王 楠， 徐俊平， 趙志祎， 徐偉宸， 王 帥

(1 吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 植物科學(xué)學(xué)院，吉林 吉林 132101；2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，北京 100193)

施氮水平對(duì)中溫帶典型白漿土微生物學(xué)特性的動(dòng)態(tài)影響

王 楠1， 徐俊平1， 趙志祎2， 徐偉宸1， 王 帥1

(1 吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 植物科學(xué)學(xué)院，吉林 吉林 132101；2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，北京 100193)

【目的】結(jié)合玉米生育的關(guān)鍵時(shí)期，通過(guò)施氮水平的調(diào)控探究白漿土微生物學(xué)特性的規(guī)律變化?！痉椒ā恳杂衩自囼?yàn)田為研究對(duì)象，通過(guò)不同施氮水平(0、150、200和250 kg·hm-2)的設(shè)置，研究中溫帶典型白漿土微生物生物量碳、氮以及脲酶、堿性磷酸酶、蛋白酶和過(guò)氧化氫酶活性對(duì)當(dāng)季玉米生產(chǎn)過(guò)程不同施氮水平的動(dòng)態(tài)響應(yīng)?！窘Y(jié)果】尿素的施入能夠在玉米苗期激活釋放脲酶相關(guān)的微生物，使脲酶活性增強(qiáng)，其作為底物，較低用量更易獲得玉米拔節(jié)期較高的脲酶活性；在玉米苗期，施氮量增加有利于堿性磷酸酶活性的提升；隨玉米的生長(zhǎng)，施氮使堿性磷酸酶活性明顯下降，不施氮反而會(huì)使該酶活性有所提升；尿素添加在起初階段并不利于過(guò)氧化氫酶活性的改善，但隨玉米的生長(zhǎng)，不同施氮水平下過(guò)氧化氫酶活性均呈增加趨勢(shì)；在玉米苗期，隨施氮水平增加，蛋白酶活性也增加，但當(dāng)施氮量增至250 kg·hm-2時(shí)，蛋白酶活性有所降低；當(dāng)玉米成熟后，不施氮和低量施氮更有利于蛋白酶活性的提升。尿素基施能夠在玉米苗期降低微生物生物量碳(MBC)的水平，但隨玉米的生長(zhǎng)，施氮有利于MBC的保蓄和穩(wěn)定；不施氮或過(guò)量施氮均有助于白漿土微生物生物量氮(MBN)的提升，而適量供氮?jiǎng)t更利于其周轉(zhuǎn)，向植物可利用的方向轉(zhuǎn)化?！窘Y(jié)論】集中過(guò)量施用尿素不利于土壤生物肥力的保蓄，綜合考慮玉米產(chǎn)量及培肥效應(yīng)，白漿土適宜的氮素用量應(yīng)為200 kg·hm-2。

施氮量； 白漿土； 酶活性； 微生物生物量

氮肥是作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效所必需的大量元素，但過(guò)量施氮會(huì)使氮肥利用效率降低，多余氮素進(jìn)入地下水，間接對(duì)生態(tài)環(huán)境及人畜健康造成危害。因此，盲目施氮不僅造成作物產(chǎn)量不穩(wěn)、土壤結(jié)構(gòu)惡化，而且使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加[1]。

土壤微生物學(xué)特性包括微生物生物量及酶活性，兩者皆可作為評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)[2]。土壤微生物生物量是指土壤中體積在5～10 μm3范圍內(nèi)、活的微生物總量，是土壤生物性狀中最為活躍、最易變化的因子，主要涵蓋微生物生物量碳(Microbial biomass carbon，MBC)和微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen，MBN)2項(xiàng)內(nèi)容。土壤酶來(lái)自微生物、植物及動(dòng)物的活體或殘?bào)w，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中一切生化過(guò)程得以順利進(jìn)行的保障[3]，其活性高低能準(zhǔn)確反映土壤生物活性和生化反應(yīng)的強(qiáng)度[4]，對(duì)于氮素施用的響應(yīng)更加敏感，可作為土壤生產(chǎn)力和肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)的早期指標(biāo)[5]。Fatemi等[6]研究認(rèn)為，氮素供給能夠調(diào)控微生物活性、酶的產(chǎn)率以及有機(jī)質(zhì)的分解過(guò)程。Song等[7]通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)，研究了尿素及硝酸銨添加對(duì)脲酶及MBC的影響，結(jié)果表明，無(wú)論氮素形態(tài)如何，其添加均可引起脲酶及MBC的降低。雋英華等[1]采用田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析相結(jié)合的手段研究了春玉米土壤礦質(zhì)氮累積量及氮代謝關(guān)鍵酶活性對(duì)施氮水平的響應(yīng)，指出土壤脲酶和硝酸還原酶活性隨施氮量增加而表現(xiàn)為先增加后降低的規(guī)律，峰值在玉米拔節(jié)期和抽雄期出現(xiàn)。

