長期施肥對黑壚土氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度的影響

蔡 艷，郝明德，臧逸飛，何曉雁

(1.四川農(nóng)業(yè)大學資源學院，四川成都 611130； 2.西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，陜西楊凌 712100)

長期施肥對黑壚土氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度的影響

蔡 艷1,2，郝明德2,3，臧逸飛2，何曉雁2

(1.四川農(nóng)業(yè)大學資源學院，四川成都 611130； 2.西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，陜西楊凌 712100)

為探討長期施肥下黑壚土氨化作用的變化，在長期定位試驗條件下，分析了長期施肥對黑壚土氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度的影響。結(jié)果表明，在小麥連作下，各施肥處理均可不同程度提高土壤中氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度，其中單施有機肥及有機無機肥配施的效果更明顯。在不同施肥處理中，氮磷配施有機肥處理的土壤氨化細菌數(shù)量最多(7.53×108個·g-1)，是不施肥處理(CK)的189.2倍，氨化作用強度最高(1.49 mg·kg-1)，較CK增加55.0%；其次為單施有機肥、氮肥配施有機肥和磷肥配施有機肥處理，其氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度均顯著高于CK。在苜蓿連作下，與CK相比，單施磷肥處理的土壤氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度均明顯降低，降幅分別為99.5%和49.7%。因此，黃土高原黑壚土區(qū)小麥連作時，長期施用有機肥及有機無機肥配施均可提高土壤有機氮的轉(zhuǎn)化作用，增強其供氮能力；苜蓿連作時，長期單施磷肥可減弱土壤有機氮的轉(zhuǎn)化作用。

長期施肥；小麥連作；苜蓿連作；氨化細菌；氨化作用

氮是限制作物生長和產(chǎn)量形成的首要因素[1]，合理的施肥措施能夠提高土壤肥力和作物產(chǎn)量[2-4]。作物生長所需的氮大部分來自于土壤，但土壤氮多需礦化為無機形態(tài)的氮才能被植物直接吸收利用，而氨化作用則在土壤氮素礦化中起到了決定性作用，其強度的變化在一定程度上可以反映土壤供氮能力[5]。氨化細菌作為氮素生理群之一，是氨化作用的主要驅(qū)動力，其數(shù)量直接反映了氨化作用強度[6]，對于土壤中含氮有機物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化起著重要作用。長期肥料定位試驗?zāi)軐ιa(chǎn)中的施肥問題進行長期、系統(tǒng)、科學的研究，與短期試驗相比具有無法比擬的優(yōu)點，能為區(qū)域性、長遠的施肥規(guī)劃提供參考。黑壚土是黃土高原地區(qū)一種主要的地帶性土壤，黑壚土區(qū)更是當?shù)貎?yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品及我國優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)的重要基地。前人關(guān)于長期施肥對土壤中氨化細菌和氨化作用的影響研究較少[7-10]，且多以小麥、玉米等一般大田作物栽培土壤為研究對象，有關(guān)施肥對黑壚土氨化細菌和氨化作用的影響還鮮有報道。本研究以陜西省長武縣十里鋪村的長期肥料定位試驗為平臺，探討在小麥和苜蓿連作下施肥對黑壚土氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度的影響，以期在一定程度上反映黑壚土的供氮能力，為作物合理施肥及作物產(chǎn)量的提高提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

長期試驗設(shè)在1984年建立的長期肥料定位試驗站，該站位于黃土高原中南部的陜西省長武縣十里鋪村旱地上(107°40′E，35°12′N)，所在區(qū)域為暖溫帶半濕潤大陸型季風氣候，屬半濕潤易旱地區(qū)，是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗點地勢平坦，黃土堆積深厚，土壤為黃蓋粘黑壚土，海拔1 200 m，晝夜溫差較大。多年平均降水量578.5 mm，年季間差異較大，54%的降水集中在7-9月份。年均氣溫9.1 ℃，1月份平均氣溫-5.0 ℃，7月份22.1 ℃；大于10 ℃積溫3 029 ℃，年日照時數(shù)2 230 h，日照率51%，年輻射總量484 kJ·cm-2，無霜期171 d。1984年試驗開始時，耕層土壤有機質(zhì)含量10.5 g·kg-1，全氮含量0.57 g·kg-1，堿解氮含量37.0 mg·kg-1，全磷含量0.659 g·kg-1，有效磷含量3.0 mg·kg-1，速效鉀含量129.3 mg·kg-1，pH 8.3。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗設(shè)小麥連作和苜蓿連作2個種植系統(tǒng)，11個處理。其中，小麥連作下設(shè)8個施肥處理，分別為不施肥(CK)、單施氮肥(N)、單施磷肥(P)、單施有機肥(M)、氮磷配施(NP)、氮肥配施有機肥(NM)、磷肥配施有機肥(PM)和氮磷配施有機肥(NPM)；苜蓿連作下設(shè)3個施肥處理，分別為不施肥(CK)、單施磷肥(P)和氮磷配施有機肥(NPM)。

隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復，試驗小區(qū)面積67 m2(6.5 m×10.3 m)。小麥品種為秦麥4號(1984-1985)、長武131(1986-1995)、長武134(1996年至今)，于9月中旬播種，次年6月下旬收獲；紫花苜蓿為本地種，6月上旬與8月下旬各割一次。各處理按設(shè)計要求施肥，兩種作物生育期N、P2O5和有機肥施用量均分別為120、60和75 000 kg·hm-2，肥料分別選擇尿素、過磷酸鈣和廄肥，皆于作物播前將肥料撒施地表后耕翻入土。定期除草和松土，田間管理同大田。

1.3 土樣采集、制備及測定項目與方法

2011年8月底在各小區(qū)按“S”形布點采集混合土樣。采樣時先去除土壤表面未分解的枯枝落葉和植物殘體，取樣深度為0～20 cm，四分法取土。然后將一部分新鮮土樣于-20 ℃冰箱中保存并及時測定氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度；一部分土樣風干過1 mm和0.149 mm篩用于土壤養(yǎng)分含量的測定。其中，氨化細菌數(shù)量采用蛋白胨氨化培養(yǎng)基培養(yǎng)，稀釋法(MPN)[11]測定。氨化作用強度參考土壤培養(yǎng)法[11]，先稱取10 g土于三角瓶中，土內(nèi)拌以0.2%的蛋白胨，覆膜在28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d，然后用2 mol·L-1KCl浸提，靛-酚藍比色法[12]測定銨態(tài)氮含量，減去未培養(yǎng)狀態(tài)土樣銨態(tài)氮含量，計算得到土壤氨化作用強度。土壤養(yǎng)分含量采用常規(guī)分析法測定：有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)；全氮含量用半微量凱氏法；堿解氮含量用堿解擴散法；全磷含量用HClO4-H2SO4法；有效磷含量用0.5 mol·L-1NaHCO3法；速效鉀含量用NH4OAc浸提，火焰光度法測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003和SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析(ANOVA)和最小顯著差數(shù)(LSD)法進行差異顯著性檢驗(α=0.05)，相關(guān)分析用Pearson相關(guān)系數(shù)評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期施肥對土壤氨化細菌數(shù)量的影響

2.1.1 小麥連作下施肥對土壤氨化細菌數(shù)量的影響

在小麥連作下，與CK相比，所有施肥處理土壤氨化細菌數(shù)量均增加，各處理氨化細菌數(shù)量表現(xiàn)為NPM>NM>M>PM>NP>P>N>CK(圖1)。N、P、NP處理氨化細菌數(shù)量與CK差異不顯著，說明僅施化肥對土壤氨化細菌數(shù)量影響微弱；M、NM、PM、NPM處理的土壤氨化細菌數(shù)量分別是CK的31.2、102.8、9.8和189.2倍，與CK差異均顯著。綜合來看，與單施化肥相比，有機肥及有機肥與無機肥配施對土壤氨化細菌數(shù)量的促進作用更明顯。

2.1.2 苜蓿連作下施肥對土壤氨化細菌數(shù)量的影響

在苜蓿連作下，不同處理下土壤氨化細菌數(shù)量的差異較大(圖2)。CK、P和NPM處理氨化細菌數(shù)量分別為38.3×108、0.203×108和38.6×108個·g-1，P處理顯著低于CK，降幅99.5%；NPM處理與CK差異不顯著，說明在苜蓿連作下長期單施磷肥會明顯減少土壤氨化細菌數(shù)量。

2.2 長期施肥對土壤氨化作用強度的影響

2.2.1 小麥連作下施肥對土壤氨化作用強度的影響

在小麥連作下，各施肥處理土壤氨化作用強度均高于CK(0.961 mg·kg-1)(圖3)。其中，N(1.03 mg·kg-1)、P(1.03 mg·kg-1)處理土壤氨化作用與CK差異不大，其他處理與CK差異均達顯著水平。NP、PM處理間氨化作用強度(1.15和1.17 mg·kg-1)比較接近。NPM處理土壤氨化作用最強(1.49 mg·kg-1)，與CK相比增幅達55.0%；其次為M、NM處理，其氨化作用強度分別為1.31 和1.27 mg·kg-1，彼此間差異不顯著，較CK分別增加36.3%和32.2%?？傮w上講，施肥可提高土壤氨化作用強度，但施用有機肥及有機無機肥配施比單施化肥在增強土壤氨化作用強度上的效果更佳。

圖柱上的字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。下圖同。

Different letters above the columns indicate significant differences among the treatments at 0.05 level.The same as in the following figures.

