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不同施氮水平下青贮玉米农田土壤酶活性时空分布特征

白岚方 张向前 张德健 路战远 王玉芬 白云鹤

白岚方, 张向前, 张德健, 路战远, 王玉芬, 白云鹤. 不同施氮水平下青贮玉米农田土壤酶活性时空分布特征[J]. 土壤通报, 2022, 53(5): 1088 − 1097 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102703
引用本文: 白岚方, 张向前, 张德健, 路战远, 王玉芬, 白云鹤. 不同施氮水平下青贮玉米农田土壤酶活性时空分布特征[J]. 土壤通报, 2022, 53(5): 1088 − 1097 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102703
BAI Lan-fang, ZHANG Xiang-qian, ZHANG De-jian, LU Zhan-yuan, WANG Yu-fen, BAI Yun-he. Temporal and Spatial Distribution of Soil Enzyme Activities in Silage Maize Fields under Different Nitrogen Application Levels[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(5): 1088 − 1097 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102703
Citation: BAI Lan-fang, ZHANG Xiang-qian, ZHANG De-jian, LU Zhan-yuan, WANG Yu-fen, BAI Yun-he. Temporal and Spatial Distribution of Soil Enzyme Activities in Silage Maize Fields under Different Nitrogen Application Levels[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(5): 1088 − 1097 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102703

不同施氮水平下青贮玉米农田土壤酶活性时空分布特征

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102703
基金项目: 国家重点研发计划项目(2016YFD0300305-03)和内蒙古自治区科技重大专项(2019ZD009,2020ZD0005-0403)资助
详细信息
    作者简介:

    白岚方(1992−),女,山西省柳林县,博士研究生,研究方向为作物栽培与耕作学研究。E-mail: 1016794601@qq.com

    通讯作者:

    E-mail: lzhy281@163.com

    E-mail: fenwy300@163.com

  • 中图分类号: S513

Temporal and Spatial Distribution of Soil Enzyme Activities in Silage Maize Fields under Different Nitrogen Application Levels

  • 摘要:   目的  研究氮肥施用下青贮玉米田土壤酶活性时空变化特征,为内蒙古中部青贮玉米高产高效栽培提供理论依据。  方法  以“种星青饲1号”为供试材料,设置0(N0)、120 (N8)、180(N12)、240(N16)、300(N20)和360(N24) kg hm−2 6个氮肥梯度,系统分析2018 ~ 2019年不同处理青贮玉米田土壤酶活性在5个生育期和0 ~ 40 cm土体的时空变化特征,并探究了青贮玉米产量对施氮水平的响应。  结果  青贮玉米田土壤酶活性在不同施氮处理、生育期于0 ~ 40 cm土体中存在显著差异(P < 0.05),随着玉米生育期的延长,青贮玉米田土壤酶活性呈“抛物线”型变化,大喇叭口期-抽雄期最高。相比0 ~ 20 cm土层,较深的土层增加了过氧化氢酶(CAT)活性的同时降低了脲酶(UA)活性。增施氮肥有效促进蔗糖酶(IA)、碱性磷酸酶(APA)、脲酶活性及玉米产量的增加,且施氮量为240 kg hm−2(N16)时集中呈现出酶活性及产量峰值。2018年与2019年N16处理玉米生物鲜重分别较其他处理高出了8.07% ~ 65.88%和7.11% ~ 59.84%。生物产量分别较其他处理高出了20.20% ~ 93.97%和5.21% ~ 100.72%。产量指标与APA、IA、CAT间存在显著正相关关系,IA及UA在反映土壤肥力水平方面具有较高的灵敏性。  结论  施入氮肥一定程度上影响了青贮玉米田土壤肥力及青贮玉米产量,当施氮量为240 kg hm−2时,可有效增强土壤酶活性,提高土壤养分含量,增加青贮玉米产量。
  • 图  1  青贮玉米施氮量与生物鲜重的关系

    Figure  1.  Relationship between nitrogen fertilizer rate and biological fresh weight of silage maize

    表  1  不同施氮水平下青贮玉米田土壤过氧化氢酶活性动态变化(ml g−1

    Table  1.   Dynamic changes of catalase activities in silage maize under different nitrogen application levels

