全 文 ：中国生态农业学报 2010年 7月 第 18卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2010, 18(4): 698−705


* 山西省自然科学基金项目(991102)、山西省青年基金项目(20031047)资助
** 通讯作者: 苗果园(1934~), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事作物生态与旱作农业研究。E-mail: miaoguoyuan1934@yahoo.com.cn
杨珍平(1973~), 女, 博士, 副教授, 主要从事作物生态与旱作农业研究。E-mail: yangzp999@yahoo.com.cn
收稿日期: 2009-09-25 接受日期: 2010-03-17
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00698
黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力
与根际土壤营养及生物活性的影响*
杨珍平 1 白志明 2 张翔宇 3 苗果园 1**
(1. 山西农业大学农学院 太谷 030801; 2. 山西农业大学动物科技学院 太谷 030801;
3. 山西省农业科学院高寒区作物研究所 大同 037008)
摘 要 连续 3 年试验研究了黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活性的影响。
结果表明: 黄土母质生土当年施肥促进了作物根系生长、生产力增加, 强大的根土系统又促进了微生物的繁
衍、酶活性及土壤营养的提高。黄土母质生土的熟化利用过程需用地养地相结合, 重视生物改土。本研究表
明, 高粱、玉米均可作为生土改良沃化的先锋作物, 高粱根系强壮, 入土深, 生物量大; 而玉米虽根重、最大
根长、一级节根数低于高粱, 但根际土壤微生物数量多, 酶活性高。而黍子根系柔弱, 根际土壤生物活性较低,
与高粱、玉米相比, 不宜作为生土改良的先锋谷类作物。黄土母质生土对外源的辅助能(当年施肥)反应十分敏
感, 施肥的增产效应与土壤培肥都十分显著。黄土母质生土熟化沃化过程既是一个生土培肥改良过程, 也是一
个物质能量(营养)投入转化过程, 并经植物物质生产过程、土壤微生物分解矿化过程及土壤生物化学酶系统促
进过程三者互动, 共同构成根土苗微生物物质能量转化的生态系统。
关键词 黄土母质生土 当年施肥 谷类作物 生产力 根际土壤营养 根际土壤微生物 根际土壤酶活性
中图分类号: S606.2; S51 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)04-0698-08
Effect of fertilization in immature loess subsoil on productivity and
rhizospheric soil nutrient and biological activity of cereal crops
YANG Zhen-Ping1, BAI Zhi-Ming2, ZHANG Xiang-Yu3, MIAO Guo-Yuan1
(1. College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2. College of Animal Sciences, Shanxi
Agricultural University, Taigu 030801, China; 3. Cold Region Crops Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural
Sciences, Datong 037008, China)
Abstract An experiment was conducted to study the effect of immature loess subsoil fertilization in current year on productivity
and rhizospheric soil nutrient and biological activity of cereal crops. The results show that fertilization promotes crop root growth and
productivity. A strong root-soil system in turn promotes the multiplication of microbes, enzyme activity, and increases soil nutrient.
Aging of immature loess subsoil should adopt measures of both utility and maintenance, with emphasis on soil biological conditions.
The study indicates that sorghum and maize could be planted as the pioneer crops to improve immature subsoil conditions. Sorghum
owns strong and deep root system, and great biomass. Although the root weight, maximum root length, and number of adventitious
root are not as high as those of sorghum, microbe amount and enzyme activity in rhizospheric soil of maize are high enough. Com-
pared with sorghum and maize, broomcorn is not suitable for the improvement of immature subsoil due to its weak root system and
low biological activity in rhizospheric soil. Immature losses subsoil is sensitive to fertilization. Since fertilization of immature loess
subsoil is achievable with high annual yields, it serves as a significant aging factor of immature subsoil. Aging of immature loess
subsoil is both an input and transformation process of matter and energy among plants, soils, microorganisms, including fertilization,
crop production, resolving and mineralization of soil microbes, and catalysis of soil enzymes.
Key words Immature loess subsoil, Soil fertilization in current year, Cereal crop, Productivity, Rhizospheric soil nutrient,
Rhizospheric soil microbe, Rhizospheric soil enzyme activity
(Received Sept. 25, 2009; accepted March 17, 2010)
第 4期 杨珍平等: 黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活性的影响 699


