氮磷配施對玉米-大豆帶狀套作系統(tǒng)中土壤酶活性及速效養(yǎng)分的影響

陳 虹,文熙宸,曾瑾汐,蒲 甜,楊文鈺,王小春

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實驗室,作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實驗室,四川 成都 611130)

氮磷是玉米(ZeamaysLinn.)正常生長發(fā)育過程中必需的營養(yǎng)元素,兩者之間具復(fù)雜的交互作用,可顯著影響玉米對養(yǎng)分的吸收[1-3]。近年來,由于高產(chǎn)品種的推廣以及肥料的大量施用,作物產(chǎn)量大幅度增加[4],但隨施肥量增加,氮、磷肥的吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率及生理利用率卻降低[2]。因此,如何合理施用肥料以提高氮磷肥的當(dāng)季利用率,從而使玉米穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的理論與技術(shù)研究至關(guān)重要。

土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤微生物數(shù)量及土壤養(yǎng)分含量等密切相關(guān),可促進(jìn)土壤中有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及能量、養(yǎng)分的循壞,提高作物養(yǎng)分吸收利用效率[5-6]。長期以來,國內(nèi)外在施肥措施對土壤酶與土壤養(yǎng)分等影響在棉花[7]、小麥[8-9]、水稻[10]等開展較多,如徐雙等[11]就不同施肥處理對土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性的影響研究發(fā)現(xiàn),適宜施肥處理可增加棉花土壤養(yǎng)分含量,有利于土壤酶活性提高。但氮磷配施在西南地區(qū)玉米種植模式下對土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性等影響的研究相對缺乏。

玉米-大豆(Glycinemax(Linn.)Merr.)帶狀復(fù)合種植模式是西南地區(qū)傳統(tǒng)間套作模式發(fā)展而來的新型玉米間套作種植模式,能顯著節(jié)肥增效,達(dá)到資源高效利用[12]。目前,學(xué)者就該模式的優(yōu)化研究大多圍繞單施氮肥或磷肥對復(fù)合群體種間關(guān)系[13-14]、同化物的運(yùn)轉(zhuǎn)分配[15]以及氮素或磷素的吸收利用效率等方面[14, 16-17]。付智丹等[18]通過施氮量對該套作系統(tǒng)土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響研究發(fā)現(xiàn),適宜的施氮量能增加該系統(tǒng)中土壤的真菌、放線菌和固氮菌的數(shù)量,提高土壤蛋白酶、脲酶活性。但在此模式下氮磷配施對土壤酶活性和土壤養(yǎng)分變化特點(diǎn)及其養(yǎng)分積累研究鮮見報道。為此,本試驗通過設(shè)置不同氮磷肥施用量處理,結(jié)合西南主要旱地模式“玉米-大豆”體系,旨在明確玉米-大豆帶狀套作及單作下玉米氮、磷素積累差異,探明玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下施用氮磷肥對土壤酶活性、土壤養(yǎng)分利用及套作玉米氮磷養(yǎng)分積累的影響,為豐富間套作理論、形成玉米-大豆帶狀復(fù)合種植高產(chǎn)高效施肥技術(shù)和進(jìn)一步挖掘間套作作物產(chǎn)量潛力提供技術(shù)途徑,指導(dǎo)西南地區(qū)玉米生產(chǎn)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及地點(diǎn)

