李委濤，李忠佩，劉 明，江春玉，吳 萌，陳曉芬

（1中國科學院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，南京210008；2中國科學院大學，北京100049）

秸稈還田對瘠薄紅壤水稻土團聚體內(nèi)酶活性及養(yǎng)分分布的影響

李委濤1，2，李忠佩1，2，劉 明1，江春玉1，吳 萌1，陳曉芬1，2

（1中國科學院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，南京210008；2中國科學院大學，北京100049）

【目的】研究秸稈還田配施糞肥與化肥對紅壤水稻土水穩(wěn)性團聚體粒級組成、團聚體微域空間內(nèi)養(yǎng)分及酶活性分布的影響，為提高秸稈還田在改造中低產(chǎn)田中的利用效益提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳劳杏邡椞掇r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站24年（1990—2014）的長期定位試驗，施肥處理包括：不施肥處理（CK）、全量秸稈還田配施糞肥（SM）、全量秸稈還田配施糞肥與氮肥（NSM）、全量秸稈還田配施糞肥與氮磷鉀肥（NPKSM）。利用濕篩的方法得到5個粒級的水穩(wěn)性團聚體：＞2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和＜0.053 mm。測定水穩(wěn)性團聚體內(nèi)C、N、P養(yǎng)分含量以及轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性?！窘Y(jié)果】長期秸稈還田配施糞肥尤其是配施化肥顯著增加了大團聚體（＞0.25 mm）含量，降低了微團聚體（＜0.25 mm）的含量，增大了水穩(wěn)性團聚體平均當量直徑，顯著改善了土壤團粒結(jié)構(gòu)。秸稈還田配施糞肥與化肥顯著提高團聚體微域空間內(nèi)的酶活性，NSM處理對團聚體內(nèi)轉(zhuǎn)化酶和脲酶的活性影響最為顯著，NPKSM處理對團聚體各粒級內(nèi)酸性磷酸酶活性影響最為顯著。與CK相比，NSM處理的轉(zhuǎn)化酶在5個粒級內(nèi)增加量是20.3%—396.2%，脲酶的增加量是58.6%—372.1%。NPKSM處理的酸性磷酸酶在各粒級的增加量是48.9%—94.5%。與CK相比，NSM處理下，有機碳在各個粒級的增量是31.6%—65.1%；全氮在各粒級內(nèi)的增加量是19.8%—51.9%；NPKSM處理下，速效磷含量在各粒級內(nèi)的增加量最大是：7.4—10倍；集成推進樹（ABT）分析表明，有機碳對轉(zhuǎn)化酶活性影響最大，占40.6%。團聚體粒級組成對脲酶活性的相對影響最大，占44.9%；速效磷對酸性磷酸酶的活性影響最大，占41%。非度量多維尺度（NMDS）對團聚體樣本排序結(jié)果顯示，與CK、SM和NSM相比，NPKSM處理對土壤理化性質(zhì)的影響更為顯著，SM及NSM處理的肥效性相似?！窘Y(jié)論】秸稈還田與糞肥、化肥配合施用顯著提高了水穩(wěn)性團聚體的平均當量直徑，顯著增加了團聚體內(nèi)有機碳、氮和速效磷的含量以及土壤酶活性，是改善土壤團粒結(jié)構(gòu)，提高紅壤生物功能和生產(chǎn)力的有效措施。

