全 文 ：长期施肥对红壤微生物生物量碳氮和
微生物碳源利用的影响*
孙凤霞1,2 摇 张伟华1 摇 徐明岗2**摇 张文菊2 摇 李兆强2 摇 张敬业2
( 1 内蒙古农业大学生态环境学院, 呼和浩特 010019; 2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业部作物营养与施肥
重点开放实验室, 北京 100081)
摘摇 要摇 采集湖南省祁阳县红壤长期定位施肥 19 年的土壤样品,分析长期不同施肥红壤的
微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率,以揭示长期施肥对红壤微生物学性状的影响.结果
表明:施肥 19 年后,有机肥单施或与化肥配合施用均显著提高土壤微生物生物量碳、氮和微
生物碳源利用率.单施有机肥的土壤微生物生物量碳、氮含量分别为 231 和 81 mg·kg-1,化肥
有机肥配施分别为 148 和 73 mg·kg-1,均显著高于化肥配施秸秆、不施肥和单施化肥;施用有
机肥和化肥配施秸秆的土壤微生物生物量氮占全氮的比例平均为 6郾 0% ,显著高于单施化肥
和不施肥. Biolog鄄ECO分析中,平均吸光值(AWCD)的大小为:化肥有机肥配施、单施有机肥>
对照>单施化肥、化肥配施秸秆.单施有机肥或与化肥有机肥配施增加了红壤微生物对碳水化
合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类的碳源利用率;化肥配施有机肥的红壤微生物对聚合
物类碳源利用率最高,化肥配施秸秆的红壤微生物对碳水化合物类碳源的利用率最高.表明
施用有机肥能显著提高红壤的微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率,提高红壤肥力,保持
作物高产.
关键词摇 长期施肥摇 微生物生物量碳摇 微生物生物量氮摇 微生物碳源利用率摇 红壤
*国家自然科学基金项目(40901141,40871148)、国家“十一五冶科技支撑计划重点项目(2006BAD05B09,2006BAD02A14)和中央级公益性科
研院所基本科研业务费专项资金(2009鄄17)资助.
**通讯作者. E鄄mail: mgxu@ caas. ac. cn
2010鄄04鄄06 收稿,2010鄄08鄄19 接受.
文章编号摇 1001-9332(2010)11-2792-07摇 中图分类号摇 S145. 2摇 文献标识码摇 A
Effects of long鄄term fertilization on microbial biomass carbon and nitrogen and on carbon
source utilization of microbes in a red soil. SUN Feng鄄xia1,2, ZHANG Wei鄄hua1, XU Ming鄄
gang2, ZHANG Wen鄄ju2, LI Zhao鄄qiang2, ZHANG Jing鄄ye2 ( 1Colloge of Ecology and Environmen鄄
tal Science, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019, China; 2Ministry of Agriculture
Key Laboratory of Crop Nutrition and Fertilization, Institute of Agricultural Resources and Regional
Planning, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,
2010,21(11): 2792-2798.
Abstract: In order to explore the effects of long鄄term fertilization on the microbiological characters
of red soil, soil samples were collected from a 19鄄year long鄄term experimental field in Qiyang of Hu鄄
nan, with their microbial biomass carbon (MBC) and nitrogen (MBN) and microbial utilization
ratio of carbon sources analyzed. The results showed that after 19鄄year fertilization, the soil MBC
and MBN under the application of organic manure and of organic manure plus inorganic fertilizers
were 231 and 81 mg·kg-1 soil, and 148 and 73 mg·kg-1 soil, respectively, being significantly
higher than those under non鄄fertilization, inorganic fertilization, and inorganic fertilization plus
straw incorporation. The ratio of soil MBN to total N under the application of organic manure and of
organic manure plus inorganic fertilizers was averagely 6. 0% , significantly higher than that under
non鄄fertilization and inorganic fertilization. Biolog鄄ECO analysis showed that the average well color
development (AWCD) value was in the order of applying organic manure plus inorganic fertilizers
抑applying organic manure > non鄄fertilization > inorganic fertilization 抑 inorganic fertilization plus
straw incorporation. Under the application of organic manure or of organic manure plus inorganic
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 11 月摇 第 21 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2010,21(11): 2792-2798
fertilizers, the microbial utilization rate of carbon sources, including carbohydrates, carboxylic
acids, amino acids, polymers, phenols, and amines increased; while under inorganic fertilization
plus straw incorporation, the utilization rate of polymers was the highest, and that of carbohydrates
was the lowest. Our results suggested that long鄄term application of organic manure could increase
the red soil MBC, MBN, and microbial utilization rate of carbon sources, improve soil fertility, and
maintain a better crop productivity.