北方黄河中游干旱半干旱地区土层深厚, 是我
国农耕的发祥地, 几千年来靠黄土母质发育起来的
耕作土壤支持着亿万人民的生存与发展。随着人口
的繁衍增长 , 北方半干旱地区人口压力越来越大 ,
加之“退耕还林还草”与“生态环境重建”[1−4], 耕
地越来越少, 依靠传统的轮作养地、撂荒养地的土
地资源量越来越受到限制。因此黄土高原沟壑残垣
进行平整化、梯台化、绿色化、耕作化的农田工程
化治理势在必行。
沟深坡陡、沟壑纵横是黄土高原沟壑区的地貌
特点。为此我国黄土高原农田基本建设切高垫低、
里切外垫、填沟平地、变坡地为梯田已成为该区进
行小流域治理、农业生产集约化治理、实现农业可
持续发展的根本途径。然而, 在大规模人工造地过
程中, 不可避免地要对地形地貌、土壤耕作层进行
翻动扰乱, 从而带来黄土母质层生土露表、生熟搅
和, 使生土成为直接种植作物的土壤。如何加快生
土地熟化, 母质土壤如何在当年生产见效, 生土与
作物在人工施肥调节下如何互动互作使无生机母质
土壤变为有生机耕作土壤, 这就必然涉及到“根土
肥”的关系问题。大量研究表明, 黄土高原半干旱
地区, 土壤营养与肥力是提高产量的起动因素[2−15]。
尽管不少学者已对生土地施肥进行过研究, 但多数只
限于对土壤肥力及作物生产力方面的分析[1−4,11−15], 关
于生土地上施肥对作物根土肥系统建成的机理研究
甚少[13−15]。本文旨在通过研究北方黄土母质生土当
年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活
性的影响, 探明生土地的快速熟化与改良途径, 为
指导生土沃土开发提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2002~2004年连续 3年在山西农业大学
生态研究室及其实验农场进行。供试作物为北方主
要春播谷类作物“农大 108”玉米(Zea mays L.)、“晋
杂 17”高粱 [Sorghum bicolor (L.) Moench]、“品
8106-9-1”黍子(Panicum miliaceum L.)。供试生土为
黄土母质上发育而成的石灰性褐土, 取自山西农业
大学建筑工地地表以下 2~3 m 处; 熟土取自山西农
业大学实验农场耕地基础的原麦田耕作层 0~30 cm
的中壤土。土样取回风干, 过筛充分混匀备用。两
种土壤的主要理化性质及生物活性见表 1。
1.2 试验处理及排列
试验采用盆栽法, 前人研究表明多种作物根系
干重的 80%以上分布于 0~20 cm 耕层, 本研究采用
20 cm×30 cm(直径×高)的直筒瓷花盆, 每盆装土 15
kg。试验设土壤类型 A和底施肥 B两因素: A1为耕
作熟土, A2为母质生土, Bf为施肥处理, Bck为不施肥
或少施肥处理(年度间不同), 共 4 个处理(A1Bf、
A2Bf、A1Bck、A2Bck), 重复 9次。2002年, Bf处理按
每公顷 450 kg尿素、1 125 kg过磷酸钙、450 kg氯
化钾折算施入, Bck处理不施肥。2003年, Bf处理按
每公顷 675 kg尿素、1 687.5 kg过磷酸钙、675 kg
氯化钾折算施入, Bck 处理按每公顷 225 kg 尿素、
562.5 kg过磷酸钙、225 kg氯化钾折算施入。2004
年施肥量同 2003 年。每年 4 月 25 日播种, 出苗后,
高秆健壮作物玉米留苗 1 株、高粱留苗 3 株, 密植
作物黍子留苗 5株。
1.3 取样及样品测定
取样方法。成熟期将作物地上部收割, 考种, 进
行经济产量测定。再将地上部 105 ℃杀青, 80 ℃烘
干至恒重称重(生物产量)。然后收取地下部根系, 每
种作物取 3 盆, 用水冲法取根; 将所取根系尽量铺
开, 平展, 晾干, 测量最大根长、一级节根数(着生在
分蘖节部位的节根数量, 直接计数法)、总根干重。

表 1 供试两种土壤的主要理化性质及生物活性比较
Tab. 1 Physicochemical properties and biology activities of immature subsoil and mature soil used in the experiment
土壤
Soil
有机质
Organic
matter
(g·kg−1)
全氮
Total
nitrogen
(g·kg−1)
速效氮
Available
nitrogen
(mg·kg−1)
速效磷
Available
phosphorus
(mg·kg−1)
速效钾
Available
potassium
(mg·kg−1)
固相率
Soil solid
ratio (%)
液相率
Soil water
ratio (%)
气相率
Soil gas
ratio (%)
耕作熟土
Mature soil
15.53 0.51 53.60 11.75 59.28 49.0 31.4 19.6
母质生土
Immature subsoil
3.11 0.21 16.83 3.49 38.97 56.7 25.4 17.9

细菌
Bacteria
[×107·g−1
(dry soil)]
放线菌
Actinomyces
[×105·g−1
(dry soil)]
真菌
Fungi
[×103·g−1
(dry soil)]
脲酶
Urease
[mg(NH3-N)
·kg−1]
碱性磷酸酶
Alkaline phos-
phatase
[mg(phenol)·
kg−1]
蔗糖酶
Sucrase
[mg(glucose)
·g−1]
容重
Soil bulk
density
(g·cm−3)
pH
耕作熟土
Mature soil
21.2 13.8 3.2 208.9 612.0 2.36 1.30 8.0
母质生土
Immature subsoil
11.3 9.0 1.0 1.4 8.1 0.06 1.60 8.3
700 中国生态农业学报 2010 第 18卷


