施肥对土壤养分含量、微生物数量和酶活性的影响

郭 萍，文庭池，董玲玲，魏成熙，石俊雄，李 波

（1.贵州大学，a.农学院，b.省生化工程中心，贵州贵阳550025；

2.贵阳市两湖一库管理局，贵州贵阳551400；3.贵州省烟草科学研究所，贵州贵阳550003）

施肥是影响土壤质量及其可持续利用的重要农业措施之一，合理施肥对土壤能够被长期、有效的利用有着重要意义[1,2]。土壤养分是土壤的重要组成部分，是土壤肥力的内部表征，与土壤质量关系密切，其变化反应了土壤管理措施的改变。而土壤微生物学特性（土壤酶活性和土壤微生物量）亦与土壤质量有着密切的联系[3,4]。一方面，土壤酶活性由于其对土壤特有的敏感性，在一定程度上能够反映土壤肥力和管理措施的变化[5,6]。另外，土壤微生物量既是土壤有机质和土壤养分转化与循环的动力，又可作为土壤中植物有效养分的储备库，其对土壤环境因子的变化极为敏感，土壤的微小变动均会引起其活性变化[7]。在复杂的土壤体系中，以往大多数是从其理化性质方面探讨土壤肥力，而将土壤养分与土壤微生物学特性（土壤微生物数量和土壤酶活性）进行比较，研究两者作为评价土壤肥力指标的优劣报道较少，且报道结果尚有出入。本文研究了在不同施肥处理条件下，土壤养分和土壤微生物学特性的变化规律，以期能够筛选出较好、较快的改善土壤品质、提高土壤质量的施肥处理，从而为提高土壤质量、促进土壤良性循环提供理论依据。另外，还分析了土壤养分与土壤微生物学特性间的相关关系，试图为土壤养分和土壤微生物学特性两者，谁作为评价土壤肥力变化的指标更为合理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 田间试验

田间试验设于贵州大学实验农场（26°25′26″N，106°40′25″E），该农场土壤母质为黄土性母质，属黄壤土，种植制度为烟草—冬小麦轮作，连续种植2年。本试验供试作物种类为烟草，其品种为云烟85，是贵州烟草的主要品种。试验开始时耕层（0 cm～20cm）土壤理化性质为：pH6.65、有机质 21.946g/kg、全氮 1.215 g/kg、全磷 0.885 g/kg、全钾 12.135 g/kg、碱解氮 85.806mg/kg、速效磷 12.613mg/kg、速效钾 156.322mg/kg。

试验肥料为烟草专用肥、菌液和菌肥，其中烟草专用肥N、P2O5、K2O养分含量比例为10∶7∶21，其施用量按每公顷15000株施用纯氮105kg来计算；菌液由爱睦乐环保生物技术（南京）有限公司提供，施用时按1∶2000稀释；菌肥是经菌液发酵牛粪和秸秆15d后制成的，有效活菌数≥0.25亿个 /g。

试验设7个处理：Ⅰ）不施肥；Ⅱ）烟草专用肥；Ⅲ）烟草专用肥+微生物菌液；Ⅳ）烟草专用肥+20%菌肥；Ⅴ）烟草专用肥+40%菌肥；Ⅵ）烟草专用肥+60%菌肥；Ⅶ）烟草专用肥+80%菌肥。具体施肥量见表1。所有肥料于移栽烟苗前6d（4月19日）一次性施入，生长过程中不再追肥。每个处理重复3次，随机区组排列，共21个小区，小区面积为30m2（6m×5m）。

表1 田间试验各处理施肥量

1.2 土样采集与分析

试验于4月25日移苗。分别于烟草还苗期（5月2日）、伸根期（6月8日）、旺长期（7月10日）、成熟期（8月21日），采用五点法对称取样，用取土钻钻取根周围5 cm～10cm，深0 cm～20cm的土壤，剔除石砾和植物残根等杂物，混合制样，过2mm筛后，捡去可见有机物，放入4℃冰箱内保存，用于测得土壤微生物数量和酶活性。另取部分土壤风干，过筛（100目和10目），用于测得土壤养分含量。