Key words: long鄄term fertilization; soil microbial biomass carbon; soil microbial biomass nitrogen;
microbial utilization rate of carbon source; red soil.
摇 摇 红壤长期施肥试验具有时间的长期性和气候的
重复性等特点,对研究红壤可持续发展具有重要意
义.以往的红壤长期定位试验研究中,许多学者侧重
以红壤的理化特性作为肥力指标,对红壤生物学特
性的研究相对较少.随着现代生物学的发展,土壤微
生物在土壤肥力中的重要功能已得到深入研究,并
利用微生物参数来评估土壤的健康和质量[1-2] . 这
些参数主要包括土壤微生物生物量碳、氮和微生物
碳源利用率等[3-4] .土壤微生物蕴涵的碳、氮是土壤
活性养分的储存库,其比值能很好地反映微生物群
落结构信息[5] .土壤微生物碳源利用率能反映生态
系统受干扰后的细小变化,是土壤生物肥力的重要
指标,对土壤管理有重要的指示作用.研究不同施肥
下红壤微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用率,对
阐明土壤碳氮转化、评价土壤肥力、建立持续生产的
施肥模式等均具有重要意义.
测定土壤微生物碳源利用率的方法较多,新近发
展起来的 Biolog 技术被广泛应用,其中 ECO 板可利
用更多有关化合物,适合土壤微生物群落功能多样性
研究[6] .平均吸光值(average well color development,
AWCD)是土壤微生物群落利用单一碳源能力的一个
重要指标,反映了土壤微生物活性、微生物群落生理
功能多样性,被广泛用于评价土壤微生物群落的反应
速度和反应程度[7] .目前,研究者对于单施化肥和秸
秆还田是否能增加土壤微生物生物量碳存在分
歧[8-11],且前人对长期试验红壤微生物生物量碳、氮
的系统研究较少[12-13] .为此,本文在前人对长期施肥
下红壤微生物基础性状研究的基础上[14-17],探讨长
期施肥对红壤微生物生物量碳、氮和微生物碳源利用
率的影响,以期为阐明红壤的生物学特性及建立质量
良好的施肥模式提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
本试验采样于中国农业科学院湖南祁阳红壤实
验站(26毅45忆12义 N,111毅52忆32义 E),年平均气温 18
益,年降雨量 1250 mm,无霜期约 300 d.试验地位于
丘岗中部,为第四纪红土母质发育的耕性红壤. 1990
年开始进行长期肥料试验. 试验开始时土壤的主要
化学性质为:有机碳 6郾 67 g·kg-1,全氮 1郾 07 g·
kg-1,全磷(P2O5 )1郾 03 g·kg-1,碱解氮 79郾 0 mg·
kg-1,速效磷 10郾 8 mg·kg-1,速效钾 122 mg·kg-1,
pH 5郾 7.
1郾 2摇 试验设计
本试验选择 5 个处理,分别为:1)不施肥(CK);
2)化肥配施(NPK);3)常量有机肥(M);4)常量化
肥配施常量有机肥 ( NPKM); 5 ) 化肥配施秸秆
(NPKS).田间小区面积为 196 m2,随机排列,2 次重
复.采用一年二熟轮作方式(小麦鄄玉米),各小区之
间用 100 cm深水泥埂隔开,无灌溉设施,不灌水.在
所有处理中,施用化肥处理的肥料施用量为:年施用
N 300 kg·hm-2, P2O5 120 kg·hm-2,K2O 120 kg·
hm-2,N 颐 P2O5 颐 K2O= 1 颐 0郾 4 颐 0郾 4.施用有机肥的
处理只考虑其中的氮和其他处理相同,不考虑磷、钾
养分,有机肥料为猪粪.秸秆还田处理为每季作物秸
秆的 1 / 2 还田,不考虑其养分(表 1).肥料在整地之
前以基肥的形式一次施入.
1郾 3摇 样品采集与分析
1郾 3郾 1 土样采集摇 于冬小麦成熟期(2009 年 5 月 16
日)采集 0 ~ 20 cm土层土样,每个小区按照 X 法布
点用土钻取 5 钻混合作为一个样品,每个处理选取
3 个样品. 微生物生物量碳、氮每一处理做 6 次平
行,土壤基本理化性质做 3 次平行.田间采集的新鲜
土壤样品于 4 益下冷藏保存.
