告 稻 Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．４ 水稻土壤碱解氮与脲酶活性对不同氮素水平的响应 宋玉婷，吕小红，陈温福 （沈阳农业大学水稻研究所，沈阳 １１０１６１） 摘要：在常规栽培条件下，采用盆栽模拟试验方法，研究了土壤脲酶活性和碱解氮含量在不同施氮水平下随水稻生长的 动态变化，结果表明：随着施氮量的增加，土壤碱解氮含量增加，高氮处理的含量最高；而脲酶活性则表现为中氮处理的整 体水平高于高氮处理，施氮量在０－２１４．６５ ｋｇ／ｈｍ 的范围内，脲酶活性随着氮素水平的升高而增强，两种水稻品种相比 较，弯穗型不抗倒伏的秋光对氮素的敏感程度显著高于直立穗型抗倒伏的０７４２５。 关键词：土壤；脲酶；碱解氮；氮素水平；生育期 －中图分类号：￥１４３．１；Ｓ５１１．０６２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－６７３７（２０１０）０４－０００８－０５ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ Ｕｒｅａｓｅ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｐａｄｄｙ Ｓｏｉｌ ｔｏ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｌｅｖｅｌｓ ＳＯＮＧ Ｙｕ—ｔｉｎｇ，ＬＶ Ｘｉａｏ－ｈｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｗｅｎ－ｆｕ （Ｒｉｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １０１６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｕｈｉｖａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｐｏｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｕｒｅａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ａｌｋａｌｉ—ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｒｉｃｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｍｏｕｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．ｔｈｅ ａｌｋａｌｉ—ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｌＳＯ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｈａｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ；ｔｈｅ ｕｒｅａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ．ｔｈａｎ ｈｉｇｈ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｕｒｅａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｍｏｕｎｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｍｏｕｎｔ ｒａｎｇｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ０ ａｎｄ ２１４．