由曉璇，許桂玲，馮躍華，2?，王曉珂，高鈺琪，任紅軍，韓志麗，李家樂

(1 貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2 貴州大學(xué)山地植物資源保護(hù)與種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025)

土壤的肥力決定了作物生長(zhǎng)發(fā)育的優(yōu)劣，直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了保證糧食產(chǎn)量，人們過于依賴化肥。而過量施氮會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)、酸化，且會(huì)增加土壤氮素的多途徑損失，破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等[1－2]。因此，適當(dāng)?shù)販p少氮肥的施用尤其重要。有機(jī)肥的施入有利于改善土壤結(jié)構(gòu)、保持土壤養(yǎng)分平衡、增加土壤中有益微生物數(shù)量、增強(qiáng)土壤酶活力等，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)[3]。高乾等[4]研究表明，與單施化肥相比，減氮20%配施綠肥能提高水稻產(chǎn)量6.76%。丁煥新等[5]研究顯示，與單施化肥相比，減氮55%配施商品有機(jī)肥可增產(chǎn)9.42%。Iqbal 等[6]研究表明，與單施化肥相比，減氮30%、40%配施有機(jī)肥的處理土壤微生物量碳、氮含量顯著增加。鄭亮等[7]研究認(rèn)為，減氮50%配施豬糞處理的土壤微生物量碳顯著高于單施化肥處理，但微生物量氮無顯著差異。梁元振[8]研究表明，減氮20%、30%配施商品有機(jī)肥可顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性；而秦秦等[9]研究認(rèn)為，在配施生物有機(jī)肥的條件下，化肥減量30%能提高脲酶、蔗糖酶活性，但對(duì)過氧化氫酶活性無顯著影響。因此，前人關(guān)于減氮配施有機(jī)肥對(duì)產(chǎn)量、土壤微生物量、土壤酶活性的研究結(jié)論不盡一致。本研究以雜交秈稻宜香優(yōu)2115 為材料，在貴州省黃平縣開展大田試驗(yàn)，分析雜交秈稻產(chǎn)量、土壤微生物量、土壤酶活性對(duì)減氮配施有機(jī)肥的響應(yīng)，以為減氮配施有機(jī)肥技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2021 年在貴州省黃平縣舊州鎮(zhèn)寨碧村(26°59′44.59″N，107°43′58.90″E)進(jìn)行。試驗(yàn)田耕層土壤pH 為5.3，含全氮2.55 g/kg、全磷0.38 g/kg、全鉀13.27 g/kg、有機(jī)質(zhì)25.37 g/kg、堿解氮157.00 mg/kg、有效磷16.37 mg/kg、速效鉀162.86 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為秈型雜交水稻宜香優(yōu)2115；有機(jī)肥為遵義君宇生物工程有限公司生產(chǎn)的來利有機(jī)肥(氮、磷、鉀含量分別為1.345%、0.949%、2.365%)；使用的化肥有尿素(N 含量46.2%)、普鈣(P2O5含量16.0%)和氯化鉀(K2O 含量60.0%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，以有機(jī)肥施用量為主區(qū)，設(shè)3 個(gè)水平，分別為M0(0 kg/hm2)、M1(1 673 kg/hm2，含N 22.5 kg/hm2，低量有機(jī)肥)、M2(3 346 kg/hm2，含N 45 kg/hm2，高量有機(jī)肥)；以減氮率為副區(qū)，設(shè)4 個(gè)水平，分別為R1(施N 180 kg/hm2，減氮率0%)，R2(施N 135 kg/hm2，減氮率25%)，R3(施N 90 kg/hm2，減氮率50%)，R4(施N 0 kg/hm2，減氮率100%)。各處理磷、鉀肥用量相同，分別為P2O596 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2，施用的有機(jī)肥所含的磷鉀量需計(jì)入各處理的總磷鉀中。有機(jī)肥全部用作基肥，氮肥按基肥35%、分蘗肥20%、促花肥30%、保花肥15%的比例施用。磷肥全部用作基肥，鉀肥按基肥、促花肥各50%的比例施用。副區(qū)面積17.28 m2，小區(qū)四周設(shè)高30 cm、寬20 cm 的田埂，包膜壓深至地下30 cm，防止水肥滲透。設(shè)置3 次重復(fù)，區(qū)組間留60 cm 走道，以便田間操作及調(diào)查。行株距為30 cm×20 cm，每穴插1 苗。大田自分蘗初期起保持水面3～5 cm，直到成熟期前10 d 左右停止灌溉，任其自然落干。田間精細(xì)管理，及時(shí)控制病蟲害。于2021 年4 月19 日育秧，5月27 日移栽，9 月10 日收獲測(cè)產(chǎn)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

