全 文 ：植物生态学报 2008, 32 (4) 891~899
Journal of Plant Ecology (Chinese Version)

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收稿日期: 2007-08-21 接受日期: 2008-03-21
基金项目: 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(2007-37)、国家自然科学基金(30471012)、国家基础研究重大项目(973)前期研究专项
(2001CCB00800 和 2003CCB00300)和中国农科院杰出人才基金项目
本文在农业部植物营养与养分循环重点实验室完成
* 通讯作者 Author for correspondence E-mail: bqzhao@163.com
长期不同施肥制度下几种土壤微生物学特征变化
李 娟1 赵秉强1* 李秀英1 姜瑞波1 SO Hwat Bing2
(1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081)
(2 School of Land and Food Sciences, The University of Queensland, Brisbane Qld 4072, Australia)
摘 要 为阐明土壤微生物对土壤健康的生物指示功能, 以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验
为平台, 应用BIOLOG ECO微平板培养法与常规分析法研究了长期施肥15年后不同施肥制度对土壤微生物生物
量、活性、群落代谢功能多样性及土壤肥力的影响。研究结果表明, 与对照(CK)相比, 长期化肥与有机肥配施土
壤中土壤有机质(SOM)、全氮(STN)、全磷(STP)含量升高, 土壤C/N与pH值降低, 土壤微生物量碳(Soil microbial
biomass carbon, SMBC)、生物微生物量氮(Soil microbial biomass nitrogen, SMBN)、微生物商(qMB)及脲酶(Urease)
活性升高, BIOLOG ECO微平板平均颜色变化率(Average well color development, AWCD)、土壤微生物代谢功能多
样性指数变化不明显。和长期单施化肥处理(NPK)相比, 长期化肥与有机肥配施处理中上述几种微生物学特征
(SMBC、SMBN、qMB、Urease及AWCD、代谢功能多样性指数)均呈极显著增加。NPK处理与CK相比虽然SOM、
STN、STP含量稍有升高, 土壤C/N与pH值降低, SMBC、SMBN、qMB及Urease活性增高, 但是AWCD、土壤微生
物代谢功能多样性指数却显著下降。过氧化氢酶活性(Catalase)在各处理土壤中的差异不显著。土壤微生物碳源利
用的主成分分析表明, 长期不同施肥各处理在土壤微生物利用碳源的种类和能力上有差异。此试验说明, 土壤微
生物受农业管理措施和多种环境因素的影响, 土壤微生物学特征可作为土壤质量的敏感指标, 为提高作物产量、
增强肥力提供理论参考。
关键词 长期施肥 土壤微生物学特征 BIOLOG
CHANGES OF SOIL MICROBIAL PROPERTIES AFFECTED BY DIFFERENT
LONG-TERM FERTILIZATION REGIMES
LI Juan1, ZHAO Bing-Qiang1*, LI Xiu-Ying1, JIANG Rui-Bo1, and SO Hwat Bing2
1Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China, and 2School of Land and
Food Sciences, The University of Queensland, Brisbane Qld 4072, Australia
Abstract Aims Soil health is important for sustainable development of terrestrial ecosystems. We
studied soil microbial properties such as microbial biomass, functional diversity of microbial
communities and soil enzyme activities in order to illustrate the function of soil microbial properties as
bio-indicators of soil health.
Methods A 15-year fertilizer experiment on Fluvo-aquic soil in Changping County, Beijing, China,
was established in a wheat-maize rotation in 1991 to explore long-term impact of four different
fertilization regimes: no fertilizer (CK), mineral fertilizers (NPK), mineral fertilizers plus swine manure
(NPKM) and mineral fertilizers with maize straw incorporated (NPKS). We used BIOLOG ECO
micro-plate analysis to study the functional diversity of microbial communities.
Important findings Long-term fertilization regimes had clear effects on soil microbial properties
compared to CK. Soil microbial biomass C & N, urease activity, soil organic matter, soil total nitrogen,
and soil total phosphorus increased more with NPKM and NPKS than with NPK and CK. The
utilization ability of microbial communities for carbon and functional diversity of microbial
communities increased to some extent with NPKM and NPKS, but had no significant differences with
CK. NPKM and NPKS could significantly decrease soil pH and C/N. The utilization ability of microbial

