秸稈還田配施氮肥對(duì)冬春季稻蝦田水質(zhì)、土壤養(yǎng)分及酶活性的影響*

李 威，成永旭，孫 穎，劉小飛，劉明明，陳煥根，李嘉堯**

(1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心/上海海洋大學(xué)上海水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心/上海海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201306；2.江蘇省漁業(yè)技術(shù)推廣中心 南京 210036 )

稻蝦綜合種養(yǎng)模式屬于一種稻田種養(yǎng)結(jié)合的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，即在稻田中養(yǎng)殖克氏原螯蝦(小龍蝦，Procambarus clakii)，近年來(lái)發(fā)展迅速，獲得較好的效益。目前，對(duì)于該模式的研究主要集中于小龍蝦的養(yǎng)殖技術(shù)[1]、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[2]以及該模式下土壤微生物群落組成的變化[3]，但對(duì)稻蝦種養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的秸稈循環(huán)利用對(duì)土壤理化性質(zhì)及酶活性方面鮮有報(bào)道。根據(jù)中國(guó)小龍蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告[4]，2018年稻蝦種養(yǎng)模式養(yǎng)殖面積為84 萬(wàn)hm2，因此產(chǎn)生的秸稈資源非常豐富。秸稈還田作為改善土壤環(huán)境和提高土壤肥力的一種重要方式已經(jīng)被廣泛認(rèn)可[5-6]。已有研究表明，在單獨(dú)種植農(nóng)作物的土壤實(shí)施秸稈還田可以顯著提高土壤全氮、全鉀含量，增加腐殖質(zhì)含量，提高土壤肥力[7]；與秸稈不還田處理相比，秸稈還田可以增加土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶的活性[8]。土壤酶作為土壤組分中最活躍的有機(jī)組分之一，與營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)移、有機(jī)質(zhì)的礦化分解、能量轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)[9]。脲酶是一種專(zhuān)一的水解酶，可以把尿素分解為銨態(tài)氮，利于土壤有機(jī)態(tài)氮向有效態(tài)氮轉(zhuǎn)化，被植物吸收利用[10]。土壤多酚氧化酶參與土壤中芳香族化合物的轉(zhuǎn)化，在腐殖化過(guò)程起著重要作用，可以修復(fù)土壤環(huán)境[11]。

但是禾本科植物秸稈的C/N 一般較高，土壤微生物自身的C/N 比較低，因此單獨(dú)還田會(huì)造成微生物與作物爭(zhēng)奪土壤無(wú)機(jī)氮的現(xiàn)象，由于秸稈自身的組成成分不易改變，可以通過(guò)添加一定的氮素促進(jìn)秸稈的分解，提高土壤無(wú)機(jī)氮含量[12]。因此秸稈還田配施氮肥不僅可以減少秸稈分解過(guò)程中微生物對(duì)氮素的固持[13]，更能增加土壤速效養(yǎng)分和微生物量碳、氮[14]。在中國(guó)，氮肥的使用量通常大于作物的需求，例如在中國(guó)東部和東南部以及華北平原的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，氮肥的年施用量為550～600 kg·hm-2，幾乎是最高糧食產(chǎn)量和氮素吸收所需最低施用量(約180 kg·hm-2)的3 倍[15-16]，大部分氮素通過(guò)滲漏淋溶被損失掉。雖然研究表明秸稈還田時(shí)要配施一定的氮肥，但是秸稈中氮素資源豐富，實(shí)行秸稈還田可以減少氮肥施用量，部分解決過(guò)量施用氮肥引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題[17]。同時(shí)有研究表明，秸稈還田下配施適量的氮肥可以提高水稻對(duì)氮肥的利用率，減少氮肥的損失[18]。

