土壤养分提供植物生长所必需的营养元素，是土壤中能直接或经转化后被植物根系吸收的矿质营养成分,土壤养分与土壤酶活性大小具有一定的关系[1-3]。土壤酶是土壤中产生的专一生物催化剂，参与土壤中物质的转化、养分的释放和固定[4-5]。研究土壤养分和土壤酶活性可以了解两者之间的相互关系，为通过土壤养分和土壤酶活性来反映土壤肥力状况提供一定的科学依据。

作物秸秆还田可以改善土壤肥力状况[6-7]，我国每年产生的各类作物秸秆近7亿t[8-10]，人们对于秸秆主要是在田间进行焚烧，这样不仅浪费了资源同时还造成了环境污染[11]。对此，国内外学者对作物秸秆还田进行了大量研究，徐蒋来等[12]研究认为，对稻麦轮作农田连续3年秸秆还田后土壤有机碳含量、全氮、速效磷和速效钾均显著提高；马永良等[13]研究认为，玉米秸秆还田比没有秸秆还田显著提高了0～30 cm耕层土层土壤有机质和腐殖质含量，并且连续3年秸秆还田有机质含量增加了0.1%左右,年均递增 0.033%。秸秆还田同时还影响着土壤酶活性，王倩倩等[14]研究表明，冬闲期冬季还田条件下配施氮肥处理酶活性高于春季还田，各个酶与土壤养分之间关系密切，其中多酚氧化酶与全磷、有效磷和速效钾之间存在正相关，过氧化物酶与速效钾、蔗糖酶与碱解氮存在正相关。杨滨娟等[15]研究表明，秸秆还田配施化肥能显著提高根际土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶的活性。Georgieva等[16]研究同样也表明，秸秆还田能够增加微生物的量和活性。目前，这些关于秸秆还田对土壤养分和土壤酶活性的研究主要是秸秆还田量、秸秆还田施肥以及不同耕作措施下秸秆还田对土壤养分和土壤酶活性的影响比较多，这些研究也多是对一种作物的不同生育时期进行测定比较，而对于不同秸秆还田配施化肥条件下两季不同作物收获后土壤养分和酶活性的研究相对比较少。本试验基于长期定位试验，在小麦-玉米轮作模式下，研究秸秆还田配施化肥对两季不同作物收获期土壤0～40 cm土层土壤养分含量和酶活性的影响，对比秸秆还田与施肥对两季不同作物土壤养分和酶活性的影响，以期筛选出最优的秸秆还田和施肥组合，为连作条件下小麦-玉米秸秆还田提供可靠的理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验在西北农林科技大学校内试验地进行，位于陕西省关中平原西部杨凌农业高新技术产业示范区(E108°7′，N34°12′)，海拔 520 m，为大陆性暖温带季风区气候，年平均气温 12.9 ℃，年降水量约为 660 mm，主要集中在7-9月，属典型的一年两熟农业区。试验土壤为塿土，试验地土壤基本理化性状见表 1。试验期间当地气温与降雨情况见图1。

1.2 试验设计

本试验属于长期定位试验，开始于2010年，此次试验在2015年10月-2016年10月的冬小麦-夏玉米轮作周期内进行。冬小麦于10月上旬播种，第2年6月中旬收获，夏玉米在冬小麦收获后立即播种，每年10月初收获。冬小麦供试品种为西农889，夏玉米供试品种为漯单9号。