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communities for carbon and the functional diversity of microbial communities under CK were much
higher than those under NPK since the other soil microbial properties were higher under NPK treatment.
Catalase activity had no obvious differences among the four treatments. Principal component analysis of
carbon utilization for soil microbial communities indicated there were different carbon substrate
utilization patterns among the fertilization treatments.
Key words long-term fertilizer experiment, soil microbial properties, BIOLOG
DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.018
土壤微生物是土壤生态系统的重要组分之
一, 几乎所有的土壤过程都直接或间接地与土壤
微生物有关(周丽霞和丁明懋, 2007)。研究表明,
许多微生物活性指标如土壤微生物量、酶活性和
微生物群落结构与功能多样性的变化能敏感地反
映出土壤质量和健康状况, 是土壤环境质量评价
不可缺少的重要生物学指标。土壤微生物量在土
壤物质和能量转换中起着极为重要的作用, 它不
仅能代表参与调控土壤中能量和养分循环以及有
机质转化的对应微生物数量, 而且能够反映出人
为因素或其它干扰引起的土壤性质变化, 对土壤
环境的改变极为敏感(张电学等, 2005)。土壤酶主
要来自微生物, 它与微生物的丰富程度和活性密
切相关, 土壤酶活性可用来表征因农业措施而导
致的土壤性质的早期变化。尽管在不同土壤类型
条件下土壤酶活性与土壤质量之间的关系还没有
明确, 但土壤中许多酶与微生物呼吸、微生物种
类及数量、有机碳含量之间存在相关关系。国内
外一些学者也认为, 土壤酶活性可以表征土壤生
物活性高低, 用它作为土壤质量改变的早期预测
指标是可行的 (张逸飞等 , 2006; Lalande et al.,
1998)。近年来一些研究还发现, 微生物群落结构
和功能多样性可很好地描述土壤质量 (Kennedy
＆ Smith, 1995), 有关利用碳素的微平板测定方
法(BIOLOG)是一种较为先进的研究土壤微生物
群落功能多样性的方法, 该方法已广泛应用于分
析不同体系、不同栽培作物和重金属污染等条件
下微生物群落功能多样性的研究 (Garland ＆
Mills, 1991)。
施肥是影响土壤质量变化的最为重要的农
业措施之一, 过去人们对施肥对土壤物理、化学
性质及其环境效应的影响做了大量研究(Belay et
al., 2002)。近20年来, 土壤质量的生物学特性在
土壤肥力与质量中作用的研究得到不断加强。本
试验以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长
期肥料试验为平台, 研究了在长期不同施肥制度
下土壤微生物量、微生物群落代谢功能多样性及
土壤酶活性等几种土壤微生物生物学特征的变
化, 旨在探索施肥和土壤生物学指标之间的内在
联系, 为建立合理施肥制度、提高土壤质量和实
现土壤可持续利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况与试验设计
本研究在国家褐潮土肥力与肥料效益长期监
测基地的长期肥料试验中进行。监测基地位于北
京市昌平区, 40°13′ N, 116°14′ E, 海拔43.5 m, 年
平均温度11 ℃, ≥10 ℃积温4 500 ℃, 年降雨量
600 mm, 年蒸发量1 065 mm, 无霜期210 d, 灾害
性天气主要是春旱和夏季暴雨。
长期肥料定位试验始于1991年, 至今仍在进
行之中 , 种植制度为冬小麦(Triticum aestivum)-
夏玉米(Zea mays)。土壤母质为黄土性物质, 属褐
潮土。试验开始时耕层(0～20 cm)土壤理化性质
为 : 有机质12.9 g·kg–1, 全氮0.482 g·kg–1, 全磷
0.579 g·kg–1, 速效氮6.49 mg·kg–1, 速效磷3.77
mg·kg–1, 缓效钾503.67 mg·kg–1, pH 8.12。试验设
有4个处理: 1)对照(CK), 不施肥; 2)氮磷钾(NPK);
3)氮磷钾+猪厩肥(NPKM); 4)氮磷钾+玉米秸秆还
田(NPKS)。N、P、K分别代表每季作物施N 160
kg·hm–2、P 35 kg·hm–2、K 49.8 kg·hm–2; M为猪厩
肥, 用量为33×103 kg·hm–2; S为玉米秸秆, 用量
为2.17×103 kg·hm–2。N、P、K化肥于播种前一次
性施入, 猪厩肥和秸秆还田一年施用一次, 于小
麦播种前做基肥。氮肥为尿素, 磷肥为过磷酸钙,
钾肥为氯化钾。田间管理按大田丰产要求进行。
每处理4个重复, 随机区组排列, 共16个小区, 小
区面积3 m2 (2.0 m×1.5 m)。
1.2 样品采集及处理
于2006年9月29日玉米收获后采集土壤样品,
每个小区随机取5点0～20 cm耕层土壤, 剔除石
砾和植物残根等杂物 , 混合制样 , 过2 mm筛后 ,

