在华北平原潮土上进行田间试验,研究施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及氮含量的影响.结果表明: 不同施氮水平下土壤酶活性均表现出一致的季节性变化趋势.与不施氮处理相比,施氮处理能显著提高根际和非根际土壤硝态氮含量及根际土壤铵态氮含量,显著增强土壤几丁质酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚糖酶活性.在整个玉米生育期内,非根际土壤硝态氮含量显著高于根际土壤;非根际土壤铵态氮含量在灌浆期显著高于根际土壤,但在苗期和完熟期则显著低于根际土壤;根际土壤几丁质酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚糖酶活性都显著高于非根际土壤.施氮对土壤有机质含量没有显著影响;在0~180 kg·hm-2施氮范围内,施氮可明显增加土壤全氮含量,但当施氮量超过180 kg·hm-2时,土壤全氮含量则明显下降.综上,适量施氮能显著增强土壤酶活性,提高土壤全氮含量,改善土壤生化性质.
A field experiment was conducted on fluvo-aquic soil in the North China Plain to study the effects of nitrogen application rate on soil nitrogen contents and enzyme activities in rhizosphere and non-rhizosphere of summer maize. The results showed that the soil enzyme activities under different nitrogen application rates showed similar seasonal patterns. In comparison to no nitrogen fertilizer treatment, all nitrogen application treatments significantly increased NO3--N contents in rhizosphere and non-rhizosphere soils, NH4+-N content in rhizosphere soil and the activities of β-N-acetylglucosaminidase, β-glucosidase, β-xylosidase and Cellobiohyrolase. During the whole summer maize growing season, the NO3--N content in non-rhizosphere soil was significantly higher than that in rhizosphere soil. The NH4+-N content in non-rhizosphere soil was also significantly higher than that in rhizosphere soil at filling stage but significantly lower at seedling and maturity stages. Furthermore, soil enzyme activities in rhizosphere soil were significantly higher than those in non-rhizosphere soil. Effect of nitrogen application on soil organic carbon content was not significant. Soil total nitrogen content increased significantly when the nitrogen application rate was 0-180 kg·hm-2 but decreased significantly when the rate was higher than 180 kg·hm-2. Generally, a proper rate of nitrogen fertilizer application could significantly increase soil enzyme activities and total nitrogen content, and then improve soil biochemistry properties.
全 文 :施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性
及氮含量的影响
梁国鹏 Houssou A. Albert 吴会军∗ 武雪萍 蔡典雄 高丽丽 李 景
王碧胜 李生平
(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 /耕地培育技术国家工程实验室, 北京 100081)
摘 要 在华北平原潮土上进行田间试验,研究施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及
氮含量的影响.结果表明: 不同施氮水平下土壤酶活性均表现出一致的季节性变化趋势.与不
施氮处理相比,施氮处理能显著提高根际和非根际土壤硝态氮含量及根际土壤铵态氮含量,
显著增强土壤几丁质酶、β⁃葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚糖酶活性.在整个玉米生育期内,非根
际土壤硝态氮含量显著高于根际土壤;非根际土壤铵态氮含量在灌浆期显著高于根际土壤,
但在苗期和完熟期则显著低于根际土壤;根际土壤几丁质酶、β⁃葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚
糖酶活性都显著高于非根际土壤.施氮对土壤有机质含量没有显著影响;在 0 ~ 180 kg·hm-2
施氮范围内,施氮可明显增加土壤全氮含量,但当施氮量超过 180 kg·hm-2时,土壤全氮含量
则明显下降.综上,适量施氮能显著增强土壤酶活性,提高土壤全氮含量,改善土壤生化性质.
关键词 施氮量; 根际; 土壤酶活性; 无机氮
Soil nitrogen content and enzyme activities in rhizosphere and non⁃rhizosphere of summer
maize under different nitrogen application rates. LIANG Guo⁃peng, Houssou A. Albert, WU
Hui⁃jun∗, WU Xue⁃ping, CAI Dian⁃xiong, GAO Li⁃li, LI Jing, WANG Bi⁃sheng, LI Sheng⁃ping
(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sci⁃
ences / National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081, Chi⁃
na) .
