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长期施肥对土壤微生物量及土壤酶活性的影响.pdf

来源：花匠小妙招时间：2025-10-16 23:20

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1、长期施肥对土壤微生物量及土壤酶活性的影响刘恩科1 3 赵秉强1 3 3 李秀英1 姜瑞波1 李燕婷1 Hwat Bing So2 1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京 100081 2 昆士兰大学土地和食品科学学院布里斯班4072 澳大利亚 3 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京 100081 摘要该文以北京国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地的长期肥料定位试验为平台研究了长期不同施肥制度对土壤的生物学特性及其土壤酶的影响主要研究结果长期撂荒土壤 15 年的有机质和全氮 TN 的含量微生物量碳 SMB2 C 和氮 SMB2 N 土壤的蔗糖酶磷

2、酸酶和脲酶活性以及SMB2C SOC 土壤有机碳和SMB2N TN比值都高于种植作物的农田土壤而其代谢商和容重值低于农田土壤长期施肥的农田 NPK NPK M NPKS和 NPKF 其土壤养分含量微生物量碳和氮以及土壤蔗糖酶磷酸酶和脲酶活性均高于不施肥的农田 CK 而小麦 Triticum aestivum 2玉米 Zea mays 小麦2大豆 Glycine max 复种轮作 NPKF 的农田又高于长期复种连作 NPK 的农田在施肥处理中 NPK NPK M NPKS和NPKF 长期化肥与有机肥配合施用的处理 NPK M 的土壤上述指标高于其它施肥处理 NPK NPKS和NP

3、KF 但其土壤的代谢商 pH值和容重值较低关键词长期肥料试验施肥制度土壤微生物量 qCO2 土壤酶活性 BIOLOGICAL PROPERTIES AND ENZYMATIC ACTIVITY OF ARABLE SOILS AF2 FECTED BY LONG2TERM DIFFERENT FERTILIZATION SYSTEMS LIU En2Ke1 3 ZHAO Bing2Qiang1 3 3 LI Xiu2Ying1 JIANG Rui2Bo1 LI Yan2Ting and HWATBing So2 1Agricultural Resources and Regional

4、Planning Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China 2School of Land and Food Sci2 ences University of Queensland Brisbane Queensland 4072 Australia and 3Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 Chin

5、a Abstract Aims Cropping practices and fertilizer organic matter application affects the soil microbial growth and activity In china onlyfew studies have been conducted on the influence of long2termfertilizer and organ2 ic matter with fertilizer application on the soil biological properties Our obje

6、ctive was to study the changes in soil biological and biochemical characteristics under a long2term 15 years field experiment involving fertility treatments inorganic fertilizers and organic matter with fertilizers and two crop rotation systems Methods In 1990 thirteen different treatments were esta

7、blished in the Drab Fluvo2aquic soil in Beijing for the long2term experiment Six treatments were chosen in this study Four were in a wheat2maize rotation re2 ceiving no fertilizer CK mineral fertilizers NPK mineral fertilizers plus farmyard manure NPK M and mineral fertilizers with maize straw incor

8、porated NPKS One was in a wheat2maize wheat2soybean rotation receiving NPK NPKF The other was abandoned arable land CK0 growing weeds The amount of chemical fertilizer per year was N 150 kg hm 2 P2O575 kg hm 2 K2O 45 kg hm 2 manure 22 5 Mg hm 2and maize straw 2 25 Mg hm 2 Established methods were us

9、ed to analyze soil enzymes and soil physical and chemical characteristics Analysis was done using an integrative method combining correlation and component analyses in SPSS Important findings The soil organic C SOC and total N STN content microbial biomass C SMB2C Neilson Kautzet al 2004 徐阳春等 2002 施

10、用化学肥料也有提高土壤微生物量的效应但过量的施用化肥氮磷钾降低了土壤微生物量碳的含量 Masto et al 2006 但前人的研究大多集中在施用化肥或有机肥对一种或两种土壤微生物学指标的影响而在我国系统的研究长期施用化肥有机肥秸秆还田以及轮作等措施对土壤生物量土壤呼吸和土壤酶活性等多种土壤生物学指标影响较少特别是以长期试验为平台研究长期撂荒与种植作物对土壤微生物学特性的影响更少因此本研究是以北京昌平国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地的长期肥料定位试验为研究平台研究了长期不同施肥制度对土壤生物学特性的影响为建立合理施肥制度提高土壤质量和实现