4 期 李 娟等: 长期不同施肥制度下几种土壤微生物学特征变化 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.018 893
捡去可见有机物, 放入4 ℃冰箱内保存, 并立即
对其进行土壤微生物量碳、氮和土壤微生物群落
功能多样性的测定; 部分样品风干后分别过2、1
和0.25 mm筛备用。
1.3 测定方法
1.3.1 土壤微生物量碳、氮测定方法
将新鲜的土壤样品含水量调节至田间含水量
的30％～50％, 25 ℃下密封预培养7～10 d, 以保
持土壤均匀和所得结果的可比性。然后迅速测定
土壤微生物量碳、氮, 或在低温4 ℃下保存。采用
氯仿熏蒸-K2SO4提取法(Vance et al., 1987)测定
土壤微生物量碳、氮, 即称取预处理的湿润土壤
每份20.0 g(烘干基重)放入50 ml烧杯中, 将其置
于底部有少量NaOH、少量水(约200 ml)和去乙醇
氯仿的真空干燥器中 , 抽真空后保持氯仿沸腾
3～5 min; 然后, 将干燥器移置在黑暗条件下25
℃熏蒸土壤24 h, 再次抽真空完全去除土壤中的
氯仿。将熏蒸好的土壤转移到200 ml提取瓶中 ,
加入约80 ml 0.5 mol·L–1 K2SO4提取液(土水比为
1:4), 振荡30 min后过滤。同时做未熏蒸空白和试
剂空白, 每份土壤重复3次。
SMBC用重铬酸钾氧化法测定, 微生物量碳
(BC)=EC/KC, EC表示未熏蒸与熏蒸对照土壤的浸
取有机碳的差值 , KC 为转换系数 , 取值 0.38
(Vance et al., 1987)。
SMBN 用凯氏定氮法测定 , 微生物量氮
(BN)=EN/KN, EN为熏蒸与未熏蒸对照土壤矿质态
氮的差值, KN为转换系数, 取值0.45 (Jenkinson,
1988; Brookes et al., 1985)。
1.3.2 土壤酶测定方法
土壤过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法、脲
酶活性用靛酚蓝比色法测定(关松荫, 1986)。过氧
化氢酶活性以20 min后每克干土消耗0.02 mol·L-1
高锰酸钾毫升数表示, 脲酶活性以1 d后每百克干
土NH3-N的毫克数表示。
1.3.3 土壤基本化学性状测定
采用常规分析法测定(中国科学院南京土壤
研究所, 1981)。其中, 土壤pH值用pH计测定; 有
机质用重铬酸钾容量法(外加热法)测定; 全氮用
半微量凯氏法; 全磷用高氯酸-硫酸-钼锑抗比色
法。
1.3.4 土壤微生物群落代谢功能多样性测定
微生物群落功能多样性参照杨永华等(2000)
的方法, 采用BIOLOG ECO测定。每一BIOLOG
ECO板内有96个小孔, 1个空白对照和31种碳源为
1个系列, 每个测试板内有3个系列。根据微生物
利用碳源引起指示剂的变化检测和判断不同的微
生物群落结构, 其主要步骤为: 称取10 g新鲜土
样加入装有100 ml灭菌生理盐水的三角瓶中。200
r·min–1振荡20 min, 梯度稀释法稀释到10–3浓度。
通过8通道加样器将10–3稀释液接种到BIOLOG微
平板上, 接种量150 μl, 28 ℃下恒温培养7 d, 每
隔24 h用BIOLOG自动读板仪在590 nm下读数。
上述操作均在无菌条件下进行。
1.4 数据处理
土壤微生物活性测定结果以烘干土重为基础
(105 ℃, 24 h)。微生物对碳源的利用采用微平板
每 孔 颜 色 平 均 变 化 率 (Average well color
development, AWCD) 描 述 , 应 用 Shannon 、
Simpson和McIntosh这3个多样性指数计算土壤微
生物碳源利用的多样性, 公式参考Zak (1994)的
方法。数据经Excel 2003整理后, 采用DPS V2.00
统 计 分 析 软 件 进 行 单 因 素 方 差 (One-Way
ANOVA) 分析 , 不同处理之间多重比较采用
Duncan 新复极差方法 , 然后经过t检验(p<0.05);
主成分分析用SPSS11.5统计软件完成 ; 绘图由
Excel 2003完成。
2 结果与分析
2.1 长期不同施肥制度下土壤主要肥力因素的
变化
施肥可以显著提高土壤有机质、全氮和全磷
含量, 同时还可以降低土壤C/N与pH值, 其中长
期化肥与猪厩肥配施(NPKM)处理中土壤有机质
(SOM)、全氮(STN)和全磷(STP)含量在各施肥处
理中最高, 与CK相比, SOM、STN和STP含量分别
增加108.65%、181.36%和326.79%(表1)。长期单
施NPK处理虽然可以提高各养分的含量 , 但在3
种长期施肥(NPKM、NPKS和NPK)处理中, 其各
养分含量最低, 并且其土壤C/N与pH值较高。
2.2 长期不同施肥制度对土壤微生物量碳、氮影
响
土壤微生物量的高低反映了土壤同化和矿化
能力的大小, 是土壤生态系统肥力的重要生物学
指标(吴金水等, 2006)。从表2可以看出, 各施肥处
理SMBC、SMBN含量趋势大体一致, 均以CK处

