全 文 ：长期施肥对土壤微生物的影响及其在养分
调控中的作用 3
孙瑞莲1 ,3 ,4 　朱鲁生2 　赵秉强3 　周启星1 3 3 　徐　晶3 　张夫道3
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室 ,沈阳 110016 ;2 山东农业大学 ,泰安 271018 ;
3 中国农业科学院土壤肥料研究所 ,北京 100081 ;4 中国科学院研究生院 ,北京 100039)
【摘要】　为揭示长期施肥条件下土壤微生物类群及其与土壤养分的关系 ,对北京褐潮土定位试验田第 12
年的土壤微生物以及土壤养分因子进行了测定和分析. 结果表明 ,NPK与有机肥长期配合施用能明显提
高土壤各养分含量 ,增加土壤微生物的数量. 猪粪比玉米秸秆能更好地培肥地力 ,创造有利于土壤微生物
生长繁育的土壤生态化学环境. 土壤微生物与土壤养分之间具有很好的相关性. 其中 ,细菌、固氮菌数量与
有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷含量呈显著正相关 ;本研究未观察到真菌、放线菌数量与土壤养分因子
之间有明显的相关性.
关键词 　长期施肥 　土壤微生物 　土壤肥力
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 10 - 1907 - 04 　中图分类号 　S154136 　文献标识码 　A
Effects of long2term fertilization on soil microorganism and its role in adjusting and controlling soil fertility.
SUN Ruilian1 ,3 ,4 ,ZHU Lusheng2 ,ZHAO Bingqiang3 ,ZHOU Qixing1 ,4 ,XU Jing3 ,ZHAN G Fudao3 (1 Key L abo2
ratory of Terrest rial Ecological Process , Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang
110016 , China ; 2 S handong A gricultural U niversity , Taian 271018 , China ; 3 Soil and Fertilizer Institute ,
Chinese Academy of A gricultural Sciences , Beijing 100081 , China ; 4 Graduate School of Chinese Academy of
Sciences , Beijing 100039 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (10) :1907～1910.
To clarify the relationships between soil microorganisms and soil fertility under the condition of long2term fertil2
ization ,a 122year fertilization experiment was installed on a fluvo2aquic soil ,and the amount of soil microorgan2
isms and the content of soil nutrients were determined and analyzed. The results showed that chemical fertilizers
combined with organic manure could significantly improve soil fertility and increase the amount of soil microor2
ganisms. Organic manure was obviously superior to corn straw in improving soil fertility. The correlation between
soil microorganisms and soil fertility was significant . A positive correlation was found between the amount of bac2
teria and azotobacteria and the contents of organic matter ,total N ,alkalified N ,total P and available P. The rela2
tionship between the amount of fungi and actinomycetes and the content of soil nutrients was not obvious.
Key words 　Long2term fertilization , Soil microorganism , Soil fertility.3 国家基础研究重大项目 (973) 前期研究专项 (2001CCB00800) 、科
研院所社会公益研究专项资金 (2001DIA10004) 和中国科学院知识
创新工程重要方向资助项目 ( KZCX2SW2416) .3 3 通讯联系人.
2004 - 01 - 15 收稿 ,2004 - 03 - 17 接受.
1 　引 　　言
在陆地生态系统中起重要作用的土壤是一个具
有生物多样性的复杂体系 ,土壤生态系统的功能主
要由土壤微生物机制所控制[1 ,3 ] . 土壤微生物群落
中包括细菌、真菌、放线菌和藻类等 ,它不仅参与土
壤有机质的分解过程和矿化作用 ,促进养分的循环
和生物有效性 ,而且其代谢物也是植物的营养成分 ,
因此土壤微生物不仅是土壤有机物质转化的执行
者 ,又是植物营养元素的活性库[11 ,18 ] . 还要指出的
是 ,土壤微生物的活动 ,能直接影响到土壤的物理、
化学和生物学性质[4 ,10 ] . 在我们能够精确测定土壤
有机质变化之前 ,微生物群体动态是土壤微妙变化
的最好证明. 所以 ,土壤微生物参数变化将有可能成
为土壤生态系统变化的预警及敏感指标[13 ,14 ] .
