不同氮肥用量對玉米田土壤酶活性及微生物量碳、氮的影響

鄭斯尹，陳莉莎，謝德晉

(1.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210037； 2.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210024)

玉米(Zeamays)用途廣、需求量大，是我國重要的糧食作物，保證玉米的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義[1]。氮素是玉米生長過程中需求量最大的礦物元素，玉米產(chǎn)量的提升極大程度上決定于氮素的投入，合理施用氮肥是作物獲得高產(chǎn)的有效措施之一[2]。中國是氮肥使用量最大的國家之一，但目前存在氮肥投入過量、利用效率低的問題[3]。為此，探明區(qū)內(nèi)玉米的需氮特性，適量施用氮肥不僅有利于高產(chǎn)高效，也有利于生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展[4-5]。本試驗以大田玉米作為供試作物，開展氮肥施用對玉米田土壤酶活性及微生物量碳、氮含量影響的研究，旨在探討不同氮素施用方式與作物生長之間的關(guān)系，為合理施用肥料，增加糧食生產(chǎn)能力和提高經(jīng)濟效益提供理論依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)南京市水利規(guī)劃設(shè)計院農(nóng)業(yè)基地內(nèi)，地理位置為北緯32°31′15.46″、東經(jīng)118°39′55.72″，屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，氣候溫和，光照充足，四季分明。區(qū)內(nèi)多年平均氣溫為15.4 ℃左右，多年平均降水量為1 033.7 mm，多年平均日照時數(shù)為2 199.4 h。試驗區(qū)土壤類型為水稻土，土壤pH值為7.45，有機質(zhì)含量16.59 g/kg，全氮含量0.80 g/kg，有效磷含量12.1 mg/kg，速效鉀含量109.2 mg/kg。供試玉米品種為蘇玉29，選育單位為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所。

2 樣點設(shè)置與取樣

2.1 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置4個處理：①對照(CK)，不施肥；②處理1(N5)，配施氮肥5 g/m2；③處理2(N10)，配施氮肥10 g/m2；④處理3(N25)，配施氮肥25 g/m2。采用完全隨機設(shè)計，共設(shè)計4個小區(qū)，每個小區(qū)面積20 m2。玉米于2017年6月10日播種，當(dāng)年9月20日收獲。

2.2 土壤采集與測定

分別于播種后15、30、60、90 d(分別對應(yīng)玉米幼苗期、拔節(jié)期、灌漿期、成熟期)分0～10和10～20 cm兩層采集土樣，每個試驗小區(qū)取3點的混合樣作為該小區(qū)的代表土樣。將土樣立即裝入保溫箱內(nèi)帶回實驗室，置于冰箱-20 ℃貯存，并于1周內(nèi)完成土壤酶活性的測定。同時將一部分土壤樣品風(fēng)干，用于土壤理化性質(zhì)及元素分析的測定。

土壤酶活性指標(biāo)包括脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，測定方法參照關(guān)松蔭的《土壤酶及其研究法》[6]。土壤全氮利用元素分析儀(島津TOC-L)測定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行基本處理；應(yīng)用SPSS 22.0軟件進行方差分析，求得差異顯著程度和因子交互作用顯著性，并建立回歸模型；采用Oringin9.0軟件完成作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同氮肥用量對土壤酶活性的影響

3.1.1 對土壤脲酶活性的影響

如圖1所示，玉米各處理不同土層的脲酶活性均從幼苗期開始逐漸升高，除處理3一直升高至成熟期外，其他處理均在拔節(jié)期或灌漿期達到峰值，之后逐漸降低。各處理不同土層變化趨勢相近，10～20 cm土層脲酶活性較0～10 cm土層降低了1.8%～8.5%。與CK相比，配施氮肥的各處理均能使脲酶活性明顯提高，反映了氮肥能在一定程度上保證作物生長過程中土壤養(yǎng)分的充足供應(yīng)。處理2脲酶活性較處理1、處理3及CK分別提升0.5%～9.2%、3.3%～9.5%和5.9%～15.7%，表明配施適量氮肥能顯著提高脲酶活性，但過量氮肥會導(dǎo)致脲酶活性有所降低。

圖1 不同氮肥用量下玉米各生長期土壤脲酶活性

3.1.2 對土壤過氧化氫酶活性的影響

如圖2所示，玉米各處理不同土層的過氧化氫酶活性均從幼苗期開始逐漸升高，在拔節(jié)期或灌漿期達到峰值后逐漸下降。各處理不同土層變化趨勢相近，10～20 cm土層過氧化氫酶活性較0～10 cm土層略低。配施氮肥的各處理過氧化氫酶活性均明顯高于CK，在玉米成熟期，處理2的脲酶活性較處理1、處理3及CK分別提升5.1%～11.7%、10.2%～14.2%和54.6%～81.6%，表明配施適當(dāng)比例的氮肥能顯著提高過氧化氫酶活性，但過量氮肥會導(dǎo)致過氧化氫酶活性有所降低。

