氮肥深施對免耕稻田土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)特性和胞外酶活性的影響

樊代佳，李成芳，2*，曹湊貴，2*

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070；2.長江大學(xué)/長江大學(xué)主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 荊州 434023）

水稻（Oryza sativaL.）是我國最重要的糧食作物之一，其種植面積占全國糧食作物總面積的26.7%[1]。免耕作為一種新型保護(hù)性耕作措施近年來被廣泛應(yīng)用于我國水稻生產(chǎn)[2-4]。農(nóng)民常通過表施氮肥提高作物產(chǎn)量。有研究表明，氮肥表施會造成氮素的大量損失[5-7]。與傳統(tǒng)氮肥表施相比，氮肥深施可以促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量。Ibrahim 等[8]發(fā)現(xiàn)氮肥深施10 cm通過增加作物根系體積促進(jìn)作物對營養(yǎng)元素的吸收，最終提高作物產(chǎn)量。還有研究表明，氮肥深施可以提高氮肥利用率，減少氮素?fù)p失。Rychel 等[9]研究指出，氮肥深施20 cm 顯著提高作物的含氮量并降低土壤氧化亞氮排放量。Wu 等[10]研究也發(fā)現(xiàn)，氮肥深施通過促進(jìn)作物對氮肥的吸收提高氮素利用率。因此，近年來氮肥深施在我國免耕稻田生產(chǎn)中得到了大面積推廣[11]。

土壤有機(jī)質(zhì)是植物養(yǎng)分的主要來源，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)[12]。研究已表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量與作物產(chǎn)量顯著正相關(guān)[12-13]。耕作和施肥等農(nóng)業(yè)措施影響著土壤有機(jī)質(zhì)的含量和質(zhì)量。有研究發(fā)現(xiàn)，保護(hù)性耕作較傳統(tǒng)翻耕提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，促進(jìn)了有機(jī)碳的固定[14-16]。同時，研究表明，施肥措施顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)的含量及性質(zhì)[17-18]。氮肥深施作為一種高效的氮肥施用方式顯著影響著土壤有機(jī)質(zhì)。Zhang 等[19]研究指出，氮肥深施可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量；Liu 等[20]發(fā)現(xiàn)氮肥深施可以降低土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率。在眾多土壤理化特性中，有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成和性質(zhì)對土壤肥力和養(yǎng)分循環(huán)起決定性作用[21-22]，因此不同施肥措施對土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)特性的影響一度成為研究熱點(diǎn)。如史吉平等[23]發(fā)現(xiàn)長期施用有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)肥配施會改變土壤腐植酸中各化學(xué)官能團(tuán)的組成和含量，F(xiàn)rancioso 等[24]的研究結(jié)果表明施用糞肥會顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)中脂肪族和芳香族化合物的含量。然而，當(dāng)前有關(guān)氮肥深施對土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成與性質(zhì)影響的研究寥寥無幾。因此，探討氮肥深施對免耕稻田土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)特性的影響，對于明確氮肥深施調(diào)控土壤肥力和生產(chǎn)力的機(jī)制以及對其作出相應(yīng)的改善對策具有重要意義。

土壤有機(jī)質(zhì)按化學(xué)組成可分為腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)兩大類。腐殖質(zhì)由新鮮有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化形成，屬于較穩(wěn)定的惰性有機(jī)質(zhì)，主要由胡敏素（Humin，HM）、胡敏酸（Humic acid，HA）和富里酸（Fulvic acid，F(xiàn)A）組成[25]。腐殖質(zhì)含有羥基、羧基、羰基、甲氧基等多種官能團(tuán)，這些官能團(tuán)的含量和占比共同決定腐殖質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性和作用[26]，也是影響土壤肥力的重要因素[27-28]。HA 是腐殖質(zhì)中最活躍的成分，在一定程度上表征腐殖質(zhì)的芳香性、化學(xué)穩(wěn)定性和有效性，其含量越高，表明腐殖質(zhì)的活性越高，品質(zhì)越好[29]。因此，研究HA含量、化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化可以揭示腐殖質(zhì)以及土壤肥力的變化情況。非腐殖質(zhì)包含小分子有機(jī)化合物、可溶性有機(jī)碳（DOC）和微生物量碳（MBC）等，屬于易分解的活性有機(jī)質(zhì)，對植物養(yǎng)分的供應(yīng)有最直接的作用[30-31]。相對密度低于2 g·cm-3、主要源于未分解及半分解植物殘體和部分微生物體的輕組有機(jī)質(zhì)（Light fraction organic matter，LFOM）占活性有機(jī)質(zhì)總含量的76%～96%[32]，因此通過測定LFOM 的含量與化學(xué)組成可以反映土壤活性有機(jī)質(zhì)及土壤肥力的情況。

