復(fù)合菌肥替代部分磷肥對(duì)苜蓿草地生產(chǎn)力及土壤肥力的影響

祁娟，姚拓，白小明，高夢(mèng)瑩，孟祥君

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省草原總站，甘肅 蘭州 730010)

復(fù)合菌肥替代部分磷肥對(duì)苜蓿草地生產(chǎn)力及土壤肥力的影響

祁娟1，姚拓1，白小明1，高夢(mèng)瑩1，孟祥君2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省草原總站，甘肅 蘭州 730010)

采用大田小區(qū)試驗(yàn)，研究了化肥減量同時(shí)配施生物菌肥對(duì)苜蓿草地生產(chǎn)力、土壤微生物特征及酶活性的影響，探討生物菌肥的最佳替代量及作用效果，為苜蓿地合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。研究共設(shè)7個(gè)處理，分別為P100(100%磷肥)、M100(100%菌肥)、P75M25(75%磷肥+25%菌肥)、P50M50(50%磷肥+50%菌肥)、P25M75(25%磷肥+75%菌肥)、R100(100%固氮菌)及CK(不施肥)。結(jié)果表明：1)單施磷肥(P100)能明顯提高第一次刈割苜蓿產(chǎn)量，磷肥與菌肥3∶1(P75M25)配施對(duì)第二次刈割苜蓿產(chǎn)量影響顯著(P<0.05)。從總產(chǎn)量來(lái)看，磷肥與菌肥1∶1(P50M50)配施效果好，總產(chǎn)量較對(duì)照提高了60.45%，其次為處理P100，增產(chǎn)58.40%。2)菌肥與磷肥配施均能顯著提高土壤微生物數(shù)量，尤其是處理P50M50對(duì)第一次刈割0～10 cm土層細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量影響均顯著(P<0.05)，分別較對(duì)照提高了204.6%、174.5%和33.2%。3)處理P50M50和P25M75明顯提高了4種土壤酶活性，且對(duì)第一次刈割10～20 cm土層影響顯著(P<0.05)；除第一次刈割0～10 cm土層外，處理P25M75對(duì)微生物量碳、氮及磷影響均較其他處理明顯(P<0.05)。4)灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析表明，蔗糖酶灰色關(guān)聯(lián)度值(0.842)最高，其次為產(chǎn)量(0.814)，而微生物生物量磷灰色關(guān)聯(lián)度值(0.512)最低，其次為微生物生物量碳(0.553)。磷肥減半配施菌肥(P50M50)提高了苜蓿產(chǎn)量、改善了土壤肥力狀況，同時(shí)亦降低施用化肥對(duì)土壤的危害，是一種較為有效的農(nóng)藝措施。

菌肥；土層；土壤酶活性；產(chǎn)量；灰色關(guān)聯(lián)分析

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，化肥用量逐年增加，大量施用化肥在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，造成土壤環(huán)境日益惡化，生態(tài)平衡破壞等一系列問(wèn)題[1]。尤其是化肥的大量施用導(dǎo)致環(huán)境污染加劇等負(fù)效應(yīng)已不容忽視，合理施肥對(duì)土壤長(zhǎng)期有效利用及環(huán)境保護(hù)具有重要意義[2]。在許多土壤微生物專家看來(lái)，犧牲土壤環(huán)境質(zhì)量保障糧食安全是不可持續(xù)的，研究并利用微生物提高產(chǎn)量，發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)是健康生產(chǎn)方式的有效途徑。生物肥料的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外受到越來(lái)越多的關(guān)注，已成為現(xiàn)代生物科學(xué)研究和綜合開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域[3-4]。