圖2 不同氮肥用量下玉米各生長期土壤過氧化氫酶活性

3.1.3 對土壤蔗糖酶活性的影響

從圖3看出，隨著玉米的生長發(fā)育，各處理的蔗糖酶活性逐漸升高，在玉米灌漿期達到最高，之后下降。各處理下，玉米拔節(jié)期10～20 cm土層蔗糖酶活性較0～10 cm土層降低了13.7%～37.5%。不同處理之間土壤蔗糖酶活性有明顯差異，在玉米不同生育時期各施肥處理土壤蔗糖酶活性均較CK有明顯提高，其中處理2顯著高于其他處理，表明配施適量氮肥能顯著提高蔗糖酶活性，但施過量氮肥會導(dǎo)致蔗糖酶活性有所降低。

圖3 不同氮肥用量下玉米各生長期土壤蔗糖酶活性

3.2 不同氮肥用量對土壤微生物量碳、氮含量的影響

3.2.1 對土壤微生物量碳含量的影響

如圖4所示，與CK相比，各施肥處理均能提升土壤微生物量碳含量，其中處理2土壤微生物量碳含量最高，在作物生長各個時期，處理2的微生物量碳含量分別高于處理1、處理3和CK1.1%～34.0%、22.7%～27.6%和7.9%～55.6%。各處理不同土層變化趨勢相近，土壤微生物量碳含量均從幼苗期開始隨作物生長發(fā)育逐步增加，到灌漿期或成熟期達到最高，10～20 cm土層微生物量碳含量較0～10 cm土層略低。

圖4 不同氮肥用量下玉米各生長期土壤微生物量碳含量

3.2.2 對土壤微生物量氮含量的影響

如圖5所示，與CK相比，各施肥處理均能提升土壤微生物量氮含量，其中處理2土壤微生物量氮含量最高，在作物生長各個時期，處理2的微生物量氮含量分別高于處理1、處理3和CK43.4%～78.2%、1.2%～23.8%和49.3%～128.4%。各處理不同土層變化趨勢相近，土壤微生物量氮含量均從幼苗期開始隨作物生長發(fā)育逐步增加，至灌漿期達到最高，之后下降，10～20 cm土層微生物量氮含量較0～10 cm土層略低。

圖5 不同氮肥用量下玉米各生長期土壤微生物量氮含量

3.3 土壤微生物量碳、氮含量和酶活性與氮肥用量的相關(guān)性

由表1可知，土壤脲酶、過氧化氫酶活性與氮肥用量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，微生物量碳含量與氮肥用量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤脲酶活性、過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性、微生物量碳含量、微生物量氮含量相互間均存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。

表1 氮肥用量、微生物量碳氮含量及酶活性之間的線性相關(guān)系數(shù)

指標(biāo)氮肥用量脲酶活性過氧化氫酶活性蔗糖酶活性微生物量碳含量微生物量氮含量氮肥用量1脲酶活性0.508?1過氧化氫酶活性0.529?0.710??1蔗糖酶活性0.4490.582?0.825??1微生物量碳含量0.631??0.575?0.782??0.658??1微生物量氮含量0.4890.766??0.680??0.858??0.750??1

4 討 論

4.1 不同氮肥用量對土壤酶活性的影響

研究表明，土壤脲酶、蔗糖酶活性隨玉米生長總體呈先升高后降低的趨勢，表明土壤脲酶、蔗糖酶活性除與施肥有關(guān)外，還可能與作物生長有關(guān)，在作物生長過程中根系分泌物逐漸增加，促進了根系周邊土壤微生物的生長，進而增加了脲酶和蔗糖酶活性[7]。土壤過氧化氫酶活性在拔節(jié)期或灌漿期最高，成熟期明顯下降，這可能是因為灌漿期至成熟期玉米根系的活動及其對養(yǎng)分的吸收對于土壤過氧化氫酶活性有明顯抑制作用。

本研究中不同施肥處理的土壤酶活性均顯著高于CK，說明配施氮肥能顯著影響土壤酶活性，其中處理2(N10)明顯高于其他施肥量處理，表明過量氮肥的施用對于土壤酶活性反而有抑制作用。

4.2 不同氮肥用量對土壤微生物量碳、氮含量的影響

玉米不同生長階段、不同施肥處理，以及二者交互作用顯著影響土壤微生物量碳、氮含量。在玉米灌漿期或成熟期土壤微生物量碳、氮含量出現(xiàn)峰值，這是由于玉米在不同生長時期對養(yǎng)分需求度不同，根系活化養(yǎng)分能力和土壤微生物活性有所差別而引起的土壤微生物量變化造成的。各施肥處理不同程度上提高了土壤微生物量碳、氮含量，處理2效果最明顯，表明氮肥的配施雖然能顯著影響土壤微生物量碳、氮含量，但過量氮肥的施用對于土壤微生物活性反而有抑制作用。