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理为最低, NPKM处理中最高, 其顺序为: NPKM
＞NPKS＞NPK＞CK, 长期不同施肥处理中土壤
微生物量碳、氮含量变幅很大 , 微生物量碳为
119.86～349.38 mg·kg–1, 微生物量氮为34.30～
109.12 mg·kg – 1。长期NPKM和长期NPKS处理均
有利于提高SMBC、SMBN, 这与前人研究结果相
符(Dick, 1992; 俞慎等, 1999)。
土壤微生物量碳占土壤有机碳含量的百分比
(SMBC/SOC) 称为微生物商 (qMB)( 刘满强等 ,
2003; 王效举和龚子同, 1994), 一般土壤中的微
生物商值为 1 ％～ 4 ％ (Anderson ＆ Domsch,
1989)。qMB的变化比土壤有机碳和微生物量碳更
稳定, 表现出更平滑的变化趋势(Sparling, 1992),
Powlson(1994)也指出qMB可作为土壤质量提高
或降低的早期警示指标。由表2可以看出, 所有不
同处理中土壤qMB范围介于1.11%～2.64%之间。
长期各施肥处理(NPKM、NPKS、NPK)的qMB显
著高于CK, 长期有机无机肥料配施处理(NPKM、
NPKS)的 qMB明显高于长期单施化肥的处理
(NPK)。


