作物秸秆是农作物的重要组成部分，占作物生物产量的一半以上，主要包括各种禾本科和豆科类作物秸秆，是一类极丰富的能被直接利用的可再生纤维素资源. 作为一种低廉的有机肥源，作物秸秆含有大量N、 P、 K等营养元素和微量元素，以及丰富的有机质^{[1, 2]}. 肥料作为农作物发育生长养分的重要营养来源，对作物增产有重要的作用，但是化肥的过量和不合理的施用，致使一些地区相继出现了土壤退化现象，包括土壤酸化，土壤养分贫瘠化等^[3]. 我国秸秆资源丰富，据统计我国作物秸秆的年产量约7亿 t，相当于350万t 氮肥、 800万t 钾肥、 80万t 磷肥，但是我国的秸秆利用率低，还田率低于50%^{[4, 5]}. 因此，秸秆作为重要的有机肥源之一，是新兴的生物质能源，通过合理的开发利用，不仅可以解决环境污染和资源浪费问题，还可以缓解化肥过量施用带来的土壤退化问题^[6-8].

秸秆还田已成为我国农作物肥料结构变化的关键性技术措施之一，不仅可以提高土壤的养分含量，还可以改善土壤理化性质^[7]. 相关研究表明，秸秆不同的还田量对土壤肥力效应不同，在黄土高原有灌溉条件的地区，玉米秸秆还田量9 000 kg·hm^-2配施138 kg·hm^-2氮量，能有效提高土壤肥力，同时显著增加了冬小麦产量^[9]. 在黄淮海地区，深耕或者深松的耕作方式结合秸秆还田不仅提高了农田水分的利用率，而且使周年作物增产18.0%~19.3%. 在长期不施用钾肥的条件下，秸秆还田技术配合氮肥和磷肥施用，可以显著提高土壤速效钾含量^{[10, 11]}. 长期黑麦草秸秆还田，18a后可增加12%~30%土壤有机碳含量^[12]，我国黑龙江农村在秸秆还田13 a后，有机质增加了0.2%，可见在一定范围内，随着秸秆还田量和时间的增加，可以有效提高土壤有机质含量^{[13, 14]}，增加作物产量. 除提高土壤肥力，增加作物产量外，秸秆还田还能够提高土壤酶活性. 胡乃娟等^[15]研究了不同秸秆还田量对稻麦轮作系统中土壤酶活性的影响，表明秸秆还田处理相对于秸秆不还田处理能显著提高土壤脲酶、 过氧化氢酶和蔗糖酶的活性，特别是连续两季25%秸秆还田量对酶活性的提高效果最为显著. 秸秆还田配合土壤深松(耕)处理可以使土壤酶活性显著提高25%~46%，最终提高了作物产量^[16]； 而免耕条件下，秸秆还田同样能提高土壤酶活性，蔡丽君等^[17]研究表明土壤酶活性在60%秸秆还田量时达到较高值. 此外秸秆由于C/N含量较高，难被微生物降解，需要配施一定的氮、 磷肥或微生物制剂等后还田，才能有效提高土壤中微生物数量，从而增强土壤酶活性^{[18, 19]}.

近年来学者们对秸秆还田方面的研究主要集中在东北和华北平原等北方地区，对南方地区虽然有所研究，但主要集中的秸秆不同还田量、 配施不同比例的肥料和耕作方式等方面^{[1, 20-22]}，而对水稻-菜轮作下，秸秆还田与化肥减量配施对土壤养分、 酶活性等研究较少，特别是对西南丘陵山区紫色土的研究鲜见报道. 因此，本研究于2013年4月至2014年11月在重庆市江津区先锋镇，布置田间试验，分析了水稻-菜轮作下，秸秆还田与化肥减量配施对土壤肥力、 酶活性及作物产量的影响，明确维持和提高水稻-儿菜轮作系统生产力的最佳秸秆还田量与施肥方式； 并探讨秸秆还田与化肥减量配施对土壤肥力的效应及原因，以期为稻-儿菜轮作系统中养分资源优化管理的施肥方式提供科学依据，实现农业秸秆的循环利用.

