稻草還田與不同耕作方式對麥田土壤脲酶和土壤無機氮的影響

李 波， 魏亞鳳， 汪 波， 季 樺， 劉 建

(江蘇沿江地區農業科學研究所，江蘇 南通226541)

土壤脲酶對土壤和肥料的氮素轉化起著重要作用，與土壤肥力關系密切［1］。脲酶可以加速土壤中潛在養分的有效化，因而土壤中脲酶活性可以作為衡量土壤肥力的指標之一，并能部分反映土壤生產力［2］。土壤脲酶活性與土壤的微生物數量、有機物質含量、全氮和速效氮含量呈正相關［3-4］。土壤無機氮是作物吸收的主要氮素形式［5］。中國是世界上秸稈資源最為豐富的國家之一，每年會產生近 2×106t 的水稻秸稈［6-7］，稻草還田是提高小麥產量和品質的重要措施［8-9］。國內外大多數研究集中在稻草還田對土壤理化性狀、土壤微生物、小麥根系發育以及小麥產量及產量構成的影響等方面［10-13］。耕作方式能通過調節土壤環境而影響作物生長特性［14］，前人研究了耕作方式對土壤微生物數量、土壤水分、土壤有機碳積累等的影響［15-19］，但對稻草還田條件下不同耕作方式對土壤脲酶及無機氮的影響研究報道較少。因此本試驗通過研究稻草還田與不同耕作方式對麥田 0 ～30 cm 土層土壤脲酶、硝態氮、銨態氮的影響，為小麥優質高產條件下適宜還田模式研究與應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試品種

試驗于2011 ～2012 年在江蘇沿江地區農業科學研究所實驗田進行，土質為沙壤土，試驗田的0 ～20 cm 耕層的土壤有機質含量12.45 g/kg、全氮含量1.29 g/kg、全磷含量1.03 g/kg 和速效鉀含量54.68 mg/kg。小麥播種期為11 月5 日，種子播量150 kg/hm2，供試小麥品種揚麥13。小麥施N 量為210 kg/hm2，基肥、分蘗肥和拔節孕穗肥所占百分比分別為70%、10%和20%，病蟲草害防治措施參照高產大田。拔節孕穗肥施用后采集土樣。

1.2 試驗設計

根據土壤耕翻方式及稻草是否還田，分別設置以下8 個處理。處理1(A1):土壤免耕(土壤攏動2 ～3 cm)，稻草全量還田;處理2(A0):土壤免耕(土壤攏動2 ～3 cm)，稻草不還田;處理3(B1):土壤旋耕(旋耕深度8 ～10 cm)，稻草全量還田;處理4(B0):土壤旋耕(旋耕深度 8 ～10 cm)，稻草不還田;處理5(C1):土壤淺翻耕(翻耕深度 13 ～15 cm)，稻草全量還田;處理6(C0):土壤淺翻耕(翻耕深度13 ～15 cm)，稻草不還田;處理7(D1):土壤深翻耕(翻耕深度 18 ～20 cm)，稻草全量還田;處理8(D0):土壤深翻耕(翻耕深度 18 ～20 cm)，稻草不還田。每個處理的稻草還田量(干質量)9 000 kg/hm2，統一切割成長度(10±2)cm 還田。小區面積22.4 m2(8.0 m×2.8 m)，3 次重復。

1.3 測定項目與方法

于小麥拔節期(4 月4 日)、孕穗期(4 月16日)、抽穗期(4 月28 日)、灌漿期(5 月5 日)、成熟期(5 月27 日)，每10 cm 土層取1 個土樣，取到30 cm 深度。土壤硝態氮含量的測定采用酚二磺酸比色法，銨態氮含量的測定采用靛酚藍比色法，土壤脲酶活性的測定采用靛酚藍比色法。

1.4 統計分析

使用Microsoft Excel 2003 進行數據處理，利用DPS 軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 稻草還田與不同耕作方式對0 ～30 cm 土層土壤銨態氮含量的影響

由表1 可見，在拔節期，有稻草還田的不同耕作方式處理之間0 ～10 cm 銨態氮含量C1 ＞A1 ＞D1 ＞B1，無稻草還田的不同耕作方式之間10 ～20 cm 銨態氮含量D0＞C0＞B0＞A0，說明無稻草還田條件下，隨著土壤翻耕深度的增加，10 ～20 cm 土壤銨態氮含量有增加趨勢，有稻草還田條件下，不同耕作方式對0 ～10 cm 土層土壤銨態氮含量的影響無規律。除深翻耕外其他相同耕作方式下有稻草還田處理比無稻草還田處理0 ～10 cm、20 ～30 cm 土層土壤銨態氮含量都高，說明稻草還田提高了0 ～10 cm、20 ～30 cm 土層土壤銨態氮的含量。

