设施土壤在化肥高投入生产模式下，普遍存在氮肥过剩、碳肥不足等问题，同时，大量的化肥和低碳氮比有机肥的施用导致土壤碳氮比下降速度快，碳氮失衡问题严重^[1-2]，这使得部分设施土壤需要大量碳肥输入以平衡土壤碳氮状况。但是，目前设施土壤的碳肥施用仍是一个难点问题，缺乏快速起效、生态安全、成本低廉、适应性强的高量碳肥施入途径。农作物秸秆富含有机物质和植物营养元素，可作为设施农田土壤外源碳输入的重要来源之一。劳秀荣等^[3]研究发现，通过秸秆还田方式补碳可以安全、快速提高土壤有机质，平衡土壤的碳氮供应，对改良碳氮失衡的设施农田土壤具有重要意义。目前，设施土壤秸秆还田面临的主要瓶颈是秸秆蓬松、体积较大，不但还田量最高阈值受限，无法达到大量增碳的目的，而且还田后易造成土壤孔洞，影响设施作物生长。秸秆颗粒还田是将秸秆压缩成颗粒后再进行还田，是近年来出现的新型秸秆还田方式，可以快速实现外源秸秆碳的大量还田^[4]，但其在设施土壤中的应用研究较少。有研究表明，30000 kg/hm² 为设施农田目前的适宜秸秆还田量^[5]，但这是基于粉碎秸秆研究得出的结论，对于秸秆颗粒是否适宜在设施土壤施用及其适宜还田量，目前仍无定论。前人研究表明，秸秆颗粒还田量可实现常规秸秆还田量的 2～3 倍^[6]，其可提高土壤有机质 6.59%～17.36%^[7]，利于协调土壤碳、氮、磷、钾间的比例关系，且增产效果较好^[8]。但秸秆颗粒还田对设施土壤的影响研究较少。本研究将针对不同量秸秆颗粒在设施土壤的还田效果进行研究，研究结果将对实现设施土壤的快速增碳、促进土壤碳氮平衡具有指导意义。

秸秆还田后，发生系列物理化学反应，改变土壤原碳氮循环过程。前人研究表明，秸秆还田能够改善土壤物理结构，增加有机碳含量，改变土壤微生物量碳、氮含量，促进土壤碳氮循环^[9-10]。土壤酶是具有生物催化能力的高分子活性物质，在有机质分解、养分转化循环等方面发挥着关键作用，其活性受土壤及外界环境影响^[11-12]。土壤相关酶的活性可反映土壤中碳、氮分解的方向和强度^[13]。有研究表明，秸秆还田后，可用土壤酶活性的改变表征土壤碳、氮的平衡关系^[9-10]。

土壤酶对有机碳、氮的化学分解过程有重要作用，秸秆还田对土壤碳氮循环相关酶的影响显著且受酶反馈作用大。Dick 等^[14]认为土壤酶能够分解外来有机质，促进土壤有机质转化。Bandick 等^[15] 提出可以用土壤酶活性的变化来指示土壤碳、氮的供应状况。土壤酶的成分及类型多样，根据前人对秸秆还田后土壤碳氮变化过程及相关酶的研究结果，对土壤碳循环参与度较高的酶包括纤维素酶、木质素类酶、转化酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶等^[16-18]。对土壤氮循环参与度较高的酶包括土壤脲酶、芳香氨基酶、蛋白酶等^[19]。此外，磷酸酶促进土壤有机磷转化，也对土壤的养分供应和有效性具有一定作用^[20-22]。这些研究大多针对粉碎秸秆得出，对秸秆颗粒的研究较少，秸秆颗粒还田后，酶对土壤碳氮循环的互馈作用机理仍不明晰。同时，有关秸秆颗粒还田效果的研究大多集中在土壤有机质、土壤养分、土壤团聚体等指标上，对土壤酶活性变化的研究较少。秸秆颗粒由于体积小、还田量高等特点，作为碳源大量施入设施土壤后，土壤酶在秸秆分解和土壤碳氮循环的作用机理仍不明确，本研究将给予关注。

