小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响

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石柯, 董士刚, 申凤敏, 龙潜, 姜桂英^,, 刘芳, 刘世亮^,河南农业大学资源与环境学院,郑州 450002

Effects of Wheat Seeding Rate with Nitrogen Fertilizer Application Reduction on Soil Microbial Biomass Carbon, Nitrogen and Enzyme Activities in Fluvo-Aquic Soil in Huang-Huai Plain

SHI Ke, DONG ShiGang, SHEN FengMin, LONG Qian, JIANG GuiYing^,, LIU Fang, LIU ShiLiang^,College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002

通讯作者: 姜桂英,E-mail：jgy9090@126.com刘世亮,E-mail：shlliu70@163.com

收稿日期:2019-01-29接受日期:2019-04-11网络出版日期:2019-08-01

基金资助:

国家重点研发计划重点专项项目.2016YFD0300803
国家自然科学基金.41401327
河南省教育厅基金.14B210024

Received:2019-01-29Accepted:2019-04-11Online:2019-08-01
作者简介 About authors
石柯,E-mail：2817838243@qq.com。

摘要
【目的】以我国黄淮平原粮食主产区潮土为研究对象,通过探讨小麦-玉米轮作体系下,不同小麦播量与减量氮肥下,土壤微生物量碳、氮和酶活性的差异和变化,以了解小麦播量和氮肥对土壤微生物量的影响。【方法】试验设4个处理,分别为：（1）常规播量+常规施氮肥（CK）;（2）增播30%+常规施氮（T1）;（3）增播30%+减氮20%（T2）;（4）常规播量+减氮20%（T3）。2016—2018年3季作物收获后,采取不同土层土壤,测定有机碳（SOC）、全氮（TN）、微生物量碳氮（SMBC、SMBN）及其相关酶活性。【结果】总体上,3季中各处理土壤微生物量碳氮、有机碳、全氮以及3种酶活性均随土壤深度增加而下降。常规施肥处理（CK和T1）的SMBC的含量在2017年的小麦和玉米季0—20 cm土层以及2018年小麦季则0—30 cm基本表现为显著高于减氮处理（T2和T3）,其中T1处理最高为170.89 mg?kg ^-1。SMBN与SMBC表现出类似的趋势,在3季中均以常规施肥处理显著高于减氮处理,其中CK处理的SMBN在3季中0—30 cm土层均表现较高,最高为57.24 mg?kg ^-1。各处理SOC含量的差异在前两季主要集中在0—20 cm土层,而第3季则集中在10—30 cm土层;其中2017年玉米季0—20 cm土层减氮处理的SOC含量显著高于常规施肥处理,以T3处理SOC含量最高,为12.85 g?kg ^-1。2017年小麦季各处理TN含量在0—30 cm土层基本差异不显著;而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层均以CK处理TN含量显著高于其他处理,最高为1.57 g?kg ^-1。各处理土壤碳氮比（C/N）在2017年小麦季没有明显规律,而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层基本表现为减氮处理的C/N显著高于常规施肥处理。各处理的微生物熵（C_mic/C_org）、微生物量氮/全氮（N_mic/N_total）分别在0.5%—2.5%、2%—6%之间,微生物量碳氮比（C_mic/N_mic）在5﹕1以下。各处理C_mic/C_org除2017年小麦季10—20 cm土层,其他作物季节和土层均表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。各处理N_mic/N_total与C_mic/C_org类似,除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麦季处理间N_mic/N_total基本差异不显著,其他季节和土层则表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。2017年T1处理的C_mic/N_mic在0—20 cm土层均显著高于其他处理;而在后两季的0—10 cm处理间C_mic/N_mic均差异不显著。土壤脲酶活性在2018年小麦季显示增播处理显著高于常播处理。各处理蔗糖酶活性在玉米季明显高于小麦季,其中在2017年玉米季10—30 cm土层的减氮处理高于常规施肥处理。减氮处理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麦季0—30 cm土层均显著高于常规施肥处理。减氮处理2018年小麦季产量显著高于常规施肥处理,同时提高了地上部氮素积累量,最高达到了322.30 kg?hm ^-2。【结论】在黄淮平原小麦-玉米轮作区,在供试条件下,减氮处理降低了土壤微生物量和全氮含量,但提高了土壤酶活性和地上部氮素积累量,能增加或维持小麦产量,其中小麦常规播量下减氮20%处理综合效果较好。
关键词： 小麦;播种量;减氮;微生物量;土壤酶;黄淮平原

Abstract

【Objective】 The effects of wheat sowing rate and nitrogen fertilizer interaction on soil microbial biomass carbon/ nitrogen (SMBC/N) and enzyme activities in the Huang-Huai Plain of China was studied, aimed to select the optimum management in this area. 【Method】 Field experiment was conducted, and four treatments were set as: (1) conventional seeding + conventional nitrogen fertilizer (CK); (2) 30% additional seeding + conventional nitrogen application (T1); (3) 30% additional seeding + 20% nitrogen reduction (T2); (4) conventional seeding + 20% nitrogen reduction (T3). The soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), soil microbial biomass carbon (SMBC), soil microbial biomass nitrogen (SMBN), and soil enzyme activities were measured and analyzed in different soil depths during the three crop seasons in 2016-2018. 【Result】 Generally, all the indexes decreased with soil depth. The SMBC was significantly higher under conventional nitrogen (N) treatments (i.e. CK and T1) than that under nitrogen reduction treatments (i.e. T2 and T3) in 0-20 cm in wheat and maize season 2017 and 0-30 cm in wheat season 2018, and the highest one was 170.89 mg?kg ^-1. The dynamics of SMBN was similar as SMBC, which was significantly higher under conventional N treatments than that under N reduction treatments during the all the crop seasons, and with the highest value as 57.24 mg?kg ^-1 under CK treatment. The differences of SOC content among treatments were focused on 0-20 cm during the first and second seasons, and 10-30 cm during the third season. Therein, the SOC content under N reduction treatments was significantly higher than that under conventional N treatments, with the highest one as 12.85 g?kg ^-1 under T3. The TN content under all the treatments was no different in wheat season 2017, which was significantly higher under CK treatment than that under the others in 0-20 cm in maize season 2017 and wheat season 2018. The C/N was no obviously trend in wheat season 2017, while it was significantly higher under N reduction treatments in 0-20 cm during maize season 2017 and wheat season 2018. The SMBC/SOC under all treatments ranged from 0.5% to 2.5%. And it was higher under conventional N treatments than that under N reduction treatments, except which in 10-20 cm during wheat season 2017. The SMBN/TN under all treatments ranged from 2% to 6%. The SMBC/SMBN under all treatments was below 5:1. The SMBN/TN was higher under conventional N treatments than that under N reduction treatments, except which in 10-20 cm during wheat season 2017 and 0-30 cm during wheat season 2018. The SMBC/SMBN under T1 treatment was higher in 2017 wheat season. The urease activity under sowing rate increase treatment (i.e. T1 and T2) was higher in wheat season 2018. The invertase activity in 10-30 cm during maize season 2017 and neutral phosphatase activity in 0-30 cm during wheat season under N reduction treatments was higher than that under conventional treatments. The wheat yield and the aboveground N accumulation was higher under N reduction treatments in wheat season 2018, with the highest value as 6 822.27 kg?hm ^-2and 322.30 kg?hm ^-2, respectively, under T3 treatment.【Conclusion】 Generally, in the Huang-Huai Plain, under the nitrogen reduction, the soil microbial biomass and TN content were decreased, while the soil enzyme activities and aboveground N accumulation was increased. Meanwhile, the wheat yield was increased or maintained. Therein, the treatment with conventional seeding + 20% nitrogen reduction was suggested as the optimum practice in this study.