11、土壤可持续利用提供理论依据 1 材料和方法 1 1 试验点基本情况试验在国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地的大田长期肥料定位试验中进行监测基地位于北京市昌平区 40 13 N 116 14 E 海拔高度为43 5 m 年平均温度为11 10 积温为 4 500 年降雨量为600 mm 年蒸发量为1 065 mm 无霜期为210 d 灾害性天气主要是春旱和夏季暴雨试验始于1990年土壤母质为黄土性物质属褐潮土试验开始时耕层土壤理化性质为有机质 12 310 g kg 1 全氮 0 805 g kg 1 全磷 0 687 g kg 1 全钾 14 582 g kg

12、 1 速效磷 4 62 mg kg 1 速效钾65 27 mg kg 1 缓效钾 407 60 mg kg 1 pH值 8 22 1 2 试验设计本研究选择了6个长期肥料试验处理 1 对照 CK 不施肥种植作物 2 氮磷钾 NPK 3 氮磷钾有机肥 NPK M 4 氮磷钾秸秆 NPKS 5 氮磷钾肥种植方式 NPKF 6 撂荒 CK0 其中氮肥为尿素磷肥为过磷酸钙钾肥为氯化钾施用量分别为N 150 kg hm 2 P2O575 kg hm 2 K2O 45 kg hm 2 M为有机肥猪厩肥用量 22 5 Mg hm 2 养分含量分别为N 146 kg hm 2 P 6

13、3 kg hm 2 K78 kg hm 2 S为玉米秸秆用量2 25 Mg hm 2 养分含量分别为N 18 kg hm 2 P 3 kg hm 2 K23 kg hm 2 化肥于小麦 Triticum aestivum 和玉米 Zea mays 或大豆 Glycine max 播种前一次性施入猪厩肥和秸秆还田1年施用1次于小麦播种前做基肥种植制度为冬小麦夏玉米复种连作包括CK NPK NPK M和NPKS处理种植方式为冬小麦2玉米冬小麦2大豆复种轮作包括NPKF 处理小区处理面积200 m2 为大区对比试验未设重复 1 3 测试方法 1期刘恩科等长期施肥对

14、土壤微生物量及土壤酶活性的影响177 试验于2005年10月2日夏玉米收获后在田间取样每个处理分为3个重复取样小区取0 20 cm 耕层土壤 3个取样小区再分别取5个点的土壤混匀后作为该取样小区的样品新鲜土样通过2 mm 筛后 4 保存供分析微生物生物量碳和氮另一部分在室温下风干过1和0 25 mm筛用于土壤化学性状和土壤酶活性的测定土样微生物量碳和氮采用Joergensen和Mueller 1996 及Vance等 1987 的氯仿熏蒸2K2SO4浸提法浸提液中的微生物量碳采用K2Cr2O7加热氧化 FeSO4滴定法浸提液中的微生物量氮采用凯氏定氮法每个土样重复

15、3次测定土壤呼吸采用室内密闭培养法测定鲁如坤 2000 用NaOH溶液作为 CO2吸收溶液培养完毕后用标准酸滴定NaOH 溶液土壤转化酶活性和过氧化氢酶活性脲酶活性磷酸酶活性依次用硫代硫酸钠滴定法高锰酸钾滴定法靛酚蓝比色法和磷酸苯二钠比色法测定关松荫 1986 蔗糖酶活性以24 h后每克土消耗0 1 mol L 1硫代硫酸钠毫升数表示过氧化氢酶活性以每克土消耗0 02 mol L 1高锰酸钾毫升数表示脲酶活性以每克土NH32N的微克数表示磷酸酶活性以每克土酚的毫克数表示土壤基本理化性状采用常规分析法测定鲍士旦 2000 有机质用重铬酸钾容量法全氮用

16、半微量凯氏法全磷用高氯酸2硫酸2钼锑抗比色法速效磷用0 5 mol L 1碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法 1 4 数据处理数据经Excel整理后采用SPSS10 0软件包进行单因素方差 One 2Way ANOVA 分析不同处理之间多重比较采用LSD方法然后经过t检验 p 0 05 绘图由SigmaPlot8 0软件完成 2 结果与分析 2 1 不同施肥制度土壤基本理化性状从表1可以看出与长期不施肥种植作物 CK 相比施肥可以显著提高土壤有机质全氮全磷和速效磷的含量同时还可以降低土壤pH值和容重在各施肥处理中长期化肥与有机肥配施处理 NPK M 的土壤有机质

17、全氮全磷和速效磷的含量最高与CK相比分别增加62 07 91 53 175 0 和6 195 9 长期施用化肥并且小麦和玉米两种作物复种连作 NPK 虽然可以提高各养分的含量但在4种施肥制度中其各养分含量最低并且其pH值和容重值较高而长期施化肥并且小麦2玉米小麦2大豆复种轮作的处理 NPKF 与长期复种连作相比可以较明显的提高养分含量同时降低pH值和容重长期撂荒的处理 CK0 可以显著提高土壤有机质和全氮含量降低容重值但对土壤磷素含量影响较少 2 2 不同施肥制度对土壤微生物量碳与氮的影响表2结果表明长期不同施肥措施对土壤微生物量碳氮产生显著影响

