長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)砂姜黑土可培養(yǎng)微生物數(shù)量和酶活性的影響

張向前，陳歡，喬玉強(qiáng)，曹承富*，杜世州，李瑋，趙竹

1. 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，安徽 合肥 230031；2. 安徽省農(nóng)作物品質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031

長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)砂姜黑土可培養(yǎng)微生物數(shù)量和酶活性的影響

張向前1，2，陳歡1，2，喬玉強(qiáng)1，2，曹承富1，2*，杜世州1，2，李瑋1，2，趙竹1，2

1. 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，安徽 合肥 230031；2. 安徽省農(nóng)作物品質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031

以砂姜黑土長(zhǎng)期定位土壤培肥試驗(yàn)（1981年—）為依托，研究了長(zhǎng)期不施肥CK、長(zhǎng)期單施化肥NPK、長(zhǎng)期單施有機(jī)肥M、長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施MNPK（等氮）和HMNPK（高氮）對(duì)砂姜黑土可培養(yǎng)微生物數(shù)量和酶活性的影響，揭示砂姜黑土微生物數(shù)量和酶活性對(duì)不同施肥模式的響應(yīng)機(jī)制，以期為改善砂姜黑土肥力和質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)和理論支持。結(jié)果表明，CK細(xì)菌、真菌、放線菌和固氮菌數(shù)量明顯低于其它施肥處理，灌漿中期M細(xì)菌、放線菌和固氮菌數(shù)量顯著高于NPK，而真菌數(shù)量在M與NPK間差異不顯著。MNPK和HMNPK細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量顯著高于NPK和M，其中灌漿中期MNPK比NPK和M分別增加了47.0%、21.1%、32.1%和23.2%、11.7%、20.2%。MNPK與HMNPK細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量在灌漿中期差異皆不顯著，而固氮菌數(shù)量MNPK顯著高于HMNPK。灌漿中期M轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性顯著高于NPK，分別增加20.9%、22.1%、17.7%、18.4%、10.0%。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施相對(duì)于長(zhǎng)期單施有機(jī)肥和化肥可以明顯提高土壤轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性。HMNPK的脫氫酶活性顯著高于MNPK，而轉(zhuǎn)化酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性與MNPK差異不顯著。土壤中轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性皆與細(xì)菌、真菌、放線菌呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與固氮菌正相關(guān)不顯著。有機(jī)肥與化肥配施最利于提高砂姜黑土微生物數(shù)量和酶活性，其次為單施有機(jī)肥，有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活性提高作用不大，甚至導(dǎo)致固氮菌數(shù)量的下降。

長(zhǎng)期施肥；微生物數(shù)量；砂姜黑土；酶活性

ZHANG Xiangqian， CHEN Huan， QIAO Yuqiang， CAO Chengfu， DU Shizhou， LI Wei， ZHAO Zhu. Effects of different long-term fertilization models on culturable microbial quantity and enzyme activities of lime concretion black soil ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（8）: 1283-1290.

土壤微生物作為土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動(dòng)力，參與有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成，影響著土壤生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、根際土壤改良及氣候調(diào)節(jié)等陸地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能起著不可替代的重要作用（李晶等，2013；白愛芹等，2013）。土壤酶直接參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分釋放和固定過程，與土壤供肥密切相關(guān)，其活性高低可以反映土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度和方向，對(duì)土壤肥力的演化具有重要影響（Bárta et al.，2014；Burns et al.，2013；葉協(xié)鋒等，2012）。土壤微生物數(shù)量和酶活性共同參與土壤生物化學(xué)過程，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量代謝、肥力演變等方面起著重要作用，可敏感反應(yīng)土壤質(zhì)量的變化，表征土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一（曾路生等，2005；Taylor et al.，2002）。

