DOI: 10.12357/cjea.20220886
姜硕琛, 张海维, 杨迪, 胡丰琴, 邹宇傲, 杜斌, 吴启侠, 朱建强. 化肥与有机肥配施对再生稻稻田土壤容重、pH和碳氮代
谢的影响[J]. 中国生态农业学报 (中英文), 2023, 31(7): 1053?1066
JIANG S C, ZHANG H W, YANG D, HU F Q, ZOU Y A, DU B, WU Q X, ZHU J Q. Effects of combined application of chemical
and organic fertilizer on soil bulk density, pH, and carbon and nitrogen metabolism in ratooning rice fields[J]. Chinese Journal of
Eco-Agriculture, 2023, 31(7): 1053?1066
化肥与有机肥配施对再生稻稻田土壤容重、pH和碳氮
代谢的影响
姜硕琛, 张海维, 杨 迪, 胡丰琴, 邹宇傲, 杜 斌, 吴启侠, 朱建强
(长江大学农学院 荆州 434020)
摘 要: 再生稻模式在我国粮食生产中具有重要地位, 研究化肥与有机肥配施对再生稻稻田土壤肥力性状的影响,
可为土壤肥力维持和再生稻高效生产提供科学依据。大田试验于2020—2021年进行, 各试验处理磷(P2O5)、钾
(K2O)养分施用量分别为75 kg?hm?2和150 kg?hm?2, 氮(N)施用量200 kg?hm?2 (不包括不施氮处理N0)。按化肥与
有机肥施用情况分为5种基肥处理: 不施氮肥(N0); 基肥氮(N 75 kg?hm?2)全部来自常规尿素(CK); 两种物料配施
时, 基肥氮由2种物料各提供一半, 两种物料配施包括缓释尿素与常规尿(T1)、生物炭与常规尿素(T2)、畜牧粪
便与常规尿素(T3)。T2处理区在2021年不再施入生物炭, 施肥与CK处理相同。结果表明: T2和T3处理均可降
低土壤容重, 以T2处理效果更佳; T2处理第1年, 土壤pH、有机碳和总氮显著提高; 在第1年头季稻分蘖期、抽
穗期和再生稻抽穗期, 土壤无机氮含量分别以CK、T1和T3处理最高; T3和T2处理可提高土壤微生物量碳和微
生物量氮含量, 其中在头季稻拔节期前T2处理的效果较好, 拔节期后以T3处理的效果较好。此外, 在T3处理下, β-
葡萄糖苷酶和脲酶活性较高。比较而言, T3处理在降低土壤容重、提高有机碳和总氮的效果上次于T2处理, 在提
高无机氮、微生物生物量和土壤酶活性上效果优于T2处理, 因此, 建议基肥采用畜牧粪便与化肥配施, 由畜牧粪便
取代其中50%的化肥氮。
关键词: 有机物料; 化肥与有机肥配施; 土壤容重; 碳氮代谢; 再生稻模式
中图分类号: S146; S158开放科学码(资源服务)标识码(OSID):
Effects of combined application of chemical and organic fertilizer on soil bulk
density, pH, and carbon and nitrogen metabolism in ratooning rice fields
JIANG Shuochen, ZHANG Haiwei, YANG Di, HU Fengqin, ZOU Yu’ao, DU Bin, WU Qixia, ZHU Jianqiang
(College of Agriculture, Yangtze University, Jingzhou 434020, China)
Abstract: Ratooning rice has the advantages of saving production costs and improving grain yield. However, there are less reports on
the effect of the combination of nitrogen fertilizer and organic materials on the soil in the ratooning rice mode. This study compared
the effects of different nitrogen fertilizer combinations with organic materials on the soil properties of ratooning rice paddy fields to
provide a reference for the sustainable development of ratooning rice models. A two-year (2020–2021) single-factor experiment was
国家自然科学基金区域联合基金重点项目(U21A2039)资助
通信作者: 朱建强, 主要研究方向为农业水土环境保护。E-mail: 200572@yangtzeu.edu.cn
姜硕琛, 主要研究方向为作物高产栽培技术。E-mail: 18229920540@163.com
收稿日期: 2022-11-13 接受日期: 2023-03-02
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (U21A2039).
Corresponding author, E-mail: 200572@yangtzeu.edu.cn
Received Nov. 13, 2022; accepted Mar. 2, 2023
中国生态农业学报 (中英文) ?2023年7月 ?第?31?卷 ?第?7?期
Chinese?Journal?of?Eco-Agriculture,?Jul.?2023,?31(7):?1053?1066
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conducted in Jingzhou, Hubei, China. The experiment included five base fertilizer treatments: no nitrogen fertilizer (N0), base fertil-
izer nitrogen from conventional urea (CK), 50% base fertilizer nitrogen from conventional urea and 50% from slow-release urea (T1),
biochar (T2), or animal manure (T3). The fertilization mode of T2 was only conducted in 2020, which was the same as that of CK in
2021; The fertilization modes of the other treatments were the same for both years. Compared with N0, the bulk density (BD) in the
0–20 cm soil layer at the heading stage of the main season rice and at the heading stage of the ratooning season rice decreased by
3.92%–6.15% in CK and by 4.38%–6.74% in T1, whereas the BD at the 0–40 cm soil layer during the whole growth period de-
creased by 9.82%–17.87% in T2 and by 9.48%–14.21% in T3. The order of soil pH in 2020 was T2>T3>N0>T1>CK. Compared with
CK, pH in 2020 increased by 0.51?0.68 in T2. The order of soil pH in 2021 was T3>T2>N0>T1>CK. Compared with CK, the pH in
2021 increased by 0.14?0.32 in T3. The content of soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) in the 0–20 cm and 20–40 cm
soil layers were T2>T3>T1>CK>N0. Compared with N0, other treatments increased the content of SOC and TN in the 0?20 cm soil
layer by 4.79%?29.12% and 11.36%?28.49%, respectively; and they increased the contents of SOC and TN in the 20?40 cm soil lay-
er by 5.43%?30.79% and 6.08%?20.02%, respectively. The contents of NH4+ and NO3? at the tillering and heading stages of the main
season rice and the heading stage of the ratooning season rice were the highest under the CK, T1, and T3 treatments. Compared with
N0, the contents of NH4+ and NO3? at the tillering stage of the main season rice increased by 131.26% and 153.59% under the CK
treatment, respectively; the contents NH4+ and NO3? at the heading stage of the main season rice increased by 217.15% and 153.91%,
respectively, under the T1 treatment; and the contents of NH4+ and NO3? at the heading stage of ratooning season rice increased by
246.76% and 126.70%, respectively, under the T3 treatment. Microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN),
and urease (UR) activity in T2 and T3 were higher than in the other treatments. Compared with N0, MBC content increased by
18.29%?45.18% in T2 and 21.46%?46.10% in T3, MBN content increased by 49.25%?140.37% in T2 and 59.62%?142.57% in T3,
and UR activity increased by 31.45%?225.04% in T2 and 60.83%?246.65% in T3. The β-glucosidase (BG) activity was the highest in
the T3 treatment. Compared with N0, the BG activity increased by 21.26%?44.87% under the T3 treatment. A comparative analysis
showed that the effect of animal manure on reducing BD and improving SOC and TN was similar to that of biochar, and its effect on
improving inorganic nitrogen, microbial biomass, and soil enzyme activity was better than that of biochar. Therefore, animal manure
and chemical fertilizers should be used as base fertilizers, and animal manure should replace 50% of the chemical fertilizer nitrogen.
