不同綠肥作物周年搭配種植下土壤微生物養(yǎng)分限制與土壤質(zhì)量指數(shù)

摘要： 【目的】綠肥作物種類(lèi)多，對(duì)土壤理化性狀和微生物活性的影響存在差異。我們從土壤微生物代謝與養(yǎng)分限制的角度探討周年覆蓋不同綠肥作物對(duì)土壤質(zhì)量的影響，以期為周年覆蓋綠肥的土壤生態(tài)效應(yīng)提供理論依據(jù)，為果園、休耕地、撂荒地等空間閑置性土地的綠肥應(yīng)用提供技術(shù)支撐?！痉椒ā? 年連續(xù)田間定位試驗(yàn)在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所進(jìn)行，設(shè)置4 個(gè)冬季和夏季綠肥組合處理：二月蘭?小葵子（O-G）、二月蘭?飯豆（O-P）、箭筈豌豆?小葵子（V-G）、箭筈豌豆?飯豆（V-P）。在第3 年冬季綠肥盛花期采集0—20 cm 耕層土樣，測(cè)定土壤胞外酶活性、土壤微生物量碳（MBC）、氮（MBN）、磷（MBP） 含量，以及土壤pH 及全量氮磷含量，計(jì)算土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比，并分析各土壤因子對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)的貢獻(xiàn)。【結(jié)果】不同綠肥作物輪作模式下土壤的pH、全氮（TN）、MBN、MBP、β-葡萄糖苷酶（BG） 和酸性磷酸酶 （ACP） 活性差異顯著。基于土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量特征，所有處理受土壤微生物碳限制和磷限制，碳限制差異不顯著，以O(shè)-G 處理土壤的磷限制最低，較V-P 處理低2% （Plt;0.05）。土壤pH、有效磷（AP）、可溶性有機(jī)碳 （DOC） 是驅(qū)動(dòng)土壤胞外酶活性和微生物養(yǎng)分限制變化的關(guān)鍵因子，pH 對(duì)土壤胞外酶活性有顯著負(fù)效應(yīng)，土壤全量碳、氮、磷含量對(duì)土壤胞外酶活性有顯著正效應(yīng)，對(duì)微生物碳限制有顯著負(fù)效應(yīng)。土壤胞外酶活性對(duì)微生物碳利用效率有顯著正效應(yīng)，主要受ACP 活性調(diào)控。【結(jié)論】不同冬季與夏季綠肥作物組合覆蓋的土壤，其pH 值、全氮、微生物量氮、微生物量磷、β-葡萄糖苷酶活性、酸性磷酸酶活性具有顯著差異，冬季綠肥對(duì)土壤微生物磷限制、土壤微生物碳利用效率產(chǎn)生顯著影響，冬季綠肥與夏季綠肥的交互效應(yīng)對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)具有顯著影響。箭筈豌豆?小葵子（V-G） 處理的土壤微生物代謝受磷限制較小，且土壤微生物碳利用率和土壤質(zhì)量指數(shù)最高，最利于調(diào)節(jié)微生物代謝，維持生態(tài)功能，提高土壤質(zhì)量指數(shù)，可優(yōu)選為土壤快速培肥的綠肥組合。

關(guān)鍵詞： 冬季夏季綠肥組合；土壤胞外酶活性計(jì)量比；養(yǎng)分限制；微生物碳利用率；土壤質(zhì)量指數(shù)