６５ ｋｇ Ｎ／ｈｍ ． Ａｓ ｆｏｒ ｒｉｃｅ ｃｕｈｉｖａｒｓ，ｌｏｄｇｉｎｇ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅ ｒｉｃｅ ｖａｒｉｅｔｙ ｗｉｔｈ ｃｕｒｖｅｄ ｐａｎｉｃｌｅ Ａｒｋｉｈｉｋａｒｉ ｈａｄ ｈｉｇｈｅｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｏ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔｈａｎ ０７４２５，ａ ｌｏｄｇｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｕｈｉｖａｒ ｗｉｔｈ ｅｒｅｃｔ ｐａｎｉｃｌｅ． ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｏｉｌ；Ｕｒｅａｓｅ；Ａｌｋａｌｉ—ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ；Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｅｖｅｌｓ；Ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ 土壤酶类是土壤物质和能量循环必不可少的 业先等 研究表明，施肥可影响土壤微生物量及 组成部分，是土壤生态系统中最敏感最活跃的影 Ｃ、Ｎ、Ｐ的动态变化，并能土壤养分，提高各 响因子，一些重要的土壤酶是推动土壤有机质和 种土壤酶活性，不同的施氮水平对脲酶的影响也 Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓ等养分循环与转化的关键阻 。脲酶广泛 有很大的差异 ４］，不同类型的氮肥施人量的增加， 存在于作物生长的土壤环境中，是一种酰胺酶，直 对土壤脲酶活性的影响也会越来越大。脲酶的活 接参与尿素等肥料的水解［４］，其酶促反应产物一氨 性对提高氮肥利用率具有重要意义ｌ８ ］。 也是植物所需氮素形式之一＿５］，脲酶对土壤氮代 土壤中碱解氮也被称为土壤水解性氮，包括 谢的影响就表现在其对所施人氮肥的响应，因此， 无机态氮（铵态氮、硝态氮）及易水解的有机态氮 脲酶被作为土壤生态系统变化的敏感指标 ］。邱 （氨基酸、酰铵和易水解蛋白质）。其中铵态氮和硝 态氮是速效氮，含量与植物生长具有密切的关系。 收稿日期：２０１０—０５—１１ 因此测定土壤中碱解氮的含量不仅可以反映土壤 作者简介：宋玉婷（１９８３一），女，沈阳农业大学硕士研究生， 近期内氮素的供应情况，而且可以为合理施肥提 从事水稻生理栽培研究。 供科学依据。 通讯作者：陈温福（１９５５一），男，中国工程院院士，沈阳农 氮肥作为最常用的化学肥料，在提高作物产 业大学教授，主要从事水稻超高产育种理论及 量、改善品质和培肥地力等方面起到了很重要的 栽培技术的综合研究。 一８一 宋玉婷等水稻土壤碱解氮与脲酶活性对不同氮素水平的响应 研究 作用。而盲目的增施氮肥造成作物产量不稳定，土 壤结构恶化、肥力下降，农业生产成本上升等影 响，成为生态环境恶化的严重威胁因子¨ 。针对 这一问题，本文采用盆栽模拟试验，在常规栽培条 土壤脲酶活性的测定一苯酚钠比色法。称取 １０ ｇ风干土两份，分别置于ｌｏ０ ｍＬ容量瓶中，加 入１．５ ｍＬ甲苯（以湿润土样为宜），摇匀后放置 １５ ｍｉｎ。另取一个１００ ｍＬ容量瓶以不加土样和 甲苯的作为无土对照。在一个加土样瓶和无土对 照瓶中加１０ ｍＬ尿素溶液，另一个加土样瓶加１０ 件下，研究两种水稻品种糯稻０７４２５和秋光的土 壤脲酶活性和碱解氮含量在不同的氮素水平下随 水稻生长的动态变化，探讨土壤脲酶活性和土壤 碱解氮对不同氮素水平的响应，为水稻的经济施 ｍｌ蒸馏水，代替尿素溶液作为无基质对照。