其余 6 盆沿盆四周分隔盆与土, 将带根土柱整体取
出, 用消毒牙签轻轻去土, 直到露出根系。再用牙签
将根际周围的土样直接装入消毒纸袋。然后将根系
冲洗, 晾干, 与前 3 盆取得的根系一起留作根系养
分含量测定。
土壤样品处理方法。将上述纸袋中的新鲜土样
(每种作物均 6袋)摇匀, 分作 3份, 1份新鲜, 2份风
干, 分别留作土壤微生物种群数量、土壤营养及酶
活性测定。
根系养分含量测定。将根粉碎, 消煮。全氮测
定采用 H2SO4 -H2O2消煮, 半微量凯氏定氮法, 全磷
的测定采用 H2SO4 -H2O2消煮, 钒钼黄比色法, 全钾
测定采用 H2SO4 -H2O2消煮, 火焰光度计法[16]。
土壤营养测定。将风干土样按各种营养测定的
要求过筛 , 土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法−
外加热法, 土壤速效氮测定采用碱解扩散法, 速效
磷测定采用 0.5 mol·L−1 NaHCO3浸提−钼锑抗比色
法, 速效钾测定采用 NH4OAC浸提−火焰光度法[17]。
土壤酶活性测定。将风干土样按各种酶测定的
要求过筛, 脲酶(Urease)按靛酚比色法测定, 酶活性
以 mg(NH3-N)·kg−1(土)·24h−1 表示; 碱性磷酸酶
(Alkaline phosphatase)按磷酸苯二钠比色法测定 ,
酶活性以 mg(酚)·kg−1(土)·24h−1 表示; 蔗糖酶
( S u c r a s e )按磷酸二氢钠比色法测定 , 酶活性以
mg(葡萄糖)·g−1(土)·24h−1表示[18]。
土壤微生物种群数量测定采用稀释平板
法[14,19]。将上述 1份新鲜土样过 1 mm筛, 称取 10.50
g, 烘干, 测土壤水分含量。再称取 10 g, 溶于 100 g
消毒蒸馏水中, 振荡机振荡 20 min 混匀, 即为 10−1
土壤悬液。用 1 mL 消毒移液管取悬液依次稀释至
10−2、10−3、10−4、10−5、10−6、10−7。10−1、10−2、10−3
土壤悬液用于真菌测定 , 采用马丁培养基+孟加拉
红+硫酸链霉素; 10−3、10−4、10−5土壤悬液用于放线
菌测定, 采用改良高氏 1号培养基+重铬酸钾; 10−5、
10−6、10−7土壤悬液用于细菌测定, 采用牛肉膏蛋白
胨琼脂培养基。用 0.1 mL消毒移液管取每个稀释度
悬液, 无菌操作, 接种于消毒培养皿, 重复两次。每
种菌均以不加悬液的消毒蒸馏水作空白对照。
每克干土中菌数=菌落平均数×稀释倍数×10/干
土百分比 (1)
1.4 数据处理与统计分析
采用 EXCEL 软件进行数据整理分析。用 SAS
8.0数据分析软件进行方差分析、多重比较及相关分
析, 结果用平均值±标准偏差来表示。
2 结果与分析
2.1 母质生土与耕作熟土对 3种谷类作物生产力与
根系生长的影响
2.1.1 对 3种谷类作物生产力的影响
由表 2 可知: 与生长在耕作熟土上的谷类作物
相比, 生长在母质生土上的谷类作物 3 年平均生物
产量和经济产量减产 75%以上, 即母质生土年土壤
生产力仅为耕作熟土的 1/4 左右, 表明人工造地即
使田面平整美观, 但直接利用的生产力很低, 必须
经过耕作熟化才能达到应有的工程报酬。不同作物
适应母质生土的生产能力不同, 供试 3 种谷类作物
母质生土上生产能力表现为高粱>玉米>黍子, 且连
续 3年试验结果趋于一致。
2.1.2 母质生土与耕作熟土对 3 种谷类作物根系生
长的影响
由表 3 可知: 母质生土上作物根系生长极弱, 3
个根系生长指标 3年平均较耕作熟土降低 55%左右,