表1 长期不同施肥制度下土壤主要肥力因素的变化
Table 1 Changes in soil major factors under different long-term fertilization regimes
处理
Treatments
有机质 SOM
(g·kg–1)
全N STN
(g·kg–1)
全P STP
(g·kg–1)
C/N
(SOC/STN)
pH
CK 12.71±0.90c 0.59±0.06d 0.56±0.03c 12.08±0.58a 8.27±0.04a
NPK 16.41±0.51b 0.78±0.08c 0.83±0.09b 12.17±0.28a 8.10±0.05b
NPKM 26.52±0.49a 1.66±0.15a 2.39±0.21a 8.45±0.17b 7.57±0.06c
NPKS 16.72±0.38b 0.91±0.06b 0.87±0.10b 9.75±0.13b 8.06±0.07b
均值±标准偏差 Mean ± SD 同一列中不同字母表示差异显著 Different letters in the same vertical row show the significantly
difference at p<0.05 CK: 对照 Control NPK: 氮磷钾 Nitrogen, phosphorous and potassium NPKM: 氮磷钾+猪厩肥 NPK plus
swine manure NPKS: 氮磷钾+玉米秸秆 NPK plus maize straw


表2 长期不同施肥制度对土壤微生物量碳、氮的影响
Table 2 Effects of different long-term fertilization regimes on SMBC and SMBN
处理
Treatments
SMBC
(mg·kg–1)
SMBN
(mg·kg–1)
qMB (SMBC/SOC)
(%)
SMBC/SMBN
CK 119.86±41.94d 34.30±3.54d 1.11±0.00c 4.52±0.13a
NPK 187.23±26.41c 49.06±2.65c 1.66±0.00b 4.08±0.16b
NPKM 349.38±52.36a 109.12±19.05a 2.45±0.00a 3.23±0.36d
NPKS 278.97±33.67b 76.57±9.93b 2.64±0.00a 3.65±0.13c
表注同表1 Notes See Table 1 SMBC: 土壤微生物量碳 Soil microbial biomass carbon SMBN: 土壤微生物量氮 Soil microbial
biomass nitrogen qMB: 微生物商 The ratio of soil microbial biomass carbon to soil organic carbon


土壤微生物量碳氮比(SMBC/SMBN)可反映
微 生 物 群 落 结 构 信 息 , 表 2 显 示 , CK 的
SMBC/SMBN值最高, 其次是NPK处理, NPKM处
理 中 SMBC/SMBN 值 最 低 , 且 4 个 处 理 中 的
SMBC/SMBN值均达到了显著差异, 说明长期施
肥使土壤微生物种群结构发生了明显变化。
2.3 长期不同施肥制度对土壤酶活性的影响
脲酶是一种酰胺酶, 直接参与尿素形态转化,
能酶促有机质分子中肽键的水解, 其活性通常与
微生物数量、土壤有机质、全氮和速效氮相关。
分析表明, 与CK相比, 长期合理施肥能够提高脲
酶的活性 , 其中长期NPKM处理脲酶活性最高 ,
其次为NPKS处理, 说明增施外源的有机物质(厩
肥、秸秆)有利于提高土壤的脲酶的活性(图1)。
过氧化氢广泛存在于植物体和土壤中, 它是
由生物呼吸过程和有机物的生物化学氧化反应产
生的, 对生物和土壤均具有毒害作用。土壤中真
菌、细菌和植物根都能够分泌过氧化氢酶, 将过
氧化氢分解为水和氧, 从而解除过氧化氢的毒害
(王冬梅等, 2006)。过氧化氢酶是参与土壤中物质
和能量转化的一种重要氧化还原酶, 在一定程度
上可以表征土壤生物氧化过程的强弱(陈华癸和
攀庆笙, 1980)。图2显示, 4个处理之间的过氧化氢
酶活性差异不显著。这与有关资料认为过氧化氢

