焦亞鵬，齊鵬,2,3，王曉嬌,4，武均,2,3，姚一銘，蔡立群,2,3，張仁陟,2,3

（1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070；2甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730070；3甘肅省節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，蘭州730070；4甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

【研究意義】土壤是陸地上各種植物生長(zhǎng)的基床，氮素是土壤中影響植物生長(zhǎng)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的主要限制因子[1-2]。氮素在土壤中主要以有機(jī)形態(tài)存在[3-5]，約占土壤全氮的85%—90%，有機(jī)氮只有通過礦化轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮才能被植物吸收利用。土壤有機(jī)氮主要包括蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸及氨基糖等[6]，難以分離測(cè)定。1965年，BREMNER等[7]提出用酸解的方法把土壤有機(jī)氮分為酸解氮和非酸解氮兩大部分，其中酸解性氮中可以鑒別的有機(jī)氮化合物主要是氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮和銨態(tài)氮，還有一些未鑒別的含氮化合物[8]。土壤酸解銨態(tài)氮是可直接供當(dāng)季作物吸收利用的有效態(tài)氮，氨基酸態(tài)氮是土壤固持氮的重要儲(chǔ)存庫，在當(dāng)季作物生產(chǎn)過程中主要充當(dāng)過渡氮庫的作用[9]。氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮是土壤易礦化有機(jī)態(tài)氮的源和庫[10]。土壤有機(jī)氮不僅可以維持土壤氮素肥力，而且對(duì)土壤氮素供應(yīng)能力具有重要意義[11]。土壤酶是土壤中重要的生物催化劑，參與土壤中重要營(yíng)養(yǎng)元素的生物化學(xué)循環(huán)、土壤有機(jī)質(zhì)及礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程等[12]。土壤酶對(duì)于環(huán)境和管理因素引起的變化最為敏感，其高低可以反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的強(qiáng)弱和土壤供應(yīng)植物根系養(yǎng)分的潛在能力[13-14]。土壤蛋白酶、脲酶、硝酸還原酶和亞硝酸還原酶是參與土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶，其活性的高低與土壤氮素轉(zhuǎn)化強(qiáng)度及土壤供氮能力密切相關(guān)[15]。隴中黃土高原旱作農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量低，氮素供應(yīng)能力較差，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施用大量氮肥以保證獲得較高作物產(chǎn)量，而長(zhǎng)期大量氮肥施用不僅不能達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn)增效，而且還會(huì)導(dǎo)致氮素的大量殘留從而造成經(jīng)濟(jì)損失、耕地質(zhì)量下降和嚴(yán)重的環(huán)境問題。施氮量的不同會(huì)影響土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性，進(jìn)而影響土壤氮循環(huán)[16]。因此研究不同施氮量下土壤有機(jī)氮組分特征及其影響因素，對(duì)于隴中黃土高原旱作農(nóng)田合理施用氮肥有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】施用氮肥可以改變農(nóng)田土壤有機(jī)氮組分，但是對(duì)于土壤中不同的氮組分影響不一致。