生態(tài)化學(xué)計(jì)量比是調(diào)控生物地球化學(xué)循環(huán)的重要因素，廣泛應(yīng)用于評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、養(yǎng)分循環(huán)和微生物代謝限制等[1]。微生物及其分泌的胞外酶作為土壤資源有效化過(guò)程的重要參與者，相比土壤基本理化指標(biāo)能夠更敏銳的反映土壤養(yǎng)分變化[ 2 ]。全球陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤胞外酶的生態(tài)化學(xué)計(jì)量比（C∶N∶P） 約為 1∶1∶1，然而，隨著研究區(qū)域、植被類(lèi)型、土壤特性等的變化，土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量比隨之發(fā)生改變，當(dāng)比值偏離1∶1∶1 時(shí)，一般認(rèn)為土壤微生物活動(dòng)受到 C、N 或 P 元素的限制[3]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)受人為干擾更為強(qiáng)烈，物料投入、土壤侵蝕、耕作活動(dòng)等都會(huì)導(dǎo)致不同類(lèi)型的土壤微生物養(yǎng)分限制[4?5]。薛悅等[6]發(fā)現(xiàn)，撂荒地植被恢復(fù)過(guò)程中土壤微生物主要受到碳、磷限制，且隨撂荒年限的增加，微生物碳、磷限制逐漸減緩。姚志霞等[7]認(rèn)為，長(zhǎng)期秸稈還田處理下土壤微生物整體面臨磷和碳限制。崔繼文等[8]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)氮肥替代化學(xué)氮肥可解除土壤微生物的碳限制，并顯著減輕土壤微生物的磷限制，但是有機(jī)氮肥高比例替代反而會(huì)加劇微生物的磷限制。李勝君等[4]發(fā)現(xiàn)，化學(xué)氮肥增加了作物可用養(yǎng)分量，卻加劇了微生物養(yǎng)分的限制。Ma 等[9]發(fā)現(xiàn)，牛糞、秸稈、綠肥均有效提高土壤碳利用效率（CUE），且綠肥處理的土壤微生物磷限制和碳限制最小，CUE 最高，qCO2 最低，具有較高的土壤固碳效率。土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)的主要參與者[10]，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，了解土壤微生物資源限制情況對(duì)于調(diào)控土壤的生物活力至關(guān)重要[8]。

綠肥不僅可以減少化肥用量，補(bǔ)充土壤碳庫(kù)和氮庫(kù)[11]，還可以增加土壤微生物的數(shù)量和活性[12]。每年翻壓綠肥22.5～30 t/hm2，5 年后土壤有機(jī)質(zhì)比不翻壓綠肥平均提高0.1%～0.2%[9]。定位試驗(yàn)（1982—2010 年） 發(fā)現(xiàn)，雙季稻?紫云英輪作較雙季稻?冬休閑土壤全氮顯著增加了9%，堿解氮增加了16%[13]。綠肥也會(huì)因種植模式[14?15]、還田種類(lèi)[16]、間作共生[17?19]，在改良土壤、改變土壤養(yǎng)分循環(huán)與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其活性等方面具有差異，例如與雙季稻?冬閑土壤相比，雙季稻?冬季種植翻壓紫云英、油菜、黑麥草的土壤有效磷分別增加了19.43%、16.30%和20.35%[13]。豆科綠肥具有與根瘤菌共生固氮以及促進(jìn)土壤自生固氮的作用，可提高土壤氮含量，十字花科綠肥根系能夠分泌酒石酸和檸檬酸等有機(jī)酸，活化土壤中難溶性磷[20]，菊科綠肥則具有解鉀、富鉀功能[21]。截止當(dāng)前，大多數(shù)研究從土壤養(yǎng)分、物理性狀、生物環(huán)境、碳氮庫(kù)培育等角度深度分析了綠肥對(duì)土壤質(zhì)量的影響[11]，從土壤微生物養(yǎng)分平衡角度探討的研究較少。用土壤酶生態(tài)化學(xué)計(jì)量比，表征土壤微生物養(yǎng)分限制狀況，可為研究農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)狀況提供新的視角[4]。

