杜聰陽,楊習(xí)文,王 勇,周宏美,王文亮，賀德先*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室，河南 鄭州 450002;2.河南省駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 駐馬店 463000; 3.河南省夏邑縣農(nóng)技中心，河南 夏邑 476400;4.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資環(huán)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

不同耕作方式及施氮水平對砂姜黑土物理性狀、微生物學(xué)特性及小麥產(chǎn)量的影響

杜聰陽1,楊習(xí)文1,王 勇2,周宏美3,王文亮4，賀德先1*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室，河南 鄭州 450002;2.河南省駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 駐馬店 463000; 3.河南省夏邑縣農(nóng)技中心，河南 夏邑 476400;4.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資環(huán)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

在玉米秸稈還田條件下，以矮抗58為材料，探討旋耕高氮(RT+HN)、旋耕中氮(RT+MN)、旋耕低氮(RT+LN)、深耕高氮(DT+HN)、深耕中氮(DT+MN)、深耕低氮(DT+LN)6個處理對砂姜黑土物理性狀、微生物學(xué)特性及小麥產(chǎn)量的影響，以期探明砂姜黑土農(nóng)田適宜的耕作和施氮組合并為土壤改良提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，從耕作方式來看，與旋耕處理相比，深耕處理可顯著降低15～35 cm土層土壤的容重，深耕處理15～25 cm和25～35 cm土層土壤容重分別降低5.9%和7.7%；可顯著提高苗期15～35 cm土層土壤含水量；可提高15～25 cm土層土壤微生物生物量碳含量，顯著提高15～25 cm土層土壤微生物生物量氮含量；可顯著提高土壤酶活性；可顯著提高穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，2 a分別增產(chǎn)7.5%和7.7%。從施氮水平來看，施氮水平對土壤容重和土壤含水量影響不顯著，氮肥能夠抑制土壤微生物生物量碳含量，促進土壤微生物生物量氮含量增加；與中氮和低氮處理相比，2 a高氮處理分別增產(chǎn)2.3%、2.6%和7.2%、6.9%。從不同處理來看，DT+HN/MN處理對降低土壤容重、提高土壤含水量和土壤微生物生物量氮含量效果較好，對增強土壤脲酶和過氧化氫酶活性效果較好；小麥產(chǎn)量以DT+HN處理最高，DT+MN處理次之，兩者差異不顯著，RT+LN處理最低，DT+HN處理分別較DT+MN和RT+LN處理增產(chǎn)2.7%和14.7%。綜合考慮，DT+MN處理最佳。

