氮磷添加對(duì)燕麥與箭筈豌豆不同種植方式草地土壤微生物-胞外酶化學(xué)計(jì)量特征的影響

蘇樂樂，秦燕，王瞾敏，張永超，劉文輝

（1. 青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016；2. 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，蘭州大學(xué)草業(yè)科學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，甘肅 蘭州 730020）

青藏高原土壤中儲(chǔ)存著大量的有機(jī)氮和有機(jī)磷，但是低溫限制了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化，導(dǎo)致植物生長受到氮和磷的限制［1］。近年來，由于大氣持續(xù)氮沉降導(dǎo)致土壤中氮含量增加，氮磷比例失衡，土壤中存在的磷元素不足以平衡氮沉降所增加的氮，從而造成磷限制加?。?］，這改變了高寒草地土壤的氮、磷有效性［3］。土壤氮、磷的富集導(dǎo)致土壤養(yǎng)分循環(huán)發(fā)生變化，不同植被類型及播種方式也會(huì)改變土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物活性及其群落結(jié)構(gòu)。隨著氮沉降問題的加劇，氮、磷養(yǎng)分添加對(duì)草地植物養(yǎng)分吸收利用、土壤養(yǎng)分有效性及生產(chǎn)力的影響受到越來越多的關(guān)注［4］。然而，目前關(guān)于氮磷添加對(duì)燕麥（Avena sativa）、箭筈豌豆（Vicia sativa）單播和混播草地土壤微生物的養(yǎng)分需求和養(yǎng)分代謝的影響過程尚不清楚，限制了對(duì)土壤微生物驅(qū)動(dòng)養(yǎng)分循環(huán)過程和機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

土壤微生物影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解和儲(chǔ)存，調(diào)控土壤碳、氮、磷元素的固定和礦化，對(duì)維持土壤肥力起著至關(guān)重要的作用；土壤微生物生物量及其化學(xué)計(jì)量比可以反映土壤養(yǎng)分限制情況［5］。土壤中復(fù)雜有機(jī)物分解的關(guān)鍵酶是微生物及植物根系所分泌的胞外酶，而胞外酶的活性與植物和微生物種類以及土壤中碳、磷利用率等密切相關(guān)［6］。參與養(yǎng)分循環(huán)的胞外酶活性能夠反映土壤微生物對(duì)養(yǎng)分的需求。目前研究較多的胞外酶主要有：碳獲取酶為β-1，4-葡萄糖苷酶，氮獲取酶為N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶，磷獲取酶為堿性磷酸酶［7］。胞外酶比值即酶化學(xué)計(jì)量比，能夠反映微生物群落的代謝功能、環(huán)境中養(yǎng)分的生物循環(huán)，可用來衡量土壤養(yǎng)分資源和微生物的限制狀況，是土壤養(yǎng)分循環(huán)的重要指標(biāo)［8］；在全球尺度上，土壤C∶N∶P 酶活性比為1∶1∶1 的關(guān)系，可反映土壤微生物與養(yǎng)分有效性之間達(dá)平衡狀態(tài)。但在區(qū)域尺度上，受土壤質(zhì)地、環(huán)境、生物等影響，土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比存在顯著差異［9-10］。燕麥、箭筈豌豆不同種植方式和不同施肥方法均會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分代謝產(chǎn)生影響，因此，明確燕麥單播草地、箭筈豌豆單播草地及燕麥/箭筈豌豆1∶1 混播草地土壤中微生物生物量與胞外酶之間的循環(huán)特征及其相互作用關(guān)系對(duì)認(rèn)識(shí)氮磷添加對(duì)燕麥和箭筈豌豆單播和混播草地土壤養(yǎng)分循環(huán)的影響具有重要的意義。本研究以高寒區(qū)燕麥單播草地、箭筈豌豆單播草地及燕麥/箭筈豌豆1∶1 混播草地為研究對(duì)象，通過大田試驗(yàn)，分析不同氮磷添加下3 種類型草地土壤微生物生物量碳氮磷及其計(jì)量比和土壤胞外酶活性等指標(biāo)，研究土壤微生物養(yǎng)分代謝特征對(duì)氮磷添加的響應(yīng)，以便深入理解氮磷添加與燕麥、箭筈豌豆草地土壤微生物養(yǎng)分的互作過程，并為燕麥和箭筈豌豆單播和混播草地的土壤培肥及建植管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年5-10 月在青海省海北州海晏縣西海鎮(zhèn)國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系海北綜合試驗(yàn)站進(jìn)行（地理坐標(biāo)為36°49′N，101°45′E，海拔3156 m），屬高原大陸性氣候區(qū)。多年年均降水量403.6 mm，蒸發(fā)量1538.5 mm左右，日照時(shí)數(shù)2980 h，年均氣溫0.9 ℃，無霜期30 d。試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，土壤類型為黑鈣土，土壤pH 8.30、有機(jī)碳21.19 g·kg-1、全氮3.08 g·kg-1、全磷0.28 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用的燕麥（青燕1 號(hào)）和箭筈豌豆（西牧324）種子材料均由青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院提供，燕麥和箭筈豌豆千粒重、發(fā)芽率分別為33.0和70.1 g，98.5%和88.3%。試驗(yàn)按照青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院推廣使用的播量建立栽培草地：燕麥單播草地（A.M.）播量為225 kg·hm-2、箭筈豌豆單播草地（V.M.）播量為120 kg·hm-2、燕×箭1∶1 混播草地（A1V1）燕麥和箭筈豌豆播量分別為單播量的50%，即112.5 和60.0 kg·hm-2。氮磷添加處理見表1，氮肥為尿素，N 含量46%；磷肥為過磷酸鈣，P2O5含量12%；隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3 次重復(fù)，共計(jì)36 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積15 m2，行距0.3 m。