    土层
    Soil depth
    施氮量/
    N application rate
    苗期
    Seedling stage
    拔节期
    Jointing stage
    大喇叭口期
    Trumpet period
    抽雄期
    Tasseling stage
    收获期
    Maturity stage
    2018年2019年2018年2019年2018年2019年2018年2019年2018年2019年
    0 ~ 10 cm N0 46.38 e 37.45 a 52.09 d 39.24 a 53.65 d 40.31 a 52.39 a 38.45 ab 44.84 a 34.44 a
    N8 39.45 c 37.01 ab 50.27 e 38.59 a 51.27 e 39.24 b 51.43 c 37.42 cd 43.46 b 34.13 b
    N12 42.13 d 37.25 ab 52.74 c 38.63 a 54.32 c 38.66 c 51.47 c 37.60 bc 35.46 e 34.06 b
    N16 49.41 a 37.08 ab 54.83 b 39.28 a 56.48 b 38.97 bc 52.02 ab 37.97 ab 37.01 d 33.85 c
    N20 49.23 a 36.94 b 55.35 a 39.07 a 57.01 a 38.83 bc 51.95 ab 37.01 cd 39.55 c 33.99 bc
    N24 49.16 a 36.91 b 54.90 ab 38.91 a 56.55 ab 39.07 bc 51.84 bc 36.67 d 44.01 ab 33.10 ab
    10 ~ 20 cm N0 47.07 b 37.28 ab 52.05 c 39.14 a 53.09 d 40.17 a 52.39 a 38.56 a 44.80 a 34.40 a
    N8 43.71 c 36.77 c 51.61 c 38.42 b 54.19 c 40.10 ab 51.43 b 37.53 b 43.12 b 33.99 b
    N12 44.19 c 36.97 ab 53.29 b 38.80 ab 54.89 b 39.93 bc 51.81 ab 37.77 b 36.29 e 33.96 b
    N16 46.28 b 37.18 ab 55.31 a 39.17 a 56.42 a 39.96 b 52.15 a 38.01 ab 39.45 d 33.99 b
    N20 49.65 a 37.11 ab 55.14 a 39.14 a 56.25 a 39.76 c 52.15 a 37.73 b 44.42 a 33.99 b
    N24 49.44 a 36.42 c 54.83 a 39.14 a 55.93 ab 40.07 ab 52.12 a 37.60 b 44.15 a 34.09 b
    20 ~ 40 cm N0 48.99 a 37.28 a 52.26 b 39.17 a 53.30 b 40.07 ab 52.29 a 38.49 a 44.94 a 34.33 a
    N8 45.08 c 37.11 ab 51.09 c 38.42 b 53.14 b 40.10 a 51.98 a 37.97 b 44.70 a 34.02 b
    N12 46.86 b 37.21 ab 55.14 a 38.80 ab 56.80 a 40.03 ab 52.05 a 38.01 b 36.63 c 34.02 b
    N16 48.41 a 37.25 ab 55.18 a 39.21 a 56.83 a 40.24 a 52.08 a 38.63 a 40.20 b 33.85 b
    N20 50.09 a 37.11 ab 55.49 a 39.11 a 56.60 a 39.79 b 52.08 a 38.42 ab 44.32 a 34.06 b
    N24 49.89 a 37.01 b 54.97 a 39.07 a 56.07 a 40.00 ab 52.39 a 38.35 ab 44.25 a 34.02 b
      注:不同小写字母代表处理间差异达到 P < 0.05 显著水平;下同。
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    表  2  不同施氮水平下青贮玉米田土壤蔗糖酶活性动态变化(mg g−1

    Table  2.   Dynamic changes of sucrase activities in silage maize under different nitrogen application levels