试验于2013年4月至2014年11月在重庆市江津区先锋镇仙池坝建成“重庆市现代果树生态示范园”(106°17′51″E，29°13′22″N)进行田间试验. 重庆市江津区先锋镇是中国三大花椒之乡之一，地处江津城郊结合部，是江津城区后庭核心. 该区属亚热带季风气候，光照充足，气候温和，雨量充沛，日照时数年均1 207.9 h，常年平均气温18.2℃，年平均降雨量为1 034.7 mm，适合蔬菜种植，作物品种以蔬菜、 脐橙、 花椒为主. 试验区土壤为紫色土，土壤基本的理化性质: pH值为6.50，容重为1.41 g·cm^-3，有机质含量为20.1 g·kg^-1，全氮(TN)、 全磷(TP)、 全钾(TK)含量分别为0.859、 0.342、 11.6 g·kg^-1，碱解氮、 有效磷、 速效钾含量分别为83.6、 21.2、 50.0 mg·kg^-1.

试验共设置5个处理: ①F，常规施用化肥； ② 90%F+AS，秸秆全量还田与90%化肥配施； ③ 80%F+AS，秸秆全量还田与80%化肥配施； ④ 70%F+AS，秸秆全量还田与70%化肥配施； ⑤ 50%F+DS，2倍秸秆量还田与50%化肥配施. 秸秆全量还田为水稻秸秆全量还田，还田量为7 500 kg·hm^-2. 试验小区面积为12 m²(3 m×4 m)，3次重复，随机区组排列. 小区间用高30 cm、 宽30 cm的土埂隔开，以防小区间窜水窜肥，整个试验区外围设保护行(如图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 试验设计分布 Fig. 1 Test design pattern

采用一年两熟，水稻-儿菜轮作制度，供试水稻为JJ优868，儿菜为早娃一号. 水稻种植密度为1.65×10⁵ 株·hm^-2，儿菜种植密度为4.00×10⁴ 株·hm^-2. 水稻秸秆粉碎后(约10 cm)于施基肥前3 d翻压、 平整. 2013年5月种植水稻(C1)，每个小区种植9×11穴，每穴种植水稻苗2株； 2013年10月种植儿菜(C2)，每个小区种植6×8穴，每穴种植儿菜苗1株； 2014年5月种植水稻(C3)，每个小区种植9×11穴，每穴种植水稻苗2株.

试验用肥料为氮肥(含N 46%的尿素)，磷肥(含P₂O₅ 12%的过磷酸钙)，钾肥(含K₂O 60%的氯化钾). 水稻常规施肥量为N 112 kg·hm^-2，P₂O₅ 49 kg·hm^-2，K₂O 52 kg·hm^-2； 儿菜常规施肥量为N 252 kg·hm^-2，P₂O₅ 69 kg·hm^-2，K₂O 117 kg·hm^-2. 水稻施肥方式: 氮肥分3次施用，基肥∶蘖肥∶穗肥=2∶1∶1； 钾肥分2次施用，基肥∶穗肥=2∶1； 磷肥在水稻移栽前作基肥一次性施入. 儿菜施肥方式: 氮肥分2次施用，基肥∶追肥=4∶6； 钾肥和磷肥在儿菜种植前做基肥一次性施入. 试验期间灌水方式为浇灌，其它栽培管理措施同当地大田.

生产管理: 田间生产管理均按当地实际生产措施进行，并适时防治病虫害.

采集每一季作物收获后耕作层的土壤样品. 采样点的布设是根据自然环境状况，种植面积，并兼顾布点均匀性、 代表性和科学性的原则，采用梅花型布点方式，一般每个小区内设1组(3~5个)平行样点，再将多个平行样点混合成一个均匀的土样，采用四分法弃去至各混合土样保留1 kg左右. 取四分之一的土样放冰箱4℃下保存，用以测定土壤酶活性； 其余土样经风干磨碎后，过1 mm和0.25 mm筛备用.

土壤pH值: 采用水浸提电位法测定，用无CO₂去离子水调节土水比为5∶1，搅拌1 min，静置30 min后，用DMP-2mV/pH计测定； 土壤有机质: 重铬酸钾容量法； 土壤碱解氮: 碱解扩散法测定； 土壤速效钾: NH₄Ac浸提-火焰光度计法测定； 土壤有效磷: 0.5 mol·L^-1 NaHCO₃浸提-钼蓝比色法测定.