表1 試驗(yàn)處理Table 1 Treatments included in the study（kg·hm-2）

1.3 土樣采集與分析

1.3.1 土樣采集 于燕麥蠟熟期/箭筈豌豆結(jié)莢期在各小區(qū)采集土壤樣品，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取4 個(gè)50 cm 樣段的根際土壤，將土壤混合并過2 mm 篩后置于自封袋。樣品儲(chǔ)存在4 ℃冰箱中，用于土壤微生物生物量和土壤胞外酶活性的測定，7 d 內(nèi)完成指標(biāo)的測定。

1.3.2 分析測定 1）土壤微生物生物量碳氮磷含量的測定：土壤微生物生物量碳、氮、磷（soil microbial biomass carbon，SMBC；soil microbial biomass nitrogen，SMBN；soil microbial biomass phosphorus，SMBP）的測定采用氯仿熏蒸-浸提法［11］。土壤微生物生物量通過計(jì)算熏蒸樣品中元素的含量與未熏蒸樣品中元素含量的差值除以轉(zhuǎn)換系數(shù)KE 得到，SMBC、SMBN 和SMBP 的KE 分別為0.38、0.45 和0.40［11］。

2）土壤胞外酶活性：4 種水解酶的活性測定采用對(duì)硝基酚（ρNP）底物分光光度法（表2）［12］。

表2 土壤胞外酶種類、縮寫以及底物Table 2 The abbreviations，types and substrates of soil extracellular enzyme

1.4 數(shù)據(jù)處理

土壤微生物生物量化學(xué)計(jì)量比計(jì)算公式為：土壤微生物生物量碳氮比=SMBC∶SMBN；土壤微生物生物量碳磷比=SMBC∶SMBP；土壤微生物生物量氮磷比=SMBN∶SMBP。

土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比計(jì)算公式為：土壤C∶N 酶活性比=lnBG∶ln（NAG+LAP）；土壤C∶P 酶活性比=lnBG∶lnAP；土壤N∶P 酶活性比=ln（NAG+LAP）∶lnAP。

利用Excel 2016 和SPSS 19.0 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差數(shù)法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。采用Origin 9.0 進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物生物量碳氮磷含量及其化學(xué)計(jì)量比的變化特征

