長期不同施肥措施對黃壤微生物量碳及氮的影響

柳玲玲，李 渝，蔣太明，秦 松*

(1.貴州省土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽 550025；3.貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550006；4.農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站，貴州 貴陽 550006)

長期不同施肥措施對黃壤微生物量碳及氮的影響

柳玲玲1,2,3，李 渝1,3,4，蔣太明1,3,4，秦 松1,3,4*

(1.貴州省土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽 550025；3.貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550006；4.農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站，貴州 貴陽 550006)

為黃壤旱地合理施肥與養(yǎng)分綜合管理提供依據(jù)，實現(xiàn)黃壤旱地可持續(xù)利用，以選擇貴州黃壤肥力與肥料長期定位試驗中不施肥(CK)、常量有機肥(M)、常量有機肥+常量氮磷鉀肥(MNPK)和常量氮磷鉀肥(NPK)4個處理，分析貴州黃壤長期定位施肥18年后的旱地土壤微生物量C和微生物量N。結(jié)果表明：長期施肥對土壤中的微生物量C和N均有增加作用，并且影響趨勢一致，含量依次為M+NPK>M>NPK>CK。與CK相比，各施肥處理均提高了微生物對有機碳、全氮的利用率，其中全氮的利用率提高最明顯，M+NPK處理中土壤微生物對氮利用率最高，約為CK的5倍，其次是M處理，為CK的4.37倍。各處理有機碳利用率與CK差異較小，其中M處理土壤微生物對有機碳利用率最高，其次為M+NPK處理。

黃壤；微生物量C；微生物量N；長期施肥

長期定位施肥試驗可以深入了解土壤生態(tài)環(huán)境變化，在研究耕地養(yǎng)分循環(huán)與管理、土壤肥力演變，作物需肥規(guī)律以及合理平衡施肥等方面具有重要的科學(xué)價值和意義[1-2]。土壤微生物是土壤生態(tài)環(huán)境中最活躍的生命體，是土壤養(yǎng)分循環(huán)最重要的驅(qū)動力，參與土壤有機質(zhì)的礦化和分解、腐殖質(zhì)的形成、土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)等生物過程[3-4]。土壤微生物量C和N是植物營養(yǎng)物質(zhì)的源和庫，是土壤養(yǎng)分中的活性因子，可以反映土壤微生物活性，常作為評價土壤養(yǎng)分的生物學(xué)性狀。另外，土壤微生物量C和N可對反映土壤肥力狀況和土壤養(yǎng)分利用率，相對比其他土壤性狀，土壤微生物量對農(nóng)田管理措施具有更敏感的響應(yīng)[5]。研究表明，土壤微生物量C和N受土壤類型的影響，目前對土壤微生物量C和N的研究多集中在紅壤[6]、黃棕壤水稻土[7]、黑壚土等方面[8]。另外，植物類型[9]、輪作[10-11]以及不同的肥料類型[12-13]等農(nóng)業(yè)管理措施均對土壤微生物量C和N有一定的影響作用[14]。

黃壤為貴州省面積最大的土壤類型，占全省土壤總面積的46.4 %，因此，研究長期施肥措施對黃壤旱地微生物量C和微生物量N的影響，對于指導(dǎo)黃壤旱地合理施肥與養(yǎng)分綜合管理，實現(xiàn)黃壤旱地可持續(xù)利用具有很好的理論指導(dǎo)意義[15]。貴州黃壤肥力與肥料效益監(jiān)測基地自1995年建立以來，是全國唯一的黃壤肥力與肥料效益長期監(jiān)測基地，也是全國集水田、旱地于一體的肥力與肥料效益長期監(jiān)測基地之一。近年來，有關(guān)黃壤區(qū)長期施肥試驗的報道大多集中在作物產(chǎn)量和肥料利用率、有機磷、有機碳等的平衡研究方面[16-19]，而對黃壤在旱地土壤微生物量C和N的研究尚未見報道。本研究以貴州黃壤肥力與肥料效益監(jiān)測基地的旱地長期施肥試驗為平臺，研究長期施肥對土壤微生物量的影響，明確長期施肥下微生物對有機碳和氮的利用率，以期對貴州黃壤耕地改良及培育，實現(xiàn)黃壤耕地可持續(xù)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

黃壤長期試驗點位于貴州省貴陽市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)金竹鎮(zhèn)(東經(jīng)106°07′，北緯26°11′)，1995年依托于貴州省土壤肥料研究所建成，監(jiān)測區(qū)占地0.67 hm2，位于黔中黃壤丘陵區(qū)，境內(nèi)地勢南北高，中部低，平均海拔1071 m。氣候溫和，熱量豐富，且熱、水、光同期。年平均氣溫15.3 ℃，年平均日照時數(shù)約1354 h，相對濕度75.5 %，全年無霜期約270 d。年降雨量1100～1200 mm。試驗地為旱地黃壤，成土母質(zhì)為三疊系灰?guī)r與砂頁巖殘積物。