傳統(tǒng)綠肥主要利用季節(jié)性閑置土地種植，近年來(lái)，果園林下、全年休耕地以及新增耕地地力的快速恢復(fù)和撂荒地治理等周年利用綠肥的需求增多。相比單季綠肥，周年兩季綠肥的還田生物量高，綠肥根系生長(zhǎng)、腐解過(guò)程更長(zhǎng)，對(duì)土壤微生物活性帶來(lái)的改變也會(huì)不同，兩季綠肥的搭配必然影響綠肥的生長(zhǎng)及土壤的微生態(tài)環(huán)境。因此，本研究依據(jù)不同科屬綠肥的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行了綠肥優(yōu)化搭配試驗(yàn)，探討周年覆蓋不同科屬綠肥作物下產(chǎn)生的土壤生態(tài)效應(yīng)，為果園、休耕地、撂荒地等空間閑置性土地的綠肥應(yīng)用提供技術(shù)儲(chǔ)備。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019—2022 年在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行（106°07′E，26°11′N(xiāo)），該區(qū)域海拔1100 m，屬于亞熱帶濕潤(rùn)溫和型氣候，年均氣溫為15.3℃，年均相對(duì)濕度為77%，年均總降水量為1129.5 mm，年均日照時(shí)數(shù)為1148.3 h。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃壤，2019 年試驗(yàn)前的耕層土壤pH 7.42，有機(jī)碳18.9 g/kg，全氮1.72 g/kg，全磷1.24 g/kg，全鉀14.1 g/kg，堿解氮152 mg/kg，有效磷43.7 mg/kg，速效鉀189 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇的綠肥材料包括：箭筈豌豆（Vicia sativa），豆科野豌豆屬；二月蘭（Orychophragmus violaceusL.），十字花科諸葛菜屬；飯豆（Vigna umbellata），豆科豇豆屬；小葵子（Guizotia abyssinica），菊科小葵子屬。試驗(yàn)設(shè)二月蘭?小葵子（O-G）、二月蘭?飯豆（OP）、箭筈豌豆?小葵子（V-G）、箭筈豌豆?飯豆（VP），共4 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，共12 個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為15 m2 （1.5 m×10 m）。于每年9 月播種箭筈豌豆、二月蘭，次年4 月播種小葵子、飯豆。播種量如下：二月蘭22.5 kg/hm2，箭筈豌豆4 5 k g / h m 2，小葵子1 5 k g / h m 2，飯豆45 kg/hm2。當(dāng)季綠肥以撒播的方式播種，隨后及時(shí)用割草機(jī)刈割上季綠肥鮮草原位覆蓋還田。試驗(yàn)期間不施化肥，于每次割刈綠肥還田時(shí)測(cè)鮮草產(chǎn)量并采集鮮草檢測(cè)養(yǎng)分含量，于2022 年4 月冬季綠肥盛花期，每個(gè)小區(qū)按照5 點(diǎn)采樣法采集0—20 cm 土壤樣品進(jìn)行混合，分成鮮樣與風(fēng)干樣進(jìn)行分析檢測(cè)。

1.3 土壤分析與方法

土壤理化性質(zhì)測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析》[ 2 2 ]，pH 采用 pH 計(jì)測(cè)定（水土比為 2.5∶1）；有機(jī)碳（SOC）采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮（TN） 采用凱氏定氮法測(cè)定；全磷（TP） 采用NaOH 堿溶—鉬銻抗比色法測(cè)定；堿解氮（AN） 采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷（AP） 采用碳酸氫鈉溶液浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；可溶性有機(jī)碳（DOC） 采用去離子水浸提，碳氮分析儀測(cè)定。微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN） 的測(cè)定采用氯仿熏蒸—硫酸鉀浸提，碳氮分析儀測(cè)定，MBC 和 MBN 的浸提系數(shù)分別為0.45 和0.54，微生物量磷（MBP） 的測(cè)定采用氯仿熏蒸—碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定，浸提系數(shù)為0.40[3]。

土壤胞外酶活性測(cè)定[ 2 3 ]。選取β-葡萄糖苷酶（BG） 為碳相關(guān)水解酶，β-Ｎ-乙酰基氨基葡萄糖苷酶（NAG） 和亮氨酸氨基肽酶（LAP） 為氮相關(guān)水解酶，酸性磷酸酶（ACP） 為磷相關(guān)水解酶。測(cè)定其活性時(shí)，BG 以對(duì)硝基苯-β-D 吡喃葡萄糖苷為底物，NAG 以對(duì)硝基苯β-N-乙酰氨基葡萄糖苷為底物，LAP 以L-亮氨酸對(duì)硝基苯胺為底物，ACP 以磷酸苯二鈉為底物，采用酶試劑盒和全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀（美國(guó)MDSpectraMax190） 測(cè)定酶活性。

1.4 計(jì)算方法

1.4.1 土壤胞外酶活性計(jì)量比[24]

土壤C∶N 酶活性比（EEACN） = lnBG∶ln（NAG+LAP）；

土壤C∶P 酶活性比（EEACP） = lnBG∶lnACP；

土壤N∶P 酶活性比（EEANP） = ln（NAG+LAP）∶lnACP；

土壤C∶N∶P 酶活性比（EEACNP） = lnBG∶ln（NAG+LAP）∶lnACP。

1.4.2 矢量長(zhǎng)度 （vector length， vectorL） 和矢量角度（vector angle，vectorA） [5]

矢量長(zhǎng)度 vectorL = SQRT（X2+Y2）

矢量角度vectorA = Degrees[ATAN2（X， Y）]