現(xiàn)階段，關(guān)于施氮水平對(duì)于土壤生物肥力影響規(guī)律的探究多采用室內(nèi)培養(yǎng)手段[7]，盡管大田試驗(yàn)對(duì)某一指標(biāo)進(jìn)行了詳盡分析，但仍缺乏系統(tǒng)性。鑒于此，本研究基于不同施氮水平的玉米田，結(jié)合玉米生育的關(guān)鍵時(shí)期，系統(tǒng)分析白漿土微生物學(xué)特性對(duì)施氮水平的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，旨在探索玉米合理的施氮水平及施用時(shí)間，為玉米氮肥后移施用技術(shù)的推廣奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地選在吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院北大地玉米試驗(yàn)田(126°28′46.81″E，43°57′37.80″N)，田塊地勢(shì)平坦、肥力均勻，土壤類型為白漿土，土壤質(zhì)地為砂壤土，氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。試驗(yàn)采取裂區(qū)設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，小區(qū)寬1.3 m、長(zhǎng)6 m，每個(gè)小區(qū)栽種玉米40株，玉米品種為先玉335，區(qū)組間隨機(jī)排列，氮、磷、鉀肥分別由尿素、重過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀提供，商品有機(jī)肥由吉九肥業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以尿素施用量為調(diào)控因素，有機(jī)肥及磷、鉀肥用量一致(商品有機(jī)肥1.5 t·hm-2，P2O590 kg·hm-2+K2O 80 kg·hm-2)，所用肥料均采取一次性底肥施入，玉米栽種及其他田間管理措施一致。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)施氮水平：0、150、200、250 kg·hm-2，分別用N-0、N-150、N-200、N-250表示。5月8日開始播種，結(jié)合玉米生育規(guī)律，分別在玉米苗期(5月28日)、拔節(jié)期(6月26日)、大喇叭口期(7月11日)、灌漿期(8月25日)和成熟期(10月20日)依照五點(diǎn)采樣法在各小區(qū)進(jìn)行土樣收集，用四分法剔除多余部分，保留約2 kg土樣，挑去石礫和植物殘根等雜物，過(guò)2 mm篩，將一部分新鮮土樣(1 kg)置于4 ℃條件下冰箱保存，用于土壤MBC、MBN測(cè)定，另一部分土樣(1 kg)經(jīng)風(fēng)干后用于土壤酶活性的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤微生物生物量 土壤MBN和MBC的測(cè)定均采用三氯甲烷熏蒸-K2SO4浸提法[8]。稱取一定質(zhì)量4 ℃冰箱中保存的新鮮土樣，分別在三氯甲烷熏蒸前、后用K2SO4溶液浸提土壤，浸提液中有機(jī)碳含量采用K2Cr2O7加熱氧化、FeSO4滴定法測(cè)定，氮含量采用半微量凱氏定氮法測(cè)定。所采用的計(jì)算公式：MBC(μg·g-1)=EC/KC，其中，EC為未熏蒸與熏蒸土壤浸取有機(jī)碳含量的差值，KC為轉(zhuǎn)換系數(shù)(取值0.38)；MBN(μg·g-1)=EN/KN，其中，EN為熏蒸與未熏蒸土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量的差值，KN為轉(zhuǎn)換系數(shù)(取值0.45)。