Abstract: A field experiment was conducted on fluvo⁃aquic soil in the North China Plain to study
the effects of nitrogen application rate on soil nitrogen contents and enzyme activities in rhizosphere
and non⁃rhizosphere of summer maize. The results showed that the soil enzyme activities under dif⁃
ferent nitrogen application rates showed similar seasonal patterns. In comparison to no nitrogen ferti⁃
lizer treatment, all nitrogen application treatments significantly increased NO3
- ⁃N contents in rhizo⁃
sphere and non⁃rhizosphere soils, NH4
+ ⁃N content in rhizosphere soil and the activities of β⁃N⁃
acetylglucosaminidase, β⁃glucosidase, β⁃xylosidase and Cellobiohyrolase. During the whole summer
maize growing season, the NO3
- ⁃N content in non⁃rhizosphere soil was significantly higher than that
in rhizosphere soil. The NH4
+ ⁃N content in non⁃rhizosphere soil was also significantly higher than
that in rhizosphere soil at filling stage but significantly lower at seedling and maturity stages. Fur⁃
thermore, soil enzyme activities in rhizosphere soil were significantly higher than those in non⁃rhizo⁃
sphere soil. Effect of nitrogen application on soil organic carbon content was not significant. Soil to⁃
tal nitrogen content increased significantly when the nitrogen application rate was 0-180 kg·hm-2
but decreased significantly when the rate was higher than 180 kg·hm-2 . Generally, a proper rate of
nitrogen fertilizer application could significantly increase soil enzyme activities and total nitrogen
content, and then improve soil biochemistry properties.
Key words: nitrogen application rate; rhizosphere; soil enzyme activities; inorganic nitrogen.
本文由国家科技支撑计划项目( 2015BAD22B03)、国家高技术研究发展计划项目( 2013AA102901)和国家公益性行业(农业)科研专项
(201203077,201203030)资助. This work was supported by the National Science & Technology Pillar Program of China (2015BAD22B03), the National
High Technology Research and Development Program of China (2013AA102901) and the special fund for the Scientific Research in the Public Interest
(Agriculture) of China (201203077, 201203030) .
2015⁃07⁃23 Received, 2016⁃03⁃29 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: hjwu@ caas.ac.cn
应 用 生 态 学 报 2016年 6月 第 27卷 第 6期 http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2016, 27(6): 1917-1924 DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201606.031
土壤酶是土壤生态系统中最活跃的组分,在营
养物质转化、有机质分解等方面起着非常重要的作
用[1-3],其活性反映了土壤中各种生物化学过程的
强度和方向,是土壤质量和生态系统健康的重要指
标.土壤几丁质酶、β⁃葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚
糖酶都在有机质分解中起重要作用[4-5],施肥可通
过改善土壤养分状况、促进作物生长,进而影响土壤
酶活性.适量施用氮、磷、钾等无机肥料[6]和长期有
机无机肥配施[7]都能显著提高土壤酶活性,进而提
高农田生态系统的生产力.郭天财等[8]研究发现,单
施氮肥可显著提高冬小麦根际土壤几丁质酶活性,
常规氮磷钾处理的几丁质酶和 α⁃葡萄糖苷酶活性
均显著增强.
作物根际土壤作为作物根系生长发育、营养成
分吸收和新陈代谢的场所,是土壤化学和生物学性
质最活跃的微域.根际土壤酶的种类和活性对土壤
养分的有效化有显著影响,进而影响作物对养分的
吸收利用[9] .大量研究表明,根际土壤酶活性显著高
于非根际.李俊华等[10]在对棉花根际土的研究中发
现,根际土壤脲酶、纤维素酶活性显著高于非根际.