施氮顯著提高了土壤酸解總氮的含量，但未酸解態(tài)氮含量未明顯增加[3,17]；施氮顯著提高了酸解銨態(tài)氮的含量但降低了氨基糖態(tài)氮的含量，氨基酸態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮的含量增加不顯著[14,18]；TIAN等[19]研究發(fā)現(xiàn)，氮添加能夠降低土壤氨基酸氮含量，增加氨基糖氮含量。施氮改變了土壤酸解有機(jī)氮組分的分配比例，其順序?yàn)榘被釕B(tài)氮＞酸解銨態(tài)氮＞酸解未知態(tài)氮＞氨基糖態(tài)氮[20-23]，氨基酸態(tài)氮、酸解未知態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮是土壤活性氮的主要貢獻(xiàn)因子[3,17,24]。吳漢卿等[18]研究發(fā)現(xiàn)，除氨基糖氮，其余酸解態(tài)氮各組分和酸解總氮含量及其占全氮比例均隨著土層深度的增加而降低，不同土層含量差異顯著。施氮能顯著提高脲酶和蛋白酶活性[25-26]，降低硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性[27]，但是對(duì)于不同氮素添加水平響應(yīng)不一致。隨著施氮量的增加，脲酶和蛋白酶活性先升高后降低[24,28]，硝酸還原酶活性逐漸增大[26]。【本研究切入點(diǎn)】綜上，施氮對(duì)有機(jī)氮組分的組成與轉(zhuǎn)換特征已有大量的研究，然而不同施氮量如何影響隴中黃土高原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)態(tài)氮組分以及土壤氮素轉(zhuǎn)換酶對(duì)土壤有機(jī)氮組分轉(zhuǎn)化的影響研究較少，須進(jìn)一步研究加以闡明?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過設(shè)置在隴中黃土高原定西市李家堡鎮(zhèn)麻子川村的長(zhǎng)期定位春小麥?zhǔn)┑吭囼?yàn)，測(cè)定春小麥農(nóng)田氮素轉(zhuǎn)化酶（脲酶、蛋白酶、硝酸還原酶和亞硝酸還原酶）活性，并用 BREMNER[7]提出的酸解法測(cè)定土壤不同有機(jī)氮組分含量，探討施氮量對(duì)氮素轉(zhuǎn)化酶活性和有機(jī)氮組分組成的影響，并分析氮素轉(zhuǎn)化酶活性與各有機(jī)氮組分之間的關(guān)系，以揭示土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性對(duì)土壤有機(jī)氮組分的影響特征，為隴中黃土高原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)合理制定施肥量和施肥方案、優(yōu)化管理方式，減少肥料浪費(fèi)和環(huán)境污染，提高氮肥利用率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試區(qū)位于隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)的甘肅省定西市李家堡鎮(zhèn)麻子川村（35°28′ N，104°44′ E）。試區(qū)農(nóng)田土壤為典型的黃綿土，質(zhì)地均勻、土質(zhì)綿軟。平均海拔 2 000 m，無霜期 140 d，年均日照時(shí)數(shù)2 476.6 h，年均太陽輻射 594.7 kJ·cm-2，年均氣溫6.4℃，≥0℃積溫2 933.5℃，≥10℃積溫2 239.1℃，屬中溫帶半干旱區(qū)；多年平均降水 390.9 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，80%保證率的年降水量為 365 mm，變異系數(shù)為 24.3%，為典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)自 2013 年布設(shè)至今，共設(shè) 5 個(gè)施氮水平：0（CK）、52.5（N1）、105（N2）、157.5（N3）、210（N4）kg·hm-2，3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組分布，共計(jì) 15個(gè)小區(qū)（面積15 m2），于播種前施肥，不追肥。供試作物為春小麥（定西 40 號(hào)）。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O514%），各小區(qū)均施105 kg·hm-2。2017年3月下旬播種，7月下旬收獲，播種量187.5 kg·hm-2，行距 20 cm，播深 7 cm。