式中：X 表示 ln（BG）/ln（ACP），Y 表示ln（BG）/ln（NAG+LAP），SQRT 為開(kāi)平方函數(shù)，Degree 為弧度轉(zhuǎn)角度函數(shù)，ATAN2 為反正切函數(shù)。vectorL 越長(zhǎng)，表明微生物受能量（碳） 限制的程度越高；vectorA大于45°表示微生物受磷限制，vectorA 小于45°表示微生物受氮限制。

1.4.3 土壤微生物碳利用效率 CUE [25]

CUEC：N = CUEmax [SC：N/（SC：N + K）]

式中：CUEmax （0.6） 指 C 供給微生物生長(zhǎng)能量的上限；SC：N = （1/EEAC：N）（BC：N/LC：N）；EEAC：N 指胞外酶活性的 C∶N，用BG∶（NAG+LAP） 和 （NAG+LAP）∶BG 表示；BC：N 指土壤微生物量 C∶N；LC：N 指土壤C∶N；K 是半飽和系數(shù)（0.5）。

1.4.4 土壤質(zhì)量指數(shù)SQI[26]

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；用SPSS19.0 進(jìn)行不同處理間單因素方差分析，用Duncan 多重比較分析組間差異；土壤各指標(biāo)間的相關(guān)性采用Pearson 相關(guān)系數(shù)表示；利用R 中“Plspm”包構(gòu)造偏最小二乘路徑模型，Canoco 進(jìn)行冗余分析，Origin2021 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同綠肥作物組合的還田生物量和養(yǎng)分量

由表1 可知，不同綠肥作物組合中，兩季綠肥之間生物量具有一定差異，O-P 處理中的二月蘭鮮草產(chǎn)量較O-G 處理中的二月蘭鮮草產(chǎn)量顯著提高89.11%，O-G 處理中小葵子鮮草產(chǎn)量較V-G 處理中的小葵子鮮草產(chǎn)量顯著提高102.26%。V-G 處理中的箭筈豌豆較V-P 處理的箭筈豌豆可還田養(yǎng)分含量顯著提高。此外，二月蘭與小葵子碳氮比相近，箭筈豌豆比飯豆的碳氮比稍高一點(diǎn)。各處理中冬季綠肥還田的氮、磷、鉀養(yǎng)分量差異顯著。

2.2 土壤理化特性與土壤質(zhì)量指數(shù)

由表2 可知，周年覆蓋綠肥作物影響土壤理化特性與質(zhì)量指數(shù)，其中土壤pH 值、全氮、微生物量氮、微生物量磷含量及土壤質(zhì)量指數(shù)處理間差異顯著。O-P 和O-G 處理的pH 值、O-P 和V-G 處理的土壤全氮含量顯著高于其他處理，O-P 處理的微生物量氮含量較V-P 處理高81.9%，V-G 處理的微生物量磷含量顯著高于其他處理，是O-G 處理的6倍。各處理下土壤質(zhì)量指數(shù)以V-G 處理最高，較V-P處理增加了41.6%。

2.3 周年覆蓋不同綠肥作物對(duì)土壤微生物代謝和養(yǎng)分限制的影響

2.3.1 土壤胞外酶活性化學(xué)計(jì)量比 由表3 可知，周年覆蓋不同綠肥作物顯著影響土壤碳、磷相關(guān)胞外酶活性，對(duì)氮相關(guān)胞外酶活性影響較小。V-G、V-P處理下BG 活性顯著高于其他處理，V-P 處理下ACP 活性比O-P 和O-G 分別顯著高40.2% 和50.0%。各處理間的EEACN、EEACP 差異不顯著，EEANP 則是O-G 處理顯著高于V-P 處理。此外，O-G 處理是兩季非豆科綠肥作物，O-P 和V-G 處理是一季豆科綠肥作物搭配一季非豆科綠肥作物，V-P 處理是兩季豆科綠肥作物，可以看出，隨著豆科綠肥作物的加入，EEANP 呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)（O-G）gt;（O-P）=（V-G）gt;（VP）。各處理的土壤酶C∶N∶P 比值接近。