于成熟期從每個(gè)小區(qū)收割90 穴水稻，脫粒曬干風(fēng)選后測(cè)產(chǎn)。用烘干法測(cè)定實(shí)際含水量，按13.5%水分含量折算實(shí)產(chǎn)。在測(cè)產(chǎn)取樣的同時(shí)，根據(jù)每小區(qū)的平均莖蘗數(shù)取代表性植株6 穴作為考種樣本，調(diào)查水稻的穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量等。

1.4.2 土壤微生物量碳、氮測(cè)定

(1)土樣采集。采用5 點(diǎn)取樣法，將土壤表層浮土去除，用土鉆取0～20 cm 土層的土壤樣品。土壤樣品分為兩部分，一部分裝入自封袋中，于4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物量的測(cè)定；另一部分裝入塑料袋中，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)陰干后，用1 mm 網(wǎng)篩過篩，保存樣品，用于土壤酶活性的測(cè)定。

(2)土壤微生物量碳、氮測(cè)定。參照文獻(xiàn)[10]，采用氯仿熏蒸提取法測(cè)定土壤微生物量碳、氮含量。

1.4.3 土壤酶活性測(cè)定

參照文獻(xiàn)[11]，采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法測(cè)定脲酶活性，采用3，5－二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶活性，采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過氧化氫酶活性。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；采用SAS 9.0進(jìn)行方差分析；采用SPSS 2016 進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮配施有機(jī)肥對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1 可知，減氮率、減氮率與有機(jī)肥施用量互作均對(duì)水稻產(chǎn)量具有極顯著影響(P<0.01)。由減氮率主效可知，隨著減氮率的增大，產(chǎn)量呈先降低后增加再降低趨勢(shì)，減氮率50%的處理(R3)產(chǎn)量最高，且顯著高于其它減氮率處理。隨著減氮率的增大，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)呈先增高后降低趨勢(shì)，而千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率則相反。減氮25%處理(R2)的有效穗數(shù)最高，顯著高于減氮100%處理(R4)；R3 處理的每穗粒數(shù)最高，顯著高于R4；而R4 處理的千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率最高，顯著高于其它減氮處理。

表1 不同處理的水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成比較Table 1 Comparison of rice yield and yield composition under different treatments

在低量或高量有機(jī)肥條件下，產(chǎn)量均以R3 處理最高，且顯著高于R2、R4。有效穗數(shù)則分別為R1、R2 最高，R1、R2 間無顯著差異；每穗粒數(shù)則為R3 處理最高，顯著高于R4；千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率均為R4 最高，且顯著高于其它減氮處理(低量有機(jī)肥條件下的結(jié)實(shí)率除外)。

在等氮條件下，與單施化肥的處理R1M0 相比，減氮25%配施高量有機(jī)肥處理R2M2 的結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量顯著提高；在非等氮條件下，與R1M0 相比，減氮50%配施低、高量有機(jī)肥的處理R3M1、R3M2 的產(chǎn)量均顯著增加，減氮25%配施低量有機(jī)肥處理R2M1 的結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量顯著增高。

2.2 減氮配施有機(jī)肥對(duì)土壤微生物量碳、氮含量及碳氮比的影響

由表2 可知，減氮率對(duì)土壤微生物量碳有極顯著影響，減氮率與有機(jī)肥施用量互作對(duì)土壤微生物量碳含量、土壤微生物量碳氮比有極顯著影響。由減氮率的主效應(yīng)可知，隨著減氮率的增大，土壤微生物量碳含量呈先增高后降低趨勢(shì)，R2 處理最高，顯著高于R4；土壤微生物量氮含量呈先降低后增高趨勢(shì)，R1 處理最高，且顯著高于R3；土壤微生物量碳氮比呈先增高后降低趨勢(shì)，變化范圍在7～9，R3 處理最高，且顯著高于R1、R4。