生物肥料施入土壤后，可以明顯提高土壤微生物數(shù)量和土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、過(guò)氧化物酶和脲酶等活性[2]，能夠改良土壤，提高土壤肥力及肥料利用率[3]，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)植物抗病能力，進(jìn)而提高產(chǎn)量和品質(zhì)[4,5]，同時(shí)還在降低環(huán)境污染等方面有非常重要的作用[6]。由于微生物肥料相比化肥有眾多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的科學(xué)家重視微生物肥料的研究應(yīng)用[7]。有研究報(bào)道，微生物肥料的增產(chǎn)效果一般在5%～20%[5]，且施用微生物肥料可提高土壤肥力，改善土壤生態(tài)環(huán)境[6]。但前人的研究亦表明單純施用微生物肥料不能滿足植物生長(zhǎng)的需要，且當(dāng)季產(chǎn)量明顯低于化肥處理[7]，微生物肥料與有機(jī)肥或化肥混施效果更好[6-7]。從農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)看，化肥和生物肥配施是提高土壤肥力、增加土壤生產(chǎn)力的有效途徑。有關(guān)微生物肥料與化肥配施在農(nóng)作物及蔬菜上研究較多[8-10]，關(guān)于生物肥與化肥配施對(duì)苜蓿(Medicagosativa)生長(zhǎng)及苜蓿地土壤肥力的影響研究較少。苜蓿作為固氮植物，對(duì)氮肥需求相對(duì)較少，但土壤磷缺乏時(shí)，根瘤菌雖可浸染根部，但有效根瘤少，影響固氮效果[11]。因此，筆者于2011及2012年在甘肅省甘南藏族自治州高寒區(qū)無(wú)灌溉條件下就復(fù)合菌肥代替部分化肥對(duì)苜蓿草地的影響進(jìn)行了初步研究，取得了較好的效果[12-13]。本試驗(yàn)在暖溫帶灌溉條件下，進(jìn)一步研究單施化肥、化肥減量后與菌肥配施、單施菌肥對(duì)苜蓿草地生產(chǎn)力及土壤肥力特征的影響，在驗(yàn)證前期研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，了解不同施肥處理的作用效果，以達(dá)到減少化肥用量的同時(shí)促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育及提高土壤肥力特性，為苜蓿高產(chǎn)栽培、水肥管理及土壤的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年5-10月中旬在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)蘭州牧草試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)站位于蘭州市西北部，地處黃土高原西端(E 105°41′，N 34°05′)，平均海拔1520 m，年降雨量200～327 mm，年均氣溫9.7 ℃，年蒸發(fā)量1664 mm，年均日照2770 h，最熱月平均氣溫29.1 ℃，最冷月平均氣溫-14.9 ℃，土壤類型為黃綿土，土層較薄，有機(jī)質(zhì)含量0.84%，pH 7.5，速效氮95.05 mg/kg，速效磷7.32 mg/kg，速效鉀182.8 mg/kg。全年無(wú)霜期180 d以上[14]。試驗(yàn)地為種植第3年長(zhǎng)勢(shì)比較均勻的WL353苜蓿(2013年種植，播種量為22.5 kg/hm2)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)7個(gè)處理：分別是單施磷肥(P100)、固氮菌+溶磷菌混合菌肥(M100)、75%磷肥+25%菌肥(P75M25)、50%磷肥+50%菌肥(P50M50)、 25%磷肥+75%菌肥(P25M75)、全部根瘤菌(R100)、不施肥(CK)，每處理重復(fù)3次，共21小區(qū)。苜蓿返青期施肥，小區(qū)面積6 m×6 m=36 m2，磷肥為過(guò)磷酸鈣(P2O5>12%)，磷肥用量為80 kg/667 m2，所有肥料均勻混合后，于根部開(kāi)溝條施，深度3～5 cm，先施磷肥，后施菌肥，菌肥施后立即覆土。菌肥是溶磷菌和固氮菌的混合物，溶磷菌分離自禾本科植物根際且經(jīng)過(guò)篩選的高效溶磷菌株，固氮菌分離自苜蓿根部且篩選的優(yōu)良根瘤菌株。將以上兩種菌株分別接種于牛肉膏蛋白胨LB(luria bertani)和酵母菌瓊脂YMA(yeast morphology agar)培養(yǎng)基，當(dāng)OD660≥0.5時(shí)，將其菌懸液接種到已滅菌的木炭基質(zhì)與市售有機(jī)肥2∶1混合的載體上，置于28～30 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)7 d。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室初步驗(yàn)證具有明顯促生效果的復(fù)合肥料。菌株及菌肥均來(lái)自本課題組。

