秸稈配施氮肥還田對(duì)水稻土酶活性的影響①

王倩倩，堯水紅，張 斌，岳龍凱，韓 亞，張?jiān)铝?，?璇

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，耕地培肥技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

秸稈配施氮肥還田對(duì)水稻土酶活性的影響①

王倩倩，堯水紅*，張 斌，岳龍凱，韓 亞，張?jiān)铝?，?璇

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，耕地培肥技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

通過(guò)田間試驗(yàn)研究秸稈還田時(shí)間及配施氮肥比例對(duì)水稻土酶活性的影響，以期為培育水稻土肥力和穩(wěn)定稻田生態(tài)系統(tǒng)功能提供理論依據(jù)。試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)秸稈還田時(shí)間(WS，冬季還田；SS，春季還田)和4個(gè)氮肥配施量(N0，秸稈還田，試驗(yàn)期內(nèi)全程不添加礦質(zhì)氮；NB，常規(guī)施肥，還田時(shí)不添加礦質(zhì)氮；N30B，秸稈還田時(shí)添加早稻基肥用量的30% 礦質(zhì)氮；N60B，秸稈還田時(shí)添加早稻基肥用量的60% 礦質(zhì)氮)。研究結(jié)果表明：①冬季秸稈翻耕還田能增加冬閑期6種與土壤碳周轉(zhuǎn)相關(guān)酶(β-葡萄糖苷酶、β-纖維二糖苷酶、β-木糖苷酶、多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶和蔗糖酶)的活性，冬閑期冬季秸稈還田條件下土壤酶活性均高于春季還田，生育期內(nèi)冬季秸稈翻耕還田措施對(duì)土壤β-葡糖苷酶和過(guò)氧化物酶有增加作用；②秸稈還田并配施氮肥措施顯著地增加冬閑期和生育期β-纖維二糖苷酶的活性，但配施氮肥的3個(gè)比例間土壤酶活性并無(wú)顯著差異；③除多酚氧化酶外，其他5種酶均與其有機(jī)碳投入量呈顯著正相關(guān)。因此，冬季秸稈還田及配施氮肥能在一定程度上調(diào)控與碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的土壤酶活性，對(duì)推廣冬閑期秸稈翻耕還田及保障作物的產(chǎn)量具有重要的生態(tài)學(xué)意義。

水稻土；秸稈還田時(shí)間；秸稈還田配施氮肥；酶活性

水稻土是我國(guó)最主要的耕作土壤類型之一，其中約 90% 分布在我國(guó)熱帶亞熱帶雙季稻產(chǎn)區(qū)[1]。該區(qū)土壤主要為酸性土壤，碳氮轉(zhuǎn)化活性較弱，合理的農(nóng)田管理措施有利于提高該區(qū)土壤生產(chǎn)力[2]。秸稈還田能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性狀[3]，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[4–7]，被認(rèn)為是一種有效的農(nóng)田培肥措施。但由于勞力缺乏、沒(méi)有冬季耕作習(xí)慣和機(jī)械耕作作業(yè)等因素，在我國(guó)雙季稻產(chǎn)區(qū)目前秸稈還田量只有水稻秸稈收獲量的近1/2。因此，改變雙季稻產(chǎn)區(qū)的冬閑習(xí)慣，將水稻秸稈冬季翻耕還田有利于秸稈還田這一農(nóng)田培肥措施的推廣[8]。

農(nóng)作物秸稈自然狀態(tài)下碳氮比較高，難以被微生物分解，直接施入土壤會(huì)刺激微生物劇烈活動(dòng)而將固持一部分有效氮，造成與作物爭(zhēng)氮的矛盾，從而影響作物苗期生長(zhǎng)[9–11]。因此，秸稈還田通常配施一定量無(wú)機(jī)氮肥，用以補(bǔ)充土壤氮含量[12–14]。秸稈配施氮肥還田不僅能改土培肥、固碳減排[15–18]，還能增加細(xì)菌數(shù)量[19–20]以及提高土壤酶活性[20–21]，改善土壤微環(huán)境。