Keywords：wheat;sowing rate;nitrogen reduction;soil microbial biomass;soil enzyme;Huang-Huai Plain

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本文引用格式
石柯, 董士刚, 申凤敏, 龙潜, 姜桂英, 刘芳, 刘世亮. 小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(15): 2646-2663 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.009
SHI Ke, DONG ShiGang, SHEN FengMin, LONG Qian, JIANG GuiYing, LIU Fang, LIU ShiLiang. Effects of Wheat Seeding Rate with Nitrogen Fertilizer Application Reduction on Soil Microbial Biomass Carbon, Nitrogen and Enzyme Activities in Fluvo-Aquic Soil in Huang-Huai Plain[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(15): 2646-2663 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.009

0 引言

【研究意义】小麦是世界上最重要的粮食作物之一,其产量水平直接影响着全球粮食安全。合理的种植密度、合理施肥都是确保高产高效的重要栽培措施,同时也是减少资源浪费,降低环境面源污染的必要措施^[1]。种植密度的改变可有效改善作物对肥料资源的利用状况,是作物增产重要途径之一^[2]。同时,种植密度也直接影响土壤有机碳投入^[3],以及氮素转化和吸收^[4,5]。长期过量施用化肥（特别是氮肥）,在保障粮食生产的同时也造成了环境污染和资源浪费,因此,减肥（特别是氮肥）增效已经成为当今农业生产的重要任务。种植密度和氮肥的合理运筹则是一项有效的栽培措施。种植密度和氮肥施用的改变势必会直接影响土壤碳、氮投入,进而影响土壤中养分的转化。而土壤微生物是土壤能量和养分转化的重要驱动力^[6]。微生物分泌的酶类作为土壤酶的重要组成,是土壤中一切生化反应的“催化剂”,提高酶活性可以显著增加土壤有效养分含量,有利于土壤培肥增产^[7]。研究小麦种植密度和氮肥不同运筹组合下土壤微生物及其相关酶活性变化特征可以进一步丰富减氮增效机理,为筛选适宜的种、肥组合提供依据。【前人研究进展】适宜的栽培密度和施氮量能较好地发挥群体优势,有利于协调个体与群体之间的矛盾,从而提高作物产量。增密既可有效弥补减氮所造成的减产风险,又可显著降低氮素损失,增加土壤残留氮,增强土壤氮素供应能力^[8]。有研究表明,适量施氮量（135 kg?hm^-2）,可使土壤微生物量碳氮均达到最大值,过量施氮（>135 kg?hm^-2）则会使土壤微生物量碳氮有所降低^[9]。肖小平等^[10]研究发现,减氮增密（基肥减施总氮量的20%,增密27.3%）处理下0—10 cm、10—20 cm土层的土壤全氮含量与常规施氮常规播量无显著差异。侯贤清等^[11]研究发现施氮量在300、450 kg?hm^-2时,玉米成熟期土壤有机碳、全氮含量最高,施氮量在300 kg?hm^-2微生物量碳、土壤酶活性最高,施氮量在450 kg?hm^-2微生物量氮最高。而LI等^[12]发现土壤微生物量氮随秸秆添加量增加,而不受氮素添加影响。ZANG等^[13]认为氮肥施用,特别是根际氮肥有效性减少了土壤微生物量,造成根际负激发效应,促进了根际碳累积。LI等^[14]研究发现氮素有效性直接决定了土壤碳及其激发效应和土壤微生物量大小,且不同生态类型反应不同。赵俊晔等^[15]和段文学等^[16]研究发现施氮量显著影响土壤酶活性。郭天财等^[17]研究表明,根际土壤脲酶活性随着施氮水平提高而上升,并且在小麦种植密度为150万株·hm^-2和225万株·hm^-2时土壤脲酶活性最高^[18]。而夏雪等^[19]研究发现随施氮量的增加蔗糖酶和脲酶活性表现为先增加后降低的趋势。【本研究切入点】虽然前人对施氮量、种植密度等影响小麦产量和土壤肥力的主要栽培措施有诸多研究,但大多是单一研究施氮量或种植密度下,同时研究结果因方法或地域不同仍存在一些争议。本研究拟通过大田试验,研究小麦播量和施氮量互作下对不同时期不同土层土壤微生物量碳氮及土壤酶活性的变化特征分析,筛选适宜的小麦种植密度和氮肥配比生产措施。【拟解决的关键问题】以我国黄淮平原小麦-玉米轮作制度下潮土区为研究对象,通过探讨小麦播量和施氮量对微生物量碳氮和酶活性的影响,推荐合理的种、肥配比方案,为该地区制定高效密肥管理的栽培措施提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年10月至2018年6月在河南省原阳县河南农业大学旱地农业试验园区（34°47′N,113°40′E）实施。该地区属于暖温带大陆性季风气候。四季分明,光照充足,年平均气温14.5℃,年均降水量616 mm,年蒸发量1 461 mm,年均日照时数2 323 h。试验地土壤为旱地潮土,成土母质为黄河冲积物,试验开始时表层（0—20 cm）土壤理化性质为：有机质含量 17.3 g?kg^-1,全氮1.25 g?kg^-1,碱解氮 50.2 mg?kg^-1,有效磷 21.6 mg?kg^-1,速效钾108.0 mg?kg^-1,pH 7.2。