為了維持耕地生產(chǎn)力確保作物產(chǎn)量，向土壤中施用一定數(shù)量的化肥和有機(jī)肥已成為常規(guī)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施。長(zhǎng)期定位肥料試驗(yàn)是研究評(píng)估肥料運(yùn)籌對(duì)土壤理化性狀和質(zhì)量影響最為有效的研究方法，適宜的施肥措施可以明顯增加土壤肥力、改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤酶活性及作物產(chǎn)量，同時(shí)也可對(duì)土壤中不同種類的微生物群落產(chǎn)生重要的影響（龔偉等，2011；魏巍等，2013）。徐萬里等（2015）研究證實(shí)新疆灰漠土土壤微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)受長(zhǎng)期不同施肥模式的顯著影響，NPK配施有機(jī)肥可明顯提高土壤微生物多樣性，而長(zhǎng)期不施肥會(huì)顯著降低土壤微生物數(shù)量和功能多樣性。孫甜田等（2015）研究指出長(zhǎng)期有機(jī)肥配施化肥和秸稈還田配施化肥相對(duì)單施化肥氮磷鉀可明顯提高土壤酶活性。鄭勇等（2008）通過研究指出旱地紅壤微生物群系數(shù)量、微生物生物量碳及土壤酶活性受長(zhǎng)期不同施肥模式的顯著影響，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥（廄肥）能有效促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和生命代謝活動(dòng)，提高土壤酶活性。雖然近年來國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活性方面進(jìn)行了不少研究，但有關(guān)長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)安徽淮北砂姜黑土區(qū)這一典型土壤微生物和酶活性影響的研究仍相對(duì)不足。砂姜黑土是黃淮海三大中低產(chǎn)土壤類型之一，其主要特點(diǎn)為養(yǎng)分匱乏、結(jié)構(gòu)性差、保墑能力弱，適耕期短、易旱易澇、基礎(chǔ)肥力薄弱，主要分布于淮北與沿淮23個(gè)縣（市、區(qū)），總面積達(dá)1557733.3 hm2，以安徽省面積最大，占全國(guó)砂姜黑土總面積的48.3%。因此，研究如何通過施肥措施改善砂姜黑土肥力和提高其質(zhì)量具有重要的意義。基于上述原因，本研究以30多年長(zhǎng)期定位土壤培肥試驗(yàn)為依托重點(diǎn)探討長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)安徽淮北砂姜黑土區(qū)土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響，揭示土壤微生物數(shù)量和酶活性對(duì)不同施肥模式的響應(yīng)機(jī)制，以期為維持和改善安徽淮北砂姜黑土生物肥力和質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

表1　1981年至今各處理周年肥料施用量Table 1　Applied fertilizer amount　in different treatments since 1981

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年玉米季在安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所濉溪縣楊柳試驗(yàn)站長(zhǎng)期定位土壤培肥試驗(yàn)點(diǎn)（1981年—）進(jìn)行，試驗(yàn)期內(nèi)總降水量365.4 mm，日平均氣溫為25.1 ℃（安徽省氣象局氣科所），試驗(yàn)土壤（砂姜鈣積潮濕變性土）為砂姜黑土（李德成等，2011），其成土母質(zhì)為黃土性古河沉積物。長(zhǎng)期定位土壤培肥試驗(yàn)開始前耕層0～20 cm土壤基礎(chǔ)理化性狀為全氮0.78 g·kg-1、全磷0.47 g·kg-1、堿解氮64.10 mg·kg-1、速效磷2.50 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)10.22g·kg-1、pH 7.6。

種植模式為玉米-小麥輪作，種植玉米品種為鄭單958，小麥品種為濟(jì)麥22，每季作物收獲后將地上部秸稈移除，實(shí)施根茬還田。試驗(yàn)小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)間筑水泥作永久性田埂分離，試驗(yàn)共計(jì)5個(gè)施肥處理（表1），每個(gè)處理4次重復(fù)。施肥的4個(gè)處理實(shí)行定氮，磷、鉀素不統(tǒng)一定量。所用化肥為復(fù)合肥（N、P2O5和K2O含量皆為15%），N素不足用尿素補(bǔ)齊。所施有機(jī)肥為豆餅肥（N 60～70 g·kg-1、P2O510～30 g·kg-1、K2O20～30 g·kg-1、有機(jī)質(zhì)300～400 g·kg-1），有機(jī)肥用量均按當(dāng)季肥料養(yǎng)分分析后的實(shí)際含量折算。磷鉀肥和有機(jī)肥全部用作基肥，且有機(jī)肥全部于小麥季施用，夏播作物不施有機(jī)肥。玉米的氮肥分基肥、追肥施用，比例為3∶5（大口期追肥）；小麥為6∶4（拔節(jié)期追施）。