2.1.1 土壤微生物生物量碳氮磷含量 燕麥單播草地中，N、P 和NP 3 種施肥處理后SMBC 含量均下降，其中N 處理SMBC 含量最低且下降顯著（P＜0.05）；箭筈豌豆單播草地中，N 處理SMBC 含量較其他3 種施肥處理增加顯著且含量最高（P＜0.05），NP處理SMBC 含量最低；燕×箭1∶1 混播草地中，N 處理SMBC 含量顯著增加（P＜0.05），NP 處理下顯著降低（圖1A）。燕麥單播草地中，與CK 相比，N、P、NP 處理SMBN 含量均下降，其中N 處理SMBN 含量下降顯著；箭筈豌豆單播草地中，N 處理SMBN 含量最高，較其他3 種處理增加顯著（P＜0.05）；燕×箭1∶1 混播草地中，與CK 相比，N、P 和NP 處理SMBN 含量均下降，僅NP 處理SMBN 含量下降顯著（P＜0.05）（圖1B）。燕麥單播草地中，與CK 相比，N、P、NP 處理SMBP 含量均下降，僅P 處理SMBP 含量下降顯著（P＜0.05）；箭 筈 豌 豆 單 播 草 地 中，N 和NP 處 理SMBP 含量顯著增加（P＜0.05）；燕×箭1∶1 混播草地中，SMBP 含量在各施肥處理中差異均不顯著（P＞0.05）（圖1C）。

圖1 不同氮磷添加下土壤微生物生物量碳、氮、磷含量Fig. 1 Contents of soil microbial biomass carbon，nitrogen and phosphorus under different nitrogen and phosphorus additions同一播種方式不同字母表示在P＜0.05 水平存在顯著性差異。下同。In the same sowing method，different letters indicate that there are significant differences in the P＜0.05 levels.The same below.

2.1.2 土壤微生物生物量化學(xué)計(jì)量比的變化 分析土壤微生物生物量碳氮磷化學(xué)計(jì)量比發(fā)現(xiàn)：本研究中，燕麥單播草地土壤SMBC∶SMBN、SMBC∶SMBP、SMBN∶SMBP 分別為4.74～6.15、35.62～83.14、7.58～13.59；箭筈豌豆單播草地土壤SMBC∶SMBN、SMBC∶SMBP、SMBN∶SMBP 分別為4.13～6.09、22.47～42.45、5.41～7.45；燕×箭1∶1 混播草地土壤SMBC∶SMBN、SMBC∶SMBP、SMBN∶SMBP 分別為5.37～8.40、27.48～42.90、4.92～7.19。燕麥單播草地N 處理及箭筈豌豆單播草地NP 處理SMBC∶SMBN 均顯著降低（P＜0.05），燕×箭1∶1 混播草地N 處理SMBC∶SMBN 顯著增加（P＜0.05），其他施肥處理對(duì)SMBC∶SMBN 無顯著影響。燕麥單播草地N 處理及箭筈豌豆單播草地和燕×箭1∶1 混播草地NP 處理SMBC∶SMBP 均顯著降低（P＜0.05），但在燕麥單播草地P 處理下顯著增加（P＜0.05），其他施肥處理對(duì)SMBC∶SMBP 無顯著影響。燕麥單播草地N 處理、箭筈豌豆單播草地NP 處理和燕×箭1∶1 混播草地NP 處理SMBN∶SMBP 均顯著降低（P＜0.05），但在燕麥單播草地P 處理下顯著增加（P＜0.05），其他施肥處理對(duì)SMBN∶SMBP 無顯著影響（表3）。

表3 不同氮磷添加下土壤微生物生物量碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量比Table 3 Stoichiometric ratios of soil microbial biomass of carbon，nitrogen and phosphorus under different nitrogen and phosphorus additions

