梁燕菲， 張瀟瀟， 李伏生

(廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530005)

“薄淺濕曬”灌溉稻田土壤微生物量碳、氮和酶活性研究

梁燕菲， 張瀟瀟， 李伏生*

(廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530005)

灌溉方式； 微生物量碳、 氮； 土壤酶活性； 硝化細(xì)菌； 水稻土

Abstract: A pot experiment was carried out to study effects of the “thin-shallow-wet-dry” irrigation method on microbial biomass carbon(MBC), microbial biomass nitrogen(MBN), the numbers of nitrification bacteria and denitrification bacteria and enzyme activities in soils at the jointing, booting and milky stages of rice under different nitrogen(N) levels, and to explore variation of soil microbe activities under the irrigation method. There were two irrigation methods, conventional irrigation(CIR) and “thin-shallow-wet-dry” irrigation(TIR), and three N levels, low N(0.10 g/kg soil), middle N(0.15 g/kg soil) and high N(0.2 g/kg soil). Compared to the CIR treatments, the TIR treatments increase soil MBC by 13%-240%, and decrease soil MBN by 6.5%-47.3%. At the high N level, the TIR treatment increases the number of soil nitrification bacteria at three growth stages slightly, and increases the number of soil denitrification bacteria by 0.7 to 3 times at the milky stage and decreases the number of soil denitrification bacteria by 12.1% to 61.2% at the jointing and booting stages. At the low and middle N levels, the TIR treatments reduce the activity of soil nitrate reductase by 63.8% and 43.3% at the booting stage. Under the same irrigation method, compared to the low N level, the middle N level increases soil MBC and MBN, the numbers of nitrification bacteria and denitrification bacteria, and the activities of catalase, urease and invertase, while the high N level reduces soil MBN and the activities of catalase, urease and nitrate reductase. Thus TIR can effectively improve microbial biomass carbon and the activities of catalase, urease and invertase under the middle N level.

Keywords: Irrigation method; microbial biomass carbon and nitrogen; soil enzyme activity; nitrification bacteria; paddy soil

土壤酶直接參與土壤中各種生物化學(xué)過程，其活性可以間接地反映氮、 磷等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與供給狀況[9]。過氧化氫酶活性在一定程度上可以表征土壤生物氧化過程的強弱[10]，脲酶活性可以反映土壤有機氮向有效氮的轉(zhuǎn)化能力和土壤無機氮供應(yīng)能力[11]，轉(zhuǎn)化酶活性可以用來表征土壤的熟化程度和肥力水平[10]，與土壤中腐殖質(zhì)、 水溶性有機質(zhì)和粘粒含量以及微生物數(shù)量呈正相關(guān)。反硝化細(xì)菌是產(chǎn)生含氮氣體化合物的微生物，是導(dǎo)致厭氧土壤氮素?fù)p失的主要作用者。在硝酸還原酶和亞硝酸還原酶及羥氨還原酶的作用下，土壤中硝態(tài)氮還原為氨，因此，它們的活性可以反映土壤氮素轉(zhuǎn)化作用的強弱[12]。不同灌溉方式和土壤水分含量影響土壤微生物數(shù)量和酶活性，如劉宇鋒等[13]發(fā)現(xiàn)，控制灌溉和間歇灌溉土壤酶活性和微生物數(shù)量一般高于常規(guī)灌溉。余江敏等[14]認(rèn)為，根區(qū)局部灌溉在其濕潤區(qū)能提高土壤微生物數(shù)量和酶活性。朱同彬等[15]研究發(fā)現(xiàn)，不同施肥處理土壤中不同種酶活性變化情況不一樣，當(dāng)土壤田間持水量高于70%時會顯著抑制土壤脲酶、 過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性。周禮愷[10]研究表明，土壤干旱時土壤酶活性下降，重新濕潤時又能稍許提高酶活性。但是關(guān)于“薄、 淺、 濕、 曬”灌溉方式對土壤微生物量碳、 氮和酶活性影響的研究較少，本文在不同氮肥水平下，研究“薄、 淺、 濕、 曬”灌溉對水稻拔節(jié)期、 孕穗期和乳熟期土壤中微生物量碳、 氮，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量以及土壤酶活性的影響，以探討該灌溉模式下水稻土微生物活性的變化規(guī)律，為改善農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)實踐提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

