長期不同施肥對棕壤微生物量碳的影響

王曄青

（鄂爾多斯市東勝區園林局，內蒙古 鄂爾多斯 017000；沈陽農業大學土地與環境學院，遼寧 沈陽 110161）

土壤生態系統中的微生物群落在土壤的物質轉化和能量流動中起著重要的作用。微生物參與土壤中有機物質的分解和土壤腐殖質的形成和分解過程，以及土壤養分的轉化和循環與各生化過程[1-3]，同時也影響了植物地上部分的生長。施肥是調節土壤微生物數量大小和活性的重要農業措施之一，不同的施肥措施對土壤微生物量的影響存在差異[4-8]。目前，土壤微生物量已成為國際土壤與植物營養學科的一個研究熱點，它作為一項土壤質量指標在農業可持續發展研究中具有重要的地位。本研究結合棕壤長期定位試驗，研究了長期不同施肥條件下土壤微生物量碳的變化及其與土壤肥力、作物產量的關系，為指導土壤合理施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

土壤樣品采自沈陽農業大學棕壤長期定位試驗地。該地于1979年建立，種植方式為玉米－玉米－大豆輪作，2005年為大豆。從試驗區中選擇12個處理，分別是：（1）不施肥（CK）；（2）施氮肥（N）；（3）施氮、磷肥（NP）；（4）施氮、磷、鉀肥（NPK）；（5）施低量有機肥（M1）；（6）低量有機肥與氮肥配施（M1N）；（7）低量有機肥與氮、磷肥配施（M1NP）；（8）低量有機肥與氮、磷、鉀肥配施（M1NPK）；（9）施高量有機肥（M2）；（10）高量有機肥與氮肥配施（M2N）；（11）高量有機肥與氮、磷配施（M2NP）；（12）高量有機肥與氮、磷、鉀肥配施（M2NPK）。

試驗所用有機肥為豬廄肥，其中平均有機質含量為 119.6 g/kg，全氮 5.6 g/kg，P2O58.3 g/kg，K2O 11.9 g/kg。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。Ml為 18.75 t/hm2，M2為 37.5 t/hm2，種植大豆年份施 N 30 kg/hm2，P2O5為 90 kg/hm2，K2O 為 90 kg/hm2，所有肥料以基肥形式一次性施入。

1.2 土壤及植物樣本采集

2006年春季采集試驗地各處理0～20 cm深土樣，一部分于4℃保存（<5 d），用于測定土壤微生物量碳（SMB-C）；其余部分風干過篩，用于土壤常規養分的測定。

供試玉米于2006年4月下旬播種，10月收獲，作物生長期間按常規進行田間管理，收獲期測產。

1.3 測定方法

采用氯仿熏蒸浸提法[9-11]測定各處理土壤的微生物量碳。

土壤有機碳、全氮含量采用元素分析儀測定；土壤全磷、全鉀采用NaOH熔融法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有機磷和速效磷分別采用灼燒法和Olsen法測定；速效鉀采用NH4OAc浸提－火焰光度計法測定；土壤pH值采用pHS-2型酸度計測定（土水比 1∶2.5）[10]。

1.4 數據分析

采用SPSS 11.5統計軟件，單因素方差分析（ANOVA）比較不同處理間的差異顯著性（p=0.05），用Microsoft Excel 2003軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理土壤微生物量碳的變化

由圖1可以看出，施用化肥和有機肥均可提高土壤微生物量碳的含量。不同處理土壤微生物量碳含量方差分析結果表明，除處理（2）單施無機氮肥外，不同處理土壤微生物量碳含量均與對照差異性顯著（p<0.05）。土壤微生物量碳含量范圍在70.48～214.83 mg/kg，其大小順序為：高量有機肥區>低量有機肥區>單施化肥區>CK。其中高量有機肥配施氮的土壤微生物量碳含量最高，這可能是因為有機肥與氮肥配施不僅增加了土壤有機質含量，為植物提供了營養，使作物生長量增大，其殘留物包括根、分泌物及殘茬等，歸還到土壤中的有機物料增加，從而為微生物活動補充了碳源，刺激了土壤微生物數量的增加和活性的增強；而且，無機肥料的施用，也為土壤微生物提供營養，促進了土壤微生物生長，其含量比不施肥對照增加了2倍。