1.2 试验设计

本试验为大田小区试验,随机区组设计,3次重复。小区面积12.5 m×5.5 m=68.75 m²。采用小麦-玉米轮作模式,其中小麦季试验共设置4个处理：（1）常规播量+常规施氮肥（农民习惯播种量和农民习惯施氮肥量,CK）;（2）增播30%+常规施氮（T1）;（3）增播30%+减氮20%（T2）;（4）常规播量+减氮20%（T3）。2016年10月玉米收获后玉米秸秆全量还田,常规旋耕后于2016年10月10日进行小麦播种,2017年3月15日进行小麦追肥,2017年6月16日小麦收获后玉米进行贴茬种、肥同播,2017年10月10日玉米收获后秸秆全量还田,常规旋耕后于2017年10月13日进行小麦播种,2018年3月15日进行小麦追肥,2018年6月10日将小麦收获。播种、施肥方式为增播处理采用人工播种,常规播量与施肥均采用机械操作,试验期间采取的其他田间管理措施,诸如浇水、防病、除草等各试验小区实施水平严格一致。

试验的玉米品种为浚单29,玉米各处理播量均为67 500株/hm²;玉米施肥量为N﹕P₂O₅﹕K₂O = 28﹕10﹕12的玉米专用肥750 kg?hm^-2（合计210 kg N?hm^-2,75 kg P₂O₅?hm^-2,90 kg K₂O?hm^-2）。小麦品种为郑麦369,其中常规施肥量为基肥施用量150 kg N·hm^-2、120 kg P₂O₅·hm^-2,120 kg K₂O·hm^-2,追肥69 kg N?hm^-2（150 kg?hm^-2尿素,其含氮量为46%）。各处理小麦播种量与施肥量如表1。

Table 1
表1
表1各处理小麦播种量与施肥量
Table 1Wheat seeding and fertilization rate under each treatment (kg?hm^-2)

处理 Treatment	小麦播量 Wheat seeding rate	施肥量 Fertilization rate
处理 Treatment	小麦播量 Wheat seeding rate	N	P₂O₅	K₂O
CK	232.5	150+69	120	120
T1	302.25	150+69	120	120
T2	232.5	120+55.2	120	120
T3	302.25	120+55.2	120	120

“+” representation of fertilizer topdressing rate in wheat season
“+”后代表小麦季追肥量

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1.3 样品采集及测定方法

分别于2017年6月小麦成熟期、2017年10月玉米成熟期和2018年6月小麦成熟期取样。采用5点取样法分别采集0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm 3个层次的土样。各土样混合均匀后过2 mm筛,筛完后一部分土装袋并于4℃冰箱中保存,用于测定微生物量碳、氮,测定项目均在取土后一个月内完成;另一部分土样自然风干后用于测定土壤养分含量及酶活性。土壤全氮采用凯氏定氮法,有机碳采用重铬酸钾外加热容量法,土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸-K₂SO₄浸提法^[20]。土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法;中性磷酸酶采用苯磷酸二钠比色法;蔗糖酶采用3, 5-二硝基水杨酸比色法^[21]。

1.4 地上部氮素积累量计算方法

根据鲁艳红等^[22]计算地上部氮积累量。

小麦籽粒氮积累量（wheat grain nitrogen accumulation,WGNA,kg?hm^-2）=小麦籽粒产量×小麦籽粒氮含量;

小麦秸秆氮积累量（wheat straw nitrogen accumulation,WSNA,kg?hm^-2）=小麦秸秆产量×小麦秸秆氮含量;

小麦地上部氮积累量（wheat above-ground nitrogen accumulation,WANA,kg?hm^-2）= WGNA + WSNA;

玉米籽粒氮积累量（maize grain nitrogen accumulation,MGNA,kg?hm^-2）=玉米籽粒产量×玉米籽粒氮含量;

玉米秸秆氮积累量（maize straw nitrogen accumulation,MSNA,kg?hm^-2）=玉米秸秆产量×玉米秸秆氮含量;

玉米地上部氮积累量（maize above-ground nitrogen accumulation,MANA,kg?hm^-2）=MGNA + MSNA。

1.5 统计及分析

采用Microsoft Office 2010、SPSS 23.0进行数据的统计和分析,Origin 8.5作图,单因素方差分析采用LSD法检验处理间的差异显著性,以P≤0.05作为显著性差异水平。

2 结果

2.1 播量和氮肥互作对微生物量碳、氮的影响

总体上,3季土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon, SMBC）均随土层深度增加而下降;且后两季SMBC总体略高于第一季（图1）。2017年小麦季0—30 cm土层中T1处理SMBC显著高于其他处理,最高达到了170.89 mg?kg^-1。2017年玉米季0—20 cm土层中CK处理SMBC显著高于其他处理,20—30 cm土层T3处理显著低于其他处理,且其他3个处理间差异不显著。2018年小麦季0—10 cm中CK处理SMBC显著高于其他处理,为140.95 mg?kg^-1。但10—30 cm土层中,常规氮肥处理（CK和T1处理）SMBC显著高于减氮肥处理（T2和T3处理）。整体来看,在本试验期内常规施氮量处理较减氮肥处理更有利于提升土壤微生物量碳。

图1

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图1不同处理不同时期不同土层土壤微生物量碳含量

不同小写字母表示同一层次不同处理间差异显著（P≤0.05）。下同
Fig. 1Soil microbial biomass carbon under different treatments in different soil layers and different crop seasons

Different small letters showed significant differences among treatments (P≤0.05). The same as below

整体上,3季中各处理土壤微生物量氮（soil microbial biomass nitrogen, SMBN）均随土壤深度增加逐渐减少;3季中各处理SMBN总体变化不明显（图2）。2017年小麦季0—10 cm土层中CK和T1处理SMBN显著高于T2和T3,分别达到了57.24、56.20 mg?kg^-1。10—30 cm土层CK处理的SMBN显著高于其他处理。2017年玉米季0—30 cm土层中CK和T1处理的SMBN显著高于T2和T3,其中以0—10 cm土层的CK处理SMBN最高,为54.94 mg?kg^-1。2018年小麦季0—20 cm土层中CK处理的SMBN显著高于其他处理,但20—30 cm土层中的CK与T1处理SMBN差异不显著。总体来说,常规播量+常规施氮肥（CK）对保持土壤微生物量氮效果明显。

图2

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图2不同处理不同时期不同层次土壤微生物量氮含量

Fig. 2Soil microbial biomass nitrogen under different treatments in different soil layers and different crop seasons

2.2 播量和氮肥互作对有机碳、全氮含量及碳氮比的影响

3季中各处理土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）含量随着土壤深度的增加逐渐减少（图3）。2017年小麦季0—10 cm土层,T3处理SOC含量显著高于其他处理,为11.31 g?kg^-1;10—30 cm土层均以T2处理有机碳含量最低。2017年玉米季0—20 cm土层中T2和T3处理的SOC含量显著高于其他处理;20—30 cm土层中,处理间差异不显著。2018年小麦季,0—10 cm土层中,处理间差异不显著;而10—30 cm土层则均是T3处理显著高于CK处理。总体来看,小麦播量和氮肥量互作随时间延长,表现出常规播量+减氮20%可以一定程度上增加土壤有机碳含量。