盆栽試驗在廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院網(wǎng)室大棚中進(jìn)行。供試土壤為采自本校農(nóng)業(yè)教學(xué)基地的第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的水稻土，經(jīng)風(fēng)干、 碾碎，過10 mm篩，稱取15 kg于盆中(上部直徑35 cm、 下部直徑26 cm、 高29 cm)。供試土壤pH為6.07、 堿解氮87.6 mg/kg(1 mol/L NaOH堿解擴(kuò)散法)、 速效磷40.3 mg/kg (0.5 mol/L NaHCO3浸提法)、 速效鉀72.9 mg/kg(1 mol/L 中性NH4Ac浸提法)。供試水稻品種為中浙優(yōu)8號(浙審稻2006002)。

1.2 試驗設(shè)計

水稻于2012年3月11日播種，水稻催芽露白后培育至3葉期，選取長勢較一致的幼苗進(jìn)行移栽，4月9日移栽至盆內(nèi)，每盆種植2株，水稻秧苗移栽前提前3天泡水，且使盆內(nèi)土壤均保持淺水層(約25 mm)，兩種灌水方式從4月20日水稻返青后進(jìn)行，灌水控制在各自設(shè)定的范圍內(nèi)，用量筒量取灌水量，并記錄各處理灌水量，試驗期間其他管理措施一致。2012年8月10日全部收獲，全生育期143 d。

1.3 樣品采集和測定方法

試驗分3次采樣，即6月1日(拔節(jié)期)、 7月5日(孕穗期)、 8月1日(乳熟期)，每次采樣時間為灌水處理后第2 d上午，分別采集不同處理0—16 cm土層土壤并混勻，其中一部分土壤鮮樣用于測定硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌，另一部分土樣風(fēng)干后過1 mm篩，用于測定土壤酶活性。

太子丹與秦王之關(guān)系，其實既復(fù)雜也可玩味?！妒酚洝酚涊d：“燕太子丹者，故嘗質(zhì)于趙，而秦王政生于趙，其少時與丹歡。及政立為秦王，而丹質(zhì)于秦。秦王之遇燕太子丹不善，故丹怨而亡歸?！盵2]兩人同處異國，身為孤獨的質(zhì)子，結(jié)為玩伴，而時過境遷，則一為“質(zhì)于秦”的太子，一為國君。境遇不一，命運則殊異，致使太子丹淪為秦王施虐的對象。從“少時與丹歡”至“遇之無禮”，史書留下了大量空白，難以測度。

微生物量碳、 氮用氯仿熏蒸—0.5 mol/L硫酸鉀浸提[16]，浸提液用濃硫酸重鉻酸鉀氧化、 硫酸亞鐵滴定法測定微生物量碳，結(jié)果以單位質(zhì)量干土中土壤微生物量碳(MBC)表示。計算公式為MBC=Ec/0.38， 式中， Ec為熏蒸土樣和未熏蒸土樣有機碳量之差； 0.38為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

微生物量氮用比色法測定： 浸提液在280 nm

下用紫外分光光度計測定吸光度[16-17]，用單位土壤中的吸光度增量表示，微生物量氮(MBN)=(abs熏/G熏)-(abs未/G未)，其中， abs代表紫外光下的吸光度；G代表烘干土質(zhì)量。

硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌采用MPN法計數(shù)[12]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用SPSS17.0分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，多重比較用Duncan法，差異顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1灌溉方式和氮肥水平對水稻土微生物量碳、氮的影響

從表1可以看出，與常規(guī)灌溉(CIR)相比，除乳熟期在F1時“薄、 淺、 濕、 曬”灌溉(TIR)土壤微生物量碳(MBC)降低34.7%外，其他情況下TIR處理的土壤MBC均明顯增加。相同灌水方式下，3個時期土壤MBC一般隨著氮肥用量的增加而增加。

表1 灌溉方式和氮肥水平對土壤微生物量碳、 氮的影響(mg/kg)

注(Note)： CIR—常規(guī)灌溉 Conventional irrigation; TIR—“薄、 淺、 濕、 曬”灌溉 “Thin-shallow-wet-dry” irrigation; F1—低氮 Low N; F2—中氮 Middle N; F3—高氮 High N. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