为了寻求设施土壤碳肥大量施入的途径，探索土壤酶在大量碳肥输入后与土壤碳氮循环的互馈机制，进一步明确秸秆颗粒大量还田后，设施土壤中碳氮磷循环转化相关酶活性的变化及其养分驱动因子，本研究采用条件可控性高的盆栽培养试验方法，测定与土壤碳、氮、磷转化相关的 10 种酶活性和土壤养分指标，并分析其相关关系，以明确秸秆颗粒大量还田对土壤养分状况的改善效果，为科学制定设施农田碳肥输入措施、调节土壤碳氮平衡状态提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本研究采用盆栽试验方式，试验地点为北京市中国农业科学院农业资源与农业区划研究所温室。供试土壤采自北京顺义地区连续种植超过 5 年的设施菜田。试验取 0～20 cm 土层土壤，其有机质含量为 18.8 g/kg，全氮含量为 2.15 g/kg，碱解氮含量为 175 mg/kg，有效磷含量为 91.4 mg/kg，速效钾含量为 212.5 mg/kg。供试土壤自然风干，去除杂物后，过 2 mm 筛，备用。

供试秸秆为玉米秸秆，自然风干后粉碎过 0.45 mm 筛，干燥储存备用。试验设置粉碎秸秆、秸秆颗粒 2 种秸秆类型，每种秸秆类型设 4 个水平还田量（干土重的 1%、2%、3%、4%）。具体处理分别为粉碎秸秆 1% 还田量（F1）、粉碎秸秆 2% 还田量（F2）、粉碎秸秆 3% 还田量（F3）、粉碎秸秆 4% 还田量（F4）、秸秆颗粒 1% 还田量（K1）、秸秆颗粒 2% 还田量（K2）、秸秆颗粒 3% 还田量（K3）、秸秆颗粒 4% 还田量（K4）以及无秸秆还田对照 （CK），共 9 个处理。备用供试玉米秸秆一部分作为粉碎秸秆，一部分采用 160/260 型三辊轮造粒机进行造粒，制得直径 4 mm、长度为 4～6 cm 的棒状圆柱体，冷却风干后存放于干燥室作为玉米秸秆颗粒。

供试盆高 45 cm、直径 30 cm。试验开始后称取培养所用土壤，并按照干土质量百分比分别称量粉碎秸秆与秸秆颗粒，秸秆与土壤混匀后装盆。每个处理 4 次重复，随机排列。供试作物为木耳菜 [Gynura cusimbua（D. Don）S. Moore]。生育期内每 3 d 根据土壤干湿状况灌溉 300～500 mL 纯净水，不施肥，各处理保持一致。

1.2 样品采集与指标测定

土壤指标在秸秆还田 60 d 后测定。采用 96 微孔酶标板荧光分析法测定纤维素酶、β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶、酚氧化酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶活性，采用奈式比色法测定脲酶活性，采用磷酸苯二钠比色法测定酸性磷酸酶活性，采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，采用可见分光光度法测定谷氨酰胺合成酶活性。土壤养分指标的测定方法均参考《土壤农化分析》^[23]。土壤全碳含量使用元素分析仪测定测定，全氮含量使用凯氏定氮法测定，碱解氮含量使用碱解扩散法测定，全磷含量使用钼锑抗分光光度法测定，有效磷含量使用 NaHCO₃ 浸提-钼锑抗比色法测定，全钾、速效钾含量使用火焰光度法测定。

1.3 数据分析

采用 Excel 2021、SPSS 22.0 以及 Origin pro 2021 进行数据分析与绘图。采用 SPSS 22.0 对土壤酶活性和土壤养分进行相关性分析和冗余度（RDA）分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤碳循环酶活性的影响