陈闳竣等[11]对杉木根际土壤的研究显示,根际土壤
脲酶、磷酸化酶、过氧化氢酶、转化酶和过氧化物酶
活性都高于非根际.作物吸收利用的氮素主要是铵
态氮和硝态氮,由于作物根系的吸收,根际与非根际
土壤硝态氮和铵态氮含量可能会产生差异.云鹏
等[12]在冬小麦⁃夏玉米轮作体系中发现,不同氮肥
施用量对根际和非根际土壤铵态氮含量及根际土壤
硝态氮含量的影响不显著,却可显著提高非根际土
壤硝态氮含量,且根际土壤中的铵态氮和硝态氮含
量均显著高于非根际.氮肥虽然在改善土壤养分状
况、提高作物产量等方面起重要作用,但在华北平原
氮肥过量施用现象普遍[13-14] .这不仅造成土壤结构
的恶化,而且不利于农业生产的可持续发展[15] .研
究施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及土壤
氮含量的影响,对理解土壤氮素时空分布和转化,优
化农田氮肥管理具有重要意义.以往研究中,一方
面,诸多学者只局限于施氮水平对土壤氮含量或对
土壤酶活性单独的影响[8,12],很少研究施氮量同时
对土壤氮含量和与碳氮转化有关的土壤酶活性的影
响,进而更全面地评估施氮对农田系统生化指标的
综合作用;另一方面,大多数研究只观察了施氮在某
个生育时期对土壤酶活性的影响[16-17],由于土壤酶
活性在整个生育期内的变化较大,有必要进一步探
讨土壤酶活性的季节性变化规律[18] .鉴于此,本研
究选择在河北潮土上进行大田试验,探讨不同施氮
量对夏玉米根际和非根际土壤氮含量及酶活性的影
响,以期为华北平原农田选择合理施氮水平提供理
论依据.
1 研究地区与研究方法
1 1 试验地概况
试验地点位于河北省廊坊市中国农业科学院试
验基地(39°36′ N,116°36′ E)内,属暖温带大陆性
季风气候区,年均光照 2660 h,年均气温 11.9 ℃,年
均降雨量 554.9 mm,无霜期 180 d左右.试验地土壤
为砂质壤土,基础养分含量(0 ~ 20 cm)为:有机碳
6.38 g · kg-1、全氮 0. 85 g · kg-1、速效磷 12. 75
mg·kg-1、速效钾 93.7 mg·kg-1、pH值 8.0.
1 2 试验设计
试验始于 2010 年, 设置 0、 120、 180、 240
kg N·hm-2等 4 个施氮水平,分别用 N0、N12、N18、
N24表示,3次重复,完全随机区组排列,每小区面积
为:长10.0 m×宽 6.7 m.氮肥 60%作基肥,40%在大
喇叭口期追施.各小区磷、钾肥用量为 P 2 O5 150
kg·hm-2、K2O 75 kg·hm
-2,全部作基肥一次施入;
肥料用尿素(N 46%)、过磷酸钙(P 2O5 18%)、硫酸
钾(K2O 51%).供试夏玉米品种为‘郑单 958’,种植
密度为 4.35万株·hm-2 .
1 3 测定项目与方法
1 3 1取样 在 2014 年玉米生育期内,分别于苗期
(7月 10日)、拔节期(7 月 25 日)、抽雄期(8 月 15
日)、灌浆期(9月 6日)和成熟期(10月 3 日),在各
处理小区随机选取 3株玉米,挖取根系,采用抖根分
离法取根系所粘土壤为根际土壤.同时用直径为 5
cm的土钻取相应植株行间土壤为非根际土壤,采样
深度 0 ~ 20 cm.根际和非根际土各自混匀,装入聚
乙烯塑料袋中,迅速放入保鲜箱中带回实验室.土壤
过 2 mm筛,分为两部分:一部分放入 4 ℃冰箱中保
存,用于测定土壤铵态氮、硝态氮含量及土壤酶活
性;另一部分放于阴凉处风干,过 0.15 mm 筛,用于
测定土壤有机碳和全氮含量.
1 3 2土壤化学性质的测定 土壤有机碳和全氮含
量的测定采用元素分析仪 ( Elementar Analysen⁃
systeme GmbH, 德国 Elementary公司);将新鲜土样
按土水比 1 ∶ 5 加入 1 mol·L-1 KCl 溶液,浸提 60
min后,通过流动分析仪(Seal Analytical GmbH, 德
国 Seal公司)测定土壤铵态氮和硝态氮含量.
1 3 3土壤酶活性的测定 称取相当于 1.0 g 烘干
8191 应 用 生 态 学 报 27卷
土的新鲜土样,放入 500 mL 的玻璃烧杯中,加入灭
菌后冷却的醋酸缓冲液 125 mL,在磁力搅拌器上搅
拌 10 min 后,用移液排枪吸取土壤悬液,采用改进
的荧光微孔板检测技术[19]测定土壤几丁质酶、β⁃葡
萄糖苷酶、纤维素酶和木聚糖酶活性.试剂购于 Sig⁃
ma⁃Aldrich Co. Ltd公司,用无菌水配置后于 4 ℃冰
箱短暂保存待用.