三个 容量瓶均加２０ ｍｌ柠檬酸缓冲液（ｐＨ６．７），混匀后 肥和优质、高产、高效栽培从而提高氮肥利用率提 供参考 １材料与方法 １．１ 试验材料与试验设计 本试验采用盆栽模拟方式，盆钵直径２５ ｅｍ， 高３０ ｃｍ，每盆装土ｌ４ ｋｇ，每盆插秧３穴，每穴２ 株。设有３个氮肥梯度低氮Ｎ１（１４３．１ ｋｇ／ｈｍ ）、 中氮Ｎ２（２１４．６５ ｋｇ／ｈｍ ）、高氮Ｎ３（２８６．２ ｋｇ／ ｈｍ ），施用磷酸二铵３００ ｋ ｈｍ （其中所含的氮 已包括在总氮里），ＫＣＬ ２２５ ｋｇ／ｈｍ 。以施磷钾肥 （磷肥为过磷酸钙）和不施肥ＣＫ作为对照，设３ 次重复。 氮肥分基肥、蘖肥、穗肥（按５：３：２比例）施人， 其中以尿素作为基肥，硫铵作为蘖肥、穗肥追施， 磷肥和钾肥作为基肥一次性施人。灌水时应使水 面保持在同一高度。其它栽培管理措施同大面积 生产田。另外，在阴雨天气采用遮雨棚来防止雨水 的冲刷。 １．２土样样品的采集 水稻品种选为糯稻０７４２５和秋光，考虑到２ 种水稻品种的各生育期时间不一致，把取样时期 定为分蘖期、拔节期、齐穗期、齐穗后１５ ｄ、齐穗 后３０ ｄ、齐穗后４５ ｄ取样，土壤根际样品采集时 用土铲在所选植株根部周围（０～２０ ｃｍ深）进行垂 直铲挖，使土样以立方体的形状被挖掘出来（使各 个处理样点的土壤深浅、宽窄大体一致），风干后， 除去夹杂根系及杂质，混合均匀，按四分法分取样 品进行测定。 １．３测定内容 ｔ 土壤中碱解氮含量的测定～碱解扩散法：在 扩散皿中，用１．０ ｍｏｌ・Ｌ ＮａＯＨ水解土壤，使易水 解态氮（潜在有效氮）碱解转化为ＮＨ，，ＮＨ，扩散 后为Ｈ。ＢＯ３所吸收。Ｈ３ＢＯ 吸收液中的ＮＨ３再用 标准酸滴定，由此计算土壤中碱解氮的含量。 塞紧置３７℃恒温中培养２４ ｈ。培养结束后，用 ３８℃的蒸馏水稀释至刻度（甲苯应位于刻度以 上），用滤纸过滤到三角瓶中，分别吸取滤液ｌ ｍＬ 至５０ ｍＬ容量瓶中，另一瓶不加滤液作为比色对 照。分别加蒸馏水至１０ ｍＬ后加人４ ｍＬ苯酚钠 溶液，并立即加人３ ｍＬ次氯酸钠溶液，混合均 匀，放置２０ ｍｉｎ，显色后稀释至刻度。在７２１型分 光光度计于５７８ ｎｍ处测定吸光度。根据标准曲 线求出氨态氮含量。本实验脲酶的活性是用１０ ｇ 土壤２４ ｈ酶促反映消耗尿素生成氨的数量来表 示，以土样的利用基质所产生的氨与无土对照（基 质纯度和自身分解）和无基质对照（土样与非基质 物质反映）所产生的氨的数量之差。土壤脲酶活性 值以２４ ｈ后１００ ｇ土壤中ＮＨ，一Ｎ的毫克数表 示。 采用ＥＸＣＥＬ软件和ＤＰＳ软件进行统计分析。 ２结果与分析 ２．１ 土壤碱解氦对不同生育时期氮素水平的响应 一般来说，碱解氮被认为是速效氮，其含量是 土壤有效肥力的重要指标。由表１可以看出，随着 生育时期的推进，两种水稻品种追施了穗肥的 Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３处理的土壤碱解氮含量在Ｔ３均达到 最大值，其他时期相对于前一时期均产生递减趋 势。而没有追施氮肥的ＰＫ、ＣＫ处理则表现出较弱 的下降趋势。两种水稻品种间土壤碱解氮含量整 体差异不显著。 在同一生育时期的不同氮素水平下，糯稻 ０７４２５的表现为：Ｔ１时Ｎ２、Ｎ３处理与Ｎ１、ＰＫ、ＣＫ 处理的差异极显著，Ｎ１与ＣＫ处理差异显著；Ｔ２ 时Ｎ３处理与ＣＫ处理的差异极显著；Ｔ３时Ｎ２、 Ｎ３处理与Ｎ１处理差异极显著，Ｎ１处理与ＰＫ、 ＣＫ处理差异极显著；Ｔ４时Ｎ２、Ｎ３处理与Ｎ１、 ＰＫ、ＣＫ处理差异极显著，Ｎ１处理与ＰＫ、ＣＫ处理 差异显著；Ｔ５时Ｎ２、Ｎ３处理与ＣＫ处理差异极显 一ｑ一 报告 宋玉婷等水稻土壤碱解氮与脲酶活性对不同氮素水平的响应 注：分蘖期（Ｔ１）、拔节期（Ｔ２）、齐穗期（Ｔ３）、齐穗后１５ ｄ（Ｔ４）、齐穗后３０ ｄ（Ｔ５）、齐穗后４５ ｄ（Ｔ６）。 