1.2樣品采集與測(cè)定

于玉米大口期和灌漿中期鏟除1 cm表層土后用取土器采集植株根部0～20 cm深的土壤，取樣部位距玉米植株基部5 cm左右。每處理取6個(gè)點(diǎn)，并將各處理所取土樣混合均勻，剔除樣品石礫和植物殘根等雜物，置陰涼處風(fēng)干后過1 mm篩，置于4 ℃冰箱中保存。細(xì)菌、真菌、放線菌和固氮菌計(jì)數(shù)采用平板稀釋涂布法（林先貴，2010）。細(xì)菌培養(yǎng)用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌用高氏1號(hào)培養(yǎng)基，固氮菌用瓦克斯曼氏77號(hào)培養(yǎng)基。土壤轉(zhuǎn)化酶活性（以glucose計(jì)，mg·g-1·d-1）測(cè)定采用3， 5-二硝基水楊酸比色法，土壤蛋白酶活性（以NH3-N計(jì)，μg·g-1·d-1）測(cè)定采用茚三酮比色法，土壤磷酸酶活性（以phenol計(jì)，mg·g-1·d-1）測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法，土壤脫氫酶活性（以TPF計(jì)，μg·g-1·d-1）采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測(cè)定（關(guān)松蔭，1983）。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 17.0軟件的一般線性模型進(jìn)行方差分析，5種施肥水平作為處理變量，所有處理的平均值采用最小顯著差數(shù)法LSD進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05），采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖。

圖1　不同施肥模式對(duì)玉米大口期和灌漿中期土壤細(xì)菌數(shù)量的影響Fig. 1　Effects of different fertilization models on bacteria quantity in soil at big trumpet and middle of filling stages of maize

圖2　不同施肥模式對(duì)玉米大口期和灌漿中期土壤真菌數(shù)量的影響Fig. 2　Effects of different fertilization models on fungi quantity in soil at big trumpet and middle of filling stages of maize

2　結(jié)果與分析

2.1長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1細(xì)菌數(shù)量

從圖1可以看出，不施肥處理CK土壤中的細(xì)菌數(shù)量最低，其中施肥處理NPK、M、MNPK和HMNPK的細(xì)菌數(shù)量在大口期和灌漿中期分別比CK顯著增加了82.2%、63.4%、112.9%、151.2%和57.6%、88.1%、131.7%、135.1%。長(zhǎng)期單施有機(jī)肥M和單施化肥NPK間的細(xì)菌數(shù)量在大口期差異不顯著，而在灌漿中期M細(xì)菌數(shù)量比NPK顯著（P＜0.05）增加了19.4%。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施HMNPK細(xì)菌數(shù)量在大口期顯著高于MNPK，而在灌漿中期與MNPK差異不顯著。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施相對(duì)于長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥可以顯著增加土壤中細(xì)菌數(shù)量，在大口期MNPK和HMNPK細(xì)菌數(shù)量分別比NPK和M顯著增加了16.9%、30.3%和37.9%、53.7%，在灌漿中期分別比NPK和M顯著增加了47.0%、23.2%和49.1%、25.0%。

2.1.2真菌數(shù)量

從圖2可以看出，長(zhǎng)期施肥土壤中的真菌數(shù)量顯著高于長(zhǎng)期不施肥CK，證明長(zhǎng)期不施肥導(dǎo)致土壤中真菌數(shù)量顯著降低。長(zhǎng)期單施有機(jī)肥M土壤中的真菌數(shù)量在大口期略低于長(zhǎng)期單施化肥NPK，而在灌漿中期略高于NPK處理，兩生育期M與NPK間的差異皆不顯著。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施HMNPK的真菌數(shù)量在大口期顯著高于MNPK，在灌漿中期與MNPK差異不顯著。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施相對(duì)于長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥可以顯著增加土壤中真菌數(shù)量，其中MNPK和HMNPK真菌數(shù)量在大口期分別比NPK和M顯著增加19.0%、31.9%和36.7%、51.5%，在灌漿中期分別比NPK和M顯著增加21.1%、11.7%和22.0%、12.5%。

2.1.3放線菌數(shù)量

從圖3可以看出，CK土壤中放線菌數(shù)量顯著低于其它長(zhǎng)期施肥處理。長(zhǎng)期單施有機(jī)肥M土壤中的放線菌數(shù)量在大口期與長(zhǎng)期單施化肥NPK處理差異不顯著，而在灌漿中期M比NPK處理土壤中的放線菌數(shù)量顯著增加9.9%。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施MNPK和HMNPK間的放線菌數(shù)量在大口期和灌漿中期差異不顯著。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施相對(duì)于長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥可顯著增加土壤中放線菌數(shù)量，其中MNPK和HMNPK放線菌數(shù)量在大口期分別比NPK和M顯著增加21.9%、33.1%和29.1%、40.9%，在灌漿中期分別比NPK和M顯著增加32.1%、20.2%和30.2%、18.4%。