圖1 不同施肥處理對土壤微生物量碳的影響

與對照相比，單施氮肥對土壤微生物量碳含量的增加作用不明顯，這可能是因為長期單一施用氮肥使土壤中嚴重缺乏碳源和磷、鉀素等養分，導致土壤養分失衡，進而影響微生物的生長和繁殖。氮磷、氮磷鉀處理由于磷、鉀肥的投入，使土壤養分比對照和單施氮肥處理有了很大的改善，作物生長量增大，其殘留物歸還到土壤中的有機物料增加，從而為微生物活動補充了碳源，刺激了土壤微生物數量的增加和活性的增強；與此同時，無機肥料的施用也為土壤微生物提供營養，促進了土壤微生物生長。因此，氮肥配施磷肥和磷鉀肥會顯著提高土壤微生物量碳含量。

該研究結果表明，長期施用有機肥對土壤微生物量碳含量的增加作用較為明顯，且有機物質輸入越多，土壤微生物量碳含量就越高。這可能有3個方面的原因：首先，施用有機肥為微生物提供了大量可給性能源，能顯著提高各類微生物數量；其次，有機肥本身所含的微生物在施入土壤后會迅速增加；再次，有機肥的施入可增加土壤養分轉化能力，能有效的增加和活化土壤養分，改善土壤理化性質，促進微生物活動，增強土壤調理功能，從而分解許多植物不能直接利用的養分[12]。

2.2 土壤微生物量碳與土壤肥力指標的關系

對土壤微生物量碳與土壤常規養分作相關性分析，結果顯示，土壤微生物量碳與土壤pH值、有機碳、全氮、堿解氮、全磷、有機磷、速效磷均呈極顯著相關，相關系數分別為 0.669、0.873、0.812、0.887、0.917、0.971、0.922，這說明土壤微生物量碳受這些因素的影響特別顯著。有機碳、全氮、堿解氮、全磷、有機磷、速效磷含量越高，越有利于微生物的大量繁殖，微生物量的含量也就會增加；一定pH范圍內，土壤微生物量隨pH值的升高而增加；土壤的基礎微生物量碳與土壤全鉀呈負相關（-0.322），與速效鉀正相關（0.523），但均未達到顯著水平，這說明全鉀、速效鉀對土壤微生物量碳的影響較小。土壤微生物量與土壤鉀素的相關性不顯著，這說明土壤鉀素水平不是影響棕壤微生物的主要因素。

綜上所述，土壤微生物量與土壤基本化學性質（除全鉀、速效鉀外）之間呈極顯著相關，這說明，土壤微生物量能指示土壤肥力水平；同時，提高土壤養分利用率，可通過提高土壤微生物量來實現，即通過刺激微生物的生長繁殖，加強微生物對養分的轉化作用，從而增加土壤有效養分的含量，以滿足植物生長的需求。由此可見，土壤微生物量碳與土壤肥力關系密切，可作為長期定位施肥過程中土壤質量評價的生物學指標。

2.3 土壤微生物量碳含量與作物干物質積累量的關系

土壤微生物量碳含量與玉米產量和植株體干物質積累量相關性分析結果表明（圖2～3），土壤微生物量碳與二者均呈現出極顯著的相關性，其相關系數分別為 0.888、0.908 （n=11，r0.05=0.553，r0.01=0.684）。這表明玉米產量、植株體干物質積累量與土壤微生物量碳含量關系密切，土壤微生物量碳含量越大，玉米干物質的積累量越大，經濟產量也越高；土壤微生物量碳含量可以指示作物產量水平。

圖2 土壤微生物量碳含量與玉米產量的關系

圖3 土壤微生物量碳含量與植株體干物質積累量的關系

2.4 土壤微生物量碳與土壤有機碳的關系

土壤微生物量碳占有機碳含量的百分比稱為土壤微生物代謝商。許多研究者認為，它可以作為反映因土壤管理措施變化而造成有機質變化的一個指標，能預測土壤有機質長期變化或監測土地退化及恢復狀況。Beck[13]認為，土壤微生物代謝商可以用來指示土壤碳的平衡、積累或消耗，能夠表明土壤碳動態變化，該比值越大，說明有機碳周轉速率越快。該試驗結果表明，土壤微生物量碳占有機碳的0.77%～1.94%，且該值隨土壤微生物量碳的增加而增大，二者相關系數可達0.974。由此可知，肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有機碳中的比例，其大小順序為高量有機肥區>低量有機肥區>NP、NPK>N>CK。

3 結論

試驗結果表明：①長期施用化肥和有機肥均可明顯提高棕壤微生物量碳，以有機肥、有機肥與化肥配施處理效果最為顯著；②棕壤微生物量碳與土壤養分因子關系密切，可以作為衡量棕壤肥力指標；③土壤微生物量碳與玉米產量和植株體干物質積累量均呈極顯著相關性，土壤微生物量碳的供碳量可以指示作物產量水平；④肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有機碳中的比例，其大小順序為高量有機肥區>低量有機肥區>NP、NPK>N>CK。

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