脲酶活性: 苯酚钠-次氯酸钠比色法，以24 h后1 g土壤中NH₃-N的毫克数(mg)表示土壤脲酶活性； 过氧化氢酶活性: 高锰酸钾容量法，以1 g土壤1 h内消耗的0.1 mol·L^-1KMnO₄体积数(mL)表示土壤过氧化氢酶活性； 磷酸酶活性: 磷酸苯二钠比色法，以24 h后1 g土壤中释放出的酚的毫克数(mg)表示磷酸酶活性；

具体测定详细步骤参见文献^{[23, 24]}.

以上比色法所用仪器为TU-1901双光束紫外可见光光度计和721-P可见分光光度计.

(1)

(2)

式中，M为样品吸光值由标准曲线求得的NH₃-N毫克数，mg； M₀为无土对照吸光值由标准曲线求得的NH₃-N毫克数，mg； M ₁为无基质对照吸光值由标准曲线求得的NH₃-N毫克数，mg； V为显色液体积，mL； n为分取倍数，浸出液体积/吸取滤液体积； m为烘干土重，g.

(3)

式中，V₀为空白样剩余过氧化氢滴定体积，mL； V为土样剩余过氧化氢滴定体积，mL； m为烘干土重，g； T为高锰酸钾滴定度的矫正值 T=0.020 5/0.02=1.026.

(4)

式中，M为样品吸光值由标准曲线求得的酚毫克数，mg； M₀为无土对照吸光值由标准曲线求得的酚毫克数，mg； M₁为无基质对照吸光值由标准曲线求得的酚毫克数，mg； V为显色液体积； n为分取倍数，浸出液体积/吸取滤液体积； m表示烘干土重，g.

数据处理采用Excel 2003、 SPSS 18.0等统计软件，对数据进行方差分析(LSD法).

与常规施肥(F)相比，秸秆还田与化肥减量配施能提高水稻和儿菜的产量. 从表 1可以看出，第一季水稻收获后(C1)，各处理的产量表现为90%+AS>50%F+DS>80%F+AS>70%F+AS>F，其中90%+AS和50%F+DS处理的第一季水稻增产效果最佳，分别较F处理提高了16.2%和15.4%，但各处理间差异不显著. 在儿菜收获后(C2)，80%F+AS、 70%F+AS和50%F+DS处理产量分别比F处理提高了1 670、 2 000、 1 420 kg·hm^-2. 经轮作后，第二季水稻(C3)较第一季(C1)增产820~1 240 kg·hm^-2，其中90%+AS和50%F+DS处理的第二季水稻的产量仍是较高的，显著提高了18.0%和17.3%，可见轮作条件下，秸秆全量还田配施90%化肥和两倍秸秆还田配施50%化肥对水稻的增产效果优于其他减量施肥处理.

表 1 (Table 1)

表 1 秸秆还田与化肥减量配施对作物产量的影响1) Table 1 Effects of straw incorporation and reduction of fertilizer application on the yields of crop 作物 处理 产量 /kg·hm-2 增产量 /kg·hm-2 增产率 /% F 6 360±543a —2) — 90%F+AS 7 390±453a 1 030±65 16.2±1.2 C1 80%F+AS 6 660±765a 300±22 4.7±0.5 70%F+AS 6 580±482a 220±31 3.5±0.1 50%F+DS 7 340±863a 980±75 15.4±1.8 F 5 500±342a — — 90%F+AS 6 170±582ab 670±89 12.2±0.9 C2 80%F+AS 7 170±821b 1 670±103 30.4±2.3 70%F+AS 7 500±632b 2 000±148 36.4±4.1 50%F+DS 6 920±234b 1 420±97 25.8±3.1 F 7 180±357a — — 90%F+AS 8 470±517b 1 290±845 18.0±1.2 C3 80%F+AS 7 900±389ab 720±48 10.0±0.6 70%F+AS 7 400±681ab 220±23 3.1±0.2 50%F+DS 8 420±324b 1 240±87 17.3±1.3 1)不同小写字母表示同一季度下各处理间差异显著性(P<0.05)，下同； 2)“—”表示文章中没有相关数据