试验结果显示（图1），秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均会对土壤碳循环酶活性产生显著影响，其中，可提高土壤纤维素酶、土壤 β-葡糖苷酶、土壤 α-葡糖苷酶的活性；降低土壤酚氧化酶活性； 而对土壤过氧化氢酶活性的影响则随还田量的提高呈现先升后降的趋势。

注：柱上不同小写字母表示处理问差异显著（P <0.05）。下同。

从图1a、图1b、图1c 可以看出，秸秆颗粒与粉碎秸秆还田后，各处理土壤纤维素酶、β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶的活性均高于 CK 处理，且除 K1 处理的纤维素酶活性之外，均达显著水平。但随着还田量的提高，各还田量处理间土壤酶活性差异显著，秸秆颗粒与粉碎秸秆处理表现相似规律。其中不同处理纤维素酶活性随还田量的提高而增加，但增加幅度下降，K4 处理的纤维素酶活性最高，比 CK 处理提高 11.85%（图1a）。各处理土壤 β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶的活性均随还田量的提高而先增加后降低。其中，秸秆颗粒处理 β-葡糖苷酶活性峰值出现在 3% 还田量水平，K3 处理比 CK 提高 99.14%，粉碎秸秆处理则出现在 2% 还田量水平，F2 处理比 CK 提高 88.00%（图1b）。秸秆颗粒与粉碎秸秆的 α-葡糖苷酶活性峰值均出现在 2% 还田量水平，F2、K2 处理分别比 CK 提高 95.12%、95.92%，但二者间差异不显著（图1c）。同样还田量条件下，两种秸秆形式在不同土壤酶活性指标表现有差异。纤维素酶指标表现为仅在还田量为 3%、4% 时，秸秆颗粒处理优于粉碎秸秆处理 （图1a）。β-葡糖苷酶指标表现为还田量为 3% 时，秸秆颗粒显著高于粉碎秸秆（14.69%），而还田量为 2% 时，秸秆颗粒显著低于粉碎秸秆（10.55%） （图1b）。秸秆颗粒与粉碎秸秆的 α-葡糖苷酶活性在各还田量水平均无显著差异（图1c）。

由图1d 可知，秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均会降低土壤酚氧化酶活性，比 CK 处理低 5.83%～56.13%，且除 K1 处理外，均与 CK 处理差异显著。且两种秸秆形式的酚氧化酶活性均随着还田量的提高而降低，F4 处理最低，比 CK 降低 56.13%，K4 处理次之，比 CK 降低 38.20%。同样还田量条件下，秸秆颗粒处理的酚氧化酶活性均高于粉碎秸秆处理。

试验结果表明（图1e），秸秆颗粒与粉碎秸秆少量还田均会提高土壤过氧化氢酶活性，F1、 F2、K1、K2 处理过氧化氢酶活性比 CK 显著提高 2.56%～17.25%，而还田量≥ 3% 后，会降低土壤过氧化氢酶活性，F3、F4、K3、K4 处理比 CK 显著降低 11.28%～28.34%。两种秸秆形式处理的过氧化氢酶活性均随着还田量的提高呈先升高后降低趋势，活性峰值均出现在 2% 还田量水平，F2、K2 处理分别比 CK 提高 8.34%、17.25%，均显著高于其他处理，且秸秆颗粒显著高于粉碎秸秆处理。同样还田量水平下，当秸秆还田量为 1%、2% 时，秸秆颗粒处理的过氧化氢酶活性高于粉碎秸秆，当秸秆还田量为 3%、4% 时，表现相反。

2.2 不同处理对土壤氮循环酶活性的影响

试验结果显示（图2），秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均会提高土壤氮循环酶的活性，土壤脲酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、谷氨酰胺合成酶的活性均显著提升。但随还田量的增加，两种秸秆形式对不同氮循环酶活性的影响出现显著差异，其中，两种秸秆形式的脲酶、谷氨酰胺合成酶的活性均随秸秆还田量的增加而先升高后降低，乙酰氨基葡萄糖苷酶活性随还田量的增加而提升，而两种秸秆形式的亮氨酸氨基肽酶活性变化规律差异显著。