1.3 樣品采集與分析

在2017年7月下旬，春小麥?zhǔn)斋@后在整個(gè)小區(qū)采用“S”型5點(diǎn)取樣方法采集0—10、10—20和20—40 cm 3層土樣，混勻并挑除動(dòng)植物殘?bào)w，立即過2 mm篩，一部分土樣低溫冷藏（4 ℃），用于測(cè)定土壤酶活性等指標(biāo)，剩余土樣風(fēng)干后備用。

土壤pH采用水土比2.5﹕1電位法測(cè)定[29]；有機(jī)碳（soil organic carbon，SOC）采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測(cè)定[29]；全氮（total nitrogen，TN）采用H2SO4消煮-凱氏定氮法測(cè)定[29]；全磷（total phosphorus，TP）采用H2SO4-HClO4酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定[29]；脲酶（urease，UR）活性采用次氯酸鈉-苯酚鈉比色法測(cè)定[30]；硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）采用酚二磺酸比色法測(cè)定[30]；亞硝酸還原酶（nitrite reductase，NIR）采用酚二磺酸比色法測(cè)定[30]；蛋白酶（proteinase，PR）采用加勒斯江法測(cè)定[31]。

土壤有機(jī)氮分級(jí)采用BREMNER方法[7]：酸解總氮（total acidolyzable N，TAN）采用凱氏定氮法測(cè)定；氨基酸態(tài)氮（amino acid N，AAN）采用茚三酮氧化、磷酸鹽-硼酸鹽緩沖液蒸餾法測(cè)定；酸解銨態(tài)氮+氨基糖態(tài)氮（acidolyzable ammonia N，AN +amino sugar N，ASN）采用磷酸鹽-硼酸鹽緩沖液蒸餾法測(cè)定；酸解銨態(tài)氮采用氧化鎂蒸餾法測(cè)定；酸解未知態(tài)氮（unknownacidolyzable N，UAN）、未酸解氮（non-acidolyzable N，NAN）和氨基糖態(tài)氮?jiǎng)t采用差減法求得。

酸解未知態(tài)氮=酸解總氮-酸解銨態(tài)氮-氨基酸態(tài)氮-氨基糖態(tài)氮；

未酸解氮=全氮-酸解總氮；

氨基糖態(tài)氮=（酸解銨態(tài)氮+氨基糖態(tài)氮）-酸解銨態(tài)氮。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010和SPSS 18.0進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）Duncan法進(jìn)行多重比較分析，SigmaPlot 14.0作圖，用Canoco 5.0軟件進(jìn)行冗余分析（RDA）。

2 結(jié)果

2.1 施氮量對(duì)土壤有機(jī)氮組分含量的影響

由圖1可知，連續(xù)施用氮肥提高了土壤中酸解總氮的含量，占土壤全氮的74.4%—87.7%，各土層土壤酸解總氮的含量隨著施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，0—10 cm土層，N2處理含量最高，10—20和20—40 cm土層，N3處理含量最高。相較于CK處理，酸解總氮增加了37.2—230.1 mg·kg-1。酸解總氮含量隨著土層的加深逐漸降低。未酸解氮是土壤氮庫中較為穩(wěn)定的組分，其含量占土壤全氮的12.3%—25.6%，不同處理間變化不顯著，隨著土層的加深呈先升高后降低的趨勢(shì)，在10—20 cm土層含量最高。

不同施氮量不僅影響了土壤酸解總氮的含量，土壤酸解氮各組分含量也發(fā)生了明顯變化。土壤氨基酸態(tài)氮、酸解銨態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮分別占土壤全氮的24.4%—36.1%、20.3%—30.3%、1.4%—3.6%和16.1%—31.7%，氮肥添加顯著影響了它們的含量。各土層土壤氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮含量均隨著氮肥投入量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，以N2處理的含量最高；氨基糖態(tài)氮含量明顯增加，0—10 cm土層N4處理含量最高，10—20和20—40 cm土層含量N2處理最高；酸解未知態(tài)氮含量明顯增加，0—10和20—40 cm土層N4處理的含量最高，10—20 cm土層N3含量最高；較CK處理，其余各處理氨基酸態(tài)氮、酸解銨態(tài)氮、酸解氨基糖態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮含量分別增加了1.8%—52.8%、1.2%—37.2%、5.9%—108.1%和5.3%—91.0%。不同土層氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮含量，隨著土層的加深逐漸降低。土壤氨基糖態(tài)氮含量隨著土層的加深先增加后減小。

圖1 施氮量對(duì)各土壤有機(jī)氮組分含量的影響Fig.1 Influence of soil organic N forms content under different nitrogen rates

圖2 施氮量對(duì)土壤不同形態(tài)氮組分的影響Fig.2 Influence of soil organic N forms under different nitrogen rates

