高粱生长及其土壤环境对不同培肥措施的响应

董二伟，王 成，丁玉川，王劲松，武爱莲，王立革，焦晓燕

(1.山西省农业科学院 农业环境与资源研究所，山西 太原 030031；2.山西大学 生物工程学院，山西 太原 030006)

高粱生长及其土壤环境对不同培肥措施的响应

董二伟1，王 成2，丁玉川1，王劲松1，武爱莲1，王立革1，焦晓燕1

(1.山西省农业科学院 农业环境与资源研究所，山西 太原 030031；2.山西大学 生物工程学院，山西 太原 030006)

为研究不同施肥条件对高粱生长、土壤养分、土壤酶活性和微生物的影响，以高粱-玉米轮作体系的高粱作为研究对象进行田间定位试验。结果表明，不同施肥均可显著提高高粱拔节期的株高、茎粗、可见叶片数和叶面积指数，以及高粱产量与单穗粒重(P<0.05)；各处理产量大小排序为IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，相较于对照，高粱各施肥处理的产量增幅为80.6%～120.7%，均达到显著水平，其中，处理IF+M+S表现最好；无机肥处理(IF)各养分指标均高于不施肥(CK)，但增幅不显著；与无机肥处理相比，各有机肥处理(IF+M、IF+M+S、M+S)的土壤养分及有机质含量均有提高，其中IF+M+S处理的全氮、有效磷、速效钾、有机质分别是CK的1.95，10.36，2.01，1.83倍，差异达显著水平(P<0.05)。各施肥处理在各生育时期的土壤酶活性均高于不施肥处理(CK)，其中有机无机肥与秸秆配施处理(IF+M+S)表现尤为明显，拔节期和收获期的碱性磷酸酶、收获期的脲酶以及各时期的蔗糖酶活性均显著高于无机肥处理(P<0.05)。通过有机肥或与无机肥配施的方式，均可提高土壤中微生物的群落功能多样性指数及其利用碳源的能力，而且包含有机肥+秸秆的处理相比于其他有机肥处理，更利于提高土壤微生物多样性。

施肥；高粱；产量；土壤酶；土壤微生物；土壤养分

粮食是人类繁衍生息最基本的需求，是经济高速发展和社会安定的基础。高粱(Sorghumbicolor(L.)Moench)作为世界重要的禾谷类作物，是不可缺少的农作物之一，其产量排在所有作物的第5位[1]。山西是我国传统酿造业大省，白酒以及食醋均以高粱为原料酿制而成[2]。2012年统计显示，山西省的玉米种植面积已达166.67万hm2，连续14年增长；而高粱由于价格波动大、产量较低以及机械化收获难等问题，导致其种植面积持续下降，目前只有3.33万hm2，占山西总耕地面积的1.4%左右[2-3]。而且高粱具有抗旱、耐瘠和耐盐碱等特性，大部分高粱种植在低产田和边际土壤。另外，近几年高粱连作种植面积在扩大，施肥投入在减少，造成高粱种植区域土壤肥力偏低。而土壤肥力是土壤物理化学性质和生物活性的综合体现，是作物高产的基础，提高土壤肥力、增加高粱产量已成为高粱种植发展的重要内容之一。土壤养分含量、微生物多样性和土壤酶活性等是表征土壤肥力高低的重要指标，施肥不仅影响着土壤的质量变化，同时也是农业可持续发展利用最为重要的措施。国内外在施肥对土壤酶活性、微生物及养分的影响方面有较多的论述，研究主要集中在小麦、玉米、大豆等作物上，但在高粱和玉米轮作条件下，施肥对高粱生长、土壤酶活性、微生物多样性及养分的研究鲜见报道。

本研究结合山西地区高粱土壤肥力低的现状，在高粱产业课题的基础上，研究在施肥和高粱-玉米轮作条件下各生育期土壤酶活性、微生物多样性和养分变化特征，以明确不同施肥措施对土壤肥力的影响，旨在为高粱合理施肥和培育土壤肥力提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试高粱品种为晋杂34，玉米品种为晋单81。