2.1.4固氮菌數(shù)量

從圖4可以看出，NPK、M、MNPK和HMNPK土壤中固氮菌數(shù)量在大口期和灌漿中期分別比CK增加23.1%、68.0%、95.3%、20.4%和67.7%、108.9%、172.4%、31.2%。長(zhǎng)期單施有機(jī)肥相對(duì)于長(zhǎng)期單施化肥可顯著增加土壤中固氮菌數(shù)量，在大口期和灌漿中期M比MNPK分別顯著增加36.5%和24.5%。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施HMNPK土壤固氮菌數(shù)量顯著低于MNPK，表明有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量會(huì)導(dǎo)致土壤中固氮菌數(shù)量明顯降低。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施等氮處理土壤中固氮菌數(shù)量最高，其次為長(zhǎng)期單施有機(jī)肥，其中M和MNPK固氮菌數(shù)量在大口期和灌漿中期分別比HMNPK顯著增加39.5%、62.2%和59.2%、107.6%。

圖3　不同施肥模式對(duì)玉米大口期和灌漿中期土壤放線菌數(shù)量的影響Fig. 3　Effects of different fertilization models on actinomycetes quantity in soil at big trumpet and middle of filling stages of maize

圖4　不同施肥模式對(duì)玉米大口期和灌漿中期土壤固氮菌數(shù)量的影響Fig. 4　Effects of different fertilization models on Azotobacter quantity in soil at big trumpet and middle of filling stages of maize

2.2長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤酶活性的影響

2.2.1轉(zhuǎn)化酶活性

從表2可知，長(zhǎng)期單施有機(jī)肥M轉(zhuǎn)化酶活性在大口期與長(zhǎng)期單施化肥NPK間差異不顯著，而在灌漿中期M轉(zhuǎn)化酶活性比NPK增加了20.9%，且差異顯著。HMNPK轉(zhuǎn)化酶活性在大口期和灌漿中期皆略高于MNPK，但兩者差異不顯著，表明有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)土壤轉(zhuǎn)化酶活性的影響不明顯。與長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥相比，長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施可明顯增加土壤轉(zhuǎn)化酶活性，其中MNPK和HMNPK轉(zhuǎn)化酶活性比NPK和M在大口期分別顯著增加36.7%、45.6%和37.6%、46.5%，在灌漿中期分別顯著增加57.5%、30.4%和59.1%、32.6%。CK轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于其它施肥處理，表明長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致土壤轉(zhuǎn)化酶活性明顯降低。

2.2.2脫氫酶活性

從表2可知，CK脫氫酶活性顯著低于其它長(zhǎng)期施肥處理，其中NPK、M、MNPK和HMNPK脫氫酶活性在大口期和灌漿中期分別比CK顯著增加56.3%、64.5%、97.6%、134.5%和43.5%、75.3%、108.9%、137.5%。長(zhǎng)期單施有機(jī)肥M脫氫酶活性在大口期與NPK差異不顯著，而在灌漿中期M脫氫酶活性顯著高于NPK。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施HMNPK脫氫酶活性在大口期和灌漿中期顯著高于MNPK，分別增加18.7%和13.7%。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施可顯著增加土壤脫氫酶活性，其中MNPK和HMNPK脫氫酶活性比NPK和M在大口期分別顯著增加26.4%、20.1%和50.1%、42.5%，在灌漿中期分別顯著增加45.5%、19.2%和65.4%、35.5%。

2.2.3酸性和中性磷酸酶活性

從表2可知，CK土壤中的酸性和中性磷酸酶活性顯著低于其它長(zhǎng)期施肥處理，表明長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸性和中性磷酸酶活性明顯降低。M酸性和中性磷酸酶活性在大口期略高于NPK，而在灌漿中期顯著高于NPK，分別增加17.7%和18.4%。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施MNPK和HMNPK酸性和中性磷酸酶活性在大口期和灌漿中期差異不顯著，表明有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)土壤酸性和中性磷酸酶活性影響不明顯。有機(jī)肥與化肥配施相對(duì)于長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥可明顯提高土壤酸性和中性磷酸酶活性，在灌漿中期MNPK和HMNPK酸性和中性磷酸酶活性顯著高于NPK和M處理。