玉米供試品種為川單418(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所提供),大豆品種為南豆12(四川省南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供)。試驗在四川省現(xiàn)代糧食產(chǎn)業(yè)(仁壽)示范基地(29°59′N,104°08′E)進(jìn)行,該地海拔482 m,亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,年均氣溫17.4 ℃,年均降雨1 009.4 mm,年均日照1 196.6 h。試驗地地力均勻,土壤類型為紫色土,供試土壤0～20 cm土層理化性質(zhì):有機(jī)質(zhì)18.52 g/kg,全氮0.87 g/kg,全磷0.42 g/kg,全鉀15.07 g/kg,堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分分別為51.34,7.87,121.33 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,設(shè)置氮、磷2個因素。玉米-大豆帶狀套作模式(寬窄行種植,窄行行距0.4 m,寬行行距1.6 m)，4個氮水平(純N):0(N0),120(N1),180(N2),240 kg/hm2(N3),4個磷水平(P2O5):0(P0),35(P1),70(P2),105 kg/hm2(P3)；玉米單作(常規(guī)等行距種植)2個氮水平:0(N0),180 kg/hm2(N2),2個磷水平:0(P0),70 kg/hm2(P2)。共20個處理,每個處理重復(fù)3次。套作玉米每處理種2 帶,帶長5 m,小區(qū)面積20 m2(4 m×5 m),玉米密度52 500 株/hm2,一穴雙株,株距0.38 m；大豆密度105 000株/hm2,行距0.4 m,株距0.19 m,每穴2株。玉米于3月14日播種,8月2日收獲；套作大豆6月18日播于玉米寬行中間,10月28日收獲。玉米每公頃配施鉀肥(氯化鉀,含K2O 60%)90 kg,磷鉀肥作為基肥于玉米移栽時一次性施入,氮肥按底肥∶拔節(jié)肥∶穗肥=3∶2∶5施用,大豆基肥配施基肥尿素60 kg/hm2、過磷酸鈣450 kg/hm2、氯化鉀60 kg/hm2,追肥為初花后施尿素60 kg/hm2,其他管理同大田。

1.3 取樣與測定方法

1.3.1 玉米植株氮、磷素積累 于玉米拔節(jié)期、吐絲期、灌漿中期和成熟期收集植株樣。每小區(qū)連續(xù)選取長勢一致的4株植株樣在105 ℃下殺青 30 min后繼續(xù)在 80 ℃烘至恒質(zhì)量,將樣品粉碎后過0.25 mm篩,采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮,用ALLIANCE INTEGRAL Futura連續(xù)流動分析儀測定總氮和總磷含量[19]。

1.3.2 土壤脲酶、酸性磷酸酶活性 分別于玉米拔節(jié)期、吐絲期、灌漿中期以及成熟期時,利用土鉆采集玉米生長區(qū)多個點(diǎn)0～20 cm土層的土樣,采集后混合除雜,所采土樣一部分用于制備鮮樣,若不能及時測定則冰凍保存,另一部分留待備用,自然風(fēng)干。土壤酸性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法[20],以24 h后1 g土壤中釋放的酚含量(mg)表示,采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定土壤脲酶活性[20],以24 h后1 g土壤中銨態(tài)氮的含量(mg)表示。

1.3.3 土壤堿解氮、有效磷含量 于玉米播種前對試驗地全田采集0～20 cm耕層土樣,進(jìn)行土壤基礎(chǔ)肥力測定。測定土壤中全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)。

分別于玉米拔節(jié)期、吐絲期、灌漿中期以及成熟期采集玉米生長區(qū)0～20 cm土層2個土樣,混勻后按四分之一法則取 20 g土,剩余土樣倒回原盆中；所取土樣作為鮮樣測定堿性氮和有效磷含量[6]。

參照王小春[21]的方法,稱取5.00 g鮮土置于振蕩瓶中,加1 mol/L KCl溶液50 mL于恒溫氣浴搖床(Thermo Forma orbital shaker)以振速120 r/min,振蕩60 min后,取濾液于塑料瓶中,4 ℃冷藏,在7 d內(nèi)采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮,利用ALLIANCE INTEGRAL Futura連續(xù)流動分析儀測定濾液中的全氮、全磷含量；采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機(jī)質(zhì),堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮含量,碳酸氫鈉法測定有效磷含量,醋酸銨-火焰原子吸收分光光度法測定速效鉀含量[6]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理,運(yùn)用SPSS軟件LSD法0.05水平進(jìn)行顯著性分析,制圖選擇Origin 2018。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷配施對玉米養(yǎng)分積累的影響

