长期不同施肥对潮土微生物量碳、氮的影响

魏猛 唐忠厚 张爱君 赵鹏 尚晓阳 冯腾腾

摘要：为揭示不同施肥方式对潮土微生物量碳、氮含量的影响规律，依托潮土区长期定位监测试验，分析长期不同施肥条件下土壤微生物量碳、氮含量变化特征及其与土壤有机碳含量、全氮含量、基础呼吸强度的关系。结果表明，施肥处理（NPK、M、MNPK）均能显著提高土壤有机质、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及土壤基础呼吸强度。施肥处理中以MNPK处理微生物量碳、氮含量较CK处理增幅最为显著，分别达到70.65%和119.63%，显著高于NPK处理。相关分析表明，土壤微生物量碳、氮含量与土壤有机质、全氮含量及土壤基础呼吸强度均呈极显著正相关关系。因此，长期有机无机肥配施是提高土壤微生物生物量的有效途径。

关键词：长期施肥;土壤微生物量;潮土;土壤有机碳;全氮;基础呼吸强度

中图分类号：S158文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2020）22-0307-04

作者简介：魏猛（1983—），男，山東济宁人，博士，副研究员，主要从事土壤养分管理相关研究。E-mail：weimeng1024@163.com。

通信作者：张爱君，副研究，主要从事土壤培肥及甘薯栽培技术相关研究。E-mail：zhangaijun608@163.com。

土壤微生物量是指土壤中微生物活体的总量，土壤微生物不仅可以促进土壤体系中的养分循环，而且还是土壤有效养分的重要来源[1-2]，影响土壤微生物量变化的主要因素有土壤温度、pH值、水分、施肥等[3-4]。施肥是农田高产和稳产最重要的措施，研究施肥措施对土壤微生物的影响一直是土壤学研究的热点。

长期肥料试验能够客观、系统地研究土壤肥力及肥料效益的变化规律。研究表明，长期施肥能够显著增加土壤微生物量碳、氮含量，与CK相比单施化肥处理土壤微生物量碳、氮含量的增幅最少，高量有机无机肥配施和单施有机肥处理土壤微生物量碳、氮含量的增幅最为显著[5];施用有机肥有利于提高土壤微生物量碳、氮含量及土壤基础呼吸强度[6]，然而施用无机肥对土壤基础呼吸没有显著影响[6-7];在灌溉褐潮土上施用氮磷钾肥可显著增加土壤微生物量碳、氮含量[8]，而旱作褐土施用氮磷无机肥土壤微生物量碳、氮含量未有显著差异[6]。施肥对土壤微生物量碳、氮含量的研究受气候、土壤类型等因素影响存在一定差异。潮土作为我国重要的农业土壤，其面积达267万hm2。本试验以39年潮土长期定位试验为平台，研究不同施肥方式下潮土微生物量碳、氮含量的变化规律，以期为潮土区建立科学合理的施肥制度提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验点概况

试验在江苏徐淮地区徐州农业科学研究所长期定位试验田（34°16′N，117°17′E）进行。该试验地位于暖温带半湿润气候区，年蒸发量1870mm，年平均气温14℃，年日照时数2317h，年降水量860mm。供试土壤为沙壤质潮土，试验开始时（1980年）土壤初始耕层（0～20cm）基本性质为pH值8.01，有机碳含量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，速效钾含量63.00mg/kg。

1.2试验设计

试验始于1980年秋，采用随机区组设计，每个处理4次重复，小区面积为33.3m2。种植轮作制为一年两熟轮作制，其中在1981—2001年为小麦—玉米，2002—2019年为小麦—甘薯。本试验选用4个处理（表1）：不施肥（CK）、氮磷钾肥配施（NPK）、单施有机肥（M）、有机无机肥配施（MNPK）。其中，化肥中氮磷钾肥每年分别施用尿素、磷酸二铵、硫酸钾;有机肥年施用量：施马粪75t/hm2（1981—1984年）、施猪粪37.5t/hm2（1985—2019年）;其中1980—2019年有机肥养分年投入量范围：N87.75～154.69kg/hm2、P2O584.38～175.31kg/hm2、K2O135.00～309.38kg/hm2。在小麦、玉米季，有机肥、磷钾肥、50%氮肥作为基肥施入，其余50%氮肥进行表施追肥;在甘薯季有机肥和氮磷钾肥均作为基肥施入。作物收获后移除地上部秸秆，根茬进行还田，其他管理措施与大田一致。

1.3样品采集与测定

2019年6月8日小麦成熟期时，每小区选取5个点采集0～20cm土层土样，去除动、植物残体等，混匀分成2份，1份用于有机碳含量、全氮含量、土壤基础呼吸等指标的测定，1份存于4℃冰箱，用于土壤微生物量碳氮含量的测定。