砂姜黑土; 耕作方式; 土壤容重; 土壤微生物生物量碳、氮; 土壤酶活性

砂姜黑土土質(zhì)黏重，結(jié)構(gòu)性和耕性差，土壤微生物活性較弱，生產(chǎn)中旱、澇、僵、瘦問題突出，抑制了作物根系及土壤微生物的生長發(fā)育，導(dǎo)致耕層土壤肥力較低，是我國主要的中低產(chǎn)土壤類型之一。黃淮平原作為我國糧食的主產(chǎn)區(qū)對我國糧食安全起到至關(guān)重要的作用，而砂姜黑土是黃淮平原中一種重要的土壤類型。因此，為了保證我國糧食安全，改良砂姜黑土農(nóng)田土質(zhì)，為作物單產(chǎn)創(chuàng)造有利條件勢在必行。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常常用耕作措施來改變土壤結(jié)構(gòu)，深耕和旋耕作為2種常見的耕作方式被廣泛運用到實際生產(chǎn)中。當(dāng)前，黃淮平原小麥生產(chǎn)中的主要土壤耕作方式為旋耕，但連年旋耕導(dǎo)致農(nóng)田耕層土壤質(zhì)量變差，尤其在砂姜黑土農(nóng)田更為嚴重。研究表明，旋耕可使表層土壤容重顯著降低，導(dǎo)致犁底層變淺[1]；而深耕則可打破犁底層，降低深層土壤容重[2]，但深耕成本較高，費工費力。單純的耕作已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此，需要其他措施來配合耕作方式共同改良土壤結(jié)構(gòu)。氮肥的施用能夠提高土壤肥力，促進作物根系生長，提高土壤微生物活性，有效改良土壤性狀，適宜的耕作和施肥組合可以改善土壤理化和生物性狀，提高土壤肥力和酶活性，促進作物增產(chǎn)[3-5]。前人對土壤狀況的研究主要從物理和化學(xué)兩方面進行，而土壤微生物作為土壤中最為活躍的部分容易被人們所忽視。土壤微生物能夠充分利用土壤中的養(yǎng)分，分解土壤中的有機物，對養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和能量循環(huán)具有重要的調(diào)節(jié)作用，是重要的活性營養(yǎng)庫[6]。土壤微生物生物量對土壤微環(huán)境、物質(zhì)循環(huán)等的變化反應(yīng)靈敏，因此，被視為判斷土壤狀況的重要指標。目前，關(guān)于耕作措施和氮肥對土壤微生物的影響研究結(jié)論不一。在氮肥方面，曹志平等[7]研究表明，化肥會導(dǎo)致土壤微生物生物量碳含量下降；也有研究表明，施用化肥可導(dǎo)致土壤pH值降低，土壤結(jié)構(gòu)性變差，土壤微生物生物量下降[8]；還有研究表明，化肥能提高土壤微生物生物量，但是過量施用化肥會降低土壤微生物生物量碳含量[9]。土壤脲酶活性可表示土壤氮素供應(yīng)狀況，土壤過氧化氫酶在有機質(zhì)氧化和腐殖質(zhì)形成過程中具有重要作用，其活性在一定程度上反映土壤生物學(xué)過程和作物代謝過程的強度。在耕作措施方面，前人研究表明，深耕能明顯增加土壤中微生物酶的活性，特別是20～40 cm土層[10]。也有研究認為，保護性耕作總體上能增加土壤酶活性，特別對表層和亞表層土壤的效果更明顯[11]。還有研究指出，土壤酶活性僅與土壤中養(yǎng)分含量有關(guān)，而與耕作方式無關(guān)[12]，不同耕作方式僅通過改變地表土層微地形、土壤物理性狀進而影響作物生長發(fā)育，最終影響產(chǎn)量[13]。綜上所述，前人在耕作方式對土壤物理性狀、土壤酶活性及小麥產(chǎn)量的影響方面研究雖然較多[14-17]，但在不同土壤類型等條件下的研究結(jié)果不同，而在砂姜黑土農(nóng)田上耕作方式和施氮水平相結(jié)合的此類相關(guān)研究少有報道[18]，且主要研究耕作方式和施氮水平對土壤肥力的影響，對土壤微生物及產(chǎn)量的影響沒有系統(tǒng)研究。鑒于此，在小麥整個生育期內(nèi)系統(tǒng)探討了不同耕作方式和施氮水平對砂姜黑土農(nóng)田土壤容重、微生物生物量、酶活性和小麥產(chǎn)量的影響，旨在為探明砂姜黑土農(nóng)田適宜的耕作和施氮組合及改良其土壤理化性狀提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014—2016年在河南省駐馬店市驛城區(qū)水屯鎮(zhèn)王莊村進行。當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤為典型砂姜黑土，試驗田經(jīng)多年培肥地力均勻。冬小麥—夏玉米輪作是該地區(qū)長期的種植制度，小麥季旋耕、玉米季鐵茬直播為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的耕作方式。試驗前0～20 cm耕層土壤含有機質(zhì)8.01 g/kg、全氮0.99 g/kg、速效鉀198.0 mg/kg、有效磷22.3 mg/kg，pH值為 7.15。

1.2 試驗設(shè)計

試驗田為玉米茬，玉米秸稈全量粉碎還田。試驗采用大區(qū)處理，每個小區(qū)面積為24 m×8 m，共設(shè)旋耕高氮(RT+HN)、旋耕中氮(RT+MN)、旋耕低氮(RT+LN)、深耕高氮(DT+HN)、深耕中氮(DT+MN)、深耕低氮(DT+LN)6個處理，重復(fù)3次。其中，旋耕和深耕深度分別為15 cm和35 cm，高氮、中氮、低氮施氮量分別為小麥全生育期施氮(折合純氮)300、240、180 kg/hm2。所有處理均施P2O5150 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，作為底肥一次性施入；氮肥70%于整地時底施，30%于拔節(jié)期結(jié)合澆水追施。氮、磷、鉀肥分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O513.5%)、氯化鉀(含K2O 52%)。小麥品種為半冬性中熟小麥百農(nóng)矮抗58，播種方式為條播，行距為20 cm，播種量為150 kg/hm2，其他田間管理同一般高產(chǎn)田。第1年小麥收獲后繼續(xù)種植玉米，成熟后秸稈全量還田供第2年使用。冬小麥第1年度2014年10月15日播種，2015年6月7日收獲；第2年度于2015年10月17日播種，2016年5月31日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤容重和土壤含水量 在小麥苗期(冬前分蘗期)和成熟期分別測量土壤容重和含水量。