紅壤性水稻土；秸稈還田；水穩(wěn)性團聚體；土壤養(yǎng)分；土壤酶活性

0 引言

【研究意義】長期以來，秸稈還田被認為是改善土壤質(zhì)量的重要農(nóng)耕措施，然而作物秸稈自身較高的C/N比，難以被土壤微生物降解，尤其是瘠薄的土壤，需配合外源肥料調(diào)節(jié)土壤C/N比，加速秸稈分解和熟化過程，提高養(yǎng)分歸還速率，保證其肥效性［1］。秸稈還田能顯著提升土壤有機質(zhì)含量，促進土壤有機質(zhì)粘結(jié)粉粒、砂粒與黏粒團聚形成具有多級孔性［2］的結(jié)構(gòu)；團粒結(jié)構(gòu)與土壤生化特性及作物生長關(guān)系密切，是決定土壤肥力的重要因素之一［3-4］。土壤中幾乎所有生化過程，例如土壤有機質(zhì)礦化，都離不開土壤酶作用，土壤酶是評價土壤生物活性與土壤肥力的重要指標［5］，通常土壤酶與有機無機礦物離子結(jié)合包被在團聚體內(nèi)得到物理保護，從而免受降解、變性失活。團聚體、土壤有機質(zhì)和土壤酶三者之間存在復雜的相互作用關(guān)系，而且它們都受施肥等人為活動的影響［6-7］。因此，研究不同施肥處理下，團聚體粒級組成及其中酶活性、養(yǎng)分分布的特異性，可為揭示秸稈還田提升土壤肥力機制提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M展】秸稈還田培肥地力的研究已有一些報道，勞秀榮等［8］發(fā)現(xiàn)長期秸稈還田配施適量化肥可有效改善低肥力潮土的土壤肥力，在一定范圍內(nèi)秸稈還田量與土壤養(yǎng)分及脲酶活性之間顯著正相關(guān)。WANG等［9］通過研究紅壤水稻土添加有機物料可顯著提高＞2 mm水穩(wěn)性團聚體的含量，降低＜1 mm水穩(wěn)性團聚體的含量，顯著增加各粒級內(nèi)有機碳、氮以及速效磷含量。ZHANG等［10］通過研究黃棕壤水稻土施用有機肥可顯著增加各團聚體內(nèi)的有機碳、氮含量及酶活性，尤其是對63—200 μm粒徑團聚體影響最大。土壤有機碳、氮［11］和土壤酶［5］主要賦存于大團粒結(jié)構(gòu)內(nèi)，秸稈還田可顯著提高大團聚體含量，有利于土壤肥力的提升［12］。水稻土的壤質(zhì)及肥力狀況均能影響秸稈還田的肥效性；為深入認識秸稈還田對土壤質(zhì)量的影響，仍需系統(tǒng)研究團聚體微域空間內(nèi)養(yǎng)分變化及酶活性與土壤性質(zhì)之間的關(guān)系?！颈狙芯壳腥朦c】發(fā)育自第四紀紅黏土的紅壤水稻土，具有質(zhì)地黏重、酸度較高等特異的土壤性質(zhì)［13］，雖耕作時期久遠，但目前主導產(chǎn)田仍屬中低產(chǎn)田［14］。秸稈還田是當?shù)剞r(nóng)民普遍采用培肥地力的農(nóng)耕措施，有關(guān)其肥效性的研究相對較少，尤其是在團聚體水平上的報道相對較少；目前，對于新墾的以及中低產(chǎn)的紅壤稻田其團聚體粒級分布、有機質(zhì)變化等具有明顯特異性的研究比較缺乏。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究依托鷹潭農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站、紅壤荒地開墾為水稻田后長達24年的施肥試驗，研究秸稈還田與糞肥及化肥配施對紅壤水稻土團聚體粒級組成，團聚體微域空間內(nèi)有機碳、氮、速效磷及酶活性分布的影響，為認識新墾紅壤稻田土壤中的施肥效應，制定合理的秸稈還田配施方案改良中低產(chǎn)田提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

長期定位試驗設在鷹潭農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，地處江西省余江縣（1l6°55′E，28°15′N），屬亞熱帶季風氣候，平均氣溫17.6℃，平均降雨量1 795 mm（降雨集中在3—6月），年蒸發(fā)量1 318 mm，無霜期261 d。試驗始于1990年，作物輪作制度為雙季稻（Oryza sativa L.）。試驗小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)之間用水泥埂隔開（地面高15 cm，地下部分深50 cm），并設置有灌排設施。供試土壤發(fā)育于第四紀紅黏土，試驗前土壤的基本理化性質(zhì)為有機質(zhì)5.7 g·kg-1、全氮0.43 g·kg-1、全磷（P2O5）0.65 g·kg-1、全鉀（K2O）13.4 g·kg-1、速效磷5.6 mg·kg-1、速效鉀105.9 mg·kg-1和堿解氮90.2 mg·kg-1，pH4.5及黏粒（＜1 μm）含量38%［15］。