表 1 秸秆还田与化肥减量配施对作物产量的影响1) Table 1 Effects of straw incorporation and reduction of fertilizer application on the yields of crop

秸秆还田与化肥减量配施能有效提高土壤pH值，如图 2所示，在整个试验过程中，80%F+AS、 70%F+AS和50%+DS处理的土壤pH值均较高，与常规施肥F处理相比均达到显著水平(P<0.05)； 随着种植时间的增加，秸秆还田处理的土壤pH值均提高，而F处理的有所下降，可见长期施用化肥增加土壤酸化程度. 从图 2还可以看出，不同耕作季度下，不同处理对土壤pH值的影响存在差异； 在C1季度下，除90%F+AS处理较F处理差异不显著外其他秸秆还田处理均显著提高了0.20~0.28个单位(P<0.05)，其中70%F+AS处理的效果最佳； C2和C3季度下，80%F+AS处理的pH值最高，分别为6.88和6.96，可见秸秆还田与化肥减量配合施用对稻-菜轮作系统的土壤pH有一定的改善作用，其中70%F+AS和80%F+AS处理的效果较佳.

土壤有机质既是植物矿质营养和有机营养的源泉，又是土壤中异养型生物的能源物质，同时也是形成土壤结构的重要因素，对肥力因素、 水肥气热影响最大，是土壤肥力重要的物质基础. 由图 2可知，C1季度下，与F处理相比，秸秆还田处理的土壤有机质均显著提高了2.55~8.23 g·kg^-1(P<0.05)，其中80%F+AS处理的效果最佳； C2季度下，各处理的土壤有机质含量表现为80%F+AS>50%F+DS>70%F+AS>90%F+AS>F，80%F+AS处理较F处理显著提高了50.8%； 经轮作后即C3季度下，各处理的土壤有机质较前两季均提高，且除90%F+AS处理与F处理不存在显著差异外其他秸秆还田处理均显著提高了37.9%~46.2%，其中80%F+AS处理的土壤有机质最高，为41.01 g·kg^-1，其次为50%F+DS处理； 可见轮作可以有效提高土壤有机质含量，以80%F+AS处理效果最佳，其次为50%F+DS处理.

图 2

Fig. 2

图 2 不同处理对土壤pH、 有机质的影响 Fig. 2 Effects of different treatments on soil pH and organic matter

土壤速效养分是作物吸收利用的有效养分形态，是作物高产的保证. 从表 2可以看出，在整个试验过程中，不同耕作季度下的土壤有效养分含量变化趋势较一致，表现为C3>C2>C1，可见轮作可以有效地提高土壤有效养分的含量. 对土壤碱解氮而言，秸秆还田处理较常规施肥F处理显著提高了18.7~51.8 mg·kg^-1(P<0.05)，其中80%F+AS处理即秸秆全量还田与80%化肥减量配施处理的土壤碱解氮含量相对较高，为110~178 mg·kg^-1，其次为50%F+DS处理. 每一季度作物收获后，各处理的土壤有效磷含量随着化肥施用量的减少，呈先增加后减少的趋势，峰值均出现在秸秆全量还田配施80%化肥量的处理(80%F+AS处理)，达到了31.3~64.0 mg·kg^-1，较F处理显著提高了24.8%~36.5%(P<0.05)，而50%F+DS和90%F+AS处理的土壤有效磷的增幅较小，未超过10%，说明过多的秸秆还田量反而会不利于土壤有效磷累积. 对于土壤速效钾而言，C1季度下，80%F+AS处理的速效钾含量为83.3 mg·kg^-1，其次为90%F+AS处理； 随着种植时间的增加，C2季度下，80%F+AS和70%F+AS处理速效钾含量较高，是F处理的2倍多； 整个试验结束后，各处理的速效钾含量表现为70%F+AS>80%F+AS>90%F+AS>50%F+DS>F，其中70%F+AS处理比F处理显著提高了45.4%(P<0.05)，而50%F+DS处理仅提高了4.6%.

总体而言，秸秆还田与化肥减量配施能够有效增加耕层土壤的有效养分，随着种植时间的增加，有效养分呈增加趋势. 对于同一耕作期，土壤有效养分随着减量施肥量的变化呈现先增加后降低再增加的趋势，但整体都高于常规施肥处理.