1郾 3郾 2 土壤微生物生物量碳、氮及土壤基本理化性
质测定摇 土壤微生物生物量的测定采用氯仿熏蒸培
养法[18] .微生物生物量碳采用 multi N / C 3100 分析
仪测定,微生物生物量氮采用 FOSS 800鄄810鄄3363 分
析仪测定.土壤基本理化性质采用鲁如坤[19]的方法
测定:土壤 pH值采用 pH计测定,水土比为 2郾 5 颐 1;
土壤总有机碳采用常规 K2Cr2O7 氧化法,全氮用半
微量凯氏法.
397211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙凤霞等: 长期施肥对红壤微生物生物量碳氮和微生物碳源利用的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 不同施肥处理的肥料用量
Tab. 1摇 Fertilizer application rate in different treatments (kg·hm-2)
处理
Treat鄄
ment
玉米 Maize
尿素
Urea
过磷酸钙
Super phosphate
KCl 有机肥
Manure
小麦 Wheat
尿素
Urea
过磷酸钙
Super phosphate
KCl 有机肥
Manure
CK 0 0 0 0 0 0 0 0
NPK 455郾 7 699郾 3 140 0 195郾 3 299郾 7 60 0
M 0 0 0 42000 0 0 0 18000
NPKM 136郾 5 699郾 3 140 29190 58郾 5 299郾 7 60 12510
NPKS 455郾 7 699郾 3 140 秸秆还田Straw return 195郾 3 299郾 7 60
秸秆还田
Straw return
1郾 3郾 3 土壤微生物碳源利用率测定摇 采用 Biolog 方
法测定土壤微生物碳源利用率,选择 Biolog鄄ECO 生
态板,每个生态板含有 31 种碳源,分别为:D鄄纤维二
糖、琢鄄D鄄乳糖、茁鄄甲基鄄D鄄葡萄糖苷、D鄄木糖 /戊醛糖、
i鄄赤藓糖醇、D鄄甘露醇、N鄄乙酰鄄D 葡萄糖氨、1鄄磷酸
葡萄糖、D鄄半乳糖酸 酌鄄内酯、D,L鄄琢鄄磷酸甘油、D鄄葡
糖胺酸、丙酮酸甲酯、D鄄半乳糖醛酸、酌鄄羟丁酸、衣康
酸、琢鄄丁酮酸、D鄄苹果酸、L鄄精氨酸、L鄄天门冬酰胺、
L鄄苯丙氨酸、L鄄丝氨酸、L鄄苏氨酸、甘氨酰鄄L鄄谷氨酸、
吐温 40、吐温 80、琢鄄环式糊精、肝糖、2鄄羟基苯甲酸、
4鄄羟基苯甲酸、苯乙胺、腐胺.试验主要操作步骤:土
壤鲜样在 25 益培养 7 d以活化微生物,称取相当于
20 g 干土的鲜样放入 500 ml 无菌容量瓶中,加入
0郾 145 mol·L-1无菌 NaCl 溶液 100 ml,在 200 r·
min-1的旋转式摇床上振荡 40 min,制成土壤菌悬原
液.将土壤菌悬原液进行连续 2 次 10 倍稀释,静置
5 min后,用 GP标准浊度管校正浊度计,在 GP / GN
接种液中滴加菌悬液,调节接种液浊度为 63% . 向
ECO板的各孔中加入 150 滋l的稀释液,每个土样重
复 3 次,将接种好的微孔板放入恒温气候箱中在 25
益下培养. 每隔 24 h 用 Biolog 比色读数器在波长
590 nm下对其吸光值进行测定,培养时间为 7 d[6] .
1郾 4摇 数据处理与计算
采用 Excel和 SPSS 软件进行统计检验和相关
性分析,不同施肥处理之间差异显著性检验采用邓
肯法(P<0郾 05).