18、长期撂荒土壤微生物量碳氮显著高于其它各农田土壤处理这与前人报道的撂荒下表土层微生物生物量和微生物过程总是显著地高于耕翻土壤的结果相似 Sall et al 2006 不同的农田土壤 4种施肥处理 NPK M NPKF NPKS和 NPK 的微生物量碳氮都显著高于长期不施肥处理说明施肥有利于提高土壤微生物量碳氮的含量其中长期化肥与有机肥配施处理明显提高了土壤微生物量碳氮的含量不同的种植方式长期复种轮作处理的微生物量碳氮显著高于长期复种连作表1 不同施肥制度对土壤基本理化性质的影响 Table 1 Effects of long2term different ferti

19、lization systems on soil physic2chemical properties 0 20 cm 处理 Treatments 有机质Organic matter g kg 1 全氮T otal N g kg 1 全磷T otal P g kg 1 速效磷Avaiable P mg kg 1 pH H 2 O 容重Bulk density g cm 3 CK10 36c0 59d0 56d2 21d8 48a1 341a NPK12 55b0 69cd 0 72bc14 88c8 30b1 334a NPK M16 79a1 13a1 54a139 14a8 21b1 31

20、2a NPKS13 70b 0 80bc0 76b18 89b8 24b1 328a NPKF14 11b0 85b0 75b18 97b8 22b1 326a CK018 92a1 17a0 61cd2 58d8 29b1 118b CK 对照Control NPK 氮磷钾N P and K NPK M 氮磷钾有机肥NPK organic fertilizer NPKS 氮磷钾秸杆NPK maize straw NPKF 氮磷钾种植方式 NPK planting patterns CK0 撂荒Abandoned 表中的小写字母表示5 水平的差异显著性The small letters

21、rep2 resent significant level at 5 level 178 植物生态学报32卷表2 不同施肥制度对土壤微生物量碳氮含量的影响 Table 2 The effect of long2term different fertilization systems on soil microbial biomass C and N of soil 0 20 cm 处理TreatmentsSMB2C mg kg 1 SMB2N mg kg 1 SMB2C SOC SMB2N TN 土壤微生物碳氮比 SMB2C SMB2N CK133 28d16 97e2 22c2

22、86d7 86a NPK167 94cd32 53d2 31b4 73c5 16b NPK M226 95b59 53b2 33b5 28b3 81d NPKS181 82c39 09cd 2 29bc4 91c4 65c NPKF194 02c43 96c2 37b5 16b4 41c CK0282 57a70 17a2 58a5 98a4 03cd SMB 土壤微生物Soil microbial biomass SOC 土壤有机碳Soil organic C TN 全氮T otal N 表注见表1 Notes see Table 1 土壤微生物商 MBC SOC 可以指示土壤进化和土壤健

23、康的变化比土壤微生物量碳和土壤有机碳更有效的反应土壤质量的变化 Sparling 1992 长期撂荒处理土壤微生物商显著高于农田土壤这与Saggar等 2001 研究是一致的长期施肥处理的土壤微生物商高于CK 而4种施肥处理土壤微生物商没有显著的差异微生物量氮与土壤全氮的比值 SMB2N TN 变化趋势与土壤微生物量氮的变化趋势基本相似均为长期撂荒处理高于长期施肥处理长期施肥处理高于长期不施肥的处理其中各施肥处理中长期化肥与有机肥配施的SMB2N TN值最高土壤微生物量碳土壤微生物量氮比可反映微生物群落结构信息其显著的变化喻示着微生物群落结构变化可能

24、是微生物量较高的首要原因 Lovell et al 1995 从表2中我们可以看出长期化肥与有机肥配施SMB2C SMB2N的比值最低其比值显著低于其它各处理其次为长期撂荒处理长期不施肥处理比值最高 2 3 不同施肥制度对土壤基础呼吸和代谢商的影响土壤基础呼吸一定程度上反映了微生物的整体活性本试验结果表明长期化肥与有机肥配施处理的呼吸量最高其次为长期撂荒处理而长期不施肥种植作物的土壤呼吸量最低长期复种轮作土壤的基础呼吸量要高于长期复种连作 qCO2表明了微生物群落的维持能大小和对基质的利用效率效率高则形成单位微生物质量所呼出的CO2少 qCO2较小 q