2.3.2 土壤微生物養(yǎng)分限制 為量化土壤微生物代謝 碳、氮和磷的限制，對(duì)胞外酶活性相對(duì)比例進(jìn)行矢量分析[1]，所有處理點(diǎn)均落在土壤微生物碳和磷共同限制區(qū)域（圖1），周年覆蓋不同綠肥作物對(duì)土壤微生物養(yǎng)分限制程度不同，處理間的矢量長(zhǎng)度vectorL差異不顯著，表明綠肥作物種類(lèi)對(duì)微生物C 限制影響不顯著，各處理的矢量角vectorA 均大于45°，以O(shè)-G 處理的vectorA 最小，說(shuō)明O-G 處理的微生物P 限制最小，較V-P 處理顯著減小了2% （Plt;0.05），O-P 和V-G 處理在微生物C 限制和P 限制上差異不顯著。此外，冗余分析結(jié)果（圖2） 表明，土壤微生物養(yǎng)分限制受到土壤理化特性的調(diào)控，第一軸解釋度為90.12%，第二軸的解釋度為0.02%，pH （F=11，P=0.004），AP （F=8.9，P=0.014），DOC （F=4.8，P=0.03） 與土壤微生物養(yǎng)分限制顯著相關(guān) （Plt;0.05），pH、AP、DOC 的解釋度分別為52.3%、23.7%、6.9%，貢獻(xiàn)度分別為56.8%、25.8%、7.5%。

2.3.3 土壤微生物碳利用效率 由圖3 可知，周年覆蓋不同綠肥作物兩年后土壤微生物的碳利用效率產(chǎn)生顯著變化，以V-G 處理的微生物碳利用率最高，較O-G、O-P 處理分別顯著高30.7% 和32.3%。進(jìn)一步對(duì)土壤理化特性、微生物量、酶活性以及養(yǎng)分限制與微生物碳利用率的關(guān)系進(jìn)行偏最小二乘路徑分析（PLS-PM，圖4a），發(fā)現(xiàn)土壤胞外酶活性（0.89）對(duì)微生物碳利用率有顯著正效應(yīng)，微生物碳限制（?0.10） 對(duì)微生物碳利用率有間接的負(fù)效應(yīng)。不同因子對(duì)微生物碳利用效率的交叉載荷（圖4b） 分析表明，ACP 活性對(duì)土壤微生物碳利用率的貢獻(xiàn)最大。在總體效應(yīng)上，微生物碳利用率受土壤胞外酶活性組分（0.89） 的影響大于土壤全量碳氮磷組分（0.51）。綜上可知，土壤全量養(yǎng)分可直接改變土壤胞外酶活性、微生物碳限制，繼而影響土壤微生物碳利用率。

2.4 不同冬季夏季綠肥作物組合與土壤養(yǎng)分、微生物養(yǎng)分限制及質(zhì)量指數(shù)的關(guān)系

由圖5 可知，不同冬季和夏季綠肥作物組合中，冬季綠肥、夏季綠肥與土壤各指標(biāo)的關(guān)系并不相同，冬季綠肥生物量及其還田氮磷鉀碳量與土壤pH 呈負(fù)相關(guān)，與BG、ACP 活性、CUE 呈正相關(guān)，投入的碳氮比與CUE 呈負(fù)相關(guān)。夏季綠肥生物量及其還田磷鉀碳量與MBP、LAP 活性呈負(fù)相關(guān)，投入的碳氮比與LAP 呈正相關(guān)，生物量、還田鉀含量與SQI 呈負(fù)相關(guān)。由表4 中的雙因素方差分析結(jié)果還可看出，冬季綠肥主要影響了土壤微生物磷限制、土壤微生物碳利用率，冬季綠肥與夏季綠肥的交互效應(yīng)對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)產(chǎn)生顯著影響。

