有機肥替代部分化肥對長期連作棉田產量、土壤微生物數量及酶活性的影響

陶 磊，褚貴新,*， 劉 濤， 唐 誠， 李俊華， 梁永超

(1. 石河子大學農學院資源與環境科學系, 新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室， 石河子 832003;2. 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，農業部作物營養與施肥重點實驗室，北京 100081)

有機肥替代部分化肥對長期連作棉田產量、土壤微生物數量及酶活性的影響

陶 磊1，褚貴新1,*， 劉 濤1， 唐 誠1， 李俊華1， 梁永超2

(1. 石河子大學農學院資源與環境科學系, 新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室， 石河子 832003;2. 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，農業部作物營養與施肥重點實驗室，北京 100081)

施用有機物是作物增產、增加土壤有機質和改善土壤生物學性狀的有效措施。在大田滴灌條件下，采用土壤酶學和微生物平板培養方法，研究了常規施肥(CF)減量20%—40%，配施3000、6000 kg/hm2有機類肥料對棉花產量、土壤微生物數量及土壤酶活性的影響。結果表明：降低CF用量20%—40%情況下，滴灌棉田配施3000、6000 kg/hm2的有機類肥料可獲得與CF處理相持平的產量(4945—4978 kg/hm2)，有機肥和生物有機肥配施處理間的棉花產量差異不顯著(P<0.05)。細菌、放線菌和假單胞桿菌數量均隨有機肥用量的增加而升高，不同類有機肥配施間表現為OF+BF>BF>OF；真菌數量則隨有機肥施量升高而降低，其中OF+BF配施處理最為顯著。有機無機肥配施顯著提高了土壤酶活性，80% CF和60% CF與有機肥配施處理土壤堿性磷酸酶、熒光素二乙酸酯酶(FDA)、β-葡萄糖苷酶和脫氫酶的活性比CF處理分別升高了3.8%、17%、18%、55%和10.1%、19%、20%、60%，不同類型有機肥對土壤酶活性影響差異不顯著。土壤細菌/真菌比、土壤放線菌/真菌和假單胞桿菌/真菌比均隨有機肥施量的增加而升高，施用化肥或有機肥均顯著降低了假單胞桿菌/細菌比。細菌、放線菌和假單胞桿菌數量與土壤脫氫酶、β-葡萄糖苷酶、堿性磷酸酯酶和熒光素二乙酸酯酶活性均呈顯著或極顯著正相關，真菌數量與4種酶活性呈負相關。CF減量20%—40%配施以3000、6000 kg/hm2有機肥不僅不會導致棉花減產，而且對提高土壤酶活性、調節土壤細菌、真菌、放線菌群落組成結構，改善北疆綠洲滴灌棉田土壤生物學性狀有顯著作用。

棉花; 土壤酶活性; 土壤微生物; 生物有機肥

施肥是作物增產最有效的途徑。據聯合國糧農組織(FAO)統計，肥料對糧食作物的貢獻率在30%—50%[1]，我國化肥長期定位試驗網數據統計也表明化肥對我國糧食產量的貢獻率為40.8%[2]。有機無機肥配施一直是我國農業施肥的指導方針，然而近50年來，化學肥料的施用量逐年增加，與之對應的是有機肥施用量急劇下降。沈其榮等[3]研究表明，在1960、1980、2000、2010年我國有機肥施用量占總施肥量的80%、60%、30%、10%。長期單施和過量施用化學肥料已造成土壤有機質含量降低、理化性狀惡化[4]，肥料利用率下降[5]和土壤微生物性狀發生變化[6]。化學肥料不合理和過度施用的負面影響已經引起政府和科學界的重視，我國政府提出“引導農民合理施肥，鼓勵增施有機肥”，從農業廢棄物高效利用和維護農田地力的角度出發，有機無機配施將是我國今后肥料施用發展的必然趨勢[7]。國內長期定位施肥實驗表明，有機無機肥配施不但可降低土壤容重，增加總孔隙度和物理性粘粒含量，改善土壤理化性狀[8]，而且可顯著提升土壤物質生產性能與地力[9- 10]