LB培養(yǎng)基組成：牛肉膏3 g；蛋白胨5 g；NaCl 5 g；瓊脂(agar)18 g；總體積1 L；pH 7.0～7.2(用鹽酸和氫氧化鈉調(diào))。

YMA培養(yǎng)基組成：CaCO33 g；K2HPO40.5 g；酵母粉1 g；NaCl 0.1 g；MgSO4·7H2O 0.2 g；甘露醇10 g；0.25%剛果紅10 mL；瓊脂18 g；總體積1 L；pH 7.0～7.2。

1.3研究方法

于2015年5月4日苜蓿返青期施肥，分別于2015年8月15日(第一次刈割后)和10月15日(第二次刈割后)在試驗(yàn)地的每個(gè)處理中，采用五點(diǎn)法取樣。每個(gè)樣方內(nèi)按0～10 cm、10～20 cm分層取樣，每點(diǎn)各2份，裝入無(wú)菌聚乙烯袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，其中一份在室溫下風(fēng)干，另一份立即培養(yǎng)。

1.3.1不同施肥方式對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響 分別于2015年8月15日和10月15日刈割各小區(qū)所有苜蓿，稱其鮮重，然后隨機(jī)取一部分帶回實(shí)驗(yàn)室，在105 ℃高溫下殺青15 min，在65 ℃ 烘干至恒重，計(jì)算水分含量及苜蓿干重。

1.3.2微生物數(shù)量的測(cè)定 將采取的土樣稱10.000 g用生理鹽水配成溶液，取其上清液，用梯度法稀釋，培養(yǎng)在提前做好的培養(yǎng)基上。其中，細(xì)菌培養(yǎng)3～5 d，采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；真菌培養(yǎng)5～7 d，采用馬丁氏培養(yǎng)基；放線菌培養(yǎng)7～9 d，采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基。菌數(shù)按以下公式計(jì)算：cfu/g=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)/干土[15]。

馬丁氏培養(yǎng)基組成：KH2PO41 g；MgSO4·7H2O 0.5 g；蛋白胨5 g；葡萄糖10 g；瓊脂15～20 g；1%孟加拉紅溶液3.3 mL；總體積1 L。

高氏一號(hào)培養(yǎng)基組成：可溶性淀粉20 g；KNO31 g；NaCl 0.5 g；K2HPO4·3H2O 0.5 g；MgSO4·7H2O 0.5 g；FeSO4·7H2O 0.01 g；瓊脂15～20 g；總體積1 L。

1.3.3土壤微生物量(碳、氮、磷) 采用氯仿熏蒸浸提法[16]。微生物量碳和微生物量氮用硫酸鉀浸提，微生物量磷用碳酸氫鈉浸提。

1.3.4土壤酶活性的測(cè)定 過(guò)氧化氫酶用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，脲酶用苯酚鈉-次氯酸鈉顯色法測(cè)定，磷酸酶用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，蔗糖酶用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[17]。

1.4數(shù)據(jù)分析

灰色系統(tǒng)理論的計(jì)算方法參考鄧聚龍[18]。將每一個(gè)指標(biāo)的最大值聯(lián)合起來(lái)設(shè)定參考數(shù)列(X0)，各處理下的每一個(gè)指標(biāo)作為比較數(shù)列Xi(k)(i=1，2，…，11，k=1，2，…，7)。按照Xi(k) =Xi(k1)/X0(k)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。其中，Xi(k)為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果，Xi(k1)為原始數(shù)據(jù)，X0(k)為每一指標(biāo)參考數(shù)值。根據(jù)以下公式計(jì)算各點(diǎn)的絕對(duì)差，Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|，根據(jù)以下公式求得各指標(biāo)的最小絕對(duì)差a 和最大絕對(duì)差b：

用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 19軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同施肥方式對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響