由于稻蝦種養(yǎng)模式周年長(zhǎng)期淹水，秸稈泡田處理和盲目施用化肥不僅造成田面水污染、污染土壤環(huán)境，而且增加養(yǎng)殖成本，目前已成為該模式的主要生態(tài)問(wèn)題[19-20]。因此充分利用秸稈資源，改變氮肥的施用量，是稻蝦種養(yǎng)模式穩(wěn)定長(zhǎng)期發(fā)展的關(guān)鍵措施之一。本試驗(yàn)以秸稈還田配施氮肥調(diào)整C/N 為切入點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)秸稈還田輸入的C/N 對(duì)稻蝦冬春季養(yǎng)殖水體、土壤養(yǎng)分以及土壤酶活性的影響，旨在為稻蝦種養(yǎng)冬春季合理秸稈還田提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在上海海洋大學(xué)崇明基地(31°34′N(xiāo)，121°33′E)進(jìn)行，地處上海市崇明區(qū)豎新鎮(zhèn)。試驗(yàn)地屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫和濕潤(rùn)，年均日照數(shù)2 094.2 h，年平均氣溫15.2℃，無(wú)霜期229 d，雨水充沛，年平均降雨量1 025 mm，試驗(yàn)期間試驗(yàn)地氣溫、水溫和降雨情況如圖1所示。

供試土壤為砂壤土，試驗(yàn)開(kāi)始前0～20 cm 土層土壤總氮 0.62 g·kg-1，總磷 0.33 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)5.58 g·kg-1，速效磷4.31 mg·kg-1，速效鉀18.11 mg·kg-1，銨態(tài)氮4.43 mg·kg-1，硝態(tài)氮3.10 mg·kg-1，pH 6.7。供試水稻品種為‘南粳46’。試驗(yàn)所用氮肥均為尿素(N，46.4%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017—2018年稻蝦種養(yǎng)冬春季進(jìn)行，采取田間小區(qū)試驗(yàn)，小區(qū)面積125 m2(12.5 m×10 m)，小區(qū)四周用水泥砌圍，之間隔著1 m 寬的土埂。按小區(qū)面積的10%在四周開(kāi)“回”字溝，環(huán)溝深度為0.6 m，上寬0.5 m，下寬0.3 m。共設(shè)置5 種處理：秸稈不還田不施氮肥(CK)、單施氮肥(N1)、秸稈還田不施氮肥(S，碳氮比為35)、秸稈還田配施氮肥(SN1，碳氮比為25)、秸稈還田配施氮肥(SN2，碳氮比為15)。水稻于2017年 11月 9日收割完畢，秸稈還田量為1 500 kg·hm-2，秸稈經(jīng)自然風(fēng)干后，粉碎成3～5 cm 的段狀，于2017年12月20日鋪蓋于土壤表面，氮肥均勻潑灑在水稻種植平臺(tái)上，各處理統(tǒng)一淺耕15 cm，加水保持水位在平臺(tái)以上30 cm，試驗(yàn)塘水位明顯下降時(shí)，加水至統(tǒng)一水位線(xiàn)，冬季水位線(xiàn)在平臺(tái)以上30 cm，春季水位線(xiàn)在平臺(tái)以上40 cm。每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，不同處理小區(qū)隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)均有獨(dú)立的進(jìn)排水口，保證不同處理的水環(huán)境相互獨(dú)立。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)環(huán)溝內(nèi)由秋季保留下的喜旱蓮子草(Alternanthera philoxeroides)面積占環(huán)溝總面積的30%左右，待春季生長(zhǎng)速度加快時(shí)及時(shí)打撈控制面積。2018年3月20日，除對(duì)照處理外每個(gè)試驗(yàn)塘放養(yǎng)5 kg 平均規(guī)格為(5±2) g 的幼蝦。試驗(yàn)期間，每天傍晚17：00 按小龍蝦體重的5%投喂商業(yè)配合飼料(浙江澳華飼料有限公司)，根據(jù)天氣狀況和小龍蝦體重變化靈活改變投喂量。飼料主要營(yíng)養(yǎng)成分為：粗蛋白(干重)28.60%、小麥粉28.3%、菜粕27.5%、花生粕8%、豆粕8%、棉粕6%、總脂(干重)4.34%、魚(yú)粉4%，試驗(yàn)結(jié)束后收獲成蝦。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 各試驗(yàn)處理的秸稈和氮肥施用量及C/NTable1 Application rates of rice straw and urea，and C/N ratios of the experimental treatments

