稻草还田与不同耕作方式对麦田土壤脲酶和土壤无机氮的影响

李 波， 魏亚凤， 汪 波， 季 桦， 刘 建

(江苏沿江地区农业科学研究所，江苏 南通226541)

土壤脲酶对土壤和肥料的氮素转化起着重要作用，与土壤肥力关系密切［1］。脲酶可以加速土壤中潜在养分的有效化，因而土壤中脲酶活性可以作为衡量土壤肥力的指标之一，并能部分反映土壤生产力［2］。土壤脲酶活性与土壤的微生物数量、有机物质含量、全氮和速效氮含量呈正相关［3-4］。土壤无机氮是作物吸收的主要氮素形式［5］。中国是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一，每年会产生近 2×106t 的水稻秸秆［6-7］，稻草还田是提高小麦产量和品质的重要措施［8-9］。国内外大多数研究集中在稻草还田对土壤理化性状、土壤微生物、小麦根系发育以及小麦产量及产量构成的影响等方面［10-13］。耕作方式能通过调节土壤环境而影响作物生长特性［14］，前人研究了耕作方式对土壤微生物数量、土壤水分、土壤有机碳积累等的影响［15-19］，但对稻草还田条件下不同耕作方式对土壤脲酶及无机氮的影响研究报道较少。因此本试验通过研究稻草还田与不同耕作方式对麦田 0 ～30 cm 土层土壤脲酶、硝态氮、铵态氮的影响，为小麦优质高产条件下适宜还田模式研究与应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试品种

试验于2011 ～2012 年在江苏沿江地区农业科学研究所实验田进行，土质为沙壤土，试验田的0 ～20 cm 耕层的土壤有机质含量12.45 g/kg、全氮含量1.29 g/kg、全磷含量1.03 g/kg 和速效钾含量54.68 mg/kg。小麦播种期为11 月5 日，种子播量150 kg/hm2，供试小麦品种扬麦13。小麦施N 量为210 kg/hm2，基肥、分蘖肥和拔节孕穗肥所占百分比分别为70%、10%和20%，病虫草害防治措施参照高产大田。拔节孕穗肥施用后采集土样。

1.2 试验设计

根据土壤耕翻方式及稻草是否还田，分别设置以下8 个处理。处理1(A1):土壤免耕(土壤拢动2 ～3 cm)，稻草全量还田;处理2(A0):土壤免耕(土壤拢动2 ～3 cm)，稻草不还田;处理3(B1):土壤旋耕(旋耕深度8 ～10 cm)，稻草全量还田;处理4(B0):土壤旋耕(旋耕深度 8 ～10 cm)，稻草不还田;处理5(C1):土壤浅翻耕(翻耕深度 13 ～15 cm)，稻草全量还田;处理6(C0):土壤浅翻耕(翻耕深度13 ～15 cm)，稻草不还田;处理7(D1):土壤深翻耕(翻耕深度 18 ～20 cm)，稻草全量还田;处理8(D0):土壤深翻耕(翻耕深度 18 ～20 cm)，稻草不还田。每个处理的稻草还田量(干质量)9 000 kg/hm2，统一切割成长度(10±2)cm 还田。小区面积22.4 m2(8.0 m×2.8 m)，3 次重复。

1.3 测定项目与方法

于小麦拔节期(4 月4 日)、孕穗期(4 月16日)、抽穗期(4 月28 日)、灌浆期(5 月5 日)、成熟期(5 月27 日)，每10 cm 土层取1 个土样，取到30 cm 深度。土壤硝态氮含量的测定采用酚二磺酸比色法，铵态氮含量的测定采用靛酚蓝比色法，土壤脲酶活性的测定采用靛酚蓝比色法。

1.4 统计分析

使用Microsoft Excel 2003 进行数据处理，利用DPS 软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 稻草还田与不同耕作方式对0 ～30 cm 土层土壤铵态氮含量的影响

由表1 可见，在拔节期，有稻草还田的不同耕作方式处理之间0 ～10 cm 铵态氮含量C1 ＞A1 ＞D1 ＞B1，无稻草还田的不同耕作方式之间10 ～20 cm 铵态氮含量D0＞C0＞B0＞A0，说明无稻草还田条件下，随着土壤翻耕深度的增加，10 ～20 cm 土壤铵态氮含量有增加趋势，有稻草还田条件下，不同耕作方式对0 ～10 cm 土层土壤铵态氮含量的影响无规律。除深翻耕外其他相同耕作方式下有稻草还田处理比无稻草还田处理0 ～10 cm、20 ～30 cm 土层土壤铵态氮含量都高，说明稻草还田提高了0 ～10 cm、20 ～30 cm 土层土壤铵态氮的含量。