由图2a、图2d 可知，秸秆颗粒与粉碎秸秆还田后，土壤脲酶、谷氨酰胺合成酶活性均显著提升，与 CK 处理相比，各处理脲酶活性显著提高 3.22%～30.58%，谷氨酰胺合成酶活性显著提高 2.58%～26.31%。随着还田量的提高，各处理的脲酶、谷氨酰胺合成酶均先升后降，秸秆颗粒与粉碎秸秆表现相似规律。其中，不同秸秆形式脲酶活性峰值均出现在 3% 还田量水平，K3、F3 处理分别比 CK 提高 36.80%、29.10%，秸秆颗粒处理显著高于粉碎秸秆处理（图2a）。而谷氨酰胺合成酶活性峰值出现在 2% 还田量水平，K2、F2 处理分别比 CK 提高 26.31%、24.28%，秸秆颗粒处理同样显著高于粉碎秸秆处理（图2d）。而在同样还田量条件下，秸秆颗粒在还田量≥ 3% 时，脲酶活性显著高于粉碎秸秆，K3、K4 处理分别比 F3、F4 处理提高 7.7%、10.47%。而秸秆颗粒的谷氨酰胺合成酶活性在各还田量水平下均显著高于粉碎秸秆。

试验结果表明（图2c），秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均会显著提升土壤乙酰氨基葡萄糖苷酶活性，各处理比 CK 显著提升 29.65%～82.16%。两种秸秆形式处理的乙酰氨基葡萄糖苷酶活性均随还田量的增加而提升，酶活性峰值均出现在 4% 还田量水平，但高量还田时提升幅度降低。K4 处理的乙酰氨基葡萄糖苷酶活性最高，比 CK 提高 82.16%，F4 处理次之，比 CK 提高 78.06%。同样还田量水平下，粉碎秸秆和秸秆颗粒的差异均不显著。

从图2b 可以看出，秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均会提高土壤亮氨酸氨基肽酶活性，各处理比 CK 处理显著提高 86.25%～118.07%。秸秆颗粒处理的亮氨酸氨基肽酶活性随还田量的提高而先降低后增加，K1、K2、K3、K4 处理分别比 CK 处理提高 90.21%、88.16%、114.47%、118.07%，峰值出现在 4% 还田量水平，且 K3 与 K4 处理差异不显著。而粉碎秸秆处理的亮氨酸氨基肽酶活性随还田量的提高而先增加后降低，F1、F2、F3、F4 处理分别比 CK 处理提高 86.25%、112.33%、105.49%、 108.55%，峰值出现在 2% 还田量水平。同样还田量条件下，秸秆还田量为 1% 时，粉碎秸秆处理与秸秆颗粒处理差异不显著；秸秆还田量为 2% 时，粉碎秸秆显著高于秸秆颗粒（24.17%）；而在高量还田条件下，秸秆颗粒显著高于粉碎秸秆，K3、K4 处理分别比 F3、F4 处理提高 8.98%、 9.52%。

2.3 不同处理对土壤酸性磷酸酶活性的影响

试验结果表明（图3），秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均会显著提高土壤酸性磷酸酶活性，各处理比 CK 提高 3.31%～43.74%。

两种形式秸秆的酸性磷酸酶活性均随还田量的提高而增加。其中 K1、K2、K3、K4 处理分别比 CK 处理提高 3.31%、12.62%、37.23%、43.74%； F1、F2、F3、F4 处理分别比 CK 处理提高 5.58%、 21.20%、30.92%、37.23%。峰值均出现在 4% 还田量水平，且处理间差异显著。秸秆颗粒在 3%、4% 还田量水平时，酸性磷酸酶活性提升幅度仍然较大。同样还田量条件下，秸秆颗粒仅在还田量水平为 3%、4% 时，表现显著优于粉碎秸秆处理，K3、 K4 处理分别比 F3、F4 处理提高 6.31%、6.51%。