2.2.4蛋白酶活性

從表2可知，M蛋白酶活性在大口期與NPK差異不顯著，在灌漿中期M蛋白酶活性比NPK顯著增加10.0%。長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施MNPK和HMNPK間蛋白酶活性在大口期和灌漿中期差異不顯著，表明有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)蛋白酶活性影響不明顯。與長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥相比，有機(jī)肥與化肥配施可顯著提高土壤蛋白酶活性，其中MNPK和HMNPK蛋白酶活性在大口期比NPK和M分別顯著增加20.8%、15.7%和23.5%、18.3%，在灌漿中期分別顯著增加26.3%、14.8%和29.0%、17.3%。CK蛋白酶活性顯著低于其它施肥處理，表明長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致土壤中蛋白酶活性顯著低于其它長(zhǎng)期施肥處理。

2.3相關(guān)性分析

2.3.1不同種類土壤微生物數(shù)量和酶活性的相關(guān)性分析

從表3可以看出，土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量與轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、蛋白酶活性皆呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而固氮菌數(shù)量雖與轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、蛋白酶活性呈正相關(guān)關(guān)系，但皆未達(dá)到顯著水平。土壤中上述各種酶活性間亦呈顯著正相關(guān)關(guān)系，各類群微生物數(shù)量間除固氮菌與細(xì)菌、真菌、放線菌相關(guān)性不顯著外，其他微生物兩兩間皆呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

表2　不同施肥模式對(duì)土壤酶活性的影響Table 2　Effects of different fertilization models on enzyme activities in soil

3　討論

微生物是土壤生命活體的重要組成部分和土壤活性養(yǎng)分的暫時(shí)儲(chǔ)存庫(kù)，其種群數(shù)量的變化能反映土壤養(yǎng)分、溫度、水分及施肥等農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤微生物的影響，被認(rèn)為是土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警及敏感指標(biāo)（謝龍蓮等，2004）。孫瑞蓮等（2004）通過12年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期化肥與有機(jī)肥配施能明顯促進(jìn)微生物的代謝和繁育，增加土壤微生物的數(shù)量，為作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤生態(tài)環(huán)境。李娟等（2008）通過15年施肥試驗(yàn)研究得出，土壤微生物受不同施肥措施的明顯影響，其中化肥與豬廄肥長(zhǎng)期配施效果最好。本研究發(fā)現(xiàn)：（1）長(zhǎng)期不施肥處理土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌和固氮菌數(shù)量明顯低于其它施肥處理，長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施MNPK相對(duì)于長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥可顯著增加土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌和固氮菌數(shù)量；（2）有機(jī)肥與化肥配施MNPK（等氮）和HMNPK（高氮）灌漿中期土壤中的細(xì)菌、真菌、防線菌數(shù)量差異皆不顯著，且固氮菌數(shù)量MNPK顯著高于HMNPK，揭示了有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)提高土壤微生物數(shù)量的效果有限。本研究中有機(jī)肥與化肥配施能明顯增加土壤微生物數(shù)量一方面可能是由于有機(jī)肥和化肥配施能明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分含量，為微生物提供更多的能源和養(yǎng)分（孫瑞蓮等，2004）；另一方面可能是由于無機(jī)肥和有機(jī)肥配合施用能促進(jìn)作物根系分泌物種類和數(shù)量的增加，優(yōu)化根系生長(zhǎng)環(huán)境，為微生物提供更好棲息環(huán)境，從而促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)繁殖（臧逸飛等，2015；Goyal et al.，1999；?imek et al.，1999）。此外本研究也發(fā)現(xiàn)：（1）長(zhǎng)期單施有機(jī)肥M灌漿中期的細(xì)菌、放線菌和固氮菌數(shù)量顯著高于長(zhǎng)期單施化肥NPK，而大口期兩者細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量差異不顯著，這主要可能是由于化肥是速效養(yǎng)分，在玉米生育前期能為微生物提供所需的主要養(yǎng)分，而到了灌漿中期施用有機(jī)肥優(yōu)于化肥的效果才逐漸凸顯出來；（2）本研究中固氮菌數(shù)量MNPK顯著高于HMNPK可能是由于偏高的施氮量對(duì)土壤中的固氮菌數(shù)量具有一定的抑制作用（張紅娟等，2010）。

