全 文 ：　 　 倡 “十五”国家科技攻关项目 （２００４BA５０８B０１）和生态学北京市重点学科项目 （XK１００１９４４０）资助
　 　 倡倡 通迅作者
收稿日期 ：２００６唱０５唱２８ 　 改回日期 ：２００６唱０８唱１２
不同施肥管理措施对土壤碳含量及基础呼吸的影响 倡
胡 　诚１ ，２ 　曹志平２ 倡倡 胡婵娟２ 　王金凯２
（１ ．湖北省农业科学院植保土肥研究所 　 武汉 　 ４３００６４ ；２ ．中国农业大学资源与环境学院 　 北京 　 １０００９４）
摘 　 要 　 连续 ７ 年试验研究了施用 １５t／ hm２ 和 ７畅５ t／ hm２ 有机肥（包括 EM 堆肥 、EM 鸡粪肥和传统堆肥） 、化肥和
对照处理对土壤碳含量与基础呼吸的影响 ，结果表明 ：随有机肥施用量的提高 ，土壤可溶性碳 、总有机碳 、微生物生
物量碳和土壤的基础呼吸随之增加 。 施用化肥可一定程度提高土壤可溶性碳 、总有机碳 、微生物生物量碳和土壤
的基础呼吸 。 不同施肥措施对土壤有机碳 、微生物生物量碳和土壤基础呼吸的影响趋势为 EM 堆肥处理 ＞ 传统堆
肥处理 ＞ 化肥处理 ＞ 对照 ，施肥对土壤微生物代谢商的影响趋势为 EM 堆肥处理 ＜ 传统堆肥处理 ＜ 化肥处理 ＜ 对
照 。土壤微生物生物量碳与可溶性碳 、总有机碳及土壤基础呼吸之间呈极显著正相关 。 土壤微生物代谢商与土壤
可溶性碳 、总有机碳 、微生物生物量碳及基础呼吸之间呈极显著负相关 。
关键词 　 土壤施肥 　 土壤碳 　 土壤基础呼吸 　 土壤微生物代谢商 　 EM 堆肥 　 传统堆肥
Effects of different manure management practices on soil carbon and basal respiration ．HU Cheng１ ，２ ，CAO Zhi唱Ping２ ，
HU Chan唱Juan２ ，WANG Jin唱Kai２ （１ ．Institu te of Plant Protection and Soil Science ，Hubei Academy of Agricultural Sci唱
ences ，Wuhan ４３００６４ ，China ；２ ．College of Resources and Environmental Sciences ，China Agricultural Universit y ，Beijing
１０００９４ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（５） ：６３ ～ ６６
Abstract 　 A ７唱year field experiment of different fertilizers ［EM compost（１５ t／hm２ ，７ ．５t／hm２ ） ，EM chicken manure compost
（１５ t／hm２ ，７ ．５t／hm２ ） ，traditional compost（１５t／hm２ ，７ ．５t／hm２ ） ，chemical fer tilizer（７５０kg／hm２ ammonium bicarbonate ，３００
kg／hm２ urea ，７５０kg／hm２ calcium super唱phosphate）and control］ was conducted to study the effects of different manure manage唱
ment practices on soil carbon content and basal respiration ．Results show that soil dissolvable carbon ，total organic carbon ，microbial
biomass carbon and basal respiration rates increase when the amount of applied organic manure increases ．Applied chemical fertilizer
slightly enhances soil dissolvable carbon ，total organic carbon ，microbial biomass carbon and basal respiration in a somewhat insignif唱