由圖2可知，在0—10 cm土層，施用氮肥降低了氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮占全氮的比例，增加了氨基糖態(tài)氮、酸解未知態(tài)氮和未酸解氮占全氮的比例；在10—20 cm土層，施氮肥降低了酸解銨態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮占全氮的比例，增加了氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮和未酸解氮占全氮的比例；在20—40 cm土層，施氮肥降低了氨基糖態(tài)氮、酸解未知態(tài)氮和未酸解氮占全氮的比例，而酸解銨態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮占全氮比例變化不顯著。不同土層間，沒有明顯的變化趨勢(shì)。

2.2 施氮量對(duì)土壤基本化學(xué)性質(zhì)的影響

由表1可知，土壤pH的變化范圍8.11—8.41，隨著施氮量的增加pH降低，且隨著土層的加深pH升高。土壤有機(jī)碳含量在7.36—9.45 g·kg-1間變動(dòng)，隨著土層的加深其含量值降低；在0—10和20—40 cm土層，各處理間有機(jī)碳含量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，N2處理含量最高；在10—20 cm土層，隨著施氮量的增加逐漸增加。各處理土壤全氮均隨土層加深而降低；在0—40 cm 各土層，均以N3處理的土壤全氮含量最高，CK處理最低。當(dāng)施氮量≤157.5 kg·hm-3（N3）時(shí)，土壤全氮含量隨施氮量增加而增加；施氮量＞157.5 kg·hm-3（N3）時(shí)，土壤全氮含量反而降低。在0—40 cm土層，各處理土壤全氮含量均顯著高于CK處理，較CK處理分別升高10.0%—29.9%、14.4%—35.8%和10.8%—28.6%。土壤全磷含量在0.58—0.96 g·kg-1間變動(dòng)，隨土層加深全磷含量降低，同一土層不同處理隨著施氮量的增加全磷含量先降低后增加，N3處理含量最低。土壤C﹕N的變化范圍8.71—10.23，同一處理隨著土層的加深C﹕N升高。同一土層不同處理均隨施氮量的增加先減小后增加，N3處理最低。

2.3 施氮量對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性的影響

如圖3所示，施氮量對(duì)土壤脲酶、蛋白酶、硝酸還原酶和亞硝酸還原酶影響顯著（P＞0.05）。土壤脲酶活性變化范圍0.85—1.42 mg glucose·g-1·24 h-1，隨著土層的加深同一處理土壤脲酶活性逐漸降低，同一土層不同處理脲酶活性隨著施氮量的增加先增加后減小，N2處理活性最高。土壤蛋白酶活性變化規(guī)律與脲酶一致，變化范圍0.38—0.48 mg glycine·g-1·24 h-1。土壤硝酸還原酶活性變化范圍0.10—0.26 NO2--N mg·g-1·24 h-1，連續(xù)施氮對(duì)硝酸還原酶活性影響顯著，沒有明顯的變化趨勢(shì)，0—10和10—20 cm土層土壤N2處理活性最高，20—40 cm土層CK處理活性最高。土壤亞硝酸還原酶活性變化范圍0.47—0.55 mg NO2--N·g-1·24 h-1，隨著土層的加深其活性逐漸升高；0—10和10—20 cm土層，土壤亞硝酸還原酶活性隨著施氮量的增加先增加后降低，N3處理活性最高；20—40 cm土層先降低后增加，N4處理活性最高。

圖3 施氮水平對(duì)土壤酶活性的影響Fig.3 Influence of soil enzyme activities under different nitrogen rates