2.1.1 2種模式下玉米養(yǎng)分積累 由表1可知,2種種植模式下玉米氮、磷素積累量差異達(dá)顯著水平,表現(xiàn)為套作條件下的玉米氮、磷素積累量顯著高于玉米單作處理。相同施磷水平下,與單作相比,套作處理下增施氮肥更有利于提高玉米植株氮素積累總量,氮肥施用量增加到180 kg/hm2時,套作玉米氮素積累量增加了35.60%(不施磷)和40.66%(施磷70 kg/hm2),而單作玉米增加了10.12% (不施磷)和21.89% (施磷70 kg/hm2),在N2P2時氮素積累量高出單作玉米20.16%。套作條件下玉米植株磷素積累量顯著高于單作玉米,不施氮時P0和P2處理分別比單作玉米高出11.15%和17.73%,且隨施氮量的增加而顯著增加,而單作玉米隨施氮量的增加差異不顯著,在N2P2時高出單作20.60%。說明玉米-大豆帶狀復(fù)合模式與單作玉米相比,有利于提高玉米植株對氮、磷素的積累量。

表1 不同模式下氮磷配施對玉米氮、磷素積累的影響Tab.1 The effect of N and P accumulation of maize under different nitrogen and phosphorus fertilizer with interspecific interactions kg/hm2

注:同一種植模式同行數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

Note:Different lowercase letters after the same row of date for the same plant mode indicate a significant difference at the 0.05 level.

2.1.2 套作玉米氮素積累 套作玉米植株氮素積累量隨生育進(jìn)程推進(jìn)而增加,不同氮、磷處理在各個時期對玉米氮素積累影響極顯著,且在拔節(jié)期存在極顯著交互作用(表2)。同施磷條件下,玉米拔節(jié)期,隨著施氮量的增加,氮素積累量均呈先增加后降低的趨勢,P0、P1、P2、P3水平分別在N1、N1、N2、N2達(dá)到最高,說明適量配施有助于植株氮素積累量增加,各處理中以N2P3效果最佳,較N0P0提高了38.28%；吐絲期-成熟期,植株干物質(zhì)積累進(jìn)入快速增長期,玉米對氮素的吸收也增加,隨著施氮量的增加,植株氮素積累量基本表現(xiàn)為N3>N2>N1>N0；成熟期,與不施氮(N0)處理相比,N1、N2和N3處理植株氮素積累量分別提高了26.36%,36.04%和40.45%。

同施氮量下,隨著施磷量的增加,在玉米吐絲期-成熟期,植株氮素積累表現(xiàn)為先增加后降低,在P2(施磷70 kg/hm2)處理時達(dá)最高,大致表現(xiàn)為P2>P3>P1>P0；成熟期,植株氮素積累量在P1、P2和P3處理下分別比不施磷處理高出8.62%,17.07%和11.57%。

綜合說明，施氮磷肥能顯著增加套作玉米氮素積累,且施氮肥效應(yīng)較磷肥對玉米植株氮素積累增效更顯著,合理配施氮磷肥有助于套作玉米氮素積累。

表2 氮磷配施對套作玉米主要生育期氮素積累的影響Tab.2 N accumulation at main growth stages of maize under different nitrogen and phosphorus fertilizer in the maize-soybean intercropping system kg/hm2

注:同列數(shù)據(jù)后的小寫字母表示不同處理在0.05水平差異顯著；*.在0.05水平上差異顯著；**.在0.01水平上差異顯著。表3-6同。

Note: Lowercase letters after the same column of data indicate that different treatments have significant differences at the 0.05 level.*.The difference is significant difference at the 0.05 level;**.The difference is significant difference at the 0.01 level. The same as Tab.3-6.

2.1.3 套作玉米磷素積累 表3結(jié)果表明,套作玉米磷素積累與氮素相似,隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸增加；套作玉米磷素積累在拔節(jié)期、吐絲期和成熟期受施氮水平影響顯著,在各生育期受施磷水平影響極顯著,在拔節(jié)期亦受氮磷互作影響極顯著。施磷量相同條件下,玉米植株磷素積累在拔節(jié)期隨著施氮量的增加基本呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,P0、P1、P2、P3水平分別在N1、N1、N1、N2達(dá)到最高,說明適量配施有助于植株磷素積累量增加,各處理中以N2P3效果最佳,較N0P0提高了24.42%；玉米植株磷素從吐絲期-成熟期開始積累迅速,隨著施氮量的增加,磷素積累呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0；在玉米成熟期時,N2處理下的植株磷素積累量分別比N0、N1和N3處理高出8.97%,8.09%和5.42%。