1 4 数据处理
土壤酶活性值计算参照 DeForest[20]的方法.采
用 Excel 2007处理数据和图表,利用 SAS 9.1 软件
对数据进行方差分析(ANOVA),最小显著差异法
(LSD)检验处理间的差异显著性(α= 0.05),图表中
数据均为平均值±标准误.
2 结果与分析
2 1 施氮量对根际和非根际土壤酶活性的影响
2 1 1土壤几丁质酶活性 施氮水平和不同生育时
期均对根际和非根际土壤几丁质酶活性有显著影响
(表 1).在整个生育期内,不同施氮处理的根际和非
根际土壤几丁质酶活性先降低后增加,在抽雄期达
到最高,最终趋于平缓(图 1).在同一生育时期,施
氮处理(N12、N18、N24)的根际土壤几丁质酶活性显
著高于不施氮处理(N0),N12处理的酶活性在整个
生育期内始终保持最高,比 N0处理提高了 17.4% ~
53.6%.非根际土壤几丁质酶活性在抽雄期和灌浆期
表现出 N24>N0、N12、N18,在抽雄期,N24处理的降幅
最大,达 31.2%;在苗期、拔节期和完熟期,施氮处理
之间的非根际土壤几丁质酶活性没有显著性差异.
所有施氮处理的根际土壤几丁质酶活性在拔节期和
完熟期都显著高于非根际,而在灌浆期根际土壤酶
活性与非根际没有显著性差异.
2 1 2土壤 β⁃葡萄糖苷酶活性 根际和非根际土壤
β⁃葡萄糖苷酶活性同时受施氮水平和生育时期的显
著影响(表 1).不同施氮处理的根际和非根际土壤
β⁃葡萄糖苷酶活性随生育进程的推进呈先降后升再
降的变化趋势,各处理均以抽雄期的活性最高(图
1).在拔节期、抽雄期和完熟期,根际土壤 β⁃葡萄糖
苷酶活性的变化趋势表现为随施氮量的增加而逐渐
增加,在抽雄期施氮量对根际土壤酶活性的增幅最
大,N12、N18和 N24处理分别比 N0处理提高了 14.2%、
8.7%和 32.4%,而在灌浆期各处理间的根际酶活性
没有显著性差异.整个生育期均以 N24处理的非根际
土壤 β⁃葡萄糖苷酶活性最高,N0处理最低,且两处
理之间的差异达到显著水平(除拔节期外).根际土
壤酶活性在苗期、拔节期和完熟期都显著高于非根
际,而在抽雄期没有显著性差异.
2 1 3土壤木聚糖酶活性 施氮水平和不同生育时
期均对非根际土壤木聚糖酶活性有显著影响(表
1).不同施氮处理的根际和非根际土壤木聚糖酶活
性在整个生育期呈先降后升再降的趋势,且以抽雄
期的活性最高(图 1).在苗期、拔节期和灌浆期,N18
处理的根际土壤木聚糖酶活性最高,分别比 N0处理
提高了 23.4%、32.2%和 15.7%,而在抽雄期和完熟
期,各处理间的根际土壤酶活性没有显著性差异.整
个生育期(拔节期和灌浆期除外)均以 N18处理的非
根际土壤木聚糖酶活性最高,N12处理最低,且两处
理之间的差异达到显著水平.所有氮肥处理的根际
土壤酶活性在苗期、拔节期和完熟期都显著高于非
根际.