土壤容重采用環(huán)刀法測量。用環(huán)刀取0～15 cm、15～25 cm、25～35 cm和35～45 cm土層深度土壤，測定0～45 cm深度內(nèi)的土壤容重。

土壤含水量采用烘干法測定。采用土鉆取0～15 cm、15～25 cm、25～35 cm和35～45 cm共4個土層深度土壤，烘干，計算土壤含水量。

1.3.2 土壤微生物生物量和酶活性 分別于冬小麥分蘗期、拔節(jié)期、開花期、成熟期采集土壤樣品，每個小區(qū)隨機選取3個點，用土鉆取0～15 cm、15～25 cm、25～35 cm和35～45 cm土樣，去除石塊、秸稈等雜物，相同小區(qū)的同一土層土壤混勻，帶回實驗室后采用四分法將土壤分成2份，一份保存在4 ℃冰箱中，測定0～25 cm土壤微生物生物量碳、氮含量，另一份風(fēng)干后過1 mm篩，分別測定0～45 cm土壤脲酶和過氧化氫酶活性，測定時每個土樣取3個重復(fù)。

土壤微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸—K2SO4浸提法浸提。稱取25 g新鮮土樣在真空干燥器中用氯仿熏蒸24 h，用反復(fù)抽真空的方法除去殘存氯仿后，再用50 mL 0.5 mol/L K2SO4溶液振蕩30 min，立即過濾。同時，不熏蒸的土樣也用K2SO4溶液浸提、振蕩和過濾。過濾后溶液中的有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化法測定[19]，濾液中有機氮含量采用凱氏定氮法測定，以熏蒸土樣與未熏蒸土樣提取液的有機碳、氮含量的差值分別除以KEC(0.38)、KEN(0.45)來計算土壤微生物生物量碳、氮含量。

土壤脲酶活性采用苯酚鈉比色法測定，以24 h后每克土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀容量法測定，以每克土消耗的0.1 mol/L KMnO4的體積表示[20]。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在冬小麥成熟末期，各處理分別取有代表性的4 m2區(qū)域，測定實際產(chǎn)量和穗數(shù)，重復(fù)3次；隨機取代表性植株20株，測定冬小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2003和DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析，采用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式及施氮水平對砂姜黑土農(nóng)田土壤物理性狀的影響

2.1.1 土壤容重 由表1可以看出，砂姜黑土農(nóng)田土壤容重隨小麥生育進程的推進總體上呈現(xiàn)出增加的趨勢，從苗期的1.15～1.53 g/cm3增加到成熟期的1.20～1.55 g/cm3；土壤容重隨著土層深度的增加而提高。0～15 cm土層土壤容重和35～45 cm土層土壤容重差異達到顯著水平(P<0.05)。從耕作方式來看，不同耕作方式0～15 cm和35～45 cm土層土壤容重在苗期和成熟期均無顯著差異；在苗期和成熟期，15～25 cm和25～35 cm土層土壤容重均表現(xiàn)為旋耕處理>深耕處理，差異達顯著水平(P<0.05)，從2 a數(shù)據(jù)平均值來看，深耕處理15～25 cm和25～35 cm土層土壤容重分別較旋耕處理降低5.9%和7.7%。從施氮水平來看，土壤容重與施氮水平無明顯規(guī)律。從不同處理來看，總體上DT+HN處理土壤容重最低，DT+MN處理次之，兩者差異不顯著。綜上所述，總體上深耕+高/中氮處理能夠降低土壤容重，尤其是深層土壤，有利于促進作物根系及微生物的生長發(fā)育。

