小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响

石柯，董士刚，申凤敏，龙潜，姜桂英，刘芳，刘世亮

小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响

石柯，董士刚，申凤敏，龙潜，姜桂英，刘芳，刘世亮

（河南农业大学资源与环境学院，郑州 450002）

【】以我国黄淮平原粮食主产区潮土为研究对象，通过探讨小麦-玉米轮作体系下，不同小麦播量与减量氮肥下，土壤微生物量碳、氮和酶活性的差异和变化，以了解小麦播量和氮肥对土壤微生物量的影响。【】试验设4个处理，分别为：（1）常规播量+常规施氮肥（CK）；（2）增播30%+常规施氮（T1）；（3）增播30%+减氮20%（T2）；（4）常规播量+减氮20%（T3）。2016—2018年3季作物收获后，采取不同土层土壤，测定有机碳（SOC）、全氮（TN）、微生物量碳氮（SMBC、SMBN）及其相关酶活性。【】总体上，3季中各处理土壤微生物量碳氮、有机碳、全氮以及3种酶活性均随土壤深度增加而下降。常规施肥处理（CK和T1）的SMBC的含量在2017年的小麦和玉米季0—20 cm土层以及2018年小麦季则0—30 cm基本表现为显著高于减氮处理（T2和T3），其中T1处理最高为170.89 mg×kg-1。SMBN与SMBC表现出类似的趋势，在3季中均以常规施肥处理显著高于减氮处理，其中CK处理的SMBN在3季中0—30 cm土层均表现较高，最高为57.24 mg×kg-1。各处理SOC含量的差异在前两季主要集中在0—20 cm土层，而第3季则集中在10—30 cm土层；其中2017年玉米季0—20 cm土层减氮处理的SOC含量显著高于常规施肥处理，以T3处理SOC含量最高，为12.85 g×kg-1。2017年小麦季各处理TN含量在0—30 cm土层基本差异不显著；而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层均以CK处理TN含量显著高于其他处理，最高为1.57 g×kg-1。各处理土壤碳氮比（C/N）在2017年小麦季没有明显规律，而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层基本表现为减氮处理的C/N显著高于常规施肥处理。各处理的微生物熵（Cmic/Corg）、微生物量氮/全氮（Nmic/Ntotal）分别在0.5%—2.5%、2%—6%之间，微生物量碳氮比（Cmic/Nmic）在5﹕1以下。各处理Cmic/Corg除2017年小麦季10—20 cm土层，其他作物季节和土层均表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。各处理Nmic/Ntotal与Cmic/Corg类似，除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麦季处理间Nmic/Ntotal基本差异不显著，其他季节和土层则表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。2017年T1处理的Cmic/Nmic在0—20 cm土层均显著高于其他处理；而在后两季的0—10 cm处理间Cmic/Nmic均差异不显著。土壤脲酶活性在2018年小麦季显示增播处理显著高于常播处理。各处理蔗糖酶活性在玉米季明显高于小麦季，其中在2017年玉米季10—30 cm土层的减氮处理高于常规施肥处理。减氮处理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麦季0—30 cm土层均显著高于常规施肥处理。减氮处理2018年小麦季产量显著高于常规施肥处理，同时提高了地上部氮素积累量，最高达到了322.30 kg×hm-2。【】在黄淮平原小麦-玉米轮作区，在供试条件下，减氮处理降低了土壤微生物量和全氮含量，但提高了土壤酶活性和地上部氮素积累量，能增加或维持小麦产量，其中小麦常规播量下减氮20%处理综合效果较好。

小麦；播种量；减氮；微生物量；土壤酶；黄淮平原

0 引言

【研究意义】小麦是世界上最重要的粮食作物之一，其产量水平直接影响着全球粮食安全。合理的种植密度、合理施肥都是确保高产高效的重要栽培措施，同时也是减少资源浪费，降低环境面源污染的必要措施[1]。种植密度的改变可有效改善作物对肥料资源的利用状况，是作物增产重要途径之一[2]。同时，种植密度也直接影响土壤有机碳投入[3]，以及氮素转化和吸收[4-5]。长期过量施用化肥（特别是氮肥），在保障粮食生产的同时也造成了环境污染和资源浪费，因此，减肥（特别是氮肥）增效已经成为当今农业生产的重要任务。种植密度和氮肥的合理运筹则是一项有效的栽培措施。种植密度和氮肥施用的改变势必会直接影响土壤碳、氮投入，进而影响土壤中养分的转化。而土壤微生物是土壤能量和养分转化的重要驱动力[6]。微生物分泌的酶类作为土壤酶的重要组成，是土壤中一切生化反应的“催化剂”，提高酶活性可以显著增加土壤有效养分含量，有利于土壤培肥增产[7]。研究小麦种植密度和氮肥不同运筹组合下土壤微生物及其相关酶活性变化特征可以进一步丰富减氮增效机理，为筛选适宜的种、肥组合提供依据。【前人研究进展】适宜的栽培密度和施氮量能较好地发挥群体优势，有利于协调个体与群体之间的矛盾，从而提高作物产量。增密既可有效弥补减氮所造成的减产风险，又可显著降低氮素损失，增加土壤残留氮，增强土壤氮素供应能力[8]。有研究表明，适量施氮量（135 kg×hm-2），可使土壤微生物量碳氮均达到最大值，过量施氮（＞135 kg×hm-2）则会使土壤微生物量碳氮有所降低[9]。肖小平等[10]研究发现，减氮增密（基肥减施总氮量的20%，增密27.3%）处理下0—10 cm、10—20 cm土层的土壤全氮含量与常规施氮常规播量无显著差异。侯贤清等[11]研究发现施氮量在300、450 kg×hm-2时，玉米成熟期土壤有机碳、全氮含量最高，施氮量在300 kg×hm-2微生物量碳、土壤酶活性最高，施氮量在450 kg×hm-2微生物量氮最高。而LI等[12]发现土壤微生物量氮随秸秆添加量增加，而不受氮素添加影响。ZANG等[13]认为氮肥施用，特别是根际氮肥有效性减少了土壤微生物量，造成根际负激发效应，促进了根际碳累积。LI等[14]研究发现氮素有效性直接决定了土壤碳及其激发效应和土壤微生物量大小，且不同生态类型反应不同。赵俊晔等[15]和段文学等[16]研究发现施氮量显著影响土壤酶活性。郭天财等[17]研究表明，根际土壤脲酶活性随着施氮水平提高而上升，并且在小麦种植密度为150万株·hm-2和225万株·hm-2时土壤脲酶活性最高[18]。而夏雪等[19]研究发现随施氮量的增加蔗糖酶和脲酶活性表现为先增加后降低的趋势。【本研究切入点】虽然前人对施氮量、种植密度等影响小麦产量和土壤肥力的主要栽培措施有诸多研究，但大多是单一研究施氮量或种植密度下，同时研究结果因方法或地域不同仍存在一些争议。本研究拟通过大田试验，研究小麦播量和施氮量互作下对不同时期不同土层土壤微生物量碳氮及土壤酶活性的变化特征分析，筛选适宜的小麦种植密度和氮肥配比生产措施。【拟解决的关键问题】以我国黄淮平原小麦-玉米轮作制度下潮土区为研究对象，通过探讨小麦播量和施氮量对微生物量碳氮和酶活性的影响，推荐合理的种、肥配比方案，为该地区制定高效密肥管理的栽培措施提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年10月至2018年6月在河南省原阳县河南农业大学旱地农业试验园区（34°47′N，113°40′E）实施。该地区属于暖温带大陆性季风气候。四季分明，光照充足，年平均气温14.5℃，年均降水量616 mm，年蒸发量1 461 mm，年均日照时数2 323 h。试验地土壤为旱地潮土，成土母质为黄河冲积物，试验开始时表层（0—20 cm）土壤理化性质为：有机质含量 17.3 g×kg-1，全氮1.25 g×kg-1，碱解氮 50.2 mg×kg-1，有效磷 21.6 mg×kg-1，速效钾108.0 mg×kg-1，pH 7.2。

