慢相对应，说明我们可以通过测定与土壤氮素转化相关的酶活性高低以及各种土壤酶的有效相关性，来直接反应土壤氮素的矿化速率的快慢，从土壤酶的角度说明氮素矿化速率快慢的具体原因是切实有效可行的。

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第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 全膜双垄沟播技术的应用与发展

1.3 秸秆还田技术的应用与发展

1.4 有关土壤氮素转化的酶

1.5 影响土壤酶活性的因素及研究意义

1.6 本论文研究目的

第二章 实验设计与实验方法

2.1 实验地区概况

2.2 实验设计

2.3 实验方法介绍

2.4 数据处理及分析

第三章 实验结果

3.1 土壤温度

3.2 土壤含水量

3.3 土壤pH值

3.4 土壤有机碳

3.5 土壤全氮

3.6 土壤微生物量碳和氮

3.7 土壤蛋白酶

3.8 土壤脱氨酶

3.9 土壤脱氢酶

3.10 土壤脲酶

3.11 玉米生育期地膜覆盖与秸秆还田作用下四种酶相关性

第四章 讨论

4.1 地膜覆盖对地温的影响

4.2 地膜覆盖和秸秆还田对土壤水分的影响

4.3 地膜覆盖和秸秆还田对土壤pH值的影响

4.4 地膜覆盖和秸秆还田对土壤有机碳，全氮的影响

4.5 地膜覆盖和秸秆还田对土壤微生物量碳和氮的影响

4.6 玉米生长同一时期不同处理下土壤酶活性变化原因

4.7 玉米生长不同时期同一处理下土壤酶活性变化原因

4.8 玉米生育期地膜覆盖与秸秆还田对四种土壤酶的互作及四种酶之间的相关性分析

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