李 娜, 寧堂原,3,*, 崔正勇, 田慎重, 郭利偉, 李增嘉, 韓惠芳, 劉 軼

1 山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室,山東省作物生物學重點實驗室, 泰安 271018 2 山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)部作物水分生理與抗旱種質(zhì)改良重點實驗室, 泰安 271018 3 山東農(nóng)業(yè)大學國家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心, 泰安 271018

深松與包膜尿素對玉米田土壤氮素轉(zhuǎn)化及利用的影響

李 娜1,2, 寧堂原1,2,3,*, 崔正勇1, 2, 田慎重1,2, 郭利偉1,2, 李增嘉1,2, 韓惠芳1,2, 劉 軼1,2

1 山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室,山東省作物生物學重點實驗室, 泰安 271018 2 山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)部作物水分生理與抗旱種質(zhì)改良重點實驗室, 泰安 271018 3 山東農(nóng)業(yè)大學國家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心, 泰安 271018

耕作方式和氮肥施用是影響土壤中氮肥轉(zhuǎn)化、利用效率和作物產(chǎn)量的重要因素。通過夏玉米田的2a(2011—2012)定位試驗，研究了兩種耕作方式(深松、旋耕)配合不同尿素類型(包膜尿素、普通尿素)的施用對玉米田土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量、脲酶活性、硝化細菌和反硝化細菌數(shù)量、玉米產(chǎn)量以及氮肥農(nóng)學效率的影響。研究結(jié)果表明：相同耕作方式下，包膜尿素處理土壤中脲酶活性較穩(wěn)定，且增加了旱田土壤亞硝酸細菌數(shù)量而降低了反硝化細菌數(shù)量，有利于土壤硝態(tài)氮含量的提高，尤其是作物生長的中后期；包膜尿素處理的產(chǎn)量比普通尿素提高7.25%—10.82%，同時提高氮肥農(nóng)學效率。深松處理增加了土壤中的反硝化細菌數(shù)量，配合施用包膜尿素進一步提高了土壤脲酶活性，增加了亞硝酸細菌數(shù)量；旋耕與包膜尿素配合施用在一段時期內(nèi)能顯著增加土壤硝態(tài)氮含量，減少反硝化細菌數(shù)量。深松配合包膜尿素處理能夠顯著的增加玉米產(chǎn)量，2a分別比旋耕配合包膜尿素增加1.41%和10.62%。因此，深松措施配合施用包膜尿素能夠增強土壤脲酶活性，增加亞硝酸細菌數(shù)量，提高氮素轉(zhuǎn)化速率，增加作物產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學效率，其穩(wěn)產(chǎn)效果在干旱年份尤為顯著。

玉米; 包膜尿素; 深松; 氮素轉(zhuǎn)化; 產(chǎn)量

我國是糧食大國，也是人口大國，糧食安全問題一直備受關(guān)注。氮肥為糧食產(chǎn)量的提高提供了巨大動力，但氮肥施用過量或施用方式不當，不僅會降低氮肥的利用效率，還會降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并導致環(huán)境污染。Zhu等[1]研究認為，中國干旱、半干旱地區(qū)，通過淋溶和徑流損失的氮素約占施氮量的2%—5%，以氣態(tài)形式損失的氮素占總損失量的30%—50%。土壤氮素轉(zhuǎn)化不僅是作物生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一，也是評價土壤質(zhì)量的重要指標，微生物在其轉(zhuǎn)化過程中起主導作用，其中硝化作用和反硝化作用是造成氮素損失的重要途徑[2]，其產(chǎn)物N2O還是一種重要溫室氣體[3-4]。