1.2 试验设计

本试验为大田小区试验，随机区组设计，3次重复。小区面积12.5 m×5.5 m=68.75 m2。采用小麦-玉米轮作模式，其中小麦季试验共设置4个处理：（1）常规播量+常规施氮肥（农民习惯播种量和农民习惯施氮肥量，CK）；（2）增播30%+常规施氮（T1）；（3）增播30%+减氮20%（T2）；（4）常规播量+减氮20%（T3）。2016年10月玉米收获后玉米秸秆全量还田，常规旋耕后于2016年10月10日进行小麦播种，2017年3月15日进行小麦追肥，2017年6月16日小麦收获后玉米进行贴茬种、肥同播，2017年10月10日玉米收获后秸秆全量还田，常规旋耕后于2017年10月13日进行小麦播种，2018年3月15日进行小麦追肥，2018年6月10日将小麦收获。播种、施肥方式为增播处理采用人工播种，常规播量与施肥均采用机械操作，试验期间采取的其他田间管理措施，诸如浇水、防病、除草等各试验小区实施水平严格一致。

试验的玉米品种为浚单29，玉米各处理播量均为67 500株/hm2；玉米施肥量为N﹕P2O5﹕K2O = 28﹕10﹕12的玉米专用肥750 kg×hm-2（合计210 kg N×hm-2，75 kg P2O5×hm-2，90 kg K2O×hm-2）。小麦品种为郑麦369，其中常规施肥量为基肥施用量150 kg N·hm-2、120 kg P2O5·hm-2，120 kg K2O·hm-2，追肥69 kg N×hm-2（150 kg×hm-2尿素，其含氮量为46%）。各处理小麦播种量与施肥量如表1。

表1 各处理小麦播种量与施肥量

“+”后代表小麦季追肥量

“+” representation of fertilizer topdressing rate in wheat season

1.3 样品采集及测定方法

分别于2017年6月小麦成熟期、2017年10月玉米成熟期和2018年6月小麦成熟期取样。采用5点取样法分别采集0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm 3个层次的土样。各土样混合均匀后过2 mm筛，筛完后一部分土装袋并于4℃冰箱中保存，用于测定微生物量碳、氮，测定项目均在取土后一个月内完成；另一部分土样自然风干后用于测定土壤养分含量及酶活性。土壤全氮采用凯氏定氮法，有机碳采用重铬酸钾外加热容量法，土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[20]。土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法；中性磷酸酶采用苯磷酸二钠比色法；蔗糖酶采用3, 5-二硝基水杨酸比色法[21]。

1.4 地上部氮素积累量计算方法

根据鲁艳红等[22]计算地上部氮积累量。

小麦籽粒氮积累量（wheat grain nitrogen accumulation，WGNA，kg×hm-2）=小麦籽粒产量×小麦籽粒氮含量；

小麦秸秆氮积累量（wheat straw nitrogen accumulation，WSNA，kg×hm-2）=小麦秸秆产量×小麦秸秆氮含量；

小麦地上部氮积累量（wheat above-ground nitrogen accumulation，WANA，kg×hm-2）= WGNA + WSNA；

玉米籽粒氮积累量（maize grain nitrogen accumulation，MGNA，kg×hm-2）=玉米籽粒产量×玉米籽粒氮含量；

玉米秸秆氮积累量（maize straw nitrogen accumulation，MSNA，kg×hm-2）=玉米秸秆产量×玉米秸秆氮含量；

玉米地上部氮积累量（maize above-ground nitrogen accumulation，MANA，kg×hm-2）=MGNA + MSNA。

1.5 统计及分析

采用Microsoft Office 2010、SPSS 23.0进行数据的统计和分析，Origin 8.5作图，单因素方差分析采用LSD法检验处理间的差异显著性，以≤0.05作为显著性差异水平。

2 结果

2.1 播量和氮肥互作对微生物量碳、氮的影响

总体上，3季土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon, SMBC）均随土层深度增加而下降；且后两季SMBC总体略高于第一季（图1）。2017年小麦季0—30 cm土层中T1处理SMBC显著高于其他处理，最高达到了170.89 mg×kg-1。2017年玉米季0—20 cm土层中CK处理SMBC显著高于其他处理，20—30 cm土层T3处理显著低于其他处理，且其他3个处理间差异不显著。2018年小麦季0—10 cm中CK处理SMBC显著高于其他处理，为140.95 mg×kg-1。但10—30 cm土层中，常规氮肥处理（CK和T1处理）SMBC显著高于减氮肥处理（T2和T3处理）。整体来看，在本试验期内常规施氮量处理较减氮肥处理更有利于提升土壤微生物量碳。

不同小写字母表示同一层次不同处理间差异显著（P≤0.05）。下同

整体上，3季中各处理土壤微生物量氮（soil microbial biomass nitrogen, SMBN）均随土壤深度增加逐渐减少；3季中各处理SMBN总体变化不明显（图2）。2017年小麦季0—10 cm土层中CK和T1处理SMBN显著高于T2和T3，分别达到了57.24、56.20 mg×kg-1。10—30 cm土层CK处理的SMBN显著高于其他处理。2017年玉米季0—30 cm土层中CK和T1处理的SMBN显著高于T2和T3，其中以0—10 cm土层的CK处理SMBN最高，为54.94 mg×kg-1。2018年小麦季0—20 cm土层中CK处理的SMBN显著高于其他处理，但20—30 cm土层中的CK与T1处理SMBN差异不显著。总体来说，常规播量+常规施氮肥（CK）对保持土壤微生物量氮效果明显。

2.2 播量和氮肥互作对有机碳、全氮含量及碳氮比的影响

3季中各处理土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）含量随着土壤深度的增加逐渐减少（图3）。2017年小麦季0—10 cm土层，T3处理SOC含量显著高于其他处理，为11.31 gkg-1；10—30 cm土层均以T2处理有机碳含量最低。2017年玉米季0—20 cm土层中T2和T3处理的SOC含量显著高于其他处理；20—30 cm土层中，处理间差异不显著。2018年小麦季，0—10 cm土层中，处理间差异不显著；而10—30 cm土层则均是T3处理显著高于CK处理。总体来看，小麦播量和氮肥量互作随时间延长，表现出常规播量+减氮20%可以一定程度上增加土壤有机碳含量。

图2 不同处理不同时期不同层次土壤微生物量氮含量

图3 不同处理不同时期不同层次土壤有机碳含量

3季中各处理土壤全氮含量随着土壤深度增加逐渐减少，且处理间差异随深度在缩小（图4）。2017年小麦季0—30 cm土层处理间差异不明显。2017年玉米季0—10 cm CK各土层中全氮含量最高，为1.51 g×kg-1；10—20 cm土层中，CK处理的全氮含量显著高于其他处理，分别提高了12.7%、18.1%、14.8%；20—30 cm土层中处理间差异不显著。2018年小麦季0—10 cm中CK的全氮含量显著高于其他处理，达到了1.57 g×kg-1；10—20 cm中T2处理显著低于其他处理。20—30 cm处理间差异不显著。总的来说，常规播量+常规施氮肥处理对土壤全氮影响效果最好。