4 期 李 娟等: 长期不同施肥制度下几种土壤微生物学特征变化 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.018 895
酶活性在施肥处理间差异较小相似 (袁玲等 ,
1997)。
2.4 长期不同施肥制度下土壤微生物的代谢功
能分析
2.4.1 长期不同施肥制度下土壤微生物对不同碳
源的利用情况
土壤微生物接种到BIOLOG ECO微平板后 ,
微生物利用微平板中的碳源而使显色剂变色, 并
且随碳源消耗量的增加而颜色加深, 从而可以根
据光密度值(OD)来判断微生物对碳源的利用程
度。AWCD反映了微生物对不同碳源代谢的总体
情况及微生物活性(Choi ＆ Dobbs, 1999)。



图1 长期不同施肥制度对土壤脲酶的影响
Fig. 1 Effects of long-term different fertilization regimes on soil
urease activity
CK、NPK、NPKM、NPKS: 见表1 See Table 1




图2 长期不同施肥制度对土壤过氧化氢酶的影响
Fig. 2 Effects of long-term different fertilization regimes on soil
catalase activity
CK、NPK、NPKM、NPKS: 见表1 See Table 1


连续1周每隔24 h BIOLOG ECO的AWCD值
表明4个处理中其AWCD值都随时间的延长而升
高, 各处理土壤微生物群落反应速度和最终能达
到的程度有所不同(图3)。NPKM处理中土壤微生
物利用碳源能力及微生物活性最高 , 其次是
NPKS处理, 其AWCD值都高于CK, 但它们与CK
之间的差别不明显。NPK处理下的AWCD值明显
低于CK, 说明长期单施化肥降低了土壤微生物
利用碳源的能力及其活性。
2.4.2 长期不同施肥制度下土壤微生物代谢功能
多样性分析
利用各个碳源吸收值通过Shannon、Simpson
和McIntosh多样性指数模型计算可以获得碳源利
用多样性指数(杨永华等, 2000)。采用反应72 h的
数据用于微生物代谢特征的分析。其中在计算
Simpson指数时, 数据扩大了1 000倍以防止出现
负数。不同碳源利用多样性指数计算数据见表3。



图3 长期不同施肥处理平均颜色变化率(AWCD)变化
Fig. 3 Variations of awerage well color development (AWCD)
for long-term different fertilization treatments
此数据为3次重复的平均值 The values are means of 3
repeated measurements of each theatment CK、NPK、NPKM、
NPKS: 见表1 See Table 1



不同的碳源利用多样性指数实际反映了土壤
微生物多样性的不同侧面。Magurran(1988)指出
Shannon指数受群落物种微生物的丰富度影响较
大, Simpson指数则较多反映了微生物群落中最常
见的物种, Atlas(1984)指出McIntoish指数则是微
生物群落物种均一性的度量。3种多样性指数的变
化趋势基本一致 , 依次为 : NPKM>NPKS>CK>
NPK, 说明这3个多样性指数能较真实地反映长
期施肥对土壤微生物群落多样性的影响。长期有
机无机配施(NPKM、NPKS)与CK相比, 土壤微生
物群落的丰富度指数、群落中最常见种的优势度
指数及物种均一度指数均有所升高, 但没有达到
显著水平, 长期单施化肥却明显降低了土壤微生
物的功能多样性指数。

896 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
2.4.3 长期不同施肥制度下土壤微生物利用碳源
的主成分分析
BIOLOG ECO微平板中含有31种碳源, 根据
碳源官能团将这 31种碳源分为 6大类 (Insam,
1997), 以研究不同处理土壤微生物群落代谢功
能的差异。6大类31种碳源的测定结果形成了描述
微生物群落代谢特征的多元向量 , 不易直观比
较。通过主成分分析(Principal component analysis,
PCA)可以将不同样本的多元向量变换为互不相
关的主元向量(PC1和PC2是主元向量的分量), 在
降维后的主元向量空间中可以用点的位置直观地
反映出不同微生物群落的代谢特征 (马艳等 ,
2006)。
在6大类碳源中提取出两个主成分因子 , 分
别可以解释所用变量方差的54.80％和21.98％。从
初始因子载荷矩阵表(表4)中可知碳水化合物类、
聚合物类、羧酸类、氨基酸类和酚类在第一主成
分(PC1)上有较高载荷 , 说明第一主成分基本反
映了这些指标的信息 ; 胺类在第二主成分(PC2)
上有较高载荷, 说明第二主成分基本反映了胺类
指标的信息。