1.3.2 土壤酶活性 脲酶活性以NH4+-N計(jì)，單位為mg·g-1·d-1，采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定；堿性磷酸酶活性以酚計(jì)，單位為mg·g-1·d-1，采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶活性以0.1 mol·L-1高錳酸鉀的體積計(jì)，單位為mL·g-1·h-1，采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；蛋白酶活性以氨態(tài)氮計(jì)，單位為mg·g-1·d-1，采用茚三酮比色法測(cè)定[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素ANOVA分析和Duncan’s多重極差檢驗(yàn)法比較處理間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平對(duì)土壤酶活性的動(dòng)態(tài)影響

2.1.1 對(duì)脲酶活性的影響 脲酶是催化尿素水解的唯一酶，其活性變化與土壤氮素供應(yīng)密切相關(guān)[10]。如圖1a所示，在玉米苗期，隨施氮量增加，脲酶活性漸趨增加，這表明，在短期內(nèi)，尿素施入能夠激活釋放脲酶相關(guān)的微生物，使該酶的活性增強(qiáng)，這與郭天財(cái)?shù)萚11]所得結(jié)論“施氮水平提升可在一定程度上增強(qiáng)根際土壤脲酶活性”有相似之處。N-0和N-150這2個(gè)處理?xiàng)l件下，脲酶隨玉米生育期進(jìn)行而表現(xiàn)為先升高后降低的規(guī)律，這與劉鵬濤等[12]所得規(guī)律相似。N-200和N-250這2個(gè)處理下的脲酶活性在苗期至拔節(jié)期略有下降，而后穩(wěn)定在某一水平，然后在玉米灌漿期后直至成熟期，脲酶活性急劇降低。

具體來(lái)看，N-0和N-150這2個(gè)處理?xiàng)l件下脲酶活性在玉米拔節(jié)期迎來(lái)峰值，這與張俊麗等[13]研究結(jié)果一致，可推斷，尿素作為底物，較低用量更易獲得較高脲酶活性，養(yǎng)分的迅速釋放能夠很好地解決玉米拔節(jié)期前供氮不足的問(wèn)題，而在玉米大喇叭口期至成熟期階段，經(jīng)尿素轉(zhuǎn)化的銨態(tài)氮除被利用外，還有所流失，脲酶活性不斷降低，甚至在后期出現(xiàn)玉米“脫肥”現(xiàn)象。而較高水平氮素用量的2個(gè)處理(N-200和N-250)則分別在玉米大喇叭口期和灌漿期仍保持較高的脲酶活性。可見，在一定范圍內(nèi)，氮素用量越大，土壤脲酶活性的作用時(shí)間越長(zhǎng)。對(duì)比玉米苗期與成熟期間脲酶活性的結(jié)果可知，N-0、N-150、N-200和N-250處理的脲酶活性降低幅度分別為47.1%、26.2%、42.6%和44.7%，由此可見，不施氮處理的脲酶活性損失量要遠(yuǎn)高于其他供氮處理，氮素的適量供給能夠穩(wěn)定白漿土脲酶活性水平，相比較而言，150 kg·hm-2的純氮量更有利于降低脲酶活性的損失。

2.1.2 對(duì)堿性磷酸酶活性的影響 磷酸酶是促進(jìn)有機(jī)磷化合物分解的酶類[10]，其可加速有機(jī)磷的脫磷速度，磷酸酶的活性對(duì)于土壤磷素有效性具有重要作用[14]。如圖1b所示，在玉米苗期，施氮量增加有利于堿性磷酸酶活性的提升，然而，隨著玉米生育期的進(jìn)行，各處理下堿性磷酸酶活性的變化規(guī)律不一。與不施氮的N-0處理相比，施氮處理?xiàng)l件下的堿性磷酸酶活性有明顯的下降趨勢(shì)，分析其原因，也許是因?yàn)榈适┤肽軌蚋纳茐A性磷酸酶活性，而該成分的降解產(chǎn)物為無(wú)機(jī)磷，玉米在生育前期對(duì)無(wú)機(jī)磷的消耗較高，土壤磷素含量的降低使得堿性磷酸酶活性減弱，另外，有研究表明，磷、鉀肥的施入也易造成磷酸酶活性的降低[14]。

