长期不同施肥措施对黄壤微生物量碳及氮的影响

2017-10-20柳玲玲蒋太明

西南农业学报 2017年3期

柳玲玲，李渝，蒋太明，秦松*

(1.贵州省土壤肥料研究所，贵州贵阳 550006；2.贵州大学，贵州贵阳 550025；3.贵州省农业资源与环境工程技术研究中心，贵州贵阳 550006；4.农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站，贵州贵阳 550006)

柳玲玲1,2,3，李渝1,3,4，蒋太明1,3,4，秦松1,3,4*

为黄壤旱地合理施肥与养分综合管理提供依据，实现黄壤旱地可持续利用，以选择贵州黄壤肥力与肥料长期定位试验中不施肥(CK)、常量有机肥(M)、常量有机肥+常量氮磷钾肥(MNPK)和常量氮磷钾肥(NPK)4个处理，分析贵州黄壤长期定位施肥18年后的旱地土壤微生物量C和微生物量N。结果表明：长期施肥对土壤中的微生物量C和N均有增加作用，并且影响趋势一致，含量依次为M+NPK>M>NPK>CK。与CK相比，各施肥处理均提高了微生物对有机碳、全氮的利用率，其中全氮的利用率提高最明显，M+NPK处理中土壤微生物对氮利用率最高，约为CK的5倍，其次是M处理，为CK的4.37倍。各处理有机碳利用率与CK差异较小，其中M处理土壤微生物对有机碳利用率最高，其次为M+NPK处理。

黄壤；微生物量C；微生物量N；长期施肥

长期定位施肥试验可以深入了解土壤生态环境变化，在研究耕地养分循环与管理、土壤肥力演变，作物需肥规律以及合理平衡施肥等方面具有重要的科学价值和意义[1-2]。土壤微生物是土壤生态环境中最活跃的生命体，是土壤养分循环最重要的驱动力，参与土壤有机质的矿化和分解、腐殖质的形成、土壤养分的转化和循环等生物过程[3-4]。土壤微生物量C和N是植物营养物质的源和库，是土壤养分中的活性因子，可以反映土壤微生物活性，常作为评价土壤养分的生物学性状。另外，土壤微生物量C和N可对反映土壤肥力状况和土壤养分利用率，相对比其他土壤性状，土壤微生物量对农田管理措施具有更敏感的响应[5]。研究表明，土壤微生物量C和N受土壤类型的影响，目前对土壤微生物量C和N的研究多集中在红壤[6]、黄棕壤水稻土[7]、黑垆土等方面[8]。另外，植物类型[9]、轮作[10-11]以及不同的肥料类型[12-13]等农业管理措施均对土壤微生物量C和N有一定的影响作用[14]。

黄壤为贵州省面积最大的土壤类型，占全省土壤总面积的46.4 %，因此，研究长期施肥措施对黄壤旱地微生物量C和微生物量N的影响，对于指导黄壤旱地合理施肥与养分综合管理，实现黄壤旱地可持续利用具有很好的理论指导意义[15]。贵州黄壤肥力与肥料效益监测基地自1995年建立以来，是全国唯一的黄壤肥力与肥料效益长期监测基地，也是全国集水田、旱地于一体的肥力与肥料效益长期监测基地之一。近年来，有关黄壤区长期施肥试验的报道大多集中在作物产量和肥料利用率、有机磷、有机碳等的平衡研究方面[16-19]，而对黄壤在旱地土壤微生物量C和N的研究尚未见报道。本研究以贵州黄壤肥力与肥料效益监测基地的旱地长期施肥试验为平台，研究长期施肥对土壤微生物量的影响，明确长期施肥下微生物对有机碳和氮的利用率，以期对贵州黄壤耕地改良及培育，实现黄壤耕地可持续利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

黄壤长期试验点位于贵州省贵阳市经济技术开发区金竹镇(东经106°07′，北纬26°11′)，1995年依托于贵州省土壤肥料研究所建成，监测区占地0.67 hm2，位于黔中黄壤丘陵区，境内地势南北高，中部低，平均海拔1071 m。气候温和，热量丰富，且热、水、光同期。年平均气温15.3 ℃，年平均日照时数约1354 h，相对湿度75.5 %，全年无霜期约270 d。年降雨量1100～1200 mm。试验地为旱地黄壤，成土母质为三叠系灰岩与砂页岩残积物。

1.2 试验材料

试验于1995年开始，土壤样品于2013年10月作物收获后采集，为长期定位施肥18年后的土壤。每个处理取3份混合样，采用5点取样法取表层0～20 cm土壤并混匀，立即处理或保存于4 ℃冰箱中3～4 d内完成测定，测定前除去土样中植物残体(如根茎叶)及土壤动物等可见物，过2 mm筛，混匀后用于土壤微生物量C和N分析。取样前供试土壤的基本理化性状见表1。