试验在免耕条件下共设置 6 个处理：秸秆全量还田+施肥(SF)、秸秆全量还田+不施肥(S)、秸秆半量还田+施肥(HSF)、秸秆半量还田+不施肥(HS)、秸秆不还田+施肥(NSF)、秸秆不还田+不施肥(NS)，其中 NS 处理作为对照。每个处理的面积均为 68.8 m2，相互间隔 0.5 m，每个处理共设3个重复，秸秆还田处理在前茬作物收获后，利用秸秆粉碎机直接将作物秸秆粉碎后还田，秸秆全量还田量(玉米秸秆每个小区为61.92 kg；小麦秸秆每个小区为34.4 kg),秸秆半量还田量(玉米秸秆每个小区为30.96 kg；小麦秸秆每个小区为17.2 kg),秸秆不还田处理在前茬作物收获后，人工拔出所有根茬。冬小麦(基肥)：375 kg/hm2尿素+375 kg/hm2磷酸二铵；夏玉米(追肥)：375 kg/hm2尿素。冬小麦冬灌一次，夏玉米根据当年天气情况至多灌溉一次，其余时间依靠外界降水维持作物正常生长所需。

注：试验地土壤养分特性于2011年冬小麦播种前测定，小写字母表示不同土层深度间差异显著性(P<0.05)。

Note： The soil nutrient in experimental field had been measured before winter wheat sowing in 2011，lowercase indicates significant difference during different soil depth (P<0.05).

1.3 取样与测定

每年前茬作物收获后至下茬作物播种前的时段内采集0～20 cm和20～40 cm土壤样品用于测定土壤养分及酶活性变化。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤有机碳的测定 采用重铬酸钾外加热法。

1.4.2 土壤养分含量测定 土壤氮测定全氮采用半微量凯氏法；碱解氮(有效氮)采用碱解扩散法；土壤磷测定：全磷采用HClO4-H2SO4法；速效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；土壤钾测定：速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法。

1.4.3 土壤酶活性测定 过氧化氢酶活性：高锰酸钾滴定法；蔗糖酶活性：3，5-二硝基水杨酸比色法；脲酶活性：苯酚-次氯酸钠比色法；碱性磷酸酶活性：磷酸苯二钠比色法。

1.5 统计与分析

所有数据及图表均采用 Excel 2010、SPSS 20.0、Origin 9.1 软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田与施肥对冬小麦和夏玉米收获期土壤有机碳和速效养分含量的影响

2.1.1 秸秆还田与施肥对冬小麦和夏玉米收获期土壤有机碳含量的影响 由图2可见， 0～20 cm土层各处理下冬小麦收获后土壤有机碳含量大小为HSF>SF>NSF>S>HS>NS，其中有机碳含量最高的HSF处理下可达到19.10 g/kg，其次SF和NSF处理下的含量分别为18.75，18.30 g/kg，这3种处理与其他3种处理差异显著，与有机碳含量最低的NS(13.14 g/kg)处理相比分别高出45.36%，42.69%，39.27%。显然，秸秆半量还田+施肥下冬小麦收获后土壤有机质含量较其他处理而言相对较高。对于夏玉米而言，各处理下土壤有机碳含量大小为HSF>SF>NSF>S>HS>NS，其中有机碳含量最高的HSF处理为19.20 g/kg，其次SF和NSF处理下的含量分别为18.86，18.29 g/kg，与有机碳含量最低的NS(12.16 g/kg)处理相比分别高出57.89%，55.10%，50.90%，并且与处理NS差异显著。此外，除了NS处理外该土层同一处理间冬小麦收获期的土壤有机碳含量与夏玉米收获期的土壤有机碳含量之间差异不显著。20～40 cm土层各处理下冬小麦和夏玉米收获后土壤有机碳含量大小均表现为SF>HSF>S>HS>NSF>NS，其中冬小麦收获后有机碳含量最高的SF处理为15.38 g/kg，其次是HSF处理下的15.18 g/kg，两处理相比于其他处理差异显著，与有机碳含量最低的NS(9.38 g/kg)相比分别高出63.97%，61.83%；而夏玉米收获后土壤有机碳含量最高的为15.49 g/kg，其次是15.31 g/kg，与其他处理相比差异显著，分别比NS处理高出65.14%，63.22%。此外，该土层同一处理下冬小麦收获期的土壤有机碳含量与夏玉米收获期的土壤有机碳含量之间差异不显著。