图4 不同处理不同时期不同层次土壤全氮含量

如图5所示，在2017年小麦季，在0—10 cm土层，T3处理的碳氮比显著高于其他处理，10—20、20—30 cm土层T2的碳氮比最低，分别为6.69、5.81。在2017年玉米季中，0—20 cm土层，T2、T3的碳氮比显著高于其他处理，最高为8.99，20—30 cm处理间差异不显著。在2018年小麦季中，0—10 cm土层T2、T3显著高于CK，10—20 cm减氮处理较高，最高达到了11.26。整体上看，减氮处理可以提高土壤碳氮比。

2.3 播量和氮肥互作下土壤微生物量与土壤有机碳和全氮关系

2.3.1 土壤微生物熵（Cmic/Corg） 土壤微生物熵（Cmic/Corg）是反应土壤碳动态的有效指标[23]。图6所示，2017年小麦季0—10 cm中，常规施肥处理（CK和T1）的Cmic/Corg显著高于减肥处理（T2和T3）；10—20 cm中T1处理的Cmic/Corg显著高于其他处理；20—30 cm中增播处理（T1和T2）处理的Cmic/Corg显著高常播处理（CK和T3）。2017年玉米季0—30 cm土层中均以CK的Cmic/Corg显著高于其他处理，且以0—10 cm土层CK处理的Cmic/Corg最高，为1.96%。2018年小麦季0—30 cm土层中CK的Cmic/Corg最高，最高达到了2.13%。总的来说，施氮量较高可以提高微生物熵。

2.3.2 土壤微生物量氮/土壤全氮（Nmic/Ntotal） 图7显示，3季中不同处理的土壤微生物量氮/土壤全氮（Nmic/Ntotal）在2.00%—6.00%。2017年小麦季0—10 cm土层，常规氮肥处理（CK和T1）的Nmic/Ntotal显著高于减氮处理（T2和T3）；10—30 cm土层CK处理显著高于其他处理，最高为5.71%。2017年玉米季0—10 cm土层中，T3处理的Nmic/Ntotal显著低于其他处理；10—20 cm土层处理间差异不显著；20—30 cm土层常规氮肥处理（CK和T1）的Nmic/Ntotal显著高于减氮处理（T2和T3）。2018年小麦季0—10 cm中CK处理的Nmic/Ntotal最高，为3.06%。10—30 cm中处理间差异不显著。整体来看，氮肥量高可以提高微生物量氮占全氮的比例。

2.3.3 播量和氮肥互作下土壤微生物量碳与土壤微生物量氮的关系 土壤微生物量碳氮比（Cmic/Nmic）与微生物群落结构有关，可反映土壤中真菌和细菌的比例[24]。图8显示，2017年小麦季0—30 cm均以T1处理的Cmic/Nmic最高，最高达到了3.26。2017年玉米季0—20 cm土层中，处理间差异不显著；20—30 cm土层T2处理的Cmic/Nmic显著高于CK和T1处理，为3.27。2018年小麦季0—30 cm土层处理间差异不显著。总的来说，增加小麦播量在一定程度上可以增加土壤微生物量碳/氮比。

图5 不同处理不同时期不同层次土壤有机碳/全氮

图6 不同处理不同时期不同层次土壤微生物熵

图7 不同处理不同时期不同层次土壤微生物量氮/全氮

图8 不同处理不同时期不同层次土壤微生物量碳/土壤微生物量氮

2.4 播量和氮肥互作对土壤酶活性的影响

2.4.1 对土壤脲酶活性的影响 如图9所示，3季中各处理土壤脲酶活性总体均随土层深度增加呈下降趋势。2017年小麦季0—20 cm土层T3处理的脲酶活性显著高于T1处理；20—30 cm，CK处理的脲酶活性最高，为1.97 mg NH3-N×g-1×24h-1。2017年玉米季0—10 cm土层中T1处理脲酶活性最低；10—20 cm中T3处理的脲酶活性显著高于其他处理；20—30 cm中T2、T3处理间差异不显著，以T3处理的数值最高，为2.53 mg NH3-N×g-1×24h-1。2018年小麦季0—30 cm中增播处理（T1和T2）的脲酶活性显著高于其他处理。整体来看，常规播量+减氮20%对2017年的土壤脲酶活性提高效果较好，而2018年小麦增播处理提高了土壤脲酶活性。

2.4.2 对土壤蔗糖酶活性的影响 如图10所示，3季中各处理土壤蔗糖酶活性随土壤深度增加逐渐降低。2017年小麦季0—20 cm土层T3处理显著高于其他处理；20—30 cm土层T1的蔗糖酶活性显著高于其他处理，为1.06 mg Glu×g-1×24h-1。2017年玉米季0—10 cm土层处理间差异不显著；10—30 cm土层减氮处理（T2和T3）的蔗糖酶活性较高。2018年小麦季0—10 cm中CK显著高于其他处理，10—30 cm土层中T1的蔗糖酶活性较高。总体来说常规播量+减氮20%处理的效果最好。

图9 不同处理不同时期不同层次土壤脲酶活性

图10 不同处理不同时期不同层次土壤蔗糖酶活性

2.4.3 对土壤中性磷酸酶活性的影响 如图11所示，3季中各处理土壤中性磷酸酶活性随着土壤深度增加逐渐降低。2017年小麦季0—20 cm土层中，T3处理显著高于其他处理，20—30 cm土层中，T2显著高于其他处理。2017年玉米季0—10 cm土层T3显著高于其他处理，10—20 cm、20—30 cm土层T3的中性磷酸酶活性最高，分别为2.31、1.90 mg Phenol×g-1×24h-1。2018年小麦季0—10 cm土层中，各处理间中性磷酸酶活性差异不显著，10—20 cm和20—30 cm土层T3处理的中性磷酸酶活性最高，分别为3.48、2.25 mg Phenol×g-1×24h-1。总体来看，常规播量+减氮20%对土壤中性磷酸酶活性提高效果较好。

2.5 不同处理下各指标相关性分析

由表2得出2017年小麦季土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮、脲酶、蔗糖酶各指标之间均呈极显著相关关系，中性磷酸酶与土壤有机碳、全氮、脲酶、蔗糖酶呈极显著相关关系。2017年玉米季和2018年小麦季各指标之间均呈极显著相关关系。

表2 不同时期各指标之间的相关性

*表示显著相关（＜0.05），**表示极显著相关（＜0.01）

* Represented significant correlation（＜0.05），** Represented extremely significant correlation（＜0.01）

2.6 播量和氮肥互作对作物产量及地上部氮积累量的影响

如图12所示，在2017年小麦季和2017年玉米季中，各处理产量差异均不显著，但是随着试验周期延长，到2018年玉米季，T3处理显著高于其他处理，比CK增加了30.83%。

图11 不同处理不同时期不同层次土壤中性磷酸酶活性

图12 不同处理不同时期作物产量

如图13所示，2017年小麦季中，各处理地上部氮素积累量差异不显著，在2017年玉米季中T2的地上部积累量最多，为374.31 kg×hm-2，显著高于T3。而在2018年小麦季中，T3的地上部氮素积累量达到最大，为322.30 kg×hm-2，显著高于T1。总之，减氮处理可提高地上部氮素积累量。

