花生是我国重要的油料作物和经济作物之一^[1]。随着农业生产的规模化和集约化，单一作物复种指数越来越高，导致农田土壤养分失衡、土壤质量下降、生态环境恶化、病虫害增加、作物减产、品质下降等一系列连作障碍^[2]。连作障碍已经成为我国花生种植中面临的最严重问题之一^[3]。

秸秆是农业生产中的一种副产品，营养元素十分丰富，不仅含有作物生长所需的氮、磷、钾和有机碳养分，还可提供微量元素和氨基酸等营养成分，是一种天然的土壤改良剂，可以改良土壤理化性质，蓄水培肥，缓解水土流失，有效提高土壤肥力水平和改善土壤质量，在农田生态系统中具有重要的地位^[4-5]。

土壤微生物生物量和酶活性高低可以代表土壤中物质代谢的活跃程度及养分循环状况，在一定程度上反映土壤营养状况，是衡量土壤质量水平的重要指标^[6-7]。土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）是固定在土壤微生物躯体中的碳素和氮素，是植物生长可利用养分的重要来源^[8]；微生物量磷（MBP）对环境变化敏感，其对土壤肥力及其土壤养分的有效性具有重要的指示意义^[9]。土壤酶是一种生物催化剂，能够在土壤各类生物化学反应中进行催化，其活性对土壤肥力具有极其重要的影响^[10]。其中，脲酶能促进氨和二氧化碳的生成；蔗糖酶能反映土壤呼吸强度，提供植物所需营养；蛋白酶能促进氨基酸的形成，影响氮循环；脂肪酶具有促进作物吸收的功能；过氧化氢酶能反映有机质的转化情况；磷酸酶是反应土壤中磷素含量的重要指标之一。

有研究表明，秸秆还田可以有效改善土壤微生物生长环境，使土壤中微生物生物量和酶活性得到显著提高，并提高作物产量^[11-12]。但是，目前关于花生连作环境下玉米秸秆还田对土壤微生物生物量的影响研究较少，土壤酶的种类研究也相对较少。因此，本试验通过向花生长期连作土壤中添加不同量的玉米秸秆，研究玉米秸秆还田对花生连作土壤微生物生物量、6种酶活性及作物产量的影响，探讨玉米秸秆还田对花生连作土壤的改良效果及最佳添加量，以期为科学合理地推广秸秆还田、缓解花生连作障碍和提高作物产量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验位于辽宁省风沙地改良利用研究所章古台试验站（42 °43 ′～43 °20 ′N，122 °22 ′～123°22′E），该地位于科尔沁沙地东南部，年平均温度6.85℃，年降水量500mm左右，年平均蒸发量1765mm，无霜期150d左右，土壤为风沙土，pH 6.67。试验区土壤基础肥力为：有机质7.86g·kg^-1，全氮0.81g·kg^-1，全磷0.27g·kg^-1，全钾27.65g·kg^-1，碱解氮70.73mg·kg^-1，有效磷12.04mg·kg^-1，速效钾76.57mg·kg^-1。

1.2 试验设计

试验于2018年4月15日开始，依据当地种植条件和长期施肥经验，试验共设5个处理：对照（不添加秸秆，CK）；添加秸秆1500kg·hm^-2 （G1）； 添加秸秆3000kg·hm^-2（G2）； 添加秸秆4500kg·hm^-2（G3）；添加秸秆6000kg·hm^-2 （G4）。每个处理3次重复，共15个小区，随机区组排列，每个小区面积4m×5m=20m²。

还田所用的秸秆为玉米秸秆，玉米收获后，将玉米秸秆移出农田，统一粉碎至2～3cm长后还田。各处理施肥量均相同，二铵150kg·hm^-2，硫酸钾150kg·hm^-2，尿素150kg·hm^-2 作为底肥，全生育期共追肥两次，分别在6月15日追施225kg·hm^-2 尿素，7月10日追施225kg·hm^-2 尿素。供试材料为“阜花17号”，种植制度为一年一熟，种植密度为3×105株·hm^-2，行距为50cm，穴距15cm，每穴双粒。开沟时先施化肥，培土3cm，再播种，其他田间管理方式均同大田。作物根据当年天气情况至多灌溉一次，其余时间依靠自然降水维持作物正常生长所需。