icant amount ．Observed t rend of soil organic carbon ，microbial biomass carbon and basal respiration in the treatments is ：control ＜
chemical fertilizer ＜ traditional compost ＜ EM compost ．Soil microbial biomass carbon has a positive correlation with soil dissolvable
carbon ，total organic carbon and basal respiration rate ．The trend of fertilization effect on soil microbial metabolic quotient is ：control
＞ chemical fertilizer ＞ t raditional compost ＞ EM compost ．Soil microbial metabolic quotient has a negative correlation with soil dis唱
solvable carbon ，total organic carbon ，microbial biomass carbon and basal respiration rate ．
Key words 　 Soil fertilization ，Soil carbon ，Basal respiration ，Microbial metabolic quotient ，EM compost ，Traditional compost
（Received May ２８ ，２００６ ；revised Aug ．１２ ，２００６）
长期施用有机肥改变了土壤的物理化学特性 ，增加了土壤碳源 ，从而提高了土壤微生物数量并增加了
土壤微生物活性 ，而土壤微生物是土壤形成和营养元素循环的主体［１］ ，由于微生物生物量转化迅速 ，微生物
生物量碳又是土壤有机质中的活性成分 ，能够在土壤有机质变化之前反映土壤环境的变化［１０ ，１１］ ，因此 ，土壤
微生物数量和活性可能是土壤健康和土壤环境质量变化的重要生物指示因子 。 微生物代谢商是微生物基
础呼吸强度与微生物生物量的比值 ，用来表征单位生物量的微生物在单位时间内呼吸作用的大小 ，综合了
微生物量的大小和活性 ，是较好反映土壤环境质量变化的生物指标［１２］ 。 生物有机肥有兼顾传统有机肥与添
加有机菌剂的优势 ，可减少化肥 、农药的使用 ，增强作物抗逆性 ，改善作物品质［２］ 。 目前短期施用有机肥和
化肥对土壤微生物数量和活性的研究较多 ，但利用土壤微生物数量和活性监测土壤环境变化的长期定位研
究尚较少 。 本试验长期定位研究了不同施肥管理措施对土壤碳含量与基础呼吸的影响 ，为合理施肥 、保持
健康的土壤环境及促进农业可持续发展提供科学依据 。
第 １５卷第 ５ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．５
２ ０ ０ ７ 年 ９ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Sept ．，　 ２００７
1 　 试验材料与方法
试验在中国农业大学曲周试验站进行 ，试验区属暖温带半湿润季风气候 ，年均降雨量 ５４２畅７mm ，年蒸发
量 １８４１mm 。 浅层地下水矿化度大 ，地下水位高 ，在气候因素影响下形成积盐深度大 、含盐量高的盐碱土 ，属
内陆冲积平原浅层咸水型盐渍化地区［３］ 。 试验地土壤为改良后的粉沙质潮土 。
试验设施 EM 堆肥 １５ t／hm２（EM１） 、施 EM 鸡粪堆肥 １５ t／hm２ （EMC１） 、施传统堆肥 １５ t／hm２ （TC１） 、施 EM
堆肥 ７畅５t／hm２（EM２） 、施 EM 鸡粪堆肥 ７畅５t／hm２ （EMC２） 、施传统堆肥 ７畅５t／hm２ （ TC２） 、施化肥（７５０kg／hm２ 碳
铵 ＋ ３００kg／hm２尿素 ＋ ７５０kg／hm２ 过磷酸钙）（CF）和不施肥（CK）８ 个处理 ，每处理 ３ 次重复 ，完全随机区组排
列 。 每 ５０kgEM（Effective microorganism ，它是 １０ 个属几十种微生物复合培养而成的新型微生物活菌制剂 ，其中