土壤微生物碳源利用率平均吸光值(AWCD)计
算公式[21]:
AWCD =移(Ai - Ai1) / 31
土壤微生物群落对 6 类碳源利用率的平均吸光
值计算公式:
AWCD忆 =移(Ai - Ai1) / n
式中:Ai为第 i孔的相对吸光度;Ai1为A1孔的相对吸
光度;n为所选择的碳源总数.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 长期施肥对红壤微生物生物量碳(MBC)、氮
(MBN)的影响
施肥 19 年,不同处理小麦成熟期的红壤微生物
生物量碳存在显著差异(图 1). 单施有机肥处理红
壤微生物生物量碳含量最高,为 231 mg·kg-1,比对
照提高了 52% .化肥有机肥配施处理的土壤微生物
生物量碳含量为 148 mg·kg-1,比对照提高了 25% .
单施化肥处理的土壤微生物生物量碳最低,为 89
mg·kg-1,比对照降低了 4% .各处理微生物生物量
碳大小顺序为:单施有机肥>化肥有机肥配施>不施
肥、化肥配施秸秆>单施化肥.
摇 摇 施肥 19 年,不同处理小麦成熟期的红壤微生物
生物量氮存在显著差异(图1) .土壤微生物生物量
图 1摇 长期不同施肥下的红壤微生物生物量碳、氮含量
Fig. 1摇 Contents of soil microbial biomass carbon (MBC) and
nitrogen (MBN) under different long鄄term fertilizations.
不同小写字母表示不同处理间差异显著(P <0郾 05) Different small
letters meant significant difference among treatments at 0郾 05 level.
4972 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
氮的变化范围在 35 ~ 81 mg·kg-1,单施有机肥处理
的土壤微生物生物量氮含量最高,为 81 mg·kg-1,
化肥有机肥配施处理的土壤微生物生物量氮为 73
mg·kg-1,均显著高于化肥配施秸秆、不施肥和单施
化肥处理.红壤微生物生物量氮与微生物生物量碳
的变化趋势相似但也有所不同,单施有机肥和化肥
有机肥配施的微生物生物量氮显著高于不施肥、单
施化肥和化肥配施秸秆;而微生物生物量氮在有机
肥单施或其与化肥配合施用下没有显著差异,化肥
配施秸秆的微生物生物量氮则显著高于不施肥和单
施化肥.
2郾 2摇 长期施肥对红壤微生物碳源利用率 AWCD 值
的影响
对不同施肥处理在 7 d 每隔 24 h 的 AWCD 值
计算和分析可知:每一个微板接种菌悬液后,其平均
吸光值(AWCD)逐渐增加,表明土壤微生物利用碳
源强度随着时间的延长而增加. 各施肥处理的
AWCD值在 24 ~ 120 h 的斜率较大,说明土壤微生
物对碳源的利用率在此时间段较高(图 2). 不同施
肥处理的 AWCD值大小顺序为:有机无机肥料配施
和单施有机肥>对照>单施化肥和化肥配施秸秆.与
对照相比,单施化肥和化肥配施秸秆处理降低了微
生物代谢活性及其对碳源的利用能力,这也与单施
化肥和化肥配施秸秆处理的土壤 pH 值偏低 (表
2),抑制土壤微生物生长有一定的关系. 单施有机
肥和化肥有机肥配施处理的 AWCD 值高于其他 3
个处理,这与土壤微生物生物量碳、氮的结果相近,
不同的是不施肥处理明显高于单施化肥和化肥配施
秸秆处理.表明单施氮磷钾肥对土壤的微生物碳源
利用率产生了抑制作用,化肥配施秸秆也同样没有
缓解这种抑制作用.
图 2摇 长期不同施肥下红壤的 AWCD值动态变化
Fig. 2摇 Dynamics of AWCD in red soil under different long鄄term
fertilizations.
2郾 3摇 长期施肥下红壤全碳(SOC)、全氮(TN)、pH、
MBC / MBN、MBC / SOC和 MBN / TN的变化
长期不同施肥下,红壤的有机碳、全氮、微生物
生物量碳氮比、微生物生物量碳占全碳的比值和微
生物生物量氮占全氮的比值均发生了显著的变化
(表 2).与对照相比,单施有机肥和化肥有机肥配施
处理显著提高了红壤的有机碳和全氮. 这是由于厩
肥含有大量碳、氮源,施入土壤后,养分在土壤中积
累,使其有机质、全氮含量均增加;化肥配施秸秆的
腐殖化系数较低,导致其等养分含量不如厩肥处理;
而单施化肥处理由于缺少有机肥供给,同时很大一
部分无机养分被植物吸收或流失,使其养分含量偏
低[10-12] .不同处理 MBC / MBN 范围在 2郾 1 ~ 3郾 3,不
施肥高于化肥有机肥配施和化肥配施秸秆,单施化
肥、单施有机肥、化肥有机肥配施和化肥配施秸秆之
间的 MBC / MBN没有显著差异.