表 2 母质生土与耕作熟土对 3种谷类作物生产力的影响
Tab. 2 Effects of immature subsoil and mature soil on productivity of three cereal crops
株高 Plant height (cm) 生物产量 Bio-yield (g·pot−1) 经济产量 Eco-yield (g·pot−1)
年度
Year
作物种类
Crop
母质生土
Immature
subsoil
耕作熟土
Mature
soil
降低 1)
Decreasing
(%)
母质生土
Immature
subsoil
耕作熟土
Mature soil
减产
Decreasing
(%)
母质生土
Immature
subsoil
耕作熟土
Mature soil
减产
Decreasing
(%)
玉米 Maize 82.8±9.6a2) 140.7±4.0b 41.2 33.1±5.4b 252.1±22.9b 86.9 0.6±0.3 32.9±4.7a 98.0
高粱 Sorghum 86.8±5.8a 152.9±3.6a 43.2 69.8±5.6a 347.5±21.0a 79.9 2.3±0.7 22.7±3.7b 90.1
第 1年
First
year
黍子 Broomcorn 55.0±4.0b 99.0±4.4c 44.4 7.3±2.7c 110.3±8.1c 93.4 0.5±0.1 13.4±3.1c 96.4
玉米 Maize 114.6±5.1b 179.9±3.7a 36.3 58.5±14.6b 310.6±9.9b 81.2 3.1±0.8 66.2±5.6b 95.3
高粱 Sorghum 163.8±6.7a 174.9±6.1b 6.4 89.4±17.0a 388.0±24.1a 77.0 6.0±1.7 125.1±9.4a 95.2
第 2年
Second
year
黍子 Broomcorn 99.7±5.2c 112.3±4.3c 11.3 24.4±2.5c 161.4±14.0c 84.9 2.4±0.4 50.8±3.8c 95.3
玉米 Maize 142.1±6.2b 204.0±9.5a 30.3 114.7±11.7b 366.2±25.4b 68.7 34.5±3.2b 112.2±13.1b 69.3
高粱 Sorghum 180.6±2.8a 201.8±8.5a 10.5 209.7±18.5a 396.3±10.2a 47.1 55.5±5.0a 138.1±8.8a 59.8
第 3年
Third
year
黍子 Broomcorn 113.0±4.5c 120.3±4.0b 6.1 47.0±5.3c 218.5±15.5c 78.5 21.0±2.7c 72.6±5.4c 71.0
1)“降低”指母质生土比耕作熟土的减少比例 “Decreasing” is the decreasing ratio of immature subsoil compared with the mature soil; 2) 同
列字母不同表明差异显著(P < 0.05) Different small letters in the same column mean significant difference (P < 0.05). 下同 The same below.
第 4期 杨珍平等: 黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活性的影响 701