圖1 小麥連作下施肥對土壤氨化細菌數(shù)量的影響

Fig.1 Effect of long-term fertilization on amount of ammonifier in soil under continuous cropping of wheat

圖2 苜蓿連作下施肥對土壤氨化細菌數(shù)量的影響

2.2.2 苜蓿連作下施肥對土壤氨化作用強度的影響

在苜蓿連作下， P、NPM處理的土壤氨化作用強度分別為1.93和2.86 mg·kg-1，分別比CK下降49.7%和25.5%，不同處理之間差異顯著(圖4)，可見在苜蓿連作下施肥會減弱土壤氨化作用。

2.3 氨化細菌數(shù)量、氨化作用強度與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)性

相關(guān)分析(表1)表明，氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度與土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀含量均呈正相關(guān)，其中與有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量呈極顯著正相關(guān)，說明氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度與土壤養(yǎng)分因子間關(guān)系比較密切，尤其是有機質(zhì)、全氮和堿解氮對氨化細菌和氨化作用的影響更大。土壤氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度相關(guān)系數(shù)為0.927，達到極顯著水平，表明氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度有很好的相關(guān)性，土壤中氨化細菌數(shù)量的多少反映了氨化作用的強弱。

圖3 小麥連作下施肥對土壤氨化作用強度的影響

圖4 苜蓿連作下施肥對土壤氨化作用強度的影響

表1 氨化細菌數(shù)量、氨化作用強度與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)系數(shù)

Table 1 Correlation coefficients of ammonifier amount,ammoniation intensity and soil nutrient content

指標Index有機質(zhì)Organicmatter全氮Totalnitrogen堿解氮Availablenitrogen全磷Totalphosphorus有效磷Availablephosphorus速效鉀Availablepotassium氨化細菌數(shù)量Ammonifieramount氨化細菌數(shù)量Ammonifieramount0.831**0.851**0.844**0.3380.3980.2941氨化作用強度Ammoniationintensity0.830**0.866**0.874**0.1720.1620.1480.927**

**：P<0.01.

3 討 論

相關(guān)分析表明，土壤氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度有很好的相關(guān)性，二者受土壤養(yǎng)分因子尤其是有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量的影響較大。C、N、P、K等化學元素是微生物生命活動過程中不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)[13]?；实氖┯迷谝欢ǔ潭壬显黾恿送寥鲤B(yǎng)分含量，促進小麥植株及其根系生長，同時根系分泌大量低分子量有機物，為氨化細菌生長提供了易于吸收利用的營養(yǎng)物質(zhì)和作用底物[14-16]，從而提高土壤氨化作用強度。有機肥養(yǎng)分含量豐富，一方面為氨化細菌提供了充足的C 源、N 源、無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，有利于氨化細菌生長繁殖，氨化細菌活性的提高反過來又促進土壤中有機氮的礦化，這個過程釋放出來的營養(yǎng)物質(zhì)和能量又進一步激發(fā)氨化細菌活性，而有機肥的施用還可以改善土壤理化性質(zhì)，為氨化細菌生長繁殖提供適宜的條件。此外，有機肥中本身也含有大量微生物[17-18]。這可能是小麥連作下施用有機肥，土壤氨化細菌數(shù)量增加和氨化作用強度提高的重要原因。施用有機肥(M)及有機肥與無機肥配施(NM、PM、NPM)的氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度均高于對應(yīng)不施有機肥處理(CK、N、P、NP)，這與王英等[6]、梁利寶等[10]研究結(jié)果有相似之處，其原因在于有機無機肥配施結(jié)合了有機肥與無機肥各自的優(yōu)點，在施用化肥的基礎(chǔ)上，保持養(yǎng)分的循環(huán)再利用，能更好地促進作物生長，因而增加了根系分泌物和凋落物[19]，進而增強土壤氨化作用。此外，施用化肥在增加氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度上的作用效果不及有機肥及有機無機肥配施，除了因為化肥養(yǎng)分單一，在促進作物生長和增加土壤養(yǎng)分含量方面作用有限外，可能還與長期單施化肥破壞了土壤物理性質(zhì)，使氨化細菌生存環(huán)境變得惡劣[20]有關(guān)。

