不同氮肥用量对玉米田土壤酶活性及微生物量碳、氮的影响

郑斯尹，陈莉莎，谢德晋

(1.南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210037； 2.河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210024)

玉米(Zeamays)用途广、需求量大，是我国重要的粮食作物，保证玉米的高产稳产具有重要意义[1]。氮素是玉米生长过程中需求量最大的矿物元素，玉米产量的提升极大程度上决定于氮素的投入，合理施用氮肥是作物获得高产的有效措施之一[2]。中国是氮肥使用量最大的国家之一，但目前存在氮肥投入过量、利用效率低的问题[3]。为此，探明区内玉米的需氮特性，适量施用氮肥不仅有利于高产高效，也有利于生态安全和可持续发展[4-5]。本试验以大田玉米作为供试作物，开展氮肥施用对玉米田土壤酶活性及微生物量碳、氮含量影响的研究，旨在探讨不同氮素施用方式与作物生长之间的关系，为合理施用肥料，增加粮食生产能力和提高经济效益提供理论依据。

1 试验区概况

试验区位于南京市六合区竹镇南京市水利规划设计院农业基地内，地理位置为北纬32°31′15.46″、东经118°39′55.72″，属北亚热带湿润季风气候区，雨量充沛，气候温和，光照充足，四季分明。区内多年平均气温为15.4 ℃左右，多年平均降水量为1 033.7 mm，多年平均日照时数为2 199.4 h。试验区土壤类型为水稻土，土壤pH值为7.45，有机质含量16.59 g/kg，全氮含量0.80 g/kg，有效磷含量12.1 mg/kg，速效钾含量109.2 mg/kg。供试玉米品种为苏玉29，选育单位为江苏省农业科学院粮食作物研究所。

2 样点设置与取样

2.1 试验设计

试验共设置4个处理：①对照(CK)，不施肥；②处理1(N5)，配施氮肥5 g/m2；③处理2(N10)，配施氮肥10 g/m2；④处理3(N25)，配施氮肥25 g/m2。采用完全随机设计，共设计4个小区，每个小区面积20 m2。玉米于2017年6月10日播种，当年9月20日收获。

2.2 土壤采集与测定

分别于播种后15、30、60、90 d(分别对应玉米幼苗期、拔节期、灌浆期、成熟期)分0～10和10～20 cm两层采集土样，每个试验小区取3点的混合样作为该小区的代表土样。将土样立即装入保温箱内带回实验室，置于冰箱-20 ℃贮存，并于1周内完成土壤酶活性的测定。同时将一部分土壤样品风干，用于土壤理化性质及元素分析的测定。

土壤酶活性指标包括脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，测定方法参照关松荫的《土壤酶及其研究法》[6]。土壤全氮利用元素分析仪(岛津TOC-L)测定。

2.3 数据处理

应用Excel软件对数据进行基本处理；应用SPSS 22.0软件进行方差分析，求得差异显著程度和因子交互作用显著性，并建立回归模型；采用Oringin9.0软件完成作图。

3 结果与分析

3.1 不同氮肥用量对土壤酶活性的影响

3.1.1 对土壤脲酶活性的影响

如图1所示，玉米各处理不同土层的脲酶活性均从幼苗期开始逐渐升高，除处理3一直升高至成熟期外，其他处理均在拔节期或灌浆期达到峰值，之后逐渐降低。各处理不同土层变化趋势相近，10～20 cm土层脲酶活性较0～10 cm土层降低了1.8%～8.5%。与CK相比，配施氮肥的各处理均能使脲酶活性明显提高，反映了氮肥能在一定程度上保证作物生长过程中土壤养分的充足供应。处理2脲酶活性较处理1、处理3及CK分别提升0.5%～9.2%、3.3%～9.5%和5.9%～15.7%，表明配施适量氮肥能显著提高脲酶活性，但过量氮肥会导致脲酶活性有所降低。

图1 不同氮肥用量下玉米各生长期土壤脲酶活性

3.1.2 对土壤过氧化氢酶活性的影响

如图2所示，玉米各处理不同土层的过氧化氢酶活性均从幼苗期开始逐渐升高，在拔节期或灌浆期达到峰值后逐渐下降。各处理不同土层变化趋势相近，10～20 cm土层过氧化氢酶活性较0～10 cm土层略低。配施氮肥的各处理过氧化氢酶活性均明显高于CK，在玉米成熟期，处理2的脲酶活性较处理1、处理3及CK分别提升5.1%～11.7%、10.2%～14.2%和54.6%～81.6%，表明配施适当比例的氮肥能显著提高过氧化氢酶活性，但过量氮肥会导致过氧化氢酶活性有所降低。