土壤微生物熵(微生物生物量碳 /有机碳)的变
化反映了土壤中输入的有机质向微生物生物量碳的
转化效率、土壤中碳的损失和土壤矿物对有机质的
固定[20] .各处理土壤微生物熵大小顺序为:不施肥、
单施有机肥>单施化肥、化肥有机肥配施和化肥配
施秸秆.土壤微生物生物量氮与全氮的比值与微生
表 2摇 长期施肥下红壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、pH、MBC/ MBN、MBC/ SOC和MBN/ TN的变化
Tab. 2摇 Changes of organic carbon (SOC), total nitrogen(TN), pH, MBC/ MBN, MBC/ SOC and MBN / TN in red soil
under long鄄term fertilization (mean依SE)
处理
Treatment
有机碳
Organic carbon
(g·kg-1)
全氮
Total nitrogen
(g·kg-1)
pH MBC / MBN MBC / SOC
(% )
MBN / TN
(% )
CK 7郾 2依0郾 27c 0郾 8依0郾 02c 5郾 52依0郾 03b 3郾 3依0郾 3a 1郾 6依0郾 1a 4郾 1依0郾 3bc
NPK 8郾 7依0郾 05bc 0郾 9依0郾 01b 4郾 06依0郾 02e 2郾 7依0郾 3ab 1郾 0依0郾 1bc 3郾 7依0郾 3c
M 16郾 2依1郾 36a 1郾 4依0郾 02a 6郾 32依0郾 01a 3郾 0依0郾 3ab 1郾 4依0郾 1a 6郾 0依0郾 5a
NPKM 16郾 1依0郾 08a 1郾 4依0郾 01a 5郾 34依0郾 03c 2郾 2依0郾 3b 0郾 9依0郾 1c 5郾 4依0郾 5ab
NPKS 10郾 0依0郾 06b 0郾 8依0郾 002c 4郾 14依0郾 01d 2郾 1依0郾 2b 1郾 1依0郾 1b 6郾 5依0郾 5a
同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0郾 05)Different small letters in the same column meant significant difference among treatments at 0郾 05
level.
597211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙凤霞等: 长期施肥对红壤微生物生物量碳氮和微生物碳源利用的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 红壤微生物对 6 类碳源的平均吸光值 (吸光度)
Tab. 3摇 Average well color development of red soil microbes from six carbon sources (absorbance)
处理
Treatment
碳水化合物
Carbohydrate
羧酸
RCOOH
氨基酸
Amino acid
聚合物
Polymer
酚类
Phenothiazine
胺类
Propylamine
CK 0郾 46 0郾 53 0郾 61 0郾 68 0郾 64 0郾 57
NPK 0郾 25 0郾 29 0郾 38 0郾 54 0郾 25 0郾 11
M 1郾 47 1郾 18 1郾 11 1郾 51 0郾 82 1郾 13
NPKM 1郾 46 1郾 45 1郾 29 1郾 61 0郾 86 1郾 32
NPKS 0郾 46 0郾 35 0郾 30 0郾 38 0郾 20 0郾 21
物生物量氮的变化趋势相近,均为有机肥处理高于
不施肥和单施化肥处理.
