氮肥用量對小麥開花后根際土壤特性和產(chǎn)量的影響

安婷婷，侯小畔，周亞男，劉衛(wèi)玲，王群，李潮海，張學(xué)林

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氮肥用量對小麥開花后根際土壤特性和產(chǎn)量的影響

安婷婷，侯小畔，周亞男，劉衛(wèi)玲，王群，李潮海，張學(xué)林

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室，鄭州450002）

【目的】明確小麥開花后根際土壤特性動態(tài)特征及其與產(chǎn)量和籽粒氮素積累量之間的關(guān)系，能夠為生產(chǎn)上合理施肥、提高氮肥利用效率和減輕環(huán)境污染提供理論依據(jù)?！痉椒ā?014—2015和2015—2016年在小麥季設(shè)置4個氮肥水平（0，CK；150 kg N·hm-2，N150；240 kg N·hm-2，N240和300 kg N·hm-2，N300）并于小麥開花期、灌漿中期和成熟期分層（0—20 cm和20—40 cm） 測定小麥根際和非根際土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、蔗糖酶、脲酶，同時測定根、莖、葉和穗生物量及其氮素含量；重點分析根際土壤特性與小麥籽粒產(chǎn)量和氮素積累量之間的關(guān)系。【結(jié)果】（1）與CK相比，N150、N240和N300處理2年小麥籽粒產(chǎn)量的平均值分別增加99%、130%和107%，且處理之間差異顯著。隨施氮量的增加小麥根、莖、葉、穗生物量和地上部氮素積累量均呈增加趨勢；氮肥回收率呈下降趨勢，且處理之間差異顯著。（2）從開花到成熟期，0—20 cm和20—40 cm土層小麥根際和非根際土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量、土壤蔗糖酶和脲酶（0—20 cm除外）活性均呈下降趨勢。處理CK、N150、N240和N300根際土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量顯著低于非根際土壤。4個處理2年0—20 cm根際土壤銨態(tài)氮含量平均值比非根際土壤降低29%，硝態(tài)氮含量降低22%；20—40 cm根際土壤銨態(tài)氮含量比非根際土降低34%，硝態(tài)氮含量降低14%。而根際土壤蔗糖酶和脲酶活性顯著高于非根際土。4個處理2年0—20 cm根際土壤蔗糖酶活性比非根際土壤提高29%，脲酶活性提高15%；20—40 cm根際土壤蔗糖酶活性比非根際土壤提高33%，脲酶活性提高13%。（3）相關(guān)分析結(jié)果表明，小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量均與0—20 cm和20—40 cm根際和非根際土壤無機氮（銨態(tài)氮+硝態(tài)氮）、脲酶和蔗糖酶（2016年籽粒氮素積累量除外）呈顯著正相關(guān)。【結(jié)論】小麥根際土壤可利用性氮素含量小于非根際土壤，而酶活性高于非根際土；根際和非根際土壤與籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量呈顯著正相關(guān)。根際和非根際土壤特性顯著影響小麥籽粒產(chǎn)量。