3 讨论

3.1 播量和氮肥互作与微生物量碳、氮

土壤微生物量氮综合体现了土壤微生物对氮素的矿化与固持作用，对土壤氮的供应、氮素的循环与转化具有重要作用[25-26]。微生物生物量碳是土壤养分转化的活性源或库，可反映土壤有效养分状况和生物活性的变化[27]，是评价土壤肥力和质量的重要指标[28]。有研究认为，施氮量是影响微生物量碳、氮的主要因素，适量施用氮肥能有效提高土壤微生物量碳、氮含量，但过量施用氮肥反而会降低土壤微生物量氮含量[29]。还有研究认为，土壤微生物量氮含量与土壤的供氮水平关系密切，土壤含氮量高可提高微生物对氮的固持，从而提高土壤微生物量氮含量，但并不是土壤中氮含量越高微生物量氮也越高[30]。WANG等[31]通过meta分析综合研究发现氮素施用会降低土壤微生物量和多样性。LI等[32]研究发现氮素有效性直接决定了土壤碳及其激发效应和土壤微生物量大小，且不同生态类型反应不同。符鲜等[33]研究表明，小麦最佳施肥量为165.9—187.5 kghm-2，玉米最佳施肥量为227.5—287.9 kghm-2，施用此施肥量可显著增加土壤微生物量碳、氮含量。本试验研究表明，2017和2018年小麦季相对施氮量高的处理微生物量碳、氮含量较高。2017年玉米季也有类似趋势，在小麦季施氮量较高的处理，其微生物量碳氮含量在后续的玉米季也较高。这与门倩等[34]的研究结果类似，造成土壤微生物量增加的原因也可能是因为原有土壤有机质的进一步分解引起（利用土壤腐殖质所含能源和养分）[35]以及秸秆添加增加环境可利用氮素含量[36]。

图13 不同处理不同时期作物地上部氮素积累量

3.2 播量和氮肥互作与有机碳、全氮含量

土壤碳氮是农业生态系统中最关键的两大元素，碳氮循环在维持农田生态系统的稳定性，提高土壤生产力和改善土壤环境中扮演着重要的角色[37]。李文西等[38]研究表明，氮肥使用量的增加对土壤有机碳影响较小。而ZANG等[39]认为氮肥施用，特别是根际氮肥有效性减少了土壤微生物量，造成根际负激发效应，促进了根际碳累积。KAY等[40]认为，表层土壤具有较高的有机碳含量，比深层土壤具有更高的稳定性。俞华林等[41]研究表明土壤全氮含量和有机碳含量随施氮量增加而增加，当施氮量超过140 kg×hm-2，土壤全氮不再随施氮量增加而显著增加，土壤有机碳含量随施氮量增加而降低。在陈思怿[42]等研究发现种植密度为200万株·hm-2时，土壤的有机碳、全氮含量达到最高值。也有研究表明，施氮肥可以增加土壤全氮、土壤碱解氮含量[43]，在减少施氮量的前提下，提高种植密度可以促进小麦对深层土壤氮素的吸收，减少土壤氮素残留量[44-45]。同时种植密度越高，土壤持有有机体总量增加，氮肥及有机肥含量越多[46-47]。在通过小麦秸秆还田后，对后茬作物玉米能够促进土壤微生物的增殖，使土壤微生物量氮的含量增加。而土壤微生物量氮的矿化速率较高[48]，在土壤中很快发生矿化作用而释放出有效态氮，从而有利于提高土壤氮素活性[49]。本试验玉米季土壤氮素较前茬作物成熟期相比增加不显著，原因可能是因为种植年限较短，需进一步探究。增加种植密度是提高地上部氮素积累量的重要栽培措施，但超过一定量后，地上部氮素积累量不再升高甚至降低。ARDUINI等[50]研究表明，小麦种植密度从200万株/hm2增至400万株/hm2时，虽然植株氮含量下降，但干物质积累量显著增加，地上部氮素积累量达到最高。石祖梁等[51]研究认为随种植密度的增加，小麦氮素积累量呈先增后降的趋势，以种植密度为225万株/hm2最高。在张娟等[52]研究中，在不施氮和施氮肥条件下，小麦地上部氮素积累量均随种植密度水平的提高而增加，种植密度最高为240万株/hm2。本研究发现，2017年小麦季，在0—20 cm土层中，常规播量+减氮20%对有机碳增加较多，这与前人研究结果有所不同，前人研究表明，增加种植密度有利于固碳[53]，但是减氮并不能显著影响有机碳的含量[54]。这可能是由于减施一定量的氮肥促进了作物地上部及根系的生长，大量的根系分泌物进入土壤，使土壤活性有机碳含量增加[55]。2017年玉米和2018年小麦，减氮对有机碳影响效果最好。2017年小麦的全氮含量变化不明显，2017年玉米和2018年小麦，常规播量+常规施氮肥的全氮含量最高，这与肖小平等[10]研究结果类似，氮肥与播量互作对全氮影响尚不明显。2017年小麦季的地上部氮素积累量变化不明显，但到了玉米季却显现出增播30%+减氮20%提高了地上部氮素积累量，这主要是由于干物质积累量的增加引起的。2018年小麦季减氮处理增加了地上部氮素积累量，这与前人研究结果类似，原因是减施氮肥有利于氮素利用效率的改善。通过增加种植密度提高的氮素吸收能力在一定程度上弥补了氮肥施用量降低导致的小麦氮素积累量的减少。

3.3 播量和氮肥互作与土壤酶活性

脲酶是促进尿素氮素转化的关键酶，是其进行酶促反应的直接底物，但当底物含量过多时，产生的氨化物会进行负反馈调节，抑制脲酶活性[56]。前人研究表明，施氮处理土壤酶活性较缺氮处理显著提高[57]，还有研究表明，当小麦种植密度为200万株/hm2时可以增加土壤酶活性[42]。若氮肥适量，土壤中NPK养分比例适宜，植株收获盛期会平衡吸收NPK养分，供需平衡使磷酸酶消耗后能得到补充，因此，适量减少氮肥有利于磷酸酶活性提高。蔗糖酶主要参与多糖分解，为植物生长提供必要的碳源，施入有机肥会增加土壤有机质，提高蔗糖酶活性[58]。蔗糖酶活性与氮素有显著相关性，高氮低氮均抑制其活性，只有当水氮协调时蔗糖酶活性才最高[59]。综上所述，适宜施氮肥水平有利于土壤酶活性的提高。本研究表明，2017年小麦季，在0—20 cm土层中，常规播量+减氮20%对土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性增加较为明显。2017年玉米的土壤酶活性与2017小麦大致相同。在20—30 cm土层的土壤酶活性变化规律不明显，这可能由于本研究采用旋耕处理，秸秆还田与基肥主要集中在土壤表层[60]，因此对较深土层中的土壤酶活性影响变化不大。2018年常规播量+减氮20%提高了中性磷酸酶活性，这与吴昕怡[61]的研究结果类似。本研究表明，2018年小麦季0—30 cm土层增播30%+常规施氮对土壤脲酶活性、蔗糖酶活性影响较好，主要是因为增加种植密度降低了小麦根际土壤pH值，pH值的降低致使根区酸化，从而增加土壤养分的吸收和利用及土壤酶活性。