土壤酶是由微生物、動(dòng)植物活體分泌及動(dòng)植物殘骸分解釋放于土壤中的一類具有催化能力的生物活性物質(zhì)[22]。土壤酶活性控制土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度和方向[23–24]，可以敏感地反映土壤肥力和生態(tài)系統(tǒng)功能的變化[25–27]。秸稈進(jìn)入土壤后，其微生物分解過(guò)程必然影響土壤的酶活性和碳周轉(zhuǎn)[28–29]。秸稈還田在減少環(huán)境污染、保持土壤肥力和增加作物產(chǎn)量[14–15,30–33]等方面已有較多研究，而冬閑期合理利用水稻秸稈還田對(duì)后季早稻土壤酶活性影響方面的報(bào)道較少。因此本研究試圖揭示我國(guó)雙季稻產(chǎn)區(qū)冬閑期秸稈還田與氮肥配施模式對(duì)稻田土壤秸稈腐解的生物學(xué)過(guò)程的影響，測(cè)量秸稈還田與碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的土壤酶活性變化，為更好地推廣秸稈還田措施和保障土壤肥力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)地位于江西省鷹潭市余江縣鄧家埠水稻原種場(chǎng)(116°55'E，28°15′N)，該地區(qū)屬于典型中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，月平均最高氣溫與最低氣溫分別為29.9℃ 和 5.5℃，年均溫度 17.6℃，全年有效積溫6 480℃，年均降雨量1 727 mm，全年無(wú)霜期289 d。當(dāng)?shù)剌喿鞣绞綖椋涸绲鲸C晚稻–冬季休閑。本試驗(yàn)供試稻田土壤屬于河流沖積物發(fā)育而成的潴育型水稻土，供試材料早稻品種為中早33，晚稻品種為農(nóng)香98，株行距20 cm × 20 cm。2008年晚稻種植前，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)碳19.20 g/kg、全氮1.64 g/kg、全磷 0.30 g/kg、全鉀27.26 g/kg、堿解氮139.04 g/kg、速效磷5.76 mg/kg、速效鉀81.60 mg/kg，pH為4.94。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素完全隨機(jī)區(qū)組的裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)處理：①冬季還田(WS)；②春季還田(SS)；副區(qū)處理：①秸稈還田，試驗(yàn)期內(nèi)全程不添加礦質(zhì)氮 (N0)；②常規(guī)施肥，還田時(shí)不添加礦質(zhì)氮(NB)；③還田時(shí)添加早稻基肥用量的30% 礦質(zhì)氮(N30B)；④還田時(shí)添加早稻基肥用量的60% 礦質(zhì)氮 (N60B)；⑤秸稈移除(CK)；3次重復(fù)，共30個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為10 m × 8 m。

秸稈還田處理是將晚稻收獲的全部稻草粉碎至5 ~ 10 cm，均勻分散于田面，并按主區(qū)處理分別在冬季(12月中旬)或春季犁田(來(lái)年4月中旬)時(shí)將田面秸稈翻入小區(qū)耕層土壤中，秸稈還田量為7 500 kg/hm2。秸稈移除處理是將晚稻收獲的全部稻草移出小區(qū)，秸稈不還田，秸稈處理與移除處理的留茬高度均為 10 cm左右。

早稻施肥量氮肥為N 180 kg/hm2，磷肥為P2O575 kg/hm2，鉀肥為K2O 150 kg/hm2，所用的肥料氮肥為尿素，磷肥為鈣鎂磷肥，鉀肥為氯化鉀；磷肥作為基肥一次性施入，鉀肥按基肥︰分蘗肥︰穗肥 = 3︰4︰3 施入。常規(guī)施肥的NB處理按基肥︰分蘗肥︰穗肥 = 5︰3︰2施入，其余不施氮肥以及基肥氮前施的處理其氮肥施用方案具體見(jiàn)表1。

表1 大田試驗(yàn)各處理氮肥運(yùn)籌方案Table 1 Nitrogen fertilization treatments in field experiment

