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捕幸
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1 应用生态学报 2019 年 4 月第 30 卷第 4 期 http: / / Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2019, 30(4): DOI: / j 黄壤稻田土壤微生物生物量碳磷对长期不同施肥的响应李渝刘彦伶白怡婧张雅蓉黄兴成张文安 2,3 蒋太明 ( 1 贵州省农业科学院土壤肥料研究所, 贵阳 ; 2 农业农村部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站, 贵阳 ; 3 贵州省农业科学院茶叶研究所, 贵阳 ) 摘要本研究以进行了 22 年的黄壤稻田长期定位试验为依托, 分析了不同施肥模式下土壤碳 (C) 磷 (P) 与微生物生物量 C(MBC) P(MBP) 的变化及其耦合特征, 旨在探讨黄壤地区合理培肥模式以提高土壤磷素有效性. 试验包括 10 个处理, 分别为不施肥 (CK) 单施氮肥 (N) 磷钾配合 (PK) 氮钾配合 (NK) 氮磷配合 (NP) 氮磷钾配合 (NPK) 单施有机肥 (M) 3 种有机无机肥配施 (1 / 4M+3 / 4NP 0.5MNP MNPK). 结果表明 : 与不施肥相比,N 和 NK 处理土壤有机碳 (TOC) 全磷 (TP) MBC MBP 均有不同程度的降低, 施磷处理 ( PK NP NPK) 则有不同程度的提升 ; 与不施肥和施用无机肥相比, 施用有机肥各处理 TOC MBC MBP 及 MBP / TP 均显著增加, 其中 M 和 MNPK 处理增幅最大.MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP 以施用有机肥处理最低,N 处理最高. 土壤 MBC MBP 及其耦合关系与土壤 TOC 和有效磷均呈极显著相关,TOC 是影响 MBC MBP MBP / TP 的直接因素, 而有效磷则是影响 MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP 的直接因素. 土壤 MBP 及碳磷耦合关系各指标可以有效区分单施化肥和施用有机肥的不同施肥方式, 可作为评价黄壤稻田磷素肥力的生物学指标. 配施有机肥是增加黄壤稻田磷有效性提高土壤供磷潜力和保持土壤生物健康的有效途径. 关键词长期施肥 ; 黄壤稻田 ; 微生物生物量碳 ; 微生物生物量磷 ; 碳磷耦合 Responses of soil microbial biomass C and P to different long term fertilization treatments in the yellow paddy soil. LI Yu, LIU Yan ling, BAI Yi jing, ZHANG Ya rong, HUANG Xing cheng, ZHANG Wen an, JIANG Tai ming 2,3 ( 1 Institute of Soil and Fertilizer, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang , China; 2 Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agriculture Environment ( Guizhou), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Guiyang , China; 3 Institute of Tea Research, Guizhou Academy of Agri cultural Sciences, Guiyang , China). Abstract: To explore the rational fertilization mode to improve the availability of soil phosphorus (P), we analyzed the changes and coupling characteristics of soil carbon ( C) and P, microbial biomass C ( MBC) and P ( MBP) under different fertilization modes with a successive 22 year field experiment in yellow paddy soil. The experiment had 10 treatments, including no fertilization (CK), single application of nitrogen (N), combination of phosphorus and potassium (PK), com bination of nitrogen and potassium (NK), combination of nitrogen and phosphorus (NP), combi nation of nitrogen, phosphorus and potassium ( NPK), single application of organic fertilizer ( M), and three organic inorganic fertilizer combinations (1 / 4M+3 / 4NP, 0.5MNP, MNPK). The results showed that, compared with CK, the contents of total organic C (TOC), total P (TP), MBC and 本文由贵州省科技计划项目 ( 黔科合基础 [ 2018] 1154 和黔科合支撑 [ 2017] 2852) 贵州省农业科学院青年基金项目 ( 黔农科院青年基金 [2018]19 号 ) 贵州省农业科学院科技创新专项 ( 黔农科院科技创新 [2017]06 号 ) 国家自然科学基金项目 ( ) 和贵州省科技平台及人才团队计划项目 ( 黔科合平台人才 [ 2018] 5604 号 ) 资助 This work was supported by the Science and Technology Project of Guizhou Province ( Guizhou, [2018]1154, Guizhou [2017]2852), Youth Fund of Guizhou Academy of Agricultural Sciences ( Guizhou [2018]19), Independent Inno vation Project of Guizhou Academy of Agricultural Sciences ( Guizhou [2017]06), National Natural Science Foundation of China ( ), and Sci ence and Technology Platform and Talent Team Plan of Guizhou Province ( Guizhou [2018]5604) Received, Accepted. 通讯作者 Corresponding author. E mail: jtm532@ 163.com