表 2 (Table 2)

表 2 不同处理对土壤碱解氮、 有效磷和速效钾的影响 Table 2 Effects of different treatments on soil alkalytic nitrogen, available phosphorus and available potassium 处理 土壤碱解氮 /mg·kg-1 土壤有效磷 /mg·kg-1 土壤速效钾 /mg·kg-1 F 86.3±8.2 a 23.2±1.2 a 50.0±4.2 a 90%F+AS 105±12.2 b 24.3±3.5 ab 77.8±8.5 d C1 80%F+AS 110±10.5 c 31.3±5.1 b 83.3±9.1 e 70%F+AS 111±11.2 c 27.0±1.5 a 71.0±6.7 c 50%F+DS 110±9.5 c 23.4±2.0 a 63.0±8.1 d F 97.2±5.6 a 37.3±4.0 a 57.1±6.0 a 90%F+AS 135±12.4 b 47.1±5.2 b 106±10.5 b C2 80%F+AS 149±11.5 c 50.9±6.1 b 119±9.5 b 70%F+AS 143±17.2 bc 46.9±3.8 b 118±8.2 b 50%F+DS 146±10.5 c 38.4±2.9 a 88.5±9.7 ab F 113±10.2 a 51.3±4.5 a 108±5.6 a 90%F+AS 146±18.4 b 52.8±4.5 ab 131±11.2 b C3 80%F+AS 178±21.0 d 64.0±7.1 c 143±16.2 c 70%F+AS 153±13.5 c 56.7±6.5 b 157±14.1 d 50%F+DS 158±12.6 c 55.5±5.6 ab 113±10.2 a

表 2 不同处理对土壤碱解氮、 有效磷和速效钾的影响 Table 2 Effects of different treatments on soil alkalytic nitrogen, available phosphorus and available potassium

从表 3可以看出，施肥和秸秆处理均对土壤脲酶活性有提升作用. 从不同的耕作季节来看，不同处理的土壤脲酶活性变化趋势较为相近，均呈现先升高后降低的趋势. 随着耕种时间的延长，土壤脲酶活性有提升的趋势，特别是C3季度下的各处理的酶活性高于前两季度，可见连续秸秆覆盖可以有效提高土壤脲酶活性. 同一耕作季度下，与常规施肥F处理相比，秸秆覆盖处理的土壤脲酶活性均提高，其中80%F+AS处理和70%F+AS处理对脲酶活性提高效果较为显著，分别较F处理显著提高了13.6%~76.4%和20.1%~75.0%(P<0.05).

对土壤过氧化氢酶而言，同一耕作季度下，过氧化氢酶活性随着减量施肥呈现先增加后保持平衡的趋势，且秸秆覆盖处理的土壤过氧化氢酶活性高于常规施肥F处理，其中C1和C2季度下，80%F+AS处理的过氧化氢酶活性均最高，较F处理分别显著提高了0.37 mL·(h·g)^-1和0.31 mL·(h·g)^-1(P<0.05). 从表 3还可以看出，随着种植时间的增加，各处理的土壤酸性磷酸酶活性变化趋势较为一致，均随着耕种时间的增加而提升，特别是C3季度下的各处理的酶活性高于前两季度，可见连续秸秆覆盖可以有效提高土壤酸性磷酸酶活性. 同一季度下，土壤酸性磷酸酶活性随着化肥施用量的减少，呈先增加后减少的趋势； 其中C1季度下，70%F+AS处理的磷酸酶活性最高，较F处理显著提高了62.7%(P<0.05)，C2季度下，50%F+DS处理的磷酸酶活性最高，较F处理提高了60.0%，C3季度下，70%F+AS和80%F+AS处理的磷酸酶活性较高，较F处理分别显著提高了45.2%和48.2%(P<0.05).