表2 不同處理的水稻土壤微生物量碳、氮含量以及微生物量碳氮比的比較Table 2 Comparison of soil microbial biomass C，N and microbial biomass C/N ratio of rice under different treatments

在低量有機(jī)肥條件(M1)下，土壤微生物量碳含量為R2 處理最高，且顯著高于其他減氮處理；土壤微生物量氮含量為R1 處理最高，且其顯著高于R4；土壤微生物量碳氮比為R4 處理最高，且其顯著高于其他減氮處理。在高量有機(jī)肥(M2)條件下，土壤微生物量碳含量為R1 處理最高，其顯著高于R2、R4；土壤微生物量氮含量為R4 處理最高，其顯著高于R3；土壤微生物量碳氮比為R3 最高，其顯著高于R4，但與R1、R2 無顯著差異。

在等氮條件下，與R2M0 相比，R3M2 處理的土壤微生物量碳含量提高了9.73%，但差異不顯著；土壤微生物量碳氮比則顯著增高。在非等氮條件下，與R1M0 相比，R2M1 的土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量分別提高了8.87%和0.11%，但差異不顯著；與R2M0 相比，R3M1 的土壤微生物量碳含量也提高了1.28%，但差異不顯著。

2.3 減氮配施有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性的影響

由表3 可知，減氮率對(duì)土壤脲酶、過氧化氫酶活性有極顯著影響，對(duì)土壤蔗糖酶活性有顯著影響；減氮率與有機(jī)肥施用量互作對(duì)土壤蔗糖酶、過氧化氫酶活性有極顯著影響，對(duì)脲酶活性有顯著影響。隨著減氮率的增大，土壤脲酶活性以R3 處理最高，其顯著高于其它減氮處理；蔗糖酶活性呈持續(xù)增高趨勢(shì)，R4 處理最高，且顯著高于其他減氮處理；過氧化氫酶活性呈先增高后降低趨勢(shì)，R3 處理最高，且顯著高于其它減氮處理。

表3 不同處理的水稻土壤酶活性比較Table 3 Comparison of rice soil enzyme activities under different treatments

在低量有機(jī)肥條件下，脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性均為R3 處理最高，脲酶活性為R3 顯著高于R2、R4，但蔗糖酶、過氧化氫酶活性處理間無顯著差異。在高量有機(jī)肥條件下，脲酶、過氧化氫酶活性均為R3 最高，其顯著高于R1、R4；蔗糖酶活性為R4最高，其顯著高于其他減氮處理。

在等氮條件下，與R1M0 相比，R2M2 的脲酶活性提高了6.22%，但差異不顯著；過氧化氫酶活性顯著提高了17.01%。與R2M0 相比，R3M2 的過氧化氫酶活性顯著提高了54.70%，脲酶、蔗糖酶活性分別提高了5.81%、13.41%，但差異不顯著。在非等氮條件下，與R1M0 相比，R3M1、R3M2 的脲酶活性分別顯著提高了17.22%和18.04%；R2M1、R3M1的蔗糖酶活性分別提高了1.41%、11.63%，但差異不顯著；R3M2 的過氧化氫酶活性顯著提高了26.02%，R2M1、R3M1 分別提高2.89%、6.46%，但差異不顯著；與R2M0 相比，R3M1 的脲酶活性提高了1.66%，但差異不顯著；R3M1 的蔗糖酶、過氧化氫酶活性分別顯著提高了43.22%、30.69%。

2.4 土壤微生物量碳、氮、土壤酶活性與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

將土壤酶(脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶)活性、微生物量碳、微生物量氮與水稻產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。脲酶活性與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；微生物量碳含量與脲酶活性、過氧化氫酶活性分別呈顯著、極顯著正相關(guān)，而與蔗糖酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)；脲酶活性與過氧化氫酶活性呈極顯著正相關(guān)，蔗糖酶活性與過氧化氫酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表4 土壤各指標(biāo)相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of soil indexes