1.3 取樣與測(cè)定

2013年晚稻收獲后，在水稻冬閑期(11月至次年4月)內(nèi)共取4次樣，分別于1—4月的10號(hào)定期進(jìn)行取樣(冬季秸稈翻耕在2014年1月10日)，記作：冬閑Ⅰ、冬閑Ⅱ、冬閑Ⅲ 和冬閑 Ⅳ；在2014年早稻生育期(4月中旬至7月中旬)的分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期各取一次。

樣品采集于0 ~ 15 cm的耕層土壤，每個(gè)小區(qū)按“S”形5點(diǎn)采樣并混勻。土樣放置于冰桶中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，揀去土壤中的可見(jiàn)根系、秸稈等雜質(zhì)后，置于冰箱 –20℃ 冷凍保存，用于土壤酶活性的測(cè)定。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

蔗糖轉(zhuǎn)化酶(INV)活性的測(cè)定：采用改進(jìn)的二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。土壤與蔗糖在50℃下培養(yǎng)3 h，測(cè)定其還原糖釋放數(shù)量，蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性以每克土壤每小時(shí)葡萄糖毫克數(shù)表示(mg/(g·h)，50℃，3 h)。

β-葡萄糖苷酶(BG)、β-纖維二糖苷酶(CEL)、β-木糖苷酶(BXYL)、多酚氧化酶(PHOX)和過(guò)氧化物酶(PEOX)的活性分析采用熒光微型板檢測(cè)技術(shù)[34]。4-羥甲基-7-香豆素(MUB)在365 nm波長(zhǎng)處激發(fā)，能在460 nm處檢測(cè)到熒光，它與某些物質(zhì)(例如β-D-纖維二糖)結(jié)合熒光特性消失，通過(guò)酶的水解特性將MUB釋放出來(lái)，通過(guò)檢測(cè)熒光量來(lái)表征酶的活性。

首先對(duì) 96 孔微型板按照不同測(cè)定的酶進(jìn)行編號(hào)、分區(qū)，黑色和白色微型板(其中，黑色微型板測(cè)定非氧化還原酶活性，白色微型板測(cè)定氧化還原酶活性)分為緩沖液+緩沖液區(qū)、緩沖液+標(biāo)準(zhǔn)底物區(qū)、緩沖液+熒光底物區(qū)、待測(cè)液+緩沖液區(qū)、待測(cè)液+標(biāo)準(zhǔn)底物區(qū)、待測(cè)液+熒光底物區(qū)；其次為制備土壤懸濁液試劑：稱取相當(dāng)于1 g干土的鮮土，置于 250 ml滅菌白色塑料瓶中，加入緩沖液125 ml，震蕩制備成土壤懸濁液作為待測(cè)液；然后將配置好的緩沖液、待測(cè)液用 8通道移液槍按照順序加入已經(jīng)編號(hào)分區(qū)的微型板中，最后將配置好的標(biāo)準(zhǔn)底物加入微型板，迅速加入熒光底物溶液，將微型板放入 25℃ 的培養(yǎng)箱黑暗培養(yǎng)，其中黑板培養(yǎng)4 h后上機(jī)測(cè)定(測(cè)定前加10 μl 0.5 mol/L NaOH溶液結(jié)束反應(yīng))，白板培養(yǎng)20 h上機(jī)測(cè)定。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

酶活性測(cè)定每個(gè)樣品設(shè)置8個(gè)平行，利用平行數(shù)值求平均值，每個(gè)樣品獲得一個(gè)測(cè)定值，然后利用SPSS19.0 軟件進(jìn)行處理間的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田土壤酶活性在冬閑期的動(dòng)態(tài)變化

由圖1可知，各處理碳周轉(zhuǎn)相關(guān)6種土壤酶(BG、 CEL、BXYL、PHOX、PEOX和INV)活性在冬閑期整體隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，這可能與冬閑期(12月中旬至次年 4月中旬)氣溫的上升有關(guān)。BXYL、PHOX和冬季還田(Ws)條件下的PEOX活性，在冬閑的4個(gè)采樣期全程增加，且速度較快；除個(gè)別處理外，BG和CEL這2種酶活性冬閑前期增加較快，而在冬閑Ⅳ期卻增加平緩；而 INV和春季還田(Ss)條件下的PEOX活性，在冬閑Ⅱ期略有降低，其他2個(gè)采樣期仍呈增加趨勢(shì)。

