長期不同施肥對潮土微生物量碳、氮的影響

魏猛 唐忠厚 張愛君 趙鵬 尚曉陽 馮騰騰

摘要：為揭示不同施肥方式對潮土微生物量碳、氮含量的影響規(guī)律，依托潮土區(qū)長期定位監(jiān)測試驗，分析長期不同施肥條件下土壤微生物量碳、氮含量變化特征及其與土壤有機碳含量、全氮含量、基礎呼吸強度的關系。結果表明，施肥處理（NPK、M、MNPK）均能顯著提高土壤有機質、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及土壤基礎呼吸強度。施肥處理中以MNPK處理微生物量碳、氮含量較CK處理增幅最為顯著，分別達到70.65%和119.63%，顯著高于NPK處理。相關分析表明，土壤微生物量碳、氮含量與土壤有機質、全氮含量及土壤基礎呼吸強度均呈極顯著正相關關系。因此，長期有機無機肥配施是提高土壤微生物生物量的有效途徑。

關鍵詞：長期施肥;土壤微生物量;潮土;土壤有機碳;全氮;基礎呼吸強度

中圖分類號：S158文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2020）22-0307-04

作者簡介：魏猛（1983—），男，山東濟寧人，博士，副研究員，主要從事土壤養(yǎng)分管理相關研究。E-mail：weimeng1024@163.com。

通信作者：張愛君，副研究，主要從事土壤培肥及甘薯栽培技術相關研究。E-mail：zhangaijun608@163.com。

土壤微生物量是指土壤中微生物活體的總量，土壤微生物不僅可以促進土壤體系中的養(yǎng)分循環(huán)，而且還是土壤有效養(yǎng)分的重要來源[1-2]，影響土壤微生物量變化的主要因素有土壤溫度、pH值、水分、施肥等[3-4]。施肥是農田高產和穩(wěn)產最重要的措施，研究施肥措施對土壤微生物的影響一直是土壤學研究的熱點。

長期肥料試驗能夠客觀、系統(tǒng)地研究土壤肥力及肥料效益的變化規(guī)律。研究表明，長期施肥能夠顯著增加土壤微生物量碳、氮含量，與CK相比單施化肥處理土壤微生物量碳、氮含量的增幅最少，高量有機無機肥配施和單施有機肥處理土壤微生物量碳、氮含量的增幅最為顯著[5];施用有機肥有利于提高土壤微生物量碳、氮含量及土壤基礎呼吸強度[6]，然而施用無機肥對土壤基礎呼吸沒有顯著影響[6-7];在灌溉褐潮土上施用氮磷鉀肥可顯著增加土壤微生物量碳、氮含量[8]，而旱作褐土施用氮磷無機肥土壤微生物量碳、氮含量未有顯著差異[6]。施肥對土壤微生物量碳、氮含量的研究受氣候、土壤類型等因素影響存在一定差異。潮土作為我國重要的農業(yè)土壤，其面積達267萬hm2。本試驗以39年潮土長期定位試驗為平臺，研究不同施肥方式下潮土微生物量碳、氮含量的變化規(guī)律，以期為潮土區(qū)建立科學合理的施肥制度提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗點概況

試驗在江蘇徐淮地區(qū)徐州農業(yè)科學研究所長期定位試驗田（34°16′N，117°17′E）進行。該試驗地位于暖溫帶半濕潤氣候區(qū)，年蒸發(fā)量1870mm，年平均氣溫14℃，年日照時數2317h，年降水量860mm。供試土壤為沙壤質潮土，試驗開始時（1980年）土壤初始耕層（0～20cm）基本性質為pH值8.01，有機碳含量6.26g/kg，全氮含量0.66g/kg，全磷含量0.74g/kg，有效磷含量12.00mg/kg，速效鉀含量63.00mg/kg。

1.2試驗設計

試驗始于1980年秋，采用隨機區(qū)組設計，每個處理4次重復，小區(qū)面積為33.3m2。種植輪作制為一年兩熟輪作制，其中在1981—2001年為小麥—玉米，2002—2019年為小麥—甘薯。本試驗選用4個處理（表1）：不施肥（CK）、氮磷鉀肥配施（NPK）、單施有機肥（M）、有機無機肥配施（MNPK）。其中，化肥中氮磷鉀肥每年分別施用尿素、磷酸二銨、硫酸鉀;有機肥年施用量：施馬糞75t/hm2（1981—1984年）、施豬糞37.5t/hm2（1985—2019年）;其中1980—2019年有機肥養(yǎng)分年投入量范圍：N87.75～154.69kg/hm2、P2O584.38～175.31kg/hm2、K2O135.00～309.38kg/hm2。在小麥、玉米季，有機肥、磷鉀肥、50%氮肥作為基肥施入，其余50%氮肥進行表施追肥;在甘薯季有機肥和氮磷鉀肥均作為基肥施入。作物收獲后移除地上部秸稈，根茬進行還田，其他管理措施與大田一致。

1.3樣品采集與測定

2019年6月8日小麥成熟期時，每小區(qū)選取5個點采集0～20cm土層土樣，去除動、植物殘體等，混勻分成2份，1份用于有機碳含量、全氮含量、土壤基礎呼吸等指標的測定，1份存于4℃冰箱，用于土壤微生物量碳氮含量的測定。