3 討論

在本研究中，無論是在低量還是高量有機(jī)肥條件下，均為減氮50%的處理產(chǎn)量最高。但胡法龍等[12]研究表明，在配施300 kg/hm2有機(jī)肥時(shí)，隨著減氮率提高，水稻產(chǎn)量持續(xù)下降，結(jié)果與本文有差異，這可能是因?yàn)榕c本研究相比，其有機(jī)肥施用量較少，且有機(jī)肥種類也有所不同。此外，在低量有機(jī)肥條件下，減氮100%與減氮0%、減氮25%的處理無顯著差異，且在減氮100%條件下，低量有機(jī)肥和高量有機(jī)肥間亦無顯著差異，這可能是因?yàn)檫^多的養(yǎng)分以及養(yǎng)分虧缺都不利于水稻產(chǎn)量的提高。楊勝玲等[13]研究表明，在等養(yǎng)分含量條件下，與常規(guī)施肥相比，減氮25%配施有機(jī)肥的處理水稻產(chǎn)量增高；Iqbal 等[14]認(rèn)為，在等養(yǎng)分含量下，與單施氮肥相比，減氮30%配施牛糞或禽糞的處理產(chǎn)量顯著增高；馬蓓[15]研究表明，在非等氮條件下，與常規(guī)施肥相比，減氮62.5%配施有機(jī)肥晚稻產(chǎn)量增高。這些研究結(jié)論與本研究有相似之處。與單施氮肥(N180 kg/hm2)相比，減氮配施有機(jī)肥處理產(chǎn)量均顯著增高。這可能是因?yàn)榕涫┯袡C(jī)肥平衡了土壤中的養(yǎng)分，使水稻整個(gè)生育期養(yǎng)分供應(yīng)充足[16]，而配施有機(jī)肥的同時(shí)減少化肥氮的施入，解決了常規(guī)施肥中過量施氮而導(dǎo)致的養(yǎng)分利用率低等問題。

本研究表明，在相同有機(jī)肥量下，過度減氮(減氮100%)不利于有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)的增加，這與張文潔[17]的研究結(jié)果基本相似?？赡苁且?yàn)檫^度減氮會(huì)使水稻分蘗生長(zhǎng)和穗分化時(shí)期出現(xiàn)明顯的缺氮現(xiàn)象，養(yǎng)分供應(yīng)不足，因而表現(xiàn)出庫(kù)容量變小[18]。但千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率則相反，二者均為減氮100%處理最高，說明單施有機(jī)肥對(duì)千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率有提升效果，這與顧巍巍等[19]的研究結(jié)論相似。究其原因，可能是因?yàn)橄啾扔谒傩У幕瘜W(xué)氮肥，有機(jī)肥具有平緩持續(xù)的肥效，可以提升氮的生物固定，使整個(gè)生育期能持續(xù)供應(yīng)氮肥，有利于籽粒灌漿時(shí)期的養(yǎng)分供給，因而促進(jìn)了千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率的提高[20]。

土壤微生物量碳、氮含量是土壤碳、氮養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)研究中的重要指標(biāo)，可以較為直觀地反映不同施肥模式下的土壤微生物和土壤肥力狀況[21]。在本研究中，隨著減氮率的提高，土壤微生物量碳含量呈先增高后降低的趨勢(shì)，減氮25%的處理最高，但土壤微生物量氮含量呈相反趨勢(shì)，減氮0%的處理最高。說明有機(jī)肥施用量相同的條件下，減氮有利于土壤微生物量碳含量的增高，但不利于微生物量氮含量的增高。張麗[22]研究表明，在等氮條件下，與單施化肥相比，減氮配施有機(jī)肥的處理土壤微生物量碳、氮含量提高，這與本研究的結(jié)論同中有異。本研究發(fā)現(xiàn)，等氮條件下，與單施化肥相比，減氮配施有機(jī)肥的土壤微生物量碳含量升高，但土壤微生物量氮含量則降低。這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)的總氮含量較低，而微生物對(duì)氮素的固定，需要在能源物質(zhì)供給充足時(shí)才會(huì)完成，減氮配施有機(jī)肥后，化肥氮礦化后剩余的量不足以完成土壤微生物對(duì)氮素的固持作用，從而導(dǎo)致土壤微生物量氮含量降低[23－25]，而有機(jī)肥施入土壤分解后既可以釋放出大量的養(yǎng)分，又增加了土壤中的可利用碳源，刺激了微生物的繁殖，從而使有機(jī)肥中的碳被微生物吸收，使土壤微生物量碳含量升高。李靜[26]研究表明，在不等氮條件下，與單施化肥相比，減氮配施有機(jī)肥的處理土壤微生物量碳、氮含量顯著提高，這與本研究的結(jié)論相似。本研究中，在不等氮的條件下，與單施化肥相比，減氮配施有機(jī)肥的土壤微生物量碳、氮含量提高。