孕穗期除淺翻耕外其他相同耕作方式下有稻草還田處理比無稻草還田處理0 ～10 cm、10 ～20 cm土層土壤銨態氮含量都低，說明稻草還田降低了0 ～10 cm、10 ～20 cm 土層土壤銨態氮的含量。無稻草還田的不同耕作方式處理之間0 ～10 cm 銨態氮含量D0＞C0＞B0＞A0，說明無稻草還田條件下，隨著土壤翻耕深度的增加，0 ～10 cm 土層土壤銨態氮含量有增加趨勢。

抽穗期，無稻草還田的不同耕作方式處理之間20 ～30 cm 銨態氮含量D0＞C0＞B0＞A0，有稻草還田的不同耕作方式處理之間 20 ～30 cm 銨態氮含量D1＞C1＞B1＞A1，有、無稻草還田處理之間不同耕作方式下銨態氮含量變化趨勢一致，說明抽穗期隨著土壤翻耕深度的增加，20 ～30 cm 土壤銨態氮含量有增加趨勢。

灌漿期，無稻草還田的不同耕作方式處理之間10 ～20 cm 銨態氮含量A0＞B0＞C0＞D0，說明無稻草還田條件下，隨著土壤翻耕深度的增加，10 ～20 cm 土壤銨態氮含量逐漸減少。

收獲期，相同耕作方式下有稻草還田處理比無稻草還田處理 0 ～10 cm 土層土壤銨態氮含量都高，說明稻草還田提高了 0 ～10 cm 土層土壤銨態氮的含量。

表1 小麥不同生育期0 ～30 cm 土壤銨態氮含量(kg/hm2)Table 1 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

表1 小麥不同生育期0 ～30 cm 土壤銨態氮含量(kg/hm2)Table 1 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

A1:土壤免耕(土壤攏動2 ～3 cm)，稻草全量還田;A0:土壤免耕(土壤攏動2 ～3 cm)，稻草不還田;B1:土壤旋耕(旋耕深度8 ～10 cm)，稻草全量還田;B0:土壤旋耕(旋耕深度8 ～10 cm)，稻草不還田;C1:土壤淺翻耕(翻耕深度13 ～15 cm)，稻草全量還田;C0:土壤淺翻耕(翻耕深度13 ～15 cm)，稻草不還田;D1:土壤深翻耕(翻耕深度18 ～20 cm)，稻草全量還田;D0:土壤深翻耕(翻耕深度18 ～20 cm)，稻草不還田。不同小寫字母表示同一生育期相同土層不同處理之間差異達到0.05 顯著水平。

生育期 土層(cm)處 理A1 A0 B1 B0 C1 C0 D1 D0拔節期 0 ～10 11.52a 7.12c 7.94c 4.67e 12.02a 6.80cd 9.57ab 9.75ab 10 ～20 6.80a 4.90bc 3.72d 4.94bc 4.58c 5.94ab 5.67b 6.99a 20 ～30 5.49c 3.74d 3.76d 2.81e 3.35d 2.86e 6.08ab 7.12a孕穗期 0 ～10 4.04e 5.35d 10.12ab 5.85d 4.94de 8.48c 10.35ab 11.39a 10 ～20 5.49cd 5.99c 4.63e 3.81f 5.71c 7.85b 6.99bc 8.30a 20 ～30 4.53d 6.53b 5.31c 6.35b 5.22c 7.98a 4.03d 8.17a抽穗期 0 ～10 14.34b 13.56c 15.84a 15.88a 15.70a 12.52d 13.47c 14.74b 10 ～20 8.17d 10.71b 11.89ab 10.52c 10.98b 10.80c 12.79a 10.93b 20 ～30 4.04e 5.40d 5.17cd 6.53c 7.62b 6.85c 9.57a 7.30b灌漿期 0 ～10 11.57e 11.98e 27.09a 21.74b 9.16f 20.60b 18.55c 14.65d 10 ～20 28.86a 22.19c 25.19b 16.24cd 12.25e 15.93d 15.97d 15.02d 20 ～30 12.84e 19.15a 17.56b 14.34d 17.78b 12.20e 15.38d 16.56c收獲期 0 ～10 19.92b 17.88c 22.34a 17.60c 17.65c 15.29d 23.28a 22.88a 10 ～20 10.12d 13.43c 15.02a 14.30b 14.61b 7.08e 10.16d 10.89d 20 ～30 7.57e 10.98c 8.80d 13.75b 15.56a 7.40e 8.89d 16.29a