Keywords: Organic materials; Combined application of chemical fertilizer and organic fertilizer; Soil bulk density; Carbon and nitro-
gen metabolism; Ratooning rice mode
生产成本增加、劳动力短缺、口粮需求增加和
环境污染加剧是我国水稻(Oryza sativa L.)生产面临
的重要问题[1]。再生稻是减少生产投入、提高复种
指数和产量的稻作模式, 主要在我国种植一季水稻
温光有余而种植双季水稻温光不足的地区种植[2]。
与单季稻或双季稻相比, 再生稻具有更高的经济效
益和环境收益, 因此受到广泛关注和研究[3]。目前,
再生稻的研究主要集中在品种改良和栽培耕作等对
再生稻产量和品质的影响[4-5], 关于再生稻土壤的报
道较少。土壤是植物生长的物质基础和水分养分吸
收的介质, 健康的土壤是提高水稻产量和农业可持
续的基石[6], 因此有必要对再生稻土壤展开系统的调
查研究。
氮是植物生长所必需的营养元素[7]。尿素是最
常用的氮肥类型, 具有氮含量高, 释放速率快, 不残
留有害物质等优点[8]。然而, 长期施用常规尿素会导
致土壤板结、酸化、养分失衡和稻米产量降低[9]。
缓释尿素是通过在尿素颗粒表面涂抹树脂或硫磺等
聚合物, 延缓尿素中氮的释放, 使其与水稻吸收效率
相匹配, 促进水稻对氮的吸收, 提高水稻产量, 减少
无机氮对土壤的负面影响[10]。畜牧粪便有机肥和生
物炭有机肥作为基肥施用, 不仅可以替代部分氮素,
而且可提高土壤中碳、磷、钾等元素含量, 改善土
壤质量[11-12]。关于缓释尿素、生物炭和畜牧粪便对
稻田土壤的影响已有大量报道, 但主要在单/双季稻
模式中。
再生稻由于特殊的管理模式, 土壤与单/双季稻
不同, 如: 1)再生稻模式在再生季无法耕作, 导致土
壤受到更长时间的自然压实和头季稻机械收获时的
机械压实, 土壤容重比传统耕作下单/双季稻更大;
2)头季稻 ?再生稻全生育期更长, 土壤长期淹水使
土壤化学环境与单/双季稻存在差异; 3)头季稻秸秆
只能覆盖还田, 这与单/双季稻秸秆伴随耕作还田存
在差异; 4)再生稻模式水肥用量也与单/双季稻不同。
以上不同稻作模式间的差异势必导致氮肥类型对土
壤影响的结果存在差异。因此, 不同氮肥类型对单/
双季稻的结果在再生稻模式上并不能一概而论。有
必要系统地比较不同类型氮肥对再生稻土壤物理、
化学和微生物性状以及土壤酶活性的影响。本研究
在湖北江汉平原展开大田试验, 以未施氮肥为空白
对照, 研究了4种类型氮肥对再生稻系统土壤容重、
pH、有机碳和总氮含量、无机氮形态、微生物碳和
微生物氮含量、β-葡萄糖苷酶和脲酶活性的影响, 为
再生稻绿色生态可持续发展提供理论依据。
1054 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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1 材料与方法
1.1 试验地点与材料
试验地点位于湖北省荆州市长江大学试验基地
(112°8′19′′E, 30°21′19′′N)。该地区属于亚热带季风
气候, 年日照时数1500~1900 h, 年平均气温16.5 ℃,
无霜期242~263 d, 年降雨量1100~1300 mm, 年平均
降雨量为1094.5 mm。土壤类型属于灰潮土, 试验前
0~20 cm土壤的沙土∶壤土∶黏土=27.5∶58.4∶14.1,
pH 5.83, 0~20 cm土 壤 有 机 质 21.15 g?kg?1、 总 氮
1.86 g?kg?1、总磷0.55 g?kg?1、总钾3.58 g?kg?1、碱解
氮 79.42 mg?kg?1、 有 效 磷 48.24 mg?kg?1、 速 效 钾
112.23 mg?kg?1, 20~40 cm土 壤 有 机 质14.82 g?kg?1、
总氮1.35 g?kg?1。试验开始前的种植模式为水稻-小
麦(Triticum aestivum L.)轮作。
水稻品种为‘Y两优911’ (具有较强的再生能力,
头季稻+再生季稻全生育期为205~220 d)。缓释尿素、
生物炭和畜牧粪便有机肥均由中化现代农业有限公
司 提 供 。 缓 释 氮 肥 为 树 脂 包 膜 缓 释 尿 素, 含 氮 量
42%, 释放期90 d。生物炭是由水稻秸秆在抽屉式厌
氧炭化炉中500 ℃下厌氧热解1 h制成, 其中总碳
(C) 452.2 g?kg?1, 总 氮(N) 7.5 g?kg?1, 总 磷(P2O5) 3.5
g?kg?1, 总 钾 (K2O) 15.2 g?kg?1, pH 9.72, 密 度 0.23
g?cm?3。畜牧粪便采用条垛式堆肥, 先将85%牛粪
与15%秸 秆(鲜 重)混 匀, 然 后 堆 置 成 高1~1.2 m、
宽2.5 m、长20 m的条垛状。每2 d翻堆一次, 使物
料持续混匀并保持堆体呈好氧状态, 该过程大约为
20 d; 后停止翻堆, 堆体进入后熟阶段(20~30 d), 即获
得试验中所用的条垛堆肥, 含总碳(C) 342.5 g?kg?1、
总氮(N) 15.3 g?kg?1、总磷(P2O5) 11.7 g?kg?1、总钾(K2O)
12.5 g?kg?1, pH为7.58, 条堆肥的容重为0.71 g?cm?3。
1.2 试验设计
试验于2020年和2021年水稻生长季进行, 采取
单因素试验设计。各试验处理的磷(P2O5)、钾(K2O)
养分用量均分别为75 kg?hm?2和150 kg?hm?2, 除不施
氮 处 理 (N0)外 的 各 处 理 氮 (N)施 用 总 量 为 200
kg?hm?2, 其中基肥N施用量为75 kg?hm?2, 按化肥与
有机肥施用情况分为5种基肥处理: 不施氮肥处理
(N0)、基肥N全部来自常规尿素处理(CK); 两种物
料配施时, 基肥N由2种物料各提供一半, 分别是缓
释尿素与常规尿素(46% N)配施处理(T1), 生物炭与
常规尿素配施处理(T2), 畜牧粪便与常规尿素配施
处 理(T3)。 上 述 试 验 材 料 中, 生 物 炭 中N、P2O5、
K2O含量分别为0.75%、0.35%和1.52%, 常规尿素
与缓释尿素含N均为46%, 畜牧粪便N、P2O5、K2O
含量分别为1.53%、1.18%和1.26%。试验中, 磷肥
全部做基肥施用, 钾肥按照基肥∶穗肥=1∶1施用;
追肥N来自尿素, 在头季稻分蘖期、抽穗期和灌浆
初期分别施N 45 kg?hm?2、30 kg?hm?2和50 kg?hm?2。
T2和T3处 理 中, 生 物 炭 和 畜 牧 粪 便 含 有 一 定N、
P2O5和K2O, 其用量按需要配施的基肥N用量确定,
相 应 地P2O5和K2O不 足 部 分 用 过 磷 酸 钙(含12%
P2O5)和氯化钾(含60% K2O)补充。由于生物炭在土
壤 中 存 在 时 间 较 长, 仅 在2020年 施 用 了 生 物 炭,
2021年在2020年T2处理区不再施入生物炭, 施肥
同CK。 具 体 施 肥 方 式 见 表1。 试 验 小 区 为 矩 形
(4 m×12 m), 小区之间用覆有薄膜的田埂隔开, 以防
止串肥。每处理设3次重复。
水稻于4月1日旱育秧, 5月5日人工移栽至大
田, 8月15日收获头季稻, 10月15日收获再生稻。
株行距为16 cm×30 cm, 每穴种植2株。稻田冬季空
闲。水管理参照当地灌溉模式, 即一次中期排水(头
季稻分蘖末期)和水稻收获前7 d排水。及时防控病
虫草害, 避免产量损失。
1.3 样本收集与检测方法
在头季稻分蘖期、抽穗期和再生季稻抽穗期,
每个小区使用100 m3的标准切割环收集3个0~20 cm