土壤微生物量碳氮比既可以反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征，又能反映土壤中的氮素有效性，氮素有效性與微生物量碳氮比呈反比[27－28]。當(dāng)土壤微生物量碳氮比為5、6、10 時(shí)，分別有利于細(xì)菌、放線菌、真菌的生長(zhǎng)[29]。在本試驗(yàn)中，隨著減氮率的增大，土壤微生物量碳氮比呈先增大后減小趨勢(shì)，甚至在高量有機(jī)肥條件下發(fā)生由10 向5 的變化。這與張成蘭等[28]長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)紅壤土微生物性狀影響的研究結(jié)論相同。說明減氮配施有機(jī)肥處理使土壤中的微生物種類由真菌向細(xì)菌方向轉(zhuǎn)化，而細(xì)菌的增多有利于土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化。并且有研究[30]表明，多種細(xì)菌種群都可以提高土壤中有效氮和有效磷的含量。

土壤酶是作用于許多發(fā)生在土壤中的生化過程的天然催化劑，其活性可以反映微生物的活力以及土壤中養(yǎng)分有效性的高低，是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)[31－33]。脲酶、蔗糖酶分別表示土壤中與氮、碳循環(huán)相關(guān)的酶，過氧化氫酶的大小可反映土壤毒害作用的高低[34－35]。在本試驗(yàn)中，配施有機(jī)肥時(shí)，隨著減氮率的提高，土壤蔗糖酶活性呈持續(xù)增高趨勢(shì)，過氧化氫酶活性呈先增高后降低趨勢(shì)，而脲酶活性無明顯變化規(guī)律，其中脲酶、過氧化氫酶均為減氮50%的處理最高，而蔗糖酶則為減氮100%的處理最高，說明減氮配施有機(jī)肥可以提高脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶的活性，這與王興龍等[36]研究結(jié)論一致。可能是因?yàn)槭┯眠^多的肥料會(huì)抑制土壤酶活性的提高，而適量氮肥配施有機(jī)肥有利于提高微生物的運(yùn)動(dòng)活性，從而讓更多的酶進(jìn)入土壤，致使酶活性提高。顧強(qiáng)[37]的研究表明，在等氮條件下，與單施化肥相比，減氮40%配施有機(jī)肥處理的脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性得到提高。孫瑞蓮等[38]研究表明，在不等氮條件下，與單施化肥相比，減氮50%配施有機(jī)肥處理的脲酶、蔗糖酶活性提高，但過氧化氫酶活性降低。以上的結(jié)論與本研究大致相同，不同點(diǎn)在于在本試驗(yàn)中非等氮條件下，與單施化肥相比，減氮配施有機(jī)肥處理的脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性均提高了，這可能是因?yàn)榕涫┑挠袡C(jī)肥含氮量不同，本試驗(yàn)的有機(jī)肥含純氮量較高，所以減氮配施有機(jī)肥處理的3 種酶活性都有所提高。

通過相關(guān)性分析可知，脲酶與產(chǎn)量的提高有密切關(guān)系，這與管冠[39]、徐云連等[40]研究結(jié)論一致。這可能是因?yàn)殡迕缚梢运饽蛩兀苯佑绊懥耸┤氲姆柿现械尼尫?，增?qiáng)了氮的有效性，促進(jìn)了水稻的吸收利用，進(jìn)而影響產(chǎn)量[41]。而脲酶活性又與過氧化氫酶活性、微生物量碳含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，但與蔗糖酶活性卻呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明提高脲酶、過氧化氫酶活性、微生物量碳含量都有利于產(chǎn)量的提高，而蔗糖酶活性則相反。還說明了土壤中的一些指標(biāo)在發(fā)揮各自作用的同時(shí)，也發(fā)生著相互作用[42]。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)中，減氮50%配施高量有機(jī)肥處理的產(chǎn)量最高，且該處理組合的脲酶、過氧化氫酶活性亦最高，雖該處理組合的大部分指標(biāo)未達(dá)到最高值，但與最高值的處理組合均無顯著差異。綜合分析，本試驗(yàn)條件下，減氮50%配施高量有機(jī)肥為最適組合。