马铃薯是粮菜饲兼用作物，在我国经济发展和粮食安全方面具有重要战略地位。内蒙古因得天独厚的自然条件成为马铃薯的主产区之一，其阴山北麓地区所生产的优质马铃薯更是享誉全国^[1-2]。马铃薯根系穿透力较小，阴山北麓地区除土壤贫瘠、降水少外，耕层浅严重制约着马铃薯的生产^[3]。有研究表明，加深耕翻深度可有效打破犁底层，促进植物根系生长^[4-5]，这在小麦^[5]、玉米^[6-7]、甘蔗^[8]上都有过报道，但在马铃薯上鲜见报道。深翻还可以通过对土壤的强烈搅动，提高土壤通气性，进而促进微生物的繁殖及土壤酶活性的增加^[9]。其中土壤酶活性是土壤肥力水平的评价指标之一，可表征土壤肥力综合特性、变化状况及土壤养分的转化进程^[10]。有研究表明，深翻可提高夏玉米田中土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性^[11]。对于小麦田而言，深翻可显著提高土壤脲酶活性，但对过氧化氢酶活性无影响^[12]。对于植烟田，深翻只显著提高了生长前期土壤酸性磷酸酶活性和生长后期土壤脲酶活性，对蔗糖酶活性无明显影响^[13]。由此可见，深翻对不同作物种植田中土壤酶活性的影响效应存在较大差异。近年来，人们研究了土层置换^[14]、常规耕翻、免耕^[15] 等耕作方式对马铃薯土壤酶活性的影响，并取得了一定成果，但关于耕翻深度对马铃薯土壤酶活性影响的研究鲜有报道。因此，本研究通过探讨不同耕翻深度对马铃薯根系生长及土壤酶活性的影响，以期为阴山北麓地区马铃薯的优质高产提供科学依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2015 年在内蒙古自治区呼和浩特市阴山北麓武川县大豆铺试验基地（41°12′ N，111°33′ E） 进行，海拔 1555 m，年降水量约 350 mm，年蒸发量约 2000 mm，属温带大陆性季风气候。试验地为草甸栗钙土，前茬作物为燕麦。2015 年 0～20 cm 土层土壤基础肥力见表1。

1.2 试验设计

试验设置 4 个耕翻深度：20（ 对照）、30、 40、50 cm，分别用 D₂₀、D₃₀、D₄₀、D₅₀ 表示，重复 4 次，共 16 个小区，小区面积 40 m²。种薯为马铃薯品种克新 1 号脱毒原种，于 2015 年 5 月 23 日进行播种，播种密度 52500 株·hm^-2，底肥为 750 kg/hm² 史丹利复合肥（N-P₂O₅-K₂O，22-16-16）。大田管理期间分别在苗期（6 月 6 日）、块茎形成期 （7 月 7 日）、块茎膨大期（8 月 14 日）、淀粉积累期（8 月 29 日）进行灌溉，使得 0～40 cm 左右土层体积含水率达 35%～37%，同时分别在块茎形成期与块茎膨大期通过滴灌追施钙镁肥（MgO-CaO， 13-15）与尿素（N，46.4%）各 75 kg·hm^-2，并于 9 月 24 日收获^[3]。分别在各个生育期内选取马铃薯根系及 0～60 cm 土层的土样进行相关指标的测定。

1.3 测定指标与方法

用自来水将马铃薯根系上的泥土冲洗干净，之后置于烘箱中，在 80℃下烘至恒重，测定根系干物质积累量。另取新鲜干净的根系采用氯化三苯基四氮唑法^[16]测定根系活力。

每个小区按对角线法随机选取 5 点，用土钻分别钻取 0～20、20～40、40～60 cm 土层的土样， 5 点混匀后过 2 mm 筛，阴凉风干，之后参照关松荫^[17]的方法测定过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性。

1.4 数据处理

采用 GraphPad Prism 10.1.2 进行数据整理和作图，利用 SPSS 18.0 进行数据统计分析，并采用 LSD 法进行显著性检验，显著水平为α=0.05。文中图表数据为平均值 ± 标准差。