2.1.2 秸秆还田与施肥对冬小麦和夏玉米收获期土壤碱解氮含量的影响 由图3可见，0～20 cm土层冬小麦和夏玉米收获期土壤碱解氮含量大小都表现为SF>HSF>NSF>S>HS>NS，其中冬小麦收获期碱解氮含量最高可达39.84 mg/kg，其次是38.49，36.18 mg/kg，与秸秆不还田+不施肥的土壤差异显著，分别比处理NS高出了58.22%，52.86%，43.69%；夏玉米收获期碱解氮含量最高为40.33 mg/kg，其次是38.42，36.82 mg/kg，分别比处理NS高出58.91%，52.34%，46.00%，差异显著。此外除HS和S处理外其他处理下冬小麦收获期土壤碱解氮含量和夏玉米收获期土壤碱解氮含量差异不显著。20～40 cm土层冬小麦收获期土壤中碱解氮含量大小表现为SF>NSF>HSF>S>HS>NS，含量最高的处理SF为19.75 mg/kg，其次是处理NSF 19.40 mg/kg和处理HSF 19.37 mg/kg，分别比含量最低的处理NS高出了70.11%，67.10%，66.84%，差异显著；夏玉米收获期土壤中碱解氮含量大小变化为NSF>SF>HSF>S>HS>NS，含量最高的NSF处理为20.95 mg/kg，其次是20.94，20.92 mg/kg，分别比含量最低的NS处理高出87.05%，86.96%，86.79%，差异显著。0～20 cm土层处理HS和处理S下冬小麦收获期土壤与夏玉米收获期土壤碱解氮含量差异显著；20～40 cm土层下除处理NS外，其他处理下冬小麦收获期土壤与夏玉米收获期土壤碱解氮含量差异显著。由此可以看出，秸秆还田+施氮肥比秸秆还田+不施肥的土壤碱解氮含量高，说明秸秆还田与施肥可以补充土壤中氮素的流失。

2.1.3 秸秆还田与施肥对冬小麦和夏玉米收获期土壤速效钾含量的影响 由图4可见，0～20 cm土层冬小麦收获期土壤速效钾含量大小表现为HSF>NSF>SF>S>HS>NS，含量最高的HSF处理为153.62 mg/kg，其次是152.38，151.19 mg/kg，秸秆不还田+不施肥的土壤含量为136.67 mg/kg，含量较高的前3组处理分别比处理NS高出了12.40%，11.49%，10.62%，处理HSF与处理NS间差异显著；夏玉米收获期土壤速效钾含量大小为HSF > SF > NSF >S>HS>NS，含量最高的HSF处理为158.67 mg/kg，其次是154.15，149.26 mg/kg，分别比处理NS高出17.45%，14.10%，10.48%，处理HSF与处理NS间差异显著。20～40 cm土层冬小麦收获期土壤中速效钾含量大小表现为HSF>SF>NSF>S>HS>NS，含量最高的处理HSF为72.83 mg/kg，其次是67.08，65.61 mg/kg，分别比含量最低的处理NS高出了23.73%，13.97%，11.47%，处理HSF与处理NS间差异显著；夏玉米收获期土壤中速效钾含量大小为SF>HSF>NSF>HS>S>NS，含量最高的SF处理为78.11 mg/kg，其次是76.70，66.06 mg/kg，分别比含量最低的NS处理高出39.93%，37.41%，18.34%，差异显著。