1.2.1土壤养分含量测定 土壤碱解氮含量用扩散法，土壤速效磷含量用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，土壤速效钾用NH4OAc浸提-火焰光度法。具体操作方法参见鲍士旦编《土壤农化分析》[8]。

1.2.2土壤微生物数量测定 土壤微生物数量测定采用稀释平板法[9]。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基进行选择性培养并计数；真菌采用马丁氏培养基进行选择性培养并计数；放线菌采用高氏1号培养基进行选择性培养并计数。

1.2.3土壤酶活性测定 土壤脲酶活性用苯酚-次氯酸钠比色法测定、磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定、过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法测定[10]。脲酶活性以24 h后每百克土NH3-N的毫克数表示；磷酸酶活性以24h后每克土壤中释放出酚的毫克数表示；过氧化氢酶活性以1h后每克土消耗0.1mol/L高锰酸钾毫升数表示。每个土样重复测定3次。1.3数据处理和统计分析

数据为3次重复的平均数，以烘干土壤重量计。试验数据经Excel2003整理后，采用SAS9.0进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施肥对土壤养分含量的影响

2.1.1施肥对土壤碱解氮含量的影响 从表2可以看出，在烟草不同的生长时期，不同的施肥处理对土壤中碱解氮的影响是有区别的。在整个生长周期中，处理Ⅰ的碱解氮含量呈下降的趋势，且始末两个时期相比较，含量差异极显著；其他处理组，在伸根期前，土壤中的碱解氮含量均增加，之后呈下降趋势。烟草在生长前期，对氮肥的需求量较大，如果土壤中可吸收的有效态氮量过少，会直接影响到烟草的产量和品质。我们可以清楚的看到，在生长前期，所有处理组不但满足了烟草对氮肥的需要量，而且还有一定量的积累，以备下一阶段吸收利用，这有助于烟草的正常生长。

另外，在还苗期，土壤中的碱解氮含量差异不显著，其差异不显著主要是因为氮素转换需要一定的时间。诚然，烟草在还苗期，需氮量相对来说较少，其量易得到满足；同时这也避免了由于缩二脲含量过高，导致烧苗的后果。从种植前后来看，碱解氮含量差异不是很明显，说明现有的施肥处理能够达到满足土壤养分收支平衡的目的。

2.1.2施肥对土壤速效磷含量的影响 从表2可知，不同的施肥处理，对不同时期烟草的生长是有影响的。在整个烟草生长周期中，处理Ⅰ中速效磷含量有稍许的降低，但差异不显著；其他处理速效磷含量均呈上升的趋势，其中在伸根期和成熟期增长的幅度较旺长期大。从生长的始末期来看，还苗期所有处理的速效磷含量差异均不显著，而成熟期后，处理Ⅲ的含磷量相对较高，且较显著。这可以说明，处理Ⅲ在短时间内，在一定程度上能够促进土壤中闭蓄态磷向有效态磷的转化，从而有效地抑制了磷的老化。

2.1.3施肥对土壤速效钾含量的影响 从表2可以看到，在烟草不同的生长时期，不同施肥处理对土壤速效钾含量是有影响的。从整个烟草生长时期来看，处理Ⅰ的土壤速效钾含量呈下降趋势，且处理内差异显著。这主要是由于烟草是喜钾作物，在生理周期中需要较多的有效态钾，否则不能够正常的生长。处理Ⅱ-Ⅶ的土壤中速效钾含量均呈上升的趋势，且处理Ⅶ、Ⅵ、Ⅲ组内差异显著。虽然烟草在生理过程中对钾的需要量大，但采收烟草后的速效钾含量较种植前的高，说明这种施肥处理不仅满足了当季烟草对钾肥的需要，而且还有部分残留在土壤中，增加了土壤中的养分含量，这对于培肥土壤是一项行之有效的措施。