小麥產(chǎn)量；氮肥；根際土壤；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮；酶

0 引言

【研究意義】小麥?zhǔn)侵袊匾募Z食作物之一。黃淮海平原是中國小麥主產(chǎn)區(qū)，也是全國最大的小麥集中產(chǎn)區(qū)，該區(qū)小麥總產(chǎn)量在全國小麥產(chǎn)量中占有重要地位[1]。氮肥是植物生長發(fā)育必須的大量營養(yǎng)元素[2]，根際土壤獨特的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)能使氮素形態(tài)發(fā)生變化，改變其遷移性和生物有效性，從而影響植物對它們的吸收利用[3]。因此研究根際土壤特性與產(chǎn)量的關(guān)系具有重要意義。【前人研究進展】氮肥用量多寡顯著影響小麥生長發(fā)育[4]、產(chǎn)量形成[5]、品質(zhì)改善[6]、氮肥利用效率[7]以及土壤特性[4,6-7]等。硝態(tài)氮是小麥吸收氮素的主要形式。趙俊曄等[8]和段文學(xué)等[9]研究發(fā)現(xiàn)隨施氮量的增加，土壤硝態(tài)氮含量顯著升高。施氮量也顯著影響土壤酶活性。郭天財?shù)萚10]研究表明，根際土壤酶活性隨小麥生育進程的變化趨勢一致，在同生育時期內(nèi), 根際土壤脲酶活性隨著施氮水平提高而上升。而夏雪等[11]研究發(fā)現(xiàn)隨施氮量的增加蔗糖酶和脲酶活性表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢。前人研究發(fā)現(xiàn)，改善根際土壤特性能夠顯著提高作物產(chǎn)量。雍太文等[12]和LI等[13]研究認為，套作模式通過改善作物根際環(huán)境，促進了作物地下部根系生長和地上部生物量的增加，從而實現(xiàn)作物增產(chǎn)。肖靖秀等[14]研究認為小麥蠶豆間作能夠顯著提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率，其間作優(yōu)勢的形成與地下部根際效應(yīng)密切相關(guān)?！颈狙芯壳腥朦c】開花到成熟期是小麥籽粒產(chǎn)量形成的重要階段，也是氮素分配的關(guān)鍵期。前人研究認為施氮量顯著影響根際土壤特性，表明了根際土壤特性在作物生產(chǎn)中的重要性。但是有關(guān)施肥對小麥花后0—20 cm和20—40 cm根際和非根際土壤特性與小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累之間的關(guān)系方面的研究少見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗設(shè)置不同氮肥水平，研究了冬小麥花后根際和非根際土壤0—20 cm和20—40 cm土層銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和酶活性的變化特征，分析了根際和非根際土壤特性與產(chǎn)量和籽粒氮素積累量的關(guān)系，以期為合理高效利用氮肥、提高小麥產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗設(shè)置在河南省西平縣二郎鄉(xiāng)張堯村（114°02′E、33°20′N，平均海拔49 m）。西平縣地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，屬亞濕潤大陸性季風(fēng)型氣候。年均日照時數(shù)2 157.2 h，平均氣溫14.8℃，無霜期221 d，降雨量852 mm，正常年份的自然降水基本能滿足作物生長發(fā)育的需求，一般不灌溉，屬典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。土壤類型為砂姜黑土，0—20 cm土層：砂粒39.09%、粉粒21.35%、黏粒39.56%，有機質(zhì)含量40.59 g·kg-1，全氮3.53 g·kg-1，堿解氮120.5 mg·kg-1，速效磷（P2O5）24.26 mg·kg-1，速效鉀（K2O）34.66 mg·kg-1，pH 5.26。

1.2 試驗設(shè)計

小麥季氮肥試驗設(shè)4個水平，分別為：0（CK：對照）、150（N150）、240（N240）和300 kg N· hm-2（N300），小區(qū)面積270 m2，4次重復(fù)。氮肥分別于基施（50%）和拔節(jié)期（50%）施入，磷肥（P2O5120 kg·hm-2）和鉀肥（K2O 90 kg·hm-2）作為基肥一次性施入。氮肥采用尿素，磷肥采用過磷酸鈣，鉀肥采用氯化鉀?；拾疵娣e施肥，人工撒施，然后機械耙勻，再種小麥；追肥根據(jù)處理施肥量和小區(qū)面積，確定小型汽油精密施肥機施肥量。小麥品種為鄭麥7698。2014—2015年度為2014年10月15日播種，2015年6月5日收獲；2015—2016年度為2015年10月16日播種，2016年6月5日收獲。兩年播種量均為225kg·hm-2，行距為20 cm。

1.3 田間取樣

2014—2015年和2015—2016年分別于小麥開花期、灌漿中期（開花后20 d）和成熟期（開花后40 d）3個關(guān)鍵生育時期，在各小區(qū)隨機選取長勢均勻的小麥植株，進行取樣。地上和地下生物量取樣面積均為20 cm（長）×20 cm（寬），分別取其莖、葉、穗（穎殼和籽粒）；分層挖取0—20 cm和20—40 cm小麥根系生物量，用小毛刷輕輕刷下黏附在根圍的土壤（距離根圍0—4 mm）作為根際土壤[15-16]，同時在小麥行間分層取0—20 cm和20—40 cm土壤樣品作為非根際土壤。植株地上部和根系生物量用烘箱殺青30 min后，75℃烘干至恒重并稱重。小麥成熟后每處理取5 m2測產(chǎn)，并選取10株進行考種。

1.4 測定指標(biāo)和方法

小麥地上和地下各器官氮素含量采用凱氏定氮法進行測定。測定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量：取5 g新鮮土壤樣品，用50 mL 2 mol·L-1KCl浸提，浸提液采用全自動連續(xù)流動分析儀（AA3，SEAL- Analytical，Germany）。采用關(guān)松萌等[17]方法測定根際和非根際土壤酶活性，其中脲酶活性以5 g土壤中加入定量尿素在37℃條件培養(yǎng)24 h后土壤中銨態(tài)氮含量來表示；蔗糖酶活性，稱取5 g土壤加入15 mL 8%蔗糖在37℃下培養(yǎng)24 h后土壤中葡萄糖含量來表示。