1.3 土样采集

分别于2017和2018年的9月10日在作物收获后进行田间取样，每个小区随机选5点，取0～20cm土样，并将5个点的土样混合均匀，除去土壤表面植物根系、砾石等杂物，所采土壤样品充分混匀后用聚乙烯无菌塑料袋密封包好带回实验室。将样品分为两部分，一部分土样自然风干，过0.5mm筛，用于土壤养分的测定；另一部分新鲜土样过2mm筛后放于0～4℃的冰箱中保存，用于土壤微生物量碳、氮、磷和酶活性的测定。

1.4 测定方法

土壤微生物量的测定：土壤微生物量碳采用三氯甲烷熏蒸提取-容量分析法测定；土壤微生物量氮采用熏蒸提取－茚三酮比色法测定；土壤微生物量磷采用三氯甲烷熏蒸－碳酸氢钠提取法测定^[13]。

土壤酶活性的测定：土壤蔗糖酶（INV）用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；土壤过氧化氢酶（CAT） 用高锰酸钾滴定法测定； 土壤磷酸酶（AKP）用磷酸苯二钠比色法测定；土壤脲酶 （URE）用次氯酸钠-苯酚钠比色法测定；土壤蛋白酶（PRO）用茚三酮比色法测定；土壤脂肪酶 （LIP）用氢氧化钾滴定法测定^[14]。

1.5 数据处理

数据采用Excel 2007进行处理和绘图，采用SPSS 21.0进行统计分析，处理间的差异显著性采用单因素方差分析检验，并用Duncan法进行两两之间的多重比较，各变量之间采用Pearson相关系数法进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对花生连作土壤微生物量碳、氮、磷的影响

由图1可知，土壤微生物生物量碳、氮和磷含量分别为194.21～245.86、19.93～26.59和29.3～41.40mg·kg^-1。不同秸秆添加量处理与不添加秸秆的对照（CK）相比，土壤微生物生物量碳、氮、磷含量均有显著提高，微生物生物量碳含量分别提高了12.69%、21.01%、17.27%和13.89%，微生物生物量氮含量分别提高了9.66%、25.05%、21.26%和17.75%，微生物生物量磷含量分别提高了12.98%、 29.08%、23.52%和18.92%。土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在各处理中的变化趋势基本一致，均表现为：CK<G1<G4<G3<G2。

2.2 秸秆还田对花生连作土壤酶活性的影响

由图2可知，与不添加秸秆的CK相比，秸秆还田处理显著提高了土壤中蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶、脂肪酶的活性（P<0.05）。当秸秆添加量达到G2时，土壤酶活性达到最大值。而后，当继续增加秸秆添加量，土壤酶活性开始下降。与不添加秸秆的CK对比，G1、G2、G3和G4的蔗糖酶活性分别提高了17.89%、36.59%、 34.4%和31.58%，各处理均与CK差异显著（P< 0.05），G2处理蔗糖酶活性最高，G2和G3之间无显著差异（P>0.05）。秸秆还田对土壤磷酸酶的提高幅度为20.23%～33.16%，与CK相比，各处理的土壤磷酸酶活性均得到显著提高（P<0.05）。土壤磷酸酶活性高低顺序为：G2>G3>G4>G1>CK，其中，G2、G3和G4之间差异不显著。与不添加秸秆的CK相比，G1、G2、G3和G4处理土壤蛋白酶活性均有提高，增加幅度为21.74%～35.36%。土壤酶活性从小到大排序为：G2>G3>G4>G1>CK，其中G2增加幅度最大。与不添加秸秆的CK相比，秸秆还田显著提高了土壤脲酶活性（P<0.05）， G1、G2、G3和G4处理土壤脲酶活性分别提高了15.85%、32.46%、28.37%和25.24%。G1、G2、G3和G4处理土壤脂肪酶与不添加秸秆的CK相比均表现出显著差异性（P<0.05），其活性分别提高了20.54%、32.57%、30.99%和26.50%，G2、G3和G4处理之间的脂肪酶活性无显著差异（P>0.05）。与此同时，添加秸秆的G1、G2、G3和G4处理的土壤过氧化氢酶活性均显著高于不添加秸秆的CK （P<0.05），分别提高了26.56%、33.80%、30.88%和28.79%。