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 樣品采集

在2017年12月14日、2018年1月21日、2月25日、3月30日、4月16日、5月20日采集土壤和水質(zhì)樣品。每個(gè)小區(qū)按“五點(diǎn)法”采集土壤表層土(0～20 cm)，裝入自封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室剔除可見(jiàn)的動(dòng)、植物殘?bào)w和石塊等雜質(zhì)，自然陰干后過(guò)0.425 mm 篩網(wǎng)。一部分用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)，一部分用于測(cè)定土壤酶活性。用環(huán)刀采集土壤，放入烘箱中，在100℃下烘干至恒重，利用土壤干重和濕重的差值計(jì)算容重。在環(huán)溝四周每條邊的中心點(diǎn)采集水質(zhì)樣品，每個(gè)點(diǎn)用采水器采集距離水面30 cm 水體500 mL；一部分水樣用于測(cè)定水體總氮(TN)、總磷(TP)濃度，一部分水樣經(jīng)0.22 μm 微孔濾膜過(guò)濾后用于測(cè)定銨態(tài)氮( NH+4-N )、亞硝態(tài)氮NO-2-N)濃度。

1.3.2 測(cè)定方法

水體TN 采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，水體TP 采用過(guò)硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測(cè)定，NH+4-N、NO-2-N采用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀(CleverChem380，德國(guó))測(cè)定。水體pH、水溫、溶解氧(DO)采用哈希多參數(shù)水質(zhì)測(cè)量?jī)x(HQ40d，美國(guó))測(cè)定。試驗(yàn)中所用試劑、藥品均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

土壤pH 采用電位測(cè)定法(土水比為1∶2.5)測(cè)定，土壤TN 采用半自動(dòng)凱氏定氮蒸餾法測(cè)定，土壤速效鉀采用火焰光度法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、TP、速效磷、脲酶、酸性蛋白酶、纖維素酶、多酚氧化酶采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定。其中有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法、銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法、硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法、土壤TP 和速效磷采用鉬銻抗比色法、脲酶采用靛酚藍(lán)比色法、酸性蛋白酶采用茚三酮比色法、纖維素酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法、多酚氧化酶采用鄰苯三酚比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。采用Microsoft Excel 2016 軟件處理數(shù)據(jù)和做圖，用SPSS 22.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)、Person 相關(guān)性分析，利用Duncan 法進(jìn)行組間差異性分析，差異顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)養(yǎng)殖水體TN、TP、NH +4-N 動(dòng)態(tài)變化的影響

在整個(gè)試驗(yàn)期間，養(yǎng)殖水體的pH 為7.45～8.64，溫度為4.90～28.7℃，溶氧為2.37～16.95 mg·L-1。各處理組 NO-2-N濃度很低，小于0.005 mg·L-1，對(duì)小龍蝦生長(zhǎng)無(wú)影響，可忽略不計(jì)。水體的TN、TP、NH+4-N 的變化情況如圖2所示。試驗(yàn)期間，除4月份 SN1 處理 NH+4-N 濃度較高外，其他采樣時(shí)期SN1、SN2 處理 NH+4-N 濃度均低于N1、S 處理。CK 組水體 NH+4-N 濃度變化幅度不大且保持較低水平，不同處理 6 次采樣的 NH+4-N 濃度平均值大小為S＞N1＞SN1＞SN2＞CK。S、SN1、SN2 處理水體TN濃度在4、5月份采樣中隨著還田C/N 降低呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，S、SN1 在3月份以后開(kāi)始快速上升，在最后一次采樣中達(dá)最大值。由圖2C 可以看出，水體TP 濃度在剛還田后驟然降低然后緩速升高，在3月份以后各處理快速升高，在最后兩次采樣中，CK 組水體TP 濃度低于其他處理組。

圖2 秸稈還田期間不同C/N 比處理下的稻蝦田水體NH +4-N(A)、總氮(B)和總磷(C)濃度Fig.2 Concentrations of NH +4-N (A)，total nitrogen (TN，B) and total phosphorus (TP，C) in water of rice-crayfish fields under different treatments during the straw returning period

2.2 秸稈還田配施氮肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤速效磷的影響表現(xiàn)為SN1＞SN2＞S＞CK＞N1，SNI 處理的土壤速效磷含量顯著高于其他處理，而N1 處理顯著低于其他處理，表明適宜的秸稈還田C/N 可以顯著增加土壤速效磷含量(圖3A)。