1.2 試驗材料

試驗于1995年開始，土壤樣品于2013年10月作物收獲后采集，為長期定位施肥18年后的土壤。每個處理取3份混合樣，采用5點取樣法取表層0～20 cm土壤并混勻，立即處理或保存于4 ℃冰箱中3～4 d內(nèi)完成測定，測定前除去土樣中植物殘體(如根莖葉)及土壤動物等可見物，過2 mm篩，混勻后用于土壤微生物量C和N分析。取樣前供試土壤的基本理化性狀見表1。

1.3 試驗設(shè)計

長期試驗1995年開始，共設(shè)12個處理，采用大區(qū)對比試驗，面積為340 m2，不設(shè)重復(fù)，本研究選取其中的4個處理。不施肥對照、全量有機肥(M)、全量有機肥+全量NPK(M+NPK)和全量NPK(NPK)。無機肥為尿素(N 46 %)、過磷酸鈣(P2O516 %)、氯化鉀(K2O 60 %)。試驗用有機肥為牛廄肥(養(yǎng)分含量N 2.7 g/kg、P2O51.3 g/kg、K2O 6 g/kg)，年均施入122.2 t/hm2，各處理養(yǎng)分投入情況見表2。

表1 供試黃壤基本理化性狀

表2 旱地長期不同施肥處理施肥量及種植模式

1.4 微生物生物量測定

微生物量C和N采用氯仿熏蒸浸提法，分別用重鉻酸鉀容量法(磷酸浴)和凱氏定氮法測定，C和N換算系數(shù)分別為 0.38 和 0.45[20-22]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)采用DPS和Excel進(jìn)行差異顯著性和方差分析，單因素方差分析 LSD 法計算檢驗處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱地長期不同施肥處理土壤的微生物量C含量

從圖1看出，長期有機肥化肥配施或單施有機肥、化肥，微生物量C含量均有明顯的提高，各施肥處理間表現(xiàn)出顯著差異，其含量依次為M+NPK>M>NPK>CK。長期有機肥和無機肥配施處理，土壤微生物量C比單施有機肥顯著增高，而單施有機肥比單施化肥更促進(jìn)微生物量 C含量增加。不施肥土壤微生物量C比長期單施有機肥處理下降44.44 %。說明，當(dāng)土壤中養(yǎng)分虧缺時，作物生長消耗土壤中的有效養(yǎng)分，從而抑制微生物的活性。

小寫字母表示處理間差異顯著P<0.05，下同Different lowercase letters indicate significance of difference at P<0.05 level. The same as below圖1 不同施肥處理微生物量C含量Fig.1 Microbial biomass C content of different long-term fertilization treatments

圖2 不同施肥處理微生物量N含量Fig.2 Microbial biomass N content of different long-term fertilization treatments

2.2 旱地長期不同施肥處理土壤微生物量N的含量

從圖2看出，長期有機肥化肥配施或者單施有機肥、化肥對微生物量N含量均有明顯提高作用，各施肥處理間表現(xiàn)出顯著差異，其含量依次為M+NPK>M>NPK>CK。說明，雖然有機肥對土壤微生物量N 的貢獻(xiàn)比化肥大，但土壤氮是微生物量N的主要來源。有機肥與化肥配合施用比單獨施用化肥或單施有機肥相比更能提高土壤微生物量N的含量。

2.3 旱地長期不同施肥處理土壤有機碳和全氮的利用率

從圖3可見，與CK相比，各施肥處理均提高有機碳、全氮的利用率。其中，全氮的利用率提高最明顯， M+NPK氮利用率最高，約為CK的5倍，其次是M處理，是CK的4.38倍。各處理有機碳利用率與CK差異較小，其中有機碳利用率最高的是M處理，其次為M+NPK處理。說明，長期施肥可提高土壤微生物量C和N含量，以長期施用有機肥效果最明顯，且有機肥的施用可明顯提高土壤有機碳和全氮的利用率。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

長期施用化肥、有機肥或者有機肥與化肥配施對黃壤旱地中的微生物量C和N均有增加作用，且對兩者的影響趨勢一致，其含量依次為M+NPK>M>NPK>CK。因此，有機肥與化肥配施對提高土壤微生物量C和N效果最好。與CK相比，各施肥處理均提高了有機碳、全氮的利用率，其中全氮的利用率提高最明顯，M+NPK處理土壤微生物對氮利用率最高，約為CK的5倍，其次是M處理，是CK的4.37倍。各處理有機碳利用率與CK差異較小，其中有機碳利用率最高的是M處理，其次為M+NPK處理。

圖3 不同施肥處理土壤的有機碳和全氮利用率Fig.3 Utilization ratio of soil organic carbon and total nitrogen of different long-term fertilization treatments

3.2 討論

有研究表明：微生物量C、N與有機C、全N的比值可反映土壤總有機碳、全氮的利用率[20]。土壤微生物量C是土壤中的活性成分，土壤微生物量C的大小可反映土壤微生物利用土壤C源進(jìn)行自身生長繁殖，解體和碳化的過程。因此，微生物量C可作為長期施肥對土壤活性和肥力變化的預(yù)警指標(biāo)[24-25]。土壤微生物量N是土壤氮素的重要儲備庫，可綜合反映微生物對N的礦化與固持作用，因此，影響土壤N素礦化與固持的各種因素均影響微生物量N的變化。因此，土壤微生物量N在土壤 N素循環(huán)與轉(zhuǎn)化過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用[26]。

