长期不同施肥对棕壤微生物量碳的影响

王晔青

（鄂尔多斯市东胜区园林局，内蒙古 鄂尔多斯 017000；沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁 沈阳 110161）

土壤生态系统中的微生物群落在土壤的物质转化和能量流动中起着重要的作用。微生物参与土壤中有机物质的分解和土壤腐殖质的形成和分解过程，以及土壤养分的转化和循环与各生化过程[1-3]，同时也影响了植物地上部分的生长。施肥是调节土壤微生物数量大小和活性的重要农业措施之一，不同的施肥措施对土壤微生物量的影响存在差异[4-8]。目前，土壤微生物量已成为国际土壤与植物营养学科的一个研究热点，它作为一项土壤质量指标在农业可持续发展研究中具有重要的地位。本研究结合棕壤长期定位试验，研究了长期不同施肥条件下土壤微生物量碳的变化及其与土壤肥力、作物产量的关系，为指导土壤合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

土壤样品采自沈阳农业大学棕壤长期定位试验地。该地于1979年建立，种植方式为玉米－玉米－大豆轮作，2005年为大豆。从试验区中选择12个处理，分别是：（1）不施肥（CK）；（2）施氮肥（N）；（3）施氮、磷肥（NP）；（4）施氮、磷、钾肥（NPK）；（5）施低量有机肥（M1）；（6）低量有机肥与氮肥配施（M1N）；（7）低量有机肥与氮、磷肥配施（M1NP）；（8）低量有机肥与氮、磷、钾肥配施（M1NPK）；（9）施高量有机肥（M2）；（10）高量有机肥与氮肥配施（M2N）；（11）高量有机肥与氮、磷配施（M2NP）；（12）高量有机肥与氮、磷、钾肥配施（M2NPK）。

试验所用有机肥为猪厩肥，其中平均有机质含量为 119.6 g/kg，全氮 5.6 g/kg，P2O58.3 g/kg，K2O 11.9 g/kg。氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。Ml为 18.75 t/hm2，M2为 37.5 t/hm2，种植大豆年份施 N 30 kg/hm2，P2O5为 90 kg/hm2，K2O 为 90 kg/hm2，所有肥料以基肥形式一次性施入。

1.2 土壤及植物样本采集

2006年春季采集试验地各处理0～20 cm深土样，一部分于4℃保存（<5 d），用于测定土壤微生物量碳（SMB-C）；其余部分风干过筛，用于土壤常规养分的测定。

供试玉米于2006年4月下旬播种，10月收获，作物生长期间按常规进行田间管理，收获期测产。

1.3 测定方法

采用氯仿熏蒸浸提法[9-11]测定各处理土壤的微生物量碳。

土壤有机碳、全氮含量采用元素分析仪测定；土壤全磷、全钾采用NaOH熔融法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有机磷和速效磷分别采用灼烧法和Olsen法测定；速效钾采用NH4OAc浸提－火焰光度计法测定；土壤pH值采用pHS-2型酸度计测定（土水比 1∶2.5）[10]。

1.4 数据分析

采用SPSS 11.5统计软件，单因素方差分析（ANOVA）比较不同处理间的差异显著性（p=0.05），用Microsoft Excel 2003软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理土壤微生物量碳的变化

由图1可以看出，施用化肥和有机肥均可提高土壤微生物量碳的含量。不同处理土壤微生物量碳含量方差分析结果表明，除处理（2）单施无机氮肥外，不同处理土壤微生物量碳含量均与对照差异性显著（p<0.05）。土壤微生物量碳含量范围在70.48～214.83 mg/kg，其大小顺序为：高量有机肥区>低量有机肥区>单施化肥区>CK。其中高量有机肥配施氮的土壤微生物量碳含量最高，这可能是因为有机肥与氮肥配施不仅增加了土壤有机质含量，为植物提供了营养，使作物生长量增大，其残留物包括根、分泌物及残茬等，归还到土壤中的有机物料增加，从而为微生物活动补充了碳源，刺激了土壤微生物数量的增加和活性的增强；而且，无机肥料的施用，也为土壤微生物提供营养，促进了土壤微生物生长，其含量比不施肥对照增加了2倍。