由圖3B 可以看出，不同秸稈還田處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響差異顯著，各處理均高于CK 處理。伴隨著秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 的降低，有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，SN2 處理顯著高于S、SN1 處理組。與還田前土壤有機(jī)質(zhì)含量相比較，除CK 處理外，其他處理都提高了有機(jī)質(zhì)的含量，其中SN2 處理增加了56.1%。

不同秸稈還田處理還會(huì)影響土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。S、SN1、SN2 處理土壤硝態(tài)氮含量均高于N1 處理，且3 個(gè)處理C/N 越低土壤硝態(tài)氮含量越高，其中SN2 處理組顯著高于S、SN1 處理，較還田前增加240%，但與CK 處理無(wú)顯著差異(圖3C)。而S、SN1、SN2 處理土壤銨態(tài)氮含量雖然顯著高于N1 處理，但是隨還田C/N 降低而降低，S、SN1、SN2 處理間無(wú)顯著差異(圖3D)。不同秸稈還田處理土壤無(wú)機(jī)氮含量隨C/N 降低而升高，SN2 處理組土壤無(wú)機(jī)氮含量最高，與CK 無(wú)顯著差異，各處理組均顯著高于N1(圖3E)。

2.3 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤容重動(dòng)態(tài)變化的影響

秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤容重的影響如圖4所示。整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，隨著還田時(shí)間的延長(zhǎng)，SN2 處理土壤容重一直在下降，其他幾種處理呈現(xiàn)先下降后上升再下降的規(guī)律性變化。CK 處理在各采樣期內(nèi)均高于其他4 種處理，N1 處理在2月25日之后呈現(xiàn)緩慢升高的趨勢(shì)。秸稈還田的3 個(gè)處理中，S、SN1 處理的土壤容重均高于SN2 處理。這5 種處理在各個(gè)時(shí)期相較于還田前，土壤容重都處于下降狀態(tài)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，稻蝦田進(jìn)行秸稈還田可以降低土壤容重。

2.4 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤酶活性動(dòng)態(tài)變化的影響

秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤脲酶活性的影響如表2所示。N1 處理在采樣前期表現(xiàn)出較高的脲酶活性，但是在4、5月份脲酶活性急劇下降顯著低于其他處理。在試驗(yàn)期間，S 處理組土壤脲酶活性一直高于CK 處理，表明秸稈單獨(dú)還田可以提高土壤脲酶活性?？傮w來(lái)看，秸稈還田配施氮肥處理提高了2月份、3月份、4月份采樣時(shí)的土壤脲酶活性，其中以SN2 處理組效果最好。

在整個(gè)還田試驗(yàn)期間，SN1 處理土壤酸性蛋白酶活性波動(dòng)較小，其他各處理3、4月份酶活性較高(表2)。3月份之前秸稈還田配施氮肥處理土壤酸性蛋白酶活性高于秸稈不還田處理，3月份SN2 處理顯著高于其他處理，3月份以后S、SN1 處理均低于對(duì)照處理。S、SN1 和SN2 處理相比，除2月份采樣外，其余采樣時(shí)期SN2 處理均高于其他兩個(gè)處理組，并且在3—5月份采樣中顯著高于S、SN1 處理。

圖3 秸稈還田配施氮肥調(diào)整C/N 對(duì)稻蝦田土壤養(yǎng)分的影響Fig.3 Effects of straw returning with different C/N ratios on soil nutrients contents of rice-crayfish fields

圖4 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)稻蝦田土壤容重的影響Fig.4 Effects of straw returning with different C/N ratios on soil bulk density of rice-crayfish fields

不同處理土壤纖維素酶活性表現(xiàn)為，N1 處理在1月份纖維素酶活性達(dá)最大值，之后酶活性開(kāi)始降低(表2)。秸稈還田的3 個(gè)處理(S、SN1、SN2)，前期隨著C/N 的降低，土壤纖維素酶活性呈升高的趨勢(shì)，在4月份以后SN1 處理低于S、SN2 處理。SN1、SN2 處理纖維素酶活性在4月份之前均高于CK 處理，其中在3月份的采樣中SN1、SN2 處理較CK 處理分別提高55.15%、11.32%，4月份之后CK、SN1、SN2 處理纖維素酶活性大小為SN2＞CK＞SN1。綜合各采樣時(shí)期的纖維素酶活性來(lái)看，SN2 處理酶活性的平均值略高于其他處理。