表2 不同施肥处理对土壤养分的影响 （单位：mg/kg）

2.2 施肥对土壤细菌、真菌和放线菌数量的影响

2.2.1施肥对土壤细菌数量的影响 从表3可以看出，对于烟草生长的不同生理时期，施肥处理对土壤细菌数量是有影响的。从总体上来看，在旺长期前，土壤中细菌的数量呈增长的趋势，且增长的幅度较大，在旺长期达到最大值。然而，烟草经历旺长期后，进入成熟期，土壤中细菌开始大量死亡，细菌数量急剧下降，达到烟草整个生长期的最低值。

在烟草的还苗期阶段，土壤中细菌数量差异不显著，而在旺长期差异是显著的，这主要是由不同施肥处理引起的。施用菌肥和菌液处理的细菌数量明显高于只施用烟草专用肥的处理，这说明施用一定的菌肥和菌液有利于增加土壤中细菌的数量。进一步将菌液与菌肥相比较，我们可以清楚的看到，施用菌液处理的细菌数量高于施用菌肥处理的。这说明在短期内，菌液更有利于促进土壤中细菌数量的增加。

2.2.2施肥对土壤真菌数量的影响 从表3可知，烟草在不同的生长时期，施肥处理对土壤中真菌数量是有影响的。所有处理土壤中真菌数量变化趋势相近，具有良好的相似性。在烟草整个生理周期内，土壤真菌数在旺长期达到峰值，在成熟期处于最低谷。

在烟草的还苗期，土壤中真菌数量差异不是很明显，随着移栽时间的推移，土壤中真菌数量逐渐增加，旺长期的土壤真菌数量大概为还苗期的3倍。大量新生的真菌能够帮助分解土壤中的有机残体，形成一定量的腐殖质，有利于烟草的正常生长。在旺长期，所有处理土壤中真菌数量差异最明显。施肥处理的土壤真菌数量显著高于不施肥处理的；施用菌液和菌肥的处理土壤真菌数显著高于只施用烟草专用肥处理的；较施用菌肥处理相比，施用菌液处理的土壤真菌数量更高。

2.2.3施肥对土壤放线菌数量的影响 从表3可以看出，在烟草不同的生长时期，不同的施肥处理对土壤中放线菌数量的影响是有区别的。从整体趋势上来看，所有处理变化规律一致，均呈先增加后减少的态势，在旺长期达到最大值，在成熟期跌至谷底。

在烟草的还苗期，所有处理的土壤放线菌量差异不是很明显。随着生长时间的增加，土壤中放线菌的数量也开始增加，到了旺长期土壤中放线菌数量差异较大，这是由于不同施肥处理所导致的。我们可以看到，施用有菌液和菌肥的处理放线菌数量显著高于不施肥和只施用烟草专用肥的数量。就施用含有菌液和菌肥的处理来比较，施用含有菌液处理的放线菌数量略高点，但是不显著。

表3 微生物数量对不同施肥处理的快速响应

2.3 土壤酶活性对施肥的响应

2.3.1土壤脲酶活性对施肥的响应 从图1可以看出，在烟草生长的不同时期，施肥处理对土壤中脲酶活性的影响是不同的。从总体趋势上来看，所用处理变化趋势基本上一致。在旺长期前，土壤中的脲酶活性呈上升的趋势，在旺长期达到最大，之后有所降低。

图1 不同施肥处理对土壤中脲酶活性的影响

在烟草生长整个生命过程中，施肥处理土壤中脲酶活性均显著高于不施肥处理的。说明施肥能够刺激脲酶活性的增强。就施用菌液、菌肥与只施用烟草专用肥进行比较，后者脲酶活性明显较低。进一步，将施用菌液和菌肥的处理进行比较。可以看出，施用菌液的处理，脲酶活性略优于施用菌肥的处理，这可能是因为菌液在当季更容易被吸收所造成的，至于以后土壤中脲酶的活性变化还有待于进一步监测分析。