注：不同小写字母表示处理间差异达到显著水平（P<0.05）。下同。

2.3 秸秆还田对连作花生产量的影响

秸秆还田处理条件下花生产量均高于无秸秆添加的CK，各处理花生产量表现为：G2>G3> G4>G1>CK，其中G2和G3处理增产效果最显著，较CK处理分别提高10.83%和7.39%（图3）。

2.4 土壤微生物生物量酶活性及作物产量之间的相关分析

土壤微生物生物量与土壤酶活性之间存在着密切的关系。土壤微生物生物量含量高低在很大程度上制约着土壤酶活性，同时土壤酶活性又反过来影响土壤微生物生物量的变化，两者相互调节并转化，因此分析它们之间的关系极其重要。由表1可知，土壤微生物生物量与土壤酶活性两两之间均存在极显著正相关关系（P<0.01）；土壤微生物生物量碳、氮、磷与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、蛋白酶、脂肪酶活性之间存在极显著正相关关系（P<0.01）；作物产量与土壤微生物生物量和土壤酶活性之间存在极显著正相关关系 （P<0.01）。

注：CY作物产量；* 表示差异在0.05水平上显著相关，** 表示在0.01水平上极显著相关。

3 讨论

3.1 秸秆还田对连作土壤微生物生物量的影响

土壤微生物生物量是土壤有效养分的储存库，作为土壤能量和养分转化的重要驱动力，可反映土壤有效养分状况和生物活性的变化，是评价土壤肥力和质量的重要指标^[15]。李秀等^[12]研究表明，不同秸秆还田处理均能有效增加小麦土壤微生物生物量。吕盛等^[16]研究表明，玉米秸秆不同还田方式均能显著提高紫色土壤微生物生物量碳、氮和磷含量，改善土壤生态环境，有利于提高土壤生产力。本研究发现，与不添加秸秆的对照相比，向连作花生土壤中添加玉米秸秆提高了土壤微生物生物量碳、氮、磷含量，且添加秸秆3000kg·hm^-2 的效果最显著；各处理条件下土壤微生物生物量碳、氮、磷含量变化规律基本一致，这种变化趋势与前人研究结果相似^[17-18]。分析其原因，可能是作物秸秆施入土壤后，在土壤微生物的作用下开始腐解和矿化，产生的木质素、纤维素和腐殖酸等物质，具有黏结土粒的功能，减轻土壤容重，增加土壤中水、肥、气、热的协调能力，提高土壤保水、保肥的能力，改善土壤理化性状，进而为土壤微生物提供了良好的生态环境^[4]。另外，秸秆中含有丰富的氮、磷、钾和微量元素等成分，为微生物的繁殖提供了丰富的营养物质，促进了微生物的繁殖，有利于提高土壤中微生物生物量碳、氮、磷含量^[19]。土壤微生物生物量的增加可以改善土壤理化性质，有效地增加土壤肥力，提高土壤养分利用效率，进而缓解连作障碍。添加秸秆量过大时微生物生物量碳、氮、磷含量下降说明过量添加秸秆不利于土壤微生物的生长活动。