和3个20~40 cm土层的土壤样品, 土壤样品在105 ℃
下烘干至恒重以确定容重(BD), 3个样品的平均值
作为该小区容重[13]。
分别在2020年和2021年的头季稻和再生季稻
收获后, 以及2021年水稻移栽前, 按照5点取样法在
每个小区收集5个0~20 cm和5个20~40 cm土层的
土壤样品, 同一土层5个土壤样品混合成一个土壤
样品用于测定土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)。按照
5点取样法在每个小区取表层(0~20 cm)土壤样品,
其中, 在头季稻分蘖期和抽穗期和再生季水稻抽穗
期取土样用于测定氨态氮和硝态氮含量, 在头季稻
分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和再生季水稻的
拔节期、抽穗期和灌浆期取土样用于测定土壤酸碱
度(pH)。参考《土壤农业化学分析方法》进行土壤
化学性质分析[14]。pH使用LD-QX6580土壤氧化还
原电位仪现场原位测定。土壤有机质含量采用重铬
酸 钾 氧 化-浓 硫 酸 外 加 热 法 测 定, 通 过 转 换 系 数
1.724计算有机质。土壤总氮含量采用凯氏法消解、
AA3型流动分析仪测定。2 mol?L?1 KCl浸提土壤,
用Alliance-Futura Ⅱ连续流动分析仪测定铵态氮和
硝态氮。
在头季稻分蘖期、抽穗期、灌浆期和再生季水
第 7 期 姜硕琛等 : 化肥与有机肥配施对再生稻稻田土壤容重 、 pH和碳氮代谢的影响 1055
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稻抽穗期、灌浆期, 按照5点取样法在每个小区收
集5个0~20 cm土层的土壤样品用于测定土壤微生
物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量, β-
葡萄糖苷酶(BG)和脲酶(UR)活性。土壤微生物生
物量测定采用氯仿熏蒸提取法, 微生物生物量碳、
氮的换算系数分别取0.38和0.45[15]。土壤BG活性
采用对硝基酚比色法测定, 以4-对硝基-β-D-吡喃葡
萄糖苷为底物, 土壤于37 ℃条件下培养1 h, 在410 nm
处比色测定[16]。UR活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色
法, 以尿素为底物, 37 ℃培养箱培养2 h, 在625 nm
处比色测定[16]。
1.4 数据分析
使用SPSS 21.0分析数据, 采用独立样本t检验
比较2020年和2021年间数据差异, 采用方差分析比
较 不 同 氮 素 处 理 间 数 据 差 异, 通 过 新 复 极 差 法
(Duncan法)进行多重比较, 采用双因素方差分析比
较年份和氮素处理的交互作用对数据的影响, 两个
显著性水平分别设定为P<0.05和P<0.01。用Origin
Pro 2018软件作图。
2 结果与分析
2.1 化肥与有机肥配施对土壤容重的影响
由表2可知, 与N0相比, CK和T1显著降低了
头季稻和再生稻抽穗期0~20 cm土层容重, CK处理
下 分 别 降 低3.91%和6.15%, T1处 理 下 分 别 降 低
4.38%和6.71%; T2和T3显著降低了3个时期两个
土层的土壤容重, 在T2处理下降低9.82%~17.87%,
T3处理下降低9.48%~14.21%。CK和T1处理始终
显著高于T2和T3处理。在头季稻分蘖期, T2处理
下土壤容重显著低于T3处理; 头季稻抽穗期, T2处
理2021年0~20 cm土层、2020年和2021年20~40 cm
土层容重显著低于T3处理; 再生稻抽穗期, T2处理
表 1 2020年肥料施用方式
Table 1 Application method of fertilizer in 2020 kg?hm?2
处理
Treatment
肥料类型
Type of fertilizer
头季稻基肥
Base fertilizer for main
season rice
头季稻分蘖肥
Tiller fertilizer for main
season rice
头季稻穗肥
Spike fertilizer for main
season rice
再生稻促芽肥
Shoot fertilizer for ratoon
season rice
N0 过磷酸钙
Superphosphate
625 (P2O5 75) — — —
氯化钾
Potassium chloride
125 (K2O 75) — 125 (K2O 75) —
CK 常规尿素
Conventional urea
163 (N 75) 98 (N 45) 65 (N 30) 108 (N 50)
过磷酸钙
Superphosphate
625 (P2O5 75) — — —
氯化钾
Potassium chloride
125 (K2O 75) — 125 (K2O 75) —
T1 缓释尿素
Slow-release urea
89 (N 37.5) — — —
常规尿素
Conventional urea
82 (N 37.5) 98 (N 45) 65 (N 30) 108 (N 50)
过磷酸钙
Superphosphate
625 (P2O5 75) — — —
氯化钾
Potassium chloride
125 (K2O 75) — 125 (K2O 75) —
T2 生物炭
Biochar
5000 (N 37.5, P2O5 17.5,
K2O 76)
— — —
常规尿素
Conventional urea
82 (N 37.5) 98 (N 45) 65 (N 30) 108 (N 50)
过磷酸钙
Superphosphate
478 (57.5) — — —
氯化钾
Potassium chloride
— — 125 (K2O 75) —
T3 畜牧粪便
Livestock manure
2450 (N 37.5, P2O5 29,
K2O 31)
— — —
常规尿素
Conventional urea
82 (N 37.5) 98 (N 45) 65 (N 30) 108 (N 50)
过磷酸钙
Superphosphate
383 (P2O5 46) — — —
氯化钾
Potassium chloride
73 (K2O 44) — 125 (K2O 75) —
N0、CK、T1、T2和T3分别表示不施氮肥处理、常规尿素处理、缓释尿素与常规尿素配施处理、生物炭与常规尿素配施处理和畜牧粪便与常
规尿素配施处理。2021年N0、CK、T1和T3处理与2020年一致, 2021年T2处理与CK一致。N0, CK, T1, T2 and T3 are no nitrogen fertilizer application
treatment, conventional urea applicaiton treatment, slow-release urea and conventional urea combined application treatment, biochar and conventional urea
combined application treatment, and livestock manure and conventional urea combined application treatment, respectively. The treatment N0, CK, T1 and T3
in 2021 are consistent with those in 2020, and the treatment T2 in 2021 is consistent with CK in 2020.