本試驗(yàn)旨在通過比較傳統(tǒng)表施和氮肥深施之間的差異，明確氮肥深施措施對免耕稻田土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成和性質(zhì)的影響機(jī)制。本研究假設(shè)，與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施通過調(diào)控作物生長和土壤微生物活性改變土壤惰性和活性有機(jī)質(zhì)的含量與化學(xué)特性，改變免耕稻田土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量和有效性，最終影響土壤肥力和生產(chǎn)力。為了驗(yàn)證該假設(shè)，本試驗(yàn)采用13C 核磁共振（Nuclear magnetic resonance，NMR）和熱裂解氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法（Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry，Py-GC/MS）研究土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)特性，通過β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，BG）、β-N-乙酰氨基葡糖苷酶（β-N-acetylglucosaminidase，NAG）、L-亮氨酸氨基肽酶（L-leucine aminopeptidase，LLA）、酚氧化酶（Phenol oxidase，PHO）和過氧化物酶（Peroxidase，PEO）5 種酶的活性來反映土壤酶活性、能提，通過冗余分析（Redundancy analysis，RDA）研究土壤有機(jī)質(zhì)各組分化學(xué)特性與土壤酶活之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地情況

在湖北省武穴市花橋鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范中心試驗(yàn)基地（30°00′48″N，115°47′16″E，海拔19 m）開展大田試驗(yàn)。該地區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.8 ℃，年平均降雨量1 361 mm，年平均日照時長約260 d，土壤為潛育土（FAO 土壤分類）。從2011 年6 月起直至本試驗(yàn)開展期間，該試驗(yàn)田一直進(jìn)行水稻（黃華占）-油菜（華雙3 號，Brassica napusL.）免耕復(fù)種。試驗(yàn)田本底土（0～20 cm）理化性質(zhì)如下：pH 5.36，總有機(jī)碳含量 20.92 g·kg-1，總氮含量 2.06 g·kg-1，銨態(tài)氮含量 8.48 mg·kg-1，硝態(tài)氮含量 0.59 mg·kg-1，總磷含量2.36 g·kg-1，總鉀含量 3.77 g·kg-1，土壤容重1.08 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與大田管理

試驗(yàn)處理包括不施肥（CK）、氮肥傳統(tǒng)表施（SB）、以及氮肥深施5 cm（5D）、10 cm（10D）和20 cm（20D），采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)。小區(qū)面積36 m2（長8.0 m，寬4.5 m），每小區(qū)設(shè)兩個廂（長7.4 m，寬1.8 m）。為方便灌溉和排水，在廂和小區(qū)四周挖掘溝渠（寬0.3 m，深0.25 m）。為防止水肥串流，小區(qū)之間用田?。▽?.4 m，高0.4 m，覆蓋塑料薄膜）和保護(hù)行（寬1 m）隔開。試驗(yàn)田總面積1 207.5 m（2長35 m，寬34.5 m），四周設(shè)置圍溝和保護(hù)行，以方便田間管理。

水稻在每年6 月進(jìn)行人工拋秧（1.8×105穴·hm-2），10 月收獲。水稻生育期施肥總量為180 kg N·hm-2、90 kg P2O5·hm-2和180 kg K2O·hm-2，選用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=15%∶15%∶15%）、尿素（含氮量46%）以及氯化鉀（K2O 含量60%）作為肥料。全部磷肥作為基肥一次性施用；鉀肥一半基施，一半在拔節(jié)期追施；氮肥分別在秧苗期、分蘗期、拔節(jié)期和孕穗期施用總量的50%、20%、12%和18%，其中基肥為復(fù)合肥，追肥為尿素。為了盡量減少肥料施用對土壤的物理擾動，本試驗(yàn)采用SB-13B3 型半自動深施施肥器（臺州市農(nóng)樂塑料有限公司，中國）進(jìn)行肥料深施，施肥點(diǎn)位于水稻之間，施肥點(diǎn)間距約20 cm。每年6 月上旬在稻田淹水前噴灑30%丙草胺乳油除草，其他時期進(jìn)行人工除草。水稻生育期內(nèi)采取間歇灌溉，維持田間水面在4～8 cm的深度。油菜分別在每年10月和來年5 月進(jìn)行直播和收獲，同樣采用免耕栽培。油菜生育期總施肥量為180 kg N·hm-2、90 kg P2O5·hm-2和150 kg K2O·hm-2，所用肥料類型與水稻一致。在油菜苗期氮肥總量的一半進(jìn)行深施，其余氮肥則在抽薹期和開花期進(jìn)行表施。水稻和油菜季秸稈全部粉碎后覆蓋還田。