近十几年来 ,世界农业出现的土地资源退化和
农业生态环境恶化等问题使人们更加关注生态系统
变化的研究[15 ,19 ] ,其中土壤微生物因其在养分持续
供给、肥料有效利用、有害生物综合防治及土壤保持
等方面起着重要作用[3 ,4 ] ,而越来越受到人们的关
注[20 ] .近年来 ,已日益关注用土壤微生物参数来估
计土壤的健全性和质量[23 ,13 ,16 ] . 为此 ,本研究以北
京昌平长期定位试验田的褐潮土为研究对象 ,通过
对耕作土层土壤微生物及土壤养分的研究 ,探讨不
同施肥条件下土壤微生物数量的变化及其与土壤肥
力的关系 ,为寻求作物稳产、高产的土壤生态化学环
应 用 生 态 学 报 　2004 年 10 月 　第 15 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2004 ,15 (10)∶1907～1910
境 ,更好地培肥土壤提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　供试土壤
供试土壤取自国家褐潮土土壤肥力和肥料效益监测基
地 (北京·昌平) 长期定位试验田 ,试验田自 1990 年设置 ,土
壤为褐潮土 ,属潮土类 ,试验前 (1990 年) 耕层土壤主要理化
性状为 :有机质含量 1213 g·kg - 1 ,全氮 018 g·kg - 1 ,全磷
1152 g·kg - 1 ,全钾 1715 g·kg - 1 ,速效氮 36107 mg·kg - 1 ,速
效磷 11116 mg·kg - 1 ,速效钾 78161 mg·kg - 1 ,p H 8182. 该试
验共设 11 个处理 ,分别为 :1) CK;2) N ;3) NP ;4) N K;5) PK;
6) NPK;7) N1 PK;8) NPK3 ;9) NPK + M1 ;10) NPK + M2 ;11)
NPK+ S. N、P、K 分别指施 N 150 kg·hm - 2 、P2O5 75 kg·
hm - 2 、K2O 3715 kg·hm - 2 ,N1 指施 N 225 kg·hm - 2 ,M1 指
施有机肥 22 500 kg·hm - 2 , M2 指施有机肥 33 750 kg·
hm - 2 ,S指施干玉米秸秆 3 000 kg·hm - 2 ,氮肥为尿素 ,磷肥
为过磷酸钙 ,钾肥为硫酸钾 ,有机肥为厩肥. 试验小区面积为
200 m2 ,不设重复 ,除处理 (8)为种植方式 Ⅱ,即小麦2玉米2小
麦2大豆两年四熟轮作外 ,其余各处理均实行玉米2小麦一年
两熟连作. 化肥在每茬作物播种前一次性撒施并耕翻入土 ,
有机肥和秸秆在冬小麦播种前施用并同样进行耕翻.
本试验样品采集于 2002 年 6 月 4 日 ,均为 0～20 cm 耕
层土壤. 每个处理随机取 5 个点 ,剔除石砾和植物残根等杂
物 ,混合制样 ,装袋后带回实验室 ,过 2 mm 筛后 ,立即对其
进行土壤微生物数量的测定 ,其余样品风干后过 1 mm 筛 ,
用来测定土壤养分含量.
212 　测试项目与方法
细菌、真菌、放线菌、自生固氮菌分别采用牛肉膏蛋白
胨、马丁氏、改良高氏 1 号和阿须贝氏培养基 ,用涂抹法接
种 ,稀释平板法测数[8 ] .
土壤基本理化性状采用常规分析法测定. 有机质 ,用重
铬酸钾容量法 ;全氮 ,用半微量凯氏法 ;全磷 ,用高氯酸2硫酸2钼锑抗比色法 ;碱解氮 ,用碱解扩散硼酸吸收法 ;速效磷 ,用
015 mol·L - 1碳酸氢钠浸提 ,钼锑抗比色法 ;速效钾 ,用火焰
光度法[7 ] .