著，Ｎ１处理与ＣＫ处理差异显著；Ｔ６时Ｎ２、Ｎ３处 ２．２不同生育时期水稻土壤脲酶活性对氮素水 理与ＣＫ处理差异极显著，Ｎ１处理与ＣＫ处理差 平的响应 异显著，其他处理间差异均没达到显著水平。秋光 不同氮素水平下两种水稻品种的土壤脲酶活 的表现为：Ｔ１时Ｎ３处理与Ｎ１处理的差异显著； 性的变化如图１和图２所示，随着生育进程的推 Ｔ３时Ｎ３处理与Ｎ１、ＰＫ、ＣＫ处理的差异极显著， 进，两种水稻的土壤脲酶酶活性变化趋势大致相 Ｎ２处理与ＰＫ、ＣＫ处理的差异极显著，Ｎ１处理与 同，Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３处理都是在追肥后的第一次取样 ＰＫ、ＣＫ处理的差异显著；Ｔ４时Ｎ２、Ｎ３处理与 Ｔ３的时候达到最高，然后呈下降趋势，而没有追 ＰＫ、ＣＫ处理的差异极显著，Ｎ１处理与ＣＫ处理的 肥的ＰＫ、ＣＫ处理呈不明显的下降趋势且在Ｔｌ有 差异显著；其他时期各处理间差异均不显著。５种 最大的脲酶活性值，在水稻成熟期Ｔ６时ＰＫ、ＣＫ 处理问碱解氮含量基本表现为Ｎ３＞Ｎ２＞Ｎ１＞ＰＫ＞ 处理的脲酶活性值最小。两种水稻品种间进行各 ＣＫ，表明了氮素水平直接影响着土壤碱解氮的含 生育期的多重比较得出：Ｔ２时期的Ｎ２、Ｎ３、ＰＫ处 量，随着施氮水平的提高，水稻土壤碱解氮的含量 理差异极显著，ＣＫ处理差异显著；Ｔ３时期Ｎ１、Ｎ５ 也随着增加。但Ｎ３高氮处理与Ｎ２中氮处理的整 处理差异极显著，Ｎ２差异显著；ｒｒ４时期的Ｎ１处 体差异并不明显，由此可见盲目的增加施氮量并 理差异极显著；Ｔ５时期的Ｎ３处理差异显著；其他 不能理想的提高土壤有效氮含量，只能造成土壤 时期各处理间差异均不显著。 氮素的大量损失，在增施氮肥促进高产的前提下 在同一生育时期，不同氮素水平下土壤脲酶 提高氮肥利用率，科学经济施肥才是关键。 活性的多重比较显示：糯稻０７４２５表现为：Ｎ１、Ｎ２ ｂ０ ０ ２ ＼ ｂｏ 量 醛 鸶 图１ 不同氮素水平下水稻（０７４２５）的土壤脲酶活性随生育期的变化 一ｌ０— 宋玉婷等水稻土壤碱解氮与脲酶活性对不同氮素水平的响应 研究籀 ● Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｄ 盘 ４ ２ Ｄ ｂｏ ０ ２ ＼ ｂＤ 暑 烂 硅 鸶 Ｔ１ Ｔ２ Ｔ３ Ｔ４ Ｔ５ Ｔ６ 图２不同氦素水平下水稻（秋光）的土壤脲酶活性随生育期的变化 处理与ＰＫ、ＣＫ处理的差异极显著，Ｎ３处理与 许多研究表明，土壤氮素水平在很大程度上 ＰＫ、ＣＫ处理差异显著；Ｔ２时Ｎ２、Ｎ３处理与ＣＫ 受制于以土壤脲酶为代表的酶系统的影响，与土 处理的差异极显著，Ｎ２、Ｎ３处理与Ｎ１、ＰＫ处理的 壤酶活性之间存在着非常密切的相关联系。土壤 差异显著；Ｔ３时Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３处理与ＰＫ、ＣＫ处理 碱解氮的含量代表着土壤有效肥力的多少，是土 差异极显著，Ｎ２处理与Ｎ１、Ｎ３处理差异显著；Ｔ４ 壤供氮能力的重要指标。邱莉萍 ¨等对土壤肥力 时Ｎ２、Ｎ３处理与Ｎ１、ＰＫ、ＣＫ处理差异极显著，Ｎ１ 因子和土壤酶活性进行相关分析表明，碱解氮与 处理与ＰＫ、ＣＫ处理差异极显著；Ｔ５时Ｎ２处理与 脲酶活性呈极显著相关水平，碱解氮对脲酶活性 Ｎ１、Ｎ３、ＰＫ、ＣＫ处理差异极显著；其他处理间差 的直接影响力很大，也有研究报道ｌ １脲酶的活性 异均没达到显著水平。秋光的表现为：Ｔｌ时Ｎ１、 与碱解氮成显著相关性而未达到极显著。