2 1328 应用生态学报 30 卷 MBP in N and NK treatments decreased to some extent, while those in PK, NP and NPK treatments increased. Compared with the treatments of no fertilizer and inorganic fertilizer, the contents of TOC, MBC, MBP and MBP / TP ratio in treatments with manure significantly increased, among which M and MPNK treatments showed the strongest enhancement. The treatments with manure had the lowest MBC / MBP ratio, TOC / MBP ratio and MBC / TP ratio, while N treatment had the highest value. MBC, MBP, MBP / TP ratio, MBC / MBP ratio, TOC / MBP ratio and MBC / TP ratio were significantly correlated with TOC and available P, TOC was the direct factor affecting MBC, MBP, and MBP / TP ratio, while available P was the direct factor affecting MBC / MBP ratio, TOC / MBP ratio, MBC / TP ratio. In summary, soil MBP content and the coupling relationship between C and P could effectively distinguish the modes of production with single chemical fertilizer application and manure application, and could be used as biological indices in the evaluation of soil P fertility. Combined application of manure is an effective way to enhance P availability and increase its poten tial capacity and maintain soil biological health in yellow paddy soil. Key words: long term fertilization; yellow paddy soil; soil microbial biomass C; soil microbial bio mass P; coupling of C and P. 黄壤是中国南方山区主要土壤类型之一, 主要分布于贵州四川云南广西等地, 贵州黄壤面积万 hm 2, 占全国黄壤总面积的 30.3%, 黄壤中大部分磷以闭蓄态存在于土壤中, 是典型的缺磷土壤, 因此通过合理施肥提高黄壤磷素有效性对贵州农业可持续发展意义重大. 长期以来, 关于土壤磷素循环转化过程中的磷素活化研究主要集中在无机磷的吸附与解吸沉淀和溶解等化学转化过程方面, 而微生物是土壤养分转化和循环的动力, 近年来, 其对土壤养分转化及其有效性的调节作用才日益受到重视 [1-5]. 土壤微生物生物量是指生活在土壤中微生物活体的总量, 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 [6]. 土壤微生物生物量磷是土壤有机磷中最为活跃的部分, 调节着土壤磷的矿化和固持过程, 是土壤有效态磷的重要来源, 在很大程度上能反映土壤活性磷库的容量和周转强度 [7-9]. 土壤微生物生物量对环境因子的变化和人为扰动的反应十分敏感, 能够及时反映土壤的变化, 已被许多学者用作因人为管理导致土壤变化的灵敏指标之一 [10]. 施肥是影响土壤质量及其可持续利用最为深刻的农业措施之一, 生产上施用有机物质和化肥对土壤肥力进行调控. 长期定位试验可以定向培育土壤, 在研究土壤肥力演变肥料效应农田养分循环施肥与环境的关系及土壤生物地球化学循环过程等方面具有重要的科学价值, 被广泛用于评价不同施肥方式对农业生产及农田生态系统可持续发展的影响. 目前, 关于施肥尤其是长期施肥对土壤微生物生物量碳氮及碳氮耦合方面的影响研究较多 [11-15], 而对微生物生物量磷及碳磷耦合的研究相对较少 [16-17], 尤其是在黄壤上的研 [18] 究鲜见报道. 任凤玲等用 Meta 分析方法系统分析了施用有机肥对微生物生物量碳氮的影响, 结果表明, 施用有机肥可显著提高微生物生物量碳氮含量, 但不同土地利用类型气候类型和土壤 ph 下的提升幅度不同. 现有大部分研究也表明, 长期施用有机肥可显著增加土壤微生物生物量磷含量, 降低微生物生物量碳磷比 [19-20], 但关于施用无机肥对土壤微生物生物量的影响研究结果不一, 受气候条件土壤类型和培肥措施等影响 [21-24]. 本研究以进行了 22 年的黄壤稻田长期定位试验为依托, 研究了 10 种不同施肥模式对黄壤稻田微生物生物量碳磷和碳磷耦合关系的影响, 为黄壤区建立合理施肥制度提高土壤质量和实现土壤可持续利用提供理论依据. 1 研究地区与研究方法 1 1 试验地概况本研究依托于农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站. 试验地位于贵州省贵阳市花溪区贵州省农业科学院内 ( N, E), 地处黔中丘陵区, 属亚热带季风气候, 平均海拔 1071 m, 年均气温 15.3, 年均日照时数 1354 h 左右, 相对湿度 75.5%, 全年无霜期 270 d 左右, 年降水量 1100 ~ 1200 mm. 试验地土壤为黄壤性水稻土, 成土母质为三叠系灰岩与砂页岩风化物. 该长期定位试验于 1994 年开始基础设施建设和匀地,1995 年开始连续监测.2015 年水稻收获后各处理土壤基本理化性质见表 1.