图3

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图3不同处理不同时期不同层次土壤有机碳含量

Fig. 3Soil organic carbon content under different treatments in different soil layers and different crop seasons

3季中各处理土壤全氮含量随着土壤深度增加逐渐减少,且处理间差异随深度在缩小（图4）。2017年小麦季0—30 cm土层处理间差异不明显。2017年玉米季0—10 cm CK各土层中全氮含量最高,为1.51 g?kg^-1;10—20 cm土层中,CK处理的全氮含量显著高于其他处理,分别提高了12.7%、18.1%、14.8%;20—30 cm土层中处理间差异不显著。2018年小麦季0—10 cm中CK的全氮含量显著高于其他处理,达到了1.57 g?kg^-1;10—20 cm中T2处理显著低于其他处理。20—30 cm处理间差异不显著。总的来说,常规播量+常规施氮肥处理对土壤全氮影响效果最好。

图4

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图4不同处理不同时期不同层次土壤全氮含量

Fig. 4Soil total nitrogen content under different treatments in different soil layers and different crop seasons

如图5所示,在2017年小麦季,在0—10 cm土层,T3处理的碳氮比显著高于其他处理,10—20、20—30 cm土层T2的碳氮比最低,分别为6.69、5.81。在2017年玉米季中,0—20 cm土层,T2、T3的碳氮比显著高于其他处理,最高为8.99,20—30 cm处理间差异不显著。在2018年小麦季中,0—10 cm土层T2、T3显著高于CK,10—20 cm减氮处理较高,最高达到了11.26。整体上看,减氮处理可以提高土壤碳氮比。

图5

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图5不同处理不同时期不同层次土壤有机碳/全氮

Fig. 5Soil organic carbon / total nitrogen under different treatments in different soil layers and different crop seasons

2.3 播量和氮肥互作下土壤微生物量与土壤有机碳和全氮关系

2.3.1 土壤微生物熵（C_mic/C_org）土壤微生物熵（C_mic/C_org）是反应土壤碳动态的有效指标^[23]。图6所示,2017年小麦季0—10 cm中,常规施肥处理（CK和T1）的C_mic/C_org显著高于减肥处理（T2和T3）;10—20 cm中T1处理的C_mic/C_org显著高于其他处理;20—30 cm中增播处理（T1和T2）处理的C_mic/C_org显著高常播处理（CK和T3）。2017年玉米季0—30 cm土层中均以CK的C_mic/C_org显著高于其他处理,且以0—10 cm土层CK处理的C_mic/C_org最高,为1.96%。2018年小麦季0—30 cm土层中CK的C_mic/C_org最高,最高达到了2.13%。总的来说,施氮量较高可以提高微生物熵。

图6

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图6不同处理不同时期不同层次土壤微生物熵

Fig. 6Soil microbial quotient under different treatments in different soil layers and different crop seasons

2.3.2 土壤微生物量氮/土壤全氮（N_mic/N_total）图7显示,3季中不同处理的土壤微生物量氮/土壤全氮（N_mic/N_total）在2.00%—6.00%。2017年小麦季0—10 cm土层,常规氮肥处理（CK和T1）的N_mic/N_total显著高于减氮处理（T2和T3）;10—30 cm土层CK处理显著高于其他处理,最高为5.71%。2017年玉米季0—10 cm土层中,T3处理的N_mic/N_total显著低于其他处理;10—20 cm土层处理间差异不显著;20—30 cm土层常规氮肥处理（CK和T1）的N_mic/N_total显著高于减氮处理（T2和T3）。2018年小麦季0—10 cm中CK处理的N_mic/N_total最高,为3.06%。10—30 cm中处理间差异不显著。整体来看,氮肥量高可以提高微生物量氮占全氮的比例。

2.3.3 播量和氮肥互作下土壤微生物量碳与土壤微生物量氮的关系土壤微生物量碳氮比（C_mic/N_mic）与微生物群落结构有关,可反映土壤中真菌和细菌的比例^[24]。图8显示,2017年小麦季0—30 cm均以T1处理的C_mic/N_mic最高,最高达到了3.26。2017年玉米季0—20 cm土层中,处理间差异不显著;20—30 cm土层T2处理的C_mic/N_mic显著高于CK和T1处理,为3.27。2018年小麦季0—30 cm土层处理间差异不显著。总的来说,增加小麦播量在一定程度上可以增加土壤微生物量碳/氮比。

图7

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图7不同处理不同时期不同层次土壤微生物量氮/全氮

Fig. 7Soil microbial biomass nitrogen/total nitrogen under different treatments in different soil layers and different crop seasons

图8

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图8不同处理不同时期不同层次土壤微生物量碳/土壤微生物量氮

Fig. 8Soil microbial biomass carbon/soil microbial biomass nitrogen under different treatments in different soil layers and different crop seasons

2.4 播量和氮肥互作对土壤酶活性的影响

2.4.1 对土壤脲酶活性的影响如图9所示,3季中各处理土壤脲酶活性总体均随土层深度增加呈下降趋势。2017年小麦季0—20 cm土层T3处理的脲酶活性显著高于T1处理;20—30 cm,CK处理的脲酶活性最高,为1.97 mg NH₃-N?g^-1?24h^-1。2017年玉米季0—10 cm土层中T1处理脲酶活性最低;10—20 cm中T3处理的脲酶活性显著高于其他处理;20—30 cm中T2、T3处理间差异不显著,以T3处理的数值最高,为2.53 mg NH₃-N?g^-1?24h^-1。2018年小麦季0—30 cm中增播处理（T1和T2）的脲酶活性显著高于其他处理。整体来看,常规播量+减氮20%对2017年的土壤脲酶活性提高效果较好,而2018年小麦增播处理提高了土壤脲酶活性。

图9

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图9不同处理不同时期不同层次土壤脲酶活性

Fig. 9Soil urease activity under different treatments in different soil layers and different crop seasons

2.4.2 对土壤蔗糖酶活性的影响如图10所示,3季中各处理土壤蔗糖酶活性随土壤深度增加逐渐降低。2017年小麦季0—20 cm土层T3处理显著高于其他处理;20—30 cm土层T1的蔗糖酶活性显著高于其他处理,为1.06 mg Glu?g^-1?24h^-1。2017年玉米季0—10 cm土层处理间差异不显著;10—30 cm土层减氮处理（T2和T3）的蔗糖酶活性较高。2018年小麦季0—10 cm中CK显著高于其他处理,10—30 cm土层中T1的蔗糖酶活性较高。总体来说常规播量+减氮20%处理的效果最好。