2.4 不同处理对土壤养分含量的影响

秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均可显著提高土壤全碳、全量氮磷钾、碱解氮、有效磷、速效钾等养分指标值。由表1 可知，两种形式秸秆还田均可显著提高土壤全碳含量，但秸秆颗粒显著提高 3%～4% 还田量水平下的土壤全碳含量，K3、K4 处理分别比 CK 增加 127.19%、139.21%，而在 1%～2% 还田量水平下，土壤全碳含量低于粉碎秸秆处理。两种秸秆形式处理土壤全氮含量随还田量水平的增加而出现差异，秸秆颗粒处理呈持续增加规律，但高还田量水平时增长幅度降低，K4 处理最高，比 CK 增加 54.79%，K3 与 K4 差异不显著； 而粉碎秸秆处理则呈现先升后降态势，F3 处理最高，比 CK 增加 43.09%。而两种秸秆形式处理土壤全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾指标均随还田量增加而提高，秸秆颗粒在还田量水平≥ 3% 时，对土壤养分含量的提升作用显著优于粉碎秸秆处理。

注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

2.5 不同处理土壤酶活性与土壤养分含量指标的关系

土壤酶活性和土壤养分指标的相关性分析与 RDA 分析结果显示（图4、图5），土壤酶活性与土壤养分含量显著相关。其中纤维素酶、β-葡糖苷酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性与土壤养分含量均方向一致且夹角很小，呈显著正相关；酚氧化酶、过氧化氢酶酶活性与土壤养分含量均方向相反且夹角大，呈显著负相关；α-葡糖苷酶活性与除全钾含量之外的养分指标显著正相关。这说明，秸秆颗粒与粉碎秸秆还田后，短期内土壤酶活性均主要受土壤养分状况的驱动。纤维素酶、β-葡糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶这 5 种酶活性之间呈极显著正相关。酚氧化酶与过氧化氢酶这二者的活性呈显著正相关。

RDA 分析结果可以看出，不同量秸秆颗粒与粉碎秸秆对土壤酶分布产生差异，CK 处理分布于第四象限；K1、F1 处理分布在第一、第四象限； K2、F2、K3、F4 处理分布分散，主要在第二、第三象限；F3 处理分布在第三象限；K4 处理分布在第二象限（图5）。RDA 分析中，前 2 个排序轴保留了土壤酶活性数据总方差的 88.97%，即 7 个土壤养分含量指标因子在前 2 个轴中累计解释了土壤酶活性特征的 88.97%。不同处理点在 RDA 图上的分布及与土壤酶的位置关系可以看出（图5、表2），全碳（P=0.002）、全氮（P=0.004）、全钾（P=0.036）为显著影响因子，其解释度分别为8 1.2%、4.7%、1.9%。全碳、全氮、全钾的箭头连线较长，能够较好解释土壤酶活性的差异，与酶活性的夹角较小，且呈显著相关关系，说明三者是促进土壤酶活性的主导因子。

注：CL、BG、AG、PPO、CAT、UE、LAP、NAG、GLS、ACP 分别表示纤维素酶、β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶、酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、谷氨酰胺合成酶、酸性磷酸酶。TC、TN、AN、TP、AP、TK、AK 分别表示全碳、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾。下同。*、**、*** 分别表示 0.05、0.01、0.001 水平显著相关。