施用肥料不僅影響土壤細菌的數(shù)量，也影響其活性、群體結(jié)構(gòu)和多樣性[5]。肥力水平高低將影響硝化作用[6]和反硝化作用[7]的強弱。酰胺態(tài)氮可以促進根際氨化細菌、反硝化細菌和脲酶等活性[8]。施用控釋尿素是提高氮肥利用效率和作物產(chǎn)量的重要途徑[9]，可以提高土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和多種土壤酶活性[10]，同時能降低水田土壤的硝化-反硝化作用和土壤氨氧化[11]。同時，深松也是提高作物產(chǎn)量[12-13]的一項有效措施，可以打破犁底層，改變土壤通氣性，提高土壤蓄水能力[12,14]，增加作物根深[15]，提高根系活性[16]，從而影響微生物活性[17]和有機質(zhì)氧化分解。可見，前人研究主要集中于氮肥對土壤氮素轉(zhuǎn)化的整體作用，而對于包膜尿素、深松及其相互作用對旱田土壤氮素轉(zhuǎn)化動態(tài)變化和作物產(chǎn)量的影響尚缺乏關(guān)注。本文通過田間試驗，研究深松配合包膜尿素施用條件下旱田土壤無機氮含量、脲酶活性、反硝化細菌和亞硝酸細菌數(shù)量等氮素轉(zhuǎn)化過程的動態(tài)變化，分析深松配合包膜尿素對玉米氮素利用的影響，為提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設(shè)計

試驗于2011—2012年在山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學實驗站(36.16° N，117.15° E)進行，試驗地點屬于溫帶大陸性季風氣候。2011年夏玉米生育期降水總量為606.2 mm，平均氣溫23.3 ℃；2012年夏玉米生育期降水總量為337.1 mm，平均溫度為24.1 ℃。供試材料為鄭單958。試驗田土壤為棕壤土，0—20 cm土壤養(yǎng)分含量為：有機質(zhì)12.9 g/kg，全氮1.0 g/kg，堿解氮89.8 mg/kg，速效磷52.6 mg/kg，速效鉀88.9 mg/kg。

試驗設(shè)兩種耕作方式，分別為深松(S)和旋耕(R)，深松耕作深度約為35—40 cm，旋耕耕作深度約為10—15 cm；每個耕作方式下設(shè)3個尿素處理，分別為基施普通尿素(U)225 kg N/hm2，基施包膜尿素(C)225 kg N/hm2和氮素空白處理(N0)。包膜尿素為樹脂包膜尿素，含氮量43.5%，由山東農(nóng)業(yè)大學研制、山東金正大生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn)，60 d肥料釋放率為80%左右；普通尿素N質(zhì)量分數(shù)為46.6%。

小區(qū)面積4 m×25 m，隨機排列。前茬作物為冬小麥，收獲后秸稈全部滅茬還田。夏玉米分別于2011年6月21日和2012年于6月19日播種，種植密度為67500株/hm2。各處理均按P2O5150 kg/hm2和 K2O 150 kg/hm2施磷鉀肥，全部在旋耕前撒施。氮肥于播種時溝施，種距5 cm，施肥深度5—7 cm，其余管理同一般高產(chǎn)田。玉米兩年均于10月初收獲。

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 土壤無機氮含量及脲酶活性的測定

2011年樣品采集工作從8月中旬玉米開花期開始，平均每10 d一次至收獲期，主要針對夏玉米生育后期。2012年樣品采集工作從玉米苗期至收獲期，分別為：苗期(三葉期)、拔節(jié)期、小口期、大口期、開花期、灌漿期和收獲期。用土鉆分別取0—10、10—20、20—30和30—40 cm土層土樣；每處理選取4個位點采集土樣，其中兩鉆取自于肥料行，另兩鉆取自于非肥料行。取土后立即過2 mm篩，以去除土中雜質(zhì)及包膜尿素。所取土樣用以測定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和脲酶活性，分別采用紫外分光光度法、靛酚藍比色法[18]和靛酚比色法。

1.2.2 0—20 cm土層反硝化細菌數(shù)量與亞硝酸細菌數(shù)量的測定與計數(shù)