已有研究表明，利用有機肥或功能型的生物有機肥不僅可明顯提高土壤生物活性[11- 12]，而且在調控健康土壤微生物區系和防治土傳病害方面有著突出作用[13- 14]。利用有機廢棄物變污染源為養分資源，探究科學合理的有機肥與無機肥配施比例，形成精制有機肥或功能型生物有機肥，不僅可達到減肥增效和提高養分資源高效利用，也關乎到以有機促無機提高化肥利用率，構建健康土壤微生物區系，減輕土傳病害[15]，進而提高土壤可持續利用等關鍵問題。棉花是新疆農業的支柱產業，受經濟利益驅動北疆棉區長期進行棉花連作，致使棉田土壤微環境發生了改變[16]，特別是近30余年的連作致使棉田土傳病害頻發。石磊巖[17]研究認為這與棉田土壤微生物數量和土壤酶活性有關系，是綠洲滴灌土壤在長期連作過程中致病性真菌的累積所致。本研究對有機肥部分替代化肥對棉花產量的效應以及化肥與有機肥或生物有機肥不同配比對棉田土壤微生物性狀的影響進行了研究，旨在比較有機肥、生物有機肥部分替代化學對綠洲農田生產力、土壤微生物群落結構及土壤生物學性狀的影響，所得結果可為滴灌條件下長期連作棉田的土壤微生物區系構建和提高綠洲農田生產力及養分資源高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況與實驗設計

試驗區基本情況：試驗田位于石河子大學農試場(E 84°58′ —86°24′, N 43°26′ —45°20′)，年平均氣溫7.5—8.2℃，年降雨量180—270 mm,年蒸發量1000—1500 mm。供試土壤屬灌耕灰漠土(灌淤旱耕人為土，Calcaric Fluvisals)，施肥處理前0 —20 cm土壤基礎有機質含量23.6 g/kg；全氮 0.95 g/kg；全磷 0.3g/kg；堿解氮88.6 mg/kg；速效磷23.4 mg/kg；速效鉀136 mg/kg； pH值8.1。

試驗設置8個處理：(1) CK (不施肥)；(2) CF (300 kg·N/hm2；90 kg·P2O5/hm2；60 kg·K2O/hm2)；(3)80%CF+OF1(80%CF+有機肥3000 kg/hm2)；(4) 60%CF+OF2(60%CF+有機肥6000 kg/hm2)；(5) 80%CF+BF1(80%CF+生物有機肥3000 kg/hm2)；(6) 60%CF+BF2(60%CF+生物有機肥6000 kg/hm2)；(7) 80%CF+OF3+BF3(80%CF+有機肥2250 kg/hm2+生物有機肥750 kg/hm2)；(8) 60%CF+OF4+BF4(60%CF+有機肥4500 kg/hm2+生物有機肥1500 kg/hm2)。每個小區面積90m2,各處理重復3次，隨機排列分布。化學肥料為尿素(N=46%)、磷酸鉀銨(P2O5=24%)、磷酸二氫鉀(K2O=31.8%)；有機肥為腐熟牛糞，有機質含量24.8%；生物有機肥為江蘇新天地生物肥料有限公司生產的“BIO”生物有機肥，有機質含量為29.7%，抗病菌種有效活菌數≥0.5億/g，氮磷鉀≥6%。有機肥和生物有機肥做基肥播前一次施入，化學肥料是在棉花生育期根據其需肥特性按比例分為8次隨水滴施。