土壤有機碳含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化法[9]測定，全氮含量采用半微量凱氏法[9]測定，微生物量碳、氮含量采用三氯甲烷熏蒸-K2SO4浸提法[10]測定，土壤基礎呼吸采用堿液吸收滴定法[11]測定。

1.4數據處理

數據采用Excel和DPS軟件進行整理和統(tǒng)計分析。

2結果與分析

2.1長期不同施肥對土壤有機碳和全氮含量的影響

如圖1所示，與不施肥處理（CK）相比，施肥處理（NPK、M、MNPK）均能顯著提高土壤有機質、全氮含量，其中以MNPK處理增幅最高，土壤有機質、全氮含量的增幅分別為142.00%、134.25%。與NPK處理相比，施用有機肥處理（M、MNPK）土壤有機質、全氮含量均顯著提高，M、MNPK土壤有機質含量增長幅度分別為34.42%、56.20%;土壤全氮含量增長幅度為32.17%、48.70%。

2.2長期不同施肥對土壤基礎呼吸強度的影響

土壤基礎呼吸主要來源于微生物的呼吸作用，可作為評價土壤微生物總活性或土壤肥力的指標[12-13]。由圖2可知，與CK處理相比，氮磷鉀肥配施（NPK）土壤呼吸強度顯著提高，提高幅度為87.38%，顯著低于施用有機肥處理（M、MNPK）。與CK處理相比，施用有機肥處理（M、MNPK）均能夠顯著提高土壤基礎呼吸強度，增加幅度分別為148.30%和211.33%，且MNPK處理顯著高于M處理。

2.3長期不同施肥對土壤微生物量碳、氮含量的影響

由圖3可知，不同施肥條件下土壤微生物量碳含量（214.90～366.73mg/kg）、微生物量氮含量（37.72～82.77mg/kg）變幅較大，施肥處理均顯著高于不施肥處理，增加幅度分別為28.70%～70.65%和34.48%～119.63%，其中與CK相比，MNPK處理對土壤微生物碳、氮含量的增加效果最好，但與M處理差異不顯著。施用有機肥顯著提高了土壤微生物量碳氮含量，與氮磷鉀配施（NPK）相比，施用有機肥處理（M、MNPK）土壤微生物量碳含量增加幅度分別為32.16%、32.60%;土壤微生物氮含量增加幅度分別為48.55%、63.16%。

2.4土壤微生物量碳氮含量與有機碳、全氮含量及土壤基礎呼吸強度的相關性

表2結果表明，微生物量碳氮含量、土壤基礎呼吸強度與有機碳、全氮含量均呈極顯著正相關關系，說明土壤微生物量碳氮含量及土壤呼吸強度的顯著提高均與土壤有機碳、全氮含量變化相關。

3討論與結論

土壤微生物對土壤有機化合物的轉化和養(yǎng)分的釋放起著調控作用，是土壤肥力不可或缺的組分，其所進行的一系列活動均以碳、氮循環(huán)為中心[14]。土壤微生物量碳是土壤有機碳的靈敏指示因子，土壤微生物量氮是土壤氮素礦化勢的重要組成部分，土壤微生物量是土壤質量評價指標體系中重要的生物肥力指標[12]。本研究中，土壤微生物量碳氮含量、有機質含量、全氮含量、基礎呼吸強度均呈極顯著正相關關系，[HJ2mm]表明土壤微生物量碳氮含量及基礎呼吸強度變化趨勢與土壤有機質、全氮含量的變化趨勢一致。不施肥處理（CK）土壤微生物量碳氮含量最低，顯著低于施肥處理，主要是由于田間管理采用秸稈不還田方式，且不施肥處理沒有外源養(yǎng)分供應，僅通過以根系及根茬的方式歸還到土壤中，造成土壤有機碳和全氮含量最低，而微生物又以碳氮為營養(yǎng)來源，造成不施肥處理土壤微生物量碳氮含量也處在最低水平。施肥農業(yè)管理措施可以顯著提高土壤有機碳、全氮含量，對比施肥處理的土壤微生物量碳氮含量，發(fā)現(xiàn)施用有機肥（M、MNPK）顯著高于NPK處理，這與在黑土[15]、黃壤[4]等上的研究結果相一致。這是因為不論施用有機肥還是無機肥均能夠提高植物光合作用，促進地上和地下部生物量積累，不僅可以增加根系殘茬的還田量，而且有利于根系分泌物的釋放，為微生物創(chuàng)造有利的生存環(huán)境[16]。另外，施用有機肥還能為微生物提供外來碳源，促進其新陳代謝，提高土壤的有效養(yǎng)分和保水能力，因此施用有機肥土壤微生物量碳氮含量較高[4-5]。這與本研究中施用有機肥土壤基礎呼吸強度顯著高于氮磷鉀處理和不施肥處理的結論相吻合，表明有機肥的施用有利于維持微生物處于良好狀態(tài)，促進其儲存和循環(huán)更多養(yǎng)分。

施肥處理均能顯著提高土壤有機碳、全氮、微生物量碳氮含量及土壤基礎呼吸強度，其中以有機無機肥配施增幅最為顯著，單施化肥增幅最少，表明有機無機肥配施是提高土壤養(yǎng)分和土壤微生物生物量的有效途徑。

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