2.1.4 秸秆还田与施肥对冬小麦和夏玉米收获期土壤速效磷含量的影响 由图5可见，0～20 cm土层冬小麦收获期土壤中速效磷含量大小为SF>HSF>NSF>S>HS>NS，含量最高的SF处理为12.99 mg/kg，其次是12.91，11.97 mg/kg，与含量最低的NS处理相比分别高出21.74%，20.99%，12.18%，处理SF与NS间差异显著；夏玉米收获期土壤中速效磷含量大小为HSF>SF>NSF>S>HS>NS，含量最高的HSF处理为12.85 mg/kg，其次是12.30，11.82 mg/kg，与含量最低的NS处理相比分别高出了19.76%，14.63%，10.16%，HSF处理与NS处理差异显著。20～40 cm土层冬小麦收获期土壤速效磷含量大小为HSF>NSF>SF>S>HS>NS，含量最高的HSF处理为4.60 mg/kg，其次是4.22，4.10 mg/kg，分别比含量最低的NS处理高出84.74%，69.48%，64.66%，差异显著；夏玉米收获期土壤速效磷含量大小为HSF>SF>NSF>S>HS>NS，含量最高的HSF处理为3.34 mg/kg，其次是2.99，2.52 mg/kg，分别比含量最低的NS处理高出142.03%，116.67%，82.61%，差异显著。此外，20～40 cm土层同一处理下冬小麦收获期土壤速效磷含量与夏玉米收获期土壤速效磷含量差异显著，均表现为冬小麦高于夏玉米。

2.2 秸秆还田与施肥对冬小麦和夏玉米收获期土壤酶活性的影响

2.2.1 秸秆还田与施肥对过氧化氢酶活性的影响 过氧化氢酶能够促进过氧化氢分解，进而解除过氧化氢对土壤和生物的毒害作用。过氧化氢酶活性测定结果如图6所示，由图可以看出，0～20 cm土层各处理下冬小麦收获期土壤过氧化氢酶活性大小表现为SF>HS>NSF>HSF>NS>S，活性最高的是SF处理为3.907 mL/(h·g)，活性最低的S处理为3.683 mL/(h·g)，处理SF与处理S间差异不显著；处理NS为3.723 mL/(h·g)，处理SF相对于处理NS土壤过氧化氢酶活性提高了4.94%。各处理下夏玉米收获期土壤过氧化氢酶活性的变化为NSF>SF>HSF>S>NS>HS，活性最高的NSF处理为4.177 mL/(h·g)，活性最低的HS处理为3.423 mL/(h·g)，差异显著。处理SF为4.040 mL/(h·g)，处理NS为3.660 mL/(h·g)，处理SF相对于处理NS土壤过氧化氢酶活性提高了10.38%。

20～40 cm土层冬小麦收获期土壤过氧化氢酶活性变化为HS>SF>HSF>S>NSF>NS，活性最高的HS处理为2.587 mL/(h·g)，活性最低的NS处理为2.170 mL/(h·g)，差异显著；夏玉米收获期土壤过氧化氢酶活性变化为SF>HSF>NS>NSF>S>HS，活性最高的SF处理为2.737 mL/(h·g)，活性最低的HS处理为2.153 mL/(h·g)，差异显著，综合比较，SF处理下的土壤过氧化氢酶活性相对比较高，这也说明秸秆还田与施肥在一定程度上会增加冬小麦和夏玉米收获期的土壤过氧化氢酶活性。

2.2.2 秸秆还田与施肥对脲酶活性的影响 由图7可见，0～20 cm土层冬小麦收获期土壤脲酶活性大小为SF>HSF>NSF>S>HS>NS，活性最高的SF处理为2.083 mg/g，活性最低的NS处理为1.083 mg/g，差异显著；处理SF相对于处理NS土壤脲酶活性提高了92.34%。夏玉米收获期土壤脲酶活性大小为SF>HSF>NSF>HS>S>NS，活性最高的SF处理为1.977 mg/g，活性最低的NS处理为1.173 mg/g，差异显著；处理SF相对于处理NS土壤脲酶活性提高了68.54%。20～40 cm土层冬小麦收获期土壤脲酶活性大小为HSF>SF>NSF>S>HS>NS，活性最高的HSF处理为1.170 mg/g，活性最低的NS处理为0.770 mg/g，差异显著；夏玉米收获期土壤脲酶活性大小为SF>HSF>NSF>S>HS>NS，活性最高的SF处理为1.137 mg/g，活性最低NS处理为0.883 mg/g，差异显著。脲酶影响尿素的转化，秸秆还田配施化肥的情况下土壤脲酶的活性相对秸秆不还田和不施化肥的处理土壤脲酶活性高。