（1）各器官氮素積累量（kg·hm-2）=器官全氮含量×干物質(zhì)量；

（2）籽粒氮素積累量（kg·hm-2）=籽粒全氮含量×實際產(chǎn)量；

（3）氮肥回收率（%）=（施氮區(qū)植株氮素積累量-不施氮區(qū)植株氮素積累量）/施氮量×100。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用One way ANOVA分析施肥處理之間籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率的差異顯著性并采用LSD進行多重比較。采用Pearson Correlation 分析小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量與關(guān)鍵生育時期0—20 cm、20—40 cm土層土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、脲酶和蔗糖酶之間的相關(guān)性。采用Excel 2013進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 19.0進行方差分析，采用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果

2.1 小麥籽粒產(chǎn)量、生物量、地上地下氮素積累量和氮素利用效率

CK、N150、N240、N300處理連續(xù)2年（2015和2016年）小麥籽粒產(chǎn)量的平均值分別為4 270、8 496、9 833和8 841 kg·hm-2。與CK相比，3個施肥處理2年產(chǎn)量的平均值分別增加99%、130%和107%（表1）。連續(xù)2年小麥開花后植株根、莖、葉生物量均呈下降趨勢，而穗部生物量呈增加趨勢（圖1）。隨氮肥用量的增加，植株根、莖、葉生物量均顯著增加。與CK相比，N150、N240和N300 處理2年的地上部生物量平均值分別增加65%、98%和116%，根系生物量分別增加60%、127%和119%（圖1）。

與CK相比，3個施肥處理2年籽粒氮素積累量平均值分別增加98%、136%和139%；地上部氮素積累量分別增加105%、147%和172%；根系氮素積累量增加59%、232%和276%。連續(xù)2年氮肥回收率隨氮肥用量增加呈下降趨勢。

2.2 小麥根際和非根際土壤特性

小麥開花后0—20 cm和20—40 cm根際和非根際土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均呈下降趨勢，而根際土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量顯著低于非根際土壤（圖2和圖3）。與CK相比，3個施肥處理2年0—20 cm根際土壤銨態(tài)氮含量平均值分別增加31%、56%和114%（圖2），非根際土壤分別增加36%、51%和104%；4個處理2年0—20 cm根際土壤銨態(tài)氮含量平均值比非根際土壤降低29%；20—40 cm根際土壤銨態(tài)氮含量分別比CK增加23%、64%和82%，非根際土壤分別增加63%、96%和150%； 20—40 cm銨態(tài)氮含量降低34%。隨施氮量增加，根際硝態(tài)氮含量顯著增加，氮肥處理間有顯著差異，而對照（未施氮）土壤硝態(tài)氮含量降低19%（圖3）。

圖1 2015和2016年小麥開花后根、莖、葉、穗生物量動態(tài)

表1 氮肥用量對小麥產(chǎn)量、地上部氮素積累量、根部氮素積累量和氮素利用率的影響

GNA：籽粒氮素積累量；ANA：地上部氮素積累量；RNA：根系氮素積累量；NRE：氮肥回收率。相同年份同一欄中標(biāo)以不同小寫字母的值在5%水平差異顯著。下同

GNA: Grain N Accumulation; ANA: Aboveground N Accumulation; RNA: Root N Accumulation; NRE: N Recovery Efficiency. Values within the same column and the same year followed by different letters are significantly different at the 5% probability level. The same as below

小麥開花后0—20 cm和20—40 cm根際和非根際土壤蔗糖酶呈下降趨勢；2015和2016年0—20 cm土層根際和非根際土壤脲酶活性呈先升高后下降趨勢，20—40 cm土層呈下降趨勢；而根際土壤蔗糖酶、脲酶活性高于非根際土壤（圖4和圖5）。4個處理2年0—20 cm土層根際土壤蔗糖酶活性比非根際土壤提高29%； 20—40 cm土層蔗糖酶活性提高33%。根際和非根際土壤脲酶活性隨著施氮量的增加先增加后降低；脲酶活性提高14%。

2.3 小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量與土壤參數(shù)的相關(guān)分析

小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量與根際和非根際土壤參數(shù)的相關(guān)分析（表2）表明，產(chǎn)量與0—20 cm、20—40 cm根際和非根際土壤無機氮（銨態(tài)氮+硝態(tài)氮）含量、脲酶和蔗糖酶活性均呈顯著正相關(guān)；籽粒氮素積累量與土壤無機氮、脲酶和蔗糖酶（2015年20—40 cm根際和非根際土壤除外）活性均呈顯著正相關(guān)。

表2 2015和2016年小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量與土壤特性的相關(guān)性

產(chǎn)量和籽粒氮素積累量：n=12。標(biāo)以*和**分別表示在0.05、0.01水平差異顯著

Yield and Grain N Accumulation: n=12. *and ** indicate significance at 0.05 and 0.01 levels