在玉米灌漿期，除N-200處理外，其余處理下的堿性磷酸酶活性均降至“谷底”，玉米灌漿期是需磷的第2高峰，此期土壤磷素消耗較大，間接抑制了磷酸酶的活性，焦曉光等[15]研究認(rèn)為，土壤處于缺磷狀態(tài)，磷酸酶活性較低。而在玉米成熟期時(shí)，有效磷含量因玉米需求量少而得到全量磷素的補(bǔ)充，加之秋收季節(jié)水、氣、熱條件良好，產(chǎn)磷酸酶微生物活躍，再次提升了堿性磷酸酶的活性，在此過(guò)程中，N-200處理下堿性磷酸酶活性表現(xiàn)為一直降低的趨勢(shì)，最終降幅達(dá)到9.1%，而N-150和N-250處理?xiàng)l件下的降幅分別為8.4%和5.3%。相反，不施氮處理反而有助于堿性磷酸酶活性的增加，增幅達(dá)4.8%，這可能是因?yàn)椴皇┑?，土壤礦化程度較弱，腐殖化作用有所增強(qiáng)，盡管歷經(jīng)玉米生育期，但最終使堿性磷酸酶活性在穩(wěn)定中有所增加。

2.1.3 對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響 過(guò)氧化氫酶活性可以表征土壤腐殖化強(qiáng)度及有機(jī)質(zhì)積累程度[10]。作為土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的一種氧化還原酶，其在一定程度上可以表征土壤生物氧化過(guò)程的強(qiáng)弱[14]。如圖1c所示，盡管不同施氮水平下的土壤過(guò)

各圖中，相同生育期的柱子上方，凡是具有一個(gè)相同大寫字母者，表示不同施氮處理間差異不顯著(Duncan’法,P>0.05)；同一施氮處理的柱子上方，凡是具有一個(gè)相同小寫字母者，表示不同生育期差異不顯著(Duncan’s法,P>0.05)。

圖1 施氮水平對(duì)玉米田土壤酶活性的動(dòng)態(tài)影響
Fig.1 Dynamic effects of N application levels on the enzyme activities of soil from corn field

氧化氫酶活性變化規(guī)律有所不同，但整體均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。在玉米苗期，施氮條件下的白漿土過(guò)氧化氫酶活性均小于無(wú)氮處理，這表明，氮素施用后會(huì)對(duì)原有微生物間的生態(tài)平衡產(chǎn)生干擾作用，使過(guò)氧化氫酶活性受到抑制。而隨著生育期進(jìn)行，在拔節(jié)期，除較高水平施氮N-250處理外，N-150和N-200的過(guò)氧化氫酶活性均得到大幅改善，腐殖化作用有所增強(qiáng)，而在玉米大喇叭口期以后，施氮處理?xiàng)l件下的過(guò)氧化氫酶活性均大于無(wú)氮處理。對(duì)比玉米苗期和成熟期，過(guò)氧化氫酶的活性均獲提升，N-0、N-150、N-200和N-250處理的增幅分別為57.1%、62.3%、77.8%和75.0%。

可見，尿素添加盡管在起初階段不利于白漿土過(guò)氧化氫酶活性的改善，但隨著玉米的生長(zhǎng)，根系分泌作用及土壤溫度增加，微生物活性改善，也促進(jìn)了土壤腐殖化強(qiáng)度，使得過(guò)氧化氫酶活性呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。因施氮所引起過(guò)氧化氫酶活性的增加有利于催化土壤中的過(guò)氧化氫反應(yīng)，使其殘存的H2O2有效轉(zhuǎn)化為H2O和O2，從而避免了植物體內(nèi)因H2O2濃度過(guò)高而發(fā)生的生理毒害[16]。