1.2 試驗設計與樣品采集

各試驗處理為：（1）對照（without fertilization，CK）；（2）全量秸稈還田配施糞肥（straw application plus manure，SM）；（3）全量秸稈還田配施糞肥與氮肥（straw application plus manure and nitrogen fertilizer，NSM）；（4）全量秸稈還田配施糞肥與氮磷鉀肥（straw application plus manure， nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers，NPKSM）。全量秸稈還田是將相應小區(qū)內(nèi)每季秸稈全部施入原小區(qū)，另每季施入833.3 kg·hm-2（干重計）豬糞。肥料施用量按各處理要求，每季施肥量為115 kg N·hm-2、68 kg P2O5·hm-2和42 kg K2O·hm-2。其中，氮肥為尿素，磷肥為鈣鎂磷肥，鉀肥為氯化鉀。磷肥和鉀肥以基肥形式施入，尿素分基肥和追肥按8∶7的比例2次施入。施肥24年，小區(qū)水稻產(chǎn)量顯著提升，但仍處于中低產(chǎn)田水平（表1）。

于2014年11月下旬采集土壤樣品，每個小區(qū)隨機選取5個點，采集0—15 cm耕層土壤組成混合樣品。田間采集的原狀土樣用硬質(zhì)塑料盒運回實驗室后，在室溫下風干，用于土壤團聚體的篩分。樣品在風干過程中，沿其自然斷裂面掰成10 mm左右的土塊，并挑出礫石、侵入體及植物殘根等。

表1 2014年不同施肥處理的水稻產(chǎn)量Table1 Rice yields of different fertilization treatments in 2014

1.3 分析方法

參照ELLIOTT［16］的方法篩分水穩(wěn)性團聚體，稱取100 g風干土，倒入2 mm土篩中，放入盛有去離子水的盆中浸泡10 min后，上下移動篩子3 cm，重復50次（2 min內(nèi)），用同樣的篩分方法，依次通過1、0.25和0.053 mm的土篩，收集各級篩子上的團聚體室溫下風干后稱重。小于0.053 mm的團聚體通過將溶液沉降、離心獲得。團聚體風干后保存用于土壤養(yǎng)分及酶活性的測定。通常把大于0.25 mm粒級的團聚體稱為水穩(wěn)性大團聚體，小于0.25 mm粒級的團聚體稱為水穩(wěn)性微團聚體［11］。

測定轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的方法分別是3，5-二硝基水楊酸法、靛酚藍比色法和磷酸苯二鈉比色法［17］；轉(zhuǎn)化酶活性以μg葡萄糖·g-1土（37℃·h-1）表示，脲酶活性以μg NH3-N·g-1土（37℃·h-1）表示，酸性磷酸酶活性以μg酚·g-1土（37℃·h-1）表示。土壤有機碳用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定，全氮和堿解氮分別用半微量凱式法和擴散法測定，全磷及速效磷分別用碳酸鈉熔融-鉬銻抗比色法和碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，全鉀和速效鉀的測定分別用氫氧化鈉熔融-火焰光度法和乙酸銨浸提-火焰光度法［18］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用單因素方差分析比較處理間差異性，差異顯著性分析用Duncan法，運用SPSS16.0（SPSS Inc. Chicago， IL， USA）軟件進行統(tǒng)計分析。利用R 2.9.2軟件里的“gbmplus”統(tǒng)計包和“Vegan”包，分別進行集成推進樹分析（aggregated boosted trees，ABT）［19］和非度量多維尺度分析（nonmetric multidimensional scaling，NMDS）。ABT分析：計算團聚組成及團聚體內(nèi)養(yǎng)分含量對3種酶活性的相對影響。NMDS分析：基于團聚體各粒級組成、團聚體內(nèi)養(yǎng)分含量及3種酶活性對團聚體樣本排序。