圖1 土壤酶活性隨水稻冬閑期的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Dynamic changes of soil enzyme activities under different treatments in wintry fallow period

2.2 秸稈配施氮肥還田對(duì)冬閑期稻田土壤酶活性的影響

利用冬閑期秸稈翻耕還田能增加冬閑期土壤碳周轉(zhuǎn)相關(guān)酶的活性，冬閑期冬季還田(Ws)條件下各處理酶活性高于春季還田(圖 1)。冬季還田(Ws)條件下的BG活性范圍在8.90 ~ 26.75 nmol/(h·g)，高于春季還田(Ss)的BG活性7.22 ~ 25.18 nmol/(h·g)。其他5種酶活性CEL、BXYL、PHOX、PEOX和INV冬季還田(Ws)條件下各處理的活性范圍分別在1.47 ~ 7.75 nmol/(h·g)、0.68 ~ 2.85 nmol/(h·g)、1.06 ~ 7.21 μmol/(h·g)、2.40 ~ 6.44 μmol/(h·g) 和0.62 ~ 1.42 mg/(h·g)，均高于春季還田(Ss)條件下各處理的酶活性0.90 ~ 6.97 nmol/(h·g)、0.64 ~ 2.64 nmol/(h·g)、0.99 ~ 5.5 μmol/(h·g)、1.98 ~ 5.09 μmol/(h·g) 和0.59 ~ 2.64 mg/(h·g)。

從圖2可知，秸稈還田及秸稈還田并配施氮肥的處理顯著地增加冬閑期CEL的活性，但秸稈還田時(shí)配施氮肥的比例對(duì)CEL的活性影響并不顯著。冬季還田(Ws)條件下的N0、NB、N30B和 N60B秸稈還田處理CEL活性均值為：3.94 ~ 5.15 nmol/(h·g)，NB、N30B和 N60B3個(gè)配施氮肥的處理 CEL活性均值為：5.12 ~ 5.15 nmol/(h·g)，3個(gè)處理間無(wú)顯著差異(P>0.05)；3個(gè)配施氮肥的處理 CEL活性均值均顯著高于秸稈還田但不施氮肥的N0處理(3.94 nmol/(h·g))和秸稈不還田的CK處理(3.01 nmol/(h·g))。春季還田(Ss)條件下4個(gè)秸稈還田處理 CEL活性冬閑期均值為：3.62 ~ 5.14 nmol/(h·g)；3個(gè)配施氮肥的處理中，CEL活性在NB(4.62 nmol/(h·g))和N30B(4.55 nmol/(h·g))處理間無(wú)顯著的差異，且均低于 N60B(5.14 nmol/(h·g))處理；3個(gè)配施氮肥的處理春季還田(Ss)條件下的CEL活性均顯著高于秸稈還田但不施氮肥的N0處理(3.62 nmol/(h·g))和秸稈不還田的 CK 處理(2.78 nmol/(h·g))。而秸稈還田及秸稈還田并配施氮肥的處理總體上并未顯著地改變冬閑期內(nèi)其他5種酶(BG、BXYL、PHOX、PEOX和INV)的活性(圖2)。

圖2 各處理冬閑期土壤酶活性Fig. 2 Comparison of soil enzyme activities under different treatments in wintry fallow period

2.3 稻田土壤酶活性在早稻生育期的動(dòng)態(tài)變化

土壤中碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的BG、CEL、BXYL、PHOX、PEOX和INV 6種酶的活性在早稻生育期均呈現(xiàn)先降低后升高再降低(拔節(jié)期低、齊穗期增高、成熟期降低)的趨勢(shì)(圖3)。這可能與拔節(jié)期和成熟期排水?dāng)R田有關(guān)。此外，利用冬閑期秸稈翻耕還田這一農(nóng)田管理對(duì)早稻生育期內(nèi)與碳周轉(zhuǎn)相關(guān) 6種酶的活性并無(wú)顯著的影響，冬季還田(Ws)條件下的各處理6種酶活性與春季還田(Ss)條件下的各處理無(wú)顯著差異(P>0.05，圖3)。