與CIR相比，拔節(jié)期在F2時TIR處理土壤MBN降低31.9%，孕穗期在F3時TIR土壤MBN降低20.0%，而乳熟期在F1和F3時TIR土壤MBN分別降低47.3%和40.0%。拔節(jié)期CIR處理，F(xiàn)2土壤MBN比F1增加1.2倍，而TIR處理F2土壤MBN比F1增加57.7%；孕穗期相同灌溉方式時，F(xiàn)3和F2處理土壤MBN與F1差異不明顯。乳熟期CIR和TIR處理土壤MBN F2比F1分別增加14.7%和109.6%，而F3土壤MBN分別比F1降低32.3%和22.5%。

2.2灌溉方式和氮肥水平對水稻土硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量的影響

表2表明，與CIR相比，拔節(jié)期和孕穗期在F3時TIR處理土壤硝化細(xì)菌數(shù)量分別增加1.8倍和1.5倍；而在F2時TIR處理土壤硝化細(xì)菌數(shù)量分別降低57.6%和41.6%，F(xiàn)1時孕穗期降低69.2%。乳熟期在F1和F2處理分別增加121.8%和85.5%。CIR條件下，拔節(jié)期和孕穗期F2處理土壤硝化細(xì)菌數(shù)量比F1分別增加3倍和55.3%。TIR條件下，孕穗期F2和F3土壤硝化細(xì)菌數(shù)量比F1分別增加2倍和4倍；而乳熟期F3土壤硝化細(xì)菌數(shù)量比F1降低55.3%，其他處理土壤硝化細(xì)菌數(shù)量變化不明顯。

與CIR處理相比，拔節(jié)期和孕穗期3種氮肥水平下TIR土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量均降低，其中孕穗期F1、 F2和F3土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量分別降低45.1%、 23.5%和33.9%，而拔節(jié)期降低不明顯；乳熟期F1、 F2和F3土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量分別增加1.9倍、 0.8倍和2.9倍。CIR條件下，3個時期的F2處理土壤反硝化細(xì)菌比F1分別增加94.7%、 91.8%和105.9%。TIR條件下，拔節(jié)期和孕穗期的F2土壤反硝化細(xì)菌比F1增加3.4倍和1.5倍。

表2 灌溉方式和氮肥水平對土壤硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)量的影響

注(Note)： CIR—常規(guī)灌溉 Conventional irrigation; TIR—“薄、 淺、 濕、 曬”灌溉 “Thin-shallow-wet-dry” irrigation; F1—低氮 Low N; F2—中氮 Middle N; F3—高氮 High N. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.3 灌溉方式和氮肥水平對水稻土酶活性的影響

從表3可以看出，與CIR相比，F(xiàn)3時TIR處理拔節(jié)期土壤硝酸還原酶活性增加1倍；F1和F2時TIR處理孕穗期土壤硝酸還原酶活性分別降低63.8%和43.3%。CIR時，拔節(jié)期和乳熟期F2處理土壤硝酸還原酶活性比F1分別增加1.5倍和1.2倍，而孕穗期F3土壤硝酸還原酶活性比F1降低44.1%，總體上3個時期土壤硝酸還原酶活性隨著氮肥用量的增加表現(xiàn)出先增后減的趨勢，其中孕穗期F2處理土壤硝酸還原酶活性最高。TIR時，拔節(jié)期和乳熟期F3處理土壤硝酸還原酶活性比F1分別增加90%和2.0倍，3個時期土壤硝酸還原酶活性隨著氮肥用量的增加而增加，最大值出現(xiàn)在F3時拔節(jié)期。

表3還顯示，3個時期TIR處理土壤亞硝酸還原酶活性與CIR相比變化不明顯(表3)。CIR時，土壤亞硝酸還原酶活性隨著氮肥用量的增加變化不明顯。TIR時，3個時期土壤亞硝酸還原酶活性隨著氮肥用量的增加而增加，其中拔節(jié)期和孕穗期F3土壤亞硝酸還原酶活性比F1分別增加34.4%和122.7%。

注(Note)： CIR—常規(guī)灌溉 Conventional irrigation; TIR—“薄、 淺、 濕、 曬”灌溉 “Thin-shallow-wet-dry” irrigation; F1—低氮 Low N; F2—中氮 Middle N; F3—高氮 High N. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