不同施肥處理下，第一次刈割和第二次刈割產(chǎn)量較對(duì)照均差異顯著(P<0.05)。其中單施磷肥(P100)產(chǎn)量較對(duì)照提高了35.93%，其次為磷肥與菌肥1∶1(P50M50)，產(chǎn)量較對(duì)照提高了33.36%。第二次刈割苜蓿產(chǎn)量相比對(duì)照增幅較第一次刈割明顯，其中P100、P50M50、P75M25較對(duì)照分別提高了97.43%、107.40%和98.36%。從總產(chǎn)量來(lái)看，處理P50M50總產(chǎn)量較對(duì)照提高了60.45%，其次為處理P100，提高了58.40%，增幅相對(duì)較低的為處理P25M75，較對(duì)照提高了37.53%(表1)。

表1 不同施肥處理對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of different fertilization treatments on alfalfa yield

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：Different lowercase letters within the same column show the significant difference (P<0.05). The same below.

2.2不同施肥方式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

2.2.1不同施肥方式對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響 第一次刈割，當(dāng)土壤土層深度為0～10 cm時(shí)，處理P75M25和R100與對(duì)照比較真菌數(shù)量明顯降低(P<0.05)，P50M50真菌數(shù)量較對(duì)照提高了33.24%，當(dāng)土層深度為10～20 cm時(shí)，處理P100、M100、P50M50、P25M75真菌數(shù)量均較對(duì)照明顯降低；第二次刈割，當(dāng)土層深度為0～10 cm時(shí)，除了處理P100和P75M25外，其他處理較對(duì)照差異顯著(P<0.05)，尤其是處理P50M50，真菌數(shù)量較對(duì)照提高了182.8%，土層深度為10～20 cm時(shí)，除處理P75M25外，其他均與對(duì)照差異顯著。綜合比較兩次刈割的真菌數(shù)量變化情況，在任何處理下，第二次刈割真菌數(shù)量較第一次刈割都明顯降低(圖1)。

2.2.2不同施肥方式對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響 第一次刈割，當(dāng)土層深度為0～10 cm時(shí)各處理土壤中細(xì)菌數(shù)量與CK相比差異顯著(P<0.05)(圖2)，除處理P25M75外，其他處理細(xì)菌數(shù)都較對(duì)照明顯增高，當(dāng)土層深度為10～20 cm時(shí)，0～10 cm土層細(xì)菌數(shù)含量低的處理在該層都有所升高；第二次刈割，當(dāng)土層深度為0～10 cm，各處理細(xì)菌數(shù)量較對(duì)照變化差異顯著，均較對(duì)照高，尤其處理P50M50，較對(duì)照細(xì)菌數(shù)量提高了328%，當(dāng)土層深度為10～20 cm，各處理細(xì)菌數(shù)均比0～10 cm低?？傮w來(lái)看，第二次刈割每一層土壤細(xì)菌數(shù)量均較第一次刈割低。

2.2.3不同施肥方式對(duì)土壤放線菌數(shù)量的影響 如圖3所示，第一次刈割，土層深度為0～10 cm時(shí)，各處理放線菌數(shù)量均較對(duì)照差異顯著，較對(duì)照增幅明顯的是處理P50M50、R100，分別較對(duì)照高174.5%、179.8%，10～20 cm，除了處理M100、P50M50、R100，其他處理與對(duì)照比較差異不顯著；第二次刈割，土層深度為0～10 cm時(shí)，處理P100、P50M50、R100與對(duì)照比較差異顯著，10～20 cm時(shí)，除處理P100之外，其他處理與對(duì)照比較均不顯著。綜合比較兩次刈割情況來(lái)看，不同處理兩次刈割苜蓿地土壤放線菌數(shù)量變化不是特別明顯。

2.3不同施肥方式對(duì)土壤酶活性的影響

2.3.1不同施肥方式對(duì)土壤脲酶的影響 不同施肥處理下，第一次刈割土層0～10 cm時(shí)，除了處理R100，其他處理脲酶活性均較對(duì)照高，尤其是處理P100和M100分別較對(duì)照提高了51.1%和16.2%，10～20 cm土層，不同處理脲酶活性均較0～10 cm低；第二次刈割土層為0～10 cm時(shí)，除了處理P100和P75M25之外，其他處理脲酶活性均較第一次刈割增高，而對(duì)于10～20 cm層，其脲酶活性明顯降低?？偟膩?lái)看，每個(gè)處理每一次刈割其脲酶活性均為0～10 cm土層高于10～20 cm(圖4)。