表3　土壤微生物數(shù)量和酶活性的相關(guān)性分析Table 3　Correlation analysis between the quantity of soil microorganisms and enzyme activities

轉(zhuǎn)化酶對(duì)增加土壤中易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用，脫氫酶屬于土壤中重要的氧化還原酶系，磷酸酶的酶促作用能提高土壤磷素的有效性，蛋白酶可將蛋白質(zhì)水解為短肽和氨基酸，土壤酶活性常用于評(píng)價(jià)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)轉(zhuǎn)化狀況及肥料施用和各種農(nóng)業(yè)措施的效果（馬寧寧等，2010）。李芳等（2015）通過研究長(zhǎng)期施肥對(duì)潮土酶活性的影響發(fā)現(xiàn)，NK肥比例對(duì)土壤酶產(chǎn)生顯著影響，化肥與有機(jī)肥配施加秸稈還田與單施化肥相比能使土壤酶活性處于較高水平，利于土壤質(zhì)量的穩(wěn)步提高。王俊華等（2007）在長(zhǎng)期定位施肥研究中發(fā)現(xiàn)，不同施肥處理間土壤脫氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶及磷酸酶的活性存在較大差異，其中酶活性施肥高于不施肥，施用有機(jī)肥高于單施化肥。本研究同樣證實(shí)長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致砂姜黑土土壤酶活性的明顯降低，長(zhǎng)期單施有機(jī)肥的土壤酶活性總體表現(xiàn)優(yōu)于長(zhǎng)期單施化肥；與長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥相比，長(zhǎng)期有機(jī)肥與化肥配施可以明顯提高砂姜黑土土壤轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性。有機(jī)肥與化肥配施最利于提高土壤酶活性一方面主要可能是由于有機(jī)肥的施用可以為土壤酶提供更多、更豐富的酶促基質(zhì)，發(fā)揮底物誘導(dǎo)作用（馬寧寧等，2010；劉恩科等，2008）；另一方面有機(jī)肥和化肥配施利于改善土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤C/N，提高土壤腐殖質(zhì)含量，加快土壤碳氮元素循環(huán)，促進(jìn)土壤微生物和作物的生長(zhǎng)，從而固定和釋放更多的土壤酶（馬寧寧等，2010；高瑞等，2005）。本研究和前人研究得出了有機(jī)肥與化肥配施可明顯提高土壤酶活性的相同結(jié)論，但本研究還發(fā)現(xiàn)HMNPK和MNPK的轉(zhuǎn)化酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性差異不顯著，揭示了在安徽淮北砂姜黑土地區(qū)有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)轉(zhuǎn)化酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性的提高不明顯。本研究通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌與轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、蛋白酶活性皆呈顯著正相關(guān)關(guān)系，證明了土壤酶活性和微生物間存在密切的關(guān)系，增加土壤微生物數(shù)量對(duì)提高土壤酶活性具有重要的作用（Zhang et al.，2013）。

本研究基于安徽淮北砂姜黑土（旱、澇、僵、瘦）長(zhǎng)期定位試驗(yàn)得出了與前人在其它類型土壤長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)研究上相同的結(jié)論，即有機(jī)肥與化肥配施較單施化肥和有機(jī)肥在提高土壤微生物數(shù)量和酶活性上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。相比前人研究，本研究還發(fā)現(xiàn)單施有機(jī)肥相比單施化肥在增加土壤微生物數(shù)量方面的效果與作物生育進(jìn)程有一定的關(guān)系，這可能與砂姜黑土保肥能力差的特性有關(guān)，化肥在作物生育前期養(yǎng)分釋放快，流失也快，而有機(jī)肥在砂姜黑土里則不易流失，故長(zhǎng)期單施有機(jī)肥土壤的微生物數(shù)量在玉米灌漿中期才顯著高于單施化肥。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)提高砂姜黑土微生物數(shù)量和酶活性的效果不顯著，這可能是由于長(zhǎng)年有機(jī)肥與化肥配施能較好地維持砂姜黑土肥力，滿足微生物對(duì)土壤氮和其它養(yǎng)分的需求，而不需要再另外增加施氮量以滿足微生物對(duì)氮的需求。

4　結(jié)論

（1）相同施氮量下，有機(jī)肥與化肥配施相對(duì)于長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)肥能明顯提高土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量及土壤轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、酸性和中性磷酸酶、蛋白酶活性，單施有機(jī)肥在增加土壤微生物數(shù)量和提高土壤酶活性方面的總體效果優(yōu)于長(zhǎng)期單施化肥。長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量和酶活性的顯著降低。