1.3 土壤采集與測定

在每年的水稻收獲期采集土壤樣本。每個小區(qū)隨機(jī)選取5 個采樣點(diǎn)，用內(nèi)徑7 cm 的取土器采集0～20 cm 深的土樣，將來自同一小區(qū)的土樣裝入密封袋內(nèi)形成混合樣本并立刻運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。挑出土樣中的石頭和動植物殘體后將其輕輕捏碎并充分混勻，分成兩個子樣本，一個子樣本保存在-20 ℃下用于有機(jī)質(zhì)化學(xué)特性的測定，另一個子樣本冷藏于-80 ℃下用于土壤酶活的測定。

土壤有機(jī)質(zhì)各組分的有機(jī)碳含量通過重鉻酸鉀外加熱法測定[33]。用氫氧化鈉（NaOH）-焦磷酸鈉（Na4P2O7）提取法分離和提取土壤腐殖質(zhì)中的HA、FA和HM[34]。利用固體交叉極化/魔角旋轉(zhuǎn)（CP/MAS）13CNMR 光譜法對HA 的主要化學(xué)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行測定。通過浮選法從土壤中分離提取LFOM[35-36]。參考Saiya-Cork 等[37]的方法對土壤中5 種胞外酶（BG、NAG、LLA、PHO和PEO）的活性進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn)后，在SPSS 22.0 中進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），對處理影響顯著的數(shù)據(jù)進(jìn)行Turkey HSD 檢驗(yàn)以兩兩比較不同處理間的影響差異。用OriginPro（2017 版）進(jìn)行繪圖，用Canoco（5.0 版）進(jìn)行RDA 分析。所有統(tǒng)計(jì)分析的顯著性水平都為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐殖質(zhì)各組分的有機(jī)碳含量

氮肥施用措施顯著影響腐殖質(zhì)中HA 和FA 的有機(jī)碳含量以及二者的比例HA/FA（表1）。與SB相比，氮肥深施下HA 的有機(jī)碳含量顯著高10.4%～30.7%（P＜0.05）；在氮肥深施處理中，與5D和20D相比，10D下HA 的有機(jī)碳含量顯著提高10.7%～18.3%（P＜0.05）。此外，SB、5D、10D 和20D 下FA 的有機(jī)碳含量之間都沒有顯著差異。與SB 相比，10D 下的HA/FA顯著高22.8%～32.5%（P＜0.05）；氮肥深施處理中，10D下的 HA/FA 比 5D 和 20D 顯著高 12.7%～21.0%（P＜0.05）。氮肥施用措施對HM 的有機(jī)碳含量沒有顯著影響。

2.2 LFOM的有機(jī)碳含量

氮肥施用措施對LFOM 的有機(jī)碳含量有顯著影響（圖1）。與SB 相比，氮肥深施處理下LFOM 的有機(jī)碳含量顯著提高1.7%～53.5%（P＜0.05）；在氮肥深施處理中，與 5D 和 20D 相比，10D 下的 LFOM 有機(jī)碳含量顯著升高2.5%～16.5%（P＜0.05）。

2.3 HA的化學(xué)組成與性質(zhì)

氮肥施用措施對HA 的化學(xué)特性有影響（表2）。與SB相比，氮肥深施下烷基碳和羰基碳的含量、二者的比例以及HA 的疏水性分別提高3.9%～23.3%、16.7%～225.0%、5.9%～43.7%和1.0%～11.1%，烷氧碳、芳香碳和芳香氧碳的含量以及HA 的芳香性則分別降 低 0.9%～15.2%、1.8%～25.0%、2.3%～27.8% 和4.3%～21.7%；此外，與SB 相比，5D 和10D 下羧基碳的含量高2.0%～5.9%，20D 下羧基碳的含量則低1.1%～2.0%。氮肥深施處理中，與 5D 和 20D 相比，10D 下烷基碳、羧基碳、羰基碳、烷基/烷氧以及HA的疏水性分別 高 12.1%～17.6%、0.2%～7.0%、32.7%～178.6%、23.8%～35.4%和6.4%～10.0%，而烷氧碳、芳香碳和芳香氧碳的含量以及HA的芳香性分別低9.5%～13.4%、4.7%～18.1%、17.0%～24.0%和10.0%～18.2%。