1.2 试验设计

试验在山西省晋中市榆次区山西省农业科学院东阳试验基地进行。土壤类型为潮土，质地为黏土。该地海拔802 m，年平均气温为9.7 ℃，年平均降水量为440.7 mm，降水70%以上集中在6-9月，最少日照数为2 535 h。供试土壤的基本理化性质为：全氮1.16 g/kg，有效磷17.81 mg/kg，速效钾177.65 mg/kg，有机质含量11.13 g/kg。

在玉米-高粱轮作体系下，定位设置5个不同的施肥处理：CK(对照)、IF(无机肥)、IF+M(无机肥+有机肥)、IF+M+S(无机肥+有机肥+秸秆)、M+S(有机肥+秸秆)；其中，CK不施肥；IF是无机肥处理，由N、P、K组成，无机肥中氮肥用尿素、磷肥用磷二铵、钾肥用硫酸钾；有机肥(M)为牛粪，作为基肥一次施入；S为秸秆还田处理(收获秸秆直接粉碎，全部均匀还田)；各处理中的肥料具体用量如表1所示。

表1 不同处理肥料种类及用量

试验采取大田试验的方法，采用相同的管理措施，每个处理重复3次，随机区组排列设计。小区面积75 m2，播前灌水900 m3/hm2，生育期不再灌溉。播种前施入1/2的氮肥和全部的磷肥、钾肥，在前茬作物收获后施入有机肥和秸秆，剩余1/2氮肥于拔节期追肥。每年5月4-6日播种，10月6-10日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株的采样和根系的测定 在2015年高粱的拔节期分别测定植株的茎粗、株高、可见叶片数和叶面积；每个处理设3个小区，每个小区测定有代表性的5株。收获前，对各试验小区的作物实际穗数和产量分别进行调查，每小区采集具有代表性的5穗，带回实验室测定穗粒重和千粒质量。

在高粱花期采集根系，用10 cm×10 cm×10 cm的取土器采集长50 cm、宽40 cm、深40 cm(播种行为长轴，2株间为短轴)区域的根系，其中，包含了5株，但为了保证各株根系的完整性，只采集中间3株的根系。采集区域包括80个1 000 cm3的土块，分别从每个土块中认真挑出全部根系并编号带回；在实验室将根系冲洗干净后，采用WinRHIZO根系形态分析系统(Canada regent company)进行根系形态的测定。测定时将根系展开，采用EPSON扫描仪对根系进行扫描，获取根系扫描图像后，用软件分析生成的图片，得到数据根长、根平均直径、根表面积和根体积，最后将根系放入105 ℃烘箱烘干至恒重，并分别测定其干质量。

1.3.2 土壤样品采样与测定方法 在2015年高粱和玉米的拔节期、花期和收获期分别采集土壤根区土。采集时剥除表层2 cm土壤，每个小区都按“S”形采样方法，取0～20 cm根层土壤，在每个小区内多点采集后混匀，一部分装于无菌自封袋，马上置于冰盒内，带回实验室，保存于4 ℃的冰箱内，用于测定土壤微生物多样性。另一部分土壤去除杂质后，风干过2 mm筛保存，用于测定土壤酶活性和土壤养分含量。

功能多样性测定采用BIOLOG微平板分析法[4-5]，通过公式分别计算平均颜色变化率(AWCD)、Shannon多样性指数和碳源利用丰富度指数(S)[6]。

AWCD值是Biolog Eco板在培养过程中，每孔颜色的变化率，表示微生物群落的整体活性和碳源代谢强度，是反映土壤微生物多样性的一个重要指标。

AWCD=∑(Ci-R)/n

①

式中，Ci表示微平板每孔的吸光度，R表示对照孔的吸光度，n为微平板上的碳源种类(本试验n=31)。

Shannon多样性指数(H)用来衡量群落微生物的丰富度，H值越大，微生物群落代谢功能多样性越高。

H=-∑Pi(lnPi)

②

式中，Pi表示每个孔吸光值与所有孔吸光值之和的比值。

碳源利用丰富度指数(S)是颜色变化的孔数，即微生物利用碳源种类的数量。当光密度值<0.25时，视为颜色无变化。变化的孔数越多则表示微生物群落代谢功能多样性越大[7](微生物在培养96 h时活性比较旺盛，所以微生物多样性指数和不同碳源的利用率数据均使用培养96 h的平均颜色变化率)。