3 討論

3.1 不同氮肥用量條件下小麥根際土壤特性動態(tài)特征

本研究發(fā)現(xiàn)氮肥施用對小麥開花后根際和非根際土壤養(yǎng)分有顯著影響；隨著施氮量的增加根際和非根際土壤無機氮含量增加，并且根際土壤無機氮含量低于非根際土（圖2—3）。Ai等[18]認為長期施肥潮土小麥生殖生長階段根際土壤硝態(tài)氮顯著低于非根際土壤；而李曉月等[19]比較不同質(zhì)地土壤發(fā)現(xiàn)小麥拔節(jié)期根際土中無機氮均顯著高于非根際土；梁國鵬等[20]研究發(fā)現(xiàn)施氮量顯著影響根際和非根際土壤的無機氮含量；在整個玉米生育期內(nèi)，非根際土壤硝態(tài)氮含量顯著高于根際土壤；非根際土壤銨態(tài)氮含量在灌漿期顯著高于根際土壤。這與本研究結(jié)果一致。根際是養(yǎng)分從土壤進入作物系統(tǒng)的門戶，根際過程決定著土壤中氮素的轉(zhuǎn)化強度和有效性[21]，由于植物根系吸收，根際土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮易出現(xiàn)虧缺狀況，這可能是根際土壤無機氮含量低于非根際土壤的重要原因。

R 0-20、R 20-40表示 0—20 cm和20—40 cm根際土壤；B 0-20、B 20-40表示 0—20 cm和20—40 cm非根際土壤。下同

圖3 2015和2016年小麥開花后0—20 cm和20—40 cm根際和非根際土壤硝態(tài)氮動態(tài)特征

標(biāo)以不同小寫字母于處理間表示在5%水平上差異顯著。下同

圖5 2015和2016年小麥開花后0—20 cm、20—40 cm根際和非根際土壤脲酶活性

氮肥施用對小麥開花后根際和非根際土壤酶活性也有顯著影響。隨著施氮量的增加根際和非根際土壤蔗糖酶和脲酶活性先增加后降低，并且小麥根際土壤酶活性高于非根際（圖4和圖5）。馬健等[22]研究發(fā)現(xiàn)灰漠土小麥根際土過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性均大于非根際土；李振高等[23]認為小麥揚花期前，寶豐7228根際土的脲酶活性大于非根際土；姚建華等[24]發(fā)現(xiàn)，隨著距離根表的距離增加，2 個小麥品種根際土壤脲酶、蔗糖酶活性均逐漸降低。李俊華等[25]在對棉花根際土的研究中也發(fā)現(xiàn)，根際土壤脲酶活性顯著高于非根際。根際土壤酶活性與非根際之間的差異受不同地域氣候、土壤類型、生育時期及作物等的綜合影響。施氮量顯著影響小麥根系和土壤微生物分泌物[26]，在小麥生長期，根系進行著活躍的代謝作用，不斷向根外分泌有機物質(zhì)，這些分泌物是根際微生物的重要營養(yǎng)和能量來源[27]，并且根際微生物的活度和數(shù)量遠遠高于非根際土壤，距根越遠，植物的根分泌物就越少，供給微生物的能源物質(zhì)也就越少，從而影響它們產(chǎn)生酶和死亡后釋放酶的能力，最終導(dǎo)致根際和非根際酶活性的差異[18,28]，這可能是小麥根際土壤酶活性顯著高于非根際土的原因。

3.2 不同氮肥用量條件下小麥根際土壤與籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量與0—20 cm和20—40 cm根際和非根際土壤無機氮含量呈顯著正相關(guān)（表2），表明小麥籽粒產(chǎn)量與開花后的根系主要集聚土層養(yǎng)分密切相關(guān)。土壤氮素營養(yǎng)狀況是影響小麥生長、發(fā)育并決定產(chǎn)量的主要因素[29]。適量增施氮肥，小麥根系生物量顯著增加（圖1），根系吸收面積增加，促進了根系對氮素的吸收[30]；同時改善小麥地上部分的光合性能[31]，促進干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)移，從而提高了地上部生物量和產(chǎn)量[32]，但過量增施氮肥花前轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率、花前貯藏物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量貢獻率均下降[33-34]。朱新開等[35]研究發(fā)現(xiàn)隨施氮量增加籽粒產(chǎn)量和氮積累量先增加后降低，這與本試驗2016年結(jié)果一致。