3.2 秸秆还田对花生连作土壤酶活性的影响

土壤酶活性不仅能反映土壤中营养元素转化、运移能力及土壤生物活性的变化，而且可用于衡量土壤的肥力状况，是土壤环境质量监测的重要指标之一^[20-21]。土壤中脲酶起到促进氨和二氧化碳生成的作用，进而促进根系生长，提高根系活力，促进土壤养分的吸收；蔗糖酶能反映土壤呼吸强度，提供植物所需营养，进而促进作物生长；蛋白酶活性能促进氨基酸的形成，影响氮循环，从而提高土壤肥料供给能力；脂肪酶具有促进作物吸收的功能，脂肪酶活性的提高，可促进土壤养分积累；过氧化氢酶能反映有机质的转化情况，其活性与有机质有着密不可分的联系；磷酸酶是反映土壤中磷素含量的重要指标之一。本研究中，秸秆还田处理与无秸秆还田的对照相比，花生连作土壤中蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶、脂肪酶和过氧化氢酶活性均得到明显提高，说明秸秆还田促进了植物根系的生长，对土壤营养元素转化和养分含量的提高起到了积极的作用，这与刘玮斌等^[22]研究结果基本一致。本研究中，土壤酶活性提高的主要原因可能是秸秆还田后，其在腐解的过程中能释放有机碳以及氮、磷、钾等养分，促进了土壤养分积累，提高了土壤微生物生物量，促进了微生物的活动，进而增加了土壤酶活性。土壤中的微生物活动加速秸秆腐化进程，促进了土壤生态系统中物质循环与能量流动，有利于提高土壤肥力。

3.3 秸秆还田对连作花生产量的影响

土壤中的微生物、酶等都是作物生长发育过程中不可缺少的因素，各因素在作物生长发育过程中起着非常重要的作用，在各因素的协同作用下作物才能高产优质^[23]。本研究结果表明，秸秆还田处理与无秸秆还田处理相比，作物产量分别增加4.49%、10.83%、7.39%和6.59%，这与李国阳等^[24]、聂鑫磊^[25]研究结果基本一致。可见，玉米秸秆还田能有效提高我国辽西地区花生连作土壤综合肥力，缓解连作障碍，其外在表现就是作物的产量增加。

3.4 土壤微生物生物量和酶活性以及花生产量的相关性

通过相关分析发现，土壤微生物生物量碳、氮、磷含量与土壤酶活性之间呈显著或极显著正相关关系，与李晓婷等^[26]研究结果基本一致。分析原因，可能是土壤微生物对土壤生态环境的变化较为敏感，微生物生物量的增加在一定程度上反映土壤微生物活性，微生物活性提高必然会向土壤中释放更多的分解酶。综合土壤微生物生物量和土壤酶活性来评价土壤质量，更有助于精确可靠地研究土壤肥力水平。作物产量与土壤酶活性和微生物生物量之间存在显著或极显著正相关关系，这与张向前等^[27]、赵亚丽等^[28]研究结果基本一致。可见，秸秆还田条件下微生物生物量和土壤酶活性的提高与作物产量的保障和提高密切相关。

4 结论

玉米秸秆还田处理可显著提高花生连作土壤微生物生物量、酶活性及花生产量。在不同秸秆还田量处理下土壤微生物生物量碳、氮、磷含量较无秸秆还田处理分别增加了12.69%～21.01%、9.66%～25.05%和12.98%～29.08%； 土壤蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶、脂肪酶和过氧化氢酶活性分别提高了17.89%～36.59%、20.23%～33.16%、21.74%～35.36%、15.85%～32.46%、20.54%～32.57%、26.56%～33.80%；作物产量分别增加4.49%、10.83%、7.39%和6.59%。在本试验条件下，添加秸秆3000kg·hm^-2 对花生连作土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响较为显著，且土壤微生物生物量与土壤酶活性以及作物产量之间存在极显著正相关关系。本研究结果表明，在花生连作土壤中添加适量玉米秸秆有利于改善土壤综合肥力，缓解土壤连作障碍，提高作物产量。

参考文献