不同處理土壤多酚氧化酶活性，在試驗(yàn)期內(nèi)表現(xiàn)出了相同的變化規(guī)律(表2)：先升高后降低再升高。N1、SN1、SN2、CK 處理在2月份酶活性達(dá)到峰值，并且SN2 顯著高于其他處理。在S、SN1、SN2處理中，除去4月份的采樣中SN2 處理酶活性低于SN1 處理，在其他時(shí)期內(nèi)，隨著不同秸稈配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 值的降低，多酚氧化酶活性呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，并且SN2 處理顯著高于其他處理。在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，N1 處理一直保持較高的酶活性，僅次于SN2處理，表明N1 處理和SN2 處理能提高土壤多酚氧化酶活性。

3 討論

3.1 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)養(yǎng)殖水體的影響

本試驗(yàn)水體TN 濃度在12月份至3月份變化趨勢(shì)不明顯，也有文獻(xiàn)表明在秸稈還田過(guò)程中水體銨態(tài)氮和總氮含量在8～10 d 之后趨于穩(wěn)定[21]。鐘君偉等[22]通過(guò)對(duì)克氏原螯蝦進(jìn)行急性攻毒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，克氏原螯蝦對(duì)于 NH+4-N 的安全耐受質(zhì)量濃度為37.89 mg·L-1，在本試驗(yàn)各處理組中 NH+4-N 最高濃度為0.89 mg·L-1，遠(yuǎn)低于安全質(zhì)量濃度。水體TN 濃度在3月份以后高于1 mg·L-1的國(guó)家Ⅲ類(lèi)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(主要適用于飲用水源地Ⅱ級(jí)保護(hù)區(qū)、魚(yú)蝦越冬場(chǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域等)，但是隨著還田C/N的降低水體TN 濃度隨之降低。水體TP 濃度在4月份以后高于0.2 mg·L-1的國(guó)家Ⅲ類(lèi)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是各處理之間差異不顯著，表明隨著秸稈還田C/N 的降低沒(méi)有加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。由相關(guān)性分析可知水溫與TN、TP 呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.981(P＜0.01)和0.967(P＜0.01)，表明由于天氣轉(zhuǎn)暖，水溫升高，秸稈腐解速度加快，秸稈中N、P元素釋放到水體中造成TN、TP 濃度升高。

表2 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤酶活性的影響Table2 Effects of straw returning with different C/N ratios on soil enzymes activities of rice-crayfish fields

N1 處理相較于秸稈配施氮肥處理，保持較高的水體 NH+4-N 濃度，這是由于水稻秸稈的C/N 值較大，腐解過(guò)程中，微生物為了滿(mǎn)足自身生長(zhǎng)的需求，需要不斷從外界環(huán)境中補(bǔ)充氮源，所以固持了部分氮源[23]，因?yàn)榻斩捠┤胪寥篮?，其降解速度?huì)受到自身化學(xué)組成成分的影響，一般認(rèn)為C/N 為25 是決定秸稈施入土壤后對(duì)土壤氮素固持與否的關(guān)鍵拐點(diǎn)[24]，由于水稻秸稈碳氮比高于25，因此施入土壤后必然導(dǎo)致土壤微生物對(duì)氮素的固持，因此需要補(bǔ)施氮肥來(lái)緩解對(duì)氮素的固持作用，滿(mǎn)足秸稈降解和微生物生長(zhǎng)繁殖對(duì)氮素的需求。并且在秸稈還田配施氮肥對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮含量的影響中，可以得出S、SN1、SN2處理組無(wú)機(jī)氮含量高于N1 處理組；盡管秸稈在腐解過(guò)程中會(huì)釋放出一些氮素，但是很快被土壤微生物固持，只有很少一部分釋放到水體中；同時(shí)隨著秸稈還田配施氮肥調(diào)整C/N 的減小，水體 NH+4-N 濃度呈減小的趨勢(shì)，表明秸稈還田配施氮肥較單施氮肥能夠有效降低氮素向水體的釋放，從而有利于降低稻田氮素向外界流失的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