土壤酶活性的测定参照严昶升[8]的方法进行。其中，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，蔗糖酶活性采用硫代硫酸钠滴定法测定，脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定。

土壤养分含量的测定参照《土壤农化分析》进行[9]。其中，土壤全氮含量的测定采用凯氏定氮法，土壤有效磷的测定采用0.5 mol/L NaHCO3法，土壤速效钾的测定采用NH4OAC浸提-火焰光度计法，土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2003和SPSS 17.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥对高粱生长和产量以及根系的影响

2.1.1 施肥对高粱生长的影响 从图1可以看出，拔节期高粱各施肥处理的株高、茎粗、可见叶片数和叶面积指数均显著高于CK(P<0.05)，高粱的株高、茎粗、叶面积指数的变化趋势基本一致，从小到大依次为CK

图1 不同施肥处理对高粱拔节期生长参数的影响

2.1.2 施肥对高粱产量的影响 由表2可知，高粱的各施肥处理相较于CK处理，产量、千粒质量和单穗粒重都有显著增加，除IF和M+S处理的千粒质量外；其中各处理的产量大小依次为IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，各施肥处理相对于CK处理增产为3 351.0～5 014.5 kg/hm2，增幅为80.6%～120.7%，差异均达到显著水平。与单施无机肥处理IF相比，加入有机肥处理增产411.0～1 663.5 kg/hm2，其中IF+M比M+S增产9.38%。IF+M+S处理的产量和单穗粒重均显著高于IF和M+S处理与IF+M处理间无显著性差异。而且各施肥处理的籽粒千粒质量没有明显差异。说明施肥显著提高了高粱产量和单穗粒重；而有机肥和秸秆的增施对高粱的千粒质量影响较小。有机肥与秸秆配施的处理(IF+M+S)最能促进高粱产量的增加。

2.1.3 施肥对高粱根系生物量和根表面积以及根体积与根长的影响 由表3可知，高粱各处理根系总生物量大小依次为处理IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，其中，处理IF和IF+M的根系总生物量分别为23.12，25.80 g，比CK分别增加76.35%和96.80%，处理IF+M+S和M+S的根系生物量分别为32.08，31.25 g，比CK分别增加144.70%和138.37%。由此可见，施肥能够显著增加根系总生物量，同时得出，IF+M+S和M+S处理显著优于IF和IF+M处理，其中处理IF+M+S表现最为显著。进一步分析施肥对土壤各根层生长状况的影响可以看出，除10～20 cm的IF处理，施肥对0～10 cm和10～20 cm各处理根系生物量的影响与根系总生物量相似，对20～30 cm和30～40 cm的影响不明显，说明施肥对根系生物量的影响主要集中在0～20 cm，而且随着根层的增加，施肥对根系生物量的影响逐渐减小。

由表3还可知，高粱花期各处理0～40 cm的根总表面积和总体积均显著高于CK和IF处理。说明有机肥或有机无机肥的配施有利于根系表面积和体积的增加。IF+M+S和M+S处理根系0～10 cm和10～20 cm的根表面积显著高于其他处理；IF+M+S处理根系0～10 cm和10～20 cm的根体积显著高于其他处理，而在20～30 cm和30～40 cm的根表面积和根体积各处理间没有明显规律，不同处理各土层深度根长的变化也无明显规律。总之，施肥对根系生物量影响最大，其次依次为根体积和根表面积，对根总长度影响最小。

表2 不同施肥处理对高粱收获期籽粒的影响

注：表中同一项目同列不同字母表示两处理间差异在P<0.05水平显著。表3～6同。

Note：Different letters in the same colum meant significant difference among treatment at 0.05 level.The same as Tab.3-6.