3 4 期李渝等 : 黄壤稻田土壤微生物生物量碳磷对长期不同施肥的响应 1329 表年不同施肥模式土壤基础理化性质 Table 1 Soil physical and chemical properties of different fertilization patterns in 2015 符号 Code 处理 Treatment ph 有机质 Organic matter (g kg -1 ) 全氮 Total N (g kg -1 ) 碱解氮 Alkaline N (mg kg -1 ) 有效磷 Available P (mg kg -1 ) 速效钾 Available K (mg kg -1 ) CK 不施肥 No fertilization PK 施磷钾肥 Chemical fertilizer P, K N 施氮肥 Chemical fertilizer N NK 施氮钾肥 Chemical fertilizer N, K NP 施氮磷肥 Chemical fertilizer N, P NPK 施氮磷钾肥 Chemical fertilizer N, P, K M 单施有机肥 Single organic manure / 4M+3 / 4NP 1 / 4 有机肥替代 1 / 4 氮磷肥 1 / 4 organic manure replacing 1 / 4 chemical fertilizer N, P 0.5MNP 1 / 2 有机肥替代 1 / 2 氮磷肥 1 / 2 organic manure replacing 1 / 2 chemical fertilizer N, P MNPK 常量有机肥化肥配施 Chemical fertilizer N, P, K plus organic manure 试验设计试验采用大区对比试验设计, 小区面积 201 m 2 (35.7 m 5. 6 m), 设置有 10 个施肥模式 : 不施肥 (CK) 磷钾配合 ( PK) 单施氮肥 ( N) 氮钾配合 (NK) 氮磷配合(NP) 平衡施用化肥( NPK) 单施有机肥 ( M) 1 / 4 有机肥替代 1 / 4 氮磷肥 ( 1 / 4M + 3 / 4NP) 1 / 2 有机肥替代 1 / 2 氮磷肥 (0.5MNP) 和常量有机肥化肥配施 (MNPK). 除 CK PK 处理不施用氮肥 MNPK 处理氮素施用量翻倍外, 其余各处理氮素施用量相同, 年施纯 N 165 kg hm -2 ; 施用有机肥的处理按照有机肥 N 含量来调节每年有机肥用量, 不同施肥处理施肥量见表 2. 供试化肥为尿素 ( 含 N 46.0%) 过磷酸钙( 含 P 2 O %) 和氯化钾 ( 含 K 2 O 60%); 有机肥为牛厩肥, 鲜基养分多年测试平均含 C g kg -1 N 2.7 g kg -1 P 2 O g kg -1 K 2 O 6.0 g kg -1, 化学氮肥按返青肥和分蘖肥 40% 和 60% 的比例分两次追施, 有机肥和磷钾肥在水稻移栽前作为基肥一次性施入. 本研究中水稻品种为汕优 108, 栽培密度为株 hm -2, 栽培方式为人工手插, 于 2016 年 6 月 5 日移栽,10 月 9 日收割, 分蘖期取样日期为 7 月 4 日, 开花期取样日期为 8 月 22 日, 收获后土壤取样于 11 月 5 日进行. 水稻生长期间采用前期淹水中期烤田和后期干湿交替的水分管理模式, 水稻收获后秸秆全田移出, 冬季翻耕炕田. 试验过程中不使用除草剂和杀虫剂等化学农药, 所有处理除施肥差异外, 其他农事活动均一致. 1 3 样品采集和分析由于长期定位试验小区面积较大并未设置重复, 本研究将试验地沿长边三等分, 设置 3 个调查取样重复小区, 每重复小区分别于移栽时分蘖期开花期和成熟期采用梅花形 5 点取样法采集 0 ~ 20 cm 土层土样, 将采集的土样除去动植物残体混匀分成两份, 一份土样过孔径 2 mm 筛, 置于冰箱 (4 左右 ) 内用于测定微生物生物量碳磷 ; 另一份土样风干后用于测定土壤总有机碳全磷有效磷等养分指标. 土壤有机碳采用外加热重铬酸钾氧化法, 全磷采用 HClO 4 H 2 SO 4 消煮钼锑抗比色法, 有效磷采用 NaHCO 3 浸提钼锑抗比色法 [25], 土壤微生物生物量碳磷采用氯仿熏蒸 K 2 SO 4 浸提法测定 [26]. 1 4 数据处理试验数据和图形采用 Excel 2010 软件进行计算处理, 利用 SPSS 20.0 软件进行统计分析, 差异显著表 2 不同施肥模式施肥量 Table 2 Nutrient application rates of different fertilization patterns (t hm -2 ) 处理 Treatment 鲜牛厩肥 Fresh cow manure N P 2 O 5 K 2 O CK PK N NK NP NPK M / 4M+3 / 4NP MNP MNPK 处理符号含义见表 1 The symbolic meaning of the treatment was shown in Table 1. 下同 The same below.

