長(zhǎng)期不同施肥對(duì)棕壤微生物量碳的影響

王曄青

（鄂爾多斯市東勝區(qū)園林局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

土壤生態(tài)系統(tǒng)中的微生物群落在土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)中起著重要的作用。微生物參與土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解和土壤腐殖質(zhì)的形成和分解過程，以及土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)與各生化過程[1-3]，同時(shí)也影響了植物地上部分的生長(zhǎng)。施肥是調(diào)節(jié)土壤微生物數(shù)量大小和活性的重要農(nóng)業(yè)措施之一，不同的施肥措施對(duì)土壤微生物量的影響存在差異[4-8]。目前，土壤微生物量已成為國(guó)際土壤與植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)科的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它作為一項(xiàng)土壤質(zhì)量指標(biāo)在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中具有重要的地位。本研究結(jié)合棕壤長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究了長(zhǎng)期不同施肥條件下土壤微生物量碳的變化及其與土壤肥力、作物產(chǎn)量的關(guān)系，為指導(dǎo)土壤合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

土壤樣品采自沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)棕壤長(zhǎng)期定位試驗(yàn)地。該地于1979年建立，種植方式為玉米－玉米－大豆輪作，2005年為大豆。從試驗(yàn)區(qū)中選擇12個(gè)處理，分別是：（1）不施肥（CK）；（2）施氮肥（N）；（3）施氮、磷肥（NP）；（4）施氮、磷、鉀肥（NPK）；（5）施低量有機(jī)肥（M1）；（6）低量有機(jī)肥與氮肥配施（M1N）；（7）低量有機(jī)肥與氮、磷肥配施（M1NP）；（8）低量有機(jī)肥與氮、磷、鉀肥配施（M1NPK）；（9）施高量有機(jī)肥（M2）；（10）高量有機(jī)肥與氮肥配施（M2N）；（11）高量有機(jī)肥與氮、磷配施（M2NP）；（12）高量有機(jī)肥與氮、磷、鉀肥配施（M2NPK）。

試驗(yàn)所用有機(jī)肥為豬廄肥，其中平均有機(jī)質(zhì)含量為 119.6 g/kg，全氮 5.6 g/kg，P2O58.3 g/kg，K2O 11.9 g/kg。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。Ml為 18.75 t/hm2，M2為 37.5 t/hm2，種植大豆年份施 N 30 kg/hm2，P2O5為 90 kg/hm2，K2O 為 90 kg/hm2，所有肥料以基肥形式一次性施入。

1.2 土壤及植物樣本采集

2006年春季采集試驗(yàn)地各處理0～20 cm深土樣，一部分于4℃保存（<5 d），用于測(cè)定土壤微生物量碳（SMB-C）；其余部分風(fēng)干過篩，用于土壤常規(guī)養(yǎng)分的測(cè)定。

供試玉米于2006年4月下旬播種，10月收獲，作物生長(zhǎng)期間按常規(guī)進(jìn)行田間管理，收獲期測(cè)產(chǎn)。

1.3 測(cè)定方法

采用氯仿熏蒸浸提法[9-11]測(cè)定各處理土壤的微生物量碳。

土壤有機(jī)碳、全氮含量采用元素分析儀測(cè)定；土壤全磷、全鉀采用NaOH熔融法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有機(jī)磷和速效磷分別采用灼燒法和Olsen法測(cè)定；速效鉀采用NH4OAc浸提－火焰光度計(jì)法測(cè)定；土壤pH值采用pHS-2型酸度計(jì)測(cè)定（土水比 1∶2.5）[10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件，單因素方差分析（ANOVA）比較不同處理間的差異顯著性（p=0.05），用Microsoft Excel 2003軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理土壤微生物量碳的變化

由圖1可以看出，施用化肥和有機(jī)肥均可提高土壤微生物量碳的含量。不同處理土壤微生物量碳含量方差分析結(jié)果表明，除處理（2）單施無(wú)機(jī)氮肥外，不同處理土壤微生物量碳含量均與對(duì)照差異性顯著（p<0.05）。土壤微生物量碳含量范圍在70.48～214.83 mg/kg，其大小順序?yàn)椋焊吡坑袡C(jī)肥區(qū)>低量有機(jī)肥區(qū)>單施化肥區(qū)>CK。其中高量有機(jī)肥配施氮的土壤微生物量碳含量最高，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥與氮肥配施不僅增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，為植物提供了營(yíng)養(yǎng)，使作物生長(zhǎng)量增大，其殘留物包括根、分泌物及殘茬等，歸還到土壤中的有機(jī)物料增加，從而為微生物活動(dòng)補(bǔ)充了碳源，刺激了土壤微生物數(shù)量的增加和活性的增強(qiáng)；而且，無(wú)機(jī)肥料的施用，也為土壤微生物提供營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)了土壤微生物生長(zhǎng)，其含量比不施肥對(duì)照增加了2倍。

圖1 不同施肥處理對(duì)土壤微生物量碳的影響

與對(duì)照相比，單施氮肥對(duì)土壤微生物量碳含量的增加作用不明顯，這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期單一施用氮肥使土壤中嚴(yán)重缺乏碳源和磷、鉀素等養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，進(jìn)而影響微生物的生長(zhǎng)和繁殖。氮磷、氮磷鉀處理由于磷、鉀肥的投入，使土壤養(yǎng)分比對(duì)照和單施氮肥處理有了很大的改善，作物生長(zhǎng)量增大，其殘留物歸還到土壤中的有機(jī)物料增加，從而為微生物活動(dòng)補(bǔ)充了碳源，刺激了土壤微生物數(shù)量的增加和活性的增強(qiáng)；與此同時(shí)，無(wú)機(jī)肥料的施用也為土壤微生物提供營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)了土壤微生物生長(zhǎng)。因此，氮肥配施磷肥和磷鉀肥會(huì)顯著提高土壤微生物量碳含量。