小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累量還與0—20 cm和20—40 cm土層根際和非根際土壤脲酶和蔗糖酶活性顯著正相關(guān)（表2）。Verstraete等[36]認為冬小麥產(chǎn)量與磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)，王娟等[37]研究表明土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性與小麥產(chǎn)量均未達到顯著正相關(guān)。與不施肥相比，N150和N240顯著提高土壤脲酶和蔗糖酶活性，改善了土壤可利用性氮素的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，促進小麥根系生長和養(yǎng)分吸收，小麥生育后期氮素吸收轉(zhuǎn)運暢通，最后增加籽粒產(chǎn)量。N240小麥根際和非根際土壤脲酶和蔗糖酶活性均大于N300，從一個方面解釋了氮肥用量繼續(xù)增加而產(chǎn)量不增加甚至降低的原因；另一方面可能是N300地上部生物量比N240高，過量使用氮肥，延緩衰老進程，導(dǎo)致碳水化合物和氮素在營養(yǎng)器官大量積累，不利于向籽粒的轉(zhuǎn)移，造成作物生長過程中庫源平衡失調(diào)，從而引起產(chǎn)量的下降[9,38]。

4 結(jié)論

小麥開花后根際和非根際土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量、蔗糖酶和脲酶（0—20 cm土層除外）活性均呈降低趨勢，這一趨勢與小麥根、莖、葉生物量動態(tài)一致；根際土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量低于非根際土壤，而脲酶和蔗糖酶活性均高于非根際土壤。

小麥根際土壤特性與籽粒產(chǎn)量和籽粒氮素積累密切相關(guān)，主要是通過調(diào)控土壤可利用性氮素供應(yīng)影響產(chǎn)量；另一方面是通過改善土壤酶活性，保證土壤氮素的順利轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，促進根系生長和植株養(yǎng)分的吸收。因此，合理施肥，營造良好的根際環(huán)境，能夠保障小麥生育期對養(yǎng)分的需求，提高氮素利用效率，促進產(chǎn)量增加。

References

[1] 靳海洋, 謝迎新, 李夢達, 劉宇娟, 賀德先, 馮偉, 王晨陽, 郭天財. 連續(xù)周年耕作對砂姜黑土農(nóng)田蓄水保墑及作物產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(16): 3239-3250.

JIN H Y, XIE Y X, LI M D, LIUY J, HE D X, FENG W, WANG C Y, GUO T C. Effects of annual continuous tillage on soil water conservation and crop yield in lime concretion black soil farmland., 2016, 49(16): 3239-3250. (in Chinese)

[2] HE L, SONG X, FENG W, GUO B B, ZHANG Y S, WANGY H, WANG C Y, GUO T C. Improved remote sensing of leaf nitrogen concentration in winter wheat using multi-angular hyperspectral data., 2016, 174: 122-133.

[3] DONN S, ALMARIO J, MULLER D, MOENNE-LOCCOZ Y, GUPTA V V S R, KIRKEGAARD J A, RICHARDSON A E. Rhizosphere microbial communities associated with rhizoctonia damage at the field and disease patch scale., 2014, 78:37-47.

[4] 李裕元, 郭永杰, 邵明安. 施肥對丘陵旱地冬小麥生長發(fā)育和水分利用的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2000, 18(1): 15-21.

LI Y Y, GUO Y J, SHAO M A. The effect of fertilizer application on the growth and development and water use of winter wheat in hilly land of west henan., 2000, 18(1): 15-21. (in Chinese)

[5] 張杰, 王備戰(zhàn), 馮曉, 李國強, 趙巧麗, 胡峰, 鄭國清. 氮肥調(diào)控對冬小麥干物質(zhì)量、產(chǎn)量和氮素利用效率的影響. 麥類作物學(xué)報, 2014, 34(4): 516-520.

ZHANG J, WANG B Z, FENG X, LI G Q, ZHAO Q L, HU F, ZHENG G Q. Effect of nitrogen fertilizer management on the dry matter quantity, yield and n utilization in winter wheat., 2014, 34(4): 516-520. (in Chinese)

[6] 楊延兵, 高榮岐, 尹燕枰, 管延安, 張華文. 不同基因型小麥籽粒蛋白質(zhì)合成動態(tài)及相關(guān)酶活性的研究. 華北農(nóng)學(xué)報, 2007, 22(3): 43-47.

YANG Y B, GAO R Q, YIN Y P, GUAN Y A, ZHANG H W. Studies on the dynamic changes of protein synthesis and the related enzymes in different genotype wheat., 2007, 22(3): 43-47. (in Chinese)

[7] 劉新宇, 巨曉棠, 張麗娟, 李鑫, 袁麗金, 劉楠. 不同施氮水平對冬小麥季化肥氮去向及土壤氮素平衡的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2010, 16(2): 296-303.

LIU X Y, JU X T, ZHANG L J, LI X, YUAN L J, LIU N. Effects of different N rates on fate of N fertilizer and balance of soil N of winter wheat., 2010, 16(2): 296-303. (in Chinese)

[8] 趙俊曄, 于振文, 李延奇, 王雪. 施氮量對土壤無機氮分布和微生物量氮含量及小麥產(chǎn)量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2006, 12(4): 466-472.