2.1.4 對(duì)蛋白酶活性的影響 土壤蛋白酶能將各類蛋白質(zhì)及肽類化合物水解為氨基酸，其活性與土壤氮素營(yíng)養(yǎng)狀況密切相關(guān)[17]。如圖1d所示，在玉米苗期，施氮條件下的土壤蛋白酶活性大于無(wú)氮處理，總體表現(xiàn)為隨施氮量增加，蛋白酶活性也增加的規(guī)律，但當(dāng)施氮量增加至250 kg·hm-2時(shí)，蛋白酶活性有所降低。在苗期，氮素施入為微生物提供了較易利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，間接提升了蛋白質(zhì)及肽類化合物水解的速率，但過(guò)量施氮又對(duì)該過(guò)程有所抑制。隨后，各處理?xiàng)l件下蛋白酶活性的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律有所不同，N-200和N-250處理在玉米大喇叭口期白漿土蛋白酶活性降至谷底(僅為0.053 5和0.051 2 mg·g-1·d-1)，玉米在該期需肥量較大，外源氮素被利用或被淋失，均對(duì)蛋白酶活性產(chǎn)生不利影響，N-150處理下蛋白酶活性的最低值出現(xiàn)在玉米拔節(jié)期，可見，少量供氮可提早使蛋白酶活性降至最低，此后，在玉米大喇叭口期，該酶活性略有增強(qiáng)，這也許是因?yàn)?50 kg·hm-2的純氮量無(wú)法滿足玉米需肥高峰時(shí)對(duì)氮的需求，土壤一部分有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)氮而引起蛋白酶活性的增加所致，在玉米成熟期，低量氮供應(yīng)使玉米底葉過(guò)早枯黃脫落，從而參與土壤碳素循環(huán)，間接改善了蛋白酶活性。N-200和N-250處理?xiàng)l件下的蛋白酶活性在玉米灌漿期再次得到提升，這是由于玉米根系數(shù)量及有機(jī)分泌物增加，促進(jìn)了微生物水解蛋白質(zhì)類物質(zhì)所致，而在玉米成熟期，隨土壤溫度降低，根系分泌能力大為削弱，微生物活性受到抑制，蛋白酶活性受制約而衰減。N-0處理沒(méi)有外源氮素供應(yīng)，白漿土蛋白酶活性波動(dòng)幅度相對(duì)較大，在玉米苗期至大喇叭口期，隨玉米需肥量增加，有機(jī)態(tài)氮不斷向無(wú)機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化，從而滿足玉米生長(zhǎng)需求，在此期間，蛋白酶活性由0.045 3 mg·g-1·d-1增至0.055 1 mg·g-1·d-1，增幅達(dá)17.8%。在玉米大喇叭口期后，玉米需氮程度漸趨平緩，且土壤有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化數(shù)量有限，蛋白酶活性逐漸降低，直至玉米成熟。對(duì)比玉米苗期及成熟期后白漿土蛋白酶活性可知，不施氮(N-0)和低量施氮(N-150)更有利于蛋白酶活性的提升，增幅分別為10.6%和7.9%，而N-200和N-250這2個(gè)較高水平施氮?jiǎng)t可穩(wěn)定土壤有機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化效率，使蛋白酶活性穩(wěn)定在較低水平。