圖1 不同施肥處理對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatments on No. of fungi

圖2 不同施肥處理對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量Fig.2 Effects of different fertilization treatments on No. of bacteria

不同小寫(xiě)字母表示不同處理間在P<0.05水平上差異顯著。下同。
Small letters indicate significant difference atP<0.05 level. The same below.

圖3 不同施肥處理對(duì)土壤放線菌數(shù)量Fig.3 Effects of different fertilization treatments on No. of actinomycetes

圖4 不同施肥處理對(duì)土壤脲酶活性的影響Fig.4 Effects of different fertilization treatments on activities of urease

2.3.2不同施肥對(duì)苜蓿地土壤中蔗糖酶活性的影響 各處理在第一次刈割0～10 cm時(shí)蔗糖酶活性均高于對(duì)照(圖5)，除了處理P50M50外，其他處理均與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05)，且處理之間差異也呈顯著關(guān)系(P<0.05)。在土壤10～20 cm層，處理M100、P75M50、P50M50、R100與對(duì)照之間差異均顯著(P<0.05)。整體表明P100、M100和R100對(duì)土壤蔗糖酶活性具有促進(jìn)作用。從土層來(lái)看，每個(gè)處理其土層0～10 cm蔗糖酶活性均高于土層10～20 cm，表明土層越深土壤中蔗糖酶活性越低。

2.3.3不同施肥方式對(duì)苜蓿地土壤中過(guò)氧化氫酶活性的影響 如圖6結(jié)果顯示，第一次刈割0～10 cm土層，除處理M100與R100之外，其他與對(duì)照差異不顯著，但是明顯可以看出隨著施菌肥的比例依次增加，其過(guò)氧化氫酶活性依次增加，處理P100酶活性則低于對(duì)照，10～20 cm的土層中，各處理變化與0～10 cm土層相似；第二次刈割0～10 cm土層，P25M75較對(duì)照增幅明顯，提高了51.55%，而單施磷肥過(guò)氧化氫酶活性較對(duì)照降低了3.73%，10～20 cm土層，處理P50M50較對(duì)照提高了23.63%，無(wú)論0～10 cm或者10～20 cm土層，磷肥與菌肥配施均不同程度提高過(guò)氧化氫酶活性。

2.3.4不同施肥對(duì)苜蓿地土壤中纖維素酶活性的影響 第一次刈割0～10 cm土層，處理P75M25、P25M75、R100與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，其中處理R100較對(duì)照提高了37.36%，在10～20 cm土層中，處理P100、P25M75纖維素酶活性較高，分別較對(duì)照提高了45.78%和45.22%，而處理P50M50較對(duì)照降低了17.448%；第二次刈割0～10 cm土層，除單施磷肥外，其他處理與對(duì)照之間差異均顯著，10～20 cm土層，處理P50M50和M100較對(duì)照增幅明顯，分別提高了100.8%和79.1%(圖7)。

2.4不同施肥方式對(duì)苜蓿草地土壤微生物量碳、氮及磷的影響

2.4.1不同施肥方式對(duì)苜蓿草地土壤微生物量碳的影響 所有施肥處理與對(duì)照相比微生物量碳并沒(méi)有完全較對(duì)照增加(圖8)。第一次刈割0～10 cm土層，處理R100微生物量碳較對(duì)照提高了6.92%，處理P50M50和P25M75較對(duì)照分別降低了41.46%和39.94%，其他處理與對(duì)照比較差異不顯著(P>0.05)，10～20 cm土層，處理P75M25與R100較對(duì)照分別提高了325.7%和520.2%；第二次刈割時(shí)，處理R100微生物生物量碳明顯降低，尤其是10～20 cm土層所有處理微生物量碳均較0～10 cm低。