图10

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图10不同处理不同时期不同层次土壤蔗糖酶活性

Fig. 10Soil invertase activity under different treatments in different soil layers and different crop seasons

2.4.3 对土壤中性磷酸酶活性的影响如图11所示,3季中各处理土壤中性磷酸酶活性随着土壤深度增加逐渐降低。2017年小麦季0—20 cm土层中,T3处理显著高于其他处理,20—30 cm土层中,T2显著高于其他处理。2017年玉米季0—10 cm土层T3显著高于其他处理,10—20 cm、20—30 cm土层T3的中性磷酸酶活性最高,分别为2.31、1.90 mg Phenol?g^-1?24h^-1。2018年小麦季0—10 cm土层中,各处理间中性磷酸酶活性差异不显著,10—20 cm和20—30 cm土层T3处理的中性磷酸酶活性最高,分别为3.48、2.25 mg Phenol?g^-1?24h^-1。总体来看,常规播量+减氮20%对土壤中性磷酸酶活性提高效果较好。

图11

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图11不同处理不同时期不同层次土壤中性磷酸酶活性

Fig. 11Soil neutral phosphatase activity under different treatments in different soil layers and different crop seasons

2.5 不同处理下各指标相关性分析

由表2得出2017年小麦季土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮、脲酶、蔗糖酶各指标之间均呈极显著相关关系,中性磷酸酶与土壤有机碳、全氮、脲酶、蔗糖酶呈极显著相关关系。2017年玉米季和2018年小麦季各指标之间均呈极显著相关关系。

Table 2
表2
表2不同时期各指标之间的相关性
Table 2The correlation of each index under different treatments in different crop seasons

时期 Period	指标 Index	有机碳 Organic carbon	全氮 Total nitrogen	SMBC	SMBN	脲酶 Urease	蔗糖酶 Invertase	中性磷酸酶 Neutral phosphatase
2017年小麦季 Wheat season 2017	有机碳 Organic carbon	1
	土壤全氮 Total nitrogen	0.909**	1
	SMBC	0.702**	0.797**	1
	SMBN	0.653**	0.774**	0.807**	1
	脲酶 Urease	0.790**	0.714**	0.615**	0.446**	1
	蔗糖酶 Invertase	0.889**	0.874**	0.682**	0.637**	0.800**	1
	中性磷酸酶 Neutral phosphatase	0.595**	0.430**	0.057	-0.139	0.605**	0.550**	1
2017年玉米季 Maize season 2017	有机碳 0rganic carbon	1
	土壤全氮 Total nitrogen	0.727**	1
	SMBC	0.472**	0.852**	1
	SMBN	0.443**	0.813**	0.890**	1
	脲酶 Urease	0.805**	0.708**	0.475**	0.432**	1
	蔗糖酶 Invertase	0.857**	0.769**	0.605**	0.518**	0.797**	1
	中性磷酸酶 Neutral phosphatase	0.738**	0.757**	0.532**	0.444**	0.779**	0.755**	1
2018年小麦季 Wheat season 2018	有机碳 Organic carbon	1
	土壤全氮 Total nitrogen	0.785**	1
	SMBC	0.767**	0.903**	1
	SMBN	0.683**	0.849**	0.919**	1
	脲酶 Urease	0.658**	0.616**	0.598**	0.500**	1
	蔗糖酶 Invertase	0.807**	0.899**	0.817**	0.779**	0.691**	1
	中性磷酸酶 Neutral phosphatase	0.861**	0.750**	0.677**	0.645**	0.507**	0.795**	1

* Represented significant correlation（P<0.05）,** Represented extremely significant correlation（P<0.01）
*表示显著相关（P<0.05）,**表示极显著相关（P<0.01）

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2.6 播量和氮肥互作对作物产量及地上部氮积累量的影响

如图12所示,在2017年小麦季和2017年玉米季中,各处理产量差异均不显著,但是随着试验周期延长,到2018年玉米季,T3处理显著高于其他处理,比CK增加了30.83%。

图12

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图12不同处理不同时期作物产量

Fig. 12The crop yield under different treatments in different crop seasons

如图13所示,2017年小麦季中,各处理地上部氮素积累量差异不显著,在2017年玉米季中T2的地上部积累量最多,为374.31 kg?hm^-2,显著高于T3。而在2018年小麦季中,T3的地上部氮素积累量达到最大,为322.30 kg?hm^-2,显著高于T1。总之,减氮处理可提高地上部氮素积累量。

图13

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图13不同处理不同时期作物地上部氮素积累量

Fig. 13The above-ground nitrogen accumulation under different treatments in different crop seasons

3 讨论

3.1 播量和氮肥互作与微生物量碳、氮

土壤微生物量氮综合体现了土壤微生物对氮素的矿化与固持作用,对土壤氮的供应、氮素的循环与转化具有重要作用^[25,26]。微生物生物量碳是土壤养分转化的活性源或库,可反映土壤有效养分状况和生物活性的变化^[27],是评价土壤肥力和质量的重要指标^[28]。有研究认为,施氮量是影响微生物量碳、氮的主要因素,适量施用氮肥能有效提高土壤微生物量碳、氮含量,但过量施用氮肥反而会降低土壤微生物量氮含量^[29]。还有研究认为,土壤微生物量氮含量与土壤的供氮水平关系密切,土壤含氮量高可提高微生物对氮的固持,从而提高土壤微生物量氮含量,但并不是土壤中氮含量越高微生物量氮也越高^[30]。WANG等^[31]通过meta分析综合研究发现氮素施用会降低土壤微生物量和多样性。LI等^[32]研究发现氮素有效性直接决定了土壤碳及其激发效应和土壤微生物量大小,且不同生态类型反应不同。符鲜等^[33]研究表明,小麦最佳施肥量为165.9—187.5 kg?hm^-2,玉米最佳施肥量为227.5—287.9 kg?hm^-2,施用此施肥量可显著增加土壤微生物量碳、氮含量。本试验研究表明,2017和2018年小麦季相对施氮量高的处理微生物量碳、氮含量较高。2017年玉米季也有类似趋势,在小麦季施氮量较高的处理,其微生物量碳氮含量在后续的玉米季也较高。这与门倩等^[34]的研究结果类似,造成土壤微生物量增加的原因也可能是因为原有土壤有机质的进一步分解引起（利用土壤腐殖质所含能源和养分）^[35]以及秸秆添加增加环境可利用氮素含量^[36]。