ZHAO J Y, YU Z 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)

[9] 段文學(xué), 于振文, 張永麗, 王東, 石玉. 施氮量對旱地小麥氮素吸收轉(zhuǎn)運和土壤硝態(tài)氮含量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 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)

[10] 郭天財, 宋曉, 馬冬云, 王永華, 謝迎新, 岳艷軍, 查菲娜. 施氮量對冬小麥根際土壤酶活性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2008, 19(1): 110-114.

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

[11] 夏雪, 谷潔, 高華,秦清軍, 劉磊, 解媛媛. 不同配肥方案對土酶活性和小麥產(chǎn)量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 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 cummulic cinnamon soil., 2011, 17(2): 472-476. (in Chinese)

[12] 雍太文, 楊文鈺, 向達兵, 陳小容. 不同種植模式對作物根系生長、產(chǎn)量及根際土壤微生物數(shù)量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2012, 23(1): 125-132.

YONG T W, YANG W Y, XIANG D B, CHEN X R. Effects of different cropping modes on crop root growth, yield and rhizosphere soil microbes number., 2012, 23(1): 125-132. (in Chinese)

[13] LI L, SUN J H, ZHANG F S, LI X L, YANG S C, RENGEL Z. Wheat/maize or wheat/soybean strip intercropping I. yield advantage and interspecific interactions on nutrients., 2001, 71: 123-137.

[14] 肖靖秀, 鄭毅, 湯利, 王戈, 董艷. 間作小麥蠶豆不同生長期根際有機酸和酚酸變化. 土壤學(xué)報, 2016, 53(3): 685-693.

XIAO J X, ZHENG Y, TANG L, WANG G, DONG Y. Changes in organic and phenolic acids in rhizosphere of interplanted wheat and faba bean with growth stage., 2016, 53(3): 685-693. (in Chinese)

[15] 許曼麗. 根際研究方法的特點及其進展. 土壤，1993, 25(6): 307-310.

XU M L. Characteristics of research methods of rhizosphere., 1993, 25(6): 307-310. (in Chinese)

[16] 張錫洲, 陽顯斌, 李廷軒, 鄭子成, 林玲, 楊順平. 不同磷效率小麥對磷的吸收及根際土壤磷組分特征差異. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(15): 3083-3092.

ZHANG X Z, YANG X B, LI T X, ZHENG Z C, LIN L, YANG S P. Characteristics of phosphorus uptake and phosphorus fractions in the rhizosphere among different phosphorus efficiency wheat cultivars., 2012, 45(15): 3083-3092. (in Chinese)

[17] 關(guān)松萌. 土壤酶及其研究法. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社, 1986.

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

[18] AI C, LIANG G Q, SUN J W, WANG X B, ZHOU W. Responses of extracellular enzyme activities and microbial community in both the rhizosphere and bulk soil to long-term fertilization practices in a fluvo-aquic soil., 2012, 173: 330-338.

[19] 李曉月, 鄭險峰, 周建斌. 不同質(zhì)地小麥根際土壤有機碳、氮含量及特性研究. 土壤通報, 2012(3): 610-613.

LI X Y, ZHENG X F, ZHOU J B. Contents and characteristic of organic carbon and nitrogen in wheat rhizosphere with different soil textures., 2012(3): 610-613. (in Chinese)

[20] 梁國鵬, Houssou A A, 吳會軍, 武雪萍, 蔡典雄, 高麗麗, 李景, 王碧勝, 李生平. 施氮量對夏玉米根際和非根際土壤酶活性及氮含量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2016, 27(6): 1917-1924.

LIANG G P, HOUSSOU A A, WU H J, WU X P, CAI D Y, GAO L L, LI J, WANG B S, LI S P. Soil nitrogen content and enzyme activities in rhizosphere and non-rhizosphere of summer maize under different nitrogen application rates., 2016, 27(6): 1917-1924. (in Chinese)

[21] HINSINGER P, GOBRAN G R, GREGORY P J, WENZEL W W. Rhizosphere geometry and heterogeneity arising from root-mediated physical and chemical processes., 2005, 168: 293-303.

[22] 馬健, 王周瓊, 李述剛. 小麥根際土壤酶活性變化研究. 干旱區(qū)研究, 1998, 15(2): 60-65.

MA J, WANG Z Q, LI X G. Study on changes of soil enzyme activity in wheat rhizosphere., 1998, 15(2): 60-65. (in Chinese)

[23] 李振高, 潘映華, 李良謨. 不同基因型小麥根際細菌及酶活性的動態(tài)研究. 土壤學(xué)報, 1993, 30(1): 1-8.