2.2 稻草還田與不同耕作方式對0 ～30 cm 土層土壤硝態氮含量的影響

由表2 可見，拔節期除深翻耕處理外相同耕作方式的有稻草還田處理0 ～10 cm、10 ～20 cm 硝態氮含量較無稻草還田處理的要低些。不同耕作方式處理之間0 ～10 cm、10 ～20 cm、20 ～30 cm 硝態氮含量變化無規律。

孕穗期，除旋耕處理外相同耕作方式的有稻草還田處理0 ～10 cm 硝態氮含量較無稻草還田處理的要高些。10 ～20 cm、20 ～30 cm 硝態氮含量除免耕外相同耕作方式的有稻草還田處理較無稻草還田處理的要高些。稻草還田條件下不同耕作方式10 ～20 cm 土壤硝態氮含量大小順序為A1＜B1＜C1＜D1，說明稻草還田條件下隨著土壤耕翻深度的增加，土壤10 ～20 cm 硝態氮含量逐漸增加。

抽穗期，除免耕處理外相同耕作方式的有稻草還田處理0 ～10 cm 硝態氮含量較無稻草還田處理的要高些。10 ～20 cm、20 ～30 cm 硝態氮含量除淺翻耕外相同耕作方式的有稻草還田處理較無稻草還田處理的低些。

灌漿期，除旋耕處理外相同耕作方式的有稻草還田處理0 ～10 cm、10 ～20 cm 硝態氮含量較無稻草還田處理的要低些。

收獲期，相同耕作方式的有稻草還田處理0 ～10 cm、20 ～30 cm 硝態氮含量較無稻草還田處理的要高些。有稻草還田條件下不同耕作方式處理的20 ～30 cm 土壤硝態氮含量大小順序為A1＜B1＜C1＜D1，無稻草還田條件下不同耕作方式20 ～30 cm 硝態氮含量大小順序為A0＜B0＜C0＜D0，說明土壤翻耕深度增加使土壤20 ～30 cm 硝態氮含量增加。

2.3 稻草還田與不同耕作方式對0 ～30 cm 土層土壤脲酶活性的影響

由表3 可見，拔節期，所有處理0 ～30 cm 土壤脲酶活性最大的土層為10 ～20 cm。有稻草還田條件下不同耕作方式處理的 20 ～30 cm 土壤脲酶活性大小順序為A1 ＜B1 ＜C1 ＜D1，說明稻草還田條件下，隨著土壤耕翻深度的增加，拔節期土壤 20 ～30 cm 脲酶活性增加。

表2 小麥不同生育期0 ～30 cm 土壤硝態氮的含量(kg/hm2)Table 2 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

表2 小麥不同生育期0 ～30 cm 土壤硝態氮的含量(kg/hm2)Table 2 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

各處理見表1。不同小寫字母表示同一生育期相同土層不同處理之間差異達到0.05 顯著水平。

生育期 土層(cm)處 理A1 A0 B1 B0 C1 C0 D1 D0拔節期 0 ～10 3.21f 7.94bc 5.11e 6.84d 8.50b 11.01a 3.56f 1.75g 10 ～20 1.26c 9.20a 1.27c 2.05b 2.09b 2.44b 2.16b 1.74c 20 ～30 0.28e 6.48a 0.51e 0.70e 3.77b 2.86c 1.27d 1.12d孕穗期 0 ～10 2.79d 1.26e 0.63f 1.82e 13.51a 3.28c 6.76b 1.75e 10 ～20 0.91c 1.33b 1.26b 0.91c 2.44a 2.23a 2.93a 1.40b 20 ～30 2.65b 4.88a 2.67b 1.05c 5.51a 1.61c 2.51b 1.61c抽穗期 0 ～10 1.75f 18.11a 2.65e 1.26f 11.07b 1.95f 6.90c 3.35d 10 ～20 2.23b 3.42a 0.11d 2.09b 2.02b 1.68c 1.40c 2.12b 20 ～30 1.75c 3.35b 0.27d 0.70d 6.34a 1.65c 1.40c 0.63d灌漿期 0 ～10 0.49f 3.14d 1.40e 0.77f 8.01b 22.56a 2.09e 4.74c 10 ～20 1.68c 2.86b 2.51c 2.16b 1.82bc 13.30a 2.02b 2.65b 20 ～30 1.47c 1.61c 2.93ab 2.51b 2.86ab 3.97a 3.42a 1.95bc收獲期 0 ～10 5.30b 3.07d 3.76d 1.82f 8.02a 3.84d 4.81c 2.37e 10 ～20 9.96a 3.35e 5.16d 7.45c 8.57b 9.20a 8.22b 5.92d 20 ～30 3.21c 1.47e 3.87c 2.79d 4.88b 4.74b 7.52a 7.42a