表3 长期不同施肥制度下土壤微生物代谢功能多样性指数
Table 3 Functional diversity index of soil microbial communities under long-term different fertilization regimes
处理
Treatments
Shannon指数
Shannon-Wiener index
Simpson指数
Simpson’s diversity index
McIntosh指数
McIntosh index
CK 3.16±0.06a 32.99±0.53b 8.83±0.29a
NPK 2.79±0.03b 28.74±1.66c 6.20±1.04b
NPKM 3.22±0.01a 57.49±2.62a 9.61±0.27a
NPKS 3.20±0.02a 35.69±0.53b 8.90±0.49a
表注同表1 Notes see Table 1


表4 初始因子荷载矩阵
Table 4 Component Matrix1)
Component
1 2
碳水化合物类 Carbohydrates 0.968
聚合物类 Polymers 0.949
羧酸类 Carboxylic acids 0.897 -0.102
氨基酸类 Amino acids 0.721 0.336
酚类 Phenolic compounds 0.310 -0.803
胺类 Amines/amides 0.176 0.740
方法: 主成分分析 Extraction method: Principal component
analysis 1): 抽取出两个主成分 2 components extracted


BIOLOG的主成分分析显示了微生物群落对
不同处理下碳源利用的响应, 是反映土壤微生物
群落结构特征的有效手段。Garland和Mills (1991)
认为各样本在空间上位置的不同是和微生物利用
碳底物的利用能力相关联的。具体而言, 各样本
在PC空间不同PC轴坐标的差异是与对聚集在该
PC轴上碳源的利用能力相联系的。从图4可以看
出, NPKM、NPKS、CK处理与NPK处理之间有明
显的空间分异, NPKM、NPKS、CK处理所对应的
投影点均分布于PC2轴的正端, 说明它们中的土
壤微生物主要利用PC2轴所荷载的碳源 (胺类 ),
NPK处理所对应的投影点分布于PC2轴的负端 ,
说明NPK处理中的土壤微生物利用胺类碳源的能
力远远低于CK。NPKM、NPKS、CK处理所对应
的投影点空间有所分离, 但距离较近。




图4 长期不同施肥制度下土壤微生物碳源利用特性的主成分
分析
Fig. 4 PCA analysis of carbon utilization for soil microbial
communities under different long-term fertilization regimes
CK、NPK、NPKM、NPKS: 见表1 See Table 1