注：红色空心箭头表示土壤养分含量指标，蓝色实心箭头表示土壤酶活性指标，红线长短表示该土壤养分含量与土壤酶活性显著相关程度的大小。

3 讨论

3.1 不同处理对土壤碳氮循环相关酶活性的影响

秸秆颗粒与粉碎秸秆还田对于除土壤酚氧化酶、过氧化氢酶之外的大部分土壤碳循环相关酶，包括土壤纤维素酶、β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶的活性均具有正效应。其中，纤维素酶活性可表征土壤碳素循环速度^[11，24]，β-葡糖苷酶能促进秸秆碳转化^[11]，α-葡糖苷酶参与土壤有机质代谢^[11]，这说明，秸秆碳的输入可促进土壤碳素循环。这与王学敏等^[25]、苏弘治^[26]的研究结果一致。秸秆颗粒在≥ 3% 的高量还田条件下，与粉碎秸秆相比，仍可显著提升纤维素酶、β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶等碳循环酶的活性，应与其体积减小、与土壤混合度高、对土壤酶活性的负面效应相对小有关。而在≤ 2% 还田量条件下，秸秆颗粒表现不如粉碎秸秆，应与粉碎秸秆分散分布于土壤中，腐解较快，而秸秆颗粒在土壤中形成“碳团”，前期影响腐解速率有关。必须指出的是，本试验秸秆粉碎度高且与土壤混合均匀，这降低了粉碎秸秆还田对设施大田土壤的负面效应，具体有待于后续试验研究。

秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均对土壤酚氧化酶活性具有负面效应，这与 Abdoulaye^[27]的研究结果不一致，主要原因可能是与培养时间、土壤碳氮状况等有关。酚氧化酶主要参与土壤腐殖质组分中芳香族化合物的氧化作用^[28]，本研究中大量秸秆颗粒与粉碎秸秆还田后，短期内无法全部腐殖质化，而与粉碎秸秆相比，短期内秸秆颗粒还田更有利于降低外源秸秆碳对土壤腐殖过程的负面影响，具体机理留待后续试验进行深入探讨。秸秆颗粒与粉碎秸秆还田后，土壤过氧化氢酶活性则表现为少量秸秆还田时是正效应，高量秸秆还田时是负效应。这与高丽超等^[29]、荣勤雷等^[30]的研究结果不一致，过氧化氢酶活性主要表征土壤腐殖化和有机碳积累程度，本研究结果显示，相比秸秆正常量还田，高量秸秆碳输入会相对削弱土壤有机碳积累，而秸秆颗粒高量还田相对更有利于土壤有机碳的腐殖化与积累。

秸秆颗粒与粉碎秸秆还田对土壤氮循环相关酶活性均表现出显著的正向效应，这与韩丽君等^[31]、马传芳^[32]研究结果不一致，应与秸秆还田量、土壤碳氮平衡状况等有关。脲酶活性可反映有机态氮向有效氮的转化能力和土壤无机氮的供应能力^[33-34]，乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与土壤有机氮有密切关系^[35-36]，亮氨酸氨基肽酶、谷氨酰胺合成酶均在氮素代谢中具有重要调控作用^[36-37]。碳肥的输入可导致有机碳的积累，并激发参与氮循环的酶活性，最终可提高氮素的供给能力^[38]。本研究结果显示，输入的大量碳肥，短期内改变了土壤碳氮平衡状态，以碳调氮，有效提高了氮元素调节酶的活性，具体激发机理有待后续研究。两种秸秆形式对不同氮循环酶活性的影响出现显著差异，在还田量 ≥ 3% 时，秸秆颗粒对各土壤氮循环酶活性的改善作用显著优于粉碎秸秆。

此外，秸秆颗粒与粉碎秸秆还田也对土壤酸性磷酸酶活性表现出显著的正向效应，这与战厚强等^[39] 的研究结果一致。酸性磷酸酶促进土壤无机磷的转化，可反映养分供给的均衡性^[40]，在高量还田条件下，短期内秸秆颗粒可显著提升酸性磷酸酶活性，这表示，秸秆颗粒高量还田可使土壤养分供给更均衡。

