馬春梅，王家睿，戰(zhàn)厚強(qiáng)，閆　超，顏雙雙，王　亮（.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱　50030；.北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司水稻分公司，黑龍江　佳木斯　54007）

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稻草還田對(duì)土壤脲酶活性及土壤溶液無機(jī)氮含量影響

馬春梅1，王家睿1，戰(zhàn)厚強(qiáng)1，閆超1，顏雙雙1，王亮2
（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱150030；2.北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司水稻分公司，黑龍江佳木斯154007）

摘要：試驗(yàn)針對(duì)我國寒地水稻種植區(qū)，采用室外連續(xù)多年稻草還田小區(qū)和室內(nèi)培養(yǎng)方式，研究水稻種植條件與非種植條件下稻草還田對(duì)土壤脲酶活性及土壤溶液無機(jī)氮含量影響，為我國寒地水稻秸稈還田技術(shù)提供參考。結(jié)果表明，整個(gè)取樣時(shí)期，稻草還田處理與不還田處理土壤脲酶活性及土壤溶液無機(jī)氮含量變化趨勢(shì)基本相同，小區(qū)試驗(yàn)呈先降后升再降趨勢(shì)，室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)呈下降趨勢(shì)，土壤脲酶活性與土壤溶液無機(jī)氮含量呈顯著正相關(guān)；土壤脲酶活性及土壤溶液無機(jī)氮含量隨稻草還田量增加而降低；土壤脲酶活性及土壤溶液無機(jī)氮含量在室內(nèi)條件下比較穩(wěn)定，而在室外條件下波動(dòng)較大。稻草還田使水稻產(chǎn)量略有增加，但差異不顯著。

關(guān)鍵詞：水稻；稻草還田；土壤脲酶活性；土壤溶液；無機(jī)氮

馬春梅,王家睿,戰(zhàn)厚強(qiáng),等.稻草還田對(duì)土壤脲酶活性及土壤溶液無機(jī)氮含量影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(3):38-43.

Ma Chunmei,Wang Jiarui,Zhan Houqiang,et al.Effect of rice straw returning on activities of soil urease and inorganic nitrogen contents of soil solution[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(3):38-43.(in Chinese with English abstract)

我國農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)嚴(yán)重[1]?；适┯眠^量，作物秸稈焚燒等現(xiàn)象屢見不鮮，造成生態(tài)退化與環(huán)境污染，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究日益受到關(guān)注。

稻草是中國第二大作物秸稈，占全國農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量1/5以上。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布數(shù)據(jù)[2]，2014年稻谷產(chǎn)量為20 650.7萬t，以谷草比1?1.1估算[3]，稻草量接近2.3億t。但稻草焚燒處理，造成大量營養(yǎng)元素浪費(fèi)，秸稈還田是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方式，有改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)，減少過量施用化肥帶來的土壤退化和污染作用[4]，降低對(duì)大氣環(huán)境破壞。但秸稈腐解過程復(fù)雜，對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物、酶活性影響顯著[5]。

脲酶是氨基水解酶，促進(jìn)尿素分解。尿素只有在土壤脲酶作用下水解成銨態(tài)氮后，才能被作物吸收利用。因此土壤脲酶活性能反映部分土壤生產(chǎn)力，可作為衡量土壤肥力指標(biāo)之一[6]，而土壤脲酶活性受栽培措施影響較大[7-8]。土壤溶液是指土壤中含有各種可溶性物質(zhì)浸出的水溶液，是土壤液相部分。它是土壤與環(huán)境間物質(zhì)交換的載體，作物吸收養(yǎng)分的介質(zhì)。土壤溶液與土壤固相間保持動(dòng)態(tài)平衡，能反映土壤的新動(dòng)態(tài)[9-10]，是土壤營養(yǎng)元素供應(yīng)情況的直接體現(xiàn)。

本試驗(yàn)綜合室外小區(qū)試驗(yàn)（水稻種植條件下）和室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)（非種植條件下）情況，研究稻草還田條件下土壤脲酶和土壤溶液無機(jī)氮含量變化，為了解稻草還田對(duì)土壤理化性質(zhì)影響提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行，地理坐標(biāo)東經(jīng)126°22′～126°50′，北緯45°34′～ 45°46′，屬溫帶大陸性氣候，四季分明，年降水量500～550 mm，無霜期140 d，≥10℃積溫2 700℃。試驗(yàn)土壤是長期種植水稻的黑土，水稻為一年一熟制。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1小區(qū)試驗(yàn)

