尿素對土壤微生物和土壤酶活性的影響研究

王勝楚

（周南中學，湖南 長沙 410100）

不同肥料用量對土壤生物學過程的影響研究是肥域土壤生態學研究的重要內容。尿素是最為常用的氮肥之一，在提高作物產量，培肥土壤肥力等方面起到了積極的作用。尿素在土壤中的轉化受很多因素影響，土壤微生物和和酶是最重要的兩個因素。土壤微生物的種群數量直接關系到土壤中有機質的分解和礦質元素的轉化，影響植物對營養元素的吸收和利用。土壤酶是土壤的組成成分之一，其活性能反映土壤中多種生物化學過程的強度。土壤中的酶和微生物活性高低可以代表土壤中物質代謝的旺盛程度，在一定程度上反映作物對氮素的吸收利用與生長發育狀況等，是土壤肥力的一個重要指標。提高土壤酶和土壤微生物活性能夠促進植物生長，防治和減輕病蟲危害，增加作物產量[1-2]。近年來，許多學者對不同作物的土壤酶活性及根際微生物的數量和組成進行了研究[3-6]，但主要是關于長期施肥或有機肥處理下微生物和酶活性的變化，關于尿素用量對小麥根際微生物和土壤酶活性影響的研究較少。為此，筆者探討了不同尿素施用量對水稻田內微生物和土壤酶活性的影響，以期為水稻經濟施肥和高效栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗用土采自湖南農業大學草莓基地附近的水稻田，土壤為潮土，采集土壤分成8盆，保存于實驗室內的瓦罐花盆中，花盆高度30 cm、直徑20 cm、底部有直徑 2 cm 的小孔。用 3.0、6.0、9.0、12.0、15.0、18.0、21.0 g/m2的尿素分別處理7盆土壤，等相應體積另留一盆加相應的純凈水作為對照；每天向土壤樣品中補加20mL水，樣品處理時間為15 d。

1.2 試驗方法

土壤微生物計數采用十倍稀釋法，土壤細菌測定使用選擇性培養基—牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基；微生物呼吸強度測定，利用一定濃度的NaOH溶液吸收土壤呼吸放出的二氧化碳，然后用標準酸滴定剩余的NaOH量，求出NaOH的消耗量，計算出CO2的釋放量；蛋白酶活性的測定法用銅鹽比色法；蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；多酚氫化酶，脲酶活性測定采用比色方法。

2 結果與分析

2.1 對土壤細菌的影響

從圖1可以看出：不同尿素施用量對土壤中微生物的數量有不同程度的影響，隨著施肥量的增加，土壤中細菌的數量由上升到達頂峰后迅速下降，然后一直保持下降趨勢，其中在9 g/m2的尿素用量時細菌數量最高，說明土壤中施該濃度尿素最適合細菌生長。之后一直下降的原因可能是由于尿素濃度過高反而抑制了細菌的生長。其中未處理比21 g/m2濃度處細菌數量高也可以充分說明濃度過高會影響土壤中細菌的數量。

圖1 不同尿素用量對土壤細菌的影響

2.2 對土壤呼吸強度的影響

從圖2中可以看出，尿素對水稻田土壤呼吸作用的有明顯的影響，施用量在0～6 g/m2時，土壤呼吸強度逐漸升高，說明在該濃度范圍內土壤中微生物的代謝一直處于上升狀態，在6 g/m2時達到最高。當尿素濃度繼續上升，可能抑制了土壤中微生物的活性而使呼吸強度逐漸下降。土壤呼吸強度應該與土壤中微生物的生物量成正相關性，但由圖1可見細菌達到最高生物量的尿素濃度在9 g/m2處，而土壤微生物呼吸強度的最高值為6 g/m2，這可能是由于受到土壤中其他微生物如真菌、放線菌的影響。