2.4 土壤環(huán)境因子與有機(jī)氮組分之間的關(guān)系

冗余分析（RDA）結(jié)果如圖 4 所示。環(huán)境因子（土壤基本化學(xué)性質(zhì)和氮素轉(zhuǎn)換酶）對(duì)有機(jī)氮組分的解釋率為82.2%，第一軸解釋率為32.96%，第二軸解釋率為28.88%。從圖4可以看出，酸解銨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮與pH、全氮、全磷、硝酸還原酶、有機(jī)碳、蛋白酶和脲酶呈正相關(guān)，與亞硝酸還原酶和C﹕N呈負(fù)相關(guān)。氨基糖態(tài)氮與全磷、pH、硝酸還原酶、C﹕N呈負(fù)相關(guān)，與其全氮、有機(jī)碳、蛋白酶、脲酶、亞硝酸還原酶呈正相關(guān)。酸解未知態(tài)氮與C﹕N和硝酸還原酶呈負(fù)相關(guān)，與其他環(huán)境因子呈正相關(guān)。未酸解態(tài)氮與亞硝酸還原酶和全氮呈正相關(guān)，與其他環(huán)境因子呈負(fù)相關(guān)。全氮是影響有機(jī)氮組分變化的最重要因子，對(duì)方差的解釋率為27.45%；蛋白酶對(duì)有機(jī)氮組分變化的影響次之，對(duì)方差的解釋率為22.19%。蛋白酶、脲酶和有機(jī)碳與氨基酸態(tài)氮呈極顯著相關(guān)關(guān)系。環(huán)境變量對(duì)有機(jī)氮組分方差解釋率大小順序?yàn)槿镜鞍酌福綜﹕N＞有機(jī)碳＞脲酶＞全磷＞pH＞亞硝酸還原酶＞硝酸還原酶。

3 討論

3.1 土壤有機(jī)氮組分對(duì)施氮量的響應(yīng)

本研究中，施氮顯著提高了土壤酸解總氮的含量，但未酸解態(tài)氮含量則未明顯增加。賈倩等[3]對(duì)不同氮肥用量水稻-棉花輪作農(nóng)田的研究也表現(xiàn)出相似結(jié)果。本研究中，隨著施氮量的增加土壤酸解總氮先增加后降低，這與全氮的變化趨勢(shì)基本一致。有研究表明[22]，土壤全氮與酸解總氮呈極顯著相關(guān)關(guān)系。姬景紅等[20]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)全氮超過一定閾值，酸解總氮隨著全氮含量的增加反而降低，減少的土壤有機(jī)氮主要轉(zhuǎn)化為難于礦化的穩(wěn)定態(tài)有機(jī)氮而保存于土壤中。這說明適量施氮有利于提高氮肥利用率。彭令發(fā)等[32]認(rèn)為未酸解態(tài)氮是以雜環(huán)氮或與雜環(huán)和芳香環(huán)結(jié)合態(tài)存在。而雜環(huán)或芳香環(huán)類化合物均為穩(wěn)定性氮化合物，不易被礦化[33]。

表1 施氮量對(duì)土壤基本化學(xué)性質(zhì)的影響Table 1 Influence of soil physical-chemical proprieties under different nitrogen level

圖4 土壤基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)和氮素轉(zhuǎn)化酶與氮組分的冗余分析Fig.4 Redundancy analysis of soil chemical properties, enzyme activities and soil organic nitrogen forms

本研究中，酸解有機(jī)氮組分分配比例順序?yàn)榘被釕B(tài)氮＞酸解銨態(tài)氮＞酸解未知態(tài)氮＞氨基糖態(tài)氮，這與前人[20-23]的研究結(jié)果一致，說明即使在不同的區(qū)域，土壤有機(jī)氮組分的分布特征也有一定的共性。黨亞愛等[23]對(duì)黃土高原典型土壤氮組分研究表明，氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮是土壤中最主要的有機(jī)氮形態(tài)，氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮是土壤易礦化有機(jī)態(tài)氮的源和庫，與土壤的供氮能力密不可分[34]。本研究中，土壤氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮含量均在N2處理達(dá)到峰值。這可能是由于長(zhǎng)期連續(xù)施氮通過影響土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮含量從而影響土壤微生物活動(dòng)進(jìn)而決定有機(jī)氮轉(zhuǎn)化過程。近年來有研究發(fā)現(xiàn)[32,35]，酸解未知態(tài)氮主要由雜環(huán)態(tài)氮、土壤腐殖質(zhì)化過程的產(chǎn)物和部分酸解未釋放的固定態(tài)銨等生物有效性低的物質(zhì)組成，由于它的礦化速率很低，是土壤酸解有機(jī)氮庫中難礦化的組分，通常容易在土壤中積聚[36]。本研究結(jié)果表明，隨施氮量的增加，酸解未知態(tài)氮含量明顯增加。這與賈倩等[3]在不同施氮量水稻-油菜輪作農(nóng)田的研究結(jié)果一致。但王媛等[37]在不同栽培模式和施氮量對(duì)小麥-玉米輪作研究結(jié)果表明，施氮量對(duì)酸解未知態(tài)氮含量無顯著影響。這可能由于施肥年限、土壤類型、栽培模式等不同影響土壤微生物活性，從而影響有機(jī)氮的分配與轉(zhuǎn)化。