4 结论

通过两年试验表明，减氮以及小麦增播减氮降低了不同季度、不同土层土壤中微生物量碳氮、土壤全氮的含量，增加了不同土层土壤有机碳含量，提升了土壤酶活性，提高了土壤生物活性，加速了土壤有机碳的周转率；此外，减氮处理降低了土壤中微生物熵、微生物量氮/土壤全氮比、微生物量碳/氮比，提高了作物地上部氮素积累量；而适当的增播对土壤酶活性以及微生物碳氮效果不显著，但提高了土壤中微生物熵、微生物量氮/土壤全氮比、微生物量碳/氮比，提高了土壤中的生物产量、土壤微生物量以及有机质的转化率。且随着试验时间的增加，土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮、土壤酶活性之间存在明显的相关关系。随着试验年限增加，尽管常规播量+减氮20%处理下微生物碳氮、全氮并非处理间最高，但有机碳、土壤酶活性均表现为各处理中最优，且与常规播量+常规施氮处理相比表现出明显的优势。从综合角度考虑，常规播量+减氮20%的组合达到了氮肥高效利用与作物的增产增效的目标。

[1] 薛亮, 马忠明, 杜少平, 冯守疆, 冉生斌. 氮素用量对膜下滴灌甜瓜产量以及氮素平衡、硝态氮累积的影响. 中国农业科学, 2019, 52(4): 690-700.

XUE L, MA Z Y, DU S P, FENG S J, RAN S B. Effects of application of nitrogen on melon yield, nitrogen balance and soil nitrogen accumulation under plastic mulching with drip irrigation.2019, 52(4): 690-700. (in Chinese)

[2] 李青军, 张炎, 胡伟, 孟凤轩, 冯广平, 胡国智, 刘新兰. 氮素运筹对玉米干物质积累、氮素吸收分配及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(3): 755-760.

LI Q J, ZHANG Y, HU W, MENG F X, FENG G P, HU G Z, LIU X L. Effects of nitrogen management on maize dry matter accumulation, nitrogen up take and distribution and maize yield., 2011, 17(3): 755-760. (in Chinese)

[3] Sun Z, Chen Q, Han X, Bol R., Qu B, Meng F. Allocation of photosynthesized carbon in an intensively farmed winter wheat–soil system as revealed by14CO2pulse labelling., 2018, 8(1): 3160-3170.

[4] 张英鹏, 李洪杰, 刘兆辉, 孙明, 孙翠平, 井永苹, 罗加法, 李彦. 农田减氮调控施肥对华北潮土区小麦-玉米轮作体系氮素损失的影响．应用生态学报. https://doi.org/10.13287/j.1001-9332.201904. 019.

ZHANG Y P, LI H J, LIU Z H, SUN M, SUN C P, JING Y P, LUO J F, LI Y. Effect of reducing N and regulated fertilization on N loss of wheat-maize rotation system of farmland in chao soil region of north China plain.. https://doi.org/ 10.13287/j.1001-9332. 201904. 019. (in Chinese)

[5] 张赵星, 刘芳亮, 张保军, 张正茂, 李娜, 吕冰. 肥密互作对旱地冬小麦品种普冰151旗叶光合特性、产量及品质的影响. 麦类作物学报, 2016, 36(8):1069-1075.

ZHANG Z X, LIU F L, ZHANG B J, ZHANG Z M, LI N, LV B. Interactive effects of fertilizer and planting density on photosynthesis characteristics of flag leaf, yield and quality of pubing 151., 2016, 36(8): 1069-1075. (in Chinese)

[6] 曹慧, 杨浩, 孙波, 赵其国. 不同种植时间菜园土壤微生物生物量和酶活性变化特征. 土壤, 2002(4): 197-200.

CAO H, YANG H, SUN B, ZHAO Q G. Changes of microbial biomass and enzyme activity in vegetable garden soil at different planting time., 2002(4): 197-200. (in Chinese)

[7] 王树起, 韩晓增, 乔云发, 王守宇, 李晓慧. 不同土地利用和施肥方式对土壤酶活性及相关肥力因子的影响. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(6): 1311-1316.

WANG S Q, HAN X Z, QIAO Y F, WANG S Y, LI X H. Effects of land uses and fertilization systems on soil enzyme activities and nutrients., 2009, 15(6): 1311-1316. (in Chinese)

[8] 周江明, 赵琳, 董越勇, 徐进, 边武英, 毛杨仓, 章秀福. 氮肥和栽植密度对水稻产量及氮肥利用率的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(2): 274-281.

ZHOU J M, ZHAO L, DONG Y Y, XU J, BIAN W Y, MAO Y C, ZHANG X F. Nitrogen and transplanting density interactions on the rice yield and N use rate., 2010, 16(2): 274-281. (in Chinese)

[9] 杨馨逸, 刘小虎, 韩晓日, 段鹏鹏, 朱玉翠, 齐文. 不同品种小麦下土壤微生物量和可溶性有机物对不同施氮量的响应. 中国农业科学, 2016, 49(7): 1315-1324.

YANG X Y, LIU X H, HAN X R, DUAN P P, ZHU Y C, QI W. Responses of soil microbial biomass and soluble organic matter to different application rates of N: a comparison between Liaochun 10 and Liaochun 18., 2016, 49(7): 1315-1324. (in Chinese)

[10] 肖小平, 李超, 唐海明, 汤文光, 程凯凯, 郭立君, 汪柯, 潘孝晨. 秸秆还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响. 中国生态农业学报. https://doi.org/10.13930/j.cnki.cjea.180829.

XIAO X P, LI C, TANG H M, TANG W G, CHENG K K, GUO L J, WANG K, PAN X C. Soil nitrogen storage capacity and nitrogen recovery efficiency of double paddy fields under nitrogen-reduction and density-increase measures..https://doi.org/10.13930/j.cnki.cjea.180829. (in Chinese)

[11] 侯贤清, 李荣, 吴鹏年, 李培富, 王西娜. 秸秆还田配施氮肥对土壤碳氮含量与玉米生长的影响. 农业机械学报, 2018, 49(9): 238-246.

HOU X Q, LI R, WU P N, LI P F, WANG X N. Effects of straw returning with nitrogen application on soil carbon, nitrogen content and maize growth., 2018, 49(9): 238-246. (in Chinese)

[12] LI X G, JIA B, LV J T, MA Q J, KUZYAKOW Y, LI F M. Nitrogen fertilization decreases the decomposition of soil organic matter and plant residues in planted soils., 2017 112: 47-55.

[13] ZANG H D, WANG J Y, KUZYAKOV Y. N fertilization decreases soil organic matter decomposition in the rhizosphere., 2016, 108: 47-53.

[14] LI L Y, XIA Z B, YE R Z, DOANE TA, HORWATH W R. Soil microbial biomass size and soil carbon influence the priming effect from carbon inputs depending on nitrogen availability., 2018, 119: 41-49.

[15] 赵俊晔, 于振文, 李延奇, 王雪. 施氮量对土壤无机氮分布和微生物量氮含量及小麦产量的影响.植物营养与肥料学报, 2006, 12(4): 466-472.

ZHAO J Y, YU C W, LI Y Q, WANG X. Effects of nitrogen application rate on soil inorganic nitrogen distribution, microbial biomass nitrogen content and yield of wheat., 2006, 12(4): 466-472. (in Chinese)

[16] 段文学, 于振文, 张永丽, 王东, 石玉. 施氮量对旱地小麦氮素吸收转运和土壤硝态氮含量的影响. 中国农业科学, 2012, 45(15): 3040-3048.