2.2 施氮水平對(duì)土壤微生物生物量的動(dòng)態(tài)影響

2.2.1 對(duì)微生物生物量碳(MBC)的影響 如圖2a所示，在玉米苗期，與不施氮(N-0)處理相比，施氮的3個(gè)處理，其土壤MBC均有所降低?？赏茢啵惺┑纱偈刮⑸锘钚约眲≡黾覽18]，促進(jìn)礦化作用，使其自身碳含量損失。另外，集中施氮亦會(huì)對(duì)土壤pH產(chǎn)生較大程度的瞬時(shí)影響，對(duì)微生物所處的生存環(huán)境構(gòu)成威脅，通過(guò)對(duì)土壤團(tuán)聚體造成短期破壞而使MBC有所降低，這一規(guī)律與于樹等[19]報(bào)道一致。隨著玉米的生長(zhǎng)，各施氮處理?xiàng)l件下MBC所表現(xiàn)的規(guī)律不一，N-0和N-150處理下的MBC在玉米大喇叭口期達(dá)到峰值，而N-200和N-250處理則分別在拔節(jié)期和灌漿期達(dá)到MBC的峰值。通常，在拔節(jié)期以后的幾個(gè)時(shí)期，水、熱狀況較好，微生物生長(zhǎng)和繁衍速度較快，宋日等[20]研究認(rèn)為，氣溫升高可使留在土壤中的玉米根茬在分解前期釋放更多的簡(jiǎn)單有機(jī)物，亦或玉米根系的分泌物和脫落物漸趨增加，為微生物繁殖提供充足的能源和營(yíng)養(yǎng)源。作為活性有機(jī)營(yíng)養(yǎng)庫(kù)，微生物的快速更新可使MBC漸趨增加，而后，隨氣溫的漸趨降低以及玉米生物量積累至恒值后，MBC才逐漸穩(wěn)定，較高水平施氮可使MBC的增高趨勢(shì)延長(zhǎng)至玉米成熟期。從數(shù)據(jù)波動(dòng)的狀況來(lái)看，不施氮的N-0處理，其MBC的波動(dòng)幅度為26.0～41.6 μg·g-1，遠(yuǎn)大于其他施氮處理，這表明，氮肥施入有利于MBC的穩(wěn)定，而不施氮肥，土壤MBC易受外界環(huán)境因素干擾，較易波動(dòng)。對(duì)比玉米苗期和成熟期MBC的變化可知，N-150、N-200和N-250施氮處理的MBC增幅分別達(dá)20.8%、9.6%和18.7%，而N-0處理下的MBC反而有4.5%的損失，這也說(shuō)明，施氮有利于玉米田白漿土MBC的保蓄及穩(wěn)定，其中，200 kg·hm-2的施氮量更有利于MBC的轉(zhuǎn)化。

2.2.2 對(duì)微生物生物量氮(MBN)的影響 如圖2b所示，基于玉米苗期不同施氮水平，盡管處理間MBN的含量有所差異，但隨玉米的生長(zhǎng)，各處理MBN的波動(dòng)規(guī)律具有相似性，均表現(xiàn)為先降低后增高再略有降低。在玉米整個(gè)生育期，N-0處理下白漿土的MBN皆大于施氮處理。在玉米苗期至大喇叭口期，各處理?xiàng)l件下白漿土的MBN均呈明顯的下降趨勢(shì)，在該階段，MBN的礦化效率較高，緩慢釋放無(wú)機(jī)氮素供植物利用。MBN的基礎(chǔ)含量能夠表征土壤供氮能力大小[21]，在此過(guò)程氮素用量越大，MBN越低，可見，一次性過(guò)量施氮對(duì)于白漿土中微生物保蓄氮素確有抑制作用。

而玉米大喇叭口期至灌漿期，各施氮水平下的MBN均獲較大程度提升，這可能是因?yàn)榇似谕寥浪釛l件適宜，玉米根系數(shù)量增多、分泌物增加而使微生物繁衍能力增強(qiáng)所致。在玉米成熟后，根系分泌作用減弱、氣溫降低，微生物活性也有所衰退，特別是不施氮和較低供氮水平下(N-0和N-150)，白漿土的MBN有所下降，比照灌漿期結(jié)果，其降低幅度分別達(dá)12.7%和29.0%，較高施氮水平的2個(gè)處理(N-200和N-250)，其MBN基本穩(wěn)定在灌漿期的水平，降低幅度僅為3.5%和5.5%。

對(duì)比玉米苗期及成熟期白漿土MBN的前后差異可知，N-0和N-250處理均有助于MBN的提高，增幅分別為4.6%和6.4%，而N-150和N-200處理則對(duì)白漿土MBN有所消耗?？梢?，不施氮或過(guò)量施氮均有助于土壤MBN的提升，前者是因?yàn)榈V化作用減弱而使MBN增加，而后者是因過(guò)量氮素迫使微生物蓄積更多氮素所導(dǎo)致，均不利于玉米的田間生產(chǎn)，因此，適量氮素既能確保玉米產(chǎn)量提升，同時(shí)增加MBN，使更多活性氮素蓄積在土壤中。

各圖中，相同生育期的柱子上方，凡是具有一個(gè)相同大寫字母者，表示不同施氮處理間差異不顯著(Duncan’s法,P>0.05)；同一施氮處理的柱子上方，凡是具有一個(gè)相同小寫字母者，表示不同生育期差異不顯著(Duncan’s法,P>0.05)。