土壤的微生物量C和N與土壤微生物的活性有直接的關(guān)系，并且在不同肥力土壤中，不同施肥措施對土壤微生物量C和N的影響作用不同。長期不施肥或施用化肥使土壤微生物活性減弱，種群多樣性降低，土壤理化性狀惡化，土壤生態(tài)環(huán)境失衡，土壤微生物量C含量降低[27-28]。在高肥力的土壤中，單施化肥抑制土壤微生物的活性，從而使土壤的微生物量C含量下降，當(dāng)投入有機質(zhì)時，這種抑制作用減弱。如當(dāng)化肥和有機肥配施時，化肥對微生物的抑制作用減弱，化肥投入量的增減對微生物量C的影響差異不明顯。而土壤中氮是土壤微生物量N 的主要來源，在高肥力土壤中，當(dāng)有機肥和無機肥配施時，土壤N庫豐盈，土壤微生物活性強，土壤微生物量N也相應(yīng)的增加。而單施化肥對土壤微生物活性的影響是土壤微生物量N含量高低的關(guān)鍵因素[29]。在貧瘠土壤中，單施化肥能夠顯著提高土壤的微生物量C含量，是因為土壤本身養(yǎng)分含量低，土壤微生物活性較低，當(dāng)化肥施入時可快速為土壤提供營養(yǎng)物質(zhì)，激活土壤微生物。有機肥和無機肥配施也可顯著增加土壤微生物的數(shù)量和活性，從而提高土壤的微生物量C和N含量，因為有機肥的施入可提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤的理化性狀，為微生物的生長繁殖提供良好的能源和環(huán)境條件[30]。

也有研究認(rèn)為，施肥可刺激根系分泌物的增多，通過化感作用激活土壤微生物，促進(jìn)微生物生長繁殖[31]。同時不同施肥措施可為土壤微生物提供不同的C源和N源，當(dāng)土壤中原有的碳源和氮源充足時，土壤微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力較強，作物的競爭力較弱，隨著土壤有機碳和氮素的轉(zhuǎn)化，作物的競爭能力逐漸增強，并超過微生物，這時土壤微生物量C和N的含量減少[32-33]。因此，土壤微生物量的變化可反映土壤肥力的變化。

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(責(zé)任編輯 劉忠麗)

EffectsofDifferentLong-termFertilizationPatternsonMicrobialBiomassCarbonandNitrogeninYellowSoil

LIU Ling-ling1,2,3, LI Yu1,3,4, JIANG Tai-ming1,3,4,QIN Song1,3,4*

(1.Guizhou Institute of Soil and Fertilizer, Guizhou Guiyang 550006，China； 2.Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025,China； 3.Guizhou Technology Center for Agricultural Resources and Environment Engineering, Guizhou Guiyang 550006，China； 4.Guizhou Scientific Observation Experimental Station of Cultivated Land Preservation and Agricultural Environment, Guizhou Guiyang 550006, China)

The microbial biomass C and microbial biomass N of CK (no fertilization), M (constant organic manure), MNPK (constant organic manure+constant N, P and K fertilizer) and NPK (constant N, P and K fertilizer) yellow soil treatments under the long-term fertilization for 18 years were analyzed to provide the basis for rational fertilization and nutrient integrated management of yellow soil upland and realize sustainable utilization of yellow soil upland. Results: Long-term fertilization can increase microbial biomass C and microbial biomass N of yellow soil with the same impact trend and their content of four treatments is M+NPK > M > NPK > CK. Three fertilization treatments all increase organic carbon and total nitrogen utilization ratio of microorganism compared with CK and the total nitrogen utilization ratio increases obviously. The microbial nitrogen utilization ratio of M+NPK treatment is the highest, about five times that of CK. The microbial nitrogen utilization ratio of M treatment is 4.37 times that of CK. There is no obvious difference in organic carbon utilization ratio between different fertilization treatments and CK. The organic carbon utilization ratio of soil microorganism of M treatment is the highest, followed by M + NPK treatment.

Yellow soil; Microbial biomass C; Microbial biomass N; Long-term fertilization

1001-4829(2017)3-0645-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.3.029

S14-33

A

2016-06-14

貴州省院聯(lián)合基金[黔科合LH字(2014)7708]；貴州省農(nóng)科院院專項[黔農(nóng)科院院專項(2013)010]；院地合作項目[院地農(nóng)科合字(2015)10]；貴州省農(nóng)科院自主創(chuàng)新專項[黔農(nóng)科院自主創(chuàng)新專項(2014)007]

柳玲玲(1984-)，女，副研究員，從事微生物肥料研究，E-mail:yangliu8284@163.com， *為通訊作者：秦 松(1967-)，男，研究員，博士，從事土壤污染修復(fù)和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究，E-mail:qs3761735@163.com。