1.2 取樣及樣品處理

本實驗分別于2011年7月18日(棉花蕾期)和8月21日(棉花鈴期)兩次在各處理采集供分析用的土壤樣品，采樣深度為0—20 cm耕層土壤，每小區采3個樣品作為重復，每個樣品均為多點混合，剔除礫石和植物殘根，過2 mm篩。7月18日土樣立刻進行土壤微生物培養，8月21日土樣分成兩部分，一部分立刻進行微生物培養，另一部分土樣置于4 ℃冰箱內保存，1周內測定土壤酶活性。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤微生物平板培養

細菌：培養基參考Perez-Piqueres[18]，刮刀法接種稀釋10-5土壤懸浮液于瓊脂表面，29 ℃培養36 h計數；真菌：培養基參考Perez-Piqueres[18]，刮刀法接種稀釋10-2土壤懸浮液于瓊脂表面，29 ℃培養84 h計數；放線菌：培養基參考Clive[19]，刮刀法接種稀釋10-3土壤懸浮液于瓊脂表面，29 ℃培養108 h計數；假單胞桿菌：培養基參考William[20]，刮刀法接種稀釋10-4土壤懸浮液于瓊脂表面，29 ℃培養48 h計數。

1.3.2 土壤酶活性測定

測定方法參考《土壤與環境微生物研究法》[21]：土壤脫氫酶用TTC還原比色法，用單位時間內單位土壤三苯基甲臢(TPF)生成量表示；堿性磷酸酶用苯磷酸二鈉法比色法，以每百克土的酚毫克數表示；β-葡萄糖苷酶采用β-葡萄糖苷-苯二酚滴定法，結果以1 g 土壤1 h 生成對硝基酚的量(μg)表示；熒光素二乙酸酯水解酶(FDA)采用比色法，以單位土壤在單位時間內生成的熒光素量(μg)表示。

1.4 數據分析

用SPSS 17.0進行統計分析，單因素方差分析(One way ANOVA)，比較不同處理間差異顯著性(P=0.05)和Duncan新復極差法然后經過t檢驗(P<0.05)，微生物數量與酶活性關系用Pearson相關系數分析，繪圖由GraphPad Prim5 軟件完成。

2 結果與分析

圖1 有機無機肥配施對棉花產量的影響Fig.1 The response of cotton yield to treatments of manure combined with chemical fertilizersCK: 不施肥對照; CF: 灌耕灰漠土(灌淤旱耕人為土)Conventional fertilization; 80%CF+OF1: 80%CF+有機肥3000 kg/hm2; 60%CF+OF2: 60%CF+有機肥6000 kg/hm2; 80%CF+BF1: 80%CF+生物有機肥3000 kg/hm2; 60%CF+BF2 : 60%CF+生物有機肥6000 kg/hm2; 80%CF+OF3+BF3 : 80%CF+有機肥2250 kg/hm2+生物有機肥750 kg/hm2; 60%CF+OF4+BF4 : 60%CF+有機肥4500 kg/hm2+生物有機肥1500 kg/hm2

2.1 有機無機肥配施對棉花產量的影響

由圖1可知，相較于CK，OF、BF、OF+BF配施等量化學肥料對棉花產量增幅分別為24% —31%、34% —37%和37% —40%；與CF處理相比，僅60%CF+ OF2處理的棉花產量有所下降，其它有機無機肥配施處理的產量略高于或接近CF，但差異不明顯(P<0.05)。表明在減少化學肥料用量的20% —40%的條件下，配施3000， 6000 kg/hm2的有機肥或生物有機肥，能完全滿足棉花生長和穩定產量的養分需求；有機無機肥配施處理間整體表現80%CF+(OF/BF) >60% CF+(OF/ BF)，其中80%CF+OF3+BF3的產量最高，等量化學肥料配施有機肥與配施生物有機肥處理間無明顯差異。