3 　结果与分析
311 　长期施肥对土壤微生物类群的影响
从表 1 可以看出 ,施肥可以增加土壤中营养物
质含量 ,提高土壤肥力 ,为微生物创造良好的生存环
境 ,刺激微生物的生长和活动. 耕层土壤微生物组成
以细菌为主 ,放线菌次之 ,真菌最少 ,不同施肥处理
条件下土壤微生物数量存在明显差异.
土壤细菌是土壤微生物的主要组成成分 ,能分
解各种有机物质[1 ,18 ] . 从表 1 可以看出 ,在各施肥处
理中 ,NP K配施有机肥对细菌的增加效果明显大于
其它施肥方式 ,由于有机肥中含有大量的碳水化合
表 1 　长期施肥对土壤微生物类群组成的影响
Table 1 Effects of long2term fertilization on microbial groups in tested
soil
处理
Treatment
细菌
Bacterium
( ×106ind·g - 1)
真菌
Fungi
( ×104ind·g - 1)
放线菌
Actinomycete
( ×105ind·g - 1)
固氮菌
Azotobacterium
( ×106ind·g - 1)
CK 19180 1189 9157 16124
N 17163 1188 7187 22195
NP 16148 3196 11154 22120
N K 17119 2147 11101 23148
P K 25144 4111 11156 18122
NP K 17109 1192 12161 19198
N1P K 24113 1109 10143 18170
NP K3 17165 1142 7195 13129
NP K + M1 32115 1182 10108 33133
NP K + M2 44173 3166 15138 46134
NP K + S 18144 1184 12147 19187
物和 N、P、K 等矿质营养 ,为细菌的生长提供了丰
富的碳源和氮源 ,并可提高土壤通气性 ,比化肥更能
激发细菌的生长和繁育 ,从而极大地增加了细菌的
数量[9 ] . 针对有机肥的用量而言 ,过量的有机肥可
以更好地增加土壤细菌数量 ,而 NP K与 NP K配施
植物秸秆对土壤细菌的增加效果却都不明显. P K
肥配施可以增加土壤细菌数量 ,这与前人报道一
致[10 ] . 也有报道 NP 肥配施可降低土壤细菌数
量[5 ] ,这一结论在本研究中恰好得到了验证. 从种
植方式来看 ,轮作与连作对细菌数量的影响并不明
显.
真菌是常见的土壤微生物之一 ,从数量上看 ,它
们明显低于其它种类微生物 ,但从生物量上看 ,却占
有极其重要的地位. 研究结果表明 ,过量的 N 配施
P K肥明显地降低了土壤真菌数量. 长期施用 NP
肥、P K肥和 NP K配施过量有机肥这 3 种处理对真
菌增加效果比较显著 ,而 NP K 配施常量有机肥及
NP K配施植物秸秆这两种处理均不能明显增加真
菌数量. 曾有研究表明 ,当有机肥与无机肥按某一比
例配施时 ,可以减少真菌数量[6 ] .
放线菌是细菌的一类 ,在数量方面仅次于细菌 ,
它们对土壤中的有机化合物的分解及土壤腐殖质合
成起着重要作用. 从表 1 可以看出 ,单施 N 肥及
NP K配合轮作方式降低了土壤中放线菌的数量 ,除
此以外 ,其余各施肥方式均可提高放线菌的数量 ,其
中 NP K配施过量有机肥对放线菌的增加效果尤为
明显. 有研究表明 ,施用氮肥能促进放线菌的快速生
长[14 ] ,这与本研究的结论不同 ,造成差异的原因主
要是由于供试土壤类型和肥料用量不同的缘故.