    土层
    Soil depth
    施氮量/
    N application rate
    苗期
    Seedling stage
    拔节期
    Jointing stage
    大喇叭口期
    Trumpet period
    抽雄期
    Tasseling stage
    收获期
    Maturity stage
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    0 ~ 10 cm N0 46.38 e 37.45 a 52.09 d 39.24 a 53.65 d 40.31 a 52.39 a 38.45 ab 44.84 a 34.44 a
    N8 39.45 c 37.01 ab 50.27 e 38.59 a 51.27 e 39.24 b 51.43 c 37.42 cd 43.46 b 34.13 b
    N12 42.13 d 37.25 ab 52.74 c 38.63 a 54.32 c 38.66 c 51.47 c 37.60 bc 35.46 e 34.06 b
    N16 49.41 a 37.08 ab 54.83 b 39.28 a 56.48 b 38.97 bc 52.02 ab 37.97 ab 37.01 d 33.85 c
    N20 49.23 a 36.94 b 55.35 a 39.07 a 57.01 a 38.83 bc 51.95 ab 37.01 cd 39.55 c 33.99 bc
    N24 49.16 a 36.91 b 54.90 ab 38.91 a 56.55 ab 39.07 bc 51.84 bc 36.67 d 44.01 ab 33.10 ab
    10 ~ 20 cm N0 47.07 b 37.28 ab 52.05 c 39.14 a 53.09 d 40.17 a 52.39 a 38.56 a 44.80 a 34.40 a
    N8 43.71 c 36.77 c 51.61 c 38.42 b 54.19 c 40.10 ab 51.43 b 37.53 b 43.12 b 33.99 b
    N12 44.19 c 36.97 ab 53.29 b 38.80 ab 54.89 b 39.93 bc 51.81 ab 37.77 b 36.29 e 33.96 b
    N16 46.28 b 37.18 ab 55.31 a 39.17 a 56.42 a 39.96 b 52.15 a 38.01 ab 39.45 d 33.99 b
    N20 49.65 a 37.11 ab 55.14 a 39.14 a 56.25 a 39.76 c 52.15 a 37.73 b 44.42 a 33.99 b
    N24 49.44 a 36.42 c 54.83 a 39.14 a 55.93 ab 40.07 ab 52.12 a 37.60 b 44.15 a 34.09 b
    20 ~ 40 cm N0 48.99 a 37.28 a 52.26 b 39.17 a 53.30 b 40.07 ab 52.29 a 38.49 a 44.94 a 34.33 a
    N8 45.08 c 37.11 ab 51.09 c 38.42 b 53.14 b 40.10 a 51.98 a 37.97 b 44.70 a 34.02 b
    N12 46.86 b 37.21 ab 55.14 a 38.80 ab 56.80 a 40.03 ab 52.05 a 38.01 b 36.63 c 34.02 b
    N16 48.41 a 37.25 ab 55.18 a 39.21 a 56.83 a 40.24 a 52.08 a 38.63 a 40.20 b 33.85 b
    N20 50.09 a 37.11 ab 55.49 a 39.11 a 56.60 a 39.79 b 52.08 a 38.42 ab 44.32 a 34.06 b
    N24 49.89 a 37.01 b 54.97 a 39.07 a 56.07 a 40.00 ab 52.39 a 38.35 ab 44.25 a 34.02 b
      注:不同小写字母代表处理间差异达到 P < 0.05 显著水平;下同。
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    表  3  不同施氮水平下青贮玉米田土壤脲酶活性动态变化(mg g−1

    Table  3.   Dynamic changes of urease activities in silage maize under different nitrogen application levels