1.3 试验设计

长期试验1995年开始，共设12个处理，采用大区对比试验，面积为340 m2，不设重复，本研究选取其中的4个处理。不施肥对照、全量有机肥(M)、全量有机肥+全量NPK(M+NPK)和全量NPK(NPK)。无机肥为尿素(N 46 %)、过磷酸钙(P2O516 %)、氯化钾(K2O 60 %)。试验用有机肥为牛厩肥(养分含量N 2.7 g/kg、P2O51.3 g/kg、K2O 6 g/kg)，年均施入122.2 t/hm2，各处理养分投入情况见表2。

表1 供试黄壤基本理化性状

表2 旱地长期不同施肥处理施肥量及种植模式

1.4 微生物生物量测定

微生物量C和N采用氯仿熏蒸浸提法，分别用重铬酸钾容量法(磷酸浴)和凯氏定氮法测定，C和N换算系数分别为 0.38 和 0.45[20-22]。

1.5 数据处理

试验所得数据采用DPS和Excel进行差异显著性和方差分析，单因素方差分析 LSD 法计算检验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 旱地长期不同施肥处理土壤的微生物量C含量

从图1看出，长期有机肥化肥配施或单施有机肥、化肥，微生物量C含量均有明显的提高，各施肥处理间表现出显著差异，其含量依次为M+NPK>M>NPK>CK。长期有机肥和无机肥配施处理，土壤微生物量C比单施有机肥显著增高，而单施有机肥比单施化肥更促进微生物量 C含量增加。不施肥土壤微生物量C比长期单施有机肥处理下降44.44 %。说明，当土壤中养分亏缺时，作物生长消耗土壤中的有效养分，从而抑制微生物的活性。

小写字母表示处理间差异显著P<0.05，下同Different lowercase letters indicate significance of difference at P<0.05 level. The same as below图1 不同施肥处理微生物量C含量Fig.1 Microbial biomass C content of different long-term fertilization treatments

图2 不同施肥处理微生物量N含量Fig.2 Microbial biomass N content of different long-term fertilization treatments

2.2 旱地长期不同施肥处理土壤微生物量N的含量

从图2看出，长期有机肥化肥配施或者单施有机肥、化肥对微生物量N含量均有明显提高作用，各施肥处理间表现出显著差异，其含量依次为M+NPK>M>NPK>CK。说明，虽然有机肥对土壤微生物量N 的贡献比化肥大，但土壤氮是微生物量N的主要来源。有机肥与化肥配合施用比单独施用化肥或单施有机肥相比更能提高土壤微生物量N的含量。

2.3 旱地长期不同施肥处理土壤有机碳和全氮的利用率

从图3可见，与CK相比，各施肥处理均提高有机碳、全氮的利用率。其中，全氮的利用率提高最明显， M+NPK氮利用率最高，约为CK的5倍，其次是M处理，是CK的4.38倍。各处理有机碳利用率与CK差异较小，其中有机碳利用率最高的是M处理，其次为M+NPK处理。说明，长期施肥可提高土壤微生物量C和N含量，以长期施用有机肥效果最明显，且有机肥的施用可明显提高土壤有机碳和全氮的利用率。

3 结论与讨论

3.1 结论

长期施用化肥、有机肥或者有机肥与化肥配施对黄壤旱地中的微生物量C和N均有增加作用，且对两者的影响趋势一致，其含量依次为M+NPK>M>NPK>CK。因此，有机肥与化肥配施对提高土壤微生物量C和N效果最好。与CK相比，各施肥处理均提高了有机碳、全氮的利用率，其中全氮的利用率提高最明显，M+NPK处理土壤微生物对氮利用率最高，约为CK的5倍，其次是M处理，是CK的4.37倍。各处理有机碳利用率与CK差异较小，其中有机碳利用率最高的是M处理，其次为M+NPK处理。

图3 不同施肥处理土壤的有机碳和全氮利用率Fig.3 Utilization ratio of soil organic carbon and total nitrogen of different long-term fertilization treatments

3.2 讨论

有研究表明：微生物量C、N与有机C、全N的比值可反映土壤总有机碳、全氮的利用率[20]。土壤微生物量C是土壤中的活性成分，土壤微生物量C的大小可反映土壤微生物利用土壤C源进行自身生长繁殖，解体和碳化的过程。因此，微生物量C可作为长期施肥对土壤活性和肥力变化的预警指标[24-25]。土壤微生物量N是土壤氮素的重要储备库，可综合反映微生物对N的矿化与固持作用，因此，影响土壤N素矿化与固持的各种因素均影响微生物量N的变化。因此，土壤微生物量N在土壤 N素循环与转化过程中起着重要的调节作用[26]。