孕穗期除浅翻耕外其他相同耕作方式下有稻草还田处理比无稻草还田处理0 ～10 cm、10 ～20 cm土层土壤铵态氮含量都低，说明稻草还田降低了0 ～10 cm、10 ～20 cm 土层土壤铵态氮的含量。无稻草还田的不同耕作方式处理之间0 ～10 cm 铵态氮含量D0＞C0＞B0＞A0，说明无稻草还田条件下，随着土壤翻耕深度的增加，0 ～10 cm 土层土壤铵态氮含量有增加趋势。

抽穗期，无稻草还田的不同耕作方式处理之间20 ～30 cm 铵态氮含量D0＞C0＞B0＞A0，有稻草还田的不同耕作方式处理之间 20 ～30 cm 铵态氮含量D1＞C1＞B1＞A1，有、无稻草还田处理之间不同耕作方式下铵态氮含量变化趋势一致，说明抽穗期随着土壤翻耕深度的增加，20 ～30 cm 土壤铵态氮含量有增加趋势。

灌浆期，无稻草还田的不同耕作方式处理之间10 ～20 cm 铵态氮含量A0＞B0＞C0＞D0，说明无稻草还田条件下，随着土壤翻耕深度的增加，10 ～20 cm 土壤铵态氮含量逐渐减少。

收获期，相同耕作方式下有稻草还田处理比无稻草还田处理 0 ～10 cm 土层土壤铵态氮含量都高，说明稻草还田提高了 0 ～10 cm 土层土壤铵态氮的含量。

表1 小麦不同生育期0 ～30 cm 土壤铵态氮含量(kg/hm2)Table 1 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

表1 小麦不同生育期0 ～30 cm 土壤铵态氮含量(kg/hm2)Table 1 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

A1:土壤免耕(土壤拢动2 ～3 cm)，稻草全量还田;A0:土壤免耕(土壤拢动2 ～3 cm)，稻草不还田;B1:土壤旋耕(旋耕深度8 ～10 cm)，稻草全量还田;B0:土壤旋耕(旋耕深度8 ～10 cm)，稻草不还田;C1:土壤浅翻耕(翻耕深度13 ～15 cm)，稻草全量还田;C0:土壤浅翻耕(翻耕深度13 ～15 cm)，稻草不还田;D1:土壤深翻耕(翻耕深度18 ～20 cm)，稻草全量还田;D0:土壤深翻耕(翻耕深度18 ～20 cm)，稻草不还田。不同小写字母表示同一生育期相同土层不同处理之间差异达到0.05 显著水平。

生育期 土层(cm)处 理A1 A0 B1 B0 C1 C0 D1 D0拔节期 0 ～10 11.52a 7.12c 7.94c 4.67e 12.02a 6.80cd 9.57ab 9.75ab 10 ～20 6.80a 4.90bc 3.72d 4.94bc 4.58c 5.94ab 5.67b 6.99a 20 ～30 5.49c 3.74d 3.76d 2.81e 3.35d 2.86e 6.08ab 7.12a孕穗期 0 ～10 4.04e 5.35d 10.12ab 5.85d 4.94de 8.48c 10.35ab 11.39a 10 ～20 5.49cd 5.99c 4.63e 3.81f 5.71c 7.85b 6.99bc 8.30a 20 ～30 4.53d 6.53b 5.31c 6.35b 5.22c 7.98a 4.03d 8.17a抽穗期 0 ～10 14.34b 13.56c 15.84a 15.88a 15.70a 12.52d 13.47c 14.74b 10 ～20 8.17d 10.71b 11.89ab 10.52c 10.98b 10.80c 12.79a 10.93b 20 ～30 4.04e 5.40d 5.17cd 6.53c 7.62b 6.85c 9.57a 7.30b灌浆期 0 ～10 11.57e 11.98e 27.09a 21.74b 9.16f 20.60b 18.55c 14.65d 10 ～20 28.86a 22.19c 25.19b 16.24cd 12.25e 15.93d 15.97d 15.02d 20 ～30 12.84e 19.15a 17.56b 14.34d 17.78b 12.20e 15.38d 16.56c收获期 0 ～10 19.92b 17.88c 22.34a 17.60c 17.65c 15.29d 23.28a 22.88a 10 ～20 10.12d 13.43c 15.02a 14.30b 14.61b 7.08e 10.16d 10.89d 20 ～30 7.57e 10.98c 8.80d 13.75b 15.56a 7.40e 8.89d 16.29a