圖2 施氮對(duì)玉米田土壤微生物生物量的動(dòng)態(tài)影響
Fig.2 Dynamic effects of N application levels on the microbial biomass of soil from corn field

3 討論與結(jié)論

3.1 對(duì)土壤酶活性的影響

玉米苗期，在0～250 kg·hm-2的施氮范圍，隨氮素用量增加，白漿土中脲酶、堿性磷酸酶和蛋白酶活性均呈規(guī)律性增加，而較高施氮水平(250 kg·hm-2)對(duì)蛋白酶活性有所抑制。楊麗娟等[22]指出，土壤酶活性與微生物活性有顯著相關(guān)關(guān)系，施用氮肥可促進(jìn)土壤微生物活性[23]，因此，短期內(nèi)尿素的供應(yīng)可激活與土壤酶相關(guān)的微生物活性，然而，過(guò)量施用氮肥又會(huì)抑制一部分微生物的活性[24]。

在N-0和N-150這2個(gè)處理?xiàng)l件下，脲酶活性在玉米拔節(jié)期達(dá)到峰值，此期，玉米對(duì)氮素的吸收速率最大[23]，可推斷，尿素作為底物，較低氮素用量更易獲得較高的脲酶活性，促進(jìn)養(yǎng)分的迅速釋放，間接緩解玉米拔節(jié)期供氮不足的問(wèn)題[25-27]；在玉米苗期過(guò)后，施氮處理下的堿性磷酸酶活性均有下降趨勢(shì)，這表明，氮肥施入盡管能改善磷酸酶活性，但釋磷作用恰逢玉米需磷高峰，土壤無(wú)機(jī)磷含量的減少使堿性磷酸酶活性受到削弱。在玉米灌漿期至成熟期，除N-200處理外，其余2個(gè)施氮處理下堿性磷酸酶活性均有所回升，這是因?yàn)楣酀{期是玉米吸磷的第2高峰，當(dāng)土壤供磷能力無(wú)法滿足玉米生長(zhǎng)需要時(shí)，其根系就會(huì)釋放更多磷酸酶以促進(jìn)土壤有機(jī)磷化合物的水解轉(zhuǎn)化[28]。同比之下，不施氮處理，白漿土礦質(zhì)化程度較弱，腐殖化作用有所改善，除在灌漿期由于玉米需磷程度較大對(duì)白漿土磷酸酶活性有所減弱外，其他生育期均可促使堿性磷酸酶活性穩(wěn)中有增。

在玉米苗期，施氮處理下白漿土過(guò)氧化氫酶活性皆小于無(wú)氮處理，氮肥施用使土壤酸化程度加劇，間接抑制了過(guò)氧化氫酶活性。隨著玉米生育期的延續(xù)，施氮處理下過(guò)氧化氫酶活性均有不同程度提升，可以推斷，施氮有利于腐殖化程度的提升，間接改善過(guò)氧化氫酶的活性[29]，促進(jìn)了植株對(duì)其體內(nèi)H2O2的分解，有利于防止H2O2對(duì)生物體的毒害作用，在此過(guò)程中，200 kg·hm-2施氮處理的效果最佳。對(duì)比玉米生育期起始和終了階段，不施氮和低量施氮(150 kg·hm-2)均有利于白漿土蛋白酶活性的提升，而200和250 kg·hm-2這2個(gè)較高水平的供氮處理則更有益于穩(wěn)定白漿土有機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化效率，間接使蛋白酶活性保持在較低水平。

3.2 對(duì)微生物生物量的影響

在玉米苗期，與不施氮相比，施氮處理能夠有效降低MBC和MBN的水平，這表明尿素的集中施用一方面能增加微生物礦化作用而使MBC降低，另一方面對(duì)微生物產(chǎn)生瞬時(shí)的生理毒害，使MBN減少，可見，一次性施用較大量的尿素對(duì)于白漿土微生物保蓄碳、氮的能力確有抑制。隨玉米生育期進(jìn)行，基于不同施氮水平，白漿土MBC和MBN的變化規(guī)律不一。