定位試驗(yàn)小區(qū)于2008年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地設(shè)置[11- 12]，小區(qū)采用混凝土筑成2 m× 2 m×0.6 m框池，填入約50 cm供試土壤。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：秸稈不還田STM（0 t·hm-2）、低量還田L(fēng)STR（6.25 t·hm-2）、高量還田HSTR（12.50 t·hm-2）。還田時(shí)將稻草截成5 cm小段，翻埋方式還入田中，采用隨機(jī)排列方式，每個(gè)處理3次重復(fù)。每年5月20日翻地，5月25日泡田，5月30日插秧，插秧規(guī)格為30 cm×13 cm×3株·穴-1?；适┯昧棵靠蚰蛩?0 g （N：46%，150 kg·hm-2）、磷酸氫二銨60 g（N：18%，P2O5：46%，150 kg·hm- 2）和硫酸鉀40 g （K2O：30冰，100 kg·hm-2），分蘗期追施尿素60 g （N：46%，150 kg·hm-2），其他管理措施同大田生產(chǎn)。本試驗(yàn)于2014年在此定位試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行，土壤基礎(chǔ)肥力見表1。供試品種：松粳10。

1.2.2室內(nèi)模擬試驗(yàn)

室內(nèi)模擬試驗(yàn)于2014年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：稻草不還田STM（0t·hm-2）、低量還田L(fēng)STR（6.25 t·hm- 2）、高量還田HSTR （12.50 t·hm-2）。室內(nèi)培養(yǎng)采用500 mL棕色廣口瓶，每瓶加入150 g風(fēng)干土（基礎(chǔ)肥力見表1），并按各處理要求，每瓶加入稻草（稻草不還田0 g·瓶-1、低量還田4 g·瓶- 1、高量還田8 g·瓶- 1），每瓶加入溶液250 mL，溶液離子含量：NO3--N+NH4+-N 30 mg·L-1，NO3-N 20 mg·L-1，NH4+-N 10 mg·L-1，P 10 mg·L-1，K 5 mg·L-1；加入溶液后確定水位線并作標(biāo)記，封口防止水分蒸發(fā)，于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。取樣時(shí)觀察瓶中水位高低，并用蒸餾水補(bǔ)充至水位線。

1.3樣品采集與測(cè)定

樣品包括土壤與土壤溶液兩部分，具體采集方法與取樣時(shí)間見表2。

秋季測(cè)產(chǎn)：小區(qū)試驗(yàn)種植水稻待秋季收獲后考種測(cè)量，包括株高、千粒重、分蘗、有效分蘗、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量等。

測(cè)定方法：土壤脲酶-靛酚藍(lán)比色法[13]；土壤溶液無機(jī)氮-凱氏定氮法[14]。

表1　土壤基礎(chǔ)肥力Table 1 Basic fertility of soil

圖1　土壤溶液采集裝置[11]Fig.1 Soil solution sampling device

表2　樣品采集方法與取樣時(shí)間Table 2 Sample collection method and sampling time

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS17.0和Excel2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1稻草還田對(duì)水田土壤脲酶活性影響

表3為水稻從插秧到收獲生育時(shí)期內(nèi)土壤脲酶變化情況，以第一次取樣時(shí)間（5月24日）記為1 d。該期間內(nèi)，各處理脲酶活性整體呈先降再升最后降低趨勢(shì)，第一個(gè)下降趨勢(shì)出現(xiàn)在分蘗期及幼穗分化期（7～47 d），第二個(gè)下降趨勢(shì)出現(xiàn)在臨近收獲期時(shí)（87～127 d），整個(gè)取樣時(shí)期脲酶活性最低峰出現(xiàn)在47 d，最高峰出現(xiàn)在87 d。這主要與分蘗肥施用有關(guān)，土壤脲酶活性受土壤微生物、有機(jī)物質(zhì)含量、全氮和速效氮含量等影響[15-17]，尤其是氮肥使用對(duì)土壤脲酶活性提升明顯[18]。不同處理間，稻草還田處理脲酶活性與不還田處理相比顯著下降。高量還田處理與低量還田相比脲酶活性降低，但差異不顯著。

表3　稻草還田對(duì)土壤脲酶活性影響（小區(qū)試驗(yàn)）Table 3 Effect of straw returning on activities of soil urease(Plot experiment)(mg·g-1·d-1)

表4為室內(nèi)培養(yǎng)過程中土壤脲酶變化情況，培養(yǎng)全過程中土壤脲酶活性呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。不還田處理土壤脲酶活性高于還田處理，培養(yǎng)20 d后差異顯著；隨稻草還田量增加，土壤脲酶活性下降。培養(yǎng)30 d后差異顯著。培養(yǎng)結(jié)束（110 d）

表4　稻草還田對(duì)土壤脲酶活性影響（室內(nèi)模擬）Table 4 Effect of straw returning on activities of soil urease(Laboratory simulation experiment)(mg·g-1·d-1)