1056 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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2020年0~20 cm土层容重显著低于T3处理。
2.2 化肥与有机肥配施对土壤pH的影响
由图1可知, 随着水稻的生长, 各处理土壤pH
先增加后降低。平均而言, 从水稻移栽至分蘖期和
分蘖期至拔节期, pH分别增加0.29和0.15, 从拔节
期至再生稻收获, 持续下降0.39。在2020年, 除头季
稻分蘖期T2与T3间pH无显著差异外, T2处理下
pH始终显著高于其他处理。除头季抽穗期T3处理
高于N0外, T3与N0间pH无显著差异, 且T3处理
下pH始终显著高于T1和CK (2020年再生稻拔节
期除外)。N0处理下pH始终高于T1和CK, 并在头
季稻拔节期和灌浆期以及再生稻灌浆期差异显著。
T1和CK间pH差异始终不显著。具体来说, T2处
理下pH始终最高(6.50), T3次之(6.12), N0再次之
(6.02), T1 (5.90)和CK (5.89)最低。除T2外, 2021年
其他处理间规律与2020年一致。在2021年T2处理
下pH介于T3和N0之间。
2.3 化肥与有机肥配施对土壤有机碳和土壤总氮含
量的影响
由图2可知, T2和T3处理下土壤有机碳含量
(SOC)显著高于其他处理, T2和T3间SOC在2021
年头季稻和再生稻收获期无显著差异, 在2020年头
季稻收获至2021年水稻移栽前, T2处理下SOC高
于T3。2020年再生稻收获期, N0处理下20~40 cm
土层SOC显著低于CK和T1; 2021年头季稻收获期,
表 2 2020年和2021年不同施肥处理下再生稻模式不同生育期土壤不同土层的容重变化
Table 2 Variation of soil bulk densities of different layers at different growth stages of ratoon rice system under different
fertilization treatments in 2020 and 2021 g?cm?3
年份
Year
处理
Treatment
头季稻分蘖期
Tillering stage of main season rice
头季稻抽穗期
Heading stage of main season rice
再生稻抽穗期
Heading stage of ratoon rice
0~20 cm 20~40 cm 0~20 cm 20~40 cm 0~20 cm 20~40 cm
2020 N0 1.003±0.016a 1.301±0.042a 1.063±0.014a 1.344±0.024a 1.092±0.015a 1.374±0.017a
CK 0.993±0.009a 1.296±0.010a 1.013±0.006b 1.317±0.024a 1.027±0.008b 1.392±0.039a
T1 1.013±0.011a 1.311±0.029a 1.008±0.033b 1.308±0.027a 1.016±0.017b 1.363±0.028a
T2 0.829±0.009c 1.161±0.033c 0.876±0.012c 1.152±0.021c 0.916±0.015d 1.191±0.026b
T3 0.896±0.023b 1.226±0.045b 0.952±0.030c 1.217±0.021b 0.970±0.010c 1.208±0.022b
2021 N0 1.014±0.013a 1.293±0.058a 1.061±0.014a 1.371±0.025a 1.104±0.019a 1.428±0.023a
CK 1.030±0.028a 1.290±0.047a 1.028±0.016b 1.338±0.029ab 1.034±0.038b 1.411±0.013a
T1 0.999±0.015a 1.308±0.035a 1.023±0.024b 1.302±0.011b 1.032±0.013b 1.390±0.067a
T2 0.865±0.007c 1.178±0.014c 0.869±0.009d 1.180±0.012d 0.940±0.001c 1.179±0.037b
T3 0.928±0.017b 1.217±0.010b 0.971±0.016c 1.223±0.015c 0.955±0.006c 1.194±0.026b
年份 Year (Y) ns ns ns ns ns ns
处理 Treatment (T)
年份 ×处理 Y×T ns ns ns ns ns ns
各处理介绍见表1。同列不同字母表示同年不同处理间差异显著(P<0.05)。“ns”和“”分别表示无差异和P<0.01水平显著差异。Details of the
treatments can be seen in Table 1. Different letters in the same column indicate significant differences among treatments in the same year (P<0.05). “ns” and “”
indicate no difference and significant differences at P<0.01 level, respectively.
bc b c b b
bc bc c c c b c cc c c c b c c
a a a a a a
aab b b b
b b b
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
pH
2020N0 CK T1 T2 T3
ab
a
bc a bc
ab abb
b c
b bc b c
b b c b
c b c
ab
a ab
a ab a
bc
a a a a a
a a
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7
pH
生育期 Growth stage
2021
图 1 2020年和2021年不同施肥处理下再生稻模式不同
生育期土壤pH
Fig. 1 Soil pH at different growth stages of ratoon rice sys-
tem under different fertilization treatments in 2020 and
2021
各处理介绍见表1。S1~S7分别表示头季稻分蘖期、头季稻拔节
期、头季稻抽穗期、头季稻灌浆期、再生稻拔节期、再生稻抽穗期
和再生稻灌浆期。不同字母表示同一生育期不同处理间差异显著
(P<0.05)。Details of the treatments can be seen in Table 1. S1?S7 indicate
the tillering stage, jointing stage, heading stage and filling stage of the main
season rice, and jointing stage, heading stage and filling stage of the ratoon-
ing season rice, respectively. Different letters indicate significant differ-
ences among treatments at the same growth stage (P<0.05).