表1 2015和2016年水稻收獲期免耕稻田在不同施肥處理下土壤腐殖質(zhì)中各組分有機(jī)碳的含量Table 1 Organic carbon contents in different humic substances under different treatments in no-tillage paddy fields at harvest stages in 2015 and 2016

2.4 LFOM的化學(xué)組成

LFOM 中多糖類化合物的相對含量最高，木質(zhì)素次之，其次是含氮化合物，脂質(zhì)的相對含量則最低（表3）。氮肥施用措施對LFOM 的化學(xué)組成有顯著影響。與SB相比，氮肥深施下多糖和脂質(zhì)的含量分別顯著增加 9.0%～24.1%（P＜0.05）和 43.2%～68.2%（P＜0.05），10D 下含氮化合物的含量則顯著減少31.1%～32.9%（P＜0.05）。在氮肥深施處理中，與5D和20D相比，10D下多糖的含量顯著提高7.9%～12.4%（P＜0.05），含氮化合物的含量則顯著降低31.5%～34.0%（P＜0.05）。此外，氮肥施用措施對木質(zhì)素的含量沒有顯著影響。

2.5 土壤胞外酶活性

氮肥施用措施對土壤中各胞外酶的活性都有顯著影響（表4）。與SB 相比，氮肥深施下BG 和NAG 的活性分別顯著降低22.2%～48.8%（P＜0.05）和32.6%～40.4%（P＜0.05），10D 下LLA 和PHO 的活性則分別顯著提高 37.1%～38.5%（P＜0.05）和 11.1%～16.0%（P＜0.05）。氮肥深施處理中，10D 下 BG 的活性在 2015 年比5D和20D顯著降低29.3%～30.3%（P＜0.05），在2016年只比20D顯著降低31.8%（P＜0.05）；10D下LLA的活性則比5D和20D顯著提高25.5%～36.2%（P＜0.05）；此外，10D 下 PHO 的活性在 2015 年比 5D 和 20D 顯著提高9.5%～13.1%（P＜0.05），在2016 年則只比20D 顯著提高11.4%（P＜0.05）。氮肥施用措施對PEO 的活性沒有顯著影響。

表2 2015和2016年水稻收獲期免耕稻田在不同氮肥施用措施下HA中各化學(xué)官能團(tuán)的相對含量（%）Table 2 Relative abundance of different chemical functional groups in HA in no-tillage paddy fields under different treatments at harvest stages in 2015 and 2016（%）

表3 2015和2016年水稻收獲期免耕稻田在不同氮肥施用措施下LFOM中各主要化合物的相對含量（%）Table 3 Relative abundance of dominant compounds in LFOM in no-tillage paddy fields under different treatments at harvest stages in 2015 and 2016（%）

2.6 土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)特性與土壤胞外酶活性之間的關(guān)系

RDA 結(jié)果表明，氮肥深施尤其是氮肥深施10 cm對土壤酶活有顯著影響（圖2）。各胞外酶與HA、HA/FA、C-H/C-O、HYD 和ARM 密切相關(guān)。HA、HA/FA、C-H/C-O、HYD、ARM 與LLA、PHO、PEO 呈正相關(guān)，與BG、NAG 呈負(fù)相關(guān) 。另外，LFOM、Ps、Lp 與 LLA、PHO、PEO呈正相關(guān)，而與BG、NAG 呈負(fù)相關(guān)；與之相反的是，Nb 與 BG、NAG 呈正相關(guān)，而與 LLA、PHO、PEO 呈負(fù)相關(guān)；此外，Lg 與 NAG 呈正相關(guān)，但與其他胞外酶相關(guān)性較低。