表1 不同處理對土壤容重的影響 g/cm3

注:同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一土層深度不同處理間差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 土壤含水量 由圖1可以看出，從耕作方式來看，與旋耕處理相比，深耕處理可顯著提高小麥苗期15～35 cm土層土壤含水量，2 a在15～25 cm土層分別提高8.1%和11.1%，在25～35 cm土層分別提高7.1%和6.9%，對其他土層影響不顯著。施氮水平對各土層土壤含水量的影響均不顯著。從不同處理來看，總體上，0～35 cm土層DT+HN、DT+MN處理土壤含水量較高，兩者差異不顯著。從不同土層來看，小麥苗期和成熟期土壤含水量均呈現(xiàn)出隨著土層深度增加而增加的趨勢。從時間上來看，在小麥苗期15～35 cm土層深耕處理土壤含水量均顯著大于旋耕處理，而到了成熟期所有土層各處理間差異均不顯著。綜上所述，深耕處理能夠顯著提高苗期15～35 cm土層土壤含水量，尤其是DT+HN/MN處理，土壤含水量的提高有利于作物根系吸水，為作物高產(chǎn)打下堅實基礎(chǔ)。

不同小寫字母表示同一土層深度不同處理間差異顯著(P<0.05)，圖5、7同圖1 不同處理對土壤含水量的影響

2.2 不同耕作方式及施氮水平對砂姜黑土農(nóng)田土壤微生物特性的影響

2.2.1 土壤微生物生物量

2.2.1.1 土壤微生物生物量碳含量 由圖2可知，2014—2016年0～15 cm土層土壤微生物生物量碳含量介于264.8～429.9 mg/kg，15～25 cm土層土壤微生物生物量碳含量介于211.8～360.8 mg/kg，土層間差異顯著(P<0.05)；0～25 cm土層土壤微生物生物量碳含量隨著小麥生育進程的推進呈先增加后降低的趨勢，拔節(jié)期最大。從耕作方式來看，在0～15 cm土層，各生育時期深耕處理與旋耕處理幾乎無差異，未達到顯著水平；在15～25 cm土層，從各生育時期平均值來看，深耕處理較旋耕處理提高1.9%。從施氮水平來看，0～25 cm土層各生育時期土壤微生物生物量碳含量均表現(xiàn)為高氮處理<中氮處理<低氮處理，且拔節(jié)期和開花期高氮與低氮處理間差異顯著。不同處理間比較發(fā)現(xiàn)，0～25 cm土層總體以DT+LN處理最高，RT+LN處理次之，兩者差異不顯著(P>0.05)。綜上所述，施氮能夠抑制土壤微生物生物量碳含量，DT/RT+LN處理有利于土壤微生物生物量碳含量的提高。

不同小寫字母表示同一生育時期不同處理間差異顯著(P<0.05)，圖3、4、6同圖2 不同處理對土壤微生物生物量碳含量的影響

2.2.1.2 土壤微生物生物量氮含量 由圖3可知，0～25 cm土層土壤微生物生物量氮含量總體以DT+HN處理最高，DT+MN處理次之，兩處理間差異不顯著。對于不同土層來說，0～15 cm土層土壤微生物生物量氮含量各生育時期平均值較15～25 cm土層提高23.4%，差異達顯著水平(P<0.05)。從耕作方式來看，0～15 cm土層，總體上同氮水平下深耕處理與旋耕處理間差異不顯著(P>0.05)；15～25 cm土層，深耕處理土壤微生物生物量氮含量高于旋耕處理。從施氮水平來看，0～25 cm土層各生育時期土壤微生物生物量氮含量均表現(xiàn)為高氮處理>中氮處理>低氮處理。從時間來看，在作物生長發(fā)育過程中，土壤微生物生物量氮含量在小麥拔節(jié)期達到最高。綜上所述，DT+HN處理能夠明顯提高土壤微生物生物量氮含量，有利于加速養(yǎng)分循環(huán)及轉(zhuǎn)化。

2.2.2 土壤酶活性

2.2.2.1 脲酶活性 對0～45 cm土層土壤脲酶活性進行分析(圖4)發(fā)現(xiàn)，從耕作方式來看，土壤脲酶活性表現(xiàn)為深耕處理>旋耕處理，從2 a平均值來看，分別提高2.1%和2.0%，并且在拔節(jié)期和開花期提高幅度較大；從施氮水平來看，土壤脲酶活性總體上表現(xiàn)為高氮處理>中氮處理>低氮處理；從不同處理來看，DT+HN處理土壤脲酶活性最高，DT+MN處理次之，兩處理間差異不顯著；隨著小麥生育進程的推進，土壤脲酶活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在開花期達到最大值。綜上所述，DT+HN/MN處理有利于土壤脲酶活性的提高，而土壤脲酶活性的提高有利于氮肥利用率的提高，進而有利于作物產(chǎn)量的提高。