DUAN W X, YU Z W, ZHANG Y L, WANG D, SHI Y. Effects of nitrogen fertilizer application rate on nitrogen absorption, translocation and nitrate nitrogen content in soil of dryland wheat., 2012, 45(15): 3040-3048. (in Chinese)

[17] 郭天财, 宋晓, 马冬云, 王永华, 谢迎新, 岳艳军, 查菲娜. 施氮量对冬小麦根际土壤酶活性的影响.应用生态学报, 2008, 19(1): 110-114.

GUO T C, SONG X, MA D Y, WANG Y H, XIE Y X, YUE Y J, CHA F N. Effects of nitrogen application rate on soil enzyme activities in wheat rhizosphere., 2008, 19(1): 110-114. (in Chinese)

[18] 马冬云, 郭天财, 查菲娜, 岳艳军, 宋晓. 不同种植密度对小麦根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响. 华北农学报, 2008(3): 154-157.

MA D Y, GUO T C, CHA F N, YUE Y J, SONG X. Effects of planting densities on microorganism population and soil enzyme activity in the rhizosphere of wheat., 2008(3): 154-157. (in Chinese)

[19] 夏雪, 谷洁, 高华, 秦清军, 刘磊, 解媛媛. 不同配肥方案对土酶活性和小麦产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(2): 472-476.

XIA X, GU J, GAO H, QIN Q J, LIU L, XIE Y Y. Effects of different fertilization proportions on soil enzyme activities and wheat yield in cumulic cinnamon soil., 2011, 17(2): 472-476. (in Chinese)

[20] 吕盛, 王子芳, 高明, 黄容, 田冬. 秸秆不同还田方式对紫色土微生物量碳、氮、磷及可溶性有机质的影响. 水土保持学报, 2017, 31(5): 266-272.

LV S, WANG Z F, GAO M, HUANG R, TIAN D. Effects of different straw returning methods on soil microbial biomass carbon, nitrogen, phosphorus and soluble organic matter in purple soil., 2017, 31(5): 266-272. (in Chinese)

[21] 关松荫. 土壤酶及其研究法. 北京: 农业出版社, 1986.

GUAN S Y.Beijing: Agricultural Press, 1986. (in Chinese)

[22] 鲁艳红, 聂军, 廖育林, 周兴, 王宇, 汤文光. 氮素抑制剂对双季稻产量、氮素利用效率及土壤氮平衡的影响. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 95-104.

LU Y H, NIE J, LIAO Y L, ZHOU X, WANG Y, TANG W G. Effects of urease and nitrification inhibitor on yield, nitrogen efficiency and soil nitrogen balance under double-rice cropping system., 2018, 24(1): 95-104. (in Chinese)

[23] 李娟, 赵秉强, 李秀英, Hwat Bing So. 长期有机无机肥料配施对土壤微生物学特性及土壤肥力的影响. 中国农业科学, 2008, 41(1): 144-152.

LI J, ZHAO B Q, LI X Y, Hwat Bing So. Effects of long-term combined application of organic and mineral fertilizers on soil microbiological properties and soil fertility., 2008, 41(1): 144-152. (in Chinese)

[24] 倪进治, 徐建民, 谢正苗. 土壤生物活性有机碳库及其表征指标的研究. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(1): 56-63.

NI J Z, XU J M, XIE Z M. The size and characterization of biologically active organic carbon pool in soils., 2001, 7(1): 56-63. (in Chinese)

[25] 任天志, GREGO S. 持续农业中的土壤生物指标研究. 中国农业科学, 2000, 33(1): 68-75.

REN T Z, GREGO S. Soil bioindicators in sustainable agriculture., 2000, 33(1): 68-75. (in Chinese)

[26] 王光华, 金剑, 韩晓增, 刘居东, 刘晓冰. 不同土地管理方式对黑土土壤微生物量碳和酶活性的影响. 应用生态学报, 2007, 18(6): 1275-1280.

WANG G H, JIN J, HAN X Z, LIU J D, LIU X B. Effects of different land management practices on black soil microbial biomass C and enzyme activities., 2007, 18(6): 1275-1280. (in Chinese)

[27] 单鸿宾, 梁智, 王纯利, 朱新萍, 王丽, 贾宏涛. 连作及灌溉方式对棉田土壤微生物生物量碳氮的影响. 干旱地区农业研究, 2010, 28(4): 202-205.

SHAN H B, LIANG Z, WANG C L, ZHU X P, WANG L, JIA H T. Effect of continuous cropping and irrigation way on soil microbial biomass carbon and nitrogen., 2010, 28(4): 202-205. (in Chinese)

[28] 张明, 白震, 张威, 丁雪丽, 宋斗妍, 朱俊丰, 朱平. 长期施肥农田黑土微生物量碳、氮季节性变化. 生态环境, 2007, 16(5): 1498-1503.

ZHANG M, BAI Z, ZHANG W, DING X L, SONG D Y, ZHU J F, ZHU P. Seasonal variation of microbial biomass carbon and nitrogen in black soil of long-term fertilization farmland., 2007, 16(5): 1498-1503. (in Chinese)

[29] 梁燕菲, 张潇潇, 李伏生. “薄浅湿晒”灌溉稻田土壤微生物量碳、氮和酶活性研究. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(6): 1403-1410.

LIANG Y F, ZHANG X X, LI F S. Soil microbial biomass carbon and nitrogen and enzyme activities in paddy soil under “thin-shallow- wet-dry” irrigation method., 2013, 19(6): 1403-1410. (in Chinese)

[30] 庞欣, 张福锁, 王敬国. 不同供氮水平对根际微生物量氮及微生物活度的影响. 植物营养与肥料学报, 2000, 6(4): 476-480.

PANG X, ZHANG F S, WANG J G. Effect of different nitrogen levels on SMB-N and microbial activity., 2000, 6(4): 476-480. (in Chinese)

[31] WANG C, LIU D W, Bai E. Decreasing soil microbial diversity is associated with decreasing microbial biomass under nitrogen addition., 2018, 120: 126-133.

[32] LI L J, XIA Z B, YE R Z, DOANE T A, William R. HORWATH W R. Soil microbial biomass size and soil carbon influence the priming effect from carbon inputs depending on nitrogen availability., 2018, 119: 41-49

[33] 符鲜, 杨树青, 刘德平, 刘月. 施氮水平对河套灌区套作小麦-玉米土壤微生物量碳、氮的影响研究. 生态环境学报, 2018, 27(9): 1652-1657.

FU X, YANG S Q, LIU D P, LIU Y. Effects of nitrogen application on soil microbial biomass carbon and nitrogen of intercropping wheat-corn in Hetao irrigation area., 2018, 27(9): 1652-1657. (in Chinese)

[34] 门倩, 海江波, 岳忠娜, 薛少平, 王庆. 化肥减量对玉米田土壤酶活性及微生物量的影响. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2012, 40(6): 133-140.

MEN Q, HAI J B, YUE Z N, XUE S P, WANG Q. Effects on maize field soil enzyme activities and microbial biomass of chemical fertilizer reduction.2012, 40(6): 133-140. (in Chinese)

[35] 王志明, 朱培立, 黄东迈.14C、15N双标记秸秆对土壤微生物量碳、氮动态变化的影响. 江苏农业学报, 1999, 15(3): 173-176.

WANG Z M, ZHU P L, HUANG D M. Influence of14C- and15N-labelled straw application on dynamics of soil microbial biomass C and N., 1999, 15(3): 173-176. (in Chinese)

[36] 闫德智, 王德建, 张刚, 查书平.15N标记秸秆在太湖地区水稻土上的氮素矿化特征研究. 土壤学报, 2012, 49(1): 77-85.