本研究結(jié)果表明，秸稈還田可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，并且SN2 處理較秸稈還田前增加56.1%，與S、SN1 處理差異顯著，有相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)秸稈還田配施化肥應(yīng)調(diào)整C/N≤20 為宜[25]。分析其原因，一方面與秸稈不還田處理相比，水稻秸稈作為一種有機(jī)肥能提升土壤中有機(jī)質(zhì)含量；小龍蝦攝食秸稈排泄糞便到土壤中也增加了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量[26]。另一方面合適的土壤C/N，能增強(qiáng)土壤微生物的繁殖，促進(jìn)秸稈的分解，使秸稈中營(yíng)養(yǎng)元素釋放到土壤中[27]。秸稈還田不僅增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，還可以顯著提高土壤磷含量(圖3A)，并且適宜的還田C/N 比秸稈單獨(dú)還田更能提高土壤磷含量[28]。究其原因可能是一方面秸稈的施入為土壤輸入了一定的磷素；另一方面是因?yàn)樵诮斩捀膺^(guò)程中，纖維素和半纖維素含量逐漸降低，比較難降解的木質(zhì)素含量相對(duì)在增加，進(jìn)而導(dǎo)致了水稻秸稈呈現(xiàn)出疏松多孔的結(jié)構(gòu)，易于吸附秸稈中釋放的磷元素[29]。

在本試驗(yàn)中，不同處理對(duì)于土壤無(wú)機(jī)氮含量的影響表明，在稻蝦田中氮素主要以 NH+4-N 的形式存在。與CK 處理相比，S、SN1 處理均顯著降低了土壤硝態(tài)氮含量。原因是由于稻田養(yǎng)殖小龍蝦期間一直保持長(zhǎng)期淹水的狀態(tài)，小龍蝦筑穴等生物擾動(dòng)行為改善了稻田土壤的通透性，增加了土壤的孔隙度，同時(shí)本試驗(yàn)結(jié)果表明秸稈還田也降低了土壤容重，有助于硝化作用的發(fā)生，促使土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，致使土壤硝態(tài)氮向外界釋放[3，30]。目前已有研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮是土壤氮素向外界釋放的主要形式，與硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮易被土壤膠體和土壤顆粒吸附，不易遭灌溉水淋洗而迅速滲漏[31-32]。綜合試驗(yàn)的情況來(lái)看，施用氮肥調(diào)節(jié)不同秸稈C/N 還田對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮含量影響不一致，C/N 越低土壤無(wú)機(jī)氮含量越高，這表明在秸稈還田時(shí)低C/N 有利于土壤氮素的供應(yīng)[12]，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖。

3.3 秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶作為最活躍的土壤有機(jī)組分之一，與營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)移、有機(jī)質(zhì)的礦化分解、環(huán)境質(zhì)量、能量轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)[9]。脲酶是一種專(zhuān)一的水解酶，可以把尿素分解為銨態(tài)氮，有利于土壤有機(jī)態(tài)氮向有效態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，利于植物吸收利用[10]。在本試驗(yàn)中，在還田前期N1 處理土壤脲酶表現(xiàn)出較高酶活性，在2月之后開(kāi)始下降，表明單施氮肥肥效不持久，在施入土壤前期很快被分解掉。前期脲酶活性高，尿素轉(zhuǎn)化快，短時(shí)間內(nèi) NH+4-N 濃度升高[33]，間接導(dǎo)致了N1 處理水體銨態(tài)氮濃度在前期高于其他處理。但是后期N1 處理脲酶活性降低，導(dǎo)致土壤中的氮素含量降低，這也是后期N1 處理下土壤無(wú)機(jī)氮含量低的原因之一。SN1 處理和N1 處理氮肥的施用量一致，但是SN1 處理土壤脲酶一直保持較高的酶活性，表明秸稈還田配施氮肥，可以使肥效更持久；SN2 處理比SN1 處理施用了更多的氮肥，但是2—4月SN2處理的脲酶活性顯著高于SN1 處理，表明秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 為15 更能提高土壤脲酶活性，提高氮素供應(yīng)水平。