氨基糖態(tài)氮占酸解有機(jī)氮的比例很低，主要成分為氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸，主要源于微生物細(xì)胞壁的殘留物，它反映的是已死亡的土壤微生物積累量而不是現(xiàn)存的微生物量[3,37-38]。對(duì)于氨基糖態(tài)氮而言，不同施氮量對(duì)其變化很小，但是有所提高，這與很多已報(bào)道的研究結(jié)果[3,32,39-40]類似。但是巨曉棠等[11]在15年有機(jī)肥與化肥定位試驗(yàn)耕層土壤有機(jī)氮組分研究結(jié)果表明施用氮肥顯著降低了氨基糖態(tài)氮的含量，這與本文的結(jié)果并不一致。這可能是由于不同的施氮管理措施、試驗(yàn)的年限、取樣方式與研究區(qū)域等原因，導(dǎo)致微生物活性不同，進(jìn)而影響土壤有機(jī)氮的分配與轉(zhuǎn)化。

土壤酸解銨態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮是土壤中有效氮的“暫存庫”和“緩效庫”，其含量的高低直接影響土壤供氮潛力，可作為土壤供氮潛力的表征[36]。本研究中，N2處理下氨基酸態(tài)氮和酸解銨態(tài)氮含量最高，這表明N2處理下土壤中活性有機(jī)氮含量較高，即土壤供氮潛力較高。因此，科學(xué)合理的施氮量對(duì)提高該區(qū)春小麥農(nóng)田土壤供氮潛力意義重大。

3.2 土壤氮素轉(zhuǎn)化酶活性對(duì)施氮量的響應(yīng)

