春玉米土壤礦質氮累積及酶活性對施氮的響應

雋英華， 孫文濤， 韓曉日， 邢月華， 王立春， 謝佳貴

(1 遼寧省農業科學院植物營養與環境資源研究所， 遼寧沈陽 110161； 2 沈陽農業大學土地與環境學院， 遼寧沈陽 110866；3 農業部東北植物營養與農業環境重點實驗室， 吉林長春 130033)

氮肥是作物優質高產高效的必需營養元素，同時也是土壤中含量較低而作物從土壤中吸收數量最多的營養元素，因此施用氮肥對提高作物產量十分重要[1]。近年來，人們為追求高產過量施用氮肥，導致氮肥利用效率下降，由此引起的氮素污染對生態系統和人類健康的危害也日趨嚴重[2]。2003年Nature雜志發表了題為“Fertilized to death”的警告性文章[3]，指出如果不重視過量施用氮肥帶來的環境威脅，將造成災難性的后果。因此，如何有效地控制農田氮素帶來的環境污染已是農業生產中迫切需要解決的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

表1 試驗前0—120 cm土層礦質氮 (Nmin) 累積量(kg/hm2)

1.2 試驗設計

田間試驗共設置6個施氮水平：N 0、 60、 120、 180、 240和300 kg/hm2，分別用N0、 N60、 N120、 N180、 N240和N300表示，3次重復，隨機區組排列。各處理均施磷酸二銨(以P2O5計) 97.5 kg/hm2(N0處理用過磷酸鈣代替)，氯化鉀(以K2O計)105.0 kg/hm2，且全部以基肥形式施入；氮肥為尿素，其中20%作基肥，40% 作拔節期追肥(6月28日)，40%作大喇叭口期追肥(7月31日)。試驗小區面積為30 m2(5.6 m × 5.4 m)。供試玉米品種為鄭單958，種植密度為6.2×104plant/hm2。4月23日播種，9月23日收獲。2011年與2010年試驗方案一致，試驗區在同一田塊，但位于不同位置。

1.3 測定項目與方法

收獲時每個小區選取2行玉米(約6.7 m2) 測定生物產量，然后選取整齊一致具有代表性的5穗玉米和3株秸稈帶回實驗室，考種測產。

1.4 數據處理

土壤剖面中各土層礦質氮(硝態氮或銨態氮)累積量(Nmin, N kg/hm2)按下式計算[17]：

Nmin=d×Pb×C×0.1

式中：d為土層厚度 (20 cm)；Pb為土壤容重(g/cm3)；C為土壤中硝態氮或銨態氮含量(N mg/kg)；0.1為換算系數。剖面礦質氮累積量為硝態氮和銨態氮累積量之和。經測定0—20 cm土壤容重為1.15 g/cm3，20—40 cm土層容重為1.23 g/cm3，下層土層容重為1.38 g/cm3。

試驗數據采用兩年試驗的平均值，利用軟件Microsoft Excel 2003和SPSS 11.5進行數據處理及統計分析。

2 結果與分析

2.1 施氮水平對春玉米產量及經濟效益的影響

表2 不同施氮水平下春玉米產量性狀及經濟效益

2.2 施氮水平對土壤礦質氮累積量的影響

圖1 0—120 cm土層礦質氮累積量的動態變化Fig. 1 Dynamics of Nmin accumulation in 0-120 cm soil layer

圖2 春玉米主要生育期土壤銨態氮累積量的動態行為Fig. 2 Dynamics of ammonium N accumulation at the major growing stages for spring maize

圖3 春玉米主要生育期土壤硝態氮累積量的動態行為Fig. 3 Dynamics of nitrate N accumulation at the major growing stages for spring maize

2.3 施氮水平對土壤酶活性的影響

土壤脲酶活性動態變化受生育時期和施氮水平的雙重制約(圖4)。隨著生育期推進，土壤脲酶活性整體上呈“雙峰”曲線變化。除N0和N60處理外，其他施氮處理土壤脲酶活性均在7月7日和8月6日有兩個較大的峰值。隨著施氮量增加，土壤脲酶活性整體上呈增加趨勢，當施氮量超過N 180 kg/hm2時，脲酶活性無顯著變化。說明適量施氮(≤ 180 kg/hm2)能夠提供脲酶合適的作用底物，加快脲酶-尿素活化絡合物的形成及分解[19]。

圖4 不同施氮水平下土壤脲酶活性的動態變化Fig. 4 Dynamics of soil urease activity under different N application rates

圖5 不同施氮水平下土壤硝酸還原酶活性的動態變化Fig. 5 Dynamics of soil nitrate reductase activity under different N application rates

與不施氮(N0)相比，施氮明顯提高了土壤硝酸還原酶活性(圖5)。其原因一方面是施氮為硝酸還原酶提供了充足的催化底物，另一方面施氮促進了植物根系分泌物和根系脫落物進入土壤，增加了其碳源，同時也加速了植物根系的活動，使根系周圍土壤的通氣狀況、 水分條件以及pH與根外土壤產生了差異，提高了土壤的硝化能力[20]。隨著施氮量增加，土壤硝酸還原酶活性先增加后減小，當施氮量為N 180 kg/hm2時達到最大。說明向土壤中添加適量氮肥能夠激活硝酸還原酶，這與張玉蘭等[21]的研究結論相一致。隨著生育期推進，土壤硝酸還原酶活性先增加后降低，峰值出現在7月7日左右，說明此時期內土壤的硝化作用強烈，這也與前面土壤脲酶活性的變化規律相吻合。

3 討論與結論

土壤硝態氮含量是決定氮素淋溶損失的重要因素，過量施氮能顯著增加土壤硝態氮含量，引起硝態氮在土壤中的大量累積，增加氮素淋溶損失的潛在風險[5]。許多研究指出，農田土壤長期過量施用氮肥會造成土壤中硝態氮大量累積，且累積量隨著施氮量增加顯著增加[24-25]。本研究表明，土壤剖面硝態氮累積量的變化行為受施氮量和生育時期的雙重制約，而銨態氮累積量僅受氮肥運籌的影響。在整個生育期內，0—120 cm 土層硝態氮累積量均隨著施氮量增加和生育期推進顯著增加?？梢姡刂频视昧渴菧p少硝態氮在土壤中累積的主要措施。巨曉棠等[26]在華北平原小麥-夏玉米輪作體系進行的研究也充分說明了這一點。

但也有學者表明，氮肥用量增加并未影響累積硝態氮在土壤剖面不同層次中的分布特性[27]。黨延輝等[28]在渭北平原的長期試驗表明，累積硝態氮在土壤剖面中的分布與肥料類型有關；在同一施氮水平下，單施無機氮肥硝態氮的累積峰在120—200 cm，無機氮磷配施硝態氮的累積峰降低至80—140 cm，無機氮肥與有機肥配施的累積深度僅為60—120 cm。可見，影響累積硝態氮在土壤剖面中不同層次分布的因素較多，除氮肥用量和生育時期外，土壤剖面結構、 降水及灌水量、 肥料類型等因素的作用也值得關注，這也可能是不同研究者所得研究結果差異的原因[29]。

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