3.2 播量和氮肥互作与有机碳、全氮含量

土壤碳氮是农业生态系统中最关键的两大元素,碳氮循环在维持农田生态系统的稳定性,提高土壤生产力和改善土壤环境中扮演着重要的角色^[37]。李文西等^[38]研究表明,氮肥使用量的增加对土壤有机碳影响较小。而ZANG等^[39]认为氮肥施用,特别是根际氮肥有效性减少了土壤微生物量,造成根际负激发效应,促进了根际碳累积。KAY等^[40]认为,表层土壤具有较高的有机碳含量,比深层土壤具有更高的稳定性。俞华林等^[41]研究表明土壤全氮含量和有机碳含量随施氮量增加而增加,当施氮量超过140 kg?hm^-2,土壤全氮不再随施氮量增加而显著增加,土壤有机碳含量随施氮量增加而降低。在陈思怿^[42]等研究发现种植密度为200万株·hm^-2时,土壤的有机碳、全氮含量达到最高值。也有研究表明,施氮肥可以增加土壤全氮、土壤碱解氮含量^[43],在减少施氮量的前提下,提高种植密度可以促进小麦对深层土壤氮素的吸收,减少土壤氮素残留量^[44,45]。同时种植密度越高,土壤持有有机体总量增加,氮肥及有机肥含量越多^[46,47]。在通过小麦秸秆还田后,对后茬作物玉米能够促进土壤微生物的增殖,使土壤微生物量氮的含量增加。而土壤微生物量氮的矿化速率较高^[48],在土壤中很快发生矿化作用而释放出有效态氮,从而有利于提高土壤氮素活性^[49]。本试验玉米季土壤氮素较前茬作物成熟期相比增加不显著,原因可能是因为种植年限较短,需进一步探究。增加种植密度是提高地上部氮素积累量的重要栽培措施,但超过一定量后,地上部氮素积累量不再升高甚至降低。ARDUINI等^[50]研究表明,小麦种植密度从200万株/hm²增至400万株/hm²时,虽然植株氮含量下降,但干物质积累量显著增加,地上部氮素积累量达到最高。石祖梁等^[51]研究认为随种植密度的增加,小麦氮素积累量呈先增后降的趋势,以种植密度为225万株/hm²最高。在张娟等^[52]研究中,在不施氮和施氮肥条件下,小麦地上部氮素积累量均随种植密度水平的提高而增加,种植密度最高为240万株/hm²。本研究发现,2017年小麦季,在0—20 cm土层中,常规播量+减氮20%对有机碳增加较多,这与前人研究结果有所不同,前人研究表明,增加种植密度有利于固碳^[53],但是减氮并不能显著影响有机碳的含量^[54]。这可能是由于减施一定量的氮肥促进了作物地上部及根系的生长,大量的根系分泌物进入土壤,使土壤活性有机碳含量增加^[55]。2017年玉米和2018年小麦,减氮对有机碳影响效果最好。2017年小麦的全氮含量变化不明显,2017年玉米和2018年小麦,常规播量+常规施氮肥的全氮含量最高,这与肖小平等^[10]研究结果类似,氮肥与播量互作对全氮影响尚不明显。2017年小麦季的地上部氮素积累量变化不明显,但到了玉米季却显现出增播30%+减氮20%提高了地上部氮素积累量,这主要是由于干物质积累量的增加引起的。2018年小麦季减氮处理增加了地上部氮素积累量,这与前人研究结果类似,原因是减施氮肥有利于氮素利用效率的改善。通过增加种植密度提高的氮素吸收能力在一定程度上弥补了氮肥施用量降低导致的小麦氮素积累量的减少。

3.3 播量和氮肥互作与土壤酶活性

脲酶是促进尿素氮素转化的关键酶,是其进行酶促反应的直接底物,但当底物含量过多时,产生的氨化物会进行负反馈调节,抑制脲酶活性^[56]。前人研究表明,施氮处理土壤酶活性较缺氮处理显著提高^[57],还有研究表明,当小麦种植密度为200万株/hm²时可以增加土壤酶活性^[42]。若氮肥适量,土壤中NPK养分比例适宜,植株收获盛期会平衡吸收NPK养分,供需平衡使磷酸酶消耗后能得到补充,因此,适量减少氮肥有利于磷酸酶活性提高。蔗糖酶主要参与多糖分解,为植物生长提供必要的碳源,施入有机肥会增加土壤有机质,提高蔗糖酶活性^[58]。蔗糖酶活性与氮素有显著相关性,高氮低氮均抑制其活性,只有当水氮协调时蔗糖酶活性才最高^[59]。综上所述,适宜施氮肥水平有利于土壤酶活性的提高。本研究表明,2017年小麦季,在0—20 cm土层中,常规播量+减氮20%对土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性增加较为明显。2017年玉米的土壤酶活性与2017小麦大致相同。在20—30 cm土层的土壤酶活性变化规律不明显,这可能由于本研究采用旋耕处理,秸秆还田与基肥主要集中在土壤表层^[60],因此对较深土层中的土壤酶活性影响变化不大。2018年常规播量+减氮20%提高了中性磷酸酶活性,这与吴昕怡^[61]的研究结果类似。本研究表明,2018年小麦季0—30 cm土层增播30%+常规施氮对土壤脲酶活性、蔗糖酶活性影响较好,主要是因为增加种植密度降低了小麦根际土壤pH值,pH值的降低致使根区酸化,从而增加土壤养分的吸收和利用及土壤酶活性。

4 结论

通过两年试验表明,减氮以及小麦增播减氮降低了不同季度、不同土层土壤中微生物量碳氮、土壤全氮的含量,增加了不同土层土壤有机碳含量,提升了土壤酶活性,提高了土壤生物活性,加速了土壤有机碳的周转率;此外,减氮处理降低了土壤中微生物熵、微生物量氮/土壤全氮比、微生物量碳/氮比,提高了作物地上部氮素积累量;而适当的增播对土壤酶活性以及微生物碳氮效果不显著,但提高了土壤中微生物熵、微生物量氮/土壤全氮比、微生物量碳/氮比,提高了土壤中的生物产量、土壤微生物量以及有机质的转化率。且随着试验时间的增加,土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮、土壤酶活性之间存在明显的相关关系。随着试验年限增加,尽管常规播量+减氮20%处理下微生物碳氮、全氮并非处理间最高,但有机碳、土壤酶活性均表现为各处理中最优,且与常规播量+常规施氮处理相比表现出明显的优势。从综合角度考虑,常规播量+减氮20%的组合达到了氮肥高效利用与作物的增产增效的目标。