几个代表性的微生物类群为光合微生物 、乳酸菌 、酵母菌 、放线菌 、醋酸杆菌等 ；EM原液由北京伊埃坶生物技术
有限公司出品）堆肥原料为秸杆 ３０kg 、畜禽粪 １５kg 、棉籽饼 ２畅５kg 、糠麸 ２畅５kg 、红糖 １kg 、EM 菌剂原液 ２００mL ，
传统堆肥原料除不加红糖及 EM 菌剂原液外 ，其余原料与 EM 堆肥相同 。将经过筛选的原料充分混匀后 ，分别
按传统堆肥方法和 EM 微生态工程技术进行堆肥发酵制成堆肥 。 EM 鸡粪堆肥是用添加 EM 菌剂的饲料喂养
鸡的粪便代替传统堆肥中的畜禽粪 ，其他原料同传统堆肥堆制而成的堆肥 。 田间试验始于 １９９７ 年 ，小麦与玉
米轮作 ，１年 ２ 熟 ，每年种植冬小麦和夏玉米 ，种植冬小麦和夏玉米之前进行施肥处理 。
２００４ 年 ６ 月在小麦收获后准备种植夏玉米之前取样 ，用 ３cm × ２０cm 土钻在试验处理小区随机采集 ０ ～
２０cm耕层土壤 １５ 钻 ，迅速装入塑料袋中带回 ，尽快测定各项目 。 土壤微生物生物量碳采用氯仿熏蒸
０畅５mol／L K２ SO４ 溶液浸提法测定［１３］ ，微生物商用微生物量碳占总有机碳的百分比表示 ，土壤微生物活性用
培养 ２４h 后呼出的 CO２ 量表示［１４］ ［mg（CO２ ）／kg（土）·d］ ，代谢商用每毫克微生物量碳的基础呼吸率表示
［mg（CO２ ）／kg（生物量碳）·d］ ，土壤可溶性碳采用 ０畅５mol／L K２ SO４ 溶液浸提（土∶液 ＝ １∶４） ，重铬酸钾容量
法测定 ，其他土壤指标的测定采用常规土壤农化分析方法进行 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 长期施肥对土壤可溶性碳 、微生物生物量碳及总有机碳的影响
不同施肥处理田块土壤可溶性碳含量为 CK ＜ CF 处理 ＜ EM２ 处理 ＜ EMC２ 处理 ＜ TC２ 处理 ＜ TC１ 处
理 ＜ EMC１ 处理 ＜ EM１ 处理（表 １） 。 施 １５t／hm２ 有机肥的各处理显著高于施 ７畅５ t／hm２ 有机肥的各处理
（ P ＜ ０畅０５） ，且显著高于施化肥处理和对照（ P ＜ ０畅０５） ，施化肥处理略高于对照 。 EM１ 处理比 TC１ 处理高
１２畅４８ ％ ，EMC１ 处理比 TC１ 处理高 ７畅６４ ％ 。 土壤可溶性碳含量随有机肥施用量增加而增加 。
不同施肥处理田块土壤微生物生物量碳含量为 CK ＜ CF 处理 ＜ TC２ 处理 ＜ EM２ 处理 ＜ EMC２ 处理 ＜
TC１ 处理 ＜ EMC１ 处理 ＜ EM１ 处理（表 １） ，土壤微生物生物量碳呈随有机肥施用量增加而增加的趋势 。 施
１５ t／hm２ 有机肥的各处理显著高于施 ７畅５ t／hm２ 有机肥的各处理（ P ＜ ０畅０５） ，且显著高于施化肥处理和对照
（ P ＜ ０畅０５） ；施 ７畅５ t／hm２ 有机肥的各处理也显著高于施化肥处理和对照（ P ＜ ０畅０５） ；施化肥处理略高于对
照 。 土壤微生物生物量碳含量 EM １ 比 EM２ 处理高 ３５畅６９ ％ ，EMC１ 比 EMC２ 处理高 ２１畅２８ ％ ，TC１ 比 TC２
处理高 ２８畅０７ ％ 。 施 １５ t／hm２ 有机肥的各处理土壤微生物生物量碳含量比施化肥处理高 ７８畅５２ ％ ～
９０畅４６ ％ ，施 ７畅５t／hm２ 有机肥的各处理土壤微生物生物量碳含量比施化肥处理高 ３９畅３９ ％ ～ ４８畅０８ ％ 。 由此
可见长期施用有机肥可显著提高土壤微生物数量 。
表 1 　 不同施肥处理对土壤可溶性碳 、微生物生物量碳 、总有机碳及微生物商的影响 倡
Tab ．１ 　 E ffects of di ffe rent fert ilizat ion treatments on the dissolvable C ，microbial biomass C ，tot al o rganic C and microbial quotien t o f soil
项 　 目
I tem
处理 T reat ment
EM １ EMC１ TC１ EM２ EM C２ T C２ CF CK
可溶性碳／mg·kg － １ １２０畅８０a １１５畅６０a １０７畅４０a ８０畅０８bc ８４畅１０b ８６畅４４b ６２畅６６cd ５９畅１０d