樣品采集時間分別為2012年玉米苗期(三葉期)、小口期、開花期、花后30 d和收獲期。用土鉆取0—20 cm土層土樣，去除雜質(zhì)和包膜尿素后，參照MPN稀釋法[19]進行室內(nèi)培養(yǎng)：亞硝酸細菌設(shè)10-2—10-54個土壤溶液稀釋度，反硝化細菌設(shè)10-4—10-85個溶液稀釋度，每個濃度均設(shè)4次重復，并于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)10 d后，亞硝酸細菌用格林試劑鑒定，反硝化細菌用二苯胺、格林試劑和萘氏試劑鑒定，最后用最大或然計數(shù)法計算細菌數(shù)量。

1.2.3 氮肥農(nóng)學效率(AEN)的計算公式為：

AEN=(Y-Y0)/F

式中,Y為施氮肥后作物產(chǎn)量(kg/hm2)；Y0為沒有施氮肥的作物產(chǎn)量(kg/hm2)；F為氮肥的投入量(kg/hm2)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007和PASW Statistics 18.0數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理和差異顯著性分析(Duncan)，利用Microsoft Excel 2007和SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理0—40 cm土壤氮素轉(zhuǎn)化過程的變化動態(tài)

2.1.1 不同處理0—40 cm土壤銨態(tài)氮含量的變化動態(tài)

由圖1所示，2011年夏玉米開花期至收獲期，各處理土壤銨態(tài)氮含量較低。相同耕作方式下不同尿素處理銨態(tài)氮含量為C﹥U﹥N0；相同尿素處理不同耕作方式處理間比較，表現(xiàn)為S﹥R(C處理開花期除外)。2012年夏玉米苗期至收獲期，不同處理之間土壤銨態(tài)氮含量差異較大：在相同耕作方式下，施用尿素會增加土壤中的銨態(tài)氮含量，但其含量隨玉米生育時期的推進而下降，其中C處理下的銨態(tài)氮含量高于U(R處理苗期除外)。C處理的銨態(tài)氮含量在不同耕作方式下有較大的差異，除花后30 d外，CR均顯著高于CS處理。表1示出，除耕作方式在2011年花后10 d和尿素因素在2012年花后30 d分別對土壤銨態(tài)氮含量影響顯著外，其它時期均沒有達到顯著水平，但二者的交互作用對土壤銨態(tài)氮的影響在各時期均達到顯著或極顯著水平。

圖1 不同處理0—40 cm土層銨態(tài)氮含量Fig.N0R: 旋耕+氮素空白 Rotary tillage and zero N treatment; UR: 旋耕+普通尿素 Rotary tillage and conventional urea treatment; CR: 旋耕+包膜尿素 Rotary tillage and polycoated urea treatment; N0S: 深松+氮素空白 Subsoiling and zero N treatment; US: 深松+普通尿素 Subsoiling and conventional urea treatment；CS: 深松+包膜尿素 Subsoiling and polycoated urea treatment

2.1.2 不同處理0—40 cm土壤硝態(tài)氮含量的變化動態(tài)

由圖2可以看出，相同耕作方式下，2011年夏玉米生長后期U處理的硝態(tài)氮含量略高于N0處理，而C處理高于U和N0處理(S處理花后40 d除外)，尤其在開花期和花后10 d，CR處理顯著高于其他處理。2012年，N0處理的硝態(tài)氮含量以苗期最高，然后迅速下降，小口期之后基本穩(wěn)定；U處理的硝態(tài)氮含量亦在苗期達到最高值，但持續(xù)時間較短，至玉米開花期時，US與UR處理的硝態(tài)氮分別降至8.34和7.69 mg/kg；C處理的土壤硝態(tài)氮除苗期以外，均高于U處理。相同尿素類型條件下，玉米拔節(jié)期至花后15 d土壤中硝態(tài)氮含量以R處理較高，但花后15 d之后以S處理的含量較高。2012年玉米小口期和開花期，尿素因素對土壤硝態(tài)氮含量的影響達到顯著水平，耕作方式與尿素的交互作用在玉米各時期均達到顯著或極顯著水平(表1)。

圖2 不同處理0—40 cm土層硝態(tài)氮含量Fig.