    土层
    Soil depth
    施氮量/
    N application rate
    苗期
    Seedling stage
    拔节期
    Jointing stage
    大喇叭口期
    Trumpet period
    抽雄期
    Tasseling stage
    收获期
    Maturity stage
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    0 ~ 10 cm N0 1.21 e 1.48 c 1.87 c 2.80 b 2.24 d 2.99 cd 5.72 a 9.75 a 1.85 d 5.73 bc
    N8 1.85 d 2.87 a 2.31 bc 2.87 b 2.65 cd 3.16 c 5.97 a 10.15 a 2.75 cd 6.11 bc
    N12 2.73 b 2.96 a 2.76 ab 2.95 b 3.13 bc 3.69 b 6.10 a 10.30 a 3.19 ab 6.16 bc
    N16 3.14 a 3.04 a 3.33 a 3.72 a 4.45 a 4.59 a 6.20 a 10.44 a 3.53 a 7.19 a
    N20 2.29 c 2.56 b 2.82 ab 2.63 b 3.70 b 2.89 cd 5.94 a 10.03 a 3.10 ab 6.52 ab
    N24 2.16 c 2.36 b 2.78 ab 2.53 b 3.00 c 2.78 d 4.36 b 9.97 a 2.23 cd 5.66 c
    10 ~ 20 cm N0 1.46 c 1.57 d 1.98 b 2.62 b 2.28 c 2.83 c 5.70 bc 9.53 c 1.22 c 5.35 b
    N8 2.20 b 2.49 c 2.58 a 2.77 b 3.13 b 2.81 bc 5.85 bc 9.74 bc 2.63 b 5.95 ab
    N12 2.54 ab 2.64 bc 2.74 a 2.87 b 3.22 b 3.00 b 5.87 bc 10.70 ab 3.58 a 6.00 ab
    N16 3.16 a 3.07 a 3.04 a 3.59 a 4.16 a 3.65 a 6.52 a 11.31 a 3.80 a 7.71 a
    N20 2.51 ab 2.80 b 3.12 a 2.80 b 2.79 bc 2.89 bc 6.04 b 10.61 abc 3.32 a 6.79 ab
    N24 2.48 ab 2.44 c 2.60 a 2.54 b 2.78 bc 2.60 bc 5.46 c 10.31 abc 2.83 b 5.54 b
    20 ~ 40 cm N0 1.15 d 1.26 d 1.73 c 2.29 c 2.04 c 2.70 ab 5.38 b 9.20 cd 1.19 d 4.78 d
    N8 1.62 c 2.05 bc 1.92 bc 2.68 b 2.66 bc 2.75 ab 5.66 b 9.52 bcd 1.55 d 5.03 d
    N12 2.26 b 3.00 a 2.67 a 3.10 a 3.04 b 2.93 ab 5.77 ab 10.27 ab 2.72 b 5.95 bc
    N16 3.13 a 2.94 a 3.00 a 3.26 a 3.87 a 3.26 a 6.22 a 10.37 a 3.51 a 7.14 a
    N20 2.20 b 2.53 ab 2.46 ab 2.58 b 2.76 bc 2.75 ab 5.78 ab 9.94 abc 2.92 b 6.52 ab
    N24 2.04 b 1.69 d 2.57 ab 2.44 bc 2.58 bc 2.58 b 3.82 c 8.87 d 2.19 c 5.44 cd
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    表  4  不同施氮水平下青贮玉米田土壤碱性磷酸酶活性动态变化(mg g−1

    Table  4.   Dynamic changes of alkaline phosphatase activities in silage maize under different nitrogen application levels

    土层
    Soil depth
    施氮量/
    N application rate
    苗期
    Seedling stage
    拔节期
    Jointing stage
    大喇叭口期
    Trumpet period
    抽雄期
    Tasseling stage
    收获期
    Maturity stage
    2018年2019年2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    0 ~ 10 cm N0 0.10 b 0.11 a 0.07 c 0.09 c 0.10 d 0.12 a 0.03 c 0.10 e 0.08 a 0.23 a
    N8 0.11 ab 0.11 a 0.10 c 0.09 c 0.13 cd 0.13 a 0.11 b 0.14 cd 0.14 a 0.24 a
    N12 0.12 ab 0.13 a 0.10 c 0.11 b 0.14 cd 0.16 a 0.16 a 0.13 d 0.15 a 0.26 a
    N16 0.12 ab 0.13 a 0.22 a 0.13 a 0.26 a 0.15 a 0.18 a 0.14 bc 0.14 a 0.26 a
    N20 0.13 ab 0.13 a 0.17 b 0.13 a 0.19 b 0.15 a 0.19 a 0.16 a 0.14 a 0.26 a
    N24 0.15 a 0.15 a 0.15 b 0.14 a 0.16 bc 0.15 a 0.15 a 0.15 ab 0.14 a 0.26 a
    10 ~ 20 cm N0 0.08 c 0.09 c 0.08 d 0.08 d 0.11 c 0.13 b 0.12 b 0.12 d 0.14 a 0.23 a
    N8 0.11 bc 0.12 bc 0.11 cd 0.10 c 0.14 c 0.15 ab 0.12 b 0.15 bc 0.14 a 0.25 a
    N12 0.12 b 0.12 bc 0.15 bc 0.11 c 0.17 bc 0.18 ab 0.15 ab 0.14 cd 0.15 a 0.27 a
    N16 0.17 a 0.18 a 0.23 a 0.12 b 0.36 a 0.20 a 0.16 ab 0.14 c 0.15 a 0.28 a
    N20 0.14 ab 0.15 ab 0.25 a 0.13 a 0.20 b 0.17 ab 0.20 a 0.17 ab 0.14 a 0.26 a
    N24 0.11 bc 0.12 bc 0.18 b 0.14 a 0.15 bc 0.17 ab 0.17 ab 0.17 a 0.14 a 0.26 a
    20 ~ 40 cm N0 0.07 c 0.08 c 0.09 c 0.08 d 0.14 b 0.12 c 0.16 a 0.11 c 0.13 a 0.25 b
    N8 0.08 bc 0.09 bc 0.12 c 0.09 c 0.16 b 0.13 bc 0.16 a 0.10 c 0.14 a 0.22 ab
    N12 0.10 bc 0.10 bc 0.11 c 0.10 c 0.16 b 0.14 abc 0.20 a 0.14 ab 0.14 a 0.23 ab
    N16 0.11 ab 0.12 ab 0.19 b 0.11 b 0.30 a 0.18 a 0.18 a 0.14 ab 0.13 a 0.26 a
    N20 0.14 a 0.15 a 0.21 ab 0.13 a 0.27 a 0.17 ab 0.18 a 0.15 a 0.13 a 0.25 ab
    N24 0.08 bc 0.09 bc 0.23 a 0.14 a 0.27 a 0.14 abc 0.18 a 0.14 b 0.11 a 0.23 ab
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    表  5  不同施氮水平对青贮玉米生物鲜重和生物产量的影响