在玉米拔節(jié)期過(guò)后，水熱狀況良好，微生物增殖速度較快，成為活性有機(jī)營(yíng)養(yǎng)庫(kù)，使MBC逐漸增加，而后，隨氣溫降低以及玉米生物量積累至恒值后，MBC趨于穩(wěn)定，較高水平施氮可使MBC的增高趨勢(shì)延長(zhǎng)至玉米成熟期以后，整體來(lái)看，施氮有利于白漿土MBC的保蓄和穩(wěn)定，其中，200 kg·hm-2施氮量更有利于MBC的轉(zhuǎn)化。

對(duì)比玉米苗期及成熟期白漿土MBN的變化可知，不施氮或過(guò)量施氮(250 kg·hm-2)皆有利于白漿土MBN的蓄積，礦質(zhì)化作用減弱以及過(guò)量氮素脅迫是該規(guī)律產(chǎn)生的主要原因，兩者皆不利于玉米生產(chǎn)，而適量供氮(150和200 kg·hm-2)則更利于微生物氮素向植物可利用的方向轉(zhuǎn)化，綜合考慮，適量氮素(200 kg·hm-2)既能保障玉米產(chǎn)量又能增加MBN，使更多活性氮素蓄積于白漿土中。

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【責(zé)任編輯 李曉卉】

Effects of nitrogen application levels on microbiological characteristics of typical Albic soil in mid-temperate zone

WANG Nan1, XU Junping1, ZHAO Zhiyi2, XU Weichen1, WANG Shuai1

(1 College of Plant Science, Jilin Agricultural Science and Technology University, Jilin 132101, China;
2 College of Agricultural Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

【Objective】 To study changes in microbiological characteristics of Albic soil by regulating nitrogen application levels during the critical periods of maize growth. 【Method】 Different levels of nitrogen (0, 150, 200 and 250 kg·hm-2) were applied to the maize field. The dynamic changes in the microbial biomass carbon, microbial biomass nitrogen and the activities of urease, alkaline phosphatase, protease and catalase from typical Albic soil in mid-temperate zone of eastern China under different nitrogen levels during the maize production process were studied. 【Result】Urea application increased urease activity in Albic soil at seedling stage by activating microorganisms related with urease release. Higher nitrogen level increased alkaline phosphatase activity at seedling stage. With the growth of maize, phosphatase activity clearly decreased under different nitrogen levels, however, phosphatase activity increased with no nitrogen added. Urea addition at the initial stage was not beneficial for the improvement of catalase activity, but with the growth of maize, catalase activity increased under different nitrogen levels. At seedling stage, protease activity increased with the increase of nitrogen level, but decreased when the nitrogen level reached 250 kg·hm-2. When the maize was mature, no nitrogen or low amount of nitrogen application was more beneficial for the improvement of protease activity. Urea as a base fertilizer reduced microbial biomass carbon (MBC) content at seedling stage, while with the growth of maize, nitrogen application helped the preservation and stability of MBC. No nitrogen or excessive nitrogen application increased microbial biomass nitrogen (MBN) content, while appropriate amount of nitrogen promoted MBN to turnover and convert into available nutrients for plants.【Conclusion】The concentrated and excessive application of urea is not helpful to the preservation of soil biological fertility. Considering maize yield and soil fertility improvement, the appropriate amount of nitrogen application level in Albic soil is 200 kg·hm-2.

nitrogen application level; Albic soil; enzyme activity; microbial biomass

2016- 05- 17優(yōu)先出版時(shí)間：2017-01-10

王 楠(1982—)，女，講師，博士，E-mail: wangnan664806@126.com； 通信作者：王 帥(1982—)，男，副教授，博士，E-mail: wangshuai419@126.com

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(吉教科合字[2015]第375號(hào))；吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院博士啟動(dòng)基金(吉農(nóng)院合字[2016]第B03號(hào))；吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院青年基金(吉農(nóng)院合字[2015]第206號(hào))；吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科培育項(xiàng)目(吉農(nóng)院合字[2015]第X006號(hào))

S154.2； S158.5

A

1001- 411X(2017)02- 0055- 08

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王 楠， 徐俊平， 趙志祎， 等.施氮水平對(duì)中溫帶典型白漿土微生物學(xué)特性的動(dòng)態(tài)影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,38(2):55- 62.