LI Z G, PAN Y H, LI L M. Dynamics of bacteria and their enzyme activity in rhizosphere of wheat of different genotypes., 1993, 30(1): 1-8. (in Chinese)

[24] 姚建華, 牛德奎, 李兆君, 梁永超, 張樹清. 抗生素土霉素對小麥根際土壤酶活性和微生物生物量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(4): 721-728.

YAO J H, NIU D K, LI Z J, LIANG Y C, ZHANG S Q. Effects of antibiotics oxytetracycline on soil enzyme activities and microbial biomass in wheat rhizosphere., 2010, 43(4): 721-728. (in Chinese)

[25] 李俊華, 沈其榮, 褚貴新, 危常州, 喬旭, 楊興明. 氨基酸有機肥對棉花根際和非根際土壤酶活性和養(yǎng)分有效性的影響. 土壤, 2011, 43(2): 277-284.

LI J H, SHEN Q R, CHU G X, WEI C Z, QIAO X, YANG X M. Effects of application amino acid fertilizer on soil enzyme activity and available nutrients in cotton rhizosphere and bulk soils., 2011, 43(2): 277-284. (in Chinese)

[26] Allison S D, Vitousek P M. Responses of extracellular enzymes to simple and complex nutrient inputs., 2005, 37(5): 937-944.

[27] 張福鎖, 曹一平. 根際動態(tài)過程與植物營養(yǎng). 土壤學(xué)報, 1992, 29(3): 239-250.

ZHANG F S, CAO Y P. Rhizosphere dynamics and plant nutrition., 1992, 29(3): 239-250. (in Chinese)

[28] 龐欣, 張福鎖, 王敬國. 不同供氮水平對根際微生物量氮及微生物活度的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 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)

[29] Masclauxdaubresse C, Danielvedele F, Dechorgnat J, Chardon F, Gaufichon L, Suzuki A. Nitrogen uptake, assimilation and remobilization in plants: challenges for sustainable and productive agriculture., 2010, 105(7): 1141-1157.

[30] 熊淑萍, 吳克遠, 王小純, 張捷, 杜盼, 吳懿鑫, 馬新明. 不同氮效率基因型小麥根系吸收特性與氮素利用差異的分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(12): 2267-2279.

XIONG S P, WU K Y, WANG X C, ZHANG J, DU P, WU Y X, MA X M. Analysis of root absorption characteristics and nitrogen utilization of wheat genotypes with different N efficiency.,2016, 49(12): 2267-2279. (in Chinese)

[31] 肖凱, 張榮銑, 錢維樸. 氮素營養(yǎng)調(diào)控小麥旗葉衰老和光合功能衰退的生理機制. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 1998, 4(4): 371-378.

XIAO K, ZHANG R X, QIAN W P. The physiological mechanism of senescence and photosynthetic function decline of flag leaf in wheat regulated by nitrogen nutrition., 1998, 4(4): 371-378. (in Chinese)

[32] 李延亮, 謝英荷, 洪堅平, 馮倩, 孫丞鴻, 王志偉. 施氮量對晉南旱地冬小麥光合特性、產(chǎn)量及氮素利用的影響. 作物學(xué)報, 2013, 39(4): 704-711.

LI Y L, XIE Y H, HONG J P, FENG Q, SUN C H, WANG Z W. Effects of nitrogen application rate on photosynthetic characteristics, yield and nitrogen utilization in rainfed winter wheat in southern Shanxi., 2013, 39(4): 704-711. (in Chinese)

[33] 馬冬云, 郭天財, 王晨陽, 朱云集, 宋曉, 王永華, 岳艷軍. 施氮量對冬小麥灌漿期光合產(chǎn)物積累、轉(zhuǎn)運及分配的影響. 作物學(xué)報, 2008, 34(6): 1027-1033.

MA D Y, GUO T C, WANG C Y, ZHU Y J, SONG X, WANG Y H, YUE Y J. Effects of nitrogen application rates on accumulation, translocation and partitioning of photosynthate in winter wheat at grain filling stage., 2008, 34(6): 1027-1033. (in Chinese)

[34] 李淑文, 文宏達, 周彥珍, 李雁鳴, 肖凱. 不同氮效率小麥品種氮素吸收和物質(zhì)生產(chǎn)特性. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(10): 1992-2000.

LI S W, WEN H D, ZHOU Y Z, LI Y M, XIAO K. Characterization of nitrogen uptake and dry matter production in wheat varieties with different N efficiency., 2006, 39(10): 1992-2000. (in Chinese)

[35] 朱新開, 郭文善, 周正權(quán), 封超年, 彭永欣, 凌啟鴻. 氮肥對中筋小麥揚麥10號氮素吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)節(jié)效應(yīng). 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(12): 1831-1837.