表明母质生土上作物根系发育不良, 不及耕作熟土
的 1/2。与耕作熟土上作物根系相比, 母质生土上玉
米、高粱、黍子 3种作物的总根重降低达 47%~92%,
最大根长降低达 36%~67%, 一级节根数降低达
6%~81%。其中差异最大的是总根重, 其次是最大根
长, 一级节根数差异较小。表明在生土条件下, 作物
尽可能扩大根系吸收面积, 积累较多根系干物质。
生土上 3 种作物根系强弱总体表现为高粱>玉米>黍
子, 结合表 2, 可知根壮苗壮, 则其生产力高。
2.2 母质生土与耕作熟土当年施肥对 3种谷类作物
的增产效应与根系生长的影响
根系生长具有营养可塑性, 其主要作用是当植
物处于逆境胁迫时, 通过调节其根系生长, 开拓根
土资源, 达到维持根土根苗相互促进、相互制约、
平衡发展而获得正常产量。
由图 1 可知: 不论是地上部株高、生物产量、
经济产量, 还是地下部总根重、最大根长、一级节
根数, 皆一致表现为耕作熟土大于母质生土, 当年
施肥高于不施肥, 并且玉米、高粱和黍子对生土熟
土与施肥不施肥的反应表现规律一致的趋势。这种
规律趋势的核心就是土壤肥力是作物生产力高低的
决定因素。土壤肥力可以分为“土壤基础肥力”和
“土壤追加肥力”。“土壤基础肥力”即土壤经过多
年投入使用所形成的具有一定水平产量的土壤综合
肥力, 这种综合肥力既包括土壤化学营养, 也包括
土壤物理结构等综合特性。“土壤追加肥力”指当年
当季对土壤追加投入的速效氮、磷、钾。本试验结
果表明, “基础肥力”(耕作熟土)加“追加肥力”可
使作物根深叶茂, 获得最高产量, 而母质生土加“追
加肥力”也可获得立竿见影的居中产量, 而母质生土
又缺乏当年追加肥力, 自然得到最低的原始产量。
2.3 母质生土当年施肥对 3种谷类作物根际土壤营
养的影响
图2表明“土壤追加肥力”对“土壤基础肥力”
形成的重要性。不论种植何种谷类作物, 根际土壤
速效磷、速效钾、有机质以及根际土壤全氮含量皆
一致表现为耕作熟土大于母质生土, 当年施肥高于
不施肥。在连续3年施肥后, 玉米、高粱、黍子3种
谷类作物根际速效磷含量、速效钾含量、有机质含
量和根际全氮含量分别达16.10~23.40 mg·kg−1、
91.5~102.4 mg·kg−1、7.6~13.6 g·kg−1和0.58~0.67
g·kg−1。可见追加肥力加作物起动是改良母质生土
的重要条件。
2.4 母质生土当年施肥对 3种谷类作物根际土壤微
生物种群数量活化的影响
母质生土熟化与矿质化过程是个生物过程, 既
包括高等植物根苗生长与有机物残留积累过程, 也
包括微生物对母质生土有机物矿化分解过程。贾志
红等 [14]曾鉴定供试生土的土壤细菌为 G+, 有球状
的 , 也有杆状的。放线菌主要类群为链霉菌属
(Streptomyces), 有粉红色孢子类群、绿色类群、白
色孢子类群、黄色类群、灰烬类群、粉红色孢群中
的弗氏类群。真菌主要为曲霉属(Aspergillus)、青霉
属(Penicillium, Acremonium)、木霉属(Thichoderma)、
葡萄穗霉属(Stachybotris)。以上这些类群均为土壤中
的有益菌, 它们对作物残体的分解与养分的转化起
很大作用。
表 4 表明了“土壤追加肥力”对“土壤基础肥
力”形成过程中的微生物指标的重要性。无论母质
生土或耕作熟土, 种植作物的土壤微生物种群数量
均显著高于不种作物的空白土壤。非耕作母质生土
(空白土壤)的微生物种群数量约为耕作熟土空白土
壤的 31%~65%, 在作物根系的参与下, 耕作熟土与
母质生土的微生物种群数量差异越来越大, 尤其与
作物生长密切相关的细菌数量差异更大。无论是母
质生土还是耕作熟土, 施肥都极大地促进了微生物
的繁衍。连续 3 年不断培肥, 根际微生物种群数量
提高显著, 其对肥料的敏感性为细菌>放线菌>真菌,
作物对肥料的敏感性为玉米>高粱>黍子。母质生土
连续 3 年施肥后, 根际细菌数量为玉米>高粱>黍子,
根际放线菌数量为高粱≈玉米>黍子, 根际真菌数量
为玉米>高粱≈黍子。可见根系生长促进了微生物的
繁衍, 而微生物的繁衍又促进了根系更好地生长。
2.5 母质生土当年施肥对 3种谷类作物根际土壤酶
活性的影响
土壤酶系统是土壤生物化学“活性”的体现, 它
在涉及土壤生物、作物、微生物生命过程中的物质
能量转化运输中起着重要的活化强化作用。它与土
壤理化性质、土壤类型、施肥、耕作以及其他农业
措施等密切相关, 其活性一定程度上反映了土壤的
生物活性状况 , 且对外界环境因素的变化较敏感 ,
也一定程度上反映了土壤肥力水平[20-24]。因此土壤
酶活性可作为农业土壤管理过程中土壤质量演变的
生物活性指标。
表 5表明“土壤追加肥力”对“土壤基础肥力”
形成过程中酶系统指标的重要性。耕作熟土的酶系
统活性显著高于母质生土。在黄土母质生土上, 不
论种植何种谷类作物, 其根际土壤酶活性都明显高
于不种作物的空白土壤。不论母质生土或是耕作熟
土, 不论种植何种谷类作物, 施肥均极大提高了土
壤酶活性。而且随着连续 3 年的不断培肥, 母质生
土与耕作熟土之间的差异不断缩小。母质生土连续
702 中国生态农业学报 2010 第 18卷