自生固氮菌是土壤中执行特殊生理功能的土壤
微生物 ,因具有固定大气中分子态氮的能力 ,故在土
壤氮素循环中起着重要作用 ,固氮菌数量的多少影
8091 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
响着土壤中氮素养分的含量. 研究结果表明 ,大部分
施肥方式均可增加土壤中固氮菌的数量 ,其中以
NP K配施有机肥对固氮菌的增加效果显著 ,从配施
比例来看 ,有机肥比例越大 ,固氮菌数量越高 ,而
NP K配施植物秸秆对固氮菌的增加效果远远低于
NP K配施有机肥处理. NP K 配合小麦2玉米2小麦2
大豆两年四熟轮作的种植方式 ,抑制了土壤中固氮
菌的生长 ,分析其原因 ,可能由于大豆具有与根瘤菌
共生固氮的作用 ,所固定的氮素约占大豆一生对氮
素需求的 50 %～60 %[2 ] ,根瘤菌或其它联合固氮菌
的存在影响了自生固氮菌的生长.
312 　长期施肥对土壤养分的影响
从表 2 可以看出 ,长期施肥对土壤有机质含量、
N、P 全量及速效 N、P、K 含量有明显提高作用. 在
各施肥处理中 ,NP K配施有机肥对于提高土壤中各
养分因子的含量效果尤为明显 ,与 CK 相比 , NP K
与有机肥配施的土壤有机质增加 410 ～ 515 g·
kg - 1 ,全氮增加 0129～0131 g·kg - 1 ,碱解氮增加
22131～28186 mg·kg - 1 ,全磷增加 0156～0161 g·
kg - 1 ,速效磷增加 125140～131178 mg·kg - 1 ,速效
钾增加 20～30 mg·kg - 1 . 与单施化肥相比 ,NP K与
有机肥配施的土壤有机质增加 210～517 g·kg - 1 ,
全氮增加 0113～0133 g·kg - 1 ,碱解氮增加 10177～
23147 mg·kg - 1 ,全磷增加 0133～0161 g·kg - 1 ,速
效磷增加 99147～132165 mg·kg - 1 ,速效钾增加 0～
30 mg·kg - 1 . 从施用化肥和 NP K 配施有机肥或植
物秸秆所得数据来看 ,虽然化肥能够较快地提高土
壤速效养分的含量 ,满足作物生长发育的营养需求 ,
促使作物根系分泌物、归还土壤的枯枝落叶增多 ,从
而提高土壤有机质和全氮含量 ,但由于施入土壤中
的 N 素有多种损失途径 ,因而施用化肥处理的土壤
全氮和碱解氮含量明显低于施用有机肥或植物秸秆
处理 . 研究结果表明 ,NP K与有机肥配施在提高土
表 2 　长期施肥对土壤养分的影响
Table 2 Effects of long2term fertilization on nutrients in tested soil
处理
Treatment
有机质
OM
(g·kg - 1)
全 N
Total N
(g·kg - 1)
全 P
Total P
(g·kg - 1)
碱解 N
Alkalified N
(mg·kg - 1)
速效 P
Available P
(mg·kg - 1)
速效 K
Available K
(mg·kg - 1)
CK 1318 0175 0164 61154 2110 80
N 1316 0173 0165 70101 1123 80
NP 1510 0176 0171 66193 12103 80
N K 1411 0185 0164 69124 1183 110
PK 1411 0173 0177 68147 28103 120
NPK 1413 0182 0173 66193 15103 100
N1PK 1518 0191 0187 73108 18138 90
NPK3 1514 0179 0178 69124 15125 100
NPK+ M1 1718 1104 1120 83185 127150 100
NPK+ M2 1913 1106 1125 90140 133188 110
NPK+ S 1519 0186 0180 74124 20168 100
壤供氮、供磷容量和强度及土壤有机质含量方面均
强于单施化肥区 ,这与前人的报道一致[17 ] .
313 　土壤微生物与土壤养分的相关分析
为探讨不同施肥条件下土壤养分因子与土壤微
生物之间的关系 ,以土壤中有机质含量 (x1) 、全氮含
量 (x2) 、全磷含量 ( x3) 、碱解氮含量 ( x4) 、速效磷含
量 (x5) 、速效钾含量 (x6) 为自变量 ,以土壤中细菌数
量 (y1) 、真菌数量 (y2) 、放线菌数量 (y3) 、固氮菌数
量 (y4)为因变量 ,经逐步回归分析结果表明 ,在不同
施肥处理区 ,土壤中速效磷含量对细菌数量影响最
大 ,碱解氮含量对固氮菌数量影响最大 ,其最优回归
方程分别为 :
y1 = 171156 + 01916 x 5
( R2 = 01838 , n = 11) (1)
y4) = - 481513 + 01885 x 4
( R2 = 01783 , n = 11) (2)
土壤微生物与土壤养分之间的相关性见表 3.