2.2.3 秸秆还田与施肥对碱性磷酸酶活性的影响 由图8可见，0～20 cm土层冬小麦收获期土壤碱性磷酸酶活性大小为SF>HSF>NSF>S>HS>NS，活性最高的SF处理为8.550 mg/g，活性最低的NS处理为4.550 mg/g，差异显著；处理SF相对于处理NS土壤碱性磷酸酶活性提高了87.91%。夏玉米收获期土壤碱性磷酸酶活性大小为SF>HSF>NSF>S>HS>NS，活性最高的SF处理为6.267 mg/g，活性最低的NS处理为4.203 mg/g，差异显著；处理SF相对于处理NS土壤碱性磷酸酶活性提高了49.11%。20～40 cm土层冬小麦收获期土壤碱性磷酸酶活性大小为SF>HSF>NSF>S >HS>NS，活性最高的SF处理为3.677 mg/g，活性最低的NS处理为1.683 mg/g，差异显著；夏玉米收获期土壤碱性磷酸酶活性大小变化为HSF>SF>NSF>S>HS>NS，活性最高的HSF处理为2.347 mg/g，活性最低的NS处理为1.353 mg/g，差异显著。此外，不论是0～20 cm土层还是20～40 cm土层同一处理下冬小麦收获期土壤碱性磷酸酶活性与夏玉米收获期土壤碱性磷酸酶活性差异显著，均表现为冬小麦高于夏玉米。

2.2.4 秸秆还田与施肥对蔗糖酶活性的影响 由图9可见，0～20 cm土层冬小麦收获期土壤蔗糖酶活性大小为SF>HSF>S>HS>NSF>NS，活性最高的SF处理为88.873 mg/g，活性最低的NS处理为54.720 mg/g，差异显著；处理SF相对于处理NS土壤蔗糖酶活性提高了62.41%。夏玉米收获期土壤蔗糖酶活性大小为SF>HSF>HS>S>NSF>NS，活性最高的SF处理为60.420 mg/g，活性最低的NS处理为24.183 mg/g，差异显著；处理SF相对于处理NS土壤蔗糖酶活性提高了149.84%。20～40 cm土层冬小麦收获期土壤蔗糖酶活性大小为SF>S>HSF>NS >NSF>HS，活性最高的SF处理为58.147 7 mg/g，活性最低的HS处理为32.263 mg/g，差异显著；夏玉米收获期土壤蔗糖酶活性大小为SF>S>HSF>NSF>HS>NS，活性最高的SF处理为44.827 mg/g，活性最低NS处理为15.000 mg/g，差异显著。此外，不论是0～20 cm土层还是20～40 cm土层同一处理下冬小麦收获期土壤蔗糖酶活性与夏玉米收获期土壤蔗糖酶活性差异显著，均表现为冬小麦高于夏玉米。