4 1330 应用生态学报 30 卷分析用 Duncan 新复极差法, 显著性水平设定为 α = 图表中数据为平均值 ± 标准差. 土壤有机碳和磷养分与微生物生物量碳磷的相关性采用直接通径分析法. 2 结果与分析 2 1 长期施肥对土壤有机碳和全磷的影响不施肥及施用无机肥的各处理土壤有机碳含量为 22.7 ~ 28.9 g kg -1 ( 图 1), 施用有机肥各处理土壤有机碳含量为 30.0 ~ 39.1 g kg -1. 与 CK 相比, 单施 N 处理有机碳显著降低了 18.3%, 施用有机肥的各处理有机碳含量平均显著增加了 22.7%, 其他施用无机肥的处理与 CK 无显著差异. 与施用无机肥料的各处理相比, 单施有机肥或有机无机配施均可显著提高土壤有机碳含量, M MNPK 0. 5MNP 1 / 4M+3 / 4NP 处理的有机碳含量分别较 NPK 提高 41.2% 8. 4% 14. 7% 28. 2%, 较单施 N 处理提高 48.1% 13.7% 20.4% 34.5%. 土壤全磷含量以高施磷量的 MNPK 处理最高, 不施磷的 CK N NK 处理最低, 分别比 MNPK 处理显著降低了 42.6% 39.9% 43.2%. 施磷量基本一致的各处理中,1/ 4M+3/ 4NP 处理全磷含量最高, 其他各处理间全磷含量无显著差图 1 长期不同施肥土壤有机碳和全磷含量 Fig.1 Contents of soil total organic carbon and total P under different long term fertilizations. 处理符号含义见表 1 The symbolic meaning of the treatment was shown in Table 1. 不同小写字母表示处理间差异显著 ( P < 0.05) Different small letters showed significant difference among treatments at 0.05 level. 下同 The same below. 异. 可见, 土壤全磷含量主要受施磷量的影响. 2 2 长期施肥对土壤微生物生物量碳的影响分蘖期开花期收获后各处理土壤微生物生物量碳 ( MBC) 的变化趋势基本一致,MBC 以 MNPK 处理最高,M 处理其次,1 / 4M+3 / 4NP 和 0.5MNP 处理较低, 且施用有机肥处理的 MBC 显著高于 CK PK N NK NP NPK 处理, 而不施肥及施用无机肥的各处理间 MBC 无显著差异 ( 图 2). 与 CK 相比,N 和 NK 处理各时期 MBC 平均分别降低了 4.8% 和 6.2%,PK NP NPK 处理分别提高了 1.7% 2. 0% 12.3%,M 1 / 4M + 3 / 4NP 0.5MNP MNPK 处理分别显著提高了 69.0% 52.8% 62.6% 88.0%; 与 NPK 处理相比, M 1 / 4M + 3 / 4NP 0. 5MNP MNPK 处理 MBC 分别显著提高了 50.5% 36.1% 44.7% 67.3%. 可见, 长期不同施肥对土壤 MBC 影响显著, 施用无机肥各处理中平衡施用化学氮磷钾肥更有利于提高土壤 MBC, 缺磷 (N 和 NK) 最不利于提高土壤 MBC, 施用有机肥是提高黄壤稻田土壤 MBC 最有效的施肥措施, 且有机肥用量越高提升效果越明显. 2 3 长期施肥对土壤微生物生物量磷的影响不同施肥处理水稻生育时期土壤微生物生物量磷 (MBP) 趋势与 MBC 相似 ( 图 2), 分蘖期开花期收获后 MBP 均表现为施用有机肥处理显著高于不施肥和施用无机肥的各处理, 尤以 MNPK 和 M 处理 MBP 较高, 不施肥及施用无机肥的各处理中, 不施磷肥处理 (N NK CK)MBP 均低于施用磷肥的处理 (PK NP NPK). 与 CK 相比,N 和 NK 处理各时期 MBP 平均分别降低了 14.9% 和 13.4%,PK NP NPK 处理分别提高了 47.8% 32.8% 38.8%,M 1 / 4M + 3 / 4NP 0. 5MNP MNPK 处理分别显著提高了 149.3% 79.1% 89.6% 303.0%; 与 NPK 处理相比, M 1 / 4M+3 / 4NP 0.5MNP MNPK 处理 MBP 分别显著提高了 79.6% 29.0% 36.6% 190.3%. 可见, 施用无机磷肥和有机肥均可提高黄壤稻田 MBP, 其中施用有机磷肥效果更明显. 2 4 长期施肥对土壤碳磷耦合的影响 MBC / MBP 是衡量土壤微生物生物量磷有效性的重要指标, 比值越小说明土壤微生物中含磷量越高, 在周转过程中通过矿化和转化能够使土壤微生物中的磷具有较大的释放潜力, 比值越大则说明土壤微生物中磷越贫瘠, 在周转过程中有同化土壤中有效磷的趋势, 具有较强的固磷潜力. 不施肥及施用无机肥的各处理 MBC / MBP 为 56.8 ~ 106.3, 与 CK 相比, PK 和 NP 处理 MBC / MBP 降低了 % 和