2 1 4土壤纤维素酶活性 根际和非根际土壤纤维
素酶活性同时受施氮水平和生育时期的显著影响
(表 1).整个生育期不同施氮处理的根际和非根际
土壤纤维素酶活性先降低后升高,在抽雄期达到最
高,而后再次降低(图 1).在整个生育期内,N18处理
的根际土壤纤维素酶活性最高,N12处理最低;除灌
浆期外,N18处理的非根际土壤酶活性也最高,N12处
表 1 施氮水平及不同生育时期对根际和非根际土壤酶活性及氮含量影响的方差分析
Table 1 Two⁃way ANOVA on the effect of growth stage and N application rate on soil enzyme activities and nitrogen content
in rhizosphere and non⁃rhizosphere
变因
Variable
几丁质酶
β⁃N⁃acetyl⁃
glucosaminidase
β⁃葡萄糖苷酶
β⁃glucosidase
木聚糖酶
β⁃xylosidase
纤维素酶
Cellobiohydrolase
铵态氮
NH4 + ⁃N
硝态氮
NO3 - ⁃N
非根际 A <0.0001 <0.0001 <0.0001 0.0002 0.4429 <0.0001
Non⁃rhizosphere B <0.0001 <0.0001 <0.0001 <0.0001 <0.0001 <0.0001
A×B <0.0001 <0.0001 0.0003 <0.0001 0.0036 <0.0001
根际 A <0.0001 <0.0001 0.0427 <0.0001 <0.0001 <0.0001
Rhizosphere B <0.0001 <0.0001 <0.0001 <0.0001 <0.0001 <0.0001
A×B 0.0007 0.0009 0.0403 <0.0001 <0.0001 <0.0001
A: 施氮量 N application rate; B: 生育时期 Growth stage; A×B: 二者的交互效应 The interactive effect of A and B.
91916期 梁国鹏等: 施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及氮含量的影响
图 1 玉米不同生育时期根际和非根际土壤几丁质酶、β⁃葡萄糖苷酶、木聚糖酶和纤维素酶活性动态变化
Fig.1 Dynamics of β⁃N⁃acetylglucosaminidase, β⁃glucosidase, β⁃xylosidase and cellobiohydrolase activities in rhizosphere and non⁃
rhizosphere soils at different growth stages of maize.
Ⅰ: 根际土壤 Rhizosphere soil; Ⅱ: 非根际土壤 Non⁃rhizosphere soil. .不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著(P<0.05) Different
small letters meant significant difference among different treatments at the same growth stage at 0.05 level. 下同 The same below.
理最低,且两处理间的差异达显著水平.所有氮肥处
理的根际土壤酶活性在整个生育期内(抽雄期除
外)都显著高于非根际.
2 2 施氮量对根际和非根际土壤无机氮含量的影响
2 2 1土壤铵态氮含量 施氮水平和不同生育时期
均对根际土壤铵态氮含量有显著影响(表 1).根际
土壤铵态氮含量在玉米生育期表现出降低-升高-
降低-升高的变化趋势,苗期和抽雄期土壤铵态氮
含量最高(图 2).在抽雄期和灌浆期,所有施氮处理
间的根际土壤铵态氮含量差异不显著,而在其他 3
个生育时期,施氮处理的根际土壤铵态氮含量明显
高于不施氮处理.非根际土壤铵态氮含量在玉米生
育期内呈先上升再下降的变化趋势,在抽雄期和灌
浆期达到最高值.在拔节期、灌浆期和完熟期,施氮
对非根际土壤铵态氮含量没有显著性影响.在灌浆
期,与根际土壤相比,各处理非根际土壤铵态氮含量
明显较高,而在苗期和完熟期,根际土壤铵态氮含量
均高于非根际土壤.
2 2 2土壤硝态氮含量 根际和非根际土壤硝态
氮含量同时受施氮水平和生育时期的显著影响
0291 应 用 生 态 学 报 27卷
图 2 玉米不同生育时期根际和非根际土壤铵态氮及硝态氮含量动态变化
Fig.2 Dynamics of NH4
+ ⁃N and NO3
- ⁃N contents in rhizosphere and non⁃rhizosphere soils at different growth stages of maize.
(表 1).在玉米生育期内,根际土壤硝态氮含量表现
出下降后趋于稳定的变化趋势(图 2).在同一生育
时期内,根际土壤硝态氮含量的变化趋势表现为随
施氮量的增加而逐渐增加,N24处理的根际土壤硝态
氮含量最高,N0处理最低,且两者的差异达到显著
水平.非根际土壤硝态氮含量在玉米生育期内呈先
上升再下降的变化趋势,在抽雄期达到最高值,最小
值出现在完熟期.不同施氮水平下非根际土壤硝态
氮含量表现为 N24>N18>N12>N0,在抽雄期增幅最大,
N12、N18和 N24处理分别比 N0处理提高了 232.2%、
219.3%和 322.9%.在苗期、灌浆期和完熟期,除不施氮
处理外,其他施氮处理根际土壤硝态氮含量均显著低
于非根际土壤;在拔节期和抽雄期,所有施氮处理的
非根际土壤硝态氮含量均显著高于根际土壤.