該研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥對(duì)土壤微生物量碳含量的增加作用較為明顯，且有機(jī)物質(zhì)輸入越多，土壤微生物量碳含量就越高。這可能有3個(gè)方面的原因：首先，施用有機(jī)肥為微生物提供了大量可給性能源，能顯著提高各類微生物數(shù)量；其次，有機(jī)肥本身所含的微生物在施入土壤后會(huì)迅速增加；再次，有機(jī)肥的施入可增加土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力，能有效的增加和活化土壤養(yǎng)分，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)微生物活動(dòng)，增強(qiáng)土壤調(diào)理功能，從而分解許多植物不能直接利用的養(yǎng)分[12]。

2.2 土壤微生物量碳與土壤肥力指標(biāo)的關(guān)系

對(duì)土壤微生物量碳與土壤常規(guī)養(yǎng)分作相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，土壤微生物量碳與土壤pH值、有機(jī)碳、全氮、堿解氮、全磷、有機(jī)磷、速效磷均呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.669、0.873、0.812、0.887、0.917、0.971、0.922，這說明土壤微生物量碳受這些因素的影響特別顯著。有機(jī)碳、全氮、堿解氮、全磷、有機(jī)磷、速效磷含量越高，越有利于微生物的大量繁殖，微生物量的含量也就會(huì)增加；一定pH范圍內(nèi)，土壤微生物量隨pH值的升高而增加；土壤的基礎(chǔ)微生物量碳與土壤全鉀呈負(fù)相關(guān)（-0.322），與速效鉀正相關(guān)（0.523），但均未達(dá)到顯著水平，這說明全鉀、速效鉀對(duì)土壤微生物量碳的影響較小。土壤微生物量與土壤鉀素的相關(guān)性不顯著，這說明土壤鉀素水平不是影響棕壤微生物的主要因素。

綜上所述，土壤微生物量與土壤基本化學(xué)性質(zhì)（除全鉀、速效鉀外）之間呈極顯著相關(guān)，這說明，土壤微生物量能指示土壤肥力水平；同時(shí)，提高土壤養(yǎng)分利用率，可通過提高土壤微生物量來實(shí)現(xiàn)，即通過刺激微生物的生長(zhǎng)繁殖，加強(qiáng)微生物對(duì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化作用，從而增加土壤有效養(yǎng)分的含量，以滿足植物生長(zhǎng)的需求。由此可見，土壤微生物量碳與土壤肥力關(guān)系密切，可作為長(zhǎng)期定位施肥過程中土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo)。

2.3 土壤微生物量碳含量與作物干物質(zhì)積累量的關(guān)系

土壤微生物量碳含量與玉米產(chǎn)量和植株體干物質(zhì)積累量相關(guān)性分析結(jié)果表明（圖2～3），土壤微生物量碳與二者均呈現(xiàn)出極顯著的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)分別為 0.888、0.908 （n=11，r0.05=0.553，r0.01=0.684）。這表明玉米產(chǎn)量、植株體干物質(zhì)積累量與土壤微生物量碳含量關(guān)系密切，土壤微生物量碳含量越大，玉米干物質(zhì)的積累量越大，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也越高；土壤微生物量碳含量可以指示作物產(chǎn)量水平。

圖2 土壤微生物量碳含量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

圖3 土壤微生物量碳含量與植株體干物質(zhì)積累量的關(guān)系

2.4 土壤微生物量碳與土壤有機(jī)碳的關(guān)系

土壤微生物量碳占有機(jī)碳含量的百分比稱為土壤微生物代謝商。許多研究者認(rèn)為，它可以作為反映因土壤管理措施變化而造成有機(jī)質(zhì)變化的一個(gè)指標(biāo)，能預(yù)測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)長(zhǎng)期變化或監(jiān)測(cè)土地退化及恢復(fù)狀況。Beck[13]認(rèn)為，土壤微生物代謝商可以用來指示土壤碳的平衡、積累或消耗，能夠表明土壤碳動(dòng)態(tài)變化，該比值越大，說明有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率越快。該試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤微生物量碳占有機(jī)碳的0.77%～1.94%，且該值隨土壤微生物量碳的增加而增大，二者相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.974。由此可知，肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有機(jī)碳中的比例，其大小順序?yàn)楦吡坑袡C(jī)肥區(qū)>低量有機(jī)肥區(qū)>NP、NPK>N>CK。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明：①長(zhǎng)期施用化肥和有機(jī)肥均可明顯提高棕壤微生物量碳，以有機(jī)肥、有機(jī)肥與化肥配施處理效果最為顯著；②棕壤微生物量碳與土壤養(yǎng)分因子關(guān)系密切，可以作為衡量棕壤肥力指標(biāo)；③土壤微生物量碳與玉米產(chǎn)量和植株體干物質(zhì)積累量均呈極顯著相關(guān)性，土壤微生物量碳的供碳量可以指示作物產(chǎn)量水平；④肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有機(jī)碳中的比例，其大小順序?yàn)楦吡坑袡C(jī)肥區(qū)>低量有機(jī)肥區(qū)>NP、NPK>N>CK。

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