5 4 期李渝等 : 黄壤稻田土壤微生物生物量碳磷对长期不同施肥的响应 1331 图 2 长期不同施肥处理对土壤微生物生物量碳和磷的影响 Fig.2 Effects of different long term fertilizations on soil microbial biomass C and P. 6.3%,N NK NPK 处理 MBC / MBP 分别增加了 55.4% 18. 1% 31. 4%. 施用有机肥处理 MBC / MBP 为 30.2 ~ 38.4, 各处理均显著低于不施肥及施用无机肥的各处理, 施用有机肥各处理 MBC / MBP 平均值是不施肥及施用无机肥各处理平均值的 2. 3 倍 ( 表 3). 土壤 MBP / TP 可充分反映土壤中活性有机磷所占的比例以及土壤中全磷向 MBP 的转化效率, 研表 3 长期不同施肥处理下土壤 MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP MBP / TP 变化 Table 3 Changes of soil MBC / MBP, TOC / MBP, MBC / TP, and MBP / TP under different long term fertili zations 处理 Treatment MBC / MBP MBP / TP (%) TOC / MBP ( 10 3 ) MBC / TP ( 10-3 ) CK 68.4cd 0.48c 6.85bc 80.8b PK 56.8d 0.44c 5.98c 51.8c N 106.3a 0.27e 9.58a 119.3a NK 80.8bc 0.38cd 8.33ab 95.8b NP 64.1d 0.42cd 6.35c 60.1c NPK 89.9b 0.31de 7.87b 80.3b M 32.0e 1.38a 2.64d 29.6d 1 / 4M+3 / 4NP 32.8e 1.03b 2.54d 28.4d 0.5MNP 38.4e 0.98b 2.99d 35.2d MNPK 30.2e 1.00b 2.39d 20.4d MBC: 微生物生物量碳 Soil microbial biomass C; MBP: 微生物生物量磷 Soil microbial biomass P; TP: 全磷 Total P; TOC: 总有机碳 Total organic C. 不同小写字母表示处理间差异显著 ( P< 0.05) Diffe rent small letters showed significant difference among treatments at 0.05 level. 下同 The same below. 究结果表明, 施用有机肥的各处理 MBP / TP 平均值是不施肥及施用无机肥各处理平均值的 2.9 倍, 不施肥及施用无机肥处理中,NPK 和 N 处理 MBP / TP 显著低于 CK 和 PK 处理.TOC / MBP 可用于反映土壤微生物对碳源的利用和需求,TOC / MBP 越大说明土壤微生物对碳源利用不足, 磷利用率较低. 不施肥及施用无机肥的各处理 TOC / MBP 为 5.98 ~ 9.58, 与 CK 相比,PK 和 NP 处理分别降低了 12. 7% 和 7.3%,N NK NPK 处理分别增加了 39.9% 21.6% 14.9%. 施用有机肥各处理 TOC / MBP 为 2.39 ~ 2.64, 均显著低于不施肥及施用无机肥的各处理.MBC / TP 趋势与 TOC / MBP 基本一致, 不施肥及施用无机肥各处理 TOC / MBP 平均值是施用有机肥各处理平均值的 2.9 倍. 可见, 长期施用有机肥有利于提高 MBP 占 TP 的比例, 加强微生物对磷的矿化和解吸作用, 提高黄壤稻田磷的有效性, 而长期不施磷则会加强土壤微生物对磷的固持, 降低黄壤稻田磷的有效性. 2 5 土壤有机碳和磷养分与微生物生物量碳磷的相关性土壤有机碳全磷有效磷与微生物生物量碳磷的相关分析表明 ( 表 4), 土壤有机碳与 MBC MBP MBP / TP 呈极显著正相关, 与 MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP 呈极显著负相关, 其中与 MBC 的相关系数最大, 为 ; 土壤全磷与 MBC 和 MBP 呈显著正相关, 与 MBC / MBP TOC / MBP

6 1332 应用生态学报 30 卷表 4 土壤有机碳全磷有效磷与微生物生物量碳磷的相关系数 Table 4 Correlation coefficients between TOC, TP, Olsen P and MBC, MBN 指标 Index TOC TP Olsen P MBC (0.920 ) MBP (0.549 ) (0.461 ) MBP / TP (0.903 ) MBC/ MBP (0.708 ) ( ) TOC/ MBP (0.637 ) ( ) MBC/ TP ( ) P<0.05; P < 括号内数值为直接通径系数 Number in parentheses was path coefficient. MBC / TP 呈显著或极显著负相关, 其中与 MBC / TP 的相关系数最大, 为 ; 土壤有效磷与 MBC MBP MBP / TP 呈极显著正相关, 与 MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP 呈极显著负相关, 其中与 MBC / TP 的相关系数最大, 为通径分析表明, 土壤有机碳是直接影响 MBC MBP 和 MBP / TP 的主要因素, 直接通径系数分别为 , 均达显著水平 ; 土壤全磷和有效磷是直接影响 MBC / MBP 和 TOC / MBP 的主要因素, 其中土壤有效磷的直接作用大于全磷 ; 土壤有效磷也是直接影响 MBP 和 MBC / TP 的主要因素, 直接通径系数分别为和上述结果说明土壤微生物生物量碳磷及其碳磷耦合关系均受土壤有机碳和有效磷含量的影响, 有机碳对土壤微生物生物量碳磷的影响更大, 而有效磷对碳磷耦合关系的影响更大. 