土壤酸性蛋白酶是由微生物活體、動(dòng)植物殘?bào)w分解和動(dòng)植物根系分泌形成的，具有離體活性，參與土壤的氮素循環(huán)[34]。從土壤酸性蛋白酶活性動(dòng)態(tài)變化來(lái)看，N1、SN2 處理在3月份后酶活性達(dá)最高值，表明秸稈還田配施氮肥或者單施氮肥對(duì)土壤酸性蛋白酶活性的影響主要在還田中后期。但是SN1處理酸性蛋白酶活性在整個(gè)還田期間始終沒(méi)有大的波動(dòng)，原因可能是該處理秸稈C/N 對(duì)于土壤微生物生長(zhǎng)繁殖沒(méi)有抑制，也沒(méi)有很好的促進(jìn)作用，使整個(gè)土壤環(huán)境一直處于很平穩(wěn)的狀態(tài)。秸稈還田150 d后，與CK 處理相比，SN2 處理組土壤酸性蛋白酶活性顯著增高，而其他3 種處理低于CK 處理。原因可能是該處理降低了土壤容重、增加了其通透性，改善了土壤環(huán)境，有效地促進(jìn)秸稈腐解，加快了養(yǎng)分釋放，有利于土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖，使土壤酶活性得到一定程度的提高[35]。

一般認(rèn)為，土壤中氧化酶類(lèi)的活性與腐殖質(zhì)的合成有關(guān)，土壤中水解酶的活性與有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程有關(guān)[34]。整個(gè)試驗(yàn)期間內(nèi)各秸稈還田處理之間，雖然SN2 處理纖維素酶活性在大部分采樣時(shí)期較其他處理略高，但是整體纖維素酶活性差別不大。原因一方面可能是各處理的秸稈還田量較少且一致，有研究表明改變碳的輸入會(huì)對(duì)土壤纖維素酶造成顯著性的影響[36]；任萬(wàn)軍等[35]對(duì)秸稈還田對(duì)土壤酶活性的影響研究表明，在還田量為5～6 t·hm-2前提下，秸稈還田處理土壤纖維素酶活性比不還田處理高4.5%～29.9%。另一方面稻蝦養(yǎng)殖期間長(zhǎng)期淹水的環(huán)境抑制了土壤纖維素酶活性。

土壤多酚氧化酶參與土壤中芳香族化合物的轉(zhuǎn)化，與土壤中氨基酸、糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等物質(zhì)反應(yīng)生成有機(jī)質(zhì)和色素，在腐殖化過(guò)程起著重要作用，并可修復(fù)土壤環(huán)境[11]。在本試驗(yàn)中，S 處理土壤多酚氧化酶活性與CK差異不顯著，低于N1處理，表明單獨(dú)秸稈還田會(huì)抑制土壤中多酚氧化酶的活性[37]。但是，SN2 處理與其他幾種處理相比，除4月份以外，其他時(shí)期顯著提高了土壤多酚氧化酶活性。隨著秸稈還田C/N 的降低，土壤多酚氧化酶活性呈線(xiàn)性升高的趨勢(shì)。表明單獨(dú)秸稈還田會(huì)抑制土壤多酚氧化酶的活性，而秸稈還田配施氮肥調(diào)節(jié)C/N 為15 會(huì)顯著提高多酚氧化酶活性。

4 結(jié)論

1)本研究條件下，單施氮肥會(huì)使稻蝦田土壤酸性速效磷、無(wú)機(jī)氮含量降低；秸稈配施氮肥處理可以降低土壤容重，增加土壤酸性速效磷、有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮含量。稻蝦田中土壤無(wú)機(jī)氮素主要以 NH+4-N 形式存在，在秸稈還田C/N 為15 時(shí)無(wú)機(jī)氮含量最高。

2)土壤多酚氧化酶活性在秸稈還田C/N 為15 時(shí)最高，隨著秸稈還田C/N 的升高酶活性有降低的趨勢(shì)；單施氮肥可在短期內(nèi)增高土壤脲酶活性，秸稈配施氮肥可以保持較長(zhǎng)時(shí)間的土壤脲酶活性，在秸稈還田C/N 為15 時(shí)效果最好。