2.2 有機無機肥配施對土壤微生物數量的影響

平板稀釋培養結果顯示(表1)，不同施肥條件、棉花的不同生育期，棉田土壤細菌、放線菌和假單胞桿菌與真菌數量變化不一致。其中細菌數量變化趨勢隨著有機肥施入量的增加而增加，各施肥處理蕾期細菌數量大于鈴期；有機配施處理細菌數量在蕾期和鈴期分別是CF的1.15 —1.69和1.13 —1.61倍；有機配施處理間蕾期和鈴期細菌數量均表現為OF+BF>BF>OF，同類有機肥配施不等量化學肥料差異不顯著。相較CF，有機無機肥配施處理顯著增加土壤放線菌數量，增幅為蕾期7% —17%和鈴期10% —14%，蕾期和鈴期相同處理間放線菌變化不顯著；有機配施處理間無明顯差異。假單胞桿菌數量變化與細菌有著相似的趨勢。真菌數量變化趨勢則隨著施入化學肥料量的增加而升高，蕾期和鈴期均有CF>80%CF>60%CF>CK，鈴期大于蕾期真菌數量；有機配施處理間真菌數量在蕾期無差異，而鈴期則有OF>BF>OF+BF，但差異不明顯。

表1 有機無機肥配施對土壤細菌、真菌、放線菌和假單胞桿菌數量的影響

Table 1 The quantities of soil bacteria, fungi, actinomycetes and pseudomonas responsive to treatments of organic manure and chemical fertilizer

處理Treatment細菌Bacteria/(×107cfu/g(干土))蕾期Budstage鈴期Bollstage真菌Fungi/(×104cfu/g(干土))蕾期Budstage鈴期Bollstage放線菌Actinomycetes/(×105cfu/g(干土))蕾期Budstage鈴期Bollstage假單胞桿菌Pseudomonas/(×106cfu/g(干土))蕾期Budstage鈴期Bollstage微生物總計Total/(×104cfu/g(干土))蕾期Budstage鈴期BollstageCK1.12f1.01e1.97c2.54de2.59c2.68d4.86a4.42c1125f1039fCF1.29e1.16e4.07a5.56a3.18b3.06cd4.95ab4.41c1321e1193e80%CF+OF11.59d1.33c2.81b3.89b3.41ab3.28bc5.35b5.05b1628d1365c60%CF+OF21.48d1.31cd2.87b3.58bc3.82a3.63ab5.39b5.29ab1524d1346cd80%CF+BF11.77c1.59b2.48b3.37bc3.64a3.77a5.34b5.26ab1805c1628b60%CF+BF21.86c1.67b2.61b3.07cd3.63a3.64ab5.68b5.37a1904c1714b80%CF+OF3+BF32.04b1.61b2.73b2.65de3.77a3.75a6.34a5.51a2079b1638b60%CF+OF4+BF42.18a1.87a2.46b2.17f3.71a3.81a6.44a5.54a2218a1914a

表中所列數據為平均值，每一列中不同字母表示在0.05水平上差異顯著；CK表示不施肥對照；CF: 灌耕灰漠土(灌淤旱耕人為土)Conventional fertilization；80%CF+OF1:80%CF+有機肥3000 kg/hm2；60%CF+OF2:60%CF+有機肥6000 kg/hm2；80%CF+BF1:80%CF+生物有機肥3000 kg/hm2；60%CF+BF2:60%CF+生物有機肥6000 kg/hm2；80%CF+OF3+BF3:80%CF+有機肥2250 kg/hm2+生物有機肥750 kg/hm2；60%CF+OF4+BF4:60%CF+有機肥4500 kg/hm2+生物有機肥1500 kg/hm2