施氮量相同條件下,玉米植株磷素積累量在吐絲期,隨著施磷量的增加,呈先增后減的趨勢(N2、N3水平下),在P2處理下最高,與P3、P1處理差異不顯著；玉米成熟期時P1、P2和P3處理與P0處理相比分別增加了10.40%,13.97%和13.84%,差異顯著。

綜合說明施氮磷肥能顯著增加套作玉米磷素積累,其中施磷肥效應(yīng)較氮肥對玉米植株磷素積累增效更顯著。

表3 氮磷配施下套作玉米主要生育期磷素積累的影響Tab.3 P accumulation at main growth stages of maize under different nitrogen and phosphorus fertilizer in the maize-soybean intercropping system kg/hm2

2.2 氮磷配施對土壤酶活性的影響

2.2.1 土壤脲酶 土壤脲酶是水解尿素,生成NH3、CO2和H2O的一種水解酶,其活性的高低直接反映了土壤的肥力水平,可作為評價土壤肥力的指標(biāo)。圖1可知,隨著玉米生育期的推進(jìn),各處理土壤脲酶活性不斷增加,在灌漿期達(dá)到最高,后又降低。施氮處理對土壤脲酶活性的影響在套作玉米全生育期中變化趨勢大致相同,隨著施氮量的增加先升高后降低,在N2處理土壤脲酶活性最高,繼續(xù)增加施氮量(N3)脲酶活性反而降低,由此說明脲酶活性存在極值,未達(dá)到極值前活性隨施氮量增加而增加,達(dá)到極值后活性則受到抑制。同施氮量下,脲酶活性隨著磷肥施用量的增加基本表現(xiàn)為P3>P2>P1>P0,灌漿期,施磷105 kg/hm2處理比0,35,70 kg/hm2處理土

JS.拔節(jié)期；SS.吐絲期；FS.灌漿期；MS.成熟期；圖中字母表示同一時期同施氮水平下不同施磷處理在0.05水平上的差異性。圖2同。 JS.Jointing Stage; SS. Silking stage; FS.Filling stage; MS.Maturation stage.The letters in the figure indicate significant difference at 0.05 level under different phosphorus treatments under the same nitrogen application level in the same period. The same as Fig.2.

壤磷酸酶分別增加了28.77%,15.52%和12.15%(N1水平)。就氮磷配施影響來看,中氮中磷(N2P2)處理和中氮高磷(N2P3)處理可顯著增加土壤脲酶活性,在玉米各生育期下N2P2處理土壤脲酶活性分別較不施肥(N0P0)增加了61.56%,40.10%,36.62%及50.15%。說明施氮磷肥可顯著提高玉米整個生育期土壤脲酶活性,且配施對酶活性的促進(jìn)作用大于單施氮肥或磷肥。

2.2.2 酸性磷酸酶 土壤磷酸酶是催化土壤有機(jī)磷化合物礦化的水解酶,土壤中有機(jī)磷分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性受到土壤磷酸酶活性的影響,因此可通過其活性的高低評價土壤磷素肥力。土壤酸性磷酸酶受施肥影響顯著,施用氮、磷肥處理下酸性磷酸酶活性隨玉米生育期的推移呈先增后降的趨勢,于灌漿期達(dá)到最高(圖2)。在相同施磷量條件下,各施氮處理土壤酸性磷酸酶活性均隨著施氮量的增加而呈降低趨勢,N3處理略有回升,與N2處理差異不顯著，說明氮肥的施用抑制土壤酸性磷酸酶活性。同施氮量下,酸性磷酸酶活性隨施磷量的增加呈增加趨勢,灌漿期,P2、P3處理差異不顯著,二者顯著高于P0和P1，中氮水平 (N2)的P2、P3處理酸性磷酸酶活性較不施磷處理高出21.62%和23.46%。氮磷配施下,中氮中磷(N2P2)處理可提高酸性磷酸酶活性,在玉米各生育期下酸性磷酸酶活性分別較不施肥(N0P0)增加了2.77%,7.98%,17.55%和2.77%,說明減量施氮和增施磷肥可顯著提高玉米整個生育期酸性磷酸酶活性,氮磷肥的合理配施利于酸性磷酸酶活性的提高。