2.1.3 不同處理0—40 cm土壤脲酶活性的變化動態(tài)

表1 氮肥不同耕作方式與氮肥因素對土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量、脲酶活性及亞硝酸細菌和反硝化細菌數(shù)量的方差分析(P)

圖3 不同處理0—40 cm土層土壤脲酶活性Fig.3 Soil urease activity in the 0—40 cm layers under different treatments

2.1.4 不同耕作方式和尿素處理對0—20 cm土層反硝化細菌數(shù)量的影響

不同生育時期耕作方式和尿素因素的交互作用對0—20 cm土層反硝化細菌數(shù)量的影響均達到顯著水平(表1)。不同耕作方式之間的比較(圖4)，N0R處理的反硝化細菌數(shù)量隨生育時期的推進逐漸增加，于灌漿期達到最大值，收獲期下降；N0S處理則在苗期即有較高的數(shù)量水平，但拔節(jié)期較低，之后逐漸升高至收獲期；且N0S處理的反硝化細菌數(shù)量均顯著高于N0R處理(P﹤0.05)。UR處理的反硝化細菌數(shù)量的高峰出現(xiàn)在小口期，之后逐漸降低，但數(shù)量在收獲期又明顯增加；而US處理的反硝化細菌數(shù)量高峰出現(xiàn)在苗期，之后逐漸降低；C處理，反硝化細菌數(shù)量在兩種耕作方式中的變化均呈“V”型，但變化的轉(zhuǎn)折點所出現(xiàn)的時間不同：CR處理反硝化細菌數(shù)量在小口期下降至最低水平，而CS處理的最低值出現(xiàn)在開花期。

圖4 不同取樣時間0—20 cm土層土壤反硝化細菌數(shù)量的變化趨勢Fig.4 Soil denitrifying bacteria numbers with 0—20 cm layers at different sampling time小寫字母不同表示差異達到5%的顯著水平

施用尿素與否以及尿素的類型對反硝化細菌數(shù)量均有影響(圖4)。相同耕作方式下，N0處理的反硝化細菌數(shù)量雖然在苗期和小口期顯著低于U處理，但在個別時期的數(shù)量甚至超過了U或C處理。除花后30 d CR﹥UR和成熟期CS﹥US、CR≈UR外，其余各取樣時期U處理土壤中的反硝化細菌數(shù)量均顯著高于C處理(P﹤0.05)。

2.1.5 不同耕作方式和尿素類型對土壤0—20 cm亞硝酸細菌數(shù)量的影響

參與土壤硝化作用的細菌一般分為亞硝酸細菌和硝酸細菌，兩種細菌參與的兩個過程是連續(xù)進行的，由于土壤中很少有亞硝酸鹽的積累，所以測定亞硝酸細菌的數(shù)量即能說明硝化細菌數(shù)量的多少[19]。

不同生育時期耕作方式和尿素因素的交互作用對0—20 cm土層亞硝酸細菌數(shù)量的影響也均達到顯著水平(表1)。由圖5可以看出，從苗期至收獲期，N0處理在兩種耕作方式下土壤亞硝酸細菌數(shù)量總體趨勢均為：高-低-高，苗期的數(shù)量值最高，然后逐漸下降，0R和0S處理分別于開花期和灌漿期達到最低值，之后小幅上升。U處理的亞硝酸細菌數(shù)量與N0處理的變化趨勢基本一致，但數(shù)量顯著高于后者(S處理收獲期除外)。C處理的亞硝酸細菌隨生育期的推進波動較大：CR處理亞硝酸細菌數(shù)量在小口期迅速上升并達到峰值，之后下降且變化趨勢及數(shù)量同UR處理基本一致；而CS處理的亞硝酸細菌數(shù)量從苗期逐漸上升至開花期，花后30 d迅速下降，之后略有上升。CS和CR兩處理土壤中亞硝酸細菌數(shù)量整體上表現(xiàn)為CS﹥CR(平均值分別為7693.1和5636.6 cfu/g)。S條件下，除苗期外，土壤亞硝酸細菌數(shù)量均表現(xiàn)為C﹥U(P﹤0.05)；而R條件下則無此趨勢，說明CS處理有利于亞硝酸細菌的生長和繁殖。