計算團聚體各粒級中碳或氮對全土中碳或氮的貢獻率（%）：

2 結(jié)果

2.1 水穩(wěn)性團聚體粒級組成

CK、SM、NSM與NPKSM濕篩中團聚體的回收率分別為94.8%、95.8%、96.3%和96.8%。與不施肥對照相比，全量秸稈還田配合糞肥，尤其是配施化肥顯著增加大團聚體（＞0.25 mm）的比例，與CK相比，3種施肥處理SM、NSM和NPKSM大團聚體的增加量為25.5%、28.9%和31.7%；降低了微團聚體（＜0.25 mm）的比例，與CK相比，3種施肥處理SM、NSM和NPKSM微團聚體的減少量為：38%、43%和47.2%（圖1）；顯著增加了各施肥處理的平均當量直徑，其中，NPKSM處理的平均當量直徑最大，為1.13 mm；與CK相比，各處理SM、NSM和NPKSM的平均當量直徑的增加量為49.2%、58.7%和61.9%；各施肥處理間平均當量直徑差異不顯著，施肥顯著提升了水穩(wěn)性團聚體的穩(wěn)定性（圖2）。

圖1 不同施肥處理下水穩(wěn)性團聚體分布Fig. 1 Aggregate-size distributions under different fertilization treatments

圖2 不同施肥處理下水穩(wěn)性團聚體的平均當量直徑Fig. 2 Mean weight diameters （MWD） of water-stable aggregates in different treatments

2.2 水穩(wěn)性團聚體微域空間內(nèi)酶活性的分布

施肥提高了團聚體各粒級內(nèi)轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性，3種酶活性在團聚體內(nèi)的分布特征并不一致；轉(zhuǎn)化酶和酸性磷酸酶的最大酶活性主要分布在1—2 mm粒級，4種（CK、SM、NSM與NPKSM）處理下，分布在這一粒級內(nèi)的轉(zhuǎn)化酶及磷酸酶活性范圍分別為79.74—143.04 μg葡萄糖·g-1·h-1和61.66—91.81 μg酚·g-1·h-1；脲酶最大酶活性分布在＜0.053 mm粒級內(nèi)，其范圍為2.39—11.28 μg NH3-N·g-1·h-1。

水穩(wěn)性團聚體5個粒級內(nèi)（＞2 mm粒級除外），NSM與NPKSM處理下轉(zhuǎn)化酶的活性高于SM，與CK相比，NSM處理下，轉(zhuǎn)化酶在5個粒級內(nèi)增加量的范圍是20.3%—396.2%，其中0.053—0.25 mm粒級內(nèi)轉(zhuǎn)化酶活性提高了4倍。3種施肥處理下，NSM處理對脲酶的影響最大，與CK相比，NSM處理下，脲酶在5個粒級內(nèi)增加量的范圍為72.1%—372.1%，其中＜0.053 mm粒級內(nèi)脲酶活性增加了3.7倍；NPKSM處理對酸性磷酸酶活性的影響最大（圖3）；NPKSM處理下，酸性磷酸酶在各粒級增加量的范圍是48.9%—94.5%，其中＜0.053 mm粒級內(nèi)酸性磷酸酶活性的增加量最大為94.5%。

圖3 不同粒級水穩(wěn)性團聚體中酶活性Fig. 3 Enzyme activities among different aggregates in different treatments