3 讨论土壤微生物是土壤生物肥力的核心, 是构成土壤肥力不可或缺的组分, 不仅可以调节植物生长发育抑制病害微生物的生长, 而且可以促进植物所需营养元素的循环土壤肥力的保持及能量转化, 土壤微生物生物量是土壤质量评价指标体系中重要的生物肥力指标, 对土壤养分和植物生长所需的养分来源均具有明显影响. 土壤微生物生物量磷作为土壤中重要的活性磷源, 能在一定程度上反映土壤的供磷水平. 一般认为, 土壤 MBP 含量为 10 ~ 100 mg kg -1, 我国主要旱地土壤的 MBP / TP 为 0.45% ~ 4.5%, 其中大多数土壤在 1% ~ 2%, 中国南方土壤 ( 红壤紫色土和冲击土 ) 的比值一般低于 1.5% [1,19], 本研究中成熟期土壤 MBP 为 2.4 ~ 14.9 mg kg -1,MBP / TP 为 0.27% ~ 1.38%, 可见黄壤稻田微生物生物量磷及其占全磷比值处于较低水平, 因而提高土壤微生物生物量磷及其有效性对黄壤地区农业可持续发展意义重大. 施肥是影响土壤微生物生物量的一个重要因素, 本研究中长期不同施肥对土壤 MBC 和 MBP 的影响显著, 与不施肥相比, 长期单施氮肥 (N) 或氮钾肥配施 (NK) 不同程度降低了土壤 MBC 和 MBP, 这可能是因为长期施用氮肥会加速土壤中的有机碳分解, 导致土壤中积累有机质含量下降 [20], 另一方面长期缺磷使土壤磷素耗竭, 土壤微生物体内的磷将被迫释放出来, 形成土壤有效磷供植物吸收利用 [27], 从而导致土壤 MBC 和 MBP 下降. 长期配施含磷的无机肥料 (PK NP NPK) 不同程度地提高了土壤 MBC 和 MBP, 其中 NPK 处理 MBC 增幅最大, PK 处理 MBP 增幅最大, 其原因是长期施用磷肥尤其是氮磷钾平衡施用可在一定程度上促进水稻植株生长, 增加根茬还田量, 进而提高土壤有机碳含量, 促进微生物繁殖, 提高土壤 MBC, 施用磷肥尤其是无机磷肥配施有机肥处理土壤有效磷含量增加, 会有更多的磷被同化结合到微生物体内, 使土壤 MBP [28] 增加. 上述结果与王俊华等的研究结果基本一致, 施用化学磷肥可提高潮土微生物生物量和代谢活性, 缺磷 (NK) 处理在促进土壤微生物繁育和保育微生物代谢活性以及促进作物生长和保证养分吸收等方面的不利影响最为突出, 其原因是在缺磷施肥条件下, 土壤微生物需要应对养分亏缺胁迫, 不仅代谢效率低, 而且代谢过程会释放相对多的热量排放相对多的 CO 2, 土壤质量明显下降 [29]. 关于施用有机肥对土壤 MBC 和 MBP 的影响, 本研究结果与其他研究结果一致 [30-35], 施用有机肥的各处理 MBC 和 MBP 较不施肥及施用无机肥的各处理均显著增加, 其原因是有机肥投入增加了土壤有机碳, 为微生物的生长繁殖提供了大量碳源, 同时还改善了其他土壤养分和土壤通气性, 使微生物大量繁殖, 将部分有机磷和矿化了的无机磷同化为 MBP [36]. 此外, 有机肥本身含有的微生物在施入土壤后会迅速增加, MBC 和 MBP 也随之增加. 在研究土壤微生物与土壤磷有效性关系时, 不可忽略土壤微生物生物量碳磷耦合所反映的土壤微生物对磷有效性的调节作用, MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP 均可从不同层面反映土壤微生物对土壤磷有效性的调节潜力. 相关分析和通径分析结果表明,MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP 与土壤有效磷的相关系数最高, 土壤有效磷是其直接影响因素, 而土壤 TOC 对 MBP 和 MBP / TP 的影响较有效磷大, 可见土壤微生物生物量碳磷耦合关系更能反