    Table  5.   Effects of different treatments on fresh yield and dry matter yield of silage maize

    处理/因素
    Treatments/factor
    生物鲜重 (t hm−2)
    Fresh yield
    生物产量 (t hm−2)
    Dry matter yield
    2018年
    2019年
    2018年
    2019年
    N0 55.24 ± 8.55B 49.46 ± 0.74c 21.06 ± 4.55C 15.92 ± 0.24c
    N8 76.85 ± 1.78 A 69.68 ± 1.05 b 28.31 ± 1.20 BC 26.45 ± 0.40 b
    N12 84.79 ± 2.94 A 71.47 ± 1.07 ab 32.07 ± 0.37 AB 28.43 ± 0.43 ab
    N16 91.63 ± 10.01 A 79.06 ± 1.19 a 38.75 ± 3.99 A 31.96 ± 0.48 a
    N20 81.28 ± 7.45 A 73.81 ± 1.11 ab 32.15 ± 4.45 AB 30.38 ± 0.46 ab
    N24 80.50 ± 9.41 A 66.12 ± 0.99 b 32.24 ± 3.33 AB 27.20 ± 0.41 b
    N ** **
    Y ** **
    N×Y ** ns
      注:数据为平均值 ± 标准误,不同大小写字母分别代表2018年及2019年处理间差异达到 P < 0.05 显著水平;N代表施氮量,Y代表年份;*代表 P < 0.05,差异显著;**代表 P < 0.01,差异极显著;ns 代表 P > 0.05,差异不显著。
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    表  6  氮肥用量、酶活性及产量之间相关系数

    Table  6.   Correlation coefficients among nitrogen fertilizer rate, enzymes activities and yield

    项目
    Item
    氮肥
    N
    过氧化氢酶活性
    CAT
    蔗糖酶活性
    IA
    脲酶活性
    UA
    碱性磷酸酶活性
    APA
    生物鲜重
    Fresh yield
    生物产量
    Dry matter yield
    氮肥 N 1
    过氧化氢酶活性 CAT 0.04 1
    蔗糖酶活性 IA 0.43** 0.44** 1
    脲酶活性 UA 0.08 −0.28* 0.52** 1
    碱性磷酸酶活性 APA 0.38** 0.06 0.32** 0.29* 1
    生物鲜重 Fresh yield 0.61** 0.37** 0.57** 0.01 0.33** 1
    生物产量 Dry matter yield 0.70** 0.31* 0.58** 0.04 0.37** 0.97** 1
      注(Note):***表示表示在0.01、0.05水平差异显著。
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-21
  • 录用日期:  2022-03-18
  • 修回日期:  2022-03-07
  • 网络出版日期:  2022-10-12
  • 刊出日期:  2022-10-06

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