2.3 水穩(wěn)性團聚體微域空間內(nèi)有機碳、氮及速效磷含量的變化特征

水穩(wěn)性團聚體內(nèi)有機碳、氮的回收率平均值分別是99.6%和95.9%。大團聚體對全土有機碳、氮的貢獻率較大（圖4），有機碳、氮主要賦存在大團聚體內(nèi)，與CK相比，SM、NSM和NPKSM處理下大團聚體對全土有機碳貢獻率的增加量為25.2%、28.4%和37.2%；全氮為29.1%、57.8%和61.6%；3種施肥處理下，全量秸稈還田配施糞肥及氮磷鉀肥對大團聚體內(nèi)有機碳、氮的提升幅度高于其他2種施肥處理。全量秸稈還田配施糞肥，尤其是配施化肥，顯著增加了團聚體各粒級內(nèi)的有機碳和速效磷含量，全氮含量在＞2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm粒級內(nèi)出現(xiàn)差異性（表2）；與CK相比，NSM處理下，各粒級內(nèi)有機碳增加量范圍是：31.6%—65.1%，其中0.053—0.25 mm粒級內(nèi)有機碳的增加量最大為65.1%；全氮的增量范圍是：19.8%—51.9%，其中1—2 mm粒級內(nèi)全氮的增加量最大為51.9%。NPKSM是3種施肥處理中對速效磷含量影響最大的，與CK相比，速效磷在各粒級內(nèi)的增加量范圍為7.4—10倍，其中0.053—0.25 mm粒級內(nèi)速效磷含量增加了10倍。

圖4 不同粒級水穩(wěn)性團聚體對全土有機碳、全氮的貢獻率Fig. 4 Contributions of water-stable aggregates to soil organic carbon and total nitrogen

2.4 團聚體粒級組成及養(yǎng)分含量對酶活性的相對影響

土壤酶包被在團聚體內(nèi)，酶活性與團聚體內(nèi)養(yǎng)分含量關(guān)系密切，ABT分析表明，團聚體粒級組成及其微域空間內(nèi)養(yǎng)分含量對3種酶活性的影響并不相同，其中，團聚體粒級組成對脲酶相對影響最大為44.9%；有機碳對轉(zhuǎn)化酶活性影響最大為40.6%，速效磷對酸性磷酸酶的活性影響最大為41%（圖5）。

2.5 非度量多維尺度分析對水穩(wěn)性團聚體樣本排序

團聚體粒級組成及其微域空間內(nèi)的養(yǎng)分含量與酶活性是土壤肥力的重要指標，基于該指標對團聚體樣本排序，圖6顯示，NPKSM處理的5個粒級與其他3個處理的團聚體樣本在NMDS1軸上明顯分開；SM與NSM重合較多，關(guān)系密切，并且與CK有部分重合。表明長期秸稈還田配施糞肥及氮磷鉀肥能顯著改善土壤理化性質(zhì)。

3 討論

在肥力水平低的（有機質(zhì)含量僅為5.7 g·kg-1）荒地上種植水稻，若只進行秸稈還田很難達到培肥地力的效果，需配施少量的糞肥及化肥提高秸稈還田的肥效性。在瘠薄的紅壤水稻土上，添加秸稈與糞肥外源物料可引起土壤系統(tǒng)內(nèi)的激發(fā)效應［20］，顯著增強土壤系統(tǒng)中的生化過程，同時為地上作物生長提供更多可利用的礦質(zhì)元素促使作物產(chǎn)量的提高，進而為地下生態(tài)系統(tǒng)輸送更多光合產(chǎn)物供給更多的微生物功能群落［21］以促成團聚體結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定。

表2 不同施肥處理下團聚體微域空間內(nèi)有機碳、氮及速效磷含量分布Table2 Soil organic carbon and nutrient contents in total soil and aggregate sizes among different treatments

圖5 土壤理化性質(zhì)對酶活性的相對影響的ABT分析Fig. 5 Relative importance of extracted predictors for soil enzymes by aggregated boosted tree model