圖5 不同取樣時間0—20 cm土層亞硝酸細菌數(shù)量的變化趨勢 Fig.5 Soil nitrite bacteria numbers with 0—20 cm layers at different sampling time

2.2 年際間不同耕作方式和尿素類型對夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響

2.2.1 不同耕作方式和尿素類型對夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響

由表2可以看出，年際間產(chǎn)量表現(xiàn)為2011﹥2012，2011年玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為CS≈CR﹥US﹥UR≈0S﹥0R，而2012年為CS﹥CR≈US﹥UR≈0S≈0R。盡管不同處理在年際間略有差異，但不同尿素類型對產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為C﹥U﹥N0；不同耕作方式對產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為S﹥R；CS處理能顯著提高玉米產(chǎn)量。與產(chǎn)量相似的是，AEN在2011年表現(xiàn)為CS≈CR﹥US﹥UR，2012年表現(xiàn)為CS﹥CR≈US﹥UR；相同耕作方式的條件下C處理的AEN值均顯著高于U處理，尤其是CS處理，說明包膜尿素配合適宜的耕作方式不僅能提高氮肥的農(nóng)學效率，更能加強作物的增產(chǎn)效果。

表2 夏玉米玉米產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學效率

2.2.2 耕作方式與氮肥因素及其交互作用對玉米產(chǎn)量的方差分析

由表3所示，2011年尿素因素對玉米的產(chǎn)量的影響達到極顯著水平(P﹤0.01)，而耕作方式及其與尿素因素的交互作用對產(chǎn)量的影響不顯著；2012年耕作方式和尿素因素對玉米產(chǎn)量的影響均沒有達到顯著水平，但二者的交互作用對玉米產(chǎn)量有顯著影響(P﹤0.05)。

表3 不同耕作方式與氮肥因素對玉米產(chǎn)量的方差分析

3 討論

本研究認為深松或旋耕等耕作方式由于加速了土壤氮素礦化[20]，使不施氮處理的土壤硝態(tài)氮含量有短暫升高(圖2)。相同尿素處理條件下，玉米苗期深松處理的銨態(tài)氮含量和脲酶活性均比旋耕處理低(圖1，圖3)，可能有由于深松打破了土壤犁底層，尿素分子分布相對分散，其水解速率比尿素分子相對集中的旋耕處理慢得多[21]。由于耕層土壤微生物數(shù)量最多，土壤20 cm以下，土壤微生物數(shù)量隨土層深度的增加而減少[22]，故本研究只針對0—20 cm土層進行硝化細菌和反硝化細菌數(shù)量的研究。本研究認為深松提高了土壤蓄水能力，改變了土壤通氣性，有利于玉米根系的下扎，增加了反硝化細菌的數(shù)量(圖4)。相同尿素處理條件下，深松處理的土壤中硝態(tài)氮含量在玉米苗期至花后15 d低于旋耕處理(圖2)，可能有3方面的原因：一是深松有利于作物根系生長，氮素吸收能力強，土壤中無機氮含量相對較低；二是深松打破了土壤犁底層，有增加氮素淋溶損失的風險；三是深松條件下的反硝化細菌數(shù)量高于旋耕處理，造成較多的反硝化損失(圖4)。但2012年花后15 d之后，深松處理的硝態(tài)氮含量相對于旋耕處理均有升高，可能是由于深松相較于旋耕更有利于根系的下扎和氮肥下移，加之2012年玉米生育期降水量比2011年減少44.39%，根系由于向水肥性會向土壤更深層延伸，其主要吸收活躍層的下移[23]造成耕層土壤的硝態(tài)氮含量相對偏高。