與小麥生長需氮量多不同，苜蓿是豆科作物，具有“牧草之王”的美稱，通過根瘤中的共生固氮菌，能夠直接吸收空氣中的分子態(tài)氮(N2)，其固氮量基本可以滿足生長發(fā)育對氮的需求[21]。齊敏興等[22]研究表明，適當?shù)牧姿娇梢源龠M苜蓿生長，增加根瘤數(shù)和根瘤重，增強固氮酶活性，提高根瘤的固氮能力。在苜蓿連作下施用磷肥(P、NPM)時，苜蓿從土壤中吸收氮素的量減少，使得土壤中氨化細菌活性降低，氨化作用也隨之減弱。同時，Chen等[23]認為，土壤水分條件也是影響氨化作用的重要因素。由于肥料的投入，苜蓿生長條件得以改善，加劇了苜蓿對水的需求，使得土壤強烈干燥[24]，這是苜蓿連作施肥限制氨化細菌生長的又一因素。同樣可能是因為有機肥的保水作用，在苜蓿連作時，P處理下土壤氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度均低于NPM處理。然而，由于苜蓿固定的分子態(tài)氮隨著凋落物、根系分泌物和根系腐爛返還給土壤，增加了土壤有機氮，所以在苜蓿連作下土壤氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度整體高于小麥連作。Romillac等[25]研究結(jié)果表明，土壤氨化作用強度與豌豆根系形態(tài)構(gòu)成，尤其是總根長度及細根比例密切相關(guān)。本研究中苜蓿為多年生牧草，根系發(fā)達，可能與其氨化作用強度整體高于小麥連作有關(guān)。

本研究僅探討了不同施肥處理下氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度的變化情況，但氨化細菌和氨化作用還受施肥量的影響。王晶瑩[26]研究指出，農(nóng)肥高量處理下氨化細菌數(shù)量最多，氨化作用最強。因此，可深入研究施肥水平對黑壚土氨化細菌數(shù)量和氨化作用強度的影響，以期為該地區(qū)土壤供氮能力提供理論和技術(shù)參考。

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Effect of Long-Term Fertilization on the Amount of Ammonifier and Ammonification Intensity in the Dark Loessial Soil

CAI Yan1,2,HAO Mingde2,3,ZANG Yifei2,HE Xiaoyan2

(1.College of Resources,Sichuan Agricultural University,Chengdu,Sichuan 611130,China; 2.College of Natural Resources and Environment,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China; 3.Institute of Soil and Water Conservation,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China)

Soil ammonifier and ammonification intensity has an important significance to soil organic nitrogen conversion and nitrogen supplying capacity. A long-term experiment was conducted to study the effect of long-term fertilization on the amount of ammonifier and the intensity of ammonification in the dark loessial soil. The results show that for the continuous cropping of wheat,all fertilization treatments could increase the amount of soil ammonifier and ammonification in varying degrees,but the impact of organic fertilizer and inorganic fertilizer combined with organic manure were more obvious; under NPM (nitrogen and phosphorus fertilizer with organic fertilizer),soil ammonifying bacteria owned the largest number (7.53×108·g-1),189.2 times of CK (no fertilizer); and ammonification intensity of NPM was the highest (1.49 mg·kg-1),which improved 55.0% compared to CK.The quantity of ammonifier and ammonification intensity of M (single organic fertilizer),NM (nitrogen fertilizer with organic fertilizer) and PM (phosphorus fertilizer with organic fertilizer) were all significantly higher than those of CK. For continuous cropping of alfalfa,compared with CK,ammonifier and ammonification of P (single phosphorus fertilizer) soil were evidently lower. Ammonifier decreases by 99.5% in quantity,and intensity of ammonification dropped by 49.7%. For dark loessial soil in Loess Plateau of wheat successive cropping,the long-term application of organic manure and inorganic fertilizer combined with organic manure could improve soil organic nitrogen transformation,meanwhile enhanced its strength for nitrogen; and for continuous cropping of alfalfa,long-term fertilization of phosphate fertilizer could abate the transformation of soil organic nitrogen.

Long-term fertilization; Continuous cropping of wheat; Continuous cropping of alfalfa; Ammonifier; Ammonification

時間：2016-11-04

2016-04-18

2016-05-26

國家科技支撐計劃重大項目(2011BAD31B01)；寧夏農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)科技推廣項目(NTKJ-2013-03-1)

E-mail：caiyya@126.com

郝明德(E-mail：mdhao@ms.iswc.ac.cn)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)11-1517-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161104.0926.030.html