表 3 (Table 3)

表 3 不同处理对土壤酶活性的影响 Table 3 Effects of different treatments on the soil enzyme activity 作物 处理 脲酶 /mg·(g·24 h)-1 过氧化氢酶 /mL·(h·g)-1 磷酸酶 /mg·(g·24 h)-1 F 0.37±0.01 a 3.78±0.21 a 0.52±0.07 a 90%F+AS 0.44±0.05 b 4.13±0.12 bc 0.74±0.04 b C1 80%F+AS 0.42±0.02 b 4.15±0.54 c 0.77±0.04 bc 70%F+AS 0.44±0.03 b 4.11±0.21 b 0.85±0.04 d 50%F+DS 0.41±0.06 ab 4.09±0.64 b 0.79±0.02 c F 0.40±0.01 a 3.93±0.38 a 0.66±0.06 a 90%F+AS 0.55±0.04 b 4.17±0.28 d 0.85±0.04 b C2 80%F+AS 0.55±0.02 b 4.24±0.57 e 0.87±0.07 b 70%F+AS 0.70±0.08 c 4.19±0.10 c 0.93±0.10 b 50%F+DS 0.54±0.02 b 4.13±0.74 b 1.06±0.11 c F 1.30±0.11 a 4.39±0.64 a 1.52±0.17 a 90%F+AS 1.65±0.65ab 4.42±0.24 c 2.04±0.09 bc C3 80%F+AS 2.29±0.12 b 4.40±0.57 ab 2.25±0.14 c 70%F+AS 2.01±0.18 b 4.42±0.61 bc 2.21±0.37 c 50%F+DS 1.79±0.21 ab 4.40±0.34 ab 1.81±0.07 b

表 3 不同处理对土壤酶活性的影响 Table 3 Effects of different treatments on the soil enzyme activity

作物的产量是农业管理水平与土壤生产力的综合反映，也是农业持续发展的重要评价指标. 大量研究发现，合理的秸秆还田可以提高作物产量^{[3, 9, 25]}，增加作物中的总干物质的累积量^[26]，杨滨娟等研究表明^[27]，秸秆还田配施不同比例的化肥可以提高水稻干物质的累积速率，群体生物量，提高水稻的产量. 本研究发现秸秆还田后，适量的减量施肥仍可以提高作物产量，其中90％F+AS处理对水稻的增产效果最佳，70％F+AS处理对儿菜的增产效果最佳，且儿菜的增产效应远高于水稻； 这是由于秸秆还田一方面向微生物提供碳源，提高微生物活性，促进土壤供肥能力，另一方面还能够缓和冬季地温和土壤蓄水保墒效果^[28]，因此儿菜在冬季种植时仍获得高产的效应，郑成岩等研究也表明^[29]，秸秆还田可以改善耕层土壤水分条件和地温，提高作物的干物质累积量，从而达到增产的效果. 同时，随着秸秆还田时限的延长，作物增产效果更显著，表明秸秆还田对作物产量的影响是一个长期的过程.

作物生长需要适宜的土壤酸碱度. 土壤pH值决定了土壤酸碱状况，是土壤重要的化学性质，影响着土壤生态环境. 有研究表明，秸秆还田可以有效改善土壤的酸碱性，一方面因为秸秆还田可以提高土壤有机质积累，有机质在分解过程中产生CO₂和大量有机酸，降低了秸秆还田后的盐碱土壤pH值^[30]； 另一方面，王允青等^[31]对秸秆不同还田方式作物秸秆腐解特征研究提出，秸秆浸提液呈弱碱性(pH>8)，对酸化土壤有一定的改善作用. 本试验研究表明，秸秆(粉碎)还田与化肥减量配施处理对酸化土壤仍有明显的改善作用，与前人的研究结果相类似^[32-34]，这主要是因为秸秆配合适量的化肥，可以增加土壤有机质的累积量，从而使有机质在分解过程中产生酸性物质，虽然降低了土壤的pH值，但是秸秆还田后浸提液呈弱碱性，最终使土壤pH值提升了近0.5个单位. 土壤有机质是评价土壤肥力的重要指标，作物秸秆中含有丰富的有机成分和营养元素，还田后，秸秆周围会有大量的微生物进行繁殖，形成微生物的活动层，促进了对秸秆有机态养分的分解释放，从而增加有机质含量^{[35, 36]}. 前人从秸秆还田方式、 还田量、 还田时间、 秸秆还田与化肥配合施用等方面对土壤有机质进行了研究^{[14, 27, 37, 38]}，但关于秸秆还田与化肥减量配施对土壤有机质的影响的研究少有报道，本研究表明，80%F+AS处理对土壤有机质的含量的提高效果最佳，因为在微生物分解秸秆的过程中添加适量的氮肥，可以为微生物提高氮源，调节适宜土壤微生物生长的C/N，促进土壤微生物活性，从而加快了微生物对秸秆中有机态养分的分解释放，提高了土壤有机质含量^[39-41]，但秸秆还田量或者施氮量过高，会影响土壤C/N，降低微生物数量和活性，最终降低土壤有机质的增加率^[1].