2.2 土壤胞外酶活性及其化學(xué)計(jì)量比的變化

2.2.1 土壤胞外酶活性的變化 不同施肥處理對(duì)碳、氮、磷相關(guān)胞外酶活性的影響差異顯著。研究區(qū)域內(nèi)各施肥處理下BG 酶活性為200～370 nmol·h-1·g-1（圖2A），在燕麥和箭筈豌豆單播及混播草地中，N 處理下BG 酶活性最高，且較其他3 種施肥處理增加顯著（P＜0.05），但在單播和混播草地中P 和NP 處理的BG 酶活性變化與CK 相比并不顯著（P＞0.05）。研究區(qū)域內(nèi)各處理氮相關(guān)胞外酶NAG 活性變化范圍為75～125 nmol·h-1·g-1（圖2B），LAP 為840～1400 nmol·h-1·g-1（圖2C）；燕麥單播草地中，不同施肥處理均顯著提高NAG 酶活性（P＜0.05），其中，P 處理下NAG 酶活性最高；但在箭筈豌豆單播草地和燕×箭1∶1 混播草地P 處理下NAG 酶活性均最低，且與N 和NP 處理相比NAG 酶活性下降顯著（P＜0.05），與CK 相比下降不顯著（P＞0.05）。燕麥單播草地中，P 處理顯著增加LAP 酶活性，N 和NP 處理顯著降低LAP 酶活性（P＜0.05）；箭筈豌豆單播草地中，P 處理下LAP 酶活性最高，較其他3 種施肥處理增加顯著（P＜0.05）；燕×箭1∶1 混播草地各施肥處理對(duì)LAP 酶活性影響均不顯著（P＞0.05）。磷相關(guān)胞外酶AP 活性變化范圍為600～1100 nmol·h-1·g-1（圖2D）。在燕麥和箭筈豌豆單播和混播草地中，AP 酶活性均在P 處理下最高，且變化差異顯著（P＜0.05），此外，箭筈豌豆單播草地NP 處理也顯著增加AP 酶活性（P＜0.05），其他處理下AP 酶活性也均增加，但差異并不顯著。

圖2 不同氮磷添加下土壤胞外酶活性Fig.2 Soil extracellular enzyme activities under the addition of different nitrogen and phosphorus

2.2.2 土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比的變化 分析土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比發(fā)現(xiàn)：土壤C∶N 酶活性比［lnBG∶ln（NAG+LAP）］在燕麥和箭筈豌豆單播草地N 處理下均顯著增加（P＜0.05），其他施肥處理對(duì)土壤C∶N 酶活性比均無顯著影響（P＞0.05）。土壤C∶P 酶活性比（lnBG∶lnAP）在單播草地N 處理下均顯著增加（P＜0.05），在燕麥單播草地P 和NP 處理下顯著降低（P＜0.05）；燕×箭1∶1 混播草地中土壤C∶P 酶活性比在P 處理下顯著降低（P＜0.05）。土壤N∶P 酶活性比［ln（NAG+LAP）∶lnAP］在單播草地不施肥處理下最高，其中，燕麥單播草地中3 種施肥處理均顯著降低土壤N∶P 酶活性比（P＜0.05），N 處理土壤N∶P 酶活性比又顯著低于P 和NP 處理；箭筈豌豆單播草地中N 和NP 處理土壤N∶P 酶活性比顯著降低（P＜0.05），NP 處理土壤N∶P 酶活性比又顯著低于N處理（P＜0.05）；燕×箭1∶1 混播草地中N 和P 處理土壤N∶P 酶活性比顯著下降（P＜0.05），而P 處理土壤N∶P酶活性比又顯著低于N 處理（P＜0.05）（表4）。

表4 不同氮磷添加下土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比Table 4 Soil extracellular enzyme stoichiometric ratios under different nitrogen and phosphorus additions