表3 不同施肥对高粱根系生长的影响

2.2 施肥对高粱土壤养分的影响

从表4可以看出，与对照相比，在不同施肥处理下，土壤中全氮、有效磷、速效钾和有机质含量均有不同程度的提高。高粱土壤各处理的全氮、有效磷、速效钾含量的大小排序相同，依次为IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，其中，除了处理M+S的速效钾外，处理IF+M+S和M+S均显著高于处理IF和CK，无机肥处理(IF、IF+M)各养分指标均高于不施肥(CK)，但增幅甚微，其中全氮和速效钾含量增幅仅为3.45%，3.90%；与无机肥处理相比，各有机肥处理(IF+M+S、M+S)的土壤养分及有机质含量均有提高；其中，IF+M+S均表现最好，其全氮、有效磷、速效钾、有机质分别是CK的1.95，10.36，2.01，1.83倍，显著高于CK处理。而处理IF+M相比于IF处理，全氮、有效磷和速效钾的增幅分别为34.38%，112.62%，29.94%，也较为明显，说明各有机肥处理相较于无机肥处理，土壤全氮、有效磷和速效钾都有较明显的提高。

表4 不同施肥处理对土壤养分的影响

高粱土壤各处理的有机质含量大小依次为IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，各施肥处理比CK分别增加82.93%，43.64%，29.44%，4.70%。可以看出，处理IF+M+S和M+S的有机质含量均显著高于处理IF和CK ，M+S处理与IF+M间无显著性差异，说明无机肥对有机质含量影响较小，有机无机肥配施或有机肥与秸秆配施皆可明显提高土壤有机质含量。

2.3 施肥对土壤酶活性的影响

2.3.1 施肥对高粱土壤过氧化氢酶活性的影响 从表5可以看出，在高粱生育期内，各处理的过氧化氢酶活性变化趋势一致，都是拔节期过氧化氢酶活性最高，随后在花期活性降低，而处理IF、IF+M、IF+M+S在收获期略有回升。不同施肥处理均可提高高粱各时期土壤过氧化氢酶的活性，在高粱拔节期，土壤过氧化氢酶活性的变化为1.528～1.778 mL/g，其中，处理IF+M+S的过氧化氢酶活性高于其他处理，达到1.778 mL/g，并显著高于CK处理，与其他处理间无显著差异。在高粱花期，土壤过氧化氢酶活性的变化为1.300～1.575 mL/g，各施肥处理均显著高于CK处理，各施肥处理间无显著差异。在高粱收获期，土壤过氧化氢酶活性的变化为1.247～1.621 mL/g，酶活性大小排序为IF+M+S>IF+M>IF>M+S>CK，不同处理均显著高于CK处理，增幅分别为29.99%，27.67%，24.70%，18.04%。

2.3.2 施肥对高粱土壤碱性磷酸酶活性的影响 从表5可以看出，在高粱各生育期内，各处理的碱性磷酸酶活性变化趋势基本一致，拔节期碱性磷酸酶活性较高，在花期活性略有降低，收获期回升并达到峰值。不同施肥处理均可提高高粱各时期土壤碱性磷酸酶的活性。高粱拔节期土壤碱性磷酸酶活性的变化为0.926～1.205 mg/g，大小排序依次为 IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，与CK处理相比，增幅分别为30.13%，26.89%，21.06%，8.42%。处理IF+M+S、M+S活性均显著高于CK和IF处理，与处理IF+M间无显著差异。在高粱花期，土壤碱性磷酸酶活性的变化为0.845～1.048 mg/g，处理IF+M+S的土壤碱性磷酸酶活性为1.048 mg/g显著高于CK处理，与其他处理间无显著差异。在高粱收获期，土壤碱性磷酸酶活性的变化为1.150～1.511 mg/g，大小排序依次为IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，比CK处理分别增加31.39%，22.43%，16.96%，5.91%。其中，IF+M+S施肥处理显著高于对照、IF和M+S处理，与IF+M处理间无明显差异。

2.3.3 施肥对高粱土壤脲酶活性的影响 从表5可以看出，在高粱各生育期内，各处理的脲酶活性变化趋势大体上一致，均是在花期脲酶活性达到峰值。高粱拔节期土壤脲酶活性的变化为1.94～2.57 mg/g，对照的脲酶活性显著低于其他处理，而各施肥处理间没有显著差异。在高粱花期，土壤脲酶活性的变化为2.20～2.97 mg/g，其中IF+M+S处理的酶活性最高，各施肥处理的脲酶活性大小为IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，施肥处理间差异较小。收获期土壤脲酶活性的变化为1.57～2.43 mg/g，各施肥处理大小排序和花期相同，比CK处理分别增加54.78%，42.68%，40.13%，30.57%，其中，IF+M+S处理显著高于IF处理，增幅为18.54%。