圖5 不同施肥處理對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響Fig.5 Effects of different fertilization treatments on activities of sucrase

圖6 不同施肥處理對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響Fig.6 Effects of different fertilization treatments on activities of catalase

圖7 不同施肥處理對(duì)土壤纖維素酶活性的影響Fig.7 Effects of different fertilization treatments on activities of cellulase

圖8 不同施肥處理對(duì)土壤微生物量碳的影響Fig.8 Effects of different fertilization treatments on microbial biomass C

2.4.2不同施肥方式對(duì)苜蓿草地土壤微生物量氮的影響 第一次刈割時(shí)，處理P75M25微生物量氮較對(duì)照差異顯著，其他處理差異不顯著，10～20 cm，處理P25M75較對(duì)照差異顯著，較對(duì)照提高了72.73%；第二次刈割時(shí)，在0～10 cm土層，土壤微生物量氮較對(duì)照差異不顯著，而10～20 cm時(shí)，處理P25M75和R100較對(duì)照增幅明顯，分別提高了42.86%和64.29%，其他處理與對(duì)照之間差異不顯著(圖9)。

2.4.3不同施肥方式對(duì)苜蓿草地土壤微生物量磷的影響 由圖10可知，第一次刈割，0～10 cm土層，除了處理P100，其他處理與對(duì)照比較差異顯著，尤其P75M25、P50M50，較對(duì)照增幅明顯，分別提高了191.5% 和224.6%，而處理M100微生物量磷較對(duì)照降低了33.85%；第二次刈割時(shí)，土層0～10 cm時(shí)，除了P75M25、P50M50、P25M75較對(duì)照增幅明顯外，處理P100、M100微生物量磷較對(duì)照明顯降低，10～20 cm，結(jié)果與第一次刈割相同土層變化相似。

圖9 不同施肥處理對(duì)土壤微生物量氮的影響Fig.9 Effects of different fertilization treatments on microbial biomass N

圖10 不同施肥處理對(duì)土壤微生物生物量磷的影響Fig.10 Effects of different fertilization treatments on microbial biomass P

2.5不同施肥處理的灰色關(guān)聯(lián)度分析

各處理下測(cè)定指標(biāo)綜合關(guān)聯(lián)度值依次為：蔗糖酶(0.842)>產(chǎn)量(0.814)>纖維素酶(0.792)>過(guò)氧化氫酶(0.786)>細(xì)菌(0.751)>脲酶(0.727)>微生物生物量氮(0.695)>真菌(0.663)=放線菌(0.663)>微生物生物量碳(0.553)>微生物生物量磷(0.512)(表2)。各處理之間灰色關(guān)聯(lián)度值大小為P50M50>P100>R100>P75M25>P25M75>M100>CK。此結(jié)果表明，不同施肥處理對(duì)蔗糖酶、產(chǎn)量、纖維素酶、過(guò)氧化氫酶、細(xì)菌、脲酶影響較大，對(duì)真菌、放線菌、微生物生物量碳和微生物生物量磷影響較小。不同處理中P50M50、P100對(duì)牧草產(chǎn)量及土壤肥力影響較大。

表2 參試處理的關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度值及綜合評(píng)價(jià)Table 2 The correlation coefficient, correlation and comprehensive evaluation of experiment treatments