玉米小口期和開花期尿素因素對土壤硝態(tài)氮含量的影響達到顯著水平，長期施肥也可以改變細菌的活性和群落結(jié)構(gòu)[5]。本研究認為旱田施用尿素不僅增加土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，而且增加土壤中亞硝酸細菌的數(shù)量(圖5)，短期內(nèi)也能增加反硝化細菌的數(shù)量，但施肥一段時間(R處理開花期，S處理花后30 d)后，反硝化細菌數(shù)量下降甚至低于N0處理(圖4)；可能是由于施肥對反硝化細菌的影響因基因型而異[24]，隨土壤中無機氮含量的變化，導致優(yōu)勢菌的改變；也可能是因為土壤中硝態(tài)氮含量、pH值、容重等土壤環(huán)境因子與土壤反硝化細菌聯(lián)系緊密[25]，且其對反硝化細菌的影響取決于各因子的相對強弱。相同耕作方式下，與普通尿素處理相比，包膜尿素處理的脲酶活性更穩(wěn)定，增加亞硝酸細菌數(shù)量，而顯著降低了土壤中反硝化細菌數(shù)量，從而使土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量在較長時間內(nèi)保持較高水平，尤其是作物生長的中后期。這與有關(guān)研究認為包膜尿素能降低反硝化損失[26]的結(jié)果是一致的，包膜尿素由于膜層的存在，不僅使土壤無機氮含量升高，也影響根際土壤的水分[27]、pH值、以及通氣性等，造成根際微環(huán)境的變化。深松與包膜尿素的交互作用對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量、脲酶活性、以及硝化細菌和反硝化細菌數(shù)量均產(chǎn)生了顯著影響，包膜尿素配合深松比其配合旋耕，其反硝化細菌數(shù)量和亞硝酸細菌數(shù)量均高于后者。

施用包膜尿素比普通尿素能增加土壤氮素轉(zhuǎn)化效率，同時減少反硝化損失，提高土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，同時還顯著提高了玉米產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學效率。同樣，深松也是提高夏玉米產(chǎn)量的重要因素，深松能打破長期淺耕而形成的犁底層，增加土壤蓄水能力，提高根系活性，同時提高氮肥農(nóng)學效率，這與已有研究結(jié)果是一致的[13,15]。深松配合包膜尿素施用后，表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)潛力，玉米產(chǎn)量在2011年和2012年較旋耕處理分別提高1.41%和10.62%，并且顯著提高了氮肥農(nóng)學效率(表2)。說明干旱年份，深松配合包膜尿素比旋耕配合包膜尿素的增產(chǎn)效果更顯著。

[1] Zhu Z L, Chen D L. Nitrogen fertilizer use in China-Contributions to food production, impacts on the environment and best management strategies. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2002, 63(2/3): 117-127.

[2] Schloter M, Dilly O, Munch J C. Indicators for evaluating soil quality. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2003, 98(1/3): 255-262.

[3] Mathieu O, Hénault C, Lévêque J, Baujard E, Milloux M J, Andreux F. Quantifying the contribution of nitrification and denitrification to the nitrous oxide flux using15N tracers. Environmental Pollution, 2006, 144(3): 933-940.

[4] 秦曉波, 李玉娥, 石生偉, 萬運帆, 紀雄輝, 廖育林, Wang H, 劉運通, 李勇. 稻田溫室氣體排放與土壤微生物菌群的多元回歸分析. 生態(tài)學報, 2012, 32(6): 1811-1819.

[5] Enwall K, Philippot L, Hallin S. Activity and composition of the denitrifying bacterial community respond differently to long-term fertilization. Applied and Environmental Microbiology, 2005, 71(12): 8335-8343.

[6] 李良謨, 潘映華, 周秀如, 伍期途, 李振高. 太湖地區(qū)主要類型土壤的硝化作用及其影響因素. 土壤, 1987, 19(6): 289-293.

[7] 俞慎, 李振高. 稻田生態(tài)系統(tǒng)生物硝化-反硝化作用與氮素損失. 應(yīng)用生態(tài)學報, 1999, 10(5): 630-634.

[8] 熊淑萍, 車芳芳, 馬新明, 王小純, 安帥, 李燕強. 氮肥形態(tài)對冬小麥根際土壤氮素生理群活性及無機氮含量的影響. 生態(tài)學報, 2012, 32(16): 5138-5145.