微生物生物量碳／mg·kg － １ ２７９畅５４a ２６３畅５７a ２６２畅０１a ２０６畅０２b ２１７畅３３b ２０４畅５９b １４６畅７７c １３５畅７２c
总有机碳 ／g·kg － １ １３畅０１a １３畅０５a １２畅９６a １１畅２０b １１畅４１b １１畅１６b ７畅６８c ７畅０６c
微生物商 ／ ％ ２畅１６a ２畅０３a ２畅０２a １畅８５a １畅９２a １畅８５a １畅９１a １畅９２a
　 　 倡 表中同行不同字母表示处理间差异显著 。
不同施肥处理土壤总有机碳含量为 CK ＜ CF 处理 ＜ TC２ 处理 ＜ EM２ 处理 ＜ EMC２ 处理 ＜ TC１ 处理 ＜
EM１ 处理 ＜ EMC１ 处理（表 １ ） ，土壤总有机碳含量有随有机肥施用量增加而增加的趋势 。 施 １５t／hm２ 有机
肥的各处理显著高于施 ７畅５ t／hm２ 有机肥的各处理（ P ＜ ０畅０５） ，显著高于施化肥处理和对照（ P ＜ ０畅０５） ；施
６４　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
７畅５ t／hm２ 有机肥的各处理也显著高于施化肥处理和对照（ P ＜ ０畅０５） ；施化肥处理略高于对照 。 土壤总有机
碳含量 EM １ 比 EM ２ 处理高 １６畅１６ ％ ，EMC１ 比 EMC２ 处理高 １４畅３７ ％ ，TC１ 比 TC２ 处理高 １６畅１３ ％ 。 施 １５
t／hm２有机肥的各处理土壤总有机碳含量比施化肥处理高 ６８畅７５ ％ ～ ６９畅９２ ％ ，施 ７畅５ t／hm２ 有机肥的各处理
土壤总有机碳含量比施化肥处理高 ４５畅３１ ％ ～ ４８畅５７ ％ 。 由此可见长期施用有机肥对提高土壤总有机碳作
用明显 。
土壤微生物生物量碳占土壤总有机碳的比例称为微生物商 。 不同施肥处理田块土壤微生物商为 EM２
处理 ＝ TC２ 处理 ＜ CF 处理 ＜ CK ＝ EMC２ 处理 ＜ TC１ 处理 ＜ EMC１ 处理 ＜ EM１ 处理（表 １） ，施 １５t／hm２ 有
机肥的各处理高于施 ７畅５ t／hm２ 有机肥各处理及施化肥处理和对照 ，EM１ 处理比 TC１ 处理高 ６畅９３ ％ ，且各
处理之间差异不显著 。
2畅2 　 长期施肥对土壤基础呼吸的影响
不同施肥处理田块土壤基础呼吸为 CK ＜ CF 处理 ＜ TC２ 处理 ＜ EMC２ 处理 ＜ EM２ 处理 ＜ TC１ 处理 ＜
EMC１ 处理 ＜ EM １ 处理（图 １ ，邓肯多重比较 ，不同字母表示处理间差异显著） 。 土壤基础呼吸有随有机肥施
图 1 　 不同施肥处理的土壤基础呼吸及微生物代谢商
Fig ．１ 　 Soil basal respiration and microbial metabolic quotien t
in differen t fertilization t reatments
用量增加而增加的趋势 ，施用有机肥的各处理显
著高于施化肥处理和对照（ P ＜ ０畅０５） ，施化肥处理
略高于不施肥对照 。 不同有机肥处理之间差异不
显著 ，施化肥处理与对照之间差异也不显著 。
EM１ 处理比 TC１ 处理高 ３畅５７ ％ ，EM２ 处理比
TC２ 处 理 高 １畅９１ ％ ，施 化 肥 处 理 比 对 照 高
２畅４０ ％ 。 根据土壤基础呼吸可区分有机肥 、化肥
及不施肥处理 ，但难以区分不同施肥量的各有机
肥处理 。
微生物代谢商是微生物基础呼吸强度与微生
物生物量碳的比值 。 不同施肥处理田块土壤微生
物代谢商为 EM１ 处理 ＜ TC１ 处理 ＜ EMC１ 处
理 ＜ EMC２ 处理 ＜ TC２ 处理 ＜ EM２ 处理 ＜ CF 处理 ＜ CK（图 １） ，施化肥处理和对照的微生物代谢商显著高
于施有机肥各处理（ P ＜ ０畅０５） ，TC２ 与 EM２ 处理显著高于 EM１ 、TC１ 和 EMC１ 处理（ P ＜ ０畅０５） 。
2畅3 　 土壤可溶性碳 、总有机碳 、微生物生物量碳与基础呼吸之间的相关性
表 2 　 土壤可溶性碳 、总有机碳 、微生物生物量碳与基础呼吸之间的相关性
Tab ．２ 　 Linear correlation coefficien ts among soil dissolvable C ，total organic C ，
microbial biomass C and soil basal respiration rate