表5 不同时期高粱土壤中各种酶活性的变化

2.3.4 施肥对高粱土壤蔗糖酶活性的影响 从表5可以看出，各施肥处理均可不同程度地提高高粱各时期土壤蔗糖酶的活性，高粱拔节期和收获期土壤蔗糖酶活性的变化分别为13.20～26.66 mg/g和13.31～35.53 mg/g，其中，处理IF+M+S、M+S活性均显著高于CK、IF和IF+M处理。在高粱花期，土壤蔗糖酶活性的变化为17.48～35.48 mg/g，大小排序依次为IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，相比于IF处理，IF+M+S、M+S和IF+M增幅分别为59.46%，36.18%，20.63%，处理IF+M+S的土壤脲酶活性显著高于IF和CK处理。

2.4 施肥对土壤微生物多样性的影响

2.4.1 施肥对高粱土壤微生物代谢活性的影响 从图2可以看出，高粱的6个处理均表现出拔节期的AWCD值整体较高，而收获期土壤AWCD值整体较低，这可能与植株生长和土壤温度有关。微生物经过短时间的适应，各处理平均颜色变化率开始随着培养时间的增加均呈上升趋势，说明土壤中的微生物对碳源的利用能力随时间而不断增强。各处理各时期的变化状况不同，培养至96 h 时，拔节期各处理的AWCD值大小顺序为M+S>IF+M+S>IF+M>CK>IF，其中，M+S、IF+M+S、IF+M、IF处理的AWCD值分别是CK处理的1.50，1.23，1.01，0.87倍；收获期各处理的AWCD值大小顺序为IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，其中IF+M+S、IF+M、M+S、IF的AWCD值分别是CK处理的1.83，1.37，1.32，1.11倍。表明各时期的对照和无机肥(IF)处理在AWCD值上没有明显差异，但明显低于其他施肥处理。说明有机肥或无机与有机配施都可以明显提高高粱土壤微生物的代谢活性。

2.4.2 施肥对高粱土壤微生物群落结构多样性指数的影响 Shannon多样性指数(H)与碳源利用丰富度指数(S)能够反映被微生物群落利用的碳源数目和类型，H值越大，土壤微生物群落的功能多样性就越高。由表6可知，高粱各施肥处理在收获期的H值显著高于CK和IF处理，而拔节期，IF+M+S和M+S处理的Shannon多样性指数(H)显著高于其他处理。在拔节期和收获期，IF+M+S和M+S的碳源利用丰富度指数(S)显著高于其他处理。

图2 不同施肥处理下土壤微生物群落平均颜色变化率(AWCD) 的变化

表6 不同施肥对土壤微生物群落多样性指数的影响

Tab.6 Effects of different fertilization on soil microbial community diversity index

生育期Growthperiod处理TreatmentShannon多样性指数(H)Diversityindex碳源利用丰富度指数(S)Carbonutilizationrichnessindex拔节期CK2.89±0.031bc18.33±0.67bJointingIF2.74±0.003a14.67±0.33astageIF+M2.86±0.031bc18.00±0.58bIF+M+S3.08±0.015d22.33±0.33cM+S3.09±0.010d24.67±0.88c收获期CK2.53±0.027a11.00±0.58aHarvestingIF2.76±0.030b15.67±0.33bIF+M2.90±0.032c18.33±0.67bIF+M+S2.96±0.043c22.33±1.20cM+S3.05±0.047c22.00±1.53c

3 结论与讨论

沈善敏[10]通过总结国外许多长期肥料定位试验得出，无论施无机或有机肥，都可以促进作物的生长和产量的提高，而且2种方式都具有持续的增产效果和使作物高产的能力。本试验结果表明，不同施肥处理对高粱拔节期的株高、茎粗、可见叶片数和叶面积的指数以及高粱产量与单穗粒重的提高均有显著的影响(P<0.05)，其中以处理IF+M+S的效果最为明显。不同施肥处理对高粱生长和产量的影响基本一致，各处理大小排序均为IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，其中，处理IF+M的增产效果没有处理IF+M+S显著，处理IF+M比M+S增产9.38%，说明无机肥是作物增产的基础，有机肥与秸秆在没有无机肥的配施下，增产效果也会减弱。可能是由于有机肥和秸秆在分解时有个腐殖化与矿化的过程，没有无机肥提供养分更为直接，且这个矿化过程不完全，所以其养分没有完全供作物利用，同时处理M+S的千粒质量均小于处理IF和IF+M，也进一步说明无机肥在施肥中的重要性。处理IF+M+S相比于IF+M处理的增产效果更为明显，说明秸秆的增施促进了高粱的增产。有研究表明，秸秆还田措施能增加土壤养分及有机质含量，改善土壤理化及生物环境，从而使作物增产，其中秸秆与化肥配施增产效果最好[11-12]，这与本试验结果相同。本研究通过对高粱作物根系的分析，得知处理IF+M、IF+M+S、M+S的根系总生物量、根总表面积和总体积显著优于CK和IF处理(P<0.05)，其中处理IF+M+S表现最为显著。