[9] 王素萍, 李小坤, 魯劍巍, 李慧, 吳慶豐, 汪航, 王寅, 肖國濱, 薛欣欣, 徐正偉. 施用控釋尿素對油菜籽產(chǎn)量、氮肥利用率及土壤無機氮含量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2012, 18(6): 1451-1458.

[10] 王鑫, 徐秋明, 曹兵, 張占軍, 馬生發(fā). 包膜控釋尿素對保護地菜地土壤肥力及酶活性的影響. 水土保持學報, 2005, 19(5): 77-84.

[11] Akiyama H, Morimoto S, Hayatsu M, Hayakawa A, Sudo S, Yagi K. Nitrification, ammonia-oxidizing communities, and N2O and CH4fluxes in an imperfectly drained agricultural field fertilized with coated urea with and without dicyandiamide. Biology and Fertility of Soils, 2013, 49(2): 213-223.

[12] 劉巽浩. 耕作學. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1994.

[13] 鄭成巖, 于振文, 張永麗, 王東, 石玉, 許振柱. 土壤深松和補灌對小麥干物質(zhì)生產(chǎn)及水分利用率的影響. 生態(tài)學報, 2013, 33(7): 2260-2271.

[14] 韓賓, 李增嘉, 王蕓, 寧堂原, 鄭延海, 史忠強. 土壤耕作及秸稈還田對冬小麥生長狀況及產(chǎn)量的影響. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2007, 23(2): 48-53.

[15] 丁昆侖, Hann M J. 耕作措施對土壤特性及作物產(chǎn)量的影響. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2000, 16(3): 28-31.

[16] 王法宏, 王旭清, 任德昌, 于振文, 余松烈. 土壤深松對小麥根系活性的垂直分布及旗葉衰老的影響. 核農(nóng)學報, 2003, 17(1): 56-61.

[17] Trevors J T. Bacterial biodiversity in soil with an emphasis on chemically-contaminated soils. Water, Air, and Soil Pollution, 1998, 101(1/4): 45-67.

[18] Markus D K, McKinnon J P, Buccafuri A F. Automated analysis of nitrite, nitrate, and ammonium nitrogen in soils. Soil Science Society of America Journal, 1985, 49(5): 1208-1215.

[19] 李振高, 駱永明, 騰應(yīng). 土壤與環(huán)境微生物研究法. 北京: 科學出版社, 2008.

[20] Balesdent J, Mariotti A, Boisgontier D. Effect of tillage on soil organic carbon mineralization estimated from13C abundance in maize fields. Journal of Soil Science, 1990, 41(4): 587-596.

[21] Gould W D, Cook F D, Webster G R. Factors affecting urea hydrolysis in several Alberta soils. Plant and Soil, 1973, 38(2): 393-401.

[22] 刁治民, 周富強, 高曉杰, 朱錦富, 張艷. 農(nóng)業(yè)微生物生態(tài)學. 成都: 西南交通大學出版社, 2008.

[23] 于振文. 作物栽培學各論(北方本). 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003.

[24] 陳哲, 陳春蘭, 秦紅靈, 王霞, 吳敏娜, 魏文學. 化肥對稻田土壤細菌多樣性及硝化、反硝化功能菌組成的影響. 生態(tài)學報, 2009, 29(11): 6142-6147.

[25] 邢肖毅, 黃懿梅, 安韶山, 閆浩. 黃土丘陵區(qū)不同植被土壤氮素轉(zhuǎn)化微生物生理群特征及差異. 生態(tài)學報, 2013, 33(18): 5608-5614.

[26] 劉德林, 聶軍, 肖劍.15N標記水稻控釋氮肥對提高氮素利用效率的研究. 激光生物學報, 2002, 11(2): 87-92.

[27] 胡恒宇, 李增嘉, 寧堂原, 王瑜, 田慎重, 仲惟磊, 張總正. 深松和尿素類型對不同玉米品種水分利用效率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2011, 44(9): 1963-1972.