表 3 母质生土与耕作熟土对 3种谷类作物根系生长的影响
Tab. 3 Effects of immature subsoil and mature soil on root growth of three cereal crops
总根重 Total root weight (g·pot−1) 最大根长 Max. length of root (cm) 一级节根数Adventitious root number per pot
年度
Year
作物种类
Crop
母质生土
Immature
subsoil
耕作熟土
Mature
soil
降低
Decreasing
(%)
母质生土
Immature
subsoil
耕作熟土
Mature soil
降低
Decreasing
(%)
母质生土
Immature
subsoil
耕作熟土
Mature soil
降低
Decreasing
(%)
玉米Maize 9.4±4.2b 50.6±5.5b 81.5 34.9±3.8a 73.3±4.7a 52.4 23.1±3.8c 40.4±4.0c 42.9
高粱 Sorghum 17.7±9.5a 90.8±13.1a 80.5 37.7±4.8a 60.7±3.7b 37.9 45.3±8.0a 89.3±22.0b 49.3
第 1年
First
year
黍子 Broomcorn 2.7±0.7c 34.2±7.2c 92.0 15.6±3.1b 46.7±8.2c 66.7 33.1±2.8b 113.9±12.2a 70.9
玉米Maize 21.1±4.0b 64.2±4.6b 67.2 40.4±4.8b 119.0±5.4a 66.0 42.9±3.5c 45.6±3.4c 5.9
高粱 Sorghum 38.8±8.1a 129.6±9.4a 70.1 48.7±4.7a 90.1±2.8b 46.0 99.3±12.6a 134.7±14.8b 26.2
第 2年
Second
year
黍子 Broomcorn 11.3±1.3c 45.1±5.0c 75.0 31.9±2.8c 55.2±3.8c 42.3 76.0±6.9b 327.9±66.8a 76.8
玉米 Maize 40.1±5.2b 76.2±3.4b 47.4 66.7±4.4a 151.8±6.4a 56.1 45.9±3.4c 55.0±8.5c 16.6
高粱 Sorghum 74.6±4.4a 195.3±19.4a 61.8 69.6±6.3a 138.9±5.9b 49.9 111.0±7.9a 195.3±21.4b 43.2
第 3年
Third
year
黍子 Broomcorn 12.4±3.1c 64.1±6.1c 80.6 41.7±3.8b 65.9±4.1c 36.8 95.0±8.7b 488.5±167.5a 80.6


图 1 母质生土与耕作熟土连续 3年当年施肥对 3种谷类作物根苗的增产效应
Fig. 1 Increasing effects of fertilization in current year for continuous 3 years on root and shoot growth of three cereal
crops in immature subsoil and mature soil
第 4期 杨珍平等: 黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活性的影响 703



图 2 母质生土与耕作熟土连续 3年当年施肥对 3种谷类作物根际土壤营养的影响
Fig. 2 Effects of fertilization in current year for continuous 3 years on rhizospheric soil nutrients of three cereal crops in
immature subsoil and mature soil

表 4 母质生土与耕作熟土连续 3年当年施肥对 3种谷类作物根际土壤微生物种群数量的影响
Tab. 4 Effects of fertilization in current year for continuous 3 years on rhizospheric soil microorganism population of
three cereal crops in immature subsoil and mature soil
细菌 Bacteria [×107·g−1(dry soil)] 放线菌 Actinomyces [×105·g−1(dry soil)] 真菌 Fungi [×103·g−1(dry soil)] 年度
Year
处理
Treatment 玉米
Maize
高粱
Sorghum
黍子
Broomcorn
玉米
Maize
高粱
Sorghum
黍子
Broomcorn
玉米
Maize
高粱
Sorghum
黍子
Broomcorn
母质生土 CK
Immature subsoil CK
11.3±0.0j 11.3±0.0i 11.3±0.0j 9.0±0.2l 9.0±0.2l 9.0±0.2j 1.0±0.0l 1.0±0.0i 1.0±0.0i
A2Bck 89.7±3.2ij 85.2±17.4h 41.2±5.0h 37.0±4.7k 26.2±2.1k 10.0±1.6j 39.7±3.3k 8.4±1.2ih 10.4±1.2h 第 1年
First year
A2Bf 114.6±6.1hi 102.5±7.5h 62.3±5.4g 70.8±9.6h 48.2±0.7i 30.0±5.6i 49.9±3.7kj 21.0±2.2gh 16.3±0.6g
A2Bck 97.1±8.0ij 112.0±5.5h 55.0±5.1g 46.8±0.6j 35.0±2.6j 12.7±0.0j 63.4±4.2j 12.6±2.3ih 16.8±6.8g 第 2年
Second
year A2Bf 170.2±8.8hi 122.3±8.3h 120.9±5.6f 78.9±2.0g 62.4±4.1h 35.1±0.8i 216.7±10.9g 36.0±5.1g 20.5±1.1f
A2Bck 323.3±18.9g 345.5±17.1f 119.9±6.8f 59.3±3.7i 45.1±3.4i 48.1±6.1h 180.3±10.8h 15.1±1.4ih 40.4±4.7d第 3年
Third year
A2Bf 558.8±23.2f 473.9±19.4e 375.7±18.9b 140.8±6.0e 146.3±5.6d 118.5±14.1e 417.4±49.8d 86.6±14.2e 84.8±4.0c
耕作熟土 CK
Mature soil CK
21.2±0.9j 21.2±0.9i 21.2±0.9i 13.8±0.9l 13.8±0.9l 13.8±0.9j 3.2±0.2l 3.2±0.2ih 3.2±0.2i
A1Bck 201.6±16.5h 237.8±10.7g 126.8±10.9f 111.5±12.7f 77.4±5.5g 55.4±6.5g 143.1±7.7i 63.6±7.0f 19.8±1.8f 第 1年
First year
A1Bf 815.8±51.7d 273.8±9.2g 222.3±12.4d 174.5±13.0d 99.7±4.8f 78.3±9.8f 248.7±12.2f 90.0±9.0e 23.0±2.4e
A1Bck 723.7±18.5e 822.1±30.4d 158.6±19.9e 171.5±12.5d 106.52±8.3e 341.9±24.6d 301.5±8.2e 124.8±7.4d 23.6±3.2e第 2年
Second
year A1Bf 1 788.0±165.3c 1 956.9±73.2b 365.3±11.2c 238.4±13.7c 293.2±23.4b 407.7±40.8b 1 543.8±56.8b 143.8±8.1c 43.8±6.7d
A1Bck 1 941.9±135.5b 1 229.6±75.3c 377.2±14.2b 417.9±25.4b 160.2±7.0c 374.5±9.2c 728.2±54.0c 639.8±33.4b 152.9±8.6b第 3年
Third year
A1Bf 3 455.9±239.3a 2 037.3±131.5a 862.6±37.4a 579.9±28.4a 482.7±10.2a 628.9±17.2a 2 390.4±98.3a 2 233.3±131.2a 166.1±10.3a