图2 不同氮肥用量下玉米各生长期土壤过氧化氢酶活性

3.1.3 对土壤蔗糖酶活性的影响

从图3看出，随着玉米的生长发育，各处理的蔗糖酶活性逐渐升高，在玉米灌浆期达到最高，之后下降。各处理下，玉米拔节期10～20 cm土层蔗糖酶活性较0～10 cm土层降低了13.7%～37.5%。不同处理之间土壤蔗糖酶活性有明显差异，在玉米不同生育时期各施肥处理土壤蔗糖酶活性均较CK有明显提高，其中处理2显著高于其他处理，表明配施适量氮肥能显著提高蔗糖酶活性，但施过量氮肥会导致蔗糖酶活性有所降低。

图3 不同氮肥用量下玉米各生长期土壤蔗糖酶活性

3.2 不同氮肥用量对土壤微生物量碳、氮含量的影响

3.2.1 对土壤微生物量碳含量的影响

如图4所示，与CK相比，各施肥处理均能提升土壤微生物量碳含量，其中处理2土壤微生物量碳含量最高，在作物生长各个时期，处理2的微生物量碳含量分别高于处理1、处理3和CK1.1%～34.0%、22.7%～27.6%和7.9%～55.6%。各处理不同土层变化趋势相近，土壤微生物量碳含量均从幼苗期开始随作物生长发育逐步增加，到灌浆期或成熟期达到最高，10～20 cm土层微生物量碳含量较0～10 cm土层略低。

图4 不同氮肥用量下玉米各生长期土壤微生物量碳含量

3.2.2 对土壤微生物量氮含量的影响

如图5所示，与CK相比，各施肥处理均能提升土壤微生物量氮含量，其中处理2土壤微生物量氮含量最高，在作物生长各个时期，处理2的微生物量氮含量分别高于处理1、处理3和CK43.4%～78.2%、1.2%～23.8%和49.3%～128.4%。各处理不同土层变化趋势相近，土壤微生物量氮含量均从幼苗期开始随作物生长发育逐步增加，至灌浆期达到最高，之后下降，10～20 cm土层微生物量氮含量较0～10 cm土层略低。

图5 不同氮肥用量下玉米各生长期土壤微生物量氮含量

3.3 土壤微生物量碳、氮含量和酶活性与氮肥用量的相关性

由表1可知，土壤脲酶、过氧化氢酶活性与氮肥用量存在显著正相关关系，微生物量碳含量与氮肥用量存在极显著正相关关系；土壤脲酶活性、过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、微生物量碳含量、微生物量氮含量相互间均存在显著或极显著正相关关系。

表1 氮肥用量、微生物量碳氮含量及酶活性之间的线性相关系数

指标氮肥用量脲酶活性过氧化氢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过氧化氢酶活性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 讨 论

4.1 不同氮肥用量对土壤酶活性的影响

研究表明，土壤脲酶、蔗糖酶活性随玉米生长总体呈先升高后降低的趋势，表明土壤脲酶、蔗糖酶活性除与施肥有关外，还可能与作物生长有关，在作物生长过程中根系分泌物逐渐增加，促进了根系周边土壤微生物的生长，进而增加了脲酶和蔗糖酶活性[7]。土壤过氧化氢酶活性在拔节期或灌浆期最高，成熟期明显下降，这可能是因为灌浆期至成熟期玉米根系的活动及其对养分的吸收对于土壤过氧化氢酶活性有明显抑制作用。

本研究中不同施肥处理的土壤酶活性均显著高于CK，说明配施氮肥能显著影响土壤酶活性，其中处理2(N10)明显高于其他施肥量处理，表明过量氮肥的施用对于土壤酶活性反而有抑制作用。

4.2 不同氮肥用量对土壤微生物量碳、氮含量的影响

玉米不同生长阶段、不同施肥处理，以及二者交互作用显著影响土壤微生物量碳、氮含量。在玉米灌浆期或成熟期土壤微生物量碳、氮含量出现峰值，这是由于玉米在不同生长时期对养分需求度不同，根系活化养分能力和土壤微生物活性有所差别而引起的土壤微生物量变化造成的。各施肥处理不同程度上提高了土壤微生物量碳、氮含量，处理2效果最明显，表明氮肥的配施虽然能显著影响土壤微生物量碳、氮含量，但过量氮肥的施用对于土壤微生物活性反而有抑制作用。