2.2 稻草还田与不同耕作方式对0 ～30 cm 土层土壤硝态氮含量的影响

由表2 可见，拔节期除深翻耕处理外相同耕作方式的有稻草还田处理0 ～10 cm、10 ～20 cm 硝态氮含量较无稻草还田处理的要低些。不同耕作方式处理之间0 ～10 cm、10 ～20 cm、20 ～30 cm 硝态氮含量变化无规律。

孕穗期，除旋耕处理外相同耕作方式的有稻草还田处理0 ～10 cm 硝态氮含量较无稻草还田处理的要高些。10 ～20 cm、20 ～30 cm 硝态氮含量除免耕外相同耕作方式的有稻草还田处理较无稻草还田处理的要高些。稻草还田条件下不同耕作方式10 ～20 cm 土壤硝态氮含量大小顺序为A1＜B1＜C1＜D1，说明稻草还田条件下随着土壤耕翻深度的增加，土壤10 ～20 cm 硝态氮含量逐渐增加。

抽穗期，除免耕处理外相同耕作方式的有稻草还田处理0 ～10 cm 硝态氮含量较无稻草还田处理的要高些。10 ～20 cm、20 ～30 cm 硝态氮含量除浅翻耕外相同耕作方式的有稻草还田处理较无稻草还田处理的低些。

灌浆期，除旋耕处理外相同耕作方式的有稻草还田处理0 ～10 cm、10 ～20 cm 硝态氮含量较无稻草还田处理的要低些。

收获期，相同耕作方式的有稻草还田处理0 ～10 cm、20 ～30 cm 硝态氮含量较无稻草还田处理的要高些。有稻草还田条件下不同耕作方式处理的20 ～30 cm 土壤硝态氮含量大小顺序为A1＜B1＜C1＜D1，无稻草还田条件下不同耕作方式20 ～30 cm 硝态氮含量大小顺序为A0＜B0＜C0＜D0，说明土壤翻耕深度增加使土壤20 ～30 cm 硝态氮含量增加。

2.3 稻草还田与不同耕作方式对0 ～30 cm 土层土壤脲酶活性的影响

由表3 可见，拔节期，所有处理0 ～30 cm 土壤脲酶活性最大的土层为10 ～20 cm。有稻草还田条件下不同耕作方式处理的 20 ～30 cm 土壤脲酶活性大小顺序为A1 ＜B1 ＜C1 ＜D1，说明稻草还田条件下，随着土壤耕翻深度的增加，拔节期土壤 20 ～30 cm 脲酶活性增加。

表2 小麦不同生育期0 ～30 cm 土壤硝态氮的含量(kg/hm2)Table 2 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

表2 小麦不同生育期0 ～30 cm 土壤硝态氮的含量(kg/hm2)Table 2 -N content in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat (kg/hm2)

各处理见表1。不同小写字母表示同一生育期相同土层不同处理之间差异达到0.05 显著水平。

生育期 土层(cm)处 理A1 A0 B1 B0 C1 C0 D1 D0拔节期 0 ～10 3.21f 7.94bc 5.11e 6.84d 8.50b 11.01a 3.56f 1.75g 10 ～20 1.26c 9.20a 1.27c 2.05b 2.09b 2.44b 2.16b 1.74c 20 ～30 0.28e 6.48a 0.51e 0.70e 3.77b 2.86c 1.27d 1.12d孕穗期 0 ～10 2.79d 1.26e 0.63f 1.82e 13.51a 3.28c 6.76b 1.75e 10 ～20 0.91c 1.33b 1.26b 0.91c 2.44a 2.23a 2.93a 1.40b 20 ～30 2.65b 4.88a 2.67b 1.05c 5.51a 1.61c 2.51b 1.61c抽穗期 0 ～10 1.75f 18.11a 2.65e 1.26f 11.07b 1.95f 6.90c 3.35d 10 ～20 2.23b 3.42a 0.11d 2.09b 2.02b 1.68c 1.40c 2.12b 20 ～30 1.75c 3.35b 0.27d 0.70d 6.34a 1.65c 1.40c 0.63d灌浆期 0 ～10 0.49f 3.14d 1.40e 0.77f 8.01b 22.56a 2.09e 4.74c 10 ～20 1.68c 2.86b 2.51c 2.16b 1.82bc 13.30a 2.02b 2.65b 20 ～30 1.47c 1.61c 2.93ab 2.51b 2.86ab 3.97a 3.42a 1.95bc收获期 0 ～10 5.30b 3.07d 3.76d 1.82f 8.02a 3.84d 4.81c 2.37e 10 ～20 9.96a 3.35e 5.16d 7.45c 8.57b 9.20a 8.22b 5.92d 20 ～30 3.21c 1.47e 3.87c 2.79d 4.88b 4.74b 7.52a 7.42a