對不同土層土壤脲酶活性進行分析(圖5)發(fā)現(xiàn)，土壤脲酶活性隨著土層深度的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，在0～15 cm土層最低，在25～35 cm土層最高；與旋耕處理相比，深耕處理能夠顯著提高15～35 cm土層土壤脲酶活性，2 a在15～25 cm和25～35 cm土層的平均提高幅度分別為4.6%和5.2%；從施氮水平來看，不同土層土壤脲酶活性總體均表現(xiàn)為高氮>中氮>低氮處理，但差異不顯著。

圖3 不同處理對土壤微生物生物量氮含量的影響

圖4 不同處理對不同生育時期耕作層土壤脲酶活性的影響

圖5 不同處理對不同土層深度土壤脲酶活性的影響

2.2.2.2 過氧化氫酶活性 對0～45 cm土層土壤過氧化氫酶活性進行分析(圖6)發(fā)現(xiàn)，隨著小麥生育進程的推進，土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在小麥開花期達到最大。從耕作方式來看， 2 a深耕處理土壤過氧化氫酶活性較旋耕處理提高，并且在小麥拔節(jié)期和開花期達到顯著水平(P<0.05)。從施氮水平來看，在小麥季各生育時期土壤過氧化氫酶活性總體上表現(xiàn)為高氮處理>中氮處理>低氮處理。從不同處理來看，總體上以DT+HN處理最高，DT+MN處理次之，兩者差異不顯著。綜上所述，DT+HN/MN處理有利于土壤過氧化氫酶活性的提高。

圖6 不同處理對不同生育時期土壤過氧化氫酶活性的影響

對不同土層土壤過氧化氫酶活性進行分析(圖7)發(fā)現(xiàn)，土壤過氧化氫酶活性隨著土層深度的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在0～15 cm土層最低，在25～35 cm土層最高；從耕作方式來看，與旋耕處理相比，深耕處理能夠顯著提高15～35 cm土層土壤過氧化氫酶活性，從2 a平均值來看，在15～25 cm和25～35 cm土層的平均提高幅度分別為4.4%和6.9%；從施氮水平來看，15～45 cm土層土壤過氧化氫酶活性總體表現(xiàn)為高氮處理>中氮處理>低氮處理。

圖7 不同處理對不同土層深度土壤過氧化氫酶活性的影響

2.3 不同耕作方式及施氮水平對砂姜黑土農(nóng)田小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可以看出，不同的耕作方式和施氮水平對小麥產(chǎn)量影響較大。從耕作方式來看，與旋耕處理相比，2014—2015、2015—2016年深耕處理顯著提高小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，提高幅度分別為5.2%、3.6%和2.5%、2.4%，但對小麥穗數(shù)無顯著影響。從施氮水平來看，中氮和高氮處理小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)較低氮處理有所提高，但差異不顯著，施氮水平對千粒質(zhì)量的影響也很小，未達到顯著水平。從耕作方式來看，2 a小麥產(chǎn)量均表現(xiàn)為深耕處理>旋耕處理，2014—2015、2015—2016年深耕處理小麥產(chǎn)量分別增產(chǎn)7.5%、7.7%；從施氮水平來看，2 a小麥產(chǎn)量均表現(xiàn)為高氮處理>中氮處理>低氮處理，2014—2015、2015—2016年高氮處理較中氮和低氮處理增產(chǎn)2.3%、2.6%和7.2%、6.9%；從不同處理來看，2 a小麥產(chǎn)量均以DT+HN處理最高，DT+MN處理次之，RT+LN處理最低，DT+HN處理產(chǎn)量分別較DT+MN和RT+LN處理提高2.7%(P>0.05)和14.7%(P<0.05)。綜上表明，DT+HN/MN處理能夠有效提高小麥產(chǎn)量，但兩者差異不顯著，從經(jīng)濟角度來看，DT+MN處理為最佳組合。

表2 不同處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

注:同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一年份不同處理間差異顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論與討論