2.3 土壤养分含量与土壤酶活性的关系

土壤酶来自土壤微生物、植物和动物，在一定程度上可以反映土壤肥力大小。土壤养分在一定程度上也会影响土壤酶活性。由图10可以看出，冬小麦收获期土壤养分对土壤酶活性有一定的影响，其中与脲酶相关性最高的是全氮，其次是碱解氮，有机碳和速效钾与脲酶的相关性最低，这说明脲酶影响土壤中的氮素转化；和碱性磷酸酶相关性最高的是全氮，其次是碱解氮和全磷，相关性最低的是速效钾和有机碳；与过氧化氢酶相关性最高的是速效钾，其次是速效磷，相关性最低的是有机碳；与蔗糖酶相关性最高的是有机碳，相关性最低的是速效钾；累积方差贡献率达到(PC1和PC2分别解释88.00%，1.92%)。由图11可以看出，夏玉米收获期土壤养分对土壤酶活性也有一定的影响，其中，与脲酶相关性最高的是全氮，其次是碱解氮，有机碳和速效磷与脲酶的相关性最低；和碱性磷酸酶相关性最高的是速效钾，其次是速效磷，相关性最低的是有机碳；与过氧化氢酶相关性最高的是速效磷，其次是速效钾，相关性最低的是有机碳；与蔗糖酶相关性最高的是有机碳，相关性最低的是速效磷；累积方差贡献率达到(PC1和PC2分别解释74.68%，5.87%)。

3 讨论与结论

长期秸秆还田能够增加土壤有机质含量，对土壤速效养分的影响比较大[12-13，17-18]；同时秸秆覆盖后的土壤生物数量和土壤酶活性也增加了[19-20]。本试验结果表明，对于冬小麦和夏玉米而言，不论是0～20 cm还是20～40 cm土层，秸秆全量还田施肥和秸秆半量还田施肥处理比秸秆不还田不施肥均能增加土壤有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾的含量，并且高于秸秆还田不施肥处理，这说明秸秆还田能够增加土壤有机碳和速效养分含量，但是秸秆自身还田后会与作物争氮，引起作物氮供应不足造成作物减产，因此在秸秆还田的过程中需要配施一定量的氮肥来调节土壤C/N比，来满足秸秆分解过程中所需的氮素[21-24]；此外，秸秆全量还田配施氮肥提高了作物收获期的土壤速效养分，这也为下季作物生长提供了很好的养分保障。

秸秆还田与施肥还会影响土壤酶活性。本试验结果表明：与秸秆不还田+不施肥处理相比，秸秆全量还田+施肥处理下的冬小麦土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性均提高了，并且，0～20 cm土层比20～40 cm土层的效果更显著。其中就0～20 cm土层而言土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性分别提高了92.34%，87.91%，4.94%，62.41%；对于夏玉米，0～20 cm土层秸秆全量还田施肥相比秸秆不还田不施肥提高了土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶，分别提高了68.54%，49.11%，149.84%，10.38%。这说明秸秆还田与施肥在一定程度上影响土壤酶活性，尤其是对土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性的影响比较大。路文涛等[25]研究表明，秸秆还田显著提高了土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性，并且增高程度与秸秆还田量的多少相关；籍增顺等[26]研究显示，秸秆覆盖后土壤脲酶和磷酸酶会增加，这均与本试验的结果一致。此外，不论是冬小麦收获期还是夏玉米收获期土壤酶活性均与土壤养分含量呈正相关。其中，影响土壤脲酶活性最高的是全氮和碱解氮；影响碱性磷酸酶活性最高的是全氮、速效磷和速效钾；影响过氧化氢酶活性最高的是速效钾和速效磷；影响蔗糖酶活性最高的是有机碳，这说明随着土壤养分含量的变化土壤酶活性也会随之变化。

综上所述，随着秸秆还田量的增加土壤有机碳、速效养分含量和土壤酶活性都呈增加的趋势，但是单一的秸秆还田的效果没有秸秆全量还田配施氮肥的效果显著，这说明秸秆还田的过程中通过增施氮肥可以减轻秸秆在还田过程中与作物争氮的现象，在一定程度上可以提高土壤质量。因此，最适宜本区的秸秆还田和施肥组合是秸秆全量还田+施肥，即玉米秸秆每个小区为61.92 kg；小麦秸秆每个小区为34.4 kg；此外，秸秆全量还田+施肥处理下土壤酶活性与土壤养分含量有一定的相关性，这说明土壤养分含量和土壤酶活性作为土壤肥力评价的指标会更灵敏，可靠，这也为小麦-玉米秸秆还田提供了可靠的理论指导。

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