土壤酶活性是土壤生物學(xué)活性的表現(xiàn)，也是衡量土壤肥力水平的重要指標(biāo)，能反映土壤養(yǎng)分尤其是N、P轉(zhuǎn)化能力的強(qiáng)弱，但土壤生物活性又受土壤養(yǎng)分狀況、土壤質(zhì)地等因素的影響[41-43]。本研究中，土壤蛋白酶和脲酶活性隨施氮量的增加先增長(zhǎng)后下降，以N2處理的活性最高，這證明氮素對(duì)酶活性的促進(jìn)作用有一定的限制；郭天財(cái)?shù)萚42]、袁玲等[44]和徐福利等[45]的研究也表明，隨著施氮量的增加，作物根系分泌物增加，土壤微生物數(shù)量增加，進(jìn)一步促進(jìn)了土壤酶活性增強(qiáng)，從而提高了土壤有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而提高了土壤肥力。但如果施氮量超過一定閾值，施氮會(huì)抑制酶活性。這可能是由于氮肥促進(jìn)了作物根系代謝，使根系分泌物增多，微生物繁殖加快，而根際微生物通過吸收土壤中的養(yǎng)分，可以形成近根緩效供應(yīng)的養(yǎng)分庫，有利于提高土壤酶活性[43,46-48]，但當(dāng)施氮量超過一定閾值，過高的氮肥用量會(huì)阻礙微生物的合成作用，導(dǎo)致酶活性的減弱[30]。本研究中，氮肥施用量在0—105 kg N·hm-2范圍內(nèi)均有利于提高春小麥土壤脲酶和蛋白酶活性。0—10和10—20 cm土層土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性隨著施氮量的增加先升高后降低，硝酸還原酶活性以N1最高，亞硝酸還原酶以N3最高；20—40 cm土層不同施氮處理先降低后升高，硝酸還原酶活性以N2最低，亞硝酸還原酶以N3最低。已有研究表明反硝化酶活性主要受土壤溫度、水分、氧氣、底物濃度和有機(jī)碳含量等因素影響[27,49]，陳哲等[50]研究結(jié)果表明，土壤施肥顯著增加了土壤反硝化細(xì)菌的多樣性和豐度，相應(yīng)提高了反硝化作用，但閆鐘清等[27]對(duì)草地不同氮添加的研究結(jié)果與本研究的相反，他們發(fā)現(xiàn)施氮會(huì)降低亞硝酸還原酶的活性，這可能由于不同的地區(qū)、作物、栽培方式、施肥方式影響土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量和取樣時(shí)間與方式的不同，從而導(dǎo)致土壤酶活性的不同。DECHARD等[51]發(fā)現(xiàn)，亞硝酸還原酶活性取決于介質(zhì)中NO3-濃度，與NO3-濃度呈正相關(guān)。本研究中，硝態(tài)氮含量隨土層的加深而升高，增加了底物濃度從而改變了亞硝酸還原酶的活性。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性隨著土層深度的增加而降低[52]。這可能是由于在植物根系周圍和根系及有機(jī)殘?bào)w集中的土壤表層有豐富的酶釋放源，隨著土層的加深植被根系減少，有機(jī)質(zhì)含量降低、土壤動(dòng)物和微生物種類和數(shù)量減少，生理活性降低，隨即酶的釋放量就會(huì)降低[53-54]。

3.3 影響土壤有機(jī)氮分布和轉(zhuǎn)化的因素分析

RDA結(jié)果顯示，土壤全氮、蛋白酶、有機(jī)碳和C﹕N是影響隴中黃土高原春小麥農(nóng)田土壤有機(jī)氮組分變化的關(guān)鍵因子。土壤全氮的質(zhì)量與數(shù)量直接影響到參與氮素礦化的微生物是否容易獲得自身分解所需的能源與氮源，進(jìn)而影響到土壤氮素轉(zhuǎn)化特征[55]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化過程是由理化過程和微生物過程共同作用的結(jié)果。本研究區(qū)植物可利用的活性氮庫主要以有機(jī)態(tài)存在，植物和微生物分泌的蛋白酶能將大部分的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為可供植物吸收利用的無機(jī)氮[56]。土壤有機(jī)碳為土壤微生物生活提供了充足的能量，促進(jìn)了微生物對(duì)土壤有機(jī)氮的礦化。碳氮比影響氮素礦化速率[57]，PRESCOTT等[58]認(rèn)為當(dāng)土壤碳氮比小于25﹕1時(shí)，土壤中的氮素會(huì)出現(xiàn)凈礦化。本研究中，土壤碳氮比維持在較低的水平，減弱了微生物的分解能力，土壤有機(jī)氮組分與碳氮比呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

氮肥合理施用是維持或提高土壤肥力的基礎(chǔ)。在本研究中，土壤氨基酸態(tài)氮、酸解銨態(tài)氮隨著施氮量的增加先升高后降低，均在N2處理達(dá)到最大。在此施氮模式下N2處理土壤供氮潛力最高。根據(jù)RDA結(jié)果可知，全氮是影響有機(jī)氮組分變化的最重要因子，蛋白酶次之；碳氮比與所有有機(jī)氮組分均呈負(fù)相關(guān)，蛋白酶、有機(jī)質(zhì)和脲酶與氨基酸態(tài)氮呈極顯著正相關(guān)。