圖2 氮磷配施對酸性磷酸酶活性的影響Fig.2 Effect of N and P fertilization on the acid phosphatase activity in the soil

2.3 氮磷配施對土壤養(yǎng)分的影響

2.3.1 土壤堿解氮 隨玉米生育期推進(jìn),玉米根系0～20 cm 土層中土壤中堿解氮含量呈先升高后逐漸降低的趨勢,在吐絲期達(dá)到最大值,因為吐絲期為玉米吸肥的高峰期；除氮處理對灌漿期土壤堿解氮含量影響未達(dá)顯著水平外,其他各氮、磷處理對不同生育期堿解氮含量的影響均達(dá)顯著或極顯著水平,且除拔節(jié)期外氮、磷處理均存在顯著或極顯著交互作用(表4)。玉米拔節(jié)期,同施磷水平下,土壤堿解氮含量隨氮肥施用量的增加均呈先增后減變化趨勢,P0、P2處理下表現(xiàn)為N2>N1>N3>N0；同施氮水平下,土壤堿解氮含量隨施磷量的增加呈先增后減的變化趨勢,均于P2達(dá)到最大值。玉米吐絲期-成熟期,氮磷互作導(dǎo)致在相同的磷水平下土壤堿解氮含量隨著氮水平的增加呈先升后降的趨勢,說明適量配施有助于土壤堿解氮含量增加,3個時期均以N2P2效果最佳。

綜合而言,玉米全生育期土壤堿解氮含量均以N2P2處理最高,較不施肥增幅為28.01%～38.50%,繼續(xù)增施氮磷肥(N3P3)土壤堿解氮含量均較N2P2顯著降低,表明過量施用氮磷肥反而降低土壤中堿解氮含量,或與高氮水平下土壤脲酶活性受到抑制有關(guān)。

2.3.2 土壤有效磷 由表5可知,有玉米根系0～20 cm 土層中土壤有效磷含量隨玉米生育期的推移而不斷降低,這可能與玉米對土壤中有效磷的吸收有關(guān)；不同氮、磷處理對各生育期土壤有效磷含量的影響差異均極顯著,且二者在各個生育期均不存在顯著的互作效應(yīng)。同施磷水平下,灌漿期-成熟期土壤有效磷含量隨施氮量的增加而降低；拔節(jié)期-吐絲期表現(xiàn)為先降后升的趨勢,在N2處理時含量達(dá)最低,這可能是因為N2處理下,玉米處于生長最佳的狀態(tài),對土壤中磷素需求高,加快了對磷的吸收利用,殘留在土壤耕層中的有效磷降低。同施氮水平下,各生育期土壤有效磷表現(xiàn)一致,均隨著施磷量的增加而增加,表現(xiàn)為:P0

表4 氮磷配施對土壤堿解氮含量的影響Tab.4 Effect of soil available N content under different N and P application rates in the maize-soybean intercropping system kg/hm2

表5 氮磷配施對土壤有效磷含量的影響Tab.5 Effect of soil available P content under different N and P application rates in the maize-soybean intercropping system kg/hm2

2.4 氮磷配施下套作玉米氮磷素積累量、土壤速效養(yǎng)分與土壤酶活性的關(guān)系

本研究中,玉米不同生育期下根系0～20 cm 土層的土壤酶活性、土壤速效養(yǎng)分和植株氮磷積累量的相關(guān)關(guān)系達(dá)顯著水平(表6)。土壤脲酶活性與土壤堿解氮含量、植株氮磷積累量呈正相關(guān)性,其中,堿解氮含量在生育后期達(dá)極顯著(r=0.636～0.812)。土壤脲酶活性增強(qiáng),促進(jìn)氨化作用,提高土壤中堿解氮含量,利于植株吸氮。土壤酸性磷酸酶活性與有效磷含量呈極顯著正相關(guān)性(r=0.634～0.851),與植株磷積累量呈正相關(guān),在灌漿期達(dá)到極顯著正相關(guān)。說明土壤磷酸酶活性的增高促進(jìn)土壤有機(jī)磷化合物的水解,生成更多植物可利用的無機(jī)態(tài)磷,增加土壤磷的供應(yīng)能力,植株吸磷量增加。由此可見,氮磷肥配施能調(diào)控土壤酶活性,提高土壤速效養(yǎng)分含量,最終促進(jìn)植株氮、磷素的累積。