3 討論

3.1不同施肥處理對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤細(xì)菌、放線菌和真菌是土壤微生物的主要成分，其數(shù)量變化不但對(duì)土壤特性具有重要影響，而且可以是土壤肥力變化的一個(gè)信號(hào)[19]。它受外界環(huán)境、施肥種類等因素的影響較大[20-21]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同施肥措施增加了土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量，而對(duì)土壤真菌數(shù)量具有明顯的抑制作用，這與段淇斌等[22]在玉米(Zeamays)上施用生物菌肥的研究結(jié)果一致，而葉榮華等[23]發(fā)現(xiàn)施加菌肥后土壤微生物優(yōu)勢(shì)菌群的數(shù)量大幅度增加。有關(guān)施肥對(duì)土壤微生物數(shù)量影響的研究結(jié)論不盡一致，這可能是由于土壤條件、施肥種類、牧草品種等差異造成的。施入的生物菌肥中含有大量的功能菌，抑制真菌生長(zhǎng)同時(shí)促進(jìn)了細(xì)菌、放線菌繁殖，從而改善了土壤環(huán)境質(zhì)量，使得生長(zhǎng)在土壤上的植物產(chǎn)量也得以明顯的提高。磷肥與菌肥配施對(duì)第一次刈割0～10 cm土層微生物數(shù)量影響較大，這說(shuō)明配施初期具有較好地促進(jìn)微生物繁殖的功能，因此施肥初期對(duì)土壤的管理就顯得尤其重要。隨著土層加深，土壤肥力、通氣性、根系活力等特性發(fā)生變化，使得施肥效果逐漸降低，因而三大菌群數(shù)量變化較上層低，變化不是特別顯著。

3.2不同施肥措施對(duì)土壤酶活性的影響

土壤中發(fā)生的一切反應(yīng)，都是在酶的參與下進(jìn)行的。影響土壤酶活性的因素比較復(fù)雜，通過(guò)土壤酶活性變化能夠迅速地反映管理與施肥措施對(duì)土壤肥力的效應(yīng)[24]。施肥對(duì)土壤酶活性具有顯著影響[25-26]，但不同施肥方式對(duì)其影響不盡相同[27-28]。本研究發(fā)現(xiàn)施肥可不同程度提高土壤脲酶、纖維素酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶的活性，這是由于施肥使得土壤微生物數(shù)量及微生物生物量發(fā)生變化，從而使得主要由微生物分泌產(chǎn)生的酶含量發(fā)生變化，但不同施肥處理對(duì)不同酶活性影響差異較大。單施磷肥或菌肥使土壤酶活性提高，但大部分情況下，磷肥與菌肥配施對(duì)酶活性影響較單施磷肥或菌肥顯著。據(jù)和文祥等[29]對(duì)化肥與有機(jī)肥配施結(jié)果表明，施用廄肥酶活性較高，施用化肥酶活性較低，這與本研究磷肥與菌肥配施的結(jié)果一致。磷肥與菌肥配施對(duì)蔗糖酶和纖維素酶影響較大，尤其是處理P50M50和P25M75效果最顯著，蔗糖酶和纖維素酶活性高低與磷含量、微生物數(shù)量及土壤呼吸強(qiáng)度具有密切關(guān)系，磷肥與菌肥配施既提供了磷又提供了菌劑，因而起到了顯著作用，過(guò)氧化氫酶活性對(duì)微生物肥料的施入變化也很敏感。磷肥與菌肥配施并不能大幅度提高土壤中脲酶活性，有報(bào)道指出[30]，脲酶的活性與土壤微生物數(shù)量、土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮等因素有關(guān)，可用來(lái)表征土壤氮素供應(yīng)的強(qiáng)弱。相比之下，化肥在施肥初期對(duì)其促進(jìn)效果顯著，并且隨著土層的加深，酶活性逐漸降低，Li等[31]在旱田研究中亦有類似結(jié)果，Taylor等[32]也取得了一致的研究結(jié)果，這可能是種植第一年苜蓿根系較淺，主要集中在表土層，所以表土層的土壤微生物活動(dòng)比表下層旺盛，故而表層土壤酶活性高于表下層。