孕穗期，除旋耕處理外其他所有處理0 ～10 cm土壤脲酶活性達到最大值。

抽穗期，相同耕作方式處理的0 ～10 cm 土壤脲酶活性有稻草還田的較無稻草還田的要低些。且稻草還田條件下，0 ～10 cm 土壤脲酶活性大小順序為A1＜B1＜C1＜D1。說明稻草還田條件下，隨著土壤耕翻深度的增加，拔節期土壤0 ～10 cm 脲酶活性增加，稻草還田使抽穗期0 ～10 cm 土壤脲酶活性降低。

灌漿期，相同耕作方式處理的10 ～20 cm 土壤脲酶活性有稻草還田的較無稻草還田的要低些，20 ～30 cm 土壤脲酶活性有稻草還田的較無稻草還田的要高些。稻草還田條件下，10 ～20 cm 土壤脲酶活性大小順序為A1＞B1＞C1＞D1。說明稻草還田條件下，隨著土壤耕翻深度的增加10 ～20 cm土壤脲酶活性增加。

收獲期，相同耕作方式0 ～30 cm 土壤脲酶活性有稻草還田的均低于無稻草還田的，說明稻草還田使0 ～30 cm 土壤脲酶活性降低。0 ～10 cm 土壤脲酶活性大小為A1＜B1＜C1＜D1，說明隨著土壤翻耕深度的增加，收獲期0 ～10 cm 土壤脲酶活性逐漸增加。

3 討論

在同一土層或一個土壤剖面銨態氮含量相對較穩定，不會受時期的影響［20］。本試驗結果表明拔節期無稻草還田條件下，隨著土壤翻耕深度的增加，0 ～10 cm 土壤銨態氮含量有增加趨勢，有稻草還田條件下，不同耕作方式對土壤銨態氮含量的作用無規律。抽穗期隨著土壤翻耕深度的增加，20 ～30 cm 土壤銨態氮含量有增加趨勢。灌漿期，無稻草還田條件下，隨著土壤翻耕深度的增加，10 ～20 cm 土壤銨態氮含量逐漸減少。相同土層銨態氮含量隨著小麥生育期的變化而變化，且差異較大。稻草還田及耕作方式對土壤銨態氮含量是有影響的，在不同生育期影響不同，對不同土層的影響也不同。這可能是稻草還田與耕作方式影響了土壤中氮素的硝化作用。

硝態氮是旱地作物吸收氮的主要形式，土壤中硝態氮含量會因作物生長季節的變化而變化［21-22］。稻草還田與耕作方式對土壤硝態氮含量的影響也因生育期和土壤層次的不同而不同。拔節期、孕穗期、抽穗期、灌漿期大部分相同耕作方式有秸稈還田處理的10 ～20 cm 硝態氮含量較無稻草還田處理的要低些。稻草還田會使土壤中微生物數量急劇上升［23］，微生物的大量繁殖消耗土壤中硝態氮從而使土壤中硝態氮含量降低。另外，稻草還田可能提高了小麥的氮素利用效率，小麥從土壤中吸收硝態氮比較多，從而殘留在土壤中的硝態氮含量就會減少。

表3 小麥不同生育期0 ～30 cm 土壤脲酶活性［μg/(g·h)］Table 3 Urease activity in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat［μg/(g·h)］

土壤脲酶活性越高，土壤肥力越好［24］。小麥營養生長期需氮較少，拔節期到開花為生殖生長期，需氮較多，也有研究者認為小麥營養生長期土壤脲酶活性較低，生殖生長期脲酶活性迅速提高并達到高峰［25］。土壤脲酶活性越高表明土壤氮素轉化能力越強［26］。土壤脲酶活性增強有利于作物吸收氮素。土壤脲酶活性與土壤全氮量、有機質含量密切相關。土壤肥力水平越高，土壤中脲酶、轉化酶、過氧化氫酶活性越高［27］。土壤脲酶活性越強，作物產量水平會越高。本試驗結果表明土壤脲酶活性所有處理0 ～20 cm 土層土壤脲酶活性于孕穗期或抽穗期達到最大。拔節期和抽穗期稻草還田條件下，隨著土壤耕翻深度的增加土壤脲酶活性也逐步增加。稻草還田使抽穗期0 ～10 cm 土壤脲酶活性降低。表明土壤供氮能力較弱，但是此時期小麥需要大量氮素，所以要增加氮肥施用。

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