高粱各有机肥处理的土壤养分及有机质含量均明显高于不施肥或无机肥处理。同时无机肥处理各养分指标和有机质含量也均高于不施肥处理，但增幅甚微；相比于不施肥，高粱的无机肥处理全氮和速效钾含量增幅分别仅为3.45%，3.90%。这与英国洛桑试验站的试验结果相似[13]。大量研究表明，长期施用无机肥、有机肥均有助于提高土壤养分及有机质含量，尤以无机肥有机肥配施的效果显著[14-15]。由于有机肥或有机肥和化肥配施，可明显提高土壤微生物量碳，并增加土壤微生物数量，同时秸秆周围有大量微生物的繁殖，有机肥和秸秆中的微生物促进了秸秆中养分的加速分解及释放，土壤养分及有机质含量随之增加[16]。本试验也验证了这一理论，高粱处理IF+M+S的各指标均高于其他有机肥处理，且高于处理IF和CK。

土壤酶在土壤物质能量的转运及交换过程中起着重要的促进作用，同时土壤酶活性是反映土壤肥力的敏感指标[17]。本试验研究表明，不同施肥处理对高粱生育期土壤酶的影响相比于对照处理(CK)，均可提高4种土壤酶活性，这与高瑞等[18]在小麦-玉米轮作区进行的长期定位施肥下土壤酶活性变化的研究结果一致。在整体上，施肥可以显著提高高粱各时期土壤过氧化氢酶和脲酶活性(除了过氧化氢酶的拔节期外)。但各施肥处理之间的土壤过氧化氢酶和脲酶活性没有显著差异，只有脲酶收获期的IF+M+S和IF处理有显著差异，说明高粱过氧化氢酶和脲酶活性受施肥的影响较小。有机肥可提高土壤磷酸酶活性，这可能与有机肥自身含有这种酶，并且活性较高，以及含有许多可分解有机磷的磷酸酶有关，据Dick和Tabatabai[19]研究表明，动物废弃物中碱性磷酸酶的活性是土壤的46倍。本研究结果表明，有机肥处理土壤碱性磷酸酶活性均高于化肥处理，这与焦治芳[20]的研究结果一致；而且高粱IF+M+S和M+S处理的碱性磷酸酶活性均高于IF+M处理。说明秸秆还田起到了关键作用，秸秆还田使土壤生产能力不断提高，还提升了土壤中植物和动物及微生物的活性，促进分泌胞外酶，增强土壤酶活性。无论施化肥、有机肥或配施秸秆还田都能提高土壤蔗糖酶活性，这与许多文献报道的研究结论相似[19，21-23]，除花期的M+S处理外，各时期的有机肥与秸秆配施处理(IF+M+S、M+S)均显著高于无机肥处理(P<0.05)。这可能是有机肥的施用，增加了大量的有机碳，为土壤蔗糖酶供应了许多的酶促基质，进而改善了微生物生境，促进了微生物代谢与繁育，使土壤酶活性提高；此外还田的秸秆还为土壤酶供应了基质，为微生物供给了足够的能源，引起土壤酶活性的变化。Zhao等[24]研究了秸秆配施厩肥后土壤酶活性的变化，结果发现，秸秆还田可以显著提高土壤蔗糖酶活性。