25、CO2较大则说明利用相同能量而形成的微生物量较小释放的CO2较多微生物体的周转率较快平均菌龄较低从图1可以看出长期不施肥种植作物的土壤代谢商最高其次为各施肥处理而长期撂荒的土壤代谢商最低在各施肥处理中长期复种连作处理代谢商最高可以达到28 23 g CO22C mg 1 biomass C d 1 而长期复种轮作处理和长期化肥与有机肥配施处理的土壤代图1 不同施肥制度对土壤基础呼吸和代谢商的影响 Fig 1 Effects of long2term different fertilization systems on basal respiration an

26、d the metabolic quotient in the 0 20 cm soil layer 各个处理见表1 Treatments see Fig 1 相同字母表示处理间差异不显著Means associated with the same letter are not significantly different p 0 05 1期刘恩科等长期施肥对土壤微生物量及土壤酶活性的影响179 谢商较低 2 4 不同施肥制度对土壤酶活性的影响转化酶又名蔗糖酶研究结果表明各施肥处理蔗糖酶活性均高于长期不施肥种植作物的处理而小于长期撂荒处理从种植方式来看采用长期复种轮作比长

27、期复种连作更能明显提高转化酶活性脲酶是对尿素转化起关键作用的酶分析表明与长期不施肥土壤 CK 和 CK0 相比长期合理施肥能够提高土壤脲酶的活性其中长期化肥与有机肥配施处理的脲酶活性最高其次为长期秸秆还田处理说明增施外源的有机物质厩肥秸秆有利于提高土壤脲酶的活性从种植方式来看长期复种轮作能够增加土壤脲酶活性从图2中可以看出长期撂荒处理磷酸酶活性显著高于其它处理在农田土壤中长期施肥的处理显著高于长期不施肥的处理各施肥处理与CK相比磷酸酶活性增加17 7 51 9 从图2中我们可以看出长期撂荒和长期不施肥种植作物的处理过氧化氢酶活性高于长期施肥

28、处理这与有些文献报道长期施肥可以提高土壤过氧化氢酶活性不同可能是由于所研究的土壤类型施肥方式及肥料用量不同的缘故图2 不同施肥制度对土壤酶活性的影响 Fig 2 Changes in soil enzymatic activities in long2term different fertilization systems 图注见图1 Notes see Fig 1 3 讨论 1 长期撂荒的处理可以显著提高土壤有机质和全氮含量降低土壤容重值但对土壤磷素含量影响较少农田土壤中长期化肥与有机肥配施处理的土壤有机质全氮全磷和速效磷含量最高并且其可以降低pH值和容

29、重值这与G oyal等 1999 的研究相一致长期复种轮作处理和长期秸秆还田处理与长期单施化肥处理相比可以较明显的提高养分含量同时降低pH值和容重 2 长期撂荒的土壤微生物量碳氮的含量显著高于农田土壤产生这种差异的原因是撂荒不扰动 180 植物生态学报32卷土层植物残体主要积累在表土层中相应地可供微生物维持生命活动的能量充足同时长期撂荒使植物根系多集中分布于表土层根系分泌的大量低分子量的根系分泌物也加剧了土壤微生物的繁衍使其生命活动旺盛从而导致该土层中土壤微生物生物量碳氮含量比农田土壤的高并且长期撂荒可明显地提高微生物商这与Spar

30、ling 1997 等研究是一致的他认为土壤被开发利用土壤微生物量碳库下降速率比土壤有机质的下降速率快微生物商也随之降低对于农田土壤不同施肥管理和轮作措施对土壤微生物生物量也具有明显的影响与不施肥处理土壤相比施肥可以显著的提高土壤的微生物量碳氮的含量其中长期化肥与有机肥配施的效果最为明显主要原因是施肥可以增加生物产量改善土壤环境有利于土壤有机质的降解和微生物量碳的增加小麦2玉米小麦2大豆复种轮作方式土壤的微生物量碳氮的含量高于玉米2小麦复种连作方式长期施秸秆还田处理与长期单施化肥相比并没有显著提高土壤微生物量碳氮的含量 3 qCO2值的变化能

31、够反映土壤微生物种群利用土壤有机成分的效率 qCO2值降低表明土壤微生物碳利用效率高 Dilly 长期秸秆还田处理与长期化肥与有机肥配施处理相比土壤的蔗糖酶脲酶和磷酸酶的活性均有显著的下降这可能是由于秸秆还田处理的土壤C N值较高不利于提高土壤酶的活性小麦2玉米小麦2大豆复种轮作方式的土壤中蔗糖酶脲酶和磷酸酶的活性高于玉米2小麦复种连作方式说明复种轮作特别是豆科作物轮作能提高土壤酶的活性这是因为豆科作物根系可以释放较多的酶并给土壤留下了更多富含氮素的有机残体后者在土壤中分解后使土壤含有较多的氮素及其它化合物促进了土壤生物学活性的增强参考

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