秸秆中富含氮、 磷、 钾等营养元素，具有培肥土壤的重要作用. 闫洪奎等^[42]研究表明，长期5年秸秆还田和有机肥配施处理可以增加土壤有效氮和速效磷含量，但速效钾含量随着种植年限的增加呈下降趋势. 但另有研究认为，秸秆还田能显著提升土壤速效氮、 速效磷和速效钾含量^[43]. 同时，路文涛等^[44]、 汤文光等^[45]的研究结果显示连续的秸秆还田能显著提高土壤速效氮、 速效磷含量，并能有效减缓土壤速效钾含量的降低趋势. 本试验中秸秆还田与化肥减量配施处理较常规施肥处理提高了土壤速效氮、 速效磷、 速效钾的含量，且土壤速效养分随着减量施肥水平的提高呈先增加后降低的趋势，这与汪军等^[46]的研究结果相类似. 其中秸秆全量还田配施80%的化肥处理对改善土壤速效养分含量的效果最佳，但双倍秸秆还田与50%化肥配施处理对土壤速效磷、 速效钾含量的提升效果不显著，而对土壤碱解氮的含量有显著的提升效果. 这是因为秸秆中碳素资源丰富，C/N比高的秸秆还田后会激发土壤氮的矿化，增加土壤碱解氮的含量，且秸秆还田配合无机氮肥能有效提高土壤氮素供应能力^[47]，因此秸秆还田处理的土壤碱解氮含量均显著提高； 同时由于双倍的秸秆还田量(DS)配施50%化肥，较全量秸秆还田量(AS)提供了更加充足的碳源，增强了微生物的活性，促进了土壤磷酸酶活性(表 3)，增加了土壤微生物量磷含量，但是由于该处理施用的磷肥较少，靠作物残留根茬归还土壤磷，土壤有效磷会趋于耗竭^[48]，因此50%F+DS处理的土壤速效磷含量较低.

土壤酶是土壤中植物、 动物、 微生物活动的产物，参与了许多重要的生物化学过程，其活性的高低可以用来评价土壤肥力的重要指标之一. 有研究表明作物秸秆可以提高土壤中脱氢酶、 脲酶及过氧化氢酶等酶活性^[49]，但不同作物秸秆及还田的效应存在一定差异. 本试验研究中，随着秸秆还田的时限增长，土壤脲酶、 酸性磷酸酶、 过氧化氢酶均得到提高，并且秸秆还田配合减量施肥对于酶活性的提升效果高于常规施肥F处理(即秸秆不还田处理)，特别是70%~80%F+AS(全量秸秆还田)对于土壤酶活性的提升效果最佳. 通过土壤酶活性与土壤养分含量相关性分析发现(表 4)，同一耕作季，在秸秆还田条件下减量施肥对于土壤过氧化氢酶活性的提升有着显著的促进作用，而对脲酶和酸性磷酸酶活性的提升效果不显著. 土壤有机质、 pH和速效养分均对脲酶、 过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性的相关性均达到极显著正相关，这与王丽娜等的研究结果相似^[50].

表 4 (Table 4)

表 4 土壤酶活性与土壤理化性质的相关关系1) Table 4 Relationship between soil enzyme activity and soil chemical and physical properties 项目 脲酶 过氧化氢酶 磷酸酶 试验处理 0.121 0.249* 0.173 pH 0.442** 0.469** 0.459** 有机质 0.332** 0.449** 0.374** 碱解氮 0.670** 0.676** 0.703** 速效磷 0.744** 0.667** 0.767** 速效钾 0.722** 0.768** 0.747** 1)*表示5%显著水平,**表示1%极显著水平

表 4 土壤酶活性与土壤理化性质的相关关系1) Table 4 Relationship between soil enzyme activity and soil chemical and physical properties