在本试 Ｎ１处理与ＰＫ、ＣＫ处理的差异极显著，Ｎ１、Ｎ２处 验的研究条件下，随着施氮量的增加，土壤的碱解 理与Ｎ３处理差异显著，Ｎ３处理与ＰＫ、ＣＫ处理 氮含量也有所增加，Ｎ３处理最高，而脲酶活性Ｎ２ 差异显著；Ｔ２时Ｎ２处理与ＰＫ、ＣＫ处理差异极显 处理的整体水平却高于Ｎ３处理，表明施氮水平 著，Ｎ１处理与ＰＫ、ＣＫ处理差异显著；Ｔ３和Ｔ４时 直接影响土壤碱解氮的含量，高氮素水平下Ｎ３ Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３处理与ＰＫ、ＣＫ处理的差异极显著，Ｎ２ 处理与Ｎ２处理整体差异不明显，但脲酶的活性 处理与Ｎ３处理的差异显著；Ｔ５时Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３处 却不升反降，说明施加氮肥对土壤脲酶有激活作 理与ＰＫ、ＣＫ处理的差异极显著，Ｎ２处理与Ｎ１ 用。可能是由于氮肥促进了水稻根系的生长，使根 处理的差异极显著，Ｎ２处理与Ｎ３处理的差异显 系分泌物增多，微生物繁殖迅速，从而有利于提高 著；Ｔ６时Ｎ３处理与Ｎ２处理差异显著，其他时期 土壤酶活性＿】 。有研究提出【】 肥料的用量如果超 各处理问差异均不显著。５种处理问土壤脲酶活 过最大临界范围，酶的活性将会降低，本试验设置 性的大小整体比较来看Ｎ２中氮处理的活性最 的５个处理中Ｎ２处理为专家推荐的水稻盆栽最 高，Ｎ１与Ｎ３的活性则前期Ｎ１高于Ｎ３，后期Ｎ３ 适宜施氮量，ＰＫ则为一次性基施磷钾肥处理，ＣＫ 处理略高于Ｎ１处理，ＰＫ处理与ＣＫ处理间脲酶 为无氮处理，脲酶活性表现为ＣＫ＜ＰＫ＜Ｎｌ＜Ｎ２，即 活性值基本无差异。表明了脲酶活性在一定的范 施氮量在０－２１４．６５ ｋｇ／ｈｍ 的范围内，脲酶活性 围内随着氮素水平的增加而提高，超过范围的氮 随着氮素水平的升高而增强，高肥处理Ｎ３土壤 素反而会使土壤脲酶的活性不升反降，硫酸铵这 脲酶活性低于中肥处理Ｎ２，有些生育时期脲酶活 种氮肥的施加对土壤脲酶活性也起到了促进作 性Ｎ３处理甚至小于Ｎ１处理，可能是由于肥力过 用，可能是因为土壤肥力的增加促进了根系分泌 高，对脲酶活性产生了一定抑制作用 ，ＰＫ处理 物的产生从而提高了土壤脲酶的活性。 与ＣＫ处理在碱解氮含量和脲酶活性这２个生理 指标上整体差异均不显著。本试验选用的水稻品 ３结论与讨论 种是直立穗型的沈农０７４２５和弯穗型的秋光，从 一１ １一 告 宋玉婷等水稻土壤碱解氮与脲酶活性对不同氮素水平的响应 ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｔｏ ｒｏｏｔ ｅｘｕｄａｔｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｗｉｔｈ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｂｙ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ａｎｄ ｃｕｌｔｕｒａｌ ａｐｐ ｒｏａｃｈｅｓ．Ｓｏｉｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｃｈｅｍ ｉｓｔｙ，２０００，ｒ 叶片形态和穗型上都有较大差别，沈农０７４２５是 宽厚叶直立大穗型抗倒伏品种，秋光是窄薄叶弯 穗型不抗倒伏品种。对两个品种的水稻进行比较 可得出结论，在第２次追施氮肥前，土壤处于低氮 状态下，秋光的脲酶活性表现迟钝于０７４２５，而追 施氮肥的一个月内低氮条件下秋光的脲酶活性表 现敏感于０７４２５，Ｔ３、Ｔ４的差异都达到了极显著 水平，由此可见，秋光对低氮水平的响应比０７４２５ ３２（１０）：１ ４０５—１ ４ｉ７． ［４］侯彦林，王曙光，郭伟．尿素施肥量对土壤微生物和 酶活性的影响［Ｊ］．土壤通报，２００４（６）：３０３—３０６． 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