3 討論

3.1 不同冬季夏季綠肥作物組合對(duì)還田養(yǎng)分特征的影響

周年覆蓋不同綠肥作物組合中，夏季綠肥與冬季綠肥之間存在相互影響，相比二月蘭與小葵子搭配，二月蘭與飯豆搭配時(shí)生物量得到了提高，可能是因?yàn)槎箍凭G肥為土壤提供了較多的氮養(yǎng)分（表3），此外，相比小葵子與箭筈豌豆搭配，小葵子與二月蘭搭配時(shí)生物量得到了提高。二月蘭在華北、西北及南方等地推廣應(yīng)用[27]，具有萌發(fā)早，在酸性土和堿性土均可生長(zhǎng)的特點(diǎn)，二月蘭在腐解前期的碳、氮、鉀釋放速率也很快，其中翻壓前7 天的平均釋放速率分別為204.62、37.67 和33.19 mg/d[11， 28]。小葵子具有喜光、熱，耐干旱等特點(diǎn)[27]，含鉀量較高，一年可種3～4 茬。飯豆是南方紅黃壤地區(qū)重要的夏季綠肥[27]，具有耐旱、耐貧瘠、生育期長(zhǎng)的特點(diǎn)，在免耕覆蓋還田和翻壓還田方式下，前20 天的累積腐解率分別為26.8% 和 51.0%[29]。箭筈豌豆生長(zhǎng)適應(yīng)性廣，各地均有種植，具有抗旱、耐瘠薄等特點(diǎn)[27]，箭筈豌豆在翻壓15 天時(shí)的累積腐解率為57.6%，平均腐解速度為0.34 g/d，翻壓后15 天碳、磷的累積釋放率分別為58%、67.7%，翻壓后10 天氮、鉀的累積釋放率分別為60.4%、90.5%[30]。

3.2 不同冬季夏季綠肥作物組合對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)的影響

各處理對(duì)土壤理化特性、微生物量、酶活性、微生物養(yǎng)分限制及碳利用率等影響不一，因此通過(guò)綜合性的土壤質(zhì)量指數(shù)來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)結(jié)果更加全面。本研究表明，V-P 和V-G 處理的土壤pH 顯著低于其他處理 （表2），冬季綠肥的輸入與pH 呈負(fù)相關(guān)（圖5），可能隨著豆科植物生長(zhǎng)，根分泌物中有機(jī)酸釋放量會(huì)有增加趨勢(shì)[31]。V-G 和O-P 處理的TN 顯著高于其他處理，可能因?yàn)楸镜刂参餁報(bào)w作為綠肥添加帶來(lái)的干擾較小，減少耕作并添加富含氮的植物殘?bào)w可以促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體的形成，且植物殘?bào)w覆蓋減少了土壤中硝酸鹽淋失，提高土壤碳和氮的穩(wěn)定性[32]。O-P、V-G、V-P 處理的MBP 均顯著高于O-G（表2），說(shuō)明有豆科作物的處理促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)并將土壤中部分有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷同化為微生物生物量磷，從而增加了土壤微生物量磷[16]，可能由于磷在短期內(nèi)可以從作物殘茬中迅速進(jìn)入微生物量中，比如豆科殘茬在7 天內(nèi)有28% 的磷進(jìn)入微生物量中，因此豆科殘茬可能是增加微生物量磷的原因之一[19]?？傮w評(píng)分上，V-G 處理的土壤質(zhì)量指數(shù)最高。

3.3 不同冬季夏季綠肥作物組合對(duì)土壤微生物養(yǎng)分限制及碳利用率的影響

大多數(shù)的微生物過(guò)程取決于微生物的生物量和活性，通常會(huì)受碳、氮、磷等資源的限制，被稱(chēng)為微生物資源限制，除了微生物普遍受到的碳限制外，氮和磷也是微生物生長(zhǎng)的重要限制養(yǎng)分[8]。微生物分泌的胞外酶活性同樣受環(huán)境養(yǎng)分可用性調(diào)控[2]，土壤胞外酶化學(xué)計(jì)量比通常用來(lái)表征土壤微生物的相對(duì)資源限制[7]。有研究表明，有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥混合施用對(duì)坡耕地土壤微生物相對(duì)碳限制無(wú)顯著影響，但可以輕微緩解土壤微生物相對(duì)磷限制，農(nóng)田撂荒后土壤微生物相對(duì)碳限制顯著降低，而土壤微生物相對(duì)磷限制逐漸增加[33]。在環(huán)境改變的情況下，微生物的養(yǎng)分代謝限制也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變，黃土高原草地恢復(fù)過(guò)程中土壤微生物養(yǎng)分限制隨恢復(fù)時(shí)間的增加由磷限制轉(zhuǎn)變?yōu)榈拗芠34]。