2.4 秸稈配施氮肥還田對(duì)早稻生育期稻田土壤酶活性的影響

由圖3可知，秸稈還田處理顯著地增加水稻生育期內(nèi)BG、CEL和BXYL的活性，但對(duì)另外3種酶(PHOX、PEOX和INV)無(wú)顯著的影響。圖4的結(jié)果進(jìn)一步證明了上述結(jié)論，由圖4可知：冬季還田(Ws)條件下的N0、NB、N30B和 N60B秸稈還田處理BG、CEL和BXYL活性在生育期內(nèi)的均值分別為：19.54 ~ 23.80、3.58 ~ 5.25和2.19 ~ 2.39 nmol/(h·g)，顯著高于秸稈不還田的CK處理(17.39、2.39和1.82 nmol/(h·g))；春季還田(Ss)條件下的4個(gè)秸稈還田處理的BG、CEL和BXYL酶活性在生育期內(nèi)的均值分別為：18.38 ~ 23.54、3.79 ~ 5.08和2.01 ~ 2.41 nmol/(h·g)，也顯著高于秸稈不還田的CK處理(15.76、2.22和1.86 nmol/(h·g))。但秸稈還田配施氮肥的處理僅增加水稻生育期內(nèi)BG和CEL的活性(圖3，圖4)。3個(gè)配施氮肥的處理(NB、N30B和 N60B)BG和 CEL活性在水稻生育期內(nèi)均值為：22.05 ~ 23.67和4.70 ~ 5.06 nmol/(h·g)，均高于秸稈還田但不施氮肥的N0處理(18.96和3.68 nmol/(h·g))；且3個(gè)配施氮肥的處理(NB、N30B和 N60B)間BG和 CEL活性無(wú)顯著的差異(P>0.05)。

2.5 土壤酶活性與有機(jī)碳投入量及養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)性

表 2中各處理土壤酶活性的相關(guān)性分析結(jié)果表與PEOX呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；其他酶活性兩兩之間均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。由此可見(jiàn)，催化秸稈分解、促進(jìn)土壤碳周轉(zhuǎn)的6種酶之間是相互緊密聯(lián)系的，共同調(diào)控土壤的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。

圖3 土壤酶活性隨早稻生育期的動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 Dynamic changes of soil enzyme activities under different treatments in early-rice growth stages

圖4 各處理早稻生育期土壤酶活性Fig. 4 Comparison of soil enzyme activities under different treatments in early-rice growth stages

表2 土壤酶活性、有機(jī)碳投入量及養(yǎng)分指標(biāo)間的相關(guān)性Table 2 Correlation coefficients of soil enzyme activities, organic C input and soil nutrients in early-rice growth period

各處理土壤酶活性與其有機(jī)碳投入量及部分養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)性分析表明(表2)：除PHOX外，其他5種酶與其有機(jī)碳投入量呈顯著正相關(guān)；這表明與碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的6種酶在促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，不僅具有專有特性，同時(shí)也存在著共性關(guān)系。但由于土壤酶參與土壤物質(zhì)循環(huán)的同時(shí)會(huì)受到土壤環(huán)境的綜合影響，因此參與土壤碳周轉(zhuǎn)的6種酶僅與部分土壤養(yǎng)分指標(biāo)具有一定的相關(guān)性。從表2結(jié)果可見(jiàn)：PHOX與全磷、有效磷和速效鉀這3個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)之間存在正相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到顯著水平(P<0.05)；PEOX與速效鉀之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系；INV與堿解氮之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。