图1 不同施肥处理对土壤微生物量碳的影响

与对照相比，单施氮肥对土壤微生物量碳含量的增加作用不明显，这可能是因为长期单一施用氮肥使土壤中严重缺乏碳源和磷、钾素等养分，导致土壤养分失衡，进而影响微生物的生长和繁殖。氮磷、氮磷钾处理由于磷、钾肥的投入，使土壤养分比对照和单施氮肥处理有了很大的改善，作物生长量增大，其残留物归还到土壤中的有机物料增加，从而为微生物活动补充了碳源，刺激了土壤微生物数量的增加和活性的增强；与此同时，无机肥料的施用也为土壤微生物提供营养，促进了土壤微生物生长。因此，氮肥配施磷肥和磷钾肥会显著提高土壤微生物量碳含量。

该研究结果表明，长期施用有机肥对土壤微生物量碳含量的增加作用较为明显，且有机物质输入越多，土壤微生物量碳含量就越高。这可能有3个方面的原因：首先，施用有机肥为微生物提供了大量可给性能源，能显著提高各类微生物数量；其次，有机肥本身所含的微生物在施入土壤后会迅速增加；再次，有机肥的施入可增加土壤养分转化能力，能有效的增加和活化土壤养分，改善土壤理化性质，促进微生物活动，增强土壤调理功能，从而分解许多植物不能直接利用的养分[12]。

2.2 土壤微生物量碳与土壤肥力指标的关系

对土壤微生物量碳与土壤常规养分作相关性分析，结果显示，土壤微生物量碳与土壤pH值、有机碳、全氮、碱解氮、全磷、有机磷、速效磷均呈极显著相关，相关系数分别为 0.669、0.873、0.812、0.887、0.917、0.971、0.922，这说明土壤微生物量碳受这些因素的影响特别显著。有机碳、全氮、碱解氮、全磷、有机磷、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会增加；一定pH范围内，土壤微生物量随pH值的升高而增加；土壤的基础微生物量碳与土壤全钾呈负相关（-0.322），与速效钾正相关（0.523），但均未达到显著水平，这说明全钾、速效钾对土壤微生物量碳的影响较小。土壤微生物量与土壤钾素的相关性不显著，这说明土壤钾素水平不是影响棕壤微生物的主要因素。

综上所述，土壤微生物量与土壤基本化学性质（除全钾、速效钾外）之间呈极显著相关，这说明，土壤微生物量能指示土壤肥力水平；同时，提高土壤养分利用率，可通过提高土壤微生物量来实现，即通过刺激微生物的生长繁殖，加强微生物对养分的转化作用，从而增加土壤有效养分的含量，以满足植物生长的需求。由此可见，土壤微生物量碳与土壤肥力关系密切，可作为长期定位施肥过程中土壤质量评价的生物学指标。

2.3 土壤微生物量碳含量与作物干物质积累量的关系

土壤微生物量碳含量与玉米产量和植株体干物质积累量相关性分析结果表明（图2～3），土壤微生物量碳与二者均呈现出极显著的相关性，其相关系数分别为 0.888、0.908 （n=11，r0.05=0.553，r0.01=0.684）。这表明玉米产量、植株体干物质积累量与土壤微生物量碳含量关系密切，土壤微生物量碳含量越大，玉米干物质的积累量越大，经济产量也越高；土壤微生物量碳含量可以指示作物产量水平。

图2 土壤微生物量碳含量与玉米产量的关系

图3 土壤微生物量碳含量与植株体干物质积累量的关系

2.4 土壤微生物量碳与土壤有机碳的关系

土壤微生物量碳占有机碳含量的百分比称为土壤微生物代谢商。许多研究者认为，它可以作为反映因土壤管理措施变化而造成有机质变化的一个指标，能预测土壤有机质长期变化或监测土地退化及恢复状况。Beck[13]认为，土壤微生物代谢商可以用来指示土壤碳的平衡、积累或消耗，能够表明土壤碳动态变化，该比值越大，说明有机碳周转速率越快。该试验结果表明，土壤微生物量碳占有机碳的0.77%～1.94%，且该值随土壤微生物量碳的增加而增大，二者相关系数可达0.974。由此可知，肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有机碳中的比例，其大小顺序为高量有机肥区>低量有机肥区>NP、NPK>N>CK。

3 结论

试验结果表明：①长期施用化肥和有机肥均可明显提高棕壤微生物量碳，以有机肥、有机肥与化肥配施处理效果最为显著；②棕壤微生物量碳与土壤养分因子关系密切，可以作为衡量棕壤肥力指标；③土壤微生物量碳与玉米产量和植株体干物质积累量均呈极显著相关性，土壤微生物量碳的供碳量可以指示作物产量水平；④肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有机碳中的比例，其大小顺序为高量有机肥区>低量有机肥区>NP、NPK>N>CK。

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