孕穗期，除旋耕处理外其他所有处理0 ～10 cm土壤脲酶活性达到最大值。

抽穗期，相同耕作方式处理的0 ～10 cm 土壤脲酶活性有稻草还田的较无稻草还田的要低些。且稻草还田条件下，0 ～10 cm 土壤脲酶活性大小顺序为A1＜B1＜C1＜D1。说明稻草还田条件下，随着土壤耕翻深度的增加，拔节期土壤0 ～10 cm 脲酶活性增加，稻草还田使抽穗期0 ～10 cm 土壤脲酶活性降低。

灌浆期，相同耕作方式处理的10 ～20 cm 土壤脲酶活性有稻草还田的较无稻草还田的要低些，20 ～30 cm 土壤脲酶活性有稻草还田的较无稻草还田的要高些。稻草还田条件下，10 ～20 cm 土壤脲酶活性大小顺序为A1＞B1＞C1＞D1。说明稻草还田条件下，随着土壤耕翻深度的增加10 ～20 cm土壤脲酶活性增加。

收获期，相同耕作方式0 ～30 cm 土壤脲酶活性有稻草还田的均低于无稻草还田的，说明稻草还田使0 ～30 cm 土壤脲酶活性降低。0 ～10 cm 土壤脲酶活性大小为A1＜B1＜C1＜D1，说明随着土壤翻耕深度的增加，收获期0 ～10 cm 土壤脲酶活性逐渐增加。

3 讨论

在同一土层或一个土壤剖面铵态氮含量相对较稳定，不会受时期的影响［20］。本试验结果表明拔节期无稻草还田条件下，随着土壤翻耕深度的增加，0 ～10 cm 土壤铵态氮含量有增加趋势，有稻草还田条件下，不同耕作方式对土壤铵态氮含量的作用无规律。抽穗期随着土壤翻耕深度的增加，20 ～30 cm 土壤铵态氮含量有增加趋势。灌浆期，无稻草还田条件下，随着土壤翻耕深度的增加，10 ～20 cm 土壤铵态氮含量逐渐减少。相同土层铵态氮含量随着小麦生育期的变化而变化，且差异较大。稻草还田及耕作方式对土壤铵态氮含量是有影响的，在不同生育期影响不同，对不同土层的影响也不同。这可能是稻草还田与耕作方式影响了土壤中氮素的硝化作用。

硝态氮是旱地作物吸收氮的主要形式，土壤中硝态氮含量会因作物生长季节的变化而变化［21-22］。稻草还田与耕作方式对土壤硝态氮含量的影响也因生育期和土壤层次的不同而不同。拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期大部分相同耕作方式有秸秆还田处理的10 ～20 cm 硝态氮含量较无稻草还田处理的要低些。稻草还田会使土壤中微生物数量急剧上升［23］，微生物的大量繁殖消耗土壤中硝态氮从而使土壤中硝态氮含量降低。另外，稻草还田可能提高了小麦的氮素利用效率，小麦从土壤中吸收硝态氮比较多，从而残留在土壤中的硝态氮含量就会减少。

表3 小麦不同生育期0 ～30 cm 土壤脲酶活性［μg/(g·h)］Table 3 Urease activity in 0－30 cm soil at different growth stages of wheat［μg/(g·h)］

土壤脲酶活性越高，土壤肥力越好［24］。小麦营养生长期需氮较少，拔节期到开花为生殖生长期，需氮较多，也有研究者认为小麦营养生长期土壤脲酶活性较低，生殖生长期脲酶活性迅速提高并达到高峰［25］。土壤脲酶活性越高表明土壤氮素转化能力越强［26］。土壤脲酶活性增强有利于作物吸收氮素。土壤脲酶活性与土壤全氮量、有机质含量密切相关。土壤肥力水平越高，土壤中脲酶、转化酶、过氧化氢酶活性越高［27］。土壤脲酶活性越强，作物产量水平会越高。本试验结果表明土壤脲酶活性所有处理0 ～20 cm 土层土壤脲酶活性于孕穗期或抽穗期达到最大。拔节期和抽穗期稻草还田条件下，随着土壤耕翻深度的增加土壤脲酶活性也逐步增加。稻草还田使抽穗期0 ～10 cm 土壤脲酶活性降低。表明土壤供氮能力较弱，但是此时期小麦需要大量氮素，所以要增加氮肥施用。

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