项 　 目
I tem
可溶性碳
Dissolvable
C
总有机碳
To tal organic
C
微生物生
物量碳
Microbial
biomass C
微生物商
Microbial
quo tien t
土壤呼吸
Soil
respiratio n
代谢商
Met abolic
quotien t
可溶性碳 １畅００
总有机碳 ０畅８７３ 倡倡 １畅００
微生物生物量碳 ０畅８５０ 倡倡 ０畅９１０ 倡倡 １畅００
微生物商 ０畅１７０ ０畅０５９ ０畅４６５ 倡 １畅００
土壤呼吸 ０畅７０１ 倡倡 ０畅６７４ 倡倡 ０畅７８９ 倡倡 ０畅５０３ 倡 １畅００
代谢商 － ０畅７８０ 倡倡 － ０畅９２４ 倡倡 － ０畅９３５ 倡倡 － ０畅２６７ － ０畅５６５ 倡倡 １畅００
　 　 倡 为显著相关 （ P ＜ ０畅０５） ，倡倡 为极显著相关（ P ＜ ０畅０１） ，n ＝ ２４ 。
　 　 由表 ２ 可知 ，土壤可溶性碳与土壤
总有机碳 、土壤微生物生物量碳和土壤
基础呼吸呈极显著正相关 ，与代谢商呈
极显著负相关（ P ＜ ０畅０１） 。土壤总有机
碳与土壤微生物生物量碳和土壤基础呼
吸呈极显著正相关 ，与代谢商呈极显著
负相关（ P ＜ ０畅０１） 。土壤微生物生物量
碳与土壤总有机碳和土壤基础呼吸呈极
显著正相关 ，与代谢商极显著负相关
（ P ＜ ０畅０１） 。微生物商与微生物生物量
碳和土壤基础呼吸 呈显著正相 关
（ P ＜ ０畅０５） 。代谢商与土壤可溶性碳 、土
壤总有机碳 、微生物生物量碳及土壤基
　 　 　 　 　 　础呼吸呈极显著负相关（ P ＜ ０畅０１） 。
3 　 小结与讨论
长期施用有机肥土壤可溶性碳 、总有机碳和微生物生物量碳明显提高 ，且随有机肥施用量的提高 ，土壤
可溶性碳 、总有机碳和微生物生物量碳含量也随之增加 ，这主要是输入农田生态系统中碳源数量不同所
致［１５］ 。 施肥对土壤有机碳和微生物生物量碳的影响趋势为 EM 堆肥处理 ＞ 传统堆肥处理 ＞ 化肥处理 ＞ 对
照 。土壤微生物生物量碳与土壤的基础呼吸和总有机碳含量呈极显著正相关 。 土壤微生物生物量碳和总
第 ５期 胡 　 诚等 ：不同施肥管理措施对土壤碳含量及基础呼吸的影响 ６５　
有机碳在施 １５ t／hm２ 有机肥 、施 ７畅５ t／hm２ 有机肥及化肥处理和对照之间差异显著 ，而土壤基础呼吸只在施
有机肥处理与化肥处理和对照之间差异显著 ，土壤基础呼吸未能区分不同量有机肥处理之间的差异 ，可能
是因为不同施肥量的有机肥处理土壤微生物数量差异明显而活性差异不大所致 。 故土壤微生物生物量碳
和总有机碳可用来作为长期土壤培肥过程中土壤质量变化的生物指标［４］ 。
施 １５ t／hm２ 有机肥处理和施 ７畅５ t／hm２ 有机肥处理中施用添加 EM 菌剂的堆肥和含有 EM 菌剂的鸡粪
堆肥比传统堆肥的土壤总有机碳含量高 ，主要是因为 EM 菌剂更有效促进了堆肥的分解 ，提高了土壤肥
力［５］ 。 添加 EM 菌剂的堆肥和含有 EM 菌剂的鸡粪堆肥处理土壤微生物生物量碳比传统堆肥处理高 ，原因
在于含有 EM 菌剂的堆肥比传统堆肥处理土壤微生物活性高且数量大［６］ 。 与对照相比 ，施化肥处理提高了
土壤总有机碳和微生物生物量碳含量 ，这是因为施化肥处理增加作物生产力的同时 ，也增加了留在土壤中
的根茬生物量［１６］ ，从而增加了土壤总有机碳含量和微生物数量 。
微生物商反映了土壤总有机碳中活性有机碳的比例［１７］ ，施 １５t／hm２ 有机肥的各处理高于施 ７畅５t／hm２ 有机肥
各处理及施化肥处理和对照 。微生物代谢商表征单位生物量的微生物在单位时间内呼吸作用的大小 ，是反映微生
物胁迫的指标［７ ～ ９］ 。 微生物代谢商与土壤可溶性碳 、土壤总有机碳 、微生物生物量碳及土壤基础呼吸呈极显著负
相关 ，施化肥处理和不施肥对照的微生物代谢商显著高于其他有机肥处理 ，说明代谢商可作为土壤肥力缺乏 、土壤
微生物受到食物胁迫的指标之一［１８ ，１９］ ，主要原因是施化肥处理和不施肥对照土壤有机碳含量低 ，微生物可利用的
碳源少 ，不良的环境条件导致微生物数量和利用碳源的效率下降［２０］ ，单位微生物量的呼吸率升高［２１］ 。
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