704 中国生态农业学报 2010 第 18卷


表 5 母质生土与耕作熟土连续 3年当年施肥对 3种谷类作物根际土壤酶活性的影响
Tab. 5 Effects of fertilization in current year for continuous 3 years on rhizospheric soil enzyme activities of three
cereal crops in immature subsoil and mature soil
脲酶 Urease
[mg(NH3-N)·kg−1]
碱性磷酸酶 Alkaline phosphatase
[mg(phenol)·kg−1]
蔗糖酶 Sucrase
[mg(glucose)·g−1] 年度
Year
处理
Treatment 玉米
Maize
高粱
Sorghum
黍子
Broomcorn
玉米
Maize
高粱
Sorghum
黍子
Broomcorn
玉米
Maize
高粱
Sorghum
黍子
Broomcorn
母质生土 CK
Immature subsoil CK
1.4±1.0m 1.4±1.0m 1.4±1.0l 8.1±1.8i 8.1±1.8h 8.1±1.8h 0.06±0.01k 0.06±0.01m 0.06±0.01k
A2Bck 12.3±1.3l 9.9±1.2l 9.6±2.0k 22.7±2.4i 19.3±2.5gh 3.4±1.4h 0.07±0.01k 0.18±0.02l 0.21±0.02j第 1年
First year
A2Bf 44.7±2.2k 36.3±2.9j 23.0±1.7j 55.8±8.7h 32.5±2.4gh 21.9±1.3h 0.17±0.04k 0.38±0.05k 0.29±0.03j
A2Bck 79.8±3.9j 11.4±1.1k 24.2±2.1j 158.1±4.2g 43.6±1.9g 87.5±8.0g 0.61±0.09j 0.87±0.14j 0.50±0.04i第 2年
Second
year A2Bf 134.4±3.4i 100.6±5.3i 131.9±4.4i 280.3±7.5f 147.3±4.7f 96.5±11.0g 1.20±0.11i 2.53±0.10g 1.40±0.22h
A2Bck 396.1±2.3e 526.5±2.1e 342.8±3.6e 475.5±6.9c 146.4±11.7f 305.0±14.9f 5.00±0.10e 2.27±0.17h 1.86±0.11g第 3年
Third year
A2Bf 440.0±3.0d 619.9±1.7a 515.0±1.6d 504.4±10.4b 438.6±20.8e 545.4±12.7e 9.37±0.25c 5.62±0.16d 6.12±0.14e
耕作熟土 CK
Mature soil CK
208.9±2.0h 208.9±2.0h 208.9±2.0g 612.0±21.7a 612.0±21.7d 612.0±21.7c 2.36±0.09h 2.36±0.09h 2.36±0.09f
A1Bck 241.6±3.8g 219.6±5.0g 199.3±2.9h 356.8±26.7e 620.7±59.1d 587.2±58.7d 2.39±0.09h 1.04±0.07i 1.39±0.10h第 1年
First year
A1Bf 262.6±3.9f 244.4±4.1f 225.0±4.1f 416.4±13.2d 634.8±57.5cd 618.6±24.4c 2.97±0.11g 3.73±0.08f 1.86±0.09g
A1Bck 401.7±3.2e 552.8±2.7d 553.4±13.6c 418.3±17.4d 641.4±32.2bcd 597.9±19.8cd 4.01±0.07f 5.37±0.13e 6.26±0.13d第 2年
Second
year A1Bf 471.1±17.2c 557.6±3.7c 635.8±3.9a 466.1±16.2c 667.9±35.5b 674.4±14.4b 7.10±0.55d 7.37±0.14c 11.44±0.17c
A1Bck 538.5±13.9b 555.5±8.1cd 561.2±13.2b 479.9±32.7c 662.1±38.7bc 608.6±26.1c 10.13±0.36b 13.25±0.19b 12.44±0.04b第 3年
Third year
A1Bf 637.6±11.7a 579.1±13.7b 634.9±2.4a 515.8±45.4b 701.0±29.8a 730.3±11.2a 10.78±0.19a 13.81±0.20a 13.71±0.21a