2.3 有機無機肥對土壤微生物數量比的影響

通過土壤不同種類微生物數量比值可反映不同施肥處理對農田土壤微生物群落組成結構的影響。由圖2可知，蕾期CF處理顯著降低了土壤細菌/真菌比，而施用有機肥或生物有機肥則能顯著提高土壤細菌/真菌比，并且隨著施用量的增加而升高，在蕾期和鈴期均有相同表現趨勢。有機配施處理間蕾期和鈴期細菌數量均表現為OF+BF>BF>OF，同類有機肥配施不等量化學肥料差異不顯著。其中蕾期，施用3000 kg/hm2和6000 kg/hm2有機肥或生物有機肥處理的細菌/真菌比值分別較CF處理的增加了1.1和1.6倍。不同有機肥配施處理間的細菌/真菌比值以60%CF+OF4+BF4處理最大，其它不同處理對細菌/真菌比的影響無明顯差異。土壤放線菌/真菌和假單胞桿菌/真菌比值對施肥各處理的響應特點與施肥處理對細菌/真菌比值的影響相似(圖2)。表明施用有機肥或生物有機肥可改變滴灌棉田細菌、真菌、放線菌等群落的組成結構，提高細菌在土壤微生物群落的所占比例。施用化肥或有機肥均顯著降低了假單胞桿菌/細菌比，其中蕾期施用3000 kg/hm2和6000 kg/hm2有機類肥料的假單胞桿菌/細菌較CF處理降低了19.1%和16.7%。，說明增施有機肥可改變土壤細菌的群落結構，降低假單胞桿菌在細菌群落中所占的比例。

圖2 有機無機肥配施對細菌/真菌、放線菌/真菌、假單胞桿菌/真菌和假單胞桿菌/細菌的數量比Fig.2 The influence of organic manure combined with chemical fertilizers on quantity ratios of bacteria/fungi, actinomycetes/fungi, pseudomonadaceae/fungi and pseudomonadaceae/bacteria

2.4 有機無機肥配施對土壤土壤酶活性的影響

土壤堿性磷酸酶、熒光素二乙酸酯酶(3, 6-二乙酰熒光素, FDA) 、β-葡萄糖苷酶和脫氫酶是土壤有機碳降解和養分轉化的關鍵酶，其活性常被表征土壤微生物活性。由圖3可知，有機無機肥配施各處理均顯著增強了堿性磷酸酶、熒光素二乙酸酯酶、土壤脫氫酶、β-葡萄糖苷酶4種酶的活性，尤其是土壤脫氫酶活性。相較CF，有機無機肥配施處理堿性磷酸酶活性增強了0.1% —12.9%，并且隨著有機肥施入量的增加而增加，配施等量化學肥料，堿性磷酸酶活性表現為OF+BF>BF>OF。表明增施有機肥可顯著增加堿性磷酸酶活性，但有機肥與生物有機肥處理間無明顯差異。熒光素二乙酸酯酶、β-葡萄糖苷酶與堿性磷酸酶活性有相似的趨勢。相較于CK和CF處理，有機無機配施處理對土壤脫氫酶活性影響較大，分別增強了1.2 —1.9和1.0 —1.6倍，有機配施間80%CF+BF脫氫酶活性略低于其他處理。

2.5 土壤微生物數量與酶活性的影響

土壤微生物是土壤酶的主要來源之一，因此土壤微生物數量與土壤酶密切相關。表2中細菌數量與土壤脫氫酶、β-葡萄糖苷酶、堿性磷酸酯酶和熒光素二乙酸酯酶活性均呈顯著或極顯著正相關(P<0.05)，說明細菌對這4種酶活性均有顯著的促進作用，根據Y=Kx+b線性擬合回歸方程的斜率K可知，土壤酶活性對細菌數量反應大小表現為：β-葡萄糖苷酶>脫氫酶>堿性磷酸酶≈熒光素二乙酸酯酶活性。放線菌和假單胞桿菌與以上4種酶活性也呈正相關，各酶活對放線菌和假單胞桿菌反應大小順序均為β-葡萄糖苷酶>脫氫酶>熒光素二乙酸酯酶>堿性磷酸酶活性。4種酶活性與真菌數量是負相關關系，通過其與酶活性擬合方程的斜率可以看出真菌數量對熒光素二乙酸酯酶和堿性磷酸酶活性影響較弱，而與β-葡萄糖苷酶、脫氫酶活性呈顯著和極顯著負相關。