2 结果与分析

2.1 耕翻深度对马铃薯根系生长的影响

随者生育期的推进，D₂₀ 与 D₃₀ 处理下的马铃薯根干物质积累量呈先升后降的变化趋势，且最大值出现在块茎膨大期；而 D₄₀ 与 D₅₀ 处理始终呈递增趋势（图1）。在淀粉积累期之前，根干物质积累量表现为 D₃₀>D₅₀>D₂₀>D₄₀。其中，D₃₀ 处理在苗期与块茎形成期显著高于 D₅₀ 与 D₂₀ 处理，分别高 12.1%～24.3% 与 14.1%～37.0%；D₄₀ 处理显著低于其他处理 18.5%～62.4%；此外，淀粉积累期之前的其余处理间差异不显著。之后 D₄₀ 处理下的根系干物质积累迅速，并在淀粉积累期表现为 D₅₀>D₄₀>D₃₀>D₂₀。其中，D₄₀、D₅₀ 处理显著高于 D₃₀、 D₂₀ 处理 23.4%～30.2%，其余处理间差异不显著。

随着生育期的推进，马铃薯根系活力呈先增后降的变化趋势，最大值出现在块茎膨大期（图1）。除块茎膨大期 D₄₀ 与 D₅₀ 处理下的根系活力与 D₂₀ 差异不显著外，其余生育期均显著高于 D₂₀ 处理 75.2%～292.1%；而 D₃₀ 处理在苗期与淀粉积累期显著高于 D₂₀ 处理，但在块茎形成期与膨大期显著低于 D₂₀ 处理。对于深翻 D₃₀、D₄₀、D₅₀ 处理，随着耕翻深度的增加，根系活力递增，并除在块茎膨大期和淀粉积累期的 D₄₀ 与 D₅₀ 处理之间差异不显著外，其他生育期处理间差异均显著。

注：图柱上不同小写字母表示同一生育期处理间差异显著（P<0.05），下同。

2.2 耕翻深度对马铃薯田土壤酶活性的影响

2.2.1 耕翻深度对马铃薯田过氧化氢酶活性的影响

相较于 D₂₀ 处理，深翻 D₃₀、D₄₀、D₅₀ 处理降低了马铃薯整个生育期 0～20 cm 土层中的过氧化氢酶活性，对 20～40 cm 土层中过氧化氢酶活性影响不明显，但提高了苗期 40～60 cm 土层中的过氧化氢酶活性（图2）。其中，在 0～20 cm 土层中，较 D₂₀ 处理，除苗期的 D₃₀、块茎形成期的 D₃₀ 与 D₅₀ 处理影响不显著外，其他深翻处理影响均显著，降低了 3.8%～8.1%。在苗期 40～60 cm 土层中，D₄₀ 与 D₅₀ 处理显著高于 D₂₀ 处理，分别高 23.8% 与 23.3%，其余处理间差异不显著。

2.2.2 耕翻深度对马铃薯田碱性磷酸酶活性的影响

由图3 可知，较 D₂₀ 处理，深翻 D₃₀、D₄₀、D₅₀ 处理可提高马铃薯田整个生育期 0～20 和 40～60 cm 土层中的碱性磷酸酶活性，而在 20～40 cm 土层中，深翻处理提高了苗期的碱性磷酸酶活性，但降低了淀粉积累期的酶活性。其中，在 0～20 cm 土层中， D₃₀ 处理在苗期与淀粉积累期分别显著提高了 11.6% 与 50.2%，D₄₀ 处理在块茎膨大期与淀粉积累期分别显著提高了 24.8% 与 37.2%，D₅₀ 处理在苗期、块茎膨大期和淀粉积累期分别显著提高了 11.1%、29.5% 和 38.3%，此外，深翻处理间差异无明显规律。在 40～60 cm 土层中，D₃₀ 处理对碱性磷酸酶活性无显著影响，但 D₄₀、D₅₀ 处理在苗期与块茎形成期显著高于 D₂₀、D₃₀ 处理，其他生育期处理间差异不显著。

