长期施肥对旱地红壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响.pdf

华北农学报():收稿日期:基金项目:江西省重点研发计划项目()作者简介:林小兵()男江西丰城人助理研究员在读博士主要从事土壤资源与环境生态研究通信作者:钟义军()男江西修水人副研究员博士主要从事土壤生物物理的相关研究长期施肥对旱地红壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响林小兵柳开楼黄尚书何绍浪徐小林周琦娜钟义军(.江西省红壤及种质资源研究所国家红壤改良工程技术研究中心江西 南昌.江西农业大学 国土资源与环境学院江西 南昌)摘要:为探究南方长期不同施肥对双季玉米土壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响依托江西进贤 旱地红壤长期定位试验选取不施肥()、单施化肥()、化肥和新鲜猪粪配施()、单施新鲜猪粪()个处理测定双季玉米成熟期 土层土壤养分、微生物生物量碳、氮和酶活性并分析了微生物生物量碳、氮和酶活性与土壤养分的相关性 结果表明长期施肥(、和)显著提高土壤微生物生物量碳、氮和酶活性春玉米时期 土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较 分别提升了.过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了.秋玉米时期 土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较 分别提升了.过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了.其中以 处理的提升效果最佳 总体上 土层土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于 秋玉米时期土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于春玉米时期 和 处理还可以显著提高土壤 值、有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷、碱解氮和速效钾等养分长期增施有机肥后土壤磷素累积明显而 处理则加速了土壤酸化 各施肥处理均可以显著提高玉米产量(.)较 比增加了.倍 综上有机无机配施()是提升土壤养分、微生物生物量、酶活性和产量的最佳培肥措施关键词:玉米长期施肥旱地红壤微生物生物量酶活性中图分类号:文献标识码:文章编号:():./.(.):.()()()().().华 北 农 学 报 卷 .(.).().:红壤是我国南方地区重要的土地资源由于受自身发育、气候等自然因素及不合理利用等人为因素的影响 红壤酸、黏、瘦、板等特性越 来 越 突出 农业生态系统脆弱生物多样性锐减严重制约了红壤资源的可持续发展 施肥是改良土壤地力和提高产量的常规措施但长期、过量施用化肥会带来土壤酸化、肥力下降、微生物活性减弱等不利影响 针对不合理施用化肥带来的负面影响增施有机肥或有机无机肥配施是改善土壤理化性质、微生物群落结构的重要措施研究表明长期有机无机肥配施可以改善旱地红壤土壤肥力提高细菌多样性与不施猪粪相比连续施用猪粪 后旱地红壤有机碳、速效养分和作物产量均得到明显提高 土壤微生物生物量和酶活性常被用来评价土壤的生物学性状目前已有大量研究关于长期施肥对土壤物理、化学性质及产量的影响而对土壤生物学特性的研究较少特别是长期有机无机肥料配施下对旱地红壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响 合理的施肥制度有利于改善土壤理化性质提高作物产量不合理施肥则将进一步导致耕地质量下降从而影响作物产量 因此本研究基于种植制度为一年两季玉米的南方旱地红壤区分析不同施肥(化肥、有机肥和有机无机肥配施)处理对不同时期不同深度下玉米土壤微生物生物量和酶活性的影响以期准确评价长期施肥对旱地红壤生物学指标的影响 材料和方法.试验地概况试验地位于江西省南昌市进贤县张公镇江西省红壤研究所旱博园内(、)属亚热带季风气候年均降雨量 年均气温.海拔 年试验前耕层土壤 值.有机碳./全氮./全磷./全钾./碱解氮./有效磷./速效钾 /.试验设计长期定位试验开始于 年设置 个处理:对照(不施肥)化肥(氮、磷、钾肥)有机肥(鲜猪粪)化肥和有机肥配施()随机区组排列各小区面积.每个处理 次重复 种植制度为春玉米秋玉米冬闲玉米品种为掖单 每季的播种量(条播)为 /肥料施用量详见表.样品采集和测定分别于 年 月底(春玉米成熟期)和 年 月底(秋玉米成熟期)进行采样采用五点采样法每个小区分别采集 土壤混匀后去除根系与杂质运送至实验室一部分放置 冰箱保存一部分风干过筛 在玉米成熟后对小区内所有玉米收齐后进行脱粒、晒干和称质量 期林小兵等:长期施肥对旱地红壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响 表 旱地红壤长期施肥试验各处理每季肥料用量.编号处理单季施肥量/(/)尿素过磷酸钙 氯化钾 鲜猪粪 不施肥 化肥化肥和鲜猪粪配施 单施鲜猪粪 注:鲜猪粪的含水率为 烘干猪粪的、含量分别为./:./.