圖3 有機無機肥配施對堿性磷酸酶、FDA、β-葡萄糖苷酶和脫氫酶活性的影響Fig.3 The influence of organic manure combined with chemical fertilizers on activities of alkaline phosphates, FDA, β-glucosidase and dehydrogenase in soils

Table 2 Liner correlation equations between quantities of soil bacteria, fungi, actinomycetes, pseudomonas and the activities of alkaline phosphatase, FDA,β-glucosidase and dehydrogenase

微生物數量/cfu/g(干土)Quantitiesofsoilmicroorganism擬合方程Fittingequation相關系數Correlationcoefficientβ-葡萄糖苷酶y1=2.7155x+3.5494R2=0.70590.84**細菌數量脫氫酶y2=2.0037x-0.5873R2=0.54790.74*QuantitiesofBacteria×107/堿性磷酸酶y3=0.1093x+0.1577R2=0.70090.837**cfu/g(干土)FDAy4=0.1685x+0.026R2=0.78760.887**β-葡萄糖苷酶y1=-0.5714x+9.5626R2=0.5581-0.747*真菌數量脫氫酶y2=-0.5292x+4.2446R2=0.6824-0.826**QuantitiesofFungus×105/堿性磷酸酶y3=-0.0305x+0.3807R2=0.4595-0.678*cfu/g(干土)FDAy4=-0.0171x+0.378R2=0.3064-0.553β-葡萄糖苷酶y1=2.165x-0.0082R2=0.890.943**放線菌數量脫氫酶y2=1.6552x-3.4115R2=0.74160.861**QuantitiesofActinomycete×105/堿性磷酸酶y3=0.0829x+0.0291R2=0.79980.894**cfu/g(干土)FDAy4=0.125x-0.1627R2=0.86050.928**β-葡萄糖苷酶y1=1.9215x-2.3465R2=0.86370.929**假單胞桿菌數量脫氫酶y2=1.6358x-6.0506R2=0.89240.945**QuantitiesofPseudomonas×106/堿性磷酸酶y3=0.1066x-0.2754R2=0.77060.878**cfu/g(干土)FDAy4=0.0662x-0.0228R2=0.62860.793*

**: 在0.01水平上差異顯著; *: 在0.05水平上差異顯著

3 討論

本研究表明，減少20—40%當地常規化肥施用量情況下，配施3000、6000 kg/hm2有機肥或生物有機肥不但可使棉花產量達到與完全施用化肥相同的效果，而且施用有機肥或生物有機肥對滴灌條件下長期連作棉田土壤微生物數量和酶活性產生了顯著的影響。從有機肥對土壤微生物群落組成結構、微生物數量與酶活性等方面的影響分析，有機肥和生物有機肥含豐富有機碳源[22]，對提高土壤微生物數量、酶活性及驅動微生物群落組成結構方面發揮著顯著作用。李秀英等[23]在國家長期肥料定位試驗站褐潮土上的試驗研究表明與單施化肥處理相比，化肥配施有機肥或秸稈可明顯提高土壤中細菌和真菌數量，放線菌數量周年平均增加可達24.2%；李忠佩等[24]研究表明，由于秸稈還田、根茬、施用有機肥等大量有機物歸還，耕作30a和80a土壤0 —10 cm、10 —20 cm土層細菌數量分別比耕作3a的增加了1.11和3.8 倍與19 和12 倍；錢海燕等[25]研究也表明秸稈還田配施化肥及微生物菌劑刺激了微生物的生長和活動，細菌與真菌數量顯著高于對照處理(CK)，本研究中有機無機肥配施特別是配施生物有機肥顯著降低土壤真菌數量，與Nanda[26]在連續施用有機無機肥肥配施對土壤微生物數量的研究結果相同，但李秀英等[23]的實驗則表明有機無機肥配施會提高真菌數量，其原因可能與施入的有機肥類型以及施肥模式有關，特別是施入生物有機肥中含有大量的功能菌，對真菌土傳病菌生長有抑制作用。本研究發現不同施肥處理不但改變了細菌、真菌、放線菌和假單胞桿菌的數量，而且對土壤微生物群落結構也有影響，如有機無機肥配施能顯著增加土壤細菌/真菌、放線菌/真菌和假單胞桿菌/真菌的比值，這與劉杏蘭等[27]和孫瑞蓮等[28]的研究一致。因此有機肥在土壤中的作用不僅僅是提供營養，它在優化調控土壤細菌、真菌等微生物群落區系結構，促進根際土壤PGPR菌，進而提高作物產量等方面的作用更應該引起重視[29- 30]。