YAN D Z, WANG D J, ZHANG G, ZHA S P. Nitrogen mineralization of applied15N labeled straw in soils in the Taihu lake region., 2012, 49(1): 77-85. (in Chinese)

[37] 骆坤, 胡荣桂, 张文菊, 周宝库, 徐明岗, 张敬业, 夏平平. 黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应. 环境科学, 2013, 34(2): 676-684.

GUO K, HU R G, ZHANG W J, ZHOU B K, XU M G, ZHANG J Y, XIAP P. Response of black soil organic carbon, nitrogen and its availability to long-term fertilization., 2013, 34(2): 676-684. (in Chinese)

[38] 李文西, 鲁剑巍, 鲁见明, 李小坤. 苏丹草-黑麦草轮作制中施氮量对饲草产量与土壤氮碳积累的影响. 草业学报, 2011, 20(1): 55-61.

LI W X, LU J W, LU J M, LLI X K. Effect of N application on yield of forage grass and the accumulation of N and C under a sudangrass/ ryegrass rotation., 2011, 20(1): 55-61. (in Chinese)

[39] ZANG H D, WANG J Y, KUZYAKOV Y. N fertilization decreases soil organic matter decomposition in the rhizosphere., 2016, 108: 47-53.

[40] KAY B D, DEXTER A R, RASIAHA V, GRANTC C D. Weather, cropping practices and sampling depth effects on tensile strength and aggregate stability., 1994, 32(2/3): 135-148.

[41] 俞华林, 张恩和, 王琦, 刘青林, 刘朝巍, 王田涛, 尹辉. 灌溉和施氮对免耕留茬春小麦农田土壤有机碳、全氮和籽粒产量的影响. 草业学报, 2013, 22(3): 227-233.

YU H L, ZHANG E H, WANG Q, LIU Q L, LIU C W, WAN T T, YIN H. Effects of irrigation and N supply levels on soil organic carbon, total nitrogen and grain yield of spring wheat on no-tillage farmland with standing stubble., 2013, 22(3): 227-233. (in Chinese)

[42] 陈思怿, 李升峰, 朱继业. 种植密度对小麦根际土壤特性及籽粒产量的影响. 江苏农业科学, 2016, 44(4): 132-137.

CHEN S Z, LI S F, ZHU J Y. Effects of planting density on rhizosphere soil characteristics and grain yield of wheat., 2016, 44(4): 132-137. (in Chinese)

[43] 古巧珍, 杨学云, 孙本华, 马路军, 同延安, 赵秉强, 张夫道. 长期定位施肥对土娄土耕层土壤养分和土地生产力的影响. 西北农业学报, 2004, 13(3): 121-125.

GU Q Z, YANG X Y, SUN B H, MA L J, TONG Y A, ZHAO B Q, ZHANG F D. Effects of long-term fertilization on soil nutrition and land productivity in topsoil of loess soil., 2004, 13(3): 121-125. (in Chinese)

[44] 丁民伟, 崔彦宏, 刘梦星, 崔国美, 杨利. 氮肥用量与施用时期及分配比例对夏玉米干物质积累的影响. 河北农业大学学报, 2007, 30(6): 1-4.

DING M W, CUI Y H, LIU M X, CUI G M, YANG L. Effect of N application rate, time and ratio on dry matter accumulation of summer maize ()., 2007, 30(6): 1-4. (in Chinese)

[45] 张娟, 武同华, 代兴龙, 王西芝, 李洪梅, 蒋明洋, 贺明荣. 种植密度和施氮水平对小麦吸收利用土壤氮素的影响. 应用生态学报, 2015, 26(6): 1727-1734.

ZHANG J, WU T H, DAI X L, WANG X Z, LI H M, JIANG M Y, HE M R. Effects of plant density and nitrogen level on nitrogen uptake and utilization of winter wheat.2015, 26(6): 1727-1734. (in Chinese)

[46] 张彦东, 孙志虎, 沈有信. 施肥对金沙江干热河谷退化草地土壤微生物的影响. 水土保持学报, 2005, 19(2): 88-91.

ZHANG Y D, SUN Z H, SHEN Y X. Effect of fertilization on soil microorganism of deteriorated grassland in dry-hot valley region of Jinsha river., 2005, 19(2): 88-91. (in Chinese)

[47] 宋朝玉, 宫明波, 高倩, 王圣健, 朱丕生, 高峻岭. 长期玉米秸秆还田模式下氮肥用量对玉米生长发育及土壤养分的影响. 山东农业科学, 2017, 49(10): 55-59.

SONG C Y, GONG M B, GAO Q, WANG S J, ZHU P S, GAO J L. Effects of nitrogen application rate on maize growth and soil nutrients under mode of long-term maize straw returning., 2017, 49(10): 55-59. (in Chinese)

[48] FRIEDEL J K, GABEL D, STAHR K. Nitrogen pools and turnover in arable soils under different durations of organic farming: II: Source and -sink function of the soil microbial biomass or competition with growing plants?., 2001, 164: 421-429.

[49] 丁雪丽, 何红波, 白震, 解宏图, 李晓波, 郑立臣, 张明, 张旭东. 作物残体去向与利用及对土壤氮素转化的影响. 土壤通报, 2008(6): 1454-1461.

DING X L, HE H B, BAI Z, XIE H T, LI X B, ZHENG L C, ZHANG M, ZHANG X D. Fate and utilization of crop residues and their effect on soil nitrogen turnover., 2008(6): 1454-1461. (in Chinese)

[50] ARDUINI I, MASONI A, ERCOLI L, MARIOTTI M. Grain yield, and dry matter and nitrogen accumulation and remobilization in durum wheat as affected by variety and seeding rate., 2006, 25(4): 309-318. (in Chinese)

[51] 石祖梁, 李丹丹, 荆奇, 姜东, 曹卫星, 戴廷波, 李建辉, 李向楠, 陈琳, 杜红, 赫英俊. 氮肥运筹对稻茬冬小麦土壤无机氮时空分布及氮肥利用的影响. 生态学报, 2010, 30(09): 2434-2442.

SHI Z L, LI D D, JING Q, JIANG D, CAO W X, DAI T B, LI J H, LI X N, CHEN L, DU H, HE Y J. Effects of nitrogen fertilization on temporals partial distribution of soil inorganic nitrogen and nitrogen utilization in wheat in rice wheat rotation., 2010, 30(9): 2434-2442. (in Chinese)

[52] 张娟, 武同华, 代兴龙, 王西芝, 李洪梅, 蒋明洋, 贺明荣. 种植密度和施氮水平对小麦吸收利用土壤氮素的影响. 应用生态学报, 2015, 26(6): 1727-1734.

ZHANG J, WU T H, DAI X L，WANG X Z, LI H M, JIANG M Y, HE M R. Effects of plant density and nitrogen level on nitrogen uptake and utilization of winter wheat., 2015, 26(6): 1727-1734. (in Chinese)

[53] 赵海超, 刘景辉, 张星杰. 春玉米种植密度对土壤有机碳组分的影响. 生态环境学报, 2012, 21(6): 1051-1056.

ZHAO H C, LIU J H, ZHANG X J. Effect of painting density of spring corn on organic carbon fractions of soil., 2012, 21(6): 1051-1056. (in Chinese)

[54] 李锦, 田霄鸿, 王少霞, 把余玲, 李有兵, 郑险峰. 秸秆还田条件下减量施氮对作物产量及土壤碳氮含量的影响. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2014, 42(1): 137-143.