ZHU X K, GUO W S, ZHOU Z Q, FENG C N, PENG Y X, LING Q H. Effects of nitrogen fertilizer on N absorption, yield and quality of medium-gluten wheat Yangmai 10., 2004, 37(12): 1831-1837. (in Chinese)

[36] Verstraete W, Voets J P. Soil microbial and biochemical characteristics in relation to soil management and fertility., 1977, 9(4): 253-258.

[37] 王娟. 施肥對土壤酶活性、土壤養(yǎng)分及春小麥產(chǎn)量的影響[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué), 2007.

WANG J. Effects of fertilization on soil enzyme activity, nutrients and the yield of spring wheat[D]. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2007. (in Chinese)

[38] 李淑文, 文宏達, 周彥珍, 李雁鳴, 肖凱. 不同氮效率小麥品種氮素吸收和物質(zhì)生產(chǎn)特性. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(10): 1992-2000.

LI S W, WEN H D, ZHOU Y Z, LI Y M, XIAO K. Characterization of nitrogen uptake and dry matter production in wheat varieties with different N efficiency., 2006, 39(10): 1992-2000. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 李云霞）

Effects of Nitrogen Fertilizer Rates on Rhizosphere Soil Characteristics and Yield after Anthesis of wheat

AN TingTing, HOU XiaoPan, ZHOU YaNan, LIU WeiLing, WANG Qun, LI ChaoHai, ZHANG XueLin

(Agronomy College, Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crop/State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science, Zhengzhou 450002)

【Objective】 Making the relationship between rhizosphere soil properties and wheat grain yield or grain nitrogen(N) accumulation (GNA) clear could help managing N fertilizer application, improving N use efficiency and reducing environment pollution. 【Method】A field experiment with four N fertilizer treatments (0 kg N·hm-2, CK; 150 kg N·hm-2, N150; 240 kg N·hm-2, N240; 300 kg N·hm-2, N300) was conducted in 2014-2015 and 2015-2016, soil samples including rhizosphere soil (R) and bulk soil (B) in 0-20 cm and 20-40 cm depths were collected at anthesis, milking and maturity stages. Soil NH4+-N, NO3--N, urease, saccharase and wheat biomass including root, stem, leaf, spike biomass and their N content were measured, and the relationships between rhizosphere soil characteristics and grain yield and GNA were analyzed. 【Result】(1) Results of the experiment showed that in comparison with CK, wheat grain yields of three N fertilizer treatments increased by 99%, 130% and 107% for the two annual average, respectively. Wheat root, stem, leaf and spike biomass and aboveground nitrogen accumulation (ANA) increased with the N application rates increasing, while nitrogen recovery efficiency (NRE) declined, and their differences among the four treatments were significant. (2) Over the periods of studies, soil NH4+-N concentration, NO3--N concentration, soil sacharase and urease activities (0-20 cm excluded) of both rhizosphere and bulk soil in 0-20 cm and 20-40 cm depths showed a decreasing trend. The average NH4+-N and NO3--N concentration of four fertilizer treatments in rhizosphere soil was significantly lower than that in bulk soil. In comparison with bulk soil in 0-20 cm depth, rhizosphere soil NH4+-N concentration of four treatments in the two years reduced by 29%, and by 22% for NO3--N concentration; and rhizosphere soil NH4+-N concentration reduced by 34% and by 14% for NO3--N concentration in 20-40 cm depth. Rhizosphere soil sacharase activities in 0-20 cm depth increased by 29% than that of bulk soil, and by 15% for urease activities; while increased by 33% for sacharase activities and by 13% for urease activities in 20-40 cm. (3) Pearson correlation analysis showed that soil inorganic-N (NH4+-N + NO3--N), urease, and saccharase (2016 year GNA excluded) in rhizosphere soil and bulk soil were all significantly and positively correlated with wheat grain yield and GNA. 【Conclusion】All of these results indicated that wheat rhizosphere soil available N concentration was less than the bulk soil after anthesis stage, while rhizosphere soil enzyme activity was higher than the bulk soil. Grain yield and GNA were all significantly and positively correlated with rhizosphere and bulk soil. The variations of rhizosphere and bulk soil characteristics could affect wheat grain yield.

wheat yield; nitrogen fertilizer; rhizosphere soil; NH4+-N, NO3--N; enzyme

2017-02-07；接受日期：2017-04-28

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503117）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-02-19）、河南省教育廳項目（13A210491）

安婷婷，E-mail：tingtingan2014@163.com。通信作者張學(xué)林，Tel：13643867669；E-mail：xuelinzhang1998@163.com