連續(xù)24年種植48季水稻后，秸稈還田配施糞肥尤其是與化肥配施，顯著影響了土壤團粒結(jié)構(gòu)及其微域空間內(nèi)的養(yǎng)分分布。長期施肥對紅壤水稻土團粒結(jié)構(gòu)及團聚體內(nèi)養(yǎng)分分布的影響要顯著高于其他壤質(zhì)、高肥力的水稻土［22］；與其他壤質(zhì)的水稻土相比，紅壤水稻土質(zhì)地黏重，形成的水穩(wěn)性團粒結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，對團聚體內(nèi)有機質(zhì)保護作用更強。本研究與以往研究結(jié)果一致，有機碳、氮主要賦存于大團聚體內(nèi)［11］，其含量與團聚體的數(shù)量及穩(wěn)定性顯著相關(guān)［23-24］。作物秸稈富含纖維素、木質(zhì)素等富碳物質(zhì)，同時外源糞肥與化肥的配施顯著提升了土壤的肥效性，促使更多土壤養(yǎng)分在大團聚體內(nèi)的富集。本研究各處理均顯著提高了水穩(wěn)性大團聚體含量，同時各粒級有機碳含量顯著提高，這也是團聚體穩(wěn)定的重要原因。

圖6 NMDS樣本排序圖Fig. 6 NMDS plot （showing mean ±SE） of soil samples （Stress=0.145）

長期秸稈還田配施糞肥、化肥顯著影響了團聚體微域空間內(nèi)酶的分布特性，本研究發(fā)現(xiàn)團聚體各粒級內(nèi)轉(zhuǎn)化酶和酸性磷酸酶活性最大值是在1—2 mm，脲酶是在＜0.053 mm粒級。LIU等［22］研究砂壤水稻土發(fā)現(xiàn)，＜0.053 mm粒級內(nèi)轉(zhuǎn)化酶、脲酶及酸性磷酸酶活性是5個粒級中最低的。不同壤質(zhì)水稻土形成的團聚體穩(wěn)定性不同，可能造成對土壤酶的保護程度不同。粘結(jié)不同粒徑團聚體團聚的主要物質(zhì)并不相同［25］，可能導致包被在團聚體內(nèi)的土壤酶與團聚體的結(jié)合方式及吸附能力不同［26］。另外土壤酶主要是由土壤中微生物產(chǎn)生，分布在大團聚體內(nèi)的微生物功能群落比微團聚體豐富［27］，這也是導致大多數(shù)種類酶主要分布在大團聚體內(nèi)的重要原因。

秸稈還田配施糞肥，同時配施不同化肥對不同類型酶的影響并不相同。幾乎所有的土壤酶均是誘導酶［28］，酶活性與其底物含量顯著相關(guān)［29-30］；有研究表明酶在團聚體內(nèi)分布與有機碳的分布顯著正相關(guān)。不同施肥處理輸入土壤中的養(yǎng)分不同，富集的微生物功能群落也有所不同［31］，最終導致酶的分泌量不同。

4 結(jié)論

對于瘠薄的紅壤水稻土，全量秸稈還田配施糞肥與化肥可顯著增加大團聚體的含量，降低微團聚體含量，顯著提高水穩(wěn)性團聚體的平均當量直徑，有效改善土壤團粒結(jié)構(gòu)。NSM處理對團聚體各粒級內(nèi)轉(zhuǎn)化酶、脲酶的影響最大，NPKSM對酸性磷酸酶活性的影響最大；轉(zhuǎn)化酶和酸性磷酸酶的最大酶活性主要是在1—2 mm粒級，脲酶則是在＜0.053 mm粒級。全量秸稈還田配施糞肥與化肥顯著增加了水穩(wěn)性團聚體各粒級內(nèi)有機碳、氮及速效磷的含量；土壤中的有機碳、氮主要是賦存于大團聚體內(nèi)，各施肥處理顯著增大了大團聚體對全土有機碳、氮的貢獻率。有機碳對轉(zhuǎn)化酶活性相對影響較大，團聚粒級組成對脲酶活性相對影響較大，影響酸性磷酸酶活性的主要因素是速效磷。全量秸稈還田配施氮磷鉀肥對土壤理化性質(zhì)的影響最為顯著，是培肥地力的重要農(nóng)耕措施。