第 7 期 姜硕琛等 : 化肥与有机肥配施对再生稻稻田土壤容重 、 pH和碳氮代谢的影响 1057
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N0处理下SOC显著低于T1, 其余时期N0、T1和
T2间SOC无显著差异。整体而言, 0~20 cm和20~40 cm)
>T土 层SOC的 大 小 顺 序 均 为T2 (27.04 mg?kg?1和
18.70 mg?kg?1)>T3 (25.34 mg?kg?1和17.09 mg?kg?1)>T1
(22.31 mg?kg?1和15.47 mg?kg?1)>CK (21.94 mg?kg?1和
15.07 mg?kg?1)>N0 (20.94 mg?kg?1和14.30 mg?kg?1)。
0~20 cm土层, 在2020年头季稻收获至2021年
水稻移栽前, T2处理总氮含量(TN)显著高于其他处
理; 2021年头季稻和再生稻收获期, T2处理下TN显
著高于除T3以外的其他处理; 2020年再生稻收获
期, T3、CK和T1间TN无显著差异; 2021年头季稻
移 栽 前T3与T1间 、2020年 再 生 稻 收 获 期T3与
CK和T1间均无显著差异, 其他时期T3处理下TN
显著高于CK和T1处理; 各时期CK和T1处理间
TN始终无显著差异, N0处理下TN始终显著最低。
20~40 cm土层, 各处理间的大小顺序总体与0~20 cm
土层一致。整体而言, 0~20 cm土层和20~40 cm土
层TN的大小顺序为T2 (2.11 mg?kg?1和1.50 mg?kg?1)>
T3 (2.01 mg?kg?1和1.44 mg?kg?1)>T1 (1.90 mg?kg?1和
1.38 mg?kg?1)>CK (1.83 mg?kg?1和 1.33 mg?kg?1)>N0
(1.64 mg?kg?1和1.25 mg?kg?1)。
2.4 化肥与有机肥配施对土壤无机氮的影响
由图3可知, 在2020年头季稻分蘖期, CK处理
下铵态氮和硝态氮含量显著高于其他处理; 2020年
T1和T3处理铵态氮和硝态氮含量显著高于T2处理。
2021年头季稻分蘖期T2处理下铵态氮含量显著高
于T1和T3处理, 硝态氮含量顺序为T2>T1>T3, 且
各处理间差异显著; N0处理下各生育期铵态氮和硝
态氮含量显著低于其他处理。在头季稻抽穗期, 铵
态氮和硝态氮含量顺序均为T1>T3>CK≈T2>N0; 再
生稻抽穗期, 铵态氮含量顺序为T3>T1>CK≈T2>N0,
硝态氮含量顺序为T3≈T1>T2≈CK>N0。
c c c c cc c c bc bc c c b b
a a a a a
b b b
a a
10
15
20
25
30
35
土壤有机碳含量
Soil or
ganic carbon (mg?kg
?1
)
0~20 cm
d c d c c
c b c b bc b bc b b
a a a a
ab b b a a
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0 0~20 cm
c d c c bc c c bc bc c c b b
a a a
a ab b
b a a
10
15
20
25
30
35
S1 S2 S3 S4 S5
20~40 cm
d e d c ccd d c b b
bc c bc b b
a a a
a ab b ab a ab
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
20~40 cm
N0 CK T1 T2 T3
土壤总氮含量
Soil total nitrogen (mg?kg
?1
)
生育期 Growth stage
S1 S2 S3 S4 S5
生育期 Growth stage
图 2 2020年和2021年不同施肥处理下再生稻模式不同生育期不同土层有机碳和总氮含量
Fig. 2 Soil organic carbon and total ntirogne contents in different soil layers at different growth stages of ratoon rice system under
different fertilization treatments in 2020 and 2021
各处理介绍见表1。S1~S5分别表示2020年头季稻收获期、2020年再生稻收获期、2021年头季稻移栽前、2021年头季稻收获期和2021年
再生稻收获期。不同字母表示同一生育期不同处理间差异显著(P<0.05)。Details of the treatments can be seen in Table 1. S1?S5 represents the main
season rice harvest stage in 2020, the ratooning rice harvest stage in 2020, before the main season rice transplanting in 2021, the main season rice harvest stage
in 2021 and the ratooning rice harvest stage in 2021, respectively. Different letters indicate significant differences among treatments at the same growth stage
(P<0.05).
1058 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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2.5 化肥与有机肥配施对土壤微生物生物量碳和生
物量氮的影响
由图4可知, 土壤微生物生物量碳(MBC)和生
物量氮(MBN)均随着水稻生育进程变化而变化。
头季稻分蘖期至灌浆期, MBC和MBN分别平均下
降0.66 mg?g?1和0.62 mg?g?1; 头季稻灌浆期至再生稻
抽穗期, MBC和MBN分别平均增加0.27 mg?g?1和
0.05 mg?g?1; 再生稻抽穗期至再生稻灌浆期, MBC和
MBN分别平均下降0.13 mg?g?1和0.29 mg?g?1。
2020年, T2和T3的MBC始终显著高于其他处
理, N0的MBC始终显著低于其他处理(头季稻抽穗
期除外)。2020年头季稻分蘖期, T2的MBC显著高
于T3, 头季稻抽穗期和灌浆期反之, 后两个生育期差
异不显著。T1的MBC在头季稻灌浆期显著高于
CK。
2020年, T2和T3的MBN显著高于其他处理,
除 头 季 稻 灌 浆 期 外 , T3的 MBN显 著 高 于 T2。
2021年, 头季稻分蘖期, T2的MBN显著高于其他处
理; 头季稻抽穗期至再生稻灌浆期, T3的MBN显
著高于其他处理。N0的MBN始终显著低于其他
处理。
2.6 化肥与有机肥配施对土壤β-葡萄糖苷酶和脲酶
活性的影响
由图5可知, 土壤β-葡萄糖苷酶(BG)活性随水稻
生育进程变化与微生物量基本一致。头季稻分蘖
期至灌浆期, BG活性平均下降8.36 g(pNP)?g?1(soil)?h?1,
头季稻灌浆期至再生稻抽穗期BG活性平均增加
3.83 g(pNP)?g?1(soil)?h?1, 再生稻抽穗期至灌浆期, BG
活性平均下降2.42 g(pNP)?g?1(soil)?h?1。T3的BG活
性始终最高, N0的BG活性始终最低。2020年, 头季
稻分蘖期至再生稻抽穗期, T1和CK间BG活性无
显著差异; 再生稻灌浆期, T1的BG活性显著高于
d
e
a
c
c
b
a
bd
b
b
a
0
20
40
60
80
100 2020
e
c c
a
b
b
b
a
a
d
b
b
c
a
a
0
1
2
3 2020
c
d
a
c
b
a
b
a
c
c
b
b
a
0
20
40
60
80
100
S1 S2 S3
铵态氮含量
Ammonia nitrogen content (mg?kg
?1
)
硝态氮含量
Nitrate nitrogen content (mg?kg
?1
)
2021
d
d c
a
c
b
b
a
a
a
c
b
c
b
a
0
1
2
3
2021
生育期 Growth stage
S1 S2 S3
生育期 Growth stage
N0 CK T1 T2 T3
c
d
cd
c
图 3 2020年和2021年不同施肥处理下再生稻模式不同生育期土壤无机氮含量
Fig. 3 Soil inorganic nitrogen contents at different growth stages of ratoon rice system under different fertilization treatments in
2020 and 2021
各处理介绍见表1。S1~S3分别表示头季稻分蘖期、头季稻抽穗期和再生稻抽穗期。不同字母表示同一生育期不同处理间差异显著(P<0.05)。
Details of the treatments can be seen in Table 1. S1?S3 indicate the tillering stage and heading stage of the main season rice, and the heading stage of the ratoon-
ing season rice, respectively. Different letters indicate significant differences among treatments at the same gorwth stage (P<0.05).
