稻田有机肥输入下土壤关键酶活性对氮素周转及量化分配模拟的影响机制

土壤氮素循环与有机肥输入之间的内在响应关系是目前"农业生态稳定与安全"领域关注的世界性焦点之一。稻田土壤氮素生物转化活跃，阐明稻田有机肥输入下土壤关键酶活性对氮素周转及量化分配模拟的影响机制，对合理利用有机肥、减排农田污染物将起到重要作用，而目前仍然缺乏基于田间数据的机理及模拟方面的研究。本项目拟选取典型水稻土，以猪粪腐熟堆置的有机肥为对象，利用微生物酶学方法与T-RFLP等技术获取稻田有机肥施用土壤中氮转化关键酶活性及微生物种群结构的变化规律；结合田间原位观测与元素分析-质谱联用（EA-MS）技术阐明微生物酶促作用下施有机肥稻田氮素在氨挥发、反硝化、下渗、侧渗、径流、作物吸收等途径上的量化分配特征；进而构建融合酶学转化信息的稻田有机肥施用土壤氮素多维通量周转模型，明确不同生长时期关键酶活性对氮素转化速率参数的动态影响机制，为指导科学施肥、发挥稻田生态系统健康功能提供前瞻式的理论依据。

土壤氮素循环与有机肥输入之间的内在响应关系是目前“农业生态稳定与安全”领域关注的世界性焦点之一。稻田土壤氮素生物转化活跃，阐明稻田有机肥输入下土壤关键酶活性对氮素周转及量化分配模拟的影响机制，对合理利用有机肥、减排农田污染物将起到重要作用。本项目按照2010-2012年研究计划，顺利完成三个水稻生长周期采样分析工作。通过考察不同水平有机肥施入后，稻田土壤和田面水氮素动态以及土壤脲酶活性发现，与尿素相比，有机肥输入会增加稻田土壤和田面水无机态氮素含量且随着有机肥施用量的增加而增加。不同处理下土壤无机态氮素含量与土壤脲酶活性呈显著正相关。通过对有机肥土壤脲酶降解动力学和热力学特征对水分和温度的响应研究发现，施有机肥脲酶动力学参数Vmax均大于施用尿素土壤，且随温度升高而增大。但Km变化波动较大无明显规律。与施尿素土壤相比，施有机肥土壤脲酶热力学参数Ea值、△H值、△G值和△S值较小，说明施用有机肥土壤其酶促反应更容易发生。对比有机肥和尿素两种土壤脲酶酶促反应速率常数和氮素分解时间进一步说明施用有机肥土壤对尿素的降解能力强于施用尿素土壤。在获得施有机肥稻田土壤酶学转化和酶活性的响应关系的基础之上，率定了微生物酶促效应下有机肥输入后模型所需的氮素转化速率参数。按照项目开发了基于田间观测数据和一级动力学反应规律的描述外源有机氮施入稻田后的过程模型，综合考虑了有机肥或尿素施入稻田后的各个转化过程和流失过程，采用田间观测值与模拟值比较进行模型参数的校准与验证，试验结果表明这些观测值与模拟值比较符合，说明模型能胜任有机肥输入稻田氮素多维通量的估算，为稻田施肥管理优化措施的制定提供了科学依据。