（2）有機(jī)肥與化肥配施下增加施氮量對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活性的提高作用不明顯，土壤酶活性與作物不同生育期根部土壤微生物數(shù)量間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過施肥增加土壤微生物數(shù)量對(duì)提高土壤酶活性具有積極作用，若采取有機(jī)肥和化肥配施則施氮量不宜偏高。

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Effects of Different Long-term Fertilization Models on Culturable Microbial Quantity and Enzyme Activities of Lime Concretion Black Soil

ZHANG Xiangqian1，2， CHEN Huan1，2， QIAO Yuqiang1，2， CAO Chengfu1，2*，DU Shizhou1，2， LI Wei1，2， ZHAO Zhu1，2
1. Crops Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei 230031， China；
2. Anhui Provincial Key Laboratory of Crops Quality Improvement， Hefei 230031， China

Based on long-term located fertilization experiment （year 1981—） in lime concretion black soil area， we studied the effects of without fertilizer application CK， long-term application of single chemical fertilizer NPK， long-term application of single organic fertilizer M， long-term mixed application of organic and chemical fertilizer MNPK （with the same amount of nitrogen） and HMNPK （with the larger amount of nitrogen） on culturable microbial quantity and enzyme activities in soil， in order to reveal the response mechanism of soil microbial quantity and enzyme activities to different fertilization models， and to provide scientific basis and theoretical help for improving lime concretion black soil fertility and quality. The quantity of bacteria， fungi， actinomycetes and Azotobacter of CK was lower than that of other fertilization treatments， and the quantity of bacteria， actinomycetes and Azotobacter of M was significantly higher than that of NPK at middle of filling stage， while the difference in the quantity of fungi between M and NPK was insignificant. The quantity of bacteria， fungi and actinomycetes of MNPK and HMNPK was higher than that of NPK and M， compared to NPK and M， MNPK increased the quantity of bacteria， fungi and actinomycetes by 47.0%， 21.1%， 32.1% and 23.2%，11.7%， 20.2%， respectively. The difference in the quantity of bacteria， fungi and actinomycetes between MNPK and HMNPK was insignificant at middle of filling stage， while the quantity of Azotobacter of MNPK was higher than that of HMNPK. The activities of invertase， dehydrogenase， acidic and neutral phosphatase and protease of M were higher than that of NPK at middle of filling stage，and increased by 20.9%， 22.1%， 17.7%， 18.4%， 10.0%， respectively. When compared to long-term application of single chemical fertilizer and organic fertilizer， the treatment of long-term mixed application of organic and chemical fertilizer obviously increased the activities of soil invertase， dehydrogenase， acidic and neutral phosphatase and protease. The dehydrogenase activity of HMNPK was higher than that of MNPK， while the activities of invertase， acidic and neutral phosphatase， protease between HMNPK and MNPK was insignificant. The activities of invertase， dehydrogenase， acidic and neutral phosphatase， protease were significantly positively correlated to the quantity of bacteria， fungi， actinomycetes， and insignificantly positively correlated to Azotobacter. The findings showed that long-term mixed application of organic and chemical fertilizer was the most conducive way to improving microbial quantity and enzymes activities in lime concretion black soil， and followed by application of single organic fertilizer， to increase N application rate had no obvious effect on improving soil microbial quantity and enzymes activities under the condition of mixed application of organic and chemical fertilizer， and even to decrease the number of Azotobacter.

long-term fertilization； microbial quantity； lime concretion black soil； enzyme activities

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.08.005

S154.3； X173

A

1674-5906（2016）08-1283-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31401328）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300408）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2013BAD07B08）；中國(guó)氣象局氣候變化專項(xiàng)（CCSF201616）

張向前（1984年生），男，助理研究員，博士，主要從事小麥栽培研究。E-mail: xiangqian111@163.com

曹承富，主要從事小麥栽培研究。E-mail: caocfu@126.com

2016-06-24

引用格式：張向前， 陳歡， 喬玉強(qiáng)， 曹承富， 杜世州， 李瑋， 趙竹. 長(zhǎng)期不同施肥模式對(duì)砂姜黑土可培養(yǎng)微生物數(shù)量和酶活性的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（8）: 1283-1290.