第 7 期 姜硕琛等 : 化肥与有机肥配施对再生稻稻田土壤容重 、 pH和碳氮代谢的影响 1059
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CK。2020年, 再生稻抽穗期和灌浆期T2的BG活性
显著低于CK。2021年, 头季稻分蘖期和再生稻灌浆
期, CK、T1和T2的BG活性无显著差异; 头季稻抽
穗期, T1的BG活性显著高于T2; 头季稻灌浆期和
再生稻抽穗期, T1的BG活性显著高于CK和T2。
N0处理下土壤脲酶(UR)活性的变化规律与BG
活性基本一致。而4个施氮处理下, 头季稻分蘖期
至灌浆期UR活性平均增加3.84 μg(NH4+)?g?1(soil)?h?1,
但是头季稻灌浆期至再生稻灌浆期, UR活性降低
0.85 μg(NH4+)?g?1(soil)?h?1。2020年 和2021年, T2和
T3的UR活性显著高于其他处理, 其中2020年头季
稻抽穗期至再生稻抽穗期, T2的UR活性显著高于
T3; 2021年, T3的UR活性始终显著高于T2。N0的
UR活性基本上显著低于其他处理。2020年和2021
年头季稻分蘖期T1的UR活性高于CK, 随后反之或
二者间无显著差异。
3 讨论
3.1 化肥与有机肥配施对土壤容重的影响
土壤容重是衡量土壤结构的重要指标, 反映了
土壤的通透性[17]。本研究发现, T2和T3处理均显著
降低了土壤容重, 这与之前的结论一致[9,18]。这主要
是因为畜牧粪便和生物炭的密度均低于土壤。此外,
施用畜牧粪便和生物炭为土壤提供了大量碳源, 碳
是微生物群落增殖的底物[19], 同时碳促进土壤之间的
结合, 使分散的土壤颗粒形成团聚体[20], 微生物和团
聚体可以维持土壤良好的结构和稳定性, 降低土壤
容重[21]。生物炭降低土壤容重的效果优于畜牧粪便,
原因可能是生物炭的密度(0.1~0.3 g?cm?3)比畜牧粪
便(0.6~0.8 g?cm?3)更低和提供的碳源更多有关。然
而, 在再生稻抽穗期, 20~40 cm处容重在T2和T3处
理间无显著差异, 原因可能是长时间的土壤自然压
实增加了深层土壤处的容重, 掩盖了生物炭和畜牧
d
d
e
c c
c
cd
d
b
b
c
c
c
b
b
a
a
a
b
a
a
a
0
0.5
1.0
1.5
2.0 2020
e
d c
d
e
c
c b c
d
d
c
b c
c
b
b
a b
b
a
a
a a
a
0
0.5
1.0
1.5
2.0 2020
b
d
c b
b
b c
b
b
b
a
b
ab
a
a
a
ab
a a
a
a
a
a a
0
0.5
1.0
1.5
2.0
S1 S2 S3 S4 S5
微生物生物量碳
Microbial biomass carbon
(mg?g
?1
)
2021
d
d c
d
d
c
c b c
c
c
b b bc
c
a
b
b b
b
b
a
a
a
a
0
0.5
1.0
1.5
2.0
S1 S2 S3 S4 S5
微生物生物量氮
Microbial biomass nitrogen
(mg?g
?1
)
2021
N0 CK T1 T2 T3
生育期 Growth stage 生育期 Growth stage
b ab
c
图 4 2020年和2021年不同施肥处理下再生稻模式不同生育期土壤微生物生物量含量
Fig. 4 Soil microbial biomass at different growth stages of ratoon rice system under different fertilization treatments in 2020 and
2021
各处理介绍见表1。S1~S5分别表示头季稻分蘖期、头季稻抽穗期、头季稻灌浆期、再生稻抽穗期和再生稻灌浆期。不同字母表示同一生
育期不同处理间差异显著(P<0.05)。Details of the treatments can be seen in Table 1. S1?S5 represent the tillering stage, heading stage and filling stage of
the main season rice, and the heading stage and filling stage of the ratooning season rice, respectively. Different letters indicate significant differences among
treatments at the same growth stage (P<0.05).