過氧化氫酶在F1時，孕穗期和乳熟期TIR比CIR處理土壤過氧化氫酶活性分別提高12.5%和15.4%(表4)；其他條件下TIR處理土壤過氧化氫酶活性變化不顯著。CIR時，與F1相比，F(xiàn)2處理乳熟期土壤過氧化氫酶活性提高10.3%，而拔節(jié)期和孕穗期過氧化氫酶活性提高不顯著；F3處理拔節(jié)期、 孕穗期和乳熟期土壤過氧化氫酶活性均有所提高。TIR時，與F1相比，F(xiàn)2和F3處理拔節(jié)期過氧化氫酶活性分別增加17.1%和4.9%，孕穗期均下降11.1%，乳熟期F3下降8.9%。

表4還顯示，與CIR處理相比，在F1時，3個時期TIR土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化不明顯；F2時，拔節(jié)期TIR土壤轉(zhuǎn)化酶活性提高20.1%；F3時，拔節(jié)期和乳熟期TIR土壤轉(zhuǎn)化酶活性分別提高49.6%和10.1%。CIR時，與F1相比，F(xiàn)2拔節(jié)期、 孕穗期和乳熟期土壤轉(zhuǎn)化酶活性分別提高13.3%、 15.1%和2.0%，F(xiàn)3分別提高16.9%、 18.2%和15.5%。TIR時，與F1相比，F(xiàn)2拔節(jié)期土壤轉(zhuǎn)化酶活性提高29.8%，F(xiàn)3拔節(jié)期和乳熟期分別提高61.8%和23.0%。

與CIR處理相比，TIR土壤脲酶活性拔節(jié)期和孕穗期有所提高，而乳熟期有所下降(表4)。CIR時，與F1相比，F(xiàn)2和F3在3個采樣時期土壤脲酶活性均有所提高；TIR時，與F1相比，F(xiàn)2在3個采樣時期土壤脲酶活性也有所提高，F(xiàn)3拔節(jié)期和孕穗期有所降低，而乳熟期有所上升。

3 討論與結(jié)論

土壤酶主要來自微生物細(xì)胞和動植物殘體，土壤酶活性與土壤健康及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等有很大的關(guān)系。在一定含水量范圍內(nèi)，土壤酶活性隨土壤含水量增加而增加，合理的施肥制度也會提高土壤酶活性，但高量的尿素或者銨態(tài)氮肥對土壤脲酶有抑制作用[25]。本研究結(jié)果表明，不同灌水方式和氮肥水平會影響土壤酶活性，但對不同土壤酶活性的影響不同。硝酸還原酶和亞硝酸還原酶是反硝化過程的2種主要主導(dǎo)酶，其中由亞硝酸還原酶誘導(dǎo)，將亞硝酸還原成一氧化氮的反應(yīng)是將硝酸還原成氣體第一步。CIR處理的高氮水平有利于降低土壤中的硝酸還原酶活性。與CIR相比，TIR處理土壤孕穗期F1和F2時TIR土壤硝酸還原酶活性分別降低63.8%和43.3%。在CIR和TIR處理下，增加氮肥用量一般會提高土壤中硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性。土壤中過氧化氫酶、 轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性的最大值均出現(xiàn)在TIR方式，可見TIR在一定程度上有利于提高土壤中過氧化氫酶、 轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性。相同灌水方式下，土壤轉(zhuǎn)化酶活性隨氮肥用量的增加而增加，最大值均出現(xiàn)在F3處理的拔節(jié)期；過氧化氫酶和脲酶活性隨著氮肥用量的增加一般先增后減，最大值均出現(xiàn)在F2處理的孕穗期，這可能是因為施用氮肥有助于土壤微生物的代謝。

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Soilmicrobialbiomasscarbonandnitrogenandenzymeactivitiesinpaddy
soilunder“thin-shallow-wet-dry”irrigationmethod

LIANG Yan-fei, ZHANG Xiao-xiao, LI Fu-sheng*

(CollegeofAgriculture,GuangxiUniversity,Nanning530005,China)

2013-06-24接受日期2013-08-06

國家“863”計劃(2011AA100504)；國家科技支撐計劃項目課題(2012BAD05B03)；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項子課題(XDA05070403)資助。

梁燕菲(1986—)， 女， 廣西南寧人， 碩士研究生，主要從事水土資源利用與環(huán)境研究。E-mail: 534760079@qq.com * 通信作者 Tel: 0771-3235314-806, E-mail: zhenz@gxu.edu.cn; lpfu6@163.com

S154；S511.071

A

1008-505X(2013)06-1403-08