7 4 期李渝等 : 黄壤稻田土壤微生物生物量碳磷对长期不同施肥的响应 1333 映土壤微生物对土壤磷有效性的调节作用, 可作为表征土壤磷素肥力的重要生物学指标. 本研究中, 不施磷处理 MBC / MBP 最高 ( 均值 85.2), 施用无机磷肥处理其次 ( 均值 70.2), 施用有机肥处理最低 ( 均值 33.4), 各处理 TOC / MBP 与 MBC / TP 变化趋势与 MBC / MBP 基本一致, 说明长期施用磷肥尤其是配施有机肥可提高微生物释放磷的潜力, 而长期不施磷有提高土壤微生物吸收有效磷的趋势. 因此, 施用有机肥是提高黄壤稻田磷素供应水平降低土壤对磷的吸持能力提高磷肥有效性的主要途径. 4 结论单施有机肥或有机无机配施能明显提高黄壤稻田 MBC 和 MBP 及 MBP / TP, 降低 MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP. 施用化学磷肥或有机肥均可在一定程度上提高土壤 MBP 及土壤微生物释放磷的潜力, 而施用有机肥效果更显著, 具体表现为 : 偏施氮肥 (N NK) < 不施肥 ( CK) < 施用化学磷肥 ( PK NP NPK) < 施用有机肥 ( M 1 / 4M + 3 / 4NP 0. 5MNP MNPK). 土壤 TOC 含量是 MBC MBP MBP / TP 的直接影响因素, 而土壤有效磷含量则是 MBP MBC / MBP TOC / MBP MBC / TP 的直接影响因素, 可见土壤微生物生物量碳磷主要受土壤有机质含量影响, 而微生物生物量碳磷耦合关系更能反映土壤磷素有效性. 参考文献 [1] Huang M ( 黄敏 ), Wu J S ( 吴金水 ), Huang Q Y ( 黄巧云 ), et al. Process in research on microbiological action of soil phosphorus. Ecology and Environment ( 生态环境学报 ), 2003, 12(3): (in Chinese) [2] Sharpley AN, Medowel RW, Kleinman PJA. Amounts, forms, and solubility of phosphorus in soils receiving manure. Soil Science Society of America Journal, 2004, 68: [3] Teng Z D ( 滕泽栋 ), Li M ( 李敏 ), Zhu J ( 朱静 ), et al. Research advances in effect of phosphate solubilizing microorganisms on soil phosphorus resource utilization. Chinese Journal of Soil Science ( 土壤通报 ), 2017, 48(1): (in Chinese) [4] Luo G, Ling N, Nannipieri P, et al. Long term fertiliza tion regimes affect the composition of the alkaline phos phomonoesterase encoding microbial community of a ver tisol and its derivative soil fractions. Biology and Fertility of Soils, 2017, 53: [5] Turner BL, Lambers H, Condron LM, et al. Soil micro bial biomass and the fate of phosphorus during long term ecosystem development. Plant and Soil, 2013, 367: [6] Zhang C X ( 张成霞 ), Nan Z B ( 南志标 ). Research progress of soil microbial biomass in China. Pratacul tural Science ( 草业科学 ), 2010, 27(6): ( in Chinese) [7] Lu X C ( 陆欣春 ), Han X Z ( 韩晓增 ), Zou W X ( 邹文秀 ). Advance in the efficient utilization of soil phos phorus by crops. Soil and Crop ( 土壤与作物 ), 2013, 4(2): (in Chinese) [8] Chen GC, He ZL. Determination of soil microbial bio mass phosphorus in acid red soils from southern China. Biology and Fertility of Soils, 2004, 39: [9] Sharma P, Rai SC, Sharma R, et al. Effects of land use change on soil microbial C, N and P in a Himalayan watershed. Pedobiologia, 2004, 48: [10] Nielsen NM, Winding A. Microorganisms as Indictors of Soil Health. National Environment Research Institute, Denmark. Techinal Report No. 388, 2002: [11] Jia W ( 贾伟 ), Zhou H P ( 周怀平 ), Xie W Y ( 解文艳 ), et al. Effects of long