1060 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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粪便降低容重的作用[22]。此外, 由于长期淹水, 深层
土壤处有机质分解缓慢, 限制了高碳投入对容重降
低的效果[1]。施氮降低了头季稻和再生稻抽穗期
0~20 cm处土壤容重, 原因可能是施氮促进了水稻根
系发育, 以此降低土壤容重[8]。
3.2 化肥与有机肥配施对土壤化学性质的影响
土壤pH是影响土壤养分有效性的重要指标[23]。
土壤pH随水稻生长进程呈先增加后降低的趋势。
据报道, 淹水导致酸性土壤pH增加[24]。原因主要是
土壤在淹水条件下, 厌氧形成的还原性碳酸铁和碳
酸锰呈碱性, 增加了土壤pH[25]。此外, 淹水稀释了土
壤电解质, 使更多阳离子进入溶液中, 提高了土壤
pH[26]。土壤pH下降的原因主要是, 分蘖末期排水以
控制无效分蘖和头季稻成熟期排水以便于收获, 使
土壤短期处于氧化态, 降低了pH[27]。此外, 随着根系
发育, 根系分泌的酸性物质增加, 使pH下降[28]。本
研究发现, T2处理提高了土壤pH, 这与生物炭自身
呈碱性有关。生物炭中含有大量的碳酸盐、结晶碳
酸盐和?COO?等阴离子, 添加至土壤后可提高土壤
pH[29]。T3处理提升土壤pH的效果仅次于生物炭,
原因可能是畜牧粪便自身的pH低于生物炭, 且施入
土壤总量低于生物炭。畜牧粪便通过碱性阳离子和
碳酸根离子来中和土壤酸性[30]。
SOC是体现土壤肥力和碳固存能力的重要指标[31]。
本研究中, T2处理下SOC始终最高, T3处理次之,
碳投入总量差异是主要原因(在2020年, 施入生物
炭的处理投入碳2.26 t?hm?2, 施入畜牧粪便的处理投
入碳0.84 t?hm?2, 其他处理无碳投入)。值得注意的
是, T3处理下, 2021年再次投入畜牧粪便后, 消除了
生物炭和畜牧粪便间SOC差异。与N0相比, CK和
T1处理提高了SOC, 原因可能是施氮增加了水稻秸
秆和根系的生物量, 提高了还田的秸秆和土壤残根
中的碳总量[20]。但该现象并未在所有时期和土层处
体现, 原因可能是施氮一方面增加了还田的碳总量,
另一方面促进了秸秆和残根的分解, 导致土壤中有
机碳被分解而从土壤中流失[18]。
d
c
c
d e
b
bc b
b
c
b
b b
ab
b
c
c b
c
d
a
a a a
a
10
20
30
40
2020
b
e d e cc
c d b b
b d
c d ba
a a a a
a b
b b a
0
5
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20 2020
c
c
d
d b
b
bc c
c b
b
b b
b
b
b
c c
c b
a
a a
a a
10
20
30
40
S1 S2 S3 S4 S5
生育期 Growth stage 生育期 Growth stage
2021
c
e e
d d
d
c
c b c
c d
d c c
b
b
b b
ba
a
a a
a
0
5
10
15
20
S1 S2 S3 S4 S5
2021
N0 CK T1 T2 T3
β-葡萄糖苷酶活性
β-glucosidase activity [g(pNP)?
g?1
(soil)?
h?1
]
脲酶活性
Urease activity [μg(N
H 4+
)?g
?1
(soil)?
h?1
]
图 5 2020年和2021年不同施肥处理下再生稻模式不同生 育期的土壤酶活性
Fig. 5 Soil enzyme activity at different growth stages of ratoon rice system under different fertilization treatments in 2020 and 2021
各处理介绍见表1。S1~S5分别表示头季稻分蘖期、头季稻抽穗期、头季稻灌浆期、再生稻抽穗期和再生稻灌浆期。不同字母表示同一生
育期不同处理间差异显著(P<0.05)。Details of the treatments can be seen in Table 1. S1?S5 represent the tillering stage, heading stage and filling stage of
the main season rice, and the heading stage and filling stage of the ratooning season rice, respectively. Different letters indicate significant differences among
treatments at the same growth stage (P<0.05).
第 7 期 姜硕琛等 : 化肥与有机肥配施对再生稻稻田土壤容重 、 pH和碳氮代谢的影响 1061
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TN、铵态氮和硝态氮含量体现了土壤氮素水平
及生物有效性。本研究中, 5个时期的TN顺序均为
T2>T3>T1>CK>N0。氮的释放速率和土壤保留能力
可能是主要原因。生物炭和畜牧粪便中的部分氮以
有机的形式存在, 释放速度比无机氮更慢, 因此有机
肥处理的土壤中储存的氮更多[18,32]。而与生物炭相
比, 畜牧粪便中不稳定碳和来源于畜牧排泄物的营
养元素更多, 比生物炭容易分解, 有机氮更容易转化
为无机氮而流失[31,33]。同时, 生物炭的碳氮比大于畜
牧粪便, 生物炭分解时可能吸收土壤无机氮维持分
解代谢活动, 阻碍了无机氮流失到环境[34], 同时限制
了秸秆分解, 进而通过减少热量释放和降低脲酶活
性减缓尿素速率, 减少氮的损失[35]。此外, 生物炭由
于其疏松多孔的结构, 将氮吸附在植物根际的生物
炭孔隙中, 减少了氮的浸出和无机氮的流失[9,18]。缓
释尿素中氮的释放速率与水稻养分吸收速率更协同
一致, 减少了氮的流失, 同时促进了水稻对氮的吸收,
提高了还田的秸秆和残根中氮总量[36]。
与CK处理相比, T2处理第1年降低了铵态氮
含量, 这与之前的结论一致[37], 主要归因于生物炭的
高碳氮比提高了土壤对氮的固定作用和高表面积的
生物炭对氮的吸附作用[12]。然而, 与CK相比, T2处
理第1年并未显著降低头季稻抽穗期和再生稻抽穗
期硝态氮含量, 原因可能是生物炭降低土壤容重, 增
加土壤透气性, 提高了土壤pH, 同时, 50%基施尿素
和追施的尿素为硝化作用提供充足的铵态氮底物,
多方面共同促进了硝化作用。此外, 生物炭还通过
限制反硝化作用增加硝态氮含量[37]。T2处理第2年,
铵态氮和硝态氮含量与CK处理间无显著差异, 说明
生物炭对氮的吸附和固定作用随着时间推移而降低。
CK处理下头季稻分蘖期的铵态氮和硝态氮含量最
高, 原因主要是常规尿素做基肥和分蘖肥施用, 在分
蘖期快速释放大量无机氮。随后CK处理下铵态氮
和硝态氮含量低于T1和T3, 原因主要是常规尿素中
氮源提前释放。T1处理下头季稻抽穗期的铵态氮和
硝态氮含量高于T3处理, 在再生稻抽穗期反之。原
因主要与畜牧粪便中有机氮的释放周期比缓释尿素