2郾 4摇 长期施肥下红壤微生物对 6 类碳源的利用率
试验用 31 种碳源可分为 6 类,分别为:碳水化
合物(包括 D鄄纤维二糖、琢鄄D鄄乳糖、茁鄄甲基鄄D鄄葡萄
糖苷、D鄄木糖 /戊醛糖、i鄄赤藓糖醇、D鄄甘露醇、N鄄乙
酰鄄D葡萄糖氨、1鄄磷酸葡萄糖、D鄄半乳糖酸 酌鄄内酯、
D,L鄄琢鄄磷酸甘油)、羧酸(包括 D鄄葡糖胺酸、丙酮酸
甲酯、D鄄半乳糖醛酸、酌鄄羟丁酸、衣康酸、琢鄄丁酮酸、
D鄄苹果酸)、氨基酸(包括 L鄄精氨酸、L鄄天门冬酰胺、
L鄄苯丙氨酸、 L鄄丝氨酸、 L鄄苏氨酸、甘氨酰鄄L鄄谷氨
酸)、聚合物(包括吐温 40、吐温 80、琢鄄环式糊精、肝
糖)、酚类(包括 2鄄羟基苯甲酸、4鄄羟基苯甲酸)和胺
类(包括苯乙胺、腐胺).对 6 类碳源分别计算,其平
均吸光值可直接反映红壤微生物对不同碳源的利用
率.施肥 19 年,不同处理的红壤微生物对 6 类碳源
的利用情况存在差异(表 3).碳水化合物、羧酸、氨
基酸、聚合物、酚类和胺类均表现为单施有机肥和化
肥有机肥配施的平均吸光值高于不施肥、单施化肥
和化肥配施秸秆.不施肥、单施化肥、单施有机肥、化
肥有机肥配施的红壤微生物利用聚合物类的平均吸
光值最高,分别为 0郾 68、0郾 54、1郾 51 和 1郾 61;化肥配
施秸秆的微生物利用碳水化合物类的平均吸光值在
6 类碳源中最高,为 0郾 46.
总之,单施有机肥和化肥有机肥配施增加了红
壤微生物对碳水化合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类
和胺类的碳源利用率,不施肥、单施化肥、单施有机
肥和化肥有机肥配施的红壤微生物对聚合物类碳源
的利用率最高,化肥配施秸秆的红壤微生物对碳水
化合物类碳源的利用率最高.
2郾 5摇 长期施肥下红壤微生物利用碳源吸光值的聚
类分析
对红壤不同施肥处理 48、72、96、120、144、168 h
的吸光值进行聚类分析,结果(图 3)表明,在 48 ~
168 h的培养过程中,均是单施有机肥与化肥有机
肥配施归为一类,单施化肥与化肥配施秸秆归为一
图 3摇 红壤微生物利用碳源的吸光值聚类分析图
Fig. 3摇 Cluster diagram of absorbance in red soil microorganism
using carbon source.
类,说明施肥 19 年后总体上单施有机肥与化肥有机
肥配施土壤中的微生物利用的碳源相似,单施化肥
与化肥配施秸秆土壤中的微生物利用的碳源相似.
3摇 讨摇 摇 论
土壤微生物是土壤养分循环的推动力,土壤中
的一系列过程以碳、氮循环为中心,且土壤微生物一
直在挖掘有机物中的 C鄄H 键能量,调控土壤有机化
合物的转化和养分的释放[5] . 与不施肥相比,单施
有机肥和化肥有机肥配施显著提高了红壤微生物生
物量碳,单施化肥显著降低了红壤微生物生物量碳,
化肥配施秸秆的红壤微生物生物量碳与不施肥没有
显著性差异,这与郑勇等[8]对红壤长期肥料试验的
研究结果相似. 徐明岗等[1]、张夫道[2]对本试验点
的研究表明,红壤微生物总数表现为单施有机肥和
化肥有机肥配施>不施肥>单施化肥,红壤中施入有
机肥不仅能提高红壤养分含量,而且能改善红壤养
分供给和微生物环境.因此红壤微生物生物量碳、氮
的含量表现为化肥有机肥配施和单施有机肥高于对
照、单施化肥和化肥配施秸秆.同时,红壤本身的 pH
值较低,单施化肥和化肥配施秸秆可导致红壤酸化
6972 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
(表 2),而土壤中绝大多数微生物适宜在中性环境
中生存繁殖,所以酸化也可能是导致单施化肥和化
肥配施秸秆的红壤微生物生物量碳、氮含量较低的
主要原因之一. Jackson 等[21]分析结果显示,化肥与
有机肥配合施用在补充土壤有机碳源的同时提高了
养分有效性和保水能力,大大提高了土壤微生物的
活性,所以使单施有机肥和化肥有机肥配施的土壤
微生物生物量碳较高. 笔者同时还对红壤活性有机
碳进行了测定,结果显示,施肥 19 年后,加入有机肥
显著提高了红壤活性有机碳含量,而微生物生物量
碳属于活性有机碳的一部分,所以其微生物生物量
碳的增加也与活性有机碳的增加有一定的关系.