土壤酶主要來源于土壤微生物，其活性與土壤微生物的數量和群落結構有密切關系。張向前等[31]在對間作玉米土壤微生物數量和酶活性研究中發現細菌、真菌和放線菌對土壤酶有正向促進作用，顧美英[32]對新疆棉田微生物研究亦發現細菌數量和土壤酶活性有一定的相關性，而放線菌和真菌與土壤酶無顯著相關性。從本研究結果分析來看，雖然與化肥處理相比，有機無機肥配施處理能顯著提高4種酶活性，但是堿性磷酸酶、熒光素二乙酸酯酶、β-葡萄糖苷酶3種酶活性在有機無機肥配施處理之間的差異并不顯著，即有機肥與生物有機肥之間對以上3種酶活性的作用并無明顯差異。而且在本研究發現，細菌和放線菌與堿性磷酸酶、熒光素二乙酸酯酶、β-葡萄糖苷酶和脫氫酶4種土壤酶活性都呈顯著正相關，但真菌與4種酶活性卻表現為一定的負相關，這和孫秀山[33]與趙萌[34]分別對花生和西瓜的連作研究發現真菌數量和部分土壤酶負相關相符，其原因可能與作物的類型和耕作模式以及施用化肥導致土壤pH值變化抑制了部分酶活性有關。長期棉花連作導致枯、黃萎病真菌類致病菌土傳病害是影響新疆植棉區棉花產量的主要因素，通過生物有機無機復合肥中的大量有機物質和有益微生物共同作用，促進土壤微生物數量升高，改善土壤微生物組成比例，提高土壤微生物種群數量多樣性土壤酶活性，這可能是新疆綠洲長期連作棉田有機類肥料能部分替代化肥，提高養分資源高效利用及高農田土壤生產力的重要途徑與技術措施。

4 結論

(1) 在新疆北疆棉區，施用3000、6000 kg/hm2的有機或生物有機肥，替代20%—40%常規化肥用量可保證棉花正常生長，并達到與單施化肥處理相同產量。

(2) 有機無機肥配施可明顯改善土壤生物活性，與CF相比，施用3000、6000 kg/hm2有機肥和生物有機肥處理的β-葡萄糖苷酶和脫氫酶分別提高了0.2 —0.3和1.0 —1.6倍，并能顯著提高土壤堿性磷酸酶、熒光素二乙酸酯酶活性。

(3) 有機無機肥配施可明顯增加棉田土壤細菌、放線菌和假單胞桿菌數量，抑制真菌的生長。增施有機肥可顯著提高細菌/真菌、放線菌/真菌、假單胞桿菌/真菌，降低假單胞桿菌/細菌的比值，通過有機無機肥配施可達到調控土壤微生物區系組成結構比例的目的。

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Impacts of organic manure partial substitution for chemical fertilizer on cotton yield, soil microbial community and enzyme activities in mono-cropping system in drip irrigation condition