3 討論

3.1 氮磷添加對(duì)土壤微生物生物量的影響

施肥改變土壤理化性質(zhì)以及植被根系分泌物，進(jìn)而引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和活性的改變，從而使生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)發(fā)生變化［13］。有研究表明施氮肥可以顯著提高土壤SMBC、SMBN［14］，也有研究表明施氮肥會(huì)顯著降低土壤SMBC、SMBN［15］，這表明養(yǎng)分添加對(duì)土壤微生物生物量產(chǎn)生的影響有所不同。徐陽春等［16］、喬潔等［17］研究認(rèn)為無論是化肥還是有機(jī)肥的施入都可以增加耕地土壤微生物活性，提高微生物生物量，Huang 等［18］研究也發(fā)現(xiàn)P 添加增加了云杉（Picea asperata）林土壤微生物生物量；但曹志平等［19］、路磊等［20］研究表明，化肥抑制了微生物的生長，降低了土壤微生物生物量；在高寒草地中，Guo 等［21］的研究也表明氮磷添加降低土壤微生物生物量。也有研究表明N 添加對(duì)土壤微生物生物量無顯著影響［22］。本試驗(yàn)根據(jù)劉文輝等［23］對(duì)高寒區(qū)混播草地施肥的研究，及為滿足植物生長需求和保護(hù)土壤養(yǎng)分狀況等條件所選擇的化肥施量，對(duì)高寒區(qū)燕麥單播草地、箭筈豌豆單播草地和燕×箭1∶1 混播草地進(jìn)行了為期1年的氮磷添加處理。結(jié)果顯示燕麥單播草地中N 處理下SMBC、SMBN 含量最低，而在箭筈豌豆單播草地中SMBC、SMBN 含量最高；燕麥單播草地N 添加結(jié)果與曹志平等［19］、路磊等［20］對(duì)水稻（Oryza sativa）的研究結(jié)果一致，箭筈豌豆單播草地N 添加結(jié)果與徐陽春等［16］的研究結(jié)果一致；本試驗(yàn)結(jié)果表明N 添加降低了燕麥草地土壤中微生物生物量碳、氮含量，抑制了土壤微生物活性，但在箭筈豌豆單播草地土壤中N 添加增加了土壤微生物生物量碳、氮含量，提高了土壤微生物活性，促進(jìn)了微生物對(duì)碳、氮的利用，使碳、氮周轉(zhuǎn)速率相對(duì)提高［24］。這可能是由于豆科植物根瘤菌的作用，在施用氮肥后土壤中氮素增加促使豆科植物根系生物量及根系分泌物增加，促進(jìn)土壤微生物生長，從而提高了土壤微生物生物量［25］；而在燕麥草地中微生物生物量碳、氮含量降低可能是由于燕麥生長吸收土壤碳、氮，與微生物相互競爭，進(jìn)而降低了土壤中微生物生物可利用的碳、氮含量。燕×箭1∶1 混播草地中，N 處理下SMBC 含量最高，SMBN 含量有所降低，而NP 處理下SMBC、SMBN 均最低，可能與燕麥、箭筈豌豆混播有關(guān)，混播草地中不同牧草對(duì)土壤養(yǎng)分吸收不同進(jìn)而使土壤微生物也發(fā)生變化，但是，具體原因還有待于進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。SMBP 反映著土壤中有機(jī)磷向無機(jī)磷轉(zhuǎn)化程度。本試驗(yàn)中燕麥單播草地P 處理SMBP 含量顯著降低，與前人研究結(jié)果相反［16-17］；而箭筈豌豆單播草地N、NP處理SMBP 含量顯著增加，與前人研究結(jié)果一致［16-17］，結(jié)果表明箭筈豌豆草地中氮磷添加為微生物的活動(dòng)提供了養(yǎng)料，促進(jìn)了微生物的生長并將土壤中部分有機(jī)磷和無機(jī)磷同化為微生物生物量磷，從而增加了土壤微生物生物量磷［11］；燕×箭1∶1 混播草地各施肥處理中SMBP 含量無明顯變化。目前對(duì)于燕麥、箭筈豌豆草地土壤SMBP含量受氮磷添加影響的研究較少，可能由于不同植物所需的磷含量不同而對(duì)氮磷添加產(chǎn)生不同響應(yīng)。

土壤微生物生物量化學(xué)計(jì)量比決定了微生物活動(dòng)的方向及有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分的釋放［26］。本研究中，燕麥草地、箭筈豌豆草地和燕/箭混播草地土壤SMBC∶SMBN 平均值分別為：5.69、5.39 和6.21，均低于中國土壤平均值7.60，而SMBN∶SMBP 平均值分別為：10.12、6.68 和6.02，均高于中國土壤平均值5.60［27］，說明本研究3 種草地類型土壤的SMBN 含量較高。且3 種類型草地土壤SMBC∶SMBP 均與全球土壤SMBC∶SMBP 平均值42.40 接近［28］。土壤微生物生物量碳氮的變化也會(huì)引起SMBC∶SMBN 的變化，而微生物生物量碳氮比經(jīng)常被用來描述微生物的群落結(jié)構(gòu)組成［29］。一般情況下，土壤中細(xì)菌與真菌相比具有較高的氮素含量［30］，且真菌的C∶N 值在7～12 之間，細(xì)菌的C∶N 值在3～6 之間［31］；本研究中，燕麥單播草地和箭筈豌豆單播草地SMBC∶SMBN 比值均在3～7 之間，而混播草地除N 處理SMBC∶SMBN 值為8.40，其他處理均低于7，說明燕麥、箭筈豌豆單播草地各施肥處理及燕×箭1∶1 混播草地CK、P、NP 處理土壤中細(xì)菌數(shù)量占比較大，而混播草地N 處理土壤中真菌數(shù)量占比較大。對(duì)于3 種草地類型土壤來說，氮磷添加很可能通過促進(jìn)不同類型植物根系分泌物分泌，從而改變了土壤中微生物生物量碳氮含量及其計(jì)量比［28］。然而，氮磷添加及其與燕麥、箭筈豌豆根系分泌物的交互作用對(duì)不同種群微生物生長協(xié)調(diào)的影響與機(jī)理尚不清楚，還有待于進(jìn)一步研究。土壤SMBC∶SMBP 一般在7～30［27］，本研究中，燕麥草地、箭筈豌豆草地和混播草地土壤的SMBC∶SMBP 平均值分別為：58.35、36.52 和36.61，均較高，表明燕麥和箭筈豌豆單播和混播草地中土壤微生物對(duì)有效磷有同化趨勢［32］，而且微生物與植物競爭吸收土壤有效磷，使土壤微生物可利用有效磷降低，進(jìn)而提高了土壤微生物生物量碳磷比。