秸秆还田是否增加土壤微生物生物量存在争
议.张电学等[10]研究结果显示,秸秆配施化肥并调
节其 C / N条件下,施用促腐剂处理作物各生育期土
壤微生物生物量碳高于未施用处理,其微生物生物
量的大小与其秸秆的腐熟程度有关;郑勇等[8]对红
壤长期试验的微生物生物量碳研究表明,单施氮磷
钾肥大于氮磷钾肥配施秸秆,氮磷钾肥配施秸秆与
对照没有显著差异;而朱海平等[12]对长期定位试验
的研究表明,配施秸杆或化肥均能显著增加土壤微
生物生物量碳.本研究表明,单施有机肥>氮磷钾肥
配施秸秆>单施氮磷钾肥,与郑勇等研究结果不完
全一致.在中国不同气候区,由于气候条件和土壤类
型不同,相同的施肥模式对土壤活性有机碳、有机碳
库及其组分的影响存在差异[22],所以不同气候区同
一处理的土壤微生物生物量碳含量不同,存在争议
的原因很大程度上与地理位置和气候条件有关.
土壤微生物的 AWCD 值是每一个施肥处理的
微生物利用碳源的总吸光值,总体反映了微生物利
用碳源的强度[17,21] .基于前人在 AWCD值分析方面
采用的时间和方法不统一. 如 Zhong 等[5]对红壤
AWCD值的研究采用 96 h,罗希茜等[17] 对红壤
AWCD值的研究采用 72 h,郑华等[6] 则采取当
AWCD值接近 0郾 6 来确定时间,所以本文对其整个
时间段进行分析.本研究中红壤微生物碳源利用率
的测定结果与罗希茜等[17]研究结果并不完全一致,
相同的地方是:化肥有机肥配施使红壤微生物的碳
源利用率增强而秸秆还田对其有不利影响;不同的
是:其研究表明,施用化肥提高了红壤微生物碳源利
用率,而本研究表明,氮磷钾肥配施降低了红壤微生
物碳源利用率,其具体原因还有待进一步研究.刘恩
科等[11]利用 PCR鄄DGGE 对土壤微生物丰度进行分
析,结果表明,化肥有机肥配施能显著增加土壤微生
物丰度.不同处理土壤微生物群落结构的相似性或
多样性变化主要是由于不同施肥下土壤微域生境的
改变所致,这种改变影响了多种微生物的适宜性,所
以有机碳的种类、数量及其是否与化肥配施等因素
均影响了红壤微生物对碳源的选择性利用. 刘恩科
等[11]对不同施肥处理的聚类分析(UPGMA)表明,
化肥有机肥配施与化肥配施秸秆的土壤微生物分为
一种族群,不施肥、化肥配施和对照分为另一种族
群.其研究结果与本研究结果存在差异,这是由于本
试验供试土壤为红壤,刘恩科等[11]研究的土壤为褐
土,而红壤与褐土的基本理化性质存在差异[1],说
明不同的地理环境和成土母质导致了土壤微生物对
碳源的选择性利用.聚类分析还表明,化肥有机肥配
施与单施有机肥的微生物利用的碳源相近,因为有
机肥本身带入土壤的微生物较多,其利用碳源的趋
势也相近,或是有机肥的投入改变了土壤的理化环
境,使得其中的微生物利用碳源能力提高.
4摇 结摇 摇 论
长期定位施肥 19 年,有机肥的施用提高了红壤
微生物生物量碳,与不施肥相比,单施有机肥和化肥
有机肥配施土壤微生物生物量碳分别增加了 121 和
37 mg·kg-1,秸秆还田的土壤微生物生物量碳与单
施化肥相比显著提高,与不施肥相比没有显著差异;
有机肥的加入增加了红壤微生物生物量氮,且化肥
有机肥配施和单施有机肥>化肥配施秸秆>不施肥
和单施氮磷钾肥.长期不同施肥下,化肥有机肥配施
和单施有机肥的土壤微生物利用碳源能力高于不施
肥、化肥配施秸秆和单施氮磷钾肥,单施有机肥和化
肥有机肥配施的土壤中微生物利用的碳源相近. 单
施有机肥和化肥有机肥配施增加了红壤微生物对碳
水化合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类的碳源
利用率;不施肥、单施化肥、单施有机肥和化肥有机
肥配施的红壤微生物对聚合物类碳源的利用率最
高,化肥配施秸秆的红壤微生物对碳水化合物类碳
源的利用率最高.
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作者简介摇 孙凤霞,女,1983 年生,硕士研究生.主要从事土
壤生物肥力研究. E鄄mail: sfx28@ foxmail. com
责任编辑摇 张凤丽
8972 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