3 討論與結(jié)論

3.1 種間互作和氮磷配施對玉米氮磷素積累的影響

間套作作物養(yǎng)分的吸收狀況很大程度上受作物種間相互(促進(jìn)和競爭)作用的影響。合理的作物搭配是促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵,如禾本科和豆科作物間由于良好的種間促進(jìn)作用能顯著提升間套作系統(tǒng)的養(yǎng)分吸收利用效率,促進(jìn)作物生長發(fā)育。Giller等[22]研究發(fā)現(xiàn),玉米與綠豆間作時,在綠豆與玉米共生期間,綠豆中的氮素向玉米轉(zhuǎn)移,從而促進(jìn)玉米對氮素的吸收,顯著增加了玉米植株的氮素積累量。Betencourt等[23]、Mei等[24]研究發(fā)現(xiàn),與單作相比,間作有利于提高缺磷土壤中作物根區(qū)有效磷含量,促進(jìn)體系作物對磷的吸收與積累。余常兵等[25]利用不同作物與玉米間作,結(jié)果表明,玉米與豆科作物間作,一方面豆科作物的生物固氮能減少對玉米氮素的競爭,另一方面還能利用其根系分泌物活化土壤難溶性磷,使土壤有效磷含量增加,從而玉米可利用的氮、磷含量均增加,利于對養(yǎng)分的吸收利用。本研究中,玉米-大豆帶狀套作模式較玉米單作施氮磷的增效作用更明顯,分別提高了20.16%和20.60%。說明玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下,由于玉米和大豆的種間促進(jìn)作用,利于套作玉米的氮、磷素積累,同時合理的氮磷配施能有效緩解玉米與大豆的種間競爭作用。

3.2 氮磷配施對玉米-大豆帶狀套作體系土壤氮磷養(yǎng)分的調(diào)控效應(yīng)