土壤有机碳含量采用外加热重铬酸钾氧化法[9]测定，全氮含量采用半微量凯氏法[9]测定，微生物量碳、氮含量采用三氯甲烷熏蒸-K2SO4浸提法[10]测定，土壤基础呼吸采用碱液吸收滴定法[11]测定。

1.4数据处理

数据采用Excel和DPS软件进行整理和统计分析。

2结果与分析

2.1长期不同施肥对土壤有机碳和全氮含量的影响

如图1所示，与不施肥处理（CK）相比，施肥处理（NPK、M、MNPK）均能显著提高土壤有机质、全氮含量，其中以MNPK处理增幅最高，土壤有机质、全氮含量的增幅分别为142.00%、134.25%。与NPK处理相比，施用有机肥处理（M、MNPK）土壤有机质、全氮含量均显著提高，M、MNPK土壤有机质含量增长幅度分别为34.42%、56.20%;土壤全氮含量增长幅度为32.17%、48.70%。

2.2长期不同施肥对土壤基础呼吸强度的影响

土壤基础呼吸主要来源于微生物的呼吸作用，可作为评价土壤微生物总活性或土壤肥力的指标[12-13]。由图2可知，与CK处理相比，氮磷钾肥配施（NPK）土壤呼吸强度显著提高，提高幅度为87.38%，显著低于施用有机肥处理（M、MNPK）。与CK处理相比，施用有机肥处理（M、MNPK）均能够显著提高土壤基础呼吸强度，增加幅度分别为148.30%和211.33%，且MNPK处理显著高于M处理。

2.3長期不同施肥对土壤微生物量碳、氮含量的影响

由图3可知，不同施肥条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）变幅较大，施肥处理均显著高于不施肥处理，增加幅度分别为28.70%～70.65%和34.48%～119.63%，其中与CK相比，MNPK处理对土壤微生物碳、氮含量的增加效果最好，但与M处理差异不显著。施用有机肥显著提高了土壤微生物量碳氮含量，与氮磷钾配施（NPK）相比，施用有机肥处理（M、MNPK）土壤微生物量碳含量增加幅度分别为32.16%、32.60%;土壤微生物氮含量增加幅度分别为48.55%、63.16%。

2.4土壤微生物量碳氮含量与有机碳、全氮含量及土壤基础呼吸强度的相关性

表2结果表明，微生物量碳氮含量、土壤基础呼吸强度与有机碳、全氮含量均呈极显著正相关关系，说明土壤微生物量碳氮含量及土壤呼吸强度的显著提高均与土壤有机碳、全氮含量变化相关。

3讨论与结论

土壤微生物对土壤有机化合物的转化和养分的释放起着调控作用，是土壤肥力不可或缺的组分，其所进行的一系列活动均以碳、氮循环为中心[14]。土壤微生物量碳是土壤有机碳的灵敏指示因子，土壤微生物量氮是土壤氮素矿化势的重要组成部分，土壤微生物量是土壤质量评价指标体系中重要的生物肥力指标[12]。本研究中，土壤微生物量碳氮含量、有机质含量、全氮含量、基础呼吸强度均呈极显著正相关关系，[HJ2mm]表明土壤微生物量碳氮含量及基础呼吸强度变化趋势与土壤有机质、全氮含量的变化趋势一致。不施肥处理（CK）土壤微生物量碳氮含量最低，显著低于施肥处理，主要是由于田间管理采用秸秆不还田方式，且不施肥处理没有外源养分供应，仅通过以根系及根茬的方式归还到土壤中，造成土壤有机碳和全氮含量最低，而微生物又以碳氮为营养来源，造成不施肥处理土壤微生物量碳氮含量也处在最低水平。施肥农业管理措施可以显著提高土壤有机碳、全氮含量，对比施肥处理的土壤微生物量碳氮含量，发现施用有机肥（M、MNPK）显著高于NPK处理，这与在黑土[15]、黄壤[4]等上的研究结果相一致。这是因为不论施用有机肥还是无机肥均能够提高植物光合作用，促进地上和地下部生物量积累，不仅可以增加根系残茬的还田量，而且有利于根系分泌物的释放，为微生物创造有利的生存环境[16]。另外，施用有机肥还能为微生物提供外来碳源，促进其新陈代谢，提高土壤的有效养分和保水能力，因此施用有机肥土壤微生物量碳氮含量较高[4-5]。这与本研究中施用有机肥土壤基础呼吸强度显著高于氮磷钾处理和不施肥处理的结论相吻合，表明有机肥的施用有利于维持微生物处于良好状态，促进其储存和循环更多养分。

施肥处理均能显著提高土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮含量及土壤基础呼吸强度，其中以有机无机肥配施增幅最为显著，单施化肥增幅最少，表明有机无机肥配施是提高土壤养分和土壤微生物生物量的有效途径。

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