2.2.3 耕翻深度对马铃薯田脲酶活性的影响

如图4 所示，在 0～20 cm 土层中，随着生育期的推进，D₂₀ 与 D₃₀ 处理下的土壤脲酶活性呈递减的趋势，相反的，D₄₀ 与 D₅₀ 处理呈递增的趋势；D₃₀ 处理下的土壤脲酶活性始终显著高于 D₂₀ 处理，D₄₀ 与 D₅₀ 处理起初在苗期显著低于 D₂₀ 处理，分别直至块茎膨大期及以后与淀粉积累期显著高于 D₂₀ 处理；深翻处理下的脲酶活性从苗期至块茎膨大期期间始终表现为 D₃₀>D₄₀>D₅₀，且除在块茎膨大期的 D₃₀ 与 D₄₀ 处理间差异不显著外，其他处理间差异均显著，之后，在淀粉积累期差异不显著。在 20～60 cm 土层中，土壤脲酶活性始终表现为 D₅₀>D₄₀>D₃₀>D₂₀。其中，在 20～40 cm 土层中，除块茎膨大期的 D₃₀ 与 D₂₀ 处理间差异不显著外，其他深翻处理均显著高于 D₂₀ 处理 13.5%～80.1%； 此外，深翻处理间除在块茎形成期的 D₄₀ 与 D₃₀ 处理间差异不显著外，其余生育期的 D₄₀ 与 D₅₀ 处理均显著高于 D₃₀ 处理，且 D₄₀ 与 D₅₀ 处理间在块茎形成期及以前差异显著。在 40～60 cm 土层中， D₄₀ 与 D₅₀ 处理的脲酶活性显著高于D₃₀ 与 D₂₀ 处理，其中 D₃₀ 与 D₂₀ 处理间差异不显著，D₅₀ 处理只在苗期显著高于 D₄₀ 处理。

2.2.4 耕翻深度对马铃薯田蔗糖酶活性的影响

由图5 可知，相较于 D₂₀ 处理，深翻 D₃₀、D₄₀、 D₅₀ 处理显著降低了苗期 0～20 cm 土层中的蔗糖酶活性 25.6%～29.6%，但提高了块茎膨大期 20～40 cm 土层中的酶活性，其中 D₃₀ 与 D₄₀ 处理达显著性水平，其余深翻 D₃₀、D₄₀、D₅₀ 处理与 D₂₀ 处理间蔗糖酶活性差异不显著。此外，0～60 cm 土层深翻处理间的蔗糖酶活性差异不显著。

3 讨论

3.1 耕翻深度对马铃薯根系生长的影响

根系作为大多数陆生植物从土壤中获取水分与养分的主要器官^[18]，其生长状况直接影响了作物地上部的生长发育与产量的形成^[19-21]，而根系干物质积累量^[8]与根系活力^[6，22]均是根系生理代谢、生命力强弱的重要表征指标。有研究表明，深翻可破碎土壤团聚体、疏松土壤，提高土层养分含量，进而改善下层土壤根系的生长，优化根系形态结构，此外，深耕还可提高根系超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性，延缓后期衰老，提高养分和水分的吸收能力，促进干物质积累^{[3，20，23-27]}。在本研究中，深翻 D₃₀ 与 D₅₀ 处理有利于整个生育期马铃薯根系干物质的积累，而 D₄₀ 处理较 D₂₀ 处理一直是追赶状态，直至淀粉积累期才反超。但在同一试验中，深翻 D₄₀ 处理的地上部干物质积累量在块茎形成期与块茎膨大初期最高，最终的块茎产量也最好^[3]。由此可知，D₄₀ 处理下的马铃薯生长期间源-库-流关系最协调。块茎形成期与膨大期是马铃薯植株快速增长的时期^[1]，这期间需要大量的水分与营养。但浅翻的土壤犁底层浅，有效土壤深度浅，土壤孔隙度小、通气性差，土壤容重大，不利于根系下扎^[4，28-29]。所以，为了满足马铃薯植株生长的需要，如本试验中的结果所示，D₂₀ 与 D₃₀ 处理下的马铃薯根系干物质积累量在块茎形成期与膨大期始终高于其他处理，并在块茎形成期达显著性水平，D₃₀ 处理高于 D₂₀ 处理；在此期间，D₂₀ 处理的根系活力显著高于 D₃₀ 处理，且在块茎膨大期差值最大，其他生育期马铃薯根系活力均表现为随耕翻深度的加深根系活力增强。由此可知，耕翻至 30 cm 仍是马铃薯根系生长的胁迫深度，并且在此胁迫深度下根系活力对根系干物质积累量有补偿作用。