中树脂包膜缓释氮素长有关。
3.3 化肥与有机肥配施对土壤微生物生物量碳和生
物量氮的影响
5种施肥处理下, MBC和MBN随水稻生长进程
的动态变化基本一致。在2020年, 头季稻分蘖期
MBC和MBN最高, 原因可能是基肥和分蘖肥的施
用以及根系的高渗出率为微生物活动提供了底物[38]。
头季稻抽穗期和灌浆期, MBC和MBN持续下降, 原
因可能是土壤中某些元素的缺乏, 导致微生物群落
增殖存在阈值[39]。此外, 分蘖末期晒田以控制无效分
蘖, 导致土壤从厌氧状态过渡到有氧状态, 这对微生
物群落, 尤其是厌氧微生物群落造成破坏[40]。再生稻
抽穗期, MBC和MBN增加, 原因可能是头季稻秸秆
直接覆盖还田, 在适宜的温度和水分条件下迅速分
解, 为微生物增殖和活动提供了底物[41]。随后, 由于
底物的消耗, MBC和MBN在再生稻灌浆期降低。2
年间MBC和MBN的周年变化一致。
在所有测定的时期, T2和T3处理下MBC始终
高于其他处理, 这与前人结论一致[42], 有机肥为微生
物群落增殖提供更多的碳源和其他养分[43]。2020年
头季稻分蘖期T2处理下的MBC高于T3, 头季稻抽
穗期和灌浆期反之。生物炭处理投入的碳含量更多,
生物炭中不稳定碳在进入土壤后快速分解[11], 使生物
炭处理下头季稻分蘖期MBC高于畜牧粪便。随后
生物炭中顽固碳缓慢分解, 延缓了有机碳向微生物
碳的转化[44], 使生物炭处理下头季稻抽穗期和灌浆
期MBC低于畜牧粪便。而2021年, 新一轮的畜牧
粪便投入使畜牧粪便处理下的MBC始终高于生物
炭。在头季稻生长中后期, T1处理下的MBC显著
高于CK, 原因可能是缓释尿素促进了根系发育, 使
水稻根系分泌物更多[10], 为微生物提供更多的底物。
T2和T3处理始终提高MBN, 这与之前的结论
一致[6-7, 45-47]。生物炭的多孔隙结构和吸附性使氮和
营养元素吸附在生物炭表面, 创造一个养分密集且
通透性高的微环境, 为微生物群落增殖提供空间和
底物, 促进各类微生物增殖[7]。刘杰云等[48]在土壤室
内培养试验中发现, 生物炭在培养初期提高了MBN,
但在后期由于氮素限制, 降低了MBN含量。本研究
以及之前的研究, 均为生物炭结合无机肥料同时施
用, 尿素为土壤提供了大量氮源。Huo等[49]对187
篇文章进行Meta分析发现, 畜牧粪便增加了土壤
38.5%的MBN, 主要通过改善土壤团聚体结构, 增加
速效氮和pH实现。本研究发现, 在2020年, T3处理
提高MBN的效果高于T2处理。原因可能是畜牧粪
便通过动物肠道消化处理后, 细菌真菌的丰富性和
生 物 多 样 性 高 于 经 高 温 处 理 的 生 物 炭 [50-51]。 在
2021年, 头季稻分蘖期T2处理的MBN高于T3处
理, 原因主要是常规尿素在分蘖期快速分解释放无
机氮源, 随后生物炭处理下MBN始终低于畜牧粪便,
但高于常规尿素处理, 说明生物炭改善土壤的效果
在第2年仍能提高MBN。分蘖期, CK处理下MBN
1062 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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高于T1, 随后反之或无显著差异。这与常规尿素中
氮素集中在分蘖期释放、缓释尿素氮素释放滞后
有关[10]。
3.4 化肥与有机肥配施对土壤酶活性的影响
BG的动态变化基本与MBC和MBN一致, 这与
之前的结论一致[52], 酶的合成同样需要底物和适宜的
土壤环境, 此外, 微生物对葡萄糖和无机氮的需求调
控BG和UR的活性[40]。4种施氮处理下, UR活性的
动态变化主要与氮肥施用时间有关, 基肥、分蘖肥
和灌浆肥(再生稻促芽肥)施用后在头季稻分蘖期和
再生稻抽穗期检测UR活性, 导致大量无机氮释放而
限制了UR活性[53]。
与CK相比, T2降低了土壤BG活性, 这与之前
部分报道结论一致[6,54-55], 但也存在不一致的报道[56]。
本研究发现生物炭提高了土壤pH, 据报道, pH从
4.5增加至8.5时, BG活性降低[57]。Chen等[6]观察到
添加生物炭后, 土壤呼吸降低, 导致BG活性下降。
Bhattacharjya等[54]认为生物炭的吸附作用改变或阻
断了BG合成底物的结合位点。然而, Ali等[56]发现
生物炭与无机肥料结合提高了BG活性, 原因可能是
无机肥料为酶合成提供了底物, 并促进生物炭分解。
本研究同样是生物炭与无机肥料结合做基肥, 因此
生物炭改变pH可能是本研究中生物炭降低BG活
性的主要原因。但T2处理第2年, BG活性与常规
尿素处理间差异不显著。T3处理下BG活性最高,
这与前人的结论一致[30,47]。畜牧粪便可以降低土壤
容重和增加土壤养分含量, 为BG活性提供良好的土
壤环境和养分来源[58]; 另一方面, 畜牧粪便施入和秸
秆还田刺激了参与碳水解的BG的活性, 加速土壤有
机物的降解[57]。在头季稻分蘖期CK处理下BG活
性高于T1, 而拔节期和抽穗期反之, 这与尿素的释放
速率有关。
T2和T3处理提高了土壤UR活性, 这与之前的
结论一致[7,47], 有机肥能够增加土壤养分含量、降低
土壤容重, 多孔隙的土壤也能为微生物的生存提供
适宜的载体, 促进微生物增殖[38], 加速了土壤中碳氮
代谢, 刺激酶活性的提高[19]。几项土壤培养试验发
现, 添加生物炭可以提高土壤中多种氮利用酶活性,
提高氮转化[59-61]。一关于141份报道的Meta分析显
示, 添加畜牧粪便可提高UR活性23.5%[62]。本研究
中, 在2020年, T2提高UR活性的效果高于T3, 这
与Yang等[12]的结论一致。原因可能是生物炭中有
机物分解需要氮, 而且生物炭会加速铵态氮的硝化
作用, 增加了土壤中无机氮的消耗, 刺激了UR活性[37]。
T2处理第2年, UR活性介于T3和CK之间, 说明生
物炭施用第2年仍有提高UR活性的作用。T1处理
下头季稻分蘖期的UR活性高于CK, 原因可能是大
量常规尿素施入土壤后, 快速水解释放大量铵态氮,
限制了土壤UR活性[53], 随着缓释尿素的分解, 缓释
尿素处理下UR活性低于常规尿素。
4 结论
1)生物炭与常规尿素配施处理和畜牧粪便与常
规尿素配施处理均降低了土壤容重, 其中生物炭效
果更佳。
2)生物炭与常规尿素配施处理和畜牧粪便与常
规尿素配施处理均提高了土壤pH、SOC和TN含
量, 其中仅第1年施用生物炭时, 生物炭提高土壤pH、
SOC和TN含量的效果高于畜牧粪便。
3)头季稻分蘖期、抽穗期和再生稻抽穗期土壤
的无机氮含量分别以常规尿素处理、缓释尿素与常
规尿素配施处理和畜牧粪便与常规尿素配施处理
最高。
4)生物炭与常规尿素配施处理和畜牧粪便与常
规尿素配施处理下MBC较高, 畜牧粪便与常规尿素
配施处理下MBN最高。
5)畜牧粪便与常规尿素配施处理下β-葡萄糖苷
酶活性最高, 畜牧粪便与常规尿素配施处理和生物
炭与常规尿素配施处理下脲酶活性较高。
综合分析表明, 畜牧粪便与常规尿素配施可以
降低土壤容重, 提高土壤pH、SOC和TN含量, 延长
土壤无机氮的供应, 提高土壤微生物量和酶活性, 对
再生稻模式下土壤肥力维持有积极作用。
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