LI J, TIAN X H, WANG S X, BA Y L, LI Y B, ZHENG X F. Effects of nitrogen fertilizer reduction on crop yields, soil nitrate nitrogen and carbon contents with straw returning.2014, 42(1): 137-143. (in Chinese)

[55] 马瑞萍, 戴相林, 刘国一. 施氮对西藏农田土壤有机碳及酶活性的影响. 中国农学通报, 2018, 34(18): 126-131.

MA R P, DAI X L, LIU G Y. N application affects soil organic carbon and enzyme activities in Tibet farmland soil., 2018, 34(18): 126-131. (in Chinese)

[56] 孙颖, 赵晓会, 和文祥, 高亚军, 曹卫东. 绿肥对土壤酶活性的影响. 西北农业学报, 2011, 20(3): 115-119.

SUN Y, ZHAO X H, HE W X, GAO Y J, CAO W D. Effect of green manure on soil enzyme activity., 2011, 20(3): 115-119. (in Chinese)

[57] 李花, 葛玮健, 马晓霞, 黎青慧, 任卫东, 杨学云, 张树兰. 小麦-玉米轮作体系长期施肥对土微生物量碳、氮及酶活性的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(5): 1140-1146.

LI H, GE W J, MA X X, LI Q H, REN W D, YANG X Y, ZHANG S L. Changes of soil nitrogen supply in black loessial in Loess Plateau under long-term fertilization., 2011, 17(5): 1140-1146. (in Chinese)

[58] 魏猛, 张爱君, 唐忠厚, 李洪民, 史新敏, 陈晓光. 长期定位施肥对黄潮土土壤酶活性的影响. 西北农业学报, 2012, 21(12): 163-167.

WEI M, ZHANG A J, TANG Z H, LI H M, SHI X M, CHEN X G. Effects of long-term fertilization on enzyme activities in yellow fluvo-aquic soil.2012, 21(12): 163-167. (in Chinese)

[59] 米国全, 袁丽萍, 龚元石, 张福墁, 任华中. 不同水氮供应对日光温室番茄土壤酶活性及生物环境影响的研究. 农业工程学报, 2005, 21(7): 124-127.

MI G Q, YUAN L P, GONG Y S, ZHANG F M, REN Z H. Influences of different water and nitrogen supplies on soil biological environment in solar greenhouse., 2005, 21(7): 124-127. (in Chinese)

[60] 陈金, 庞党伟, 韩明明, 尹燕枰, 郑孟静, 骆永丽, 王振林, 李勇. 耕作模式对土壤生物活性与养分有效性及冬小麦产量的影响. 作物学报, 2017, 43(8): 1245-1253.

CHEN J, PANG D W, HAN M M, YIN Y P, ZHENG M J, LUO Y L, WANG Z L, LI Y. Effects of tillage patterns on soil biological activity, availability of soil nutrients and grain yield of winter wheat., 2017, 43(8): 1245-1253. (in Chinese)

[61] 吴昕怡, 胡晓辉, 屈锋, 李素芝, 许娇娇, 李建明. 不同氮肥处理对春季大棚番茄产量及肥料利用率的影响. 北方园艺, 2018(17): 12-18.

WU X Y, HU X H, QU F, LI S Z, XU J J, LI J M. Effect of different nitrogen fertilizer treatments on yield and fertilizer utilization ratio of tomato., 2018(17): 12-18. (in Chinese)

Effects of Wheat Seeding Rate with Nitrogen Fertilizer Application Reduction on Soil Microbial Biomass Carbon, Nitrogen and Enzyme Activities in Fluvo-aquic Soil in Huang-Huai Plain

SHI Ke, DONG ShiGang, SHEN FengMin, LONG Qian, JIANG GuiYing, LIU Fang, LIU ShiLiang

(College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002)

【】The effects of wheat sowing rate and nitrogen fertilizer interaction on soil microbial biomass carbon/ nitrogen (SMBC/N) and enzyme activities in the Huang-Huai Plain of China was studied, aimed to select the optimum management in this area. 【】Field experiment was conducted, and four treatments were set as: (1) conventional seeding + conventional nitrogen fertilizer (CK); (2) 30% additional seeding + conventional nitrogen application (T1); (3) 30% additional seeding + 20% nitrogen reduction (T2); (4) conventional seeding + 20% nitrogen reduction (T3). The soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), soil microbial biomass carbon (SMBC), soil microbial biomass nitrogen (SMBN), and soil enzyme activities were measured and analyzed in different soil depths during the three crop seasons in 2016-2018. 【】Generally, all the indexes decreased with soil depth. The SMBC was significantly higher under conventional nitrogen (N) treatments (i.e. CK and T1) than that under nitrogen reduction treatments (i.e. T2 and T3) in 0-20 cm in wheat and maize season 2017 and 0-30 cm in wheat season 2018, and the highest one was 170.89 mg×kg-1. The dynamics of SMBN was similar as SMBC, which was significantly higher under conventional N treatments than that under N reduction treatments during the all the crop seasons, and with the highest value as 57.24 mg×kg-1under CK treatment. The differences of SOC content among treatments were focused on 0-20 cm during the first and second seasons, and 10-30 cm during the third season. Therein, the SOC content under N reduction treatments was significantly higher than that under conventional N treatments, with the highest one as 12.85 g×kg-1under T3. The TN content under all the treatments was no different in wheat season 2017, which was significantly higher under CK treatment than that under the others in 0-20 cm in maize season 2017 and wheat season 2018. The C/N was no obviously trend in wheat season 2017, while it was significantly higher under N reduction treatments in 0-20 cm during maize season 2017 and wheat season 2018. The SMBC/SOC under all treatments ranged from 0.5% to 2.5%. And it was higher under conventional N treatments than that under N reduction treatments, except which in 10-20 cm during wheat season 2017. The SMBN/TN under all treatments ranged from 2% to 6%. The SMBC/SMBN under all treatments was below 5:1. The SMBN/TN was higher under conventional N treatments than that under N reduction treatments, except which in 10-20 cm during wheat season 2017 and 0-30 cm during wheat season 2018. The SMBC/SMBN under T1 treatment was higher in 2017 wheat season. The urease activity under sowing rate increase treatment (i.e. T1 and T2) was higher in wheat season 2018. The invertase activity in 10-30 cm during maize season 2017 and neutral phosphatase activity in 0-30 cm during wheat season under N reduction treatments was higher than that under conventional treatments. The wheat yield and the aboveground N accumulation was higher under N reduction treatments in wheat season 2018, with the highest value as 6 822.27 kg×hm-2and 322.30 kg×hm-2, respectively, under T3 treatment.【】Generally, in the Huang-Huai Plain, under the nitrogen reduction, the soil microbial biomass and TN content were decreased, while the soil enzyme activities and aboveground N accumulation was increased. Meanwhile, the wheat yield was increased or maintained. Therein, the treatment with conventional seeding + 20% nitrogen reduction was suggested as the optimum practice in this study.

wheat; sowing rate; nitrogen reduction; soil microbial biomass; soil enzyme;Huang-Huai Plain

2019-01-29；

2019-04-11

国家重点研发计划重点专项项目（2016YFD0300803）、国家自然科学基金（41401327）、河南省教育厅基金（14B210024）

石柯，E-mail：2817838243@qq.com。

姜桂英，E-mail：jgy9090@126.com。通信作者刘世亮，E-mail：shlliu70@163.com

（责任编辑 李云霞）