施肥可以引起土壤微生物活性及群落结构的变化，还可改变土壤物理性状，影响地上作物的生长，最终影响土壤微生物的群落结构[24-27]，本研究结果表明，高粱各施肥处理的土壤微生物AWCD值和群落功能多样性指数(H、S)在整体上均高于CK和IF处理，说明有机肥或有机无机配施更有利于提高土壤微生物的群落功能多样性指数及其利用碳源的能力。这可能是由于有机肥的加入提高了土壤有机质含量，理化性质和土壤微生物生境也发生了改变，通过改变土壤微生物群落的结构及生理代谢功能，来提高土壤微生物的群落代谢功能。这与Russo、张轩、张志明、孙瑞莲等[26-29]的研究结果相似。同时拔节期IF+M处理的AWCD值均低于IF+M+S和M+S处理，IF+M处理对碳源的利用能力也均低于这2个处理，说明2个处理有机肥+秸秆、有机肥+无机肥+秸秆相对于IF+M处理更有利于提高土壤微生物群落的代谢活性与功能多样性。秸秆还田措施改善了土壤理化性质，进而改变了土壤微生物的群落结构，有研究还发现，秸秆还田能够增加土壤微生物的数量和种类，增加土壤中有益的微生物数量，对微生物群落多样性产生有益的影响[28，30-31]，这与本研究结果相似。单施化肥的土壤微生物AWCD与对照处理间无显著性差异，而孙瑞莲、李娟等[29，32]在褐潮土地区关于长期施肥对土壤微生物多样性的影响研究结果表明，单施化肥处理的土壤微生物群落利用碳源能力较不施肥处理明显降低，化肥的长期施用致使养分尤其是速效磷的过量累积，影响了微生物活动，从而使其活性降低，与本研究结果不同，这可能与试验区的土壤和气候条件以及施肥量有关，还有待进一步深入研究。

本试验结果发现，有机无机肥配施秸秆的施肥处理表现最好，下一步研究应该在此基础上，多设置一些梯度，以探索高效的施肥配比，以期使用最少的肥料达到最好的效果。

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Response of Different Fertilizing on Growth and Soil Environment of Sorghum

DONG Erwei1，WANG Cheng2，DING Yuchuan1，WANG Jinsong1，WU Ailian1，WANG Lige1，JIAO Xiaoyan1

(1.Institute of Agricultural Environment and Resource，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.College of Biological Engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China)

In this research，a field orientation experiment on sorghum-maize rotation was conducted.The effects of different fertilization conditions on the growth，nutrient，soil enzyme activity and microbial activity of sorghum was studied.The experimental results showed that different fertilizer could significantly increase the jointing stage of sorghum plant height，stem diameter，number of pieces and index pages visible leaf area，as well as sorghum yield and grain weight per spike (P<0.05).Each processing production order of IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，compared to the control，the range of yield increase of sorghum in different fertilization levels were 80.6%-120.7%，respectively，reaching a significant level，and among which IF+M+S treatment was the best.All values of inorganic fertilizer treatments were slightly higher than that of no fertilization treatment. The organic fertilizer treatment increased the soil nutrients and organic matter content of sorghum, compared with the inorganic fertilizer treatment. The total N, available P, available K, organic matter of IF+M+S treatment were 1.95, 10.36, 2.01, 1.83 times of CK, respectively (P<0.05). Soil enzyme activity of fertilization treatments in different growth periods was higher than no fertilization(CK),in which the most was the treatment of IF+M+S,activity of alkaline phosphatase in jointing stage and harvest stage，urease in harvest stage，invertase in jointing stage，flowering stage and harvest stage were all significantly higher than that of inorganic fertilizer treatment(P<0.05).The application of organic fertilizer or application combined with inorganic fertilizer could improve the soil microbial community functional diversity and the capability of utilizing carbon sources.And the treatments containing organic fertilizer and straw manure were more conducive to improve soil microbial diversity than other organic fertilizer treatments.

Fertilization；Sorghum；Yield；Soil enzyme；Soil microbes；Soil nutrient

2016-05-10

国家现代农业高粱产业技术体系建设专项(CARS-06-02-03)

董二伟(1985-)，男，山西汾阳人，研究实习员，主要从事植物营养研究。

焦晓燕(1964-)，女，山西临猗人，研究员，博士，主要从事植物营养及生态环境研究。

S514；S143

A

1000-7091(2017)02-0217-09

10.7668/hbnxb.2017.02.032