2.3.2土壤磷酸酶活性对施肥的响应 从图2可知，对于烟草不同的生长时期，不同施肥处理对土壤中磷酸酶活性的影响是不同的。从还苗期到旺长期，所有处理的土壤磷酸酶活性呈上升的趋势，在旺长期达到最大值，在成熟期逐渐降低。

图2 不同施肥处理对土壤中磷酸酶活性的影响

在生长的初期阶段，各处理的磷酸酶活性差异不大，随着生长时间的增加，在成熟期差异逐渐显著。这可以说明，不同的施肥处理对土壤中磷酸酶的影响不是很大。诚然，这也与烟草生长过程中不需要大量的磷素有一定的关系。

2.3.3土壤过氧化氢酶活性对施肥的响应 由图3可知，在烟草生长的不同时期，不同施肥处理对土壤中过氧化氢酶活性的影响是不同的。从整体上来看，所有处理的变化趋势基本上相近，从还苗期到旺长期，过氧化氢酶活性有所提高，进入成熟期，活性开始逐渐降低。

在生长的初始阶段，土壤中过氧化氢酶活性差异不大，进入旺长期后，差异变得显著。这主要是由不同的施肥处理带来的结果。施肥处理的过氧化氢酶活性高于不施肥的，说明肥料对增加过氧化氢酶有一定的促进作用。在生长的中后期，我们可以明显的看到，施用菌液处理的过氧化氢酶活性明显高于其他处理，表现出显著性。说明菌液在当季能够很好的刺激过氧化氢酶量的增加。至于后期效果，有待进一步监测分析。

图3 不同施肥处理对土壤中过氧化氢酶活性的影响

2.4 土壤微生物数量、土壤酶活性与土壤养分间的相关性

2.4.1土壤微生物数量与土壤养分间的相关性 在一定程度上，土壤微生物数量能够显示土壤中物质代谢的旺盛程度，是土壤物理化学特性的综合体现，也是土壤肥力的一个重要指标[11]。从表4可知，土壤微生物间的相关性程度相对密切，土壤细菌、真菌和放线菌3种微生物间呈极显著的正相关，其相关系数分别为0.893、0.905和0.949（p＜0.01）。有文献报道，土壤真菌多为异养微生物，其在土壤中的主要作用是分解有机残体，能形成一定量的腐殖质[12]。但本试验土壤微生物与有机质的相关性差。之所以真菌与有机质相关性差，可能和种植烟草的土质本身所含有机物质不多有关系。土壤微生物与土壤中的碱解氮、速效磷和速效钾间有一定的相关性。这可以说明烟草根系在对养分吸收的同时，土壤微生物的数量也随之增大。因此用土壤微生物数量反应土壤养分浓度有一定的可行性。

表4 土壤微生物数量与土壤养分间的相关性

2.4.2土壤酶活性与土壤养分间的相关性 土壤酶在土壤生态系统中起着非常重要的作用，它催化了土壤中一切生物化学反应，其活性大小是土壤肥力的重要标志[13,14]。土壤脲酶能够分解有机物，促进其水解生成氨，而氨是氮素营养的直接来源，因此其与土壤供氮能力有密切关系[5,15,16]。土壤磷酸酶可加速有机磷的脱磷速度，积累的磷酸酶对土壤磷素的有效性具有重要作用[17]。过氧化氢酶是衡量土壤氧化过程的方向和强度的指标，其活性高低可以反映土壤解除呼吸过程中产生过氧化氢的能力[18]。

从表5可以看出，土壤酶活性间存在着一定的内在关系，磷酸酶与脲酶和过氧化氢酶间呈极显著正相关。脲酶与土壤养分均呈显著或极显著正相关；除有机质外，磷酸酶与土壤其他养分呈显著正相关关系；过氧化氢酶与有机质和速效磷呈极显著正相关。土壤酶活性的增强与土壤养分含量的提高间有着密切的联系，土壤酶对外界环境的变化更加的敏感，时效性更强，更能够及时的反应土壤现状。

