長(zhǎng)期不同施肥對(duì)潮土微生物量碳、氮的影響

魏猛 唐忠厚 張愛(ài)君 趙鵬 尚曉陽(yáng) 馮騰騰

摘要：為揭示不同施肥方式對(duì)潮土微生物量碳、氮含量的影響規(guī)律，依托潮土區(qū)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，分析長(zhǎng)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(jī)碳含量、全氮含量、基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度的關(guān)系。結(jié)果表明，施肥處理（NPK、M、MNPK）均能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)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(dá)到70.65%和119.63%，顯著高于NPK處理。相關(guān)分析表明，土壤微生物量碳、氮含量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施是提高土壤微生物生物量的有效途徑。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期施肥;土壤微生物量;潮土;土壤有機(jī)碳;全氮;基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：S158文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）22-0307-04

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

通信作者：張愛(ài)君，副研究，主要從事土壤培肥及甘薯栽培技術(shù)相關(guān)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(jìn)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(lái)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(nóng)田高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)最重要的措施，研究施肥措施對(duì)土壤微生物的影響一直是土壤學(xué)研究的熱點(diǎn)。

長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)?zāi)軌蚩陀^、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(zhǎng)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(jī)無(wú)機(jī)肥配施和單施有機(jī)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(jī)肥有利于提高土壤微生物量碳、氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度[6]，然而施用無(wú)機(jī)肥對(duì)土壤基礎(chǔ)呼吸沒(méi)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(wú)機(jī)肥土壤微生物量碳、氮含量未有顯著差異[6]。施肥對(duì)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(guó)重要的農(nóng)業(yè)土壤，其面積達(dá)267萬(wàn)hm2。本試驗(yàn)以39年潮土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)為平臺(tái)，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(xué)合理的施肥制度提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田（34°16′N，117°17′E）進(jìn)行。該試驗(yàn)地位于暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)，年蒸發(fā)量1870mm，年平均氣溫14℃，年日照時(shí)數(shù)2317h，年降水量860mm。供試土壤為沙壤質(zhì)潮土，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)（1980年）土壤初始耕層（0～20cm）基本性質(zhì)為pH值8.01，有機(jī)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)始于1980年秋，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理4次重復(fù)，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(yàn)選用4個(gè)處理（表1）：不施肥（CK）、氮磷鉀肥配施（NPK）、單施有機(jī)肥（M）、有機(jī)無(wú)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)肥、磷鉀肥、50%氮肥作為基肥施入，其余50%氮肥進(jìn)行表施追肥;在甘薯季有機(jī)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(jìn)行還田，其他管理措施與大田一致。

1.3樣品采集與測(cè)定

2019年6月8日小麥成熟期時(shí)，每小區(qū)選取5個(gè)點(diǎn)采集0～20cm土層土樣，去除動(dòng)、植物殘?bào)w等，混勻分成2份，1份用于有機(jī)碳含量、全氮含量、土壤基礎(chǔ)呼吸等指標(biāo)的測(cè)定，1份存于4℃冰箱，用于土壤微生物量碳氮含量的測(cè)定。

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

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1長(zhǎng)期不同施肥對(duì)土壤有機(jī)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(jī)質(zhì)、全氮含量，其中以MNPK處理增幅最高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量的增幅分別為142.00%、134.25%。與NPK處理相比，施用有機(jī)肥處理（M、MNPK）土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量均顯著提高，M、MNPK土壤有機(jī)質(zhì)含量增長(zhǎng)幅度分別為34.42%、56.20%;土壤全氮含量增長(zhǎng)幅度為32.17%、48.70%。

2.2長(zhǎng)期不同施肥對(duì)土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度的影響

土壤基礎(chǔ)呼吸主要來(lái)源于微生物的呼吸作用，可作為評(píng)價(jià)土壤微生物總活性或土壤肥力的指標(biāo)[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(qiáng)度顯著提高，提高幅度為87.38%，顯著低于施用有機(jī)肥處理（M、MNPK）。與CK處理相比，施用有機(jī)肥處理（M、MNPK）均能夠顯著提高土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)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(zhǎng)期不同施肥對(duì)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(duì)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(jī)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(jī)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(jī)碳、全氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度的相關(guān)性

表2結(jié)果表明，微生物量碳氮含量、土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度與有機(jī)碳、全氮含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明土壤微生物量碳氮含量及土壤呼吸強(qiáng)度的顯著提高均與土壤有機(jī)碳、全氮含量變化相關(guān)。