土壤脲酶参与土壤有机氮素的分解转化，为植物和微生物生长提供氮源^[21]. 有研究表明，施入土壤中的尿素只能在脲酶的参与下才能水解，脲酶的酶促反应产物是植物氮源之一，其活性可以用来表征土壤氮素供应能力^[51]. 与常规施肥处理(无秸秆还田)相比，本研究中秸秆还田配施化肥处理的土壤脲酶活性均提高，一方面是因为秸秆还田后，为土壤微生物生长提供了有效碳源，提高了土壤微生物的活性，从而增加了包括土壤脲酶在内的分泌物的数量； 另一方面，秸秆含碳量高，激发了微生物对秸秆的分解，提高脲酶活性^[47]. 同时本试验中双倍秸秆还田量的脲酶活性均低于全量秸秆还田，这与胡乃娟等对稻麦轮作系统下不同秸秆还田量对脲酶活性的影响研究结果相类似^[15]，但另有研究指出，秸秆还田处理下，脲酶活性随着还田量的增加呈上升趋势，这可能与不同的土壤质地、 种植制度以及气候条件相关，也有可能是因为双倍秸秆还田条件下的氮肥施用量较低，比其他全量秸秆还田处理的氮源少，因此50%F+DS处理的土壤脲酶活性低.

土壤磷酸酶是反映土壤有机磷转化能力的指标之一，其活性的高低直接影响土壤有机磷的分解转化能力以及土壤磷素状况. 有研究表明，长期秸秆还田、 无机肥与有机肥混合施用可显著提高土壤磷酸酶的活性^{[52, 51]}. 土壤pH值极大影响土壤磷酸酶活性，本试验中供试紫色土偏酸性，因此主要以酸性磷酸酶的酶促反应为主. 秸秆还田的土壤磷酸酶活性高于秸秆不还田即常规施肥处理的磷酸酶活性，尤其是80%F+AS处理的磷酸酶活性较高，这是由于适量的秸秆还田配施一定量的氮、 磷、 钾肥，可以促进作物根系发育，改善了土壤理化性质，为微生物生长提供了适宜的环境，从而增加了包括土壤磷酸酶在内的分泌物数量^[50]. 本试验中土壤磷酸酶的活性变化趋势与速效磷的含量变化趋势相似，通过相关性分析(表 4)，试验中土壤磷酸酶活性与速效磷含量达到极显著的正相关关系. 过氧化氢酶广泛存在于土壤和生物体内，其活性与土壤有机质含量、 微生物数量有关，可表征土壤腐殖化强度和有机质积累程度. 钱海燕等研究发现^[54]，秸秆还田配施一定比例的化肥可以提高土壤过氧化氢酶活性，但刘建国等^[55]对长期连作和秸秆还田下棉田土壤生物活性研究表明，短期连作和秸秆还田处理的土壤过氧化氢酶活性下降，而棉花连作与秸秆还田10年以上，过氧化氢酶活性达到较高水平. 本试验条件下，稻菜轮作系统下的秸秆还田可以提高土壤过氧化氢酶活性，但并不是秸秆还田量越多越好，因为秸秆还田量过多会影响土壤C/N，从而影响微生物活性，最终减少了土壤酶等分泌物的产生^[17]，所以本试验条件下，70%~80%F+AS处理对土壤过氧化酶活性的提高效果最佳.

西南丘陵山区紫色土在稻-菜轮作下，连续秸秆覆盖与化肥减量配合使用，能提高水稻和蔬菜作物的产量、 土壤肥力以及酶活性； 其中70%~80%F+AS处理即秸秆全量覆盖与化肥减量20%~30%的还田方式是该地区稻-菜轮作模式的最优施肥方式，即水稻季施入氮肥(尿素)170.8~195.0 kg·hm^-2、 磷肥(过磷酸钙)189.2~215.8 kg·hm^-2、 钾肥(氯化钾)60.8~69.2 kg·hm^-2、 秸秆还田量7 500 kg·hm^-2，儿菜季施入氮肥(尿素)383.6~428.4 kg·hm^-2、 磷肥(过磷酸钙)266.9~305.1 kg·hm^-2、 钾肥(氯化钾)136.3~155.7 kg·hm^-2、 秸秆还田量7 500 kg·hm^-2.