土壤的微生物量C和N与土壤微生物的活性有直接的关系，并且在不同肥力土壤中，不同施肥措施对土壤微生物量C和N的影响作用不同。长期不施肥或施用化肥使土壤微生物活性减弱，种群多样性降低，土壤理化性状恶化，土壤生态环境失衡，土壤微生物量C含量降低[27-28]。在高肥力的土壤中，单施化肥抑制土壤微生物的活性，从而使土壤的微生物量C含量下降，当投入有机质时，这种抑制作用减弱。如当化肥和有机肥配施时，化肥对微生物的抑制作用减弱，化肥投入量的增减对微生物量C的影响差异不明显。而土壤中氮是土壤微生物量N 的主要来源，在高肥力土壤中，当有机肥和无机肥配施时，土壤N库丰盈，土壤微生物活性强，土壤微生物量N也相应的增加。而单施化肥对土壤微生物活性的影响是土壤微生物量N含量高低的关键因素[29]。在贫瘠土壤中，单施化肥能够显著提高土壤的微生物量C含量，是因为土壤本身养分含量低，土壤微生物活性较低，当化肥施入时可快速为土壤提供营养物质，激活土壤微生物。有机肥和无机肥配施也可显著增加土壤微生物的数量和活性，从而提高土壤的微生物量C和N含量，因为有机肥的施入可提高土壤有机质含量，改善土壤的理化性状，为微生物的生长繁殖提供良好的能源和环境条件[30]。

也有研究认为，施肥可刺激根系分泌物的增多，通过化感作用激活土壤微生物，促进微生物生长繁殖[31]。同时不同施肥措施可为土壤微生物提供不同的C源和N源，当土壤中原有的碳源和氮源充足时，土壤微生物对营养物质的吸收能力较强，作物的竞争力较弱，随着土壤有机碳和氮素的转化，作物的竞争能力逐渐增强，并超过微生物，这时土壤微生物量C和N的含量减少[32-33]。因此，土壤微生物量的变化可反映土壤肥力的变化。

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(责任编辑刘忠丽)

EffectsofDifferentLong-termFertilizationPatternsonMicrobialBiomassCarbonandNitrogeninYellowSoil

LIU Ling-ling1,2,3, LI Yu1,3,4, JIANG Tai-ming1,3,4,QIN Song1,3,4*

(1.Guizhou Institute of Soil and Fertilizer, Guizhou Guiyang 550006，China； 2.Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025,China； 3.Guizhou Technology Center for Agricultural Resources and Environment Engineering, Guizhou Guiyang 550006，China； 4.Guizhou Scientific Observation Experimental Station of Cultivated Land Preservation and Agricultural Environment, Guizhou Guiyang 550006, China)

The microbial biomass C and microbial biomass N of CK (no fertilization), M (constant organic manure), MNPK (constant organic manure+constant N, P and K fertilizer) and NPK (constant N, P and K fertilizer) yellow soil treatments under the long-term fertilization for 18 years were analyzed to provide the basis for rational fertilization and nutrient integrated management of yellow soil upland and realize sustainable utilization of yellow soil upland. Results: Long-term fertilization can increase microbial biomass C and microbial biomass N of yellow soil with the same impact trend and their content of four treatments is M+NPK > M > NPK > CK. Three fertilization treatments all increase organic carbon and total nitrogen utilization ratio of microorganism compared with CK and the total nitrogen utilization ratio increases obviously. The microbial nitrogen utilization ratio of M+NPK treatment is the highest, about five times that of CK. The microbial nitrogen utilization ratio of M treatment is 4.37 times that of CK. There is no obvious difference in organic carbon utilization ratio between different fertilization treatments and CK. The organic carbon utilization ratio of soil microorganism of M treatment is the highest, followed by M + NPK treatment.

Yellow soil; Microbial biomass C; Microbial biomass N; Long-term fertilization

1001-4829(2017)3-0645-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.3.029

S14-33

2016-06-14

贵州省院联合基金[黔科合LH字(2014)7708]；贵州省农科院院专项[黔农科院院专项(2013)010]；院地合作项目[院地农科合字(2015)10]；贵州省农科院自主创新专项[黔农科院自主创新专项(2014)007]

柳玲玲(1984-)，女，副研究员，从事微生物肥料研究，E-mail:yangliu8284@163.com， *为通讯作者：秦松(1967-)，男，研究员，博士，从事土壤污染修复和农业资源环境研究，E-mail:qs3761735@163.com。