圖2 不同尿素用量對土壤微生物呼吸強度的影響

2.3 對土壤酶的影響

土壤蛋白酶可以水解蛋白質為短肽，短肽進一步水解為氨基酸，這些水解產物是植物的氮源之一，土壤蛋白酶活性的高低在一定程度上反映了土壤的氮素營養狀況，從表1中可以看出，蛋白酶的活性隨著尿素含量的增加也是呈先上升后下降的趨勢，活性最高點在尿素用量為12.0 g/m2，并且也是在15.0 g/m2開始極速下降，之后下降速度減慢。這與土壤中細菌數量的關系十分相似。可以說明該土壤中蛋白酶與土壤細菌存在密切的相關性。多酚氧化酶的活性則呈一直上升趨勢，而未處理的土壤樣品的酶活性高于樣品施15.0 g/m2尿素之前的酶活，說明低濃度的尿素可能會抑制多酚氧化酶的活性，尿素用量在18.0 g/m2以上時能促進該酶的活性。蔗糖酶活性的總體趨勢也基本是由逐漸上升到下降，蔗糖酶主要來自于土壤微生物和植物，在無植物時主要受微生物的影響，所以實驗結果也與土壤細菌數量變化趨勢基本一致。隨尿素施用量的增加，脲酶含量基本呈上升趨勢（僅尿素施用量從12.0 g/m2升至15.0 g/m2時稍降），這與脲酶分解尿素的作用一致，反映了土壤有機氮的轉化情況。

表1 不同處理土壤中蛋白酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶的含量

2.4 對全氮的影響

由表2可以得出：尿素處理明顯高于對照，其中加入9 g/m2尿素的含氮量最高，為對照的1.53倍，當加入尿素的量高于9 g/m2時，含氮量反而下降，可能是由于尿素加入過多，影響土壤微生物的分布規律，使尿素分解菌增多，氨細菌等細菌分解了尿素等氮素，以氨氣、NO2等氣體形式流失。

表2 不同濃度尿素對土壤總氮量的影響

3 討 論

土壤是一個很特別的微區域，由于植物根系的影響，使其周圍的微域在物理、化學和生物特性方面與土體主體不同。已有研究表明，不同作物的根際有其特定的微生物群落，就是同一作物在不同生育時期和營養狀態下，其土壤微生物數量也呈現一定的動態變化[6]。本試驗中，尿素對水稻田微生物數量均產生影響；其中微生物總量在施用9 g/m2尿素時數量最多，之后隨濃度升高數量有所下降，這可能是因為尿素濃度過高導致微生物生長受到抑制，從而微生物總量降低。專家對水稻的研究也表明，水稻生長旺盛的時候，水稻根系與根際土壤微生物競爭營養物質，會導致水稻根際土壤微生物活性下降[7]。而作物與根際微生物爭奪土壤養分過程中，土壤生態系統的自身調節作用，避免與作物爭奪養分，對于后期產量的提高是有益的[8]。

本研究結果表明，不同施氮水平土壤酶活性不同。蛋白酶活性隨施氮水平增加而變化與馬東云等人所做的蛋白酶酶活性變化的結果相一致[9]。作物與土壤微生物有密切關系。水稻生長過程中微生物數量和土壤酶活性的變化反映了水稻生長促使了根系微生物的形成及酶活性的高低，同時，根系微生物的大量繁殖和旺盛活動以及土壤酶活性的高低又必將對水稻的生長發育產生影響。這表明，肥料、土壤、作物和微生物之間關系十分密切，肥料促進了作物生長，強大的根土系統促進了微生物的繁衍。而微生物的繁衍又可促進土壤有機物的礦化，從而形成作物與微生物在土壤載體中的相互依存相互促進的關系。因此，在生產實踐中如何采取科學合理的施肥及栽培管理措施，使土壤微生物及酶活性有利于水稻的生長發育和產量的提高將是進一步的研究課題。由于微生物和酶對環境變化的敏感性，增加尿素的量必然會對它們產生一些影響。在本試驗中，施用9～12 g/m2尿素是土壤微生物和酶活性明顯變化的一個轉折區。其原因可能是，尿素溶解后高濃度的脅迫，pH值的變化，土壤有效水分的虧缺以及整個土壤環境的變化所致，有必要開展“肥際”研究，以從微觀了解肥料對土壤和植物根系生長發育的影響，也能為研究如何提高肥料利用率、降低肥料的負面效應的科研工作者提供一個新的視角。

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