从表 3 可看出 ,细菌、固氮菌数量与有机质、全氮、碱
解氮、全磷、速效磷的含量均呈极显著正相关 ,而与
速效钾含量却无明显相关性 ;真菌、放线菌数量与土
壤各养分因子之间均无明显的相关性. 总之 ,在褐潮
土上 ,土壤细菌与固氮菌数量的增加与土壤养分含
量的提高有密切关系 ,故土壤微生物数量可作为评
价土壤肥力的指标.
表 3 　土壤微生物数量与土壤养分含量之间的相关系数
Table 3 Correlative coeff icients bet ween soil microbial amounts and soil
nutrient contents
相关系数 (r)
Correlation coefficient
有机质
OM
全氮
Total N
全磷
Total P
碱解氮
Alkalified N
速效磷
Available P
速效钾
Available K
细菌Bacteria 018532 33 017953 33 019095 33 018754 33 019157 33 014182
真菌 Fungi 011093 - 010740 011169 011281 012233 013466
放线菌 Actinomycetes 015318 015012 014692 015006 014768 014789
固氮菌 Azotobacteria 018046 33 017999 33 018134 33 018850 33 018699 33 012749
n = 11; r0105 = 016020 , r0101 = 017348. 3 P < 0105 ; 3 3 P < 0101.
4 　结 　　论
411 　NP K与有机肥长期配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化学环境. 一般来
讲 ,NP K与不同有机物料配施在提高土壤养分含量
及土壤微生物数量方面 ,排列顺序为 : NP K + M2 >
NP K + M1 > NP K + S ,其中 C/ N 比适中的猪粪比
C/ N 比高的玉米秸秆能更好地培肥地力 ,创造有利
于土壤微生物生长繁育的土壤环境. 采用小麦2玉米2小麦2大豆轮作与玉米2小麦连作方式 ,对土壤养分
909110 期 　　　　　　　　　孙瑞莲等 :长期施肥对土壤微生物的影响及其在养分调控中的作用 　　　　　　　　　　　
及土壤微生物的影响差异并不明显. 大致来看 ,连作
更有利于增加土壤中微生物的数量 ;而单一施用化
肥则不利于土壤有机质、氮磷钾养分的提高 ,土壤微
生物数量也较低.
412 　土壤有机质含量与土壤微生物数量及施肥方
式等因子密切相关 ,土壤中氮、磷的转化与土壤微生
物数量的多少也密切相关. 在本研究所涉及的土壤
微生物类群中 ,真菌、放线菌与土壤各养分因子之间
相关性不明显 ,细菌、固氮菌与土壤养分因子之间有
明显相关性. 总之 ,作为最有潜力和最敏感的生态学
指标之一 ,通过跟踪土壤微生物群落组成、结构及功
能变化 ,可作为科学评价农田土壤健康质量和可持
续发展的潜力预测 ,为寻求作物稳产、高产的土壤生
态化学环境 ,更好地培肥土壤提供科学依据.
参考文献
1 　Bai Q2Y(白清云) . 1997. Chemical evaluation of soil2microbial com2
munities and structures. A gro2Envi ron Prot (农业环境保护) , 16
(6) :252～256 (in Chinese)
2 　Dou X2T ( 窦新田 ) . 1988. Research on Soybean Rhizobium
Reagents and Their Application. Haerbin : Heilongjiang Science and
Technology Press. (in Chinese)
3 　He Z2L (何振立) ,Zhou Q2X(周启星) ,Xie Z2M (谢正苗) . 1998.
Soil2Chemical Balances of Pollution and Beneficial Elements. Bei2
jing :China Environmental Science Press. (in Chinese)
4 　Kennday AC. 1995. Microbial characteristics of soil quality. J Soil
W ater Conv ,50 :243～248
5　Liu X2L (刘杏兰) , Gao Z (高 　宗) ,Liu C2S (刘存寿) , et al .
1996. Orientation study on yield2increasing effects of organic2inor2
ganic fertilizer mixing application and its influences on soil fertility.