Effects of polycoated urea and subsoiling on nitrogen transformation and utilization in a maize field

LI Na1,2, NING Tangyuan1,2,3,*, CUI Zhengyong1,2, TIAN Shenzhong1,2, GUO Liwei1,2, LI Zengjia1,2, HAN Huifang1,2, LIU Yi1,2

1StateKeyLaboratoryofCropBiology,ShandongKeyLaboratoryofCropBiology,ShandongAgriculturalUniversity,Tai′an271018,China2KeyLaboratoryofCropWaterPhysiologyandDrought-toleranceGermplasmImprovementofMinistryofAgriculture,ShandongAgriculturalUniversity,Tai′an271018,China3ChineseNationalEngineeringResearchCenterforSlow-ControlledReleaseFertilizers，ShandongAgriculturalUniversity，Tai′an271018,China

Tillage practices and fertilizer application play important roles in nitrogen transformation and utilization and grain yield. The objective of this study was to determine the effects of urea types and tillage modes on soil nitrate and ammonium N content, urease activity, abundance of denitrifying bacteria and nitrite bacteria, and grain yield and nitrogen use efficiency in a maize (ZeamaysL.) field. The treatments included two urea types (conventional urea and polycoated urea) applied at a rate of 225 kg N/hm2as a basal fertilizer; additionally, zero N treatments were set as the control under subsoiling and rotary tillage modes. Throughout the experiments in 2011 and 2012, the results showed that both the numbers of nitrite bacteria and denitrifying bacteria increased with the application of urea but then later would decrease to even fewer than in the zero N treatment. Compared with conventional urea, polycoated urea could stabilize soil urease activity and increase upland soil nitrite bacteria numbers but decrease the abundance of denitrifying bacteria. Also, polycoated urea was beneficial for accelerating nitrogen transformation into nitrate and reducing nitrogen losses from denitrification while keeping soil ammonium and nitrate N concentrations in the 0—40 cm layers at a high level for a long time, especially in the middle and later periods of maize growing season. Polycoated urea generally increased grain yield and agronomic efficiency of applied N by 7.25%—10.82% and 56.37%—84.54%, respectively, compared to those with conventional urea regardless of tillage practices. Rotary and subsoiling tillage could temporarily stimulate soil nitrate N concentration. Compared with rotary tillage, subsoiling tillage increased the numbers of denitrifying bacteria. Moreover, the interaction of polycoated urea and subsoiling tillage could not only increase the urease activity but also the abundance of nitrite bacteria. It would keep the nitrate N concentration at a high level in the later maize growing stage. However, nitrogen loss through denitrification and leaching in the early stage of the maize growing season may increase. Polycoated urea in rotary soils could significantly increase soil nitrate nitrogen concentration while reducing the number of denitrifying bacteria within a period of time. The application of polycoated urea in subsoil produced higher grain yield, with increases of approximately 1.41% and 10.62%, compared to those in rotary soil, in 2011 and 2012, respectively. So in a drought year, the effect of subsoiling tillage combined with polycoated urea may be more significant in increasing grain yield. In conclusion, subsoiling tillage coupled with polycoated urea increases urease activity and nitrous bacteria abundance, and stimulates nitrogen transformation, grain yield, and nitrogen use efficiency.

maize; polycoated urea; subsoiling; nitrogen transformation; yield

國家“十二五”科技支撐項目(2012BAD14B07, 2011BAD11B01); 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費資助(201103001); 國家自然科學基金(30900876)

2014-01-16;

日期:2014-11-19

10.5846/stxb201401160132

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ningty@163.com

李娜, 寧堂原, 崔正勇, 田慎重, 郭利偉, 李增嘉, 韓惠芳, 劉軼.深松與包膜尿素對玉米田土壤氮素轉(zhuǎn)化及利用的影響.生態(tài)學報,2015,35(18):6129-6137.

Li N, Ning T Y, Cui Z Y, Tian S Z, Guo L W, Li Z J, Han H F, Liu Y.Effects of polycoated urea and subsoiling on nitrogen transformation and utilization in a maize field.Acta Ecologica Sinica,2015,35(18):6129-6137.