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以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验为平台，研究了不同土地利用和施肥方式对土壤酶活性和相关肥力因子的影响，结果表明，种植苜蓿和土地休闲两种方式与裸地相比脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性、土壤全碳、全氮含量和碱解氮、速效磷、速效钾含量均显著增加。其中，脲酶活性增加了24.5%和25.0%，转化酶活性增加了18.4%和18.9%，磷酸酶活性增加了54.6%和50.4%，过氧化氢酶活性增加了8.52%和59.3%，土壤全碳、全氮含量分别增加了13.8%、13.0%和36.8%、33.7%，但苜蓿和休闲两种方式间无显著差异。不同施肥方式相比，土壤酶活性、土壤全碳、全氮含量及土壤养分含量相差显著，其高低顺序为：NPKOM （氮磷钾肥＋有机肥）＞NPKST （氮磷钾肥＋秸秆）＞NPK（氮磷钾肥）＞CK （无肥）；施肥，特别是有机肥，显著提高了土壤酶活性，使土壤全碳、全氮、有效养分含量显著增加。表明黑土经自然恢复和人工恢复及施肥后土壤肥力提高，土壤质量得到改善。

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在高肥力土壤条件下,研究了施氮量对土壤无机氮分布和微生物量氮含量及小麦产量的影响。结果表明,小麦生长期间,施氮处理0—100.cm土层硝态氮积累量显著大于不施氮处理;当施氮量大于150.kg/hm2时,随施氮量增加,0—100.cm土层硝态氮积累量显著增加;随小麦生育进程推进,施氮处理上层土壤硝态氮下移趋势明显,至小麦成熟时,施氮1952～85.kg/hm2处理60—100.cm土层硝态氮含量显著大于其它处理。小麦生长期间,0—100.cm土层铵态氮积累量较为稳定,施氮处理间亦无显著差异。与不施氮肥相比,施氮提高小麦生长期间0—40.cm土层土壤微生物量氮含量;当施氮量小于240.kg/hm2时,随施氮量增加,土壤微生物量氮含量增加。小麦的氮肥利用率随施氮量增加而降低;施氮1051～95.kg/hm2,收获时小麦植株吸氮量、生物产量、子粒产量和子粒蛋白质含量提高;而施氮量大于240.kg/hm2时,小麦生育后期的氮素积累量降低,收获时植株吸氮量、生物产量和子粒蛋白质含量降低。说明本试验条件下,施氮1051～50.kg/hm2可满足当季小麦氮素吸收利用,获得较高的子粒产量和蛋白质含量。继续增加施氮量,土壤微生物量氮含量增加,但土壤中残留大量硝态氮,易淋溶损失。

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【目的】在黄淮冬麦区，研究施氮量对旱地小麦氮素利用规律的影响，为该区旱地小麦合理的氮肥运筹提供理论依据。【方法】于2009—2010和2010—2011两个小麦生长季，在大田条件下设置6个施氮量处理（0、90、120、150、180和210 kg•hm-2），研究施氮量对旱地小麦氮素吸收转运和土壤硝态氮含量的影响。【结果】在150 kg•hm-2及以下的处理增加施氮量，小麦各生育时期植株氮素积累量、成熟期籽粒氮素积累量、开花前吸收氮素向籽粒的转运量和开花后氮素吸收量显著增加；在150 kg•hm-2基础上增加施氮量，小麦各生育时期植株氮素积累量、开花前吸收氮素向籽粒的转运量和开花后氮素吸收量与150 kg•hm-2处理无显著差异，成熟期籽粒氮素积累量及分配比例降低，营养器官氮素积累量及分配比例升高。施氮量为180 kg•hm-2和210 kg•hm-2，成熟期0—140 cm土层土壤硝态氮含量显著高于150 kg•hm-2处理，深层土壤硝态氮含量增加。施氮150 kg•hm-2处理小麦籽粒产量最高，氮素利用效率和氮肥生产效率较高。【结论】本试验条件下，施氮量为150 kg•hm-2，是兼顾产量和氮肥利用效率的适宜施氮量。

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以塿土为研究对象，探讨不同有机无机肥料配比对土壤酶活性和作物产量的影响。结果表明，不同有机无机肥料配比条件下，蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的动态变化特征没有明显改变；但对蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的影响显著，显著影响小麦干物质量和子粒产量。2/3CN+3/5OM处理蔗糖酶活性最高，达29.51 mg/g，分别比3/3CN、3/3CN+1/5OM、1/3CN+5/5OM和5/5OM处理提高33%、32%、89%和146%；2/3CN+3/5OM处理脲酶活性最高为0.75 mg/g，与其余处理差异达显著水平。2/3CN+3/5OM处理碱性磷酸酶活性则与其它处理差异不显著；但小麦子粒产量为5.7 t/hm2，比其它处理分别提高22%、18%、27%和45%。

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土壤生物活性有机碳库 (C0)的大小和周转可以指示土壤供应养分的能力以及养分的循环状况。对浙江省 11个土壤的研究表明 ,生物活性有机碳库的变化幅度为 184.87～ 3022.41mg/kg ,占土壤总有机碳的2.91%～8.94% ,生物活性有机碳库的周转速率k为0.0070～0.0199d-1。C0与土壤总有机碳、全氮、有效氮、CEC、重铬酸钾易氧化有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮、水溶性有机碳、热水提取有机碳、轻组有机碳都呈显著性正相关 ,k与这些指标均无相关性。C0与重铬酸钾易氧化有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮、水溶性有机碳、热水提取有机碳、轻组有机碳占土壤总有机碳的百分比均无相关性 ,k只与水溶性有机碳占土壤总有机碳的百分比呈显著性正相关 (R2=0.4684 ,P<0.025)。水溶性有机碳占土壤总有机碳的百分比是表征土壤生物活性有机碳库周转的较好指标。

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通过盆栽试验，研究了不同氮肥水平下“薄、浅、湿、晒”灌溉对水稻拔节期、孕穗期和乳熟期土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）、硝化细菌和反硝化细菌数量和酶活性的影响，以探讨该灌溉方式下土壤微生物活性变化规律。试验设2 种灌水方式，即常规灌溉（CIR）和“薄、浅、湿、晒”灌溉（TIR）； 3种氮肥水平，即低氮（N 0.10 g/kg）、中氮（N 0.15 g/kg）和高氮（N 0.2 g/kg）。结果表明，与CIR处理相比，TIR处理土壤MBC增加13%~240%，而土壤MBN减少6.5%~47.3%；高氮水平时3个时期TIR处理土壤硝化细菌有所增加，反硝化细菌拔节期和孕穗期降低12.1%~61.2%，而乳熟期增加0.7~3.0倍；中、低氮水平时孕穗期TIR处理土壤硝酸还原酶活性分别降低63.8%和43.3%。与低氮水平相比，中氮水平可以增加土壤MBC、 MBN、硝化细菌和反硝化细菌数量以及过氧化氢酶、脲酶和转化酶活性，而高氮水平则降低土壤MBN，以及过氧化氢酶、脲酶和硝酸还原酶活性。可见，中等氮肥水平下“薄、浅、湿、晒”灌溉方式能有效提高稻田土壤微生物量碳和过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性。