3討論與結(jié)論

土壤微生物對(duì)土壤有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分的釋放起著調(diào)控作用，是土壤肥力不可或缺的組分，其所進(jìn)行的一系列活動(dòng)均以碳、氮循環(huán)為中心[14]。土壤微生物量碳是土壤有機(jī)碳的靈敏指示因子，土壤微生物量氮是土壤氮素礦化勢(shì)的重要組成部分，土壤微生物量是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中重要的生物肥力指標(biāo)[12]。本研究中，土壤微生物量碳氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，[HJ2mm]表明土壤微生物量碳氮含量及基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度變化趨勢(shì)與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量的變化趨勢(shì)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(méi)有外源養(yǎng)分供應(yīng)，僅通過(guò)以根系及根茬的方式歸還到土壤中，造成土壤有機(jī)碳和全氮含量最低，而微生物又以碳氮為營(yíng)養(yǎng)來(lái)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(nóng)業(yè)管理措施可以顯著提高土壤有機(jī)碳、全氮含量，對(duì)比施肥處理的土壤微生物量碳氮含量，發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)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(jié)果相一致。這是因?yàn)椴徽撌┯糜袡C(jī)肥還是無(wú)機(jī)肥均能夠提高植物光合作用，促進(jìn)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(jī)肥還能為微生物提供外來(lái)碳源，促進(jìn)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(jī)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(jī)肥土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度顯著高于氮磷鉀處理和不施肥處理的結(jié)論相吻合，表明有機(jī)肥的施用有利于維持微生物處于良好狀態(tài)，促進(jìn)其儲(chǔ)存和循環(huán)更多養(yǎng)分。

施肥處理均能顯著提高土壤有機(jī)碳、全氮、微生物量碳氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度，其中以有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施增幅最為顯著，單施化肥增幅最少，表明有機(jī)無(wú)機(jī)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐陽(yáng)春，沈其榮，冉煒.長(zhǎng)期免耕與施用有機(jī)肥對(duì)土壤微生物生物量碳、氮、磷的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2002，39（1）：89-96.

[2]孫鳳霞，張偉華，徐明崗，等.長(zhǎng)期施肥對(duì)紅壤微生物生物量碳氮和微生物碳源利用的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（11）：2792-2798.

[3]張洋，倪九派，周川，等.三峽庫(kù)區(qū)紫色土旱坡地桑樹(shù)配置模式對(duì)土壤微生物生物量碳氮的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，22（7）：766-773.

[4]劉守龍，肖和艾，童成立，等.亞熱帶稻田土壤微生物生物量碳、氮、磷狀況及其對(duì)施肥的反應(yīng)特點(diǎn)[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2003，24（4）：278-284.[HJ2mm]

[5]郭振，王小利，徐虎，等.長(zhǎng)期施用有機(jī)肥增加黃壤稻田土壤微生物量碳氮[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2017，23（5）：1168-1174.

[6]賈偉，周懷平，解文艷，等.長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)褐土微生物生物量碳、氮及酶活性的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2008，14（4）：700-705.

[7]葛高飛，梁永超.玉米生長(zhǎng)過(guò)程中施肥對(duì)土壤呼吸和微生物量碳的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（18）：73-78.

[8]李娟，趙秉強(qiáng)，李秀英，等.長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施對(duì)土壤微生物學(xué)特性及土壤肥力的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（1）：144-152.

[9]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：25-108.

[10]吳金水，林啟美，黃巧云，等.土壤微生物生物量測(cè)定方法及其應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2006：54-68.

[11]程麗娟，薛泉宏.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].西安：世界圖書(shū)出版公司，2000：181-182.

[12]臧逸飛，郝明德，張麗瓊，等.26年長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（5）：1445-1451.

[13]胡誠(chéng)，曹志平，胡嬋娟，等.不同施肥管理措施對(duì)土壤碳含量及基礎(chǔ)呼吸的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，15（5）：63-66.

[14]李渝，劉彥伶，白怡婧，等.黃壤稻田土壤微生物生物量碳磷對(duì)長(zhǎng)期不同施肥的響應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，30（4）：1327-1334.

[15]吳海燕，范作偉，孫甜田，等.長(zhǎng)期定位施肥玉米生育期內(nèi)微生物量碳、氮和微生物數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化[J].玉米科學(xué)，2016，24（2）：147-154.

[16]胡誠(chéng)，曹志平，羅艷蕊，等.長(zhǎng)期施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤肥力及微生物生物量碳的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，15（3）：48-51.