表5 土壤酶活性与土壤养分含量之间的相关性

3 结论与讨论

3.1 结论

本试验表明，不同施肥处理对土壤养分含量的影响是显著的，施肥能够明显的增加土壤养分含量。虽然各个处理对土壤各种养分含量的影响并不是很一致，从总体上来看，以施用烟草专用肥+菌液效果最为明显，烟草专用肥+80%菌肥次之。

不同施肥处理对土壤中微生物量的影响明显，在整个生命过程中，从还苗期到旺长期，微生物数量均在增加，在旺长期达到最大，之后迅速减少。微生物数量大小关系在旺长期尤其显著，表现为：烟草专用肥+菌液＞烟草专用肥+80%菌肥＞烟草专用肥+60%菌肥＞烟草专用肥+40%菌肥＞烟草专用肥+20%菌肥＞烟草专用肥＞不施肥。

土壤酶活性对不同的施肥处理响应程度有差异。从采样的时期来看，土壤酶活性在旺长期上升到峰值；就处理间来看，均表现出烟草专用肥+菌液这个处理的土壤酶活性最高；在成熟期，各处理均表现为烟草专用肥+菌液酶活性最高，烟草专用肥+80%菌肥次之。

不难发现，土壤微生物量和土壤酶活性相似性很大，均为烟草专用肥+菌液酶活性最高，烟草专用肥+80%菌肥次之。当然这是在短时间内的表现，随着时间的推移，会怎样变化，还有待进一步的研究。

3.2 讨论

本试验研究结果表明，施肥对土壤养分含量、土壤微生物数量和酶活性是有影响的。具体来讲，土壤养分含量对不同施肥处理的响应不同，施肥可提高土壤养分的含量，这与孙瑞娟等人的研究结果一致[19]。其中以烟草专用肥+菌液和烟草专用肥+80%菌肥处理的效果较好。就土壤养分来讲，虽然烟草对氮素需要量较大，但过多的氮素会影响烟草的烟碱含量，会降低烟草的品质，本试验施用的烟草专用肥+菌液和烟草专用肥+80%菌肥已经能够很好的满足其需要。土壤中速效磷和速效钾含量，较种植前稍微有所升高，但上升幅度不是很大，说明施用的菌液和菌肥对土壤中速效磷和速效钾含量的影响不大，可能是由于施用时间有限。

土壤微生物种类和数量对环境因子的变化和人为扰动的反应十分敏感，能够及时反应土壤的变化[20,21]。施肥处理对土壤微生物数量有一定的影响。所有处理的微生物数量变化趋势基本上相似，即从还苗期到旺长期数量增加，在旺长期达到峰值，之后急剧下降。在旺长期，大量的微生物的产生，有利于提高烟草对土壤养分的利用率[22]。在烟草生长末期，土壤中微生物数量急剧减少的原因，我们分析主要有两个：其一为进入成熟期后，烟草开始由营养生长向生殖生长过度，对养分的需要量有所减少，故而不再需要大量的微生物；其二是微生物本身数量多了，亦需要消耗大量的养分，群体竞争激烈，导致其量减少。

土壤酶活性对不同施肥处理有明显的响应，施肥可提高土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性，这与Zantua等[23]得到的结论一致。其中以烟草专用肥+菌液的效果最佳，表明该处理在促进微生物生长、提高土壤酶活性方面较好。不同施肥处理间土壤酶活性差异显著，这也表明土壤酶活性和施肥处理间有密切的相关性。就其土壤酶活性间来讲，土壤中脲酶、磷酸酶与过氧化氢酶活性间呈极显著的正相关。

就土壤养分与土壤微生物学特性来讲，显然土壤微生物学特性变化更为敏感，更能够及时的反应土壤肥力的变化趋势，具有更强的时效性，且土壤微生物学特性间共性更加的显著，这些都说明选用合适的土壤微生物学特性作为评价土壤肥力的指标比选用单一的土壤养分作为评价指标更加合理。由此可见，将土壤微生物学特性作为研究土壤肥力的评价指标是可行的，其对于建立烟草土壤微生物学特性评价体系具有重要的指导意义。

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