3 討論

利用冬閑期秸稈翻耕還田，能增加秸稈的腐解時(shí)間，提高冬閑期土壤碳周轉(zhuǎn)相關(guān)酶的活性，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)南方稻區(qū)約有冬閑田2 000萬(wàn)hm2，土地、溫度、光照、水分、肥力等自然資源豐富[35]，若能充分利用南方稻田冬、春自然資源，在冬閑期合理進(jìn)行水稻秸稈還田，不僅可以減少稻草焚燒產(chǎn)生的環(huán)境危害，而且可能替代綠肥，在低溫和非淹水條件下實(shí)現(xiàn)“固碳保氮”[36]。本研究的田間試驗(yàn)位于江西鷹潭，該區(qū)冬季 ≥0℃積溫為1 737.0 ~ 2 003.2℃，平均氣溫7.6 ~ 10.5℃，最冷月平均氣溫3.1 ~ 5.7℃，太陽(yáng)輻射1 219.9 ~ 1 669.5 MJ/m2[37]。該區(qū)冬季太陽(yáng)輻射較豐富，利于秸稈的腐解。本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，冬季還田處理在冬閑期碳周轉(zhuǎn)相關(guān)6種酶活性均高于春季還田處理，但在生育期僅 BG與PEOX酶的全部處理以及其他4種酶的大部分處理在冬季秸稈還田處理高于春季還田。這進(jìn)一步說(shuō)明本試驗(yàn)稻區(qū)適合推廣冬閑期秸稈翻耕還田的農(nóng)田管理措施。

秸稈還田時(shí)配施氮肥在一定程度上影響土壤酶活性。在秸稈腐熟過(guò)程中，大量微生物的繁殖與對(duì)秸稈的分解會(huì)消耗土壤中大量的氮素，引起與作物生長(zhǎng)對(duì)氮素的競(jìng)爭(zhēng)，造成土壤對(duì)作物的氮素供應(yīng)不足，從而影響作物生長(zhǎng)[38]，需要配施一定量的氮肥調(diào)節(jié)C/N比，以滿足微生物分解秸稈過(guò)程中要吸收土壤速效氮[12]。因此秸稈還田配施氮肥逐漸成為普遍的農(nóng)田施肥管理措施。錢(qián)海燕等[28]研究了秸稈還田配施化肥及微生物菌劑對(duì)水田土壤酶活性和微生物數(shù)量的影響，結(jié)果表明:與單施秸稈相比，秸稈還田配施氮磷鉀及微生物菌劑后，土壤過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性分別提高了 37.5% ~ 68.8%、32.3% ~ 61.5% 和48.8% ~ 102%。與秸稈不還田處理相比，秸稈還田處理顯著提高了土壤脲酶、堿性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性[39]，這與矯麗娜等[40]研究高量秸稈不同深度還田對(duì)黑土酶活性的影響結(jié)果相同。本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，冬閑期秸稈還田時(shí)配施氮肥處理的CEL活性高于秸稈還田但不施氮肥的處理，生育期內(nèi)秸稈還田配施氮肥處理的BG和CEL酶活性也高于秸稈還田但不施氮肥的處理，而不論是冬季還田還是春季還田，秸稈還田時(shí)配施的礦質(zhì)氮肥比例并未造成3個(gè)氮肥處理間酶活性的顯著差異。這說(shuō)明盡管配施氮肥影響水稻土碳周轉(zhuǎn)相關(guān)酶的活性，但由于后期基肥、分蘗肥和穗肥追施對(duì)氮素的補(bǔ)充，秸稈還田時(shí)氮肥前移處理，對(duì)土壤酶活性并未造成顯著影響。因此，秸稈還田配施氮肥尤其是還田時(shí)配施氮肥的量對(duì)調(diào)控土壤碳周轉(zhuǎn)的酶活性及其動(dòng)力學(xué)機(jī)理仍有必要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1) 利用冬閑期秸稈翻耕還田能增加冬閑期土壤與碳周轉(zhuǎn)相關(guān)酶的活性，但對(duì)早稻生育期內(nèi)這6種土壤酶活性的影響不一致。冬閑期冬季還田條件下各處理酶活性高于春季還田，但生育期內(nèi)冬季秸稈翻耕還田措施僅對(duì)土壤 β-葡糖苷酶和過(guò)氧化物酶有增加作用，其他酶?jìng)€(gè)別處理表現(xiàn)不一致。

2) 秸稈還田配施氮肥在一定程度上影響土壤酶活性，但秸稈還田時(shí)配施氮肥的比例對(duì)土壤酶活性影響并不顯著。秸稈還田時(shí)配施氮肥措施顯著地增加冬閑期 β-纖維二糖苷酶活性，而對(duì)生育期內(nèi) β-葡糖苷酶活性和 β-纖維二糖苷酶有一定的增加作用，但秸稈還田時(shí)配施氮肥的 3個(gè)比例間土壤酶活性并無(wú)顯著差異。