3.2 耕翻深度对马铃薯田土壤酶活性的影响

土壤酶主要来源于土壤中微生物和根系的分泌以及动植物残体，参与着土壤中有机、无机养分循环^[30]，是土壤肥力水平评价指标之一，可表征土壤肥力综合特性、变化状况及土壤养分的转化进程^[10]。深翻可以通过对土壤的强烈搅动，增加孔隙度，减小容重，进而提高土壤通气性，此外，深翻还可以将浅层土的养分翻到深层土中，为耕翻土体中微生物的生存、繁殖以及活动提供了有利条件，进而促进微生物的繁殖及土壤酶活性的增加^[9，12]。有研究表明，深翻可提高夏玉米田中土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶和蔗糖酶的活性^[11]。对于小麦田而言，深耕可显著提高土壤脲酶活性，但对过氧化氢酶活性无影响^[12]。对于植烟田，深耕只显著提高了生长前期土壤酸性磷酸酶活性和生长后期土壤脲酶活性，对蔗糖酶活性无明显影响^[13]。但在本研究中，深翻对马铃薯田中蔗糖酶活性的影响最小，其次是过氧化氢酶活性，相较于 D₂₀ 处理，深翻 D₃₀、D₄₀ 与 D₅₀ 处理降低了马铃薯整个生育期 0～20 cm 土层中的过氧化氢酶活性，对 20～40 cm 土层中过氧化氢酶活性影响不明显，但提高了苗期 40～60 cm 土层中的过氧化氢酶活性。相反地，深翻对马铃薯田中碱性磷酸酶活性和脲酶活性影响较大。对碱性磷酸酶而言，深翻提高了整个生育期 0～20 和 40～60 cm 土层中的碱性磷酸酶活性，而在 20～40 cm 土层中，深翻只提高了苗期马铃薯田土壤中碱性磷酸酶活性，但降低了淀粉积累期的碱性磷酸酶活性；其中在 40～60 cm 土层中，D₃₀ 处理对碱性磷酸酶活性无显著影响，但 D₄₀、D₅₀ 处理在苗期与块茎形成期分别显著提高了 22.9% 与 30.1%、41.1% 与 30.4%。对脲酶而言，耕翻 D₃₀、D₄₀ 与 D₅₀ 处理可分别显著提高整个生育期 0～40、20～60 cm 土层中脲酶活性，此外，D₄₀ 与 D₅₀ 处理还可显提高淀粉积累期 0～20 cm 浅层土中的脲酶活性。由此可知，深翻可提高马铃薯田中碱性磷酸酶与脲酶活性，其中以 D₄₀ 和 D₅₀ 处理效果最佳，但对过氧化氢酶和蔗糖酶活性影响较小。深翻对不同作物种植田中土壤酶活性的影响效应存在差异。其原因主要是土壤酶活性与微环境有关^[31]，土壤质地、pH、养分不同的土壤其微环境不同，进而影响微生物的种类及酶活性^[32-34]。

综上所述，深翻 30 cm 仍旧是马铃薯根系生长的胁迫深度，在此胁迫深度以内，耕翻深度越深越有利于马铃薯根系生长。深翻 40 与 50 cm 可有效打破犁底层，延缓了马铃薯根系衰老，促进了干物质积累。马铃薯田中碱性磷酸酶与脲酶受深翻影响较大，其中深耕 40 与 50 cm 对促进马铃薯根系生长、提高马铃薯田土壤碱性磷酸酶与脲酶活性效果较好。但是，加大耕翻深度势必会增加能耗，提高生产成本，因此，深翻 40 cm 对促进马铃薯根系生长、提高马铃薯田土壤碱性磷酸酶与脲酶活性效果最佳。

参考文献