時(shí)各處理土壤脲酶活性下降幅度分別為51.4%（不還田處理）、62.2%（低量還田）、66.8%（高量還田）。

2.2稻草還田對(duì)土壤溶液無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N）含量影響

表5為在室外小區(qū)試驗(yàn)中，土壤溶液中無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N）含量變化情況，總體趨勢(shì)與室外小區(qū)土壤脲酶活性變化趨勢(shì)相似，整體呈下降-升高-下降變化，不還田處理高于還田處理。升高原因是土壤脲酶能分解有機(jī)物質(zhì)（主要是尿素）促其水解成銨態(tài)氮[19]，受此影響土壤溶液中無機(jī)氮含量也隨脲酶活性升高而上升。高量還田與低量還田處理間在取樣前30 d無顯著差異，在此之后規(guī)律不一致，二者之間無機(jī)氮含量有升有降。

在室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)中，瓶內(nèi)土壤溶液無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N）含量變化情況與室內(nèi)培養(yǎng)土壤脲酶活性變化趨勢(shì)相似（見表6），整體呈下降趨勢(shì)，不還田處理高于還田處理，低量還田處理高于高量還田處理。培養(yǎng)初期（1～10 d），各處理差異不顯著；而培養(yǎng)20～50 d，三個(gè)處理表現(xiàn)為不還田>低量還田>高量還田，且均達(dá)到差異顯著；在此之前后取樣時(shí)間內(nèi)，不還田與低量還田間未達(dá)到差異顯著。整個(gè)時(shí)期（除90～110 d外），低量還田高于高量還田，且差異顯著。到培養(yǎng)結(jié)束（110 d）時(shí)各處理土壤溶液無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N)含量下降幅度分別為68.8%（不還田處理）、70.5%（低量還田）、72.4%（高量還田）。

表5　土壤溶液中無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N）含量（小區(qū)試驗(yàn)）Table 5 Available N values of soil solution(Plot experiment)　(mg·L-1)

表6　溶液中無機(jī)氮（NH4+-N+NO3--N）含量（室內(nèi)模擬）Table 6 Available N values of solution(Laboratory simulation experiment)　(mg·L-1)

2.3土壤脲酶活性與土壤溶液無機(jī)氮含量間相關(guān)性分析

對(duì)室內(nèi)培養(yǎng)條件（室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)中，土壤脲酶活性受其他外界條件影響較小，故只采用其試驗(yàn)結(jié)果作相關(guān)性分析）下土壤脲酶活性與無機(jī)氮含量間作相關(guān)性分析，其相關(guān)系數(shù)分別為：稻草不還田處理0.930，低量還田處理0.933，高量還田處理0.905。由此可知，土壤脲酶活性與土壤溶液無機(jī)氮含量間呈顯著正相關(guān)，可用土壤脲酶活性表征土壤肥力狀況。

2.4稻草還田對(duì)水稻產(chǎn)量影響

表7為室外小區(qū)試驗(yàn)測(cè)產(chǎn)結(jié)果，比較各處理水稻株高、分蘗、有效分蘗、千粒重、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量等性狀，還田處理總體高于不還田處理，但差異較小，除株高外均未達(dá)到顯著水平，且低量還田處理表現(xiàn)略高于高量還田處理。

表7　稻草還田對(duì)水稻產(chǎn)量影響Table 7 Effect of straw returning on rice yield

3　討論與結(jié)論

3.1稻草還田對(duì)土壤脲酶活性影響

秸稈還田處理可降低土壤脲酶活性，隨稻草還田量增加而增加，與閆超等[12]和吳俊松等[20]研究結(jié)果一致。原因是在稻草腐解過程中，土壤微生物群體結(jié)構(gòu)和土壤生態(tài)系統(tǒng)生物緩沖性和穩(wěn)定性受影響[21]，與腐解相關(guān)微生物數(shù)量大幅增加，影響土壤脲酶活性。但在利用其他作物（如小麥、玉米等）秸稈還田試驗(yàn)研究中，秸稈還田增加土壤脲酶活性[22]，這可能與當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境條件、微生物群落特征、旱田與水田土壤差異性等因素有關(guān)。還有一些研究認(rèn)為施用催腐菌劑或熟石灰等加快秸稈腐解可提高土壤脲酶活性[23-24]。目前關(guān)于稻草還田對(duì)水田土壤理化性質(zhì)影響研究主要集中在南方稻作區(qū)，而寒地稻草還田對(duì)土壤理化性質(zhì)影響效應(yīng)研究較少，稻草腐解過程是復(fù)雜的微生物活動(dòng)過程，受外界環(huán)境影響很大，分析論證其效應(yīng)還需更多例證。