3.2 氮磷添加對(duì)土壤胞外酶活性的影響

土壤生物化學(xué)反應(yīng)過程中，土壤胞外酶扮演著關(guān)鍵角色積極參與整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，而土壤微生物、植物根系分泌物以及動(dòng)植物殘?bào)w的分解均會(huì)產(chǎn)生土壤胞外酶［33］。當(dāng)土壤中某一養(yǎng)分含量較低時(shí)，微生物和植物能夠增加相應(yīng)酶的產(chǎn)量，以提高這一養(yǎng)分的供應(yīng)［34-35］。BG 酶是可以分解纖維二糖參與纖維素降解的關(guān)鍵水解酶［36］；短期養(yǎng)分添加試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)N、P 添加提高了土壤中BG 酶活性。在本試驗(yàn)單播和混播草地中，N 添加也均增加了土壤BG 酶活性。這可能是因?yàn)镹 含量的增加促進(jìn)了土壤中可以分泌碳獲取酶的微生物類群的生長［10］，進(jìn)而使土壤中BG 酶的活性也增加，因此本研究的結(jié)果表明N 添加可能會(huì)提高土壤BG 酶活性。此外，磷對(duì)碳的獲取酶（BG 酶）沒有明顯的影響（圖2A）。P 添加對(duì)碳獲取酶的影響取決于土壤是否存在P 元素的限制［37-38］。NAG 酶和LAP 酶是以N 為分解底物的主要水解酶。當(dāng)土壤中N 的含量低時(shí)，微生物會(huì)生產(chǎn)更多的NAG 酶和LAP 酶，以便將土壤中的有機(jī)N 分解成可利用的無機(jī)N 來滿足植物和微生物生長發(fā)育所需要的N 含量［39］。本試驗(yàn)燕麥草地中，P 添加可能并未滿足土壤中N 有效性及微生物的生長需求，因此需要產(chǎn)生更多的NAG 酶來滿足土壤中N 的有效性；而箭筈豌豆草地和燕×箭1∶1 草地中P 處理滿足了土壤中N 的有效性及微生物的生長需求。此外，在本研究中，N 處理降低了單播和混播草地的LAP 酶活性，P 處理增加了單播和混播草地的LAP 酶活性，結(jié)果表明，N 添加后N 的有效性增加，抑制了LAP 酶的分泌，減輕了過量土壤N 的影響。N 的有效性與其獲取酶活性之間的關(guān)系并不明確，因?yàn)閺挠袡C(jī)物中獲得N 和由于添加氮而導(dǎo)致的土壤酸化對(duì)植物和微生物群落的影響都是復(fù)雜多變的［40］。通過AP 酶的作用可將土壤中的有機(jī)P 礦化成能夠被植物和微生物直接利用的無機(jī)P。而AP 酶是決定土壤有機(jī)P 轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵水解酶。當(dāng)植物和微生物受到P 限制時(shí)，微生物就會(huì)產(chǎn)生更多的AP 酶來獲得更多的P 元素以緩解自身的P 限制［41］。本研究中，燕麥草地、箭筈豌豆草地和燕×箭1∶1 混播草地P 處理均顯著增加了土壤AP 酶活性，而N 和NP 處理對(duì)AP 酶活性均無顯著影響（圖2D）。這可能是因?yàn)橹参镌谏L期時(shí)對(duì)土壤中P 的吸收較多，土壤中速效P 缺乏導(dǎo)致AP 酶活性顯著升高。此外，還可能因?yàn)镻 添加后土壤受N 限制，微生物就會(huì)通過產(chǎn)生大量N 獲取酶來減輕N 限制，而為維持土壤胞外酶內(nèi)穩(wěn)性以及土壤N∶P 酶活性比平衡，土壤中AP 酶的分泌也相應(yīng)增加。但微生物通過調(diào)整胞外酶的活性及其化學(xué)計(jì)量比來維持土壤養(yǎng)分平衡的機(jī)理還需要進(jìn)一步研究和證實(shí)。