3 年施肥后, 根际脲酶活性为高粱>黍子>玉米, 根
际碱性磷酸酶活性为黍子>玉米>高粱, 根际蔗糖酶
活性为玉米>黍子>高粱。可见不同作物都有属于自
己的优势酶。
综合分析可知, “土壤追加肥力”、“土壤基础
肥力”、作物根系与根际土壤营养、微生物、酶活性
之间关系十分密切。追加肥力促进了作物根苗生长,
强大的根土系统又促进了土壤微生物繁衍, 酶活性
提高, 土壤营养提高, 而微生物的繁衍、酶活性的提
高、土壤营养的提高又可促进土壤有机物的矿化 ,
进而形成作物根系与土壤营养、土壤微生物、土壤
酶活性在土壤基础肥力载体中的相互依存相互促进
的关系, 达到提高土壤基础肥力水平及其产量水平
的目的。
3 结论与讨论
万物土中生。土壤是地球生态系统中植物生产
者的立足点与载体, 更是作物水、肥、气、热、生
产与生存条件能量的来源。地处我国秦岭以北长城
以南的黄土高原干旱半干旱地区, 是我国农耕的发
祥之地, 多为马兰黄土母质基础上发育起来的耕地,
其土壤特点是土层深厚(深达百米左右), 丘陵垣面
高低大小复杂, 沟壑纵横交错, 受江水冲刷的影响
耕作土层经常处于不稳定的流失与生土暴露的运动
之中 , 因此土层深厚 , 蓄水保水力很好 , 但土壤营
养极度贫乏。近年来随着我国西北大开发, 大规模
的填沟造地、平田整地以及矿山复垦, 带来大面积
母质生土。如何加速复垦, 种植什么作物, 采取什么
技术, 以及生土熟化肥化过程中土壤物理性、化学
性、生物性的演变机理等都有待研究。
研究表明黄土母质生土的熟化利用过程必须走
用地养地相结合的道路, 而不能只靠机械化大量投
入劳力与能源, 只图美观光滑、不重视生物改土的
指导思想。生土上先锋作物的选择应当以单位面积
生物量大、根冠比大、根系入土深、占有土壤空间
大、水热同步、根系残留量大的高秆作物为主, 达
到充分利用和改良土体。本研究表明, 高粱、玉米
均可作为生土改良沃化的先锋作物, 高粱单位面积
根系强壮 , 入土深 , 生物量大 , 矿化后转化留给土
壤的营养多; 而玉米(1盆 1株)虽单位面积总根重、
最大根长、一级节根数低于高粱(1盆 3株), 但其根
际土壤微生物数量多, 酶活性高, 因此可作为生土
改良的先锋作物。这与生土地上改良的先锋谷类作
物是黍子的观点不同。本研究表明黍子根系柔弱 ,
根际土壤生物活性较低。此外关于选择一年生豆科
作物作为生土先锋作物的问题 , 根据群众的经验 ,
豆科等双子叶作物根系属于直根系, 侧根少, 总根
量及其在土壤中的分布不及高秆须根作物。当然若
种植多年生豆科作物如苜蓿效果则另当别论。
黄土母质生土由于土壤养分十分贫瘠, 因此对
外源供给的辅助能(土壤追加肥力)反应十分敏感 ,
其增产效应与土壤培肥都十分显著。说明生土当年
施肥可起到立竿见影的效果, 这对指导生土沃土开
发具有重要现实意义。
第 4期 杨珍平等: 黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活性的影响 705


本文就不同谷类作物施肥对微生物种群及酶活
性的影响研究表明, 黄土母质生土熟化沃化的过程
既是一个生土培肥改良过程, 也是一个物质能量(营
养)投入转化过程, 并经植物物质生产过程、土壤微
生物分解矿化过程及土壤生物化学酶系统促进过程
三者互动 , 共同构成土壤物质能量转化的生态系
统。母质生土追加辅助能投入潜力大; 当年短期见
效, 要求重施氮、磷、钾肥或有机无机综合施肥, 肥
是生土变活、生土利用的促进剂; 先锋作物必须是
深根作物、须根作物、根系生物量大的作物; 生土
熟化是个生物能量的转化过程; 先锋起动作物的原
始生产力配以人工投入辅助能, 促进了植物产品规
模提高, 植物根、茎残留提高, 进而扩大了土壤物质
循环能力, 包括土壤微生物种群数量扩大, 以分解
活化残体营养, 土壤酶活性提高, 以生化促进土壤
营养提高, 最终达到高产沃土的基础肥力水平及产
量水平的形成。
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