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利用４年苏丹草与黑麦草轮作种植定位试验研究氮肥用量对饲草产量、饲草氮碳积累及土壤全氮、有机碳的影响。结果表明，随着氮肥用量的增加，４个年度的饲草总产量也随之增加，与Ｎ０处理（不施氮肥）相比，Ｎ１处理（两季共施Ｎ３３７．５ｋｇ／ｈｍ２）分别增加２４３．５％，２３４．０％，１５３．６％和１２７．０％，Ｎ２处理（两季共施Ｎ６７５ｋｇ／ｈｍ２）分别增加３１３．１％，３３９．９％，２３１．７％和２２２．８％。增施氮肥可以促进饲草的Ｎ、Ｃ积累，Ｎ１、Ｎ２处理的总Ｎ、Ｃ积累分别比Ｎ０处理增加１３４．７％，２６１．９％与１１０．２％，１８１．５％。轮作体系下，随着苏丹草、黑麦草不断种植，Ｎ１、Ｎ２处理的土壤全氮均上升，且显著正相关，而Ｎ０处理基本稳定；Ｎ０、Ｎ１、Ｎ２处理的土壤有机碳均上升，且显著正相关；与种植前相比，Ｎ１、Ｎ２处理的土壤Ｃ／Ｎ变化不大，而Ｎ０处理的土壤Ｃ／Ｎ明显上升。

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在甘肃省石羊河流域绿洲灌区，研究不同灌溉量和施氮量对留茬免耕春小麦收后０～３０ｃｍ土层土壤有机碳、土壤全氮和土壤碳氮比的影响。结果表明，在０～１４０ｋｇ／ｈｍ２ 施氮范围，土壤全氮和有机碳含量增施氮肥均明显增加，当施氮量超过１４０ｋｇ／ｈｍ２ 时，土壤有机碳随施氮量增加而降低，土壤全氮含量无明显变化。就平均施氮水平而言，土壤全氮和有机碳含量随灌溉量增加呈先升高后下降的趋势，适量灌溉（节水２０％灌溉）促进土壤氮和碳的矿化速率，从而增加全氮和有机碳含量，但少量或过量灌溉降低土壤氮和碳的矿化速率，同时增加土壤氮和碳的损失，导致节水２０％灌溉的土壤全氮含量（０．９ｇ／ｋｇ）和有机碳含量（１４．２２ｇ／ｋｇ）最高。就各灌溉水平平均值而言，当施氮达到２２１ｋｇ／ｈｍ２，春小麦籽粒产量（６３６５ｋｇ／ｈｍ２）达到最大值，春小麦籽粒产量随灌溉量增加而增加。

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2011—2013小麦季，在大田条件下设置2个氮肥水平(180和240 kg N·hm-2)和3个种植密度(135、270和405万·hm-2)，并将15N尿素分别标记在20、60和100 cm土层处，研究种植密度-施氮互作对小麦吸收、利用土壤氮素及硝态氮残留量的影响.结果表明：种植密度从135万·hm-2增加至405万·hm-2，小麦在20、60和100 cm土层的15N吸收量分别增加1.86、2.28和2.51 kg·hm-2，地上部氮素积累量和吸收效率分别提高12.6%和12.6%，氮素利用效率降低5.4%；施氮量由240 kg N·hm-2降至180 kg N·hm-2，小麦在20、60 cm土层的15N吸收量分别降低4.11和1.21 kg·hm-2，在100 cm土层的15N吸收量增加1.02 kg·hm-2，地上部氮素积累量平均降低13.5%，氮素吸收效率和利用效率分别提高9.4%和12.2%.施氮180 kg N·hm-2+种植密度为405万·hm-2处理与施氮240 kg N·hm-2+种植密度为270或405万·hm-2处理相比，其籽粒产量无显著差异，深层土壤氮素的吸收量显著提高，氮素吸收效率和利用效率分别提高13.4%和11.9%，0～200 cm土层的硝态氮积累量及100～200 cm土层硝态氮分布比例降低.在适当降低氮肥用量条件下,通过增加种植密度可以促进小麦吸收深层土壤氮素，减少土壤氮素残留,并保持较高的产量水平.

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以20年塿土小麦–玉米轮作体系长期肥料定位试验为平台，探讨不同施肥模式下土壤化学肥力要素、微生物量碳氮及酶活性的响应。试验包括不施肥（CK）、单施氮肥（N）、氮磷（NP）、磷钾（PK）、氮磷钾（NPK）、NPK+秸秆（SNPK）以及不同量有机肥+NPK（M1NPK、M2NPK）等8种施肥模式。结果表明，与CK相比，长期施用NP提高土壤有机碳含量达34.0%、全氮34.0%、全磷58.5%、速效磷608.9%、微生物量碳23.3%、微生物量氮54.0%、蔗糖酶53.9%、脲酶132.6%、碱性磷酸酶29.9%以及脱氢酶40.9%。长期施用NPK与NP效果相似，钾素效果甚微。作物秸秆还田配合氮磷钾化肥与氮磷钾相比没有明显影响土壤有机碳、氮和磷水平，但是显著提高微生物量碳的含量（29.5%）、碱性磷酸酶（23.0%）和脱氢酶（26.9%）的活性。有机肥配合氮磷钾与其它施肥处理相比，显著提升土壤化学肥力要素、微生物量碳氮和酶活性，特别是引起了磷素的大量富集（速效磷含量大于150 mg/kg）。因此，塿土不施有机物情况下，氮磷配合可以提高土壤化学和生物肥力，作物秸秆还田配合氮磷钾化肥的培肥效果优于氮磷钾化肥配合，而合理的有机无机肥配合是塿土提升化学肥力和保证生物健康的最佳施肥模式。

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采用2水平灌水量(4541.0和2270.6 m3/hm2)×3水平氮肥追施量(747.4、373.9 kg/hm2和0)，以番茄品种Skala为试材，研究了不同水、氮供应水平对日光温室越冬栽培番茄土壤中脲酶、蔗糖酶、磷酸酶等活性及细菌、放线菌、真菌等微生物数量的影响。结果表明：高灌水(4541.0 m3/hm2)或高施氮量(747.4 kg/hm2)可显著降低土壤脲酶和磷酸酶活性；水、氮协调供应有利于土壤蔗糖酶活性和土壤微生物数量的提高；通过多目标评价，在该试验条件下，当灌水量4541.0 m3/hm2、氮肥追施量373.9 kg/hm2可获得最优的土壤生物环境。

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