土壤容重反映了土壤的緊實程度，而土壤松緊狀況直接影響土壤中微生物的活動和作物根系的發(fā)育，通過耕作方式等手段適當(dāng)降低土壤容重有利于改善土壤環(huán)境。前人研究表明，深耕可以有效降低20～40 cm土層土壤容重[21]。本研究結(jié)果表明，從2 a平均值來看， 深耕處理15～25 cm和25～35 cm土層土壤容重分別較旋耕處理降低5.9%和7.7%，說明深耕處理可以降低15～35 cm土層土壤容重，中下層土壤容重的降低有利于作物根系的伸長和微生物生長；而0～15 cm土層土壤容重在深耕和旋耕處理間無顯著差異，原因可能是本試驗在玉米秸稈全量還田情況下，表層土壤破碎，故而不同耕作處理之間土壤容重差異未達顯著水平。

本研究結(jié)果表明，與旋耕處理相比，深耕處理能夠顯著提高15～25 cm土層土壤微生物生物量碳含量，原因主要有兩點，一是深耕能夠?qū)⒈韺右恍└缓寥牢⑸锷锪刻嫉耐寥缼У较聦?，從而提高下層土壤微生物生物量碳含量；二是深耕改善土壤環(huán)境有利于土壤微生物的生存及作物根系的生長，深耕降低土壤容重，提高中下層土壤孔隙度，為微生物生存提供充足的氧氣，根系的生長能夠分泌有機物質(zhì)促進土壤微生物繁殖，進而增加土壤微生物生物量碳含量。從施氮水平來看，土壤微生物生物量碳含量隨著施氮水平的提高而降低，這是由于氮肥對微生物具有毒害作用，因此，高氮肥會抑制微生物活性，這與前人研究結(jié)果一致[22-23]。而土壤微生物生物量氮含量卻隨施氮量的提高而增加，這是由于氮肥為土壤微生物提供了氮源，表明氮肥的施用對土壤微生物生物量氮含量有一定促進作用，因此應(yīng)適量施氮使作物和微生物協(xié)調(diào)發(fā)展。從不同土層來看，不同耕作處理土壤微生物生物量氮含量在0～15 cm土層差異不顯著，在15～25 cm土層，深耕處理較旋耕處理顯著提高土壤微生物生物量氮含量，說明深耕可以有效提高中層土壤微生物生物量氮含量。從生育時期來看，土壤微生物生物量氮含量在拔節(jié)期達到最大值，在開花期有所降低，原因是小麥拔節(jié)期、開花期是小麥的2個關(guān)鍵生長發(fā)育時期，在這2個時期，需要大量的養(yǎng)分供應(yīng)，因此小麥會與土壤微生物形成競爭關(guān)系，小麥根系吸收大量養(yǎng)分后導(dǎo)致土壤中微生物生物量降低，這與前人研究結(jié)果一致[24-25]。

土壤脲酶活性反映土壤中氮素的供應(yīng)狀況。本研究結(jié)果表明，與旋耕處理相比，深耕處理能夠顯著提高15～25 cm和25～35 cm土層土壤脲酶活性，提高幅度分別為4.6%和5.2%，說明深耕能夠提高中下層土壤脲酶活性，這與深耕可以打破犁底層，改善土壤微環(huán)境，促進土壤微生物活動有關(guān)。此外，土壤脲酶活性隨著小麥生長發(fā)育進程呈現(xiàn)先降低再升高又降低的趨勢，與前人研究結(jié)果基本一致[26]，這是由于拔節(jié)期至開花期是關(guān)鍵的生育時期，該時期小麥對養(yǎng)分需求巨大導(dǎo)致脲酶活性提高，而在成熟期土壤脲酶活性降低是由于作物衰老導(dǎo)致作物根系活力降低造成的。土壤脲酶活性增強，尤其是深層土壤中酶活性增強，有利于提高土壤氮素供應(yīng)。

土壤過氧化氫酶是反映土壤生物活性和作物代謝強度的重要指標。本研究結(jié)果表明，與旋耕處理相比，深耕處理能夠顯著提高15～35 cm土層土壤過氧化氫酶活性，在15～25 cm和25～35 cm土層的平均提高幅度分別為4.4%和6.9%，說明深耕主要能夠有效提高中下層土壤過氧化氫酶活性，這與深耕能夠促進土壤中養(yǎng)分交換，加快土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化與循環(huán)有關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤過氧化氫酶活性在整個小麥生育時期內(nèi)呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，這與前人研究結(jié)果基本一致[27-28]。