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（責任編輯 李莉）

Enzyme Activities and Soil Nutrient Status Associated with Different Aggregate Fractions of Paddy Soils Fertilized with Returning Straw for 24 Years

LI Wei-tao1，2， LI Zhong-pei1，2， LIU Ming1， JIANG Chun-yu1， WU Meng1， CHEN Xiao-fen1，2
（1State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008；2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049）

【Objective】Paddy soils in subtropical China derived from Quaternary red clay are generally deficient in available nutrients， and fertilizers have long been identified as dominant contributors to increase of crop production. Therefore， a long-term experiment was set up in a paddy field that used to be a wasteland earlier to study the distribution of nutrients and enzyme activities in water stable aggregates under long term application of fertilizers， and the findings will provide a sound basis for rationalapplication of fertilizers to ensure sustainable crop production. 【Method】Soil samples were collected from a 24-year long-term field experiment， which was established in 1990 in the Yingtan Red Soil Ecological Experiment Station. The experiment included four treatments: CK （without fertilization）， SM （straw application plus manure）， NSM （straw application plus manure and nitrogen fertilizer）， NPKSM （straw application plus manure， nitrogen， phosphorus and potassium fertilizers）. Undisturbed bulk soils were separated into five aggregate-size classes （＞2 mm， 1-2 mm， 0.25-1 mm， 0.053-0.25 mm and ＜0.053 mm） by wet sieving. Three soil enzymes， invertase， urease， and phosphatase， in water-stable aggregates （WSA） and total nitrogen （TN）， available phosphorus（AP）， and soil organic C （SOC） were determined. 【Result】Application of fertilizers to infertile paddy soil significantly increased the percentage of macro aggregates （larger than 0.25 mm）， decreased the percentage of micro aggregates （smaller than 0.25 mm）， and increased the mean weight diameter （MWD） of WSA， which could improve soil structure. The combined application of straw，manure and inorganic fertilizer significantly increased the soil enzyme activities in each size fraction. NSM treatment had the largest impact on invertase and urease activities. NPKSM treatment had the most significant impact on acid phosphatase activity. Compared with the control， NSM treatment increased invertase activity in five size fractions by 20.3%-396.2%； urease increased by 58.6%-372.1%. In NPKSM treatment， acid phosphatase activity in five size fractions increased by 48.9%-94.5%. Compared with the control， SOC in each size fraction of NSM treatment increased by 31.6%-65.1%. Total N increased by 19.8%-51.9%. In NPKSM treatment， available phosphorus content in each of the size fractions increased by 7.4-10 times. Aggregated boosted trees （ABT）analysis showed that the relative influence of SOC on invertase was the largest， accounting for 40.6% of the variation； the composition of soil particle had the largest relative influence on the activity of urease， accounting for 44.9% of the variation. Soil AP had the largest contribution of 41% to the variation in the activity of acid phosphatase. Nonmetric multidimensional scaling （NMDS）analysis indicated that soil aggregates within NPKSM treatment differed from those in CK， SM and NSM treatments. However， SM and NSM treatments showed similar effect on soil fertility. 【Conclusion】The combined application of straw， manure， and inorganic fertilizer significantly increased the mean weight diameter （MWD） of WSA， the contents of SOC， TN， AP， and soil enzyme activities，which improved the soil structure and biological functions.

paddy soil； straw return； water-stable aggregates； soil nutrients； soil enzymes

2016-04-08；接受日期：2016-06-12

國家自然科學基金（41171233）、國家重點基礎研究計劃（2013CB127401）

聯(lián)系方式：李委濤，Tel：13739185955；E-mail：wtli@issas.ac.cn。通信作者李忠佩，Tel：025-86881505；E-mail：zhpli@issas.ac.cn