本研究表明，與氮相關(guān)的NAG 和LAP 處理間差異不顯著，說(shuō)明各處理滿(mǎn)足微生物氮需求上差異不大，V-G 和V-P 處理的BG 活性顯著增高（表4），BG 活性與冬季綠肥的輸入呈正相關(guān)（圖5），且顯著受到冬季綠肥影響（表4），表明可能箭筈豌豆處理促進(jìn)了碳獲取酶的分泌，V-P 處理的ACP 活性顯著增高（表4），ACP 活性與冬季綠肥的輸入呈正相關(guān)（圖5），且顯著受到冬季綠肥影響（表4），表明可能箭筈豌豆處理促進(jìn)了磷獲取酶的分泌，由于覆蓋綠肥隨著淋溶、腐解等作用，進(jìn)入土壤中的可溶性有機(jī)物質(zhì)促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，增加了土壤相關(guān)酶的活性[7]，但不同綠肥作物的腐解過(guò)程具有差別[30， 35]，使得土壤酶活性有所差異。所有處理均受到微生物碳限制與磷限制（圖1a），冗余分析結(jié)果（圖2） 表明，土壤pH 值、AP、DOC 含量是驅(qū)動(dòng)土壤胞外酶活性和微生物養(yǎng)分限制變化的關(guān)鍵因子，PLS-PM 分析結(jié)果（圖4） 表明，pH 對(duì)土壤胞外酶活性有顯著負(fù)效應(yīng)，土壤全量碳氮磷含量對(duì)土壤胞外酶活性有顯著正效應(yīng)，因?yàn)橥寥纏H 值、元素化學(xué)計(jì)量是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和活性的重要環(huán)境因子[1， 12]，大部分土壤水解酶的最適pH 在5 左右，土壤pH 的升高或降低都會(huì)對(duì)酶活性產(chǎn)生不利影響[36]，而不同種類(lèi)綠肥的根系分泌、植株腐解等過(guò)程會(huì)一定程度影響土壤pH 與養(yǎng)分元素（表2）。處理間微生物碳限制差異不顯著，V-P 處理的微生物磷限制最大，可能是因?yàn)槎箍凭G肥的生物固氮作用雖然增加了系統(tǒng)的氮素輸入，但同時(shí)豆科植物在生長(zhǎng)期對(duì)土壤中磷的吸收較多[16]。

此外，土壤全量碳氮磷與土壤胞外酶活性有顯著正效應(yīng)，土壤胞外酶活性對(duì)微生物碳利用效率有顯著正效應(yīng)，ACP 活性對(duì)土壤微生物利用效率的貢獻(xiàn)最大，說(shuō)明提高土壤全量養(yǎng)分，會(huì)促進(jìn)酶活性和微生物碳利用效率不同程度的提高（表4 和圖3），ACP 活性是主要調(diào)控因子之一。周年覆蓋不同綠肥作物，V-G 處理的土壤微生物碳利用效率最大，可能是由于該處理的土壤pH 值有所下降更接近于水解酶適宜的pH 值，TN 和4 種胞外酶的活性較高（表3和表4），因?yàn)閜H 對(duì)土壤胞外酶活性有顯著負(fù)效應(yīng)，土壤胞外酶活性對(duì)土壤微生物碳利用效率有顯著正效應(yīng)（圖4a），即pH 值的下降，或是土壤胞外酶活性的增高會(huì)有利于提高土壤微生物碳利用效率，且土壤微生物碳利用效率與冬季綠肥投入呈正相關(guān)（圖5，表4），該處理還可能是由于冬季綠肥箭筈豌豆輸入養(yǎng)分較高而使土壤微生物碳利用效率提高。綜上，土壤微生物養(yǎng)分限制與碳利用效率會(huì)因?yàn)橹苣旮采w不同的綠肥作物產(chǎn)生不同響應(yīng)。

4 結(jié)論

不同冬季夏季綠肥作物組合的土壤微生物主要受到碳和磷限制，土壤pH、AP、DOC 含量是驅(qū)動(dòng)土壤胞外酶活性和微生物養(yǎng)分限制變化的關(guān)鍵因子。不同綠肥作物組合之間的土壤pH 值、TN、MBN、MBP、BG 活性、ACP 活性差異顯著。土壤微生物磷限制以及對(duì)土壤微生物碳利用效率的影響主要由冬季綠肥產(chǎn)生，冬季綠肥與夏季綠肥組合主要對(duì)土壤質(zhì)量指數(shù)產(chǎn)生顯著交互作用。相比之下，箭筈豌豆?小葵子組合的土壤微生物代謝所受磷限制較小，土壤微生物碳利用效率和土壤質(zhì)量指數(shù)最高，是調(diào)節(jié)微生物代謝、維持生態(tài)功能和提高土壤質(zhì)量較為適宜的組合。