作物間套作時,田間土壤環(huán)境的改變會引起土壤酶活性的變化。劉均霞等[26]研究表明,間作體系中玉米、大豆根際土壤酶活性顯著高于相應(yīng)單作,其中土壤脲酶活性高出相應(yīng)單作玉米、單作大豆44.9%,63.54%。付智丹等[18]研究表明,小麥、玉米和大豆土壤脲酶和蛋白酶活性均表現(xiàn)為套作>單作。大量研究表明,施肥對土壤酶活性具重要影響[16, 27-28]。張信娣等[29]研究指出,有機(jī)肥能顯著提高土壤酶活性,促進(jìn)土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。本研究發(fā)現(xiàn),施氮180 kg/hm2(N2)、施磷70 kg/hm2(P2)處理時,玉米拔節(jié)期-灌漿期土壤脲酶和酸性磷酸酶活性含量顯著提高,在玉米各生育期下較不施肥處理增幅分別達(dá)36.62%～61.56%,2.77%～17.55%,表明施氮磷肥對土壤脲酶及酸性磷酸酶有激活作用,氮磷配施能促進(jìn)套作體系下作物根系的生長,使大豆根系分泌物增多[14],提高了土壤酶活性。土壤酶活性的增強(qiáng)對土壤結(jié)構(gòu)的改善及養(yǎng)分積累、轉(zhuǎn)化及維持起促進(jìn)作用[30-31]。氮磷肥的施入量、土壤酶以及土壤養(yǎng)分這三者密切相關(guān),本研究相關(guān)分析表明,土壤脲酶活性與土壤堿解氮含量呈極顯著正相關(guān)(r=0.636～0.812),土壤酸性磷酸酶活性與土壤有效磷呈極顯著正相關(guān)(r=0.634～0.851),N2P2時土壤中堿解氮含量增加,較不施肥處理增幅達(dá)28.01%～38.50%,說明土壤脲酶活性的增強(qiáng)利于氨化作用的發(fā)生,提高無機(jī)態(tài)氮含量[7],利于土壤養(yǎng)分積累與轉(zhuǎn)化；但此時的有效磷含量較不施肥處理有所降低,原因可能是由于N2處理下玉米生長最快,對磷素需求高,加快了對土壤中磷素的吸收利用,因此殘留在土壤耕層中的有效磷降低。同時,套作系統(tǒng)中玉米與大豆共生時,兩作物根系發(fā)生交互作用,促進(jìn)競爭弱勢位大豆根系分泌物的增加,調(diào)節(jié)田間土壤溫濕度等土壤環(huán)境,增加土壤微生物數(shù)量,從而促使土壤中的氮磷養(yǎng)分發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化利于玉米進(jìn)行吸收利用,最終減少土壤中滯留的堿解氮和有效磷含量,玉米植株氮磷素積累量增加。劉均霞等[26]研究表明,間作玉米根際真菌、細(xì)菌高出單作玉米27.29%,67.96%。因此玉米-大豆帶狀套作系統(tǒng)中,土壤酶活性的提高以及土壤細(xì)菌數(shù)量的增加提高了土壤有效養(yǎng)分,利于玉米植株養(yǎng)分積累。而氮、磷肥的合理配施利于這種提高。玉米單作時,武繼承等[32]研究表明,合理氮磷配施可以提高有效磷和水解氮等土壤耕層養(yǎng)分,在施氮270 kg/hm2,施磷135 kg/hm2時效果最好。柴穎等[33]研究表明,以N 300 kg/hm2,P2O5150 kg/hm2時的養(yǎng)分吸收效果最好。玉米-大豆模式下,王小春等[34]研究表明,施純氮180～270 kg/hm2處理有利于氮素轉(zhuǎn)運(yùn)和積累。鄧小燕等[14]研究表明,施磷105 kg/hm2時,套作玉米磷素利用率較高。本研究中,由于種間效應(yīng)和氮磷互作共同作用,氮減至180 kg/hm2、磷減至70 kg/hm2(降低33.33%)時,效果最佳,繼續(xù)增施氮磷肥,土壤脲酶及土壤磷酸酶活性降低,且土壤養(yǎng)分增加不顯著甚至有所降低。說明在套作玉米生長發(fā)育過程中,施氮180 kg/hm2、磷70 kg/hm2處理足以滿足其對氮、磷素的需求,提高土壤酶活性、速效養(yǎng)分含量和氮磷養(yǎng)分積累,最終玉米氮磷素積累量達(dá)最佳達(dá)到,提高肥料利用效率。但本試驗條件下,氮磷配施處理后對套作玉米植株土壤有機(jī)質(zhì)的變化,以及根際微生物區(qū)系和數(shù)量上的差異對玉米根系養(yǎng)分吸收的影響,進(jìn)而造成植株群體養(yǎng)分積累差異還有待進(jìn)一步研究。

本研究中,玉米-大豆帶狀套作下的氮、磷素積累顯著優(yōu)于玉米單作,在玉米-大豆帶狀套作條件下,不同氮磷肥施用量對玉米成熟期氮、磷素積累、土壤脲酶活性及土壤酸性磷酸酶活性影響顯著。適量施氮土壤脲酶活性和堿解氮含量提高,施磷處理土壤磷酸酶活性和有效磷含量增加,因此，減量施氮的同時,配施一定量的磷肥利于土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,促進(jìn)玉米對氮、磷素的吸收。施氮180 kg/hm2、施磷70 kg/hm2處理(較不配施用肥量降低30%左右)互作效應(yīng)顯著,可增強(qiáng)土壤脲酶、酸性磷酸酶活性,改善根際土壤微環(huán)境,提高土壤有效養(yǎng)分,促進(jìn)吐絲期-灌漿期氮、磷素的累積,滿足套作玉米生長發(fā)育過程中對氮、磷素的需求,提高肥料利用效率。