3 討論

3.1 氮肥深施對土壤腐殖質(zhì)有機(jī)碳含量及其化學(xué)性質(zhì)的影響

有研究表示，HA是腐殖質(zhì)中活性最高的成分，可以和無機(jī)微量元素螯合形成有機(jī)鹽而免于淋失，是植物運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)和水分的重要介質(zhì)；此外，它也可以和土壤黏粒結(jié)合形成穩(wěn)定的聚合體，提高土壤物理結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此HA 對促進(jìn)作物生長以及提高土壤肥力和質(zhì)量都有很大的作用[38-39]。HA 的積累也意味著土壤腐殖化程度的提高[26]。本研究結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施顯著提高免耕稻田土壤腐殖質(zhì)中 HA 的有機(jī)碳含量以及 HA 和 FA 的比例（表1），說明氮肥深施特別是深施10 cm 可以顯著提升腐殖質(zhì)的品質(zhì)和土壤的肥力。Zhang 等[40]研究也發(fā)現(xiàn)，施用氮肥能提高土壤HA 的有機(jī)碳含量。HA 主要是植物的凋落物、根系等經(jīng)微生物降解轉(zhuǎn)化而形成[41-42]，因此氮肥深施能激發(fā)作物生長，從而促使更多植物殘體、凋落物或作物殘茬和秸稈輸入土壤[43]，導(dǎo)致腐殖質(zhì)中HA 有機(jī)碳含量及其在腐植酸中比例的上升。同理，本研究中氮肥深施10 cm 下HA 的有機(jī)碳含量比深施5 cm和20 cm時更高（差異顯著，表1），其原因可能是深施10 cm 比深施5 cm 和20 cm 對作物生長的促進(jìn)作用更強(qiáng)[44]。

本研究表明，氮肥深施顯著改變免耕稻田土壤腐殖質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)（表2）。與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施尤其是深施10 cm 提高了HA 中烷基碳的含量和HA的疏水性（表2）。烷烴屬于土壤碳庫中一種較難分解的脂肪族化合物，其疏水性對土壤有機(jī)質(zhì)的分解和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用[45]，因此氮肥深施下烷基碳含量以及HA 疏水性的升高說明氮肥深施相對于傳統(tǒng)表施更有利于土壤腐殖質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性的提高。然而，本研究發(fā)現(xiàn)氮肥深施下芳香族碳含量以及HA的芳香性都顯著降低（表2），意味著HA 中復(fù)雜有機(jī)化合物的減少，化學(xué)結(jié)構(gòu)變簡單[29]。與之類似的是，?ezá?ová 等[46]也發(fā)現(xiàn)施肥會降低土壤腐殖質(zhì)的芳香性和分子量。這可能是氮肥深施下更多的外源碳氮輸入激發(fā)了特定土壤微生物群落的活性[44]，從而促進(jìn)了其對芳香族化合物的氧化分解。此外，本研究結(jié)果表明，氮肥深施10 cm土壤PHO的活性比深施5 cm和20 cm 更高（表4），而PHO 酶催化反應(yīng)的底物酚類屬于芳香族化合物，導(dǎo)致本研究中深施10 cm HA 的芳香性比深施 5 cm 和 20 cm 更低（表2），RDA 結(jié)果中PHO 活性與HA 芳香性呈顯著負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步支撐該推論（圖2）。

3.2 氮肥深施對LFOM 的有機(jī)碳含量及化學(xué)組成的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施顯著提高了免耕稻田L(fēng)FOM 的有機(jī)碳含量（圖1），而LFOM與微生物生長和營養(yǎng)供給緊密相關(guān)[47-48]，因此該結(jié)果表明氮肥深施可以通過改變LFOM 的含量來提高土壤肥力。同樣，有很多研究發(fā)現(xiàn)長期施肥會提高土壤中活性有機(jī)質(zhì)的有機(jī)碳含量[49-51]。這是因?yàn)長FOM等活性有機(jī)質(zhì)更易被微生物分解利用且周轉(zhuǎn)速率更高，因此更易受到施肥等農(nóng)業(yè)管理措施的影響[52]；此外，LFOM 主要來源于植物和微生物殘體[53-54]，因此，氮肥深施相對于傳統(tǒng)表施能促進(jìn)作物生長，從而提高作物殘茬、凋零物、秸稈的還田，并激發(fā)土壤微生物活性，提高LFOM 有機(jī)碳含量[43]。同理，氮肥深施10 cm 比深施5 cm 和20 cm 顯著提高作物生長與微生物群落豐度[44]也可能是本研究中深施10 cm 時LFOM 有機(jī)碳含量比深施5 cm 和20 cm 更高（差異顯著，圖1）的原因。