此外，试验结果还显示，土壤酶活性更多受秸秆还田量影响，秸秆颗粒在高量还田条件下表现优于粉碎秸秆，但在低量还田条件下，效果不如粉碎秸秆。这与本试验使用的秸秆的粉碎程度、与土壤混合程度有关。低量还田条件下，粉碎秸秆在细致粉碎及与土壤混合均匀的情况下，更利于提升土壤碳氮循环相关酶活性。这应与其还田量少、分散分布、与土壤相对结合紧密、提高了腐解速度有关，对土壤碳氮转化起到了活化作用，最终提高了土壤酶活性。而秸秆颗粒虽然粉碎程度一致，但人工造成其“抱团”分布，与土壤的混合程度和接触面积也相对较低，降低了其腐解速率。而高量还田条件下，与粉碎秸秆相比，秸秆颗粒相对更能提高土壤酶活性，可能因其结构相对紧密，在土壤中形成一团“碳室”，虽然影响前期腐解速率，但同时也降低了快速增碳带来的负面效应，同等量的粉碎秸秆超过土壤容纳量阈值，造成负面效应凸显，而秸秆颗粒由于其体积减小，又在土壤中相对集中的成团分布，对土壤酶活性的负面效应减小，相对降低了高量秸秆还田的危害。实际生产中，还田秸秆的粉碎程度无法达到如此细致，且存在还田后飘散等实际问题，秸秆颗粒技术的可行性更高。

3.2 不同处理对土壤养分指标的影响

秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均能大幅提高土壤养分含量，高量还田条件下，秸秆颗粒的提高效果显著高于粉碎秸秆。而土壤酶活性与土壤养分含量显著相关，主要受养分因子驱动。这与张路^[41]的研究结果有差异，可能是不同的耕作方式、土壤类型和秸秆种类等因素导致。其中土壤纤维素酶、α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶等的活性与土壤养分含量呈正相关，这与乔赵崇等^[42]的研究结果不一致，可能与土壤类型、腐解进程有关。酚氧化酶、过氧化氢酶活性与土壤养分含量呈显著负相关，可能受酶的作用过程、土壤 pH 值影响^[43]。具体的机理有待后续长期试验进行研究。

从土壤养分和碳氮循环酶活性反映的土壤状况看，粉碎秸秆的适宜还田量不宜超过 2%，而秸秆颗粒的适宜还田量可以达到 3%，甚至 4%。这与张莉等^[7]、丛萍等^[6，8]在大田的研究结果一致，说明秸秆颗粒可以达到高量还田、大量增碳的效果，本结果将为探索合理快速、大量增碳的设施土壤改良方式提供研究依据。

3.3 不同处理土壤酶活性与土壤养分指标相关性分析

本研究结果显示，秸秆颗粒与粉碎秸秆还田均可导致土壤酶活性出现差异，土壤养分状况是土壤酶活性变化的主要驱动因子，同时，土壤碳氮循环酶活性也可表征土壤养分状况^[44]。土壤纤维素酶、β-葡糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性之间的极显著正相关关系，说明这 5 种酶在促进土壤碳氮转化时，不仅可显示其专有能力，而且还有共性关系，其可共同指示碳肥高量输入后，设施土壤中含氮有机物、有机碳和磷素三者的相互影响转化过程，这与吴裕如^[45] 在油菜秸秆还田中得到的结果一致。此外，结果表明，酚氧化酶与过氧化氢酶的活性呈显著正相关，二者作为土壤中广泛存在的一类氧化还原酶，在土壤的有机质分解和转化过程中发挥了重要的作用，可共同指示外源秸秆碳对土壤有机质的影响，与高璟赟^[46]的研究一致。

4 结论

秸秆颗粒与粉碎秸秆还田对纤维素酶、β-葡糖苷酶、α-葡糖苷酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、谷氨酰胺合成酶、酸性磷酸酶的活性均有正效应；对酚氧化酶活性具有负效应；对过氧化氢酶活性，少量秸秆还田时是正效应，高量秸秆还田时是负效应。还田量≥ 3% 时，秸秆颗粒更利于改善土壤碳氮循环相关酶活性。相关性与 RDA 分析显示，土壤酶活性主要受土壤养分因子驱动。总之，秸秆颗粒的适宜还田量可以达到 3%～4%，而粉碎秸秆的还田量不宜超过 2%。在需要高量碳肥输入的碳氮失衡设施土壤，秸秆颗粒可作为外源碳高量输入的有效途径之一。

参考文献