3) 在秸稈還田并配施氮肥處理中，土壤酶活性之間關(guān)系密切。除多酚氧化酶與 β-纖維二糖苷酶和蔗糖酶之間無(wú)顯著相關(guān)外，其他酶活性兩兩之間均呈顯著正相關(guān)。對(duì)與碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的土壤酶活性影響最大的是各處理的有機(jī)碳投入量，除多酚氧化酶外，其他5種酶與其有機(jī)碳投入量呈顯著正相關(guān)。而與碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的土壤酶活性與大多土壤養(yǎng)分指標(biāo)間并無(wú)顯著相關(guān)。多酚氧化酶與全磷、有效磷和速效鉀之間存在正相關(guān)，過(guò)氧化物酶與速效鉀間、蔗糖酶與堿解氮間存在正相關(guān)。

綜上所述，在南方稻區(qū)尤其是江西雙季稻產(chǎn)區(qū)，秸稈還田時(shí)間的提前能有效利用冬季積溫及太陽(yáng)輻射，增加秸稈的腐解時(shí)間，因此，在該區(qū)推廣冬閑期秸稈翻耕還田措施能增加稻田土壤碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的酶活性，影響土壤有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響土壤的綜合肥力水平，對(duì)土壤有機(jī)培肥的機(jī)理研究有重要意義。秸稈還田時(shí)配施氮肥能在一定程度上調(diào)控與碳周轉(zhuǎn)相關(guān)的土壤酶活性，緩解秸稈分解的耗氮過(guò)程與作物生長(zhǎng)需氮的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)保障作物的生產(chǎn)具有重要的農(nóng)學(xué)指導(dǎo)意義。

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Effects of Rice Straw Returning Timing Combined with Nitrogen Fertilization on Enzyme Activities of Paddy Soil

WANG Qianqian, YAO Shuihong*, ZHANG Bin, YUE Longkai, HAN Ya, ZHANG Yueling, ZHOU Xuan
(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081, China)

A field experiment was conducted to study the effects of straw returning timing combined with nitrogen (N) fertilizer application ratio on enzyme activities in paddy soil in order to provide theoretical basis for fostering soil fertility and stabilizing paddy field ecosystem function. The experiment consisted of two rice straw returning times (WS: returning in winter; SS: returning in spring) and four N fertilizer application levels (N0, straw returning and no N fertilization during all the experimental course; NB, conventional fertilization, and no N fertilization when straw returning; N30B, 30% N of base fertilizer applied when straw returning; N60B, 60% N of base fertilizer applied when straw returning). The results showed that: 1) Straw returning in winter increased the activities of six soil enzymes (β-Glucosidase, β-Cellobiosidase, β-Xylosidase, Phenol oxidase, Peroxidase and Invertase) related to C turnover. In winter fallow period, enzyme activities were higher at winter straw returning than those at spring straw returning, and winter straw returning increased both the activities of β-Glucosidase and Peroxidase during early-rice growth stage. 2) Rice straw returning combined with N fertilization application significantly increased β-cellobiosidase activity both in winter fallow period and in early-rice growth stage, but there was no significant difference in soil enzyme activities under the three levels of N fertilizer application. 3) All the enzyme activities, except Phenol oxidase, had significantly positive correlations with organic C inputs. Therefore, rice straw returning combined with N fertilizer application in winter can regulate soil enzyme activities related to C turnover to some extent, which has ecological significance to promoting straw returning in winter and ensuring the crop yield.

Paddy soil; Straw returning timing; Straw returning combined with N fertilizer application; Enzyme activities

S154

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.01.004

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (41471187) 、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2016YFD0300907)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程優(yōu)秀青年項(xiàng)目(634-6)資助。

* 通訊作者(yaoshuihong@caas.cn)

王倩倩(1990—)，女，山西長(zhǎng)治人，碩士研究生，主要從事土壤肥力演變和土壤生物物理研究。E-mail: wangqianqian127@163.com