3 讨 论
3.1 长期施肥对土壤微生物量及土壤肥力的影
响
孙瑞莲等(2004)发现 , 化肥与有机肥长期配

4 期 李 娟等: 长期不同施肥制度下几种土壤微生物学特征变化 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.018 897
合施用能明显提高土壤有机质和氮磷钾养分含
量, 促进微生物的代谢和繁育, 增加土壤微生物
的数量, 这种施肥方式可以为作物稳产高产创造
良好的土壤生态环境。朱海平等(2003)研究也发
现, 不同培肥管理措施在影响土壤有机质和养分
含量的同时, 亦改变了土壤微生物生态特征, 施
肥能显著增加土壤微生物生物量和基础呼吸量 ,
其中施用猪厩肥影响较大, 化肥区影响较小。本
试验结果同样证明, 在褐潮土农田土壤中长期施
肥能不同程度增加土壤微生物生物量和土壤养分
含量, 而有机物与化肥长期配施调节了土壤C/N,
能提供更适应微生物生活的环境, 化肥与猪厩肥
长期配施效果最佳。
3.2 长期施肥对土壤酶的影响
土壤酶主要来自于土壤微生物代谢过程, 此
外也能由土壤动物、植物产生残体分解。土壤中
一切生化反应都是在土壤酶的参与下完成的, 土
壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化
反应强度(Mersi ＆ Schinner, 1991), 土壤酶的活
性是土壤生物活性和土壤肥力的重要指标(陈恩
凤, 1979)。长期施肥对土壤酶活性产生不同的影
响, 其主要原因可能是长期的不同施肥制度导致
土壤微生物量、区系组成以及代谢过程改变, 从
而使得主要由土壤微生物产生的土壤酶的数量和
活性发生变化。脲酶活性高低在一定程度上反应
了土壤供氮水平状况(孙瑞莲等, 2003), 长期合理
施肥能够提高脲酶的活性, 长期有机无机肥料配
施的土壤脲酶活性高于长期单施化肥的。长期不
同施肥处理过氧化氢酶差异不明显, 有文献报道,
过氧化氢酶不能表征肥料对于土壤肥力的影响 ,
可能是由于过氧化氢酶的辅基遭到了肥料中阴离
子的封阻(周礼恺, 1987)。总之, 土壤酶对因环境
或管理因素引起的变化较敏感, 具有时效性, 土
壤酶活性的高低可以反映土壤养分(尤其是氮、
磷)转化的强弱(孙瑞莲等, 2003)。
3.3 长期施肥对土壤微生物代谢功能多样性影
响
微生物群落在土壤中处在一个动态平衡过程
中, 影响土壤的理化因子都会干扰土壤微生物群
落的平衡从而影响土壤微生物的活性及其生态功
能, 进而影响土壤肥力、土壤环境质量及健康。
对于施用有机物料来说, Dick (1992)的研究表明
施厩肥和绿肥等有机肥有利于维持土壤微生物的
多样性及活性(钟文辉和蔡祖聪, 2004)。Workneh
和van Bruggen(1994)发现, 同常规农业的土壤相
比, 有机农业土壤具有较高的微生物活性。本试
验通过BIOLOG ECO微平板培养法研究显示长期
不同施肥制度下土壤微生物群落中的物种丰富
度、最常见的物种优势度和物种均一度及微生物
利用碳源能力、利用碳源的种类均有变化, 其中
长期化肥配施猪厩肥处理土壤微生物群落功能多
样性指数增加最多, 其次是长期化肥配施玉米秸
处理, 但与CK相比差异不明显; 这表明, 长期有
机无机配施虽然改善了土壤微生物量、土壤酶等
生物学性状, 但是土壤微生物功能多样性不一定
随之发生明显变化。正如姚槐应和黄昌勇(2006)
指出 , 土地利用方式虽然影响微生物的多样性 ,
但微生物多样性与土壤肥力的化学指标及微生物
生物量之间的关系并不密切。本试验还显示长期
单施化肥的处理土壤微生物群落功能多样性指数
及利用碳源能力较CK均明显降低。李忠佩等
(2007)分析中国亚热带丘陵地区稻田转变为菜地
利用后, 化肥施用量过高导致养分特别是速效磷
的过量积累影响了微生物活动从而使微生物活性
降低。当然, 不同气候、土壤条件下, 不同土地利
用方式之间的差异很明显, 导致本试验结果的个
中原因还有待进一步去分析验证。
4 结 论
由于物质循环及分解过程不同, 长期不同施
肥制度农田土壤生物学性状和肥力水平显著不
同。长期施肥改善了土壤有机碳和养分含量, 土
壤微生物生物量和脲酶活性也有所提高。长期有
机无机配施在改善土壤化学性状的同时, 土壤微
生物代谢功能多样性指数及利用碳源的能力也有
一定程度的提高, 是保持和提高土壤质量的一种
可持续的土地利用方式。但若长期单独施用化肥,
将有可能造成土壤生物性状和生化功能衰减, 导
致土壤生物质量退化。因此, 应当高度重视集约
农业利用下的施肥管理, 寻求一种能够保持生态
系统健康状态的、环境友好的施肥制度, 达到农
业生产活动与土壤生态系统和环境间的合理平
衡。
参 考 文 献
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责任编委: 高玉葆 责任编辑: 张丽赫 刘丽娟