3.3不同培肥措施對(duì)土壤微生物生物量碳氮磷的影響

有研究表明，土壤微生物量磷是土壤磷素轉(zhuǎn)化的動(dòng)力，微生物量氮是反映土壤氮素儲(chǔ)備的指示因子，土壤微生物量碳對(duì)土壤條件的變化特別敏感，土壤微生物生物量、土壤酶活性等生物特性比土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量等其他理化性狀對(duì)土壤質(zhì)量的變化做出更敏感地響應(yīng)[28]。研究認(rèn)為，單施化肥或化肥與有機(jī)肥配合施用都可提高土壤微生物量碳、微生物量氮含量[33-34]。本研究表明，菌肥與化肥配施能明顯提高土壤微生物量碳和微生物量磷，這可能是因?yàn)榕涫┚实乃刑幚矶荚黾恿讼到y(tǒng)的固氮菌和溶磷菌，使得各處理微生物數(shù)量明顯增加，微生物數(shù)量增加促進(jìn)了土壤中有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。所有施肥處理都能提高微生物量氮，但單施根瘤菌肥(R100)不能提高微生物量碳，單施磷肥(P100)對(duì)微生物量磷含量影響不顯著，其他處理都能提高微生物量碳氮磷，而且磷肥與菌肥1∶1(P50M50)對(duì)微生物量碳氮磷影響較大，究其原因主要可能是單施根瘤菌肥，根瘤菌會(huì)競(jìng)爭(zhēng)土壤中較多的碳源，從而降低土壤微生物量碳，單純施用磷肥，有可能抑制了土壤微生物活性，因而影響微生物量磷。這說(shuō)明合適的菌肥與化肥配比對(duì)微生物量碳和微生物量氮具有明顯的提升作用。并且研究發(fā)現(xiàn)不同施肥處理使得微生物量碳和磷第一次刈割和第二次刈割差異顯著，第一次刈割明顯高于第二次刈割，對(duì)于微生物量氮第一次刈割和第二次刈割影響不大，關(guān)于此方面原因尚待深入研究。

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Impactsonalfalfaproductivityandsoilfertilityofpartiallyreplacingphosphatefertilizerswithmicrobialfertilizers

QI Juan1, YAO Tuo1, BAI Xiao-Ming1, GAO Meng-Ying1, MENG Xiang-Jun2

1.CollegeofGrasslandScience,GansuAgriculturalUniversity,KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,MinistryofEducation,Sino-USCenterforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China； 2.GansuGrasslandTechnicalExtensionStation,Lanzhou730010,China

A field experiment was carried out to study the effects on alfalfa yield, soil microbial characteristics and soil enzyme activities, of partially replacing phosphate fertilizers with microbial fertilizers, and comprehensive evaluation were conducted using grey relational analysis. The aim of the research was to explore the effect of the biological fertilizer and to scientifically determine the optimum optimal application rate for alfalfa. The experiment had seven treatments: P100, 100% phosphate fertilizer (80 kg/667 m2); M100, phosphate solubilizing bacteria+nitrogen-fixing bacteria (0.5 kg/667 m2); P75M25,75% P+25% M; P50M50, 50% P+50% M; P25M75, 25% P+75% M; R100, 100% nitrogen-fixing bacteria; CK (no fertilizer). P100increased the alfalfa yield significantly at the first cut, while the treatment P75M25had produced the highest yield (P<0.05) at the second cut. Comparing the total yield from two cuts with CK, P50M50was highest yielding and increased the alfalfa yield by 60.45%, while P100had the second highest yield, which increased about 58.40% than CK. Partially replacing phosphorus fertilizers with microbial fertilizers increased soil microbial population. P50M50significantly increased the number of bacteria, fungi and actinomyces in the 0-10 cm soil layer at the first cutting by 204.6%, 174.5% and 33.2%, respectively, compared to CK. P50M50and P25M75improved soil enzyme activity significantly in the 10-20 cm soil layer at the first cut. Grey correlation analysis indicated that sucrase had the highest grey correlation value (0.842), followed by yield (0.814), while microbial biomass of phosphorus and carbon had lower grey correlation value (0.512 and 0.513), respectively. The treatment P50M50demonstrated soil fertility improvement while reducing the application rate of chemical fertilizers, and was therefore agronomically beneficial.

bio-fertilize； soil layer； soil enzyme activity； yield； grey correlation analysis

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2017-01-18；改回日期：2017-03-15

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201403048-8)，國(guó)家自然科學(xué)基金(31660684)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35)資助。

祁娟(1971-)，女，甘肅鎮(zhèn)原人，副教授，博士。E-mail:qijuan@gsau.edu.cn