TAO Lei1, CHU Guixin1,*, LIU Tao1, TANG Cheng1, LI Junhua1, LIANG Yongchao2

1DepartmentofResourcesandEnvironmentalScience,CollegeofAgriculture,TheKeyLaboratoryofOasisEco-agricultureoftheXinjiangProductionandConstructionCorps,ShiheziUniversity,Shihezi832003，China2KeyLaboratoryofCropNutritionandFertilization，MinistryofAgriculture，InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning，ChinaAcademyofAgriculturalSciences，Beijing100081,China

Organic fertilizer application is an effective approach to enhancing soil organic matter, soil biological activity as well as crop yield in agriculture. In the present research, a two-year field experiment was established to study the impacts of combined use of organic fertilizer with chemical fertilizer (CF) on cotton yield, soil microbial biomass, soil enzyme activities and soil microbial community structural composition in drip-irrigation condition in northern Xinjiang. Compared with CK, 100% chemical fertilizer treatment (300 kg N/hm2, 90 kg P2O5/hm2, 60 kg K2O/hm2) or treatments of organic manure at different rates combined with chemical fertilizer significantly increased (P<0.05) cotton yield. With chemical fertilizer or organic manure supply, cotton yield could be reached up to 4945—4978 kg/hm2, however, there was no statistical difference (P<0.05) among 100% CF fertilization and treatments with 20% to 40% chemical fertilizer substituted by 3000—6000 kg/hm2organic fertilizer. The number of soil bacteria, actinomycetes as well as pseudomonas significantly increased with increasing amendment rate of organic manure, but the number of soil fungi decreased with organic fertilizer rates increasing. For instance, the number of soil bacteria increased by 13%—41% in the treatments of organic manure at different rates combined with CF than in the treatment with 100% CF, whereas, the number of soil fungi in the treatment with 100% CF fertilizer is 1.4—1.6 times higher than that in the treatment with organic manure combined with CF at budding stage of cotton. Organic fertilizer application significantly enhanced (P<0.05) soil enzyme activities. Compared with the treatment with 100% CF supply, soil enzyme activities of alkaline phosphatase, fluorescein acetate esterase, β-glucosidase and dehydrogenase increased by 3.8%, 17%, 18% and 55% in the treatments with 80% CF combined with 3000 kg/hm2organic manure, and increased by 10.1%, 19%, 20%, and 60% in the treatments with 60% CF fertilizer combined with 6000 kg/hm2organic manure (BF-organic), respectively. The ratios of soil bacteria/fungi, soil actinomycetes/fungi and pseudomonas/fungi increased with increasing application rate of organic manure, but pseudomonas/bacteria ratio markedly reduced in the treatment with 100 CF or organic fertilizer supply. A significant positive correlation (P<0.05) was observed between the number of soil bacteria, actinomycetes and pseudomonas was significantly positively correlated with the activity of soil enzymes including dehydrogenase, β-glucosidase, alkaline phosphatase and fluorescein acetate esterase, respectively. However, an obvious negative correlation was observed between soil fungi number and the activity of soil enzymes such as dehydrogenase, β-glucosidase, alkaline phosphatase and fluorescein acetate esterase. Our conclusion is that 20%—40% of total chemical fertilizer application rate can be substituted by 3000—6000 kg/hm2organic fertilizer with no cotton yield decrease. Moreover, organic fertilizer addition addition plays a significant role in increasing soil enzyme activities, regulating soil microbial community structural composition as well as improving soil biological properties in cotton mono-cropping system under drip-irrigation condition in northern Xinjiang.

cotton; soil enzyme activities; soil microorganism; organic manure

農業部行業項目資助(201103004)

2013- 01- 29; 網絡出版日期:2014- 03- 13

10.5846/stxb201301290184

*通訊作者Corresponding author.E-mail: chuguixinshzu@163.com

陶磊，褚貴新， 劉濤， 唐誠， 李俊華， 梁永超.有機肥替代部分化肥對長期連作棉田產量、土壤微生物數量及酶活性的影響.生態學報,2014,34(21):6137- 6146.

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