2 3 施氮量对土壤有机碳和全氮含量的影响
由表 2可知,与试验前相比,各处理土壤有机碳
表 2 不同施氮处理下土壤有机碳和全氮含量
Table 2 Soil organic carbon and total nitrogen contents
under different N treatments
处理
Treatment
有机碳
SOC
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
C / N
N0 9.02±0.13a 0.93±0.02bc 9.68±0.11ab
N12 9.29±0.17a 0.92±0.13c 10.06±0.37a
N18 9.50±0.04a 1.06±0.02a 8.98±0.15c
N24 9.26±0.50a 0.98±0.04b 9.44±0.16bc
不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05) Different small let⁃
ters meant significant difference among treatments at 0.05 level.
含量的增幅介于 41.3%~48.9%之间,土壤全氮含量
的增幅为 8.8% ~ 24.4%.施氮对土壤有机碳含量没
有显著影响,但适量施氮能显著提高土壤全氮含量,
N18处理的土壤全氮含量最高,显著高于其他 3 个处
理,分别比 N0、N12和 N24处理提高了 13.6%、14.4%
和 7.7%.N12处理的 C / N 最高,N18处理最低,且两者
的差异达到显著水平.
3 讨 论
3 1 不同施氮水平下土壤酶活性的变化
施氮能促使作物根系和土壤微生物分泌出更多
与碳氮分解有关的酶[21-22] .郭天财等[8]发现,冬小
麦根际土壤酶活性随施氮量增加而显著提高.本研
究中,施氮同样可以显著提高根际土壤几丁质酶、β⁃
葡萄糖苷酶、纤维素酶和木聚糖酶活性.一方面是因
为适量施入氮肥能够改善土壤养分状况,促进作物
根系生长,进而分泌更多土壤酶来吸收养分,以满足
作物生长需求[23];另一方面,施入的氮肥促进微生
物的生长及繁殖,最终提高根际土壤酶活性[24] .因
此,施氮可以改善根际微环境,进而加快土壤养分循
环,最终保证作物生长所需的营养.苏丹等[17]研究
表明,施氮对桉树某一生育时期非根际土壤纤维素
酶活性无显著影响.但本试验中,在苗期和抽雄期前
施用基肥和追肥后,大量氮肥进入到土体中,显著降
低土壤碳氮比,进而激发本不活跃的非根际土壤酶,
最终显著提高非根际土壤酶活性.因此,如果只测定
12916期 梁国鹏等: 施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及氮含量的影响
某一生育时期施氮对土壤酶活性的影响可能得出不
科学的试验结果;本研究中测定了施氮水平下不同
生育时期土壤酶活性的变化,有利于深入了解土壤
酶对施氮的短期响应情况.
3 2 不同施氮水平下土壤铵态氮、硝态氮、有机碳
和全氮含量的变化
Ai等[25]通过 31 年的长期施氮试验表明,氮肥
施用对玉米根际土壤铵态氮和硝态氮含量都没有显
著影响.云鹏等[12]在河北衡水潮土上的研究也指
出,施氮对根际土壤硝态氮含量没有显著影响,但在
苗期可显著增加根际土壤铵态氮含量.在本研究中,
施氮显著提高了根际土壤铵态氮和硝态氮含量,表
明施用氮肥有利于改善根际土壤养分状况,促进作
物对氮素的吸收利用.众多试验表明,施氮能显著提
高土壤有机质和全氮含量[26-28] .本试验结果表明,
在 0~180 kg·hm-2施氮范围内,施氮可显著增加土
壤全氮含量,当施氮量超过 180 kg·hm-2时,土壤全
氮含量则显著下降,这与谢驾阳等[29]的研究结果一
致. 李小涵等[30]同样指出,在 0 ~ 135 kg·hm-2施氮
范围内,土壤有机碳含量在增施氮肥情况下显著增
加,但当施氮量超过 135 kg·hm-2时,土壤有机碳随
施氮量增加而降低.因此,农业生产中应当遵循适量
施肥的原则以提高氮肥利用率,过多施用氮肥不仅
会导致生产成本增加,而且会造成土壤理化性质恶
化,不利于农业的可持续发展.俞华林等[31]认为,施
用氮肥可提高土壤微生物活性,进而加快有机质分
解速率.因此,适量施氮可增加土壤有机碳,而过量
施氮加快有机质分解,使土壤有机碳含量随氮肥用
量增加而降低.在本研究中,施氮对土壤有机碳含量
的影响不显著.这与李文西等[32]的研究结果一致,
可能是由于每季作物收获后都进行秸秆还田,及时
补充了外源有机碳,最终保证各处理土壤有机碳含
量的稳定.因此,在施用氮肥的同时应当采取秸秆还
田的措施以保证土壤 C / N平衡,防止因过量施氮造
成土壤有机碳含量下降而影响作物的正常生长.