term inorganic fertilizer combined with organic manure on microbial biomass C, N and enzyme activity in cinnamon soil. Plant Nutrition and Fertilizer Science ( 植物营养与肥料学报 ), 2008, 14(4): (in Chinese) [12] Wang C J ( 王传杰 ), Xiao J ( 肖婧 ), Cai A D ( 蔡岸冬 ), et al. Capacity and characteristics of soil micro bial biomass under various climate and fertilization con ditions across China croplands. Scientia Agricultura Sinica ( 中国农业科学 ), 2017, 50(6): (in Chi nese) [13] Li H C ( 李焕春 ), He W Q ( 何文清 ), An H ( 安昊 ), et al. Effects of long term combined application of organic and chemical fertilizers on microbial carbon in chestnut soil. Soil and Fertilizer Sciences in China ( 中国土壤与肥料 ), 2014(5): (in Chinese) [14] Lyu M R ( 吕美蓉 ), Li Z P ( 李忠佩 ), Liu M ( 刘明 ), et al. Soil microbial biomass N turnover after long term fertilization in paddy field. Scientia Agricultura Sinica ( 中国农业科学 ), 2012, 45(2): (in Chinese) [15] Guo Z ( 郭振 ), Wang X L ( 王小利 ), Xu H ( 徐虎 ), et al. A large number of long term application of organic fertilizer can effectively increase the yellow pad dy soil microbial biomass carbon and nitrogen. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers ( 植物营养与肥料学报 ), 2017, 23(5): (in Chinese) [16] Wang Y Q ( 王晔青 ), Han X R ( 韩晓日 ), Ma L L ( 马玲玲 ), et al. Effect of long term fertilization on the content and turnover of soil microbial biomass P. Plant Nutrition and Fertilizer Science ( 植物营养与肥料学报 ), 2008, 14(2): (in Chinese) [17] Li D P ( 李东坡 ), Wu Z J ( 武志杰 ), Chen L J ( 陈利军 ), et al. Dynamics of microbial biomass P and its affecting factors in a long term fertilized black soil. Chi nese Journal of Applied Ecology ( 应用生态学报 ), 2004, 15(8): ( in Chinese) [18] Ren F L ( 任凤玲 ), Zhang X B ( 张旭博 ), Sun N ( 孙

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吴根良等不同前作对设施草莓土壤环境动态变化和经济效益的影响 4 土传病害也因此日趋严重严重影响草莓的产量和品质轮作尤其是水旱轮作是克服连作障 5 6 233 棚揭开大棚膜其他大棚不揭膜都按常规进行水肥农药的管理 8 月初前作结束后用产品名碍的有效技术措施之一其中有关水稻草 7

吴根良等不同前作对设施草莓土壤环境动态变化和经济效益的影响 4 土传病害也因此日趋严重严重影响草莓的产量和品质轮作尤其是水旱轮作是克服连作障 5 6 233 棚揭开大棚膜其他大棚不揭膜都按常规进行水肥农药的管理 8 月初前作结束后用产品名碍的有效技术措施之一其中有关水稻草 7 24( 2) : 232 237 浙江农业学报 Acta Agriculturae Zhejiangensis 2012 http: / / www zjnyxb cn 2012 24( 2) : 吴根良忻雅童建新等不同前作对设施草莓土壤环境动态变化和经济效益的影响 J 浙江农业学报 232 237 不同前作对设施草莓土壤环境动态变化和经济效益的影响 1 吴根良忻 ( 1 1 * 雅童建新1