本研究的土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比lnBG∶ln（NAG+LAP）、lnBG∶lnAP、ln（NAG+LAP）∶lnAP 分別為0.75～0.85、0.80～1.10、1.0～1.3。低于全球尺度lnBG∶ln（NAG+LAP）的平均值1.41，而高于lnBG∶lnAP、ln（NAG+LAP）∶lnAP 的平均值0.62 和0.44［8］。土壤lnBG∶ln（NAG+LAP）∶lnAP 為1∶1∶1 時(shí)，表明微生物對(duì)土壤中碳、氮、磷養(yǎng)分利用均衡；根據(jù)資源分配理論，微生物產(chǎn)生相應(yīng)的胞外酶以獲取所缺乏的養(yǎng)分。本試驗(yàn)中燕麥草地、箭筈豌豆草地和燕×箭1∶1 草地土壤lnBG∶ln（NAG+LAP）∶lnAP 分別為1.00∶1.25∶1.19、1.00∶1.26∶1.19、1.00∶1.26∶1.18，由此得出本試驗(yàn)中土壤微生物存在N、P 共同限制，而土壤N 獲取酶活性大于P 獲取酶活性，又表明燕麥和箭筈豌豆單播和混播草地土壤微生物N 限制大于P 限制。此外，酶活性及其化學(xué)計(jì)量比的表現(xiàn)特征與土壤微生物生物量表現(xiàn)特征相配套，進(jìn)一步支持土壤微生物生長受到N 資源的限制大于P 資源的限制。

4 結(jié)論

不同氮磷添加措施對(duì)燕麥、箭筈豌豆不同種植方式下土壤微生物生物量、酶活性及其化學(xué)計(jì)量比的影響不同。1）燕麥單播草地土壤中，單施氮肥降低微生物生物量，增加C、P 獲取酶活性；單施磷肥降低微生物生物量磷，增加N、P 獲取酶活性；氮磷配施對(duì)微生物生物量無顯著影響，增加P 獲取酶活性。2）箭筈豌豆單播草地土壤中，單施氮肥增加土壤微生物生物量及C 獲取酶活性；單施磷肥對(duì)微生物生物量無顯著影響，但增加P 獲取酶活性；氮磷配施增加微生物生物量磷及P 獲取酶活性。3）燕×箭1∶1 混播草地土壤中，單施氮肥增加微生物生物量碳和C 獲取酶活性；單施磷肥對(duì)微生物生物量無顯著影響，增加P 獲取酶活性；氮磷配施降低土壤微生物生物量碳氮，對(duì)酶活性無顯著影響。綜上所述，微生物的生長有利于有機(jī)質(zhì)的礦化，因此氮磷配施有利于燕麥草地土壤微生物生長，而單施氮肥有利于箭筈豌豆草地和燕×箭1∶1 草地土壤微生物生長。此外，3 種草地中單施氮肥增強(qiáng)了土壤碳限制，單施磷肥增強(qiáng)了土壤磷限制。土壤微生物生物量和酶活性的變化也會(huì)引起化學(xué)計(jì)量比的變化，3 種草地土壤SMBC∶SMBN 低于全國平均值，SMBN∶SMBP 高于全國平均值，且土壤ln（NAG+LAP）∶lnAP 均大于1，表明試驗(yàn)草地土壤微生物生長N 限制大于P 限制。