本研究發(fā)現(xiàn)，氮肥深施顯著影響免耕稻田L(fēng)FOM的化學(xué)組成。與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施提高LFOM中多糖和脂質(zhì)的含量，而降低含氮化合物的含量（表3）。氮肥深施下多糖的增多一方面可能是因?yàn)榈噬钍┐龠M(jìn)作物的生長，促使更多的植物殘茬、秸稈和凋落物等外源碳的輸入；另一方面氮肥深施對微生物活性的激發(fā)也會導(dǎo)致更多糖的產(chǎn)生[43，55]；此外還可能是因?yàn)榈噬钍┫峦寥繢OC和MBC等小分子活性有機(jī)碳的增加使得微生物對多糖等大分子有機(jī)碳源的需求降低，即減少微生物對多糖的分解利用，導(dǎo)致LFOM 中多糖含量增加[43，56]。氮肥深施下 BG 和 NAG的顯著降低以及BG 和NAG 活性與多糖含量的負(fù)相關(guān)都進(jìn)一步論證了這一點(diǎn)（表4 和圖2）。同理，與深施5 cm和20 cm相比，氮肥深施10 cm提高作物生長、微生物群落豐度及小分子活性有機(jī)碳含量[44]，這也可能是導(dǎo)致氮肥深施10 cm下LFOM 中多糖含量比深施5 cm 和20 cm 更高（表3）的原因。本研究表明，與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施提高了脂質(zhì)含量。這可能與氮肥深施促進(jìn)作物根系的生長有關(guān)。作物根系經(jīng)微生物降解后會產(chǎn)生穩(wěn)定性較強(qiáng)的脂質(zhì)化合物[44，57]，因此提高了LFOM 中脂質(zhì)的累積量。本研究表明，與傳統(tǒng)表施及氮肥深施5 cm 和20 cm 相比，氮肥深施10 cm降低了含氮化合物的含量（表3）。其原因可能是氮肥深施10 cm 對微生物活性的激發(fā)促使其對氮素的需求增加[43-44]，從而提高LLA 等分解轉(zhuǎn)化含氮化合物的酶類的含量，最終導(dǎo)致LFOM 中含氮化合物的消耗。本研究結(jié)果中氮肥深施10 cm 處理下更高的LLA 活性以及LLA 活性與含氮物之間的顯著負(fù)相關(guān)也印證了這一點(diǎn)（表4和圖2）。

3.3 氮肥深施對土壤胞外酶活性的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施顯著降低了免耕稻田土壤中BG 和NAG 的活性，而氮肥深施10 cm 顯著提高了LLA 和PHO 的活性（表4），說明氮肥深施尤其是深施10 cm 顯著改變土壤的酶活性。相對于動植物等同樣能產(chǎn)生酶的有機(jī)體，土壤胞外酶主要由微生物群落產(chǎn)生；與動植物相比，土壤微生物群落的代謝活性更高且生命周期更短[58]。據(jù)此可以推斷，氮肥深施主要通過影響土壤微生物群落來改變土壤胞外酶的活性。有研究表明，施肥提高土壤微生物的活性和酶活性[59]，但本試驗(yàn)結(jié)果顯示氮肥深施對各胞外酶活性的影響并不一致（表4）。如前所述，與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施下更高的土壤微生物群落豐度可能是本研究中更高的LLA、PHO 和PEO 活性的原因，而BG 和NAG 活性的下降則可能與氮肥深施下含量更高的DOC和MBC會在一定程度上替代多糖成為微生物群落的有機(jī)碳源有關(guān)[44]。同理，不同氮肥深施措施下（深施5、10 cm 與20 cm）微生物群落豐度和DOC、MBC 含量的差異[44]可能是造成氮肥深施10 cm具有更低BG 活性和更高LLA、PHO 活性的主要原因（表4）。

4 結(jié)論

（1）與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施通過促進(jìn)作物和微生物群落生長提高土壤有機(jī)質(zhì)各組分的有機(jī)碳含量。

（2）與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施通過調(diào)控β-葡萄糖苷酶和β-N-乙酰氨基葡糖苷酶的活性改變土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)特性。

（3）與傳統(tǒng)表施相比，氮肥深施提高土壤惰性有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性，促進(jìn)活性有機(jī)質(zhì)的有效性，最終改善土壤肥力和質(zhì)量。

（4）3 種氮肥深施措施中深施10 cm 改善土壤肥力和質(zhì)量的效果最佳，因此氮肥深施尤其是深施10 cm值得在免耕稻田生產(chǎn)中得到進(jìn)一步推廣。