3.2稻草還田對(duì)土壤溶液無機(jī)氮含量影響

稻草還田處理可降低土壤溶液無機(jī)氮含量，相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤脲酶活性降低，土壤氮素轉(zhuǎn)化率下降，土壤供氮能力降低。作物對(duì)氮素吸收有限制，無機(jī)氮含量過高，限制氮肥利用率，造成環(huán)境污染[25-26]，因此實(shí)際生產(chǎn)中通常采用脲酶抑制劑控制脲酶活性，降低氮素轉(zhuǎn)化速度[27-28]。由室外小區(qū)試驗(yàn)測(cè)產(chǎn)結(jié)果可知，水稻株高、分蘗、有效分蘗、千粒重、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量等性狀，還田處理總體上高于不還田處理，但差異較小，除株高外均未達(dá)到顯著水平，且低量還田處理表現(xiàn)略優(yōu)于高量還田處理。說明稻草還田引起土壤溶液無機(jī)氮含量下降并未對(duì)水稻產(chǎn)量造成負(fù)面影響，且有所提高，其下降效應(yīng)在整個(gè)系統(tǒng)承受范圍內(nèi)。

3.3室內(nèi)與室外試驗(yàn)對(duì)比

土壤脲酶活性與土壤溶液無機(jī)氮含量呈顯著正相關(guān)，因此整個(gè)取樣時(shí)期，各處理土壤脲酶活性及土壤溶液無機(jī)氮含量變化趨勢(shì)基本相同。室內(nèi)試驗(yàn)中土壤脲酶活性與土壤溶液無機(jī)氮含量隨時(shí)間增加而降低，且各取樣時(shí)間，三個(gè)處理差異性基本一致，尤其是培養(yǎng)30 d以后，均表現(xiàn)為不還田處理>低量還田處理>高量還田處理；室外試驗(yàn)中二者變化呈下降-升高-下降趨勢(shì)，縱向趨勢(shì)與室內(nèi)試驗(yàn)不同，主要受追肥影響，而各處理間橫向?qū)Ρ韧寥离迕富钚院屯寥廊芤簾o機(jī)氮含量，各取樣時(shí)間表現(xiàn)出的規(guī)律性不一致，不還田處理兩者雖然高于還田處理，但高量還田處理與低量還田處理差異不明顯，土壤溶液無機(jī)氮含量差異不一致。這說明土壤脲酶活性與土壤溶液無機(jī)氮含量受外界其他因素影響較大。室內(nèi)試驗(yàn)處于較為恒定的外界條件下，試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律，可清晰反映稻草還田對(duì)土壤土壤脲酶活性與土壤溶液無機(jī)氮含量影響；而室外試驗(yàn)外界環(huán)境變化較大，如溫度、光照、水稻不同生育時(shí)期根系活動(dòng)等,二者變化由這些因素共同作用決定。

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Effect of rice straw returning on activities of soil urease and inorganic nitrogen contents of soil solution

M
A Chunmei1,WANG Jiarui1,ZHAN Houqiang1,YAN Chao1,YAN Shuangshuang1,WANG Liang2(1.School of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China; 2.Rice Branch Company of Beidahuang Kenfeng Seed Co.Ltd.,Jiamusi Heilongjiang 154007,China)

Abstract:The paper focus on the rice in cold planting region,the straw returning affect soil urease activity and soil solution of inorganic nitrogen content studied in the rice-growing conditions and under conditions of non-planting with using the method of outdoor consecutive years straw returning plot trial and an incubation test,in order to provide a reference for the improvement of cold rice straw returning production technology.The results showed that throughout the sampling period,the trends on the soil urease activity and inorganic nitrogen content in soil solution was basically the same of the straw returning treatment or non- returning treatment.Cell tests showed a downward trend again increased last fall,Incubation experiments only showed a downward trend.Between soil urease activity and soil solution of inorganic nitrogen content was significantly positively correlated,urease activity and soil inorganic nitrogen content in soil solution decrease by straw returning,and with returning amount increases to further reduce.Indoor and outdoor test results comparison found,changes and differences of soil urease activity and inorganic nitrogen in soil solution in indoor conditions were relatively stable,book=39,ebook=44but significant changes in outdoors.A slight increase in rice yield by straw returning,but comparing the process not returning its difference was not significant.

Key words:rice; straw returning; soil urease activity; soil solution; inorganic nitrogen

作者簡介：馬春梅（1974-），女，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楸Ｗo(hù)性耕作及大豆生理。E-mail:chunmm1974@163.com

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD14B06）

收稿日期：2015-11-03

中圖分類號(hào)：S511；S158

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-9369（2016）03-0038-06