3 3 根际与非根际土壤酶活性、铵态氮和硝态氮含
量的比较
孟亚利等[33]研究指出,无论套作棉还是单作
棉,根际土壤酶活性都显著高于非根际.李廷强
等[34]认为,东南景天根际脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶
和脱氢酶活性都显著高于非根际土壤.本研究中玉
米根际土壤酶活性显著高于非根际,可能与玉米根
系分泌物有关.植物根系分泌物影响根际微生物的
数量和种类,从而影响它们产生酶和死亡后释放酶
的能力,最终导致根际和非根际酶活性的差异[35] .
根际是养分从土壤进入作物系统的门户,根际过程
决定着土壤中氮素的供应强度和有效性[36] . Ai
等[37]研究表明,在华北平原的冬小麦⁃夏玉米轮作
农田中根际铵态氮含量显著高于非根际.李晓月
等[38]同样发现,黏壤土及砂质壤土小麦根际铵态氮
含量均显著高于非根际.在本研究中,根际土壤铵态
氮含量在苗期和完熟期都显著高于非根际土壤,而
在灌浆期根际土壤铵态氮含量却显著低于非根际土
壤.这可能是因为夏玉米在苗期和完熟期对土壤养
分需求量低,而灌浆期正处于作物生长的旺盛阶段,
对土壤养分的需求量大,进而大量吸收并利用了根
际土壤铵态氮. Dong 等[39]在中国南方水稻田中发
现,根际与非根际土壤硝态氮含量之间无显著性差
异;而詹媛媛等[40]研究了不同灌木根际和非根际土
壤氮素含量特征,结果表明,相较于非根际土壤,7
种灌木根际土壤硝态氮含量平均高 65.1%.孟亚利
等[41]观察到棉花根际土壤硝态氮含量显著高于非
根际土壤.而本研究结果表明,非根际土壤硝态氮含
量在整个玉米生育期内都显著高于根际土壤,可能
因为硝态氮是旱地农田作物吸收的主要氮素形态,
由于植物根系的吸收,根际土壤中硝态氮易出现亏
缺状况.由此可见,根际土壤氮含量及酶活性与非根
际之间的差异受不同地域、气候、作物及生育时期等
的综合影响.
4 结 论
与不施氮处理相比,施氮处理能显著提高根际
和非根际土壤硝态氮含量及根际铵态氮含量,同时
也能显著增强土壤几丁质酶、β⁃葡萄糖苷酶、纤维素
酶和木聚糖酶活性.整个玉米生育期内,根际土壤硝
态氮含量显著低于非根际土壤,而根际土壤酶活性
都显著高于非根际土壤.在 0 ~ 180 kg·hm-2施氮范
围内,施氮可显著增加土壤全氮含量,但当施氮量超
过 180 kg·hm-2时,土壤全氮含量则显著下降.因
此,适量施氮在提高土壤全氮含量的同时,也增强了
土壤酶活性,进而改善了农业生态系统的健康和生
产力.
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nese)
作者简介 梁国鹏, 男, 1991年生, 硕士研究生. 主要从事
土壤碳循环及微生物研究. E⁃mail: guopliang@ 163.com
责任编辑 张凤丽
梁国鹏, Houssou A. Albert, 吴会军, 等. 施氮量对夏玉米根际和非根际土壤酶活性及氮含量的影响.应用生态学报, 2016, 27
(6): 1917-1924
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