本研究結(jié)果表明，耕作方式對小麥產(chǎn)量影響較大，與旋耕處理相比，深耕處理能夠顯著提高千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)。綜合2 a試驗結(jié)果，DT+HN處理產(chǎn)量最高，DT+MN處理次之，RT+LN處理產(chǎn)量最低，DT+HN處理產(chǎn)量分別較DT+HN和RT+LN處理提高2.7%(P>0.05)和14.7%(P<0.05)。從施氮水平來看，小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為高氮處理>中氮處理>低氮處理，中氮和高氮處理間差異不顯著。因此，從實際生產(chǎn)角度來看，DT+MN處理為最佳組合。

綜上，深耕+高/中氮組合可有效協(xié)調(diào)土壤物理性狀，改善土壤微生物學(xué)特性，提高作物產(chǎn)量，在實際生產(chǎn)中從經(jīng)濟效益來看以深耕+中氮組合最佳。

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Effect of Different Tillage Methods and Nitrogen Application Amount on Lime Concretion Black Soil Physical,Microbial Characteristics and Wheat Yield

DU Congyang1,YANG Xiwen1,WANG Yong2,ZHOU Hongmei3,WANG Wenliang4,HE Dexian1*

(1.College of Agronomy,Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops/National Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science,Zhengzhou 450002,China; 2.Zhumadian Academy of Agricultural Sciences of Henan Province,Zhumadian 463000,China; 3.Xiayi Extension Center for Agricultural Techniques of Henan Province,Xiayi 476400,China; 4.College of Resource and Environment,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

Under the condition of returning corn stalks to field,this paper was carried out to investigate the effects of different tillage methods[rotary tillage(RT),deep tillage(DT)] and nitrogen application amount[high nitrogen level(HN)，medium nitrogen level(HN)，low nitrogen level(LN)]on lime concretion black soil physical properties,microbiological characteristics and wheat yield,with wheat cultivar Aikang 58 as the material.The results showed that compared with RT treatment，soil bulk density of DT treatment significantly decreased in 15—35 cm soil layer,and decreased by 5.9% and 7.7% in 15—25 cm and 25—35 cm soil layer respectively;soil water content of DT treatment significantly improved in 15—35 cm soil layer at seedling stage;soil microbial biomass carbon(SMB-C) content of DT treatment increased in 15—25 cm soil layer,soil microbial biomass nitrogen(SMB-N) content of DT treatment increased significantly in 15—25 cm soil layer;activity of soil enzyme of DT treatment significantly increased;grains per spike and 1000-grain weight of DT treatment significantly increased and hence grain yield increased by 7.5% and 7.7% in two years.The nitrogen application amount had no significant influence on soil bulk density and water content,nitrogen could inhibite SMB-C content,promote the SMB-N content.Compared with MN and LN treatments,yield of HN treatment increased by 2.3%，2.6% and 7.2%,6.9% in two years.Compared with different treatments,DT+HN/MN treatments did well in decreasing soil bulk density,increasing soil water content and SMB-N content,enhancing both soil urease and catalase activities.The yield of DT+HN treatment was the highest,and DT+MN treatment was the second.There was no significant difference between the two treatments.RT+LN treatment was the lowest.Compared with DT+MN and RT+LN treatments,wheat yield of DT+HN treatment increased by 2.7% and 14.7% respectively.In summary,DT+MN treatment was the best.

lime concretion black soil; tillage methods; soil bulk density; soil microbial biomass carbon and nitrogen; soil enzymes activities

2017-03-29

國家“十二五”科技支撐計劃(2013BAD07B07-4,2015BAD26B00)

杜聰陽(1991-)，男，河北石家莊人，在讀碩士研究生，研究方向：作物生長發(fā)育。E-mail：ducongyang@126.com

*通訊作者：賀德先(1963-)，男，河南南召人，教授，博士,主要從事作物生長發(fā)育方面的研究。E-mail:hedexian@126.com

時間：2017-07-31 08∶46∶47

S341；S154.2

A

1004-3268(2017)08-0013-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1092.S.20170731.0846.001.html