Acta Pedol S in (土壤学报) ,33 (2) :138～147 (in Chinese)
6 　Nanda SK ,Das PK ,Behera B. 1998. Effects of continuous manuring
on microbial population ,ammonification and CO2 evolution in a rice
soil. Oryza ,25 (4) :413～416
7 　Nanjing Institute of Soil Science of Chinese Academy Sciences (中
国科学院南京土壤研究所) . 1981. Physical and Chemical Analy2
ses of Soils. Shanghai : Shanghai Science and Technology Press. 62
～142 (in Chiense)
8 　Nanjing Institute of Soil Science of Chinese Academy Sciences (中
国科学院南京土壤研究所) . 1985. Soil2Microbial Methods. Bei2
jing :Science Press. (in Chinese)
9 　Ndayeyamiye A ,Cote D. 1989. Effect of long2term pig slurry and
solid cattle manure application on soil chemical and biological prop2
erties. Can J Soil Sci ,69 (1) :39～47
10 　Shi J2P (史吉平) . 1998. Influences of long2term fertilizer applica2
tion on soil organic matter and biological characters. Soil Fert (土壤
肥料) , (3) :7～11 (in Chinese)
11 　Srivastava SC ,Singh J S. 1991. Micronbial C ,N and in dry tropical
forest soils : Effects of alternate land2use and nutrient flux. Soil Biol
Biochem ,23 (2) :117～124
12 　Sun B(孙　波) . 1997. Soil quality and sustainable environment Ⅲ.
Biological indexes of soil2quality assessment . Soil (土壤) , 29 ( 5) :
225～234 (in Chinese)
13 　Sun T2H (孙铁珩) ,Zhou Q2X(周启星) ,Li P2J (李培军) . 2001.
Pollution Ecology. Beijing :Science Press. (in Chinese)
14 　Svirskiene A , Tarvidas J . 1995. Survey of investigation of the bio2
logical activity of neutral loamy soil in cultivated pastures. L iet uvos
Zem di rbystes Institito Mokslo Darbai ,43 :109～119
15 　Wang X(王　新) ,Chen T (陈 　涛) ,Liang R2L (梁仁禄) , et al .
2002. Effects of land utilization of sewage sludge on crops and soils.
Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,13 (2) :163～166 (in Chinese)
16 　Warkentin BP. 1995. The concept of soil quality. J Soil W ater
Conv ,50 :226～228
17 　Yuan L (袁 　玲) , Yang B2J (杨邦俊) . 1997. Effects of long2term
fertilization on enzymatic activities and transformation of nitrogen
and phosphorus in soil. Plant N ut r Fert Sci (植物营养与肥料学
报) ,3 (4) :300～305 (in Chinese)
18 　Zhou Q2X(周启星) . 1995. Biogeochemistry of nutrient elements.
In : Zhang F2S (张福锁) ,eds. New Trends in Soil and Plant Re2
search. Beijing :China Agricultural Press. 213～233 (in Chinese)
19 　Zhou Q2X(周启星) ,Sun S2J (孙顺江) . 2002. International trends
of applied ecology and its future development in China. Chin J A ppl
Ecol (应用生态学报) ,13 (7) :879～884 (in Chinese)
20 　Zhou Q2X(周启星) ,Sun T2H(孙铁珩) . 2000. Current situation of
pollution eco2chemistry and its prospects. Chin J A ppl Ecol (应用
生态学报) ,11 (5) :795～798 (in Chinese)
作者简介 　孙瑞莲 ,女 ,1978 年生 ,博士生 ,现主要从事污染
生态学与环境微生物方面的研究. E2mail :sunning527 @163.
com
0191 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