本试验土壤化学性质参照鲁如坤的土壤农业化学分析方法方法进行土壤 值采用电位法土壤有机碳()采用重铬酸钾氧化 容量法全氮()采用凯氏定氮法全磷()采用碳酸钠熔融法全钾()采用氢氧化钠熔融法碱解氮()采用碱解扩散法有效磷()采用碳酸氢钠浸提 钼锑抗比色法速效钾()采用乙酸铵浸提 火焰光度法土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法磷酸单脂酶活性采用对硝基苯磷酸盐法蔗糖酶活性采用水杨酸比色法 采用氯仿熏蒸法测定土壤微生物生物量碳()和氮():称取 干质量的新鲜土壤样品用氯仿熏蒸 并准备等量的新鲜土壤不熏蒸作为对照组熏蒸结束后利用./的溶液浸提(土液比为)在摇床上浸提 后过滤得到滤液采用 分析仪测定浸提液的、浓度以熏蒸和不熏蒸土壤中总碳和全氮的差值除以转化系数计算得到土壤微生物生物量碳、氮含量换算系数分别为.其中微生物熵()土壤微生物生物量碳()/土壤有机碳().数据统计本试验数据采用 语言进行分析和处理并由 语言 完成制图 结果与分析.土壤微生物生物量碳、氮含量从图 可以看出长期施肥后旱地红壤微生物生物量碳、氮含量差异显著春玉米时期 土层、和 处理 较 分别提高了.分别提高了.土层、和 处理 较 分别提高了.分别提高了.秋玉米时期 土层、和 处理 较 分别提高了.分别提高了.土层、和 图中不同小写字母为同一土层不同处理间差异显著.图 同 趋势 和 处理与 相比土 壤 值 分 别 提 高 了.而 则 降 低 了.有机碳在 土层均表现出 趋势春玉米时期与 相比 土层、和 处理中有机碳分别提高了.秋玉米时期与 相比 土层、和 处理中有机碳分别提高了.土壤全量和速效养分变化趋势和有机碳变化规律一致除秋玉米时期 土层外与 相比、和 处理中全氮分别提高了.春玉米和秋玉米时期 土层、和 处理与 相比全磷分别提高了.期林小兵等:长期施肥对旱地红壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响.全钾分别提高了.增施有机肥(和)后与 相比有效磷分别提高了.倍.倍单施 则无显著影响春玉米和秋玉米时期 土层、和 处理与 相比碱解氮分别提高 了.速效钾分别提高了.图 长期不同施肥对旱地红壤双季玉米制度下土壤养分的影响.玉米产量如图 所示春玉米产量为 ./秋玉米产量为./旱地红壤经过 不同施肥后除秋玉米 处理外各施肥处理均显著提高了玉米产量增加了.倍其中春、秋玉米产量均表现出:的趋势 春玉米时期与 相比、和 处理玉米产量分别提高了.倍秋玉米时期、和 处理较 相比产量分别提高了.倍 从图 还可以看出施用有机肥处理(和)玉米产量也显著高于纯化肥处理().相关性分析相关性分析表明(图)春玉米和秋玉米时期在 土层土壤磷酸单脂酶与土壤速效钾呈极显著正相关土壤蔗糖酶与土壤全磷和碱解氮均呈极显著正相关土壤脲酶与土壤速效钾呈极显著正相关土壤过氧化氢酶与土壤全磷和碱解氮均呈极显著正相关土壤微生物量碳与土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷和速效钾均呈极显著正相关土壤微生物量氮与土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷和速效钾均呈极显著正相关 在 土层土壤磷酸单脂酶与土壤有效磷呈极显著正相关土壤过氧化氢酶与土壤有效磷呈极显著正相关土壤微生物量碳与土壤全钾和有效磷均呈极显著正相关土壤微生物量氮与土壤全钾呈极显著正相关由表 可以看出春玉米产量与土壤 值、有机碳、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾、微生物量碳、微生物量氮、脲酶和过氧化氢酶均呈极显著正相关还与土壤全钾、磷酸单脂酶、蔗糖酶呈极显著正 华 北 农 学 报 卷相关 秋玉米产量与土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、微生物量碳、微生物量氮、蔗糖酶和脲酶均呈极显著正相关还与土壤 值、磷酸单脂酶、速效钾和过氧化氢酶呈极显著正相关 相关性还表明土壤养分、微生物生物量和酶活性的增加是显著促进玉米产量提高的重要措施图 长期不同施肥模式对双季玉米产量的影响.图中数值为相关系数、和 分别表示在.水平上差异显著 .图 土壤微生物生物量碳、氮和酶活性土壤养分的相关性.结论与讨论.不同施肥方式对土壤养分和玉米产量的影响长期不同施肥对双季玉米旱地红壤的养分有着不同程度的影响有机肥(猪粪)中含有大量作物所需的氮、磷、钾等营养元素有机肥施入土壤后不断腐解土壤养分如有机质、氮素、磷素及钾素不断释放提高了土壤中有机质、碱解氮、速效磷及速效 期林小兵等:长期施肥对旱地红壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响 表 玉米产量与土壤养分、微生物生物量碳、氮含量和酶活性相关性.项目春玉米产量秋玉米产量.有机碳 .全氮 .全磷 .全钾 .碱解氮 .有效磷 .速效钾 .微生物量碳 .微生物量氮 .磷酸单脂酶.蔗糖酶.脲酶.过氧化氢酶.注:表中数值为相关系数、和 分别表示在.水平上差异显著:.钾等含量 本研究发现旱地红壤长期增施有机肥或有机无机配施可以显著提高土壤养分和 值而单施化肥则加速了土壤酸化其中长期增施有机肥后土壤磷素累积明显 宋以玲等研究表明与常规施用化肥比减量化肥配施有机肥通过改善根际土壤微生物群落来改变土壤酶活性和有效养分含量并实现养地增产的效果 徐文静等试验也表明长期有机无机配施处理较单施化肥处理对土壤有机碳的提升作用效果更佳与本研究结果类似 本研究发现长期施用猪粪或猪粪与化肥配施后可显著增加玉米产量较 比增加了.倍而单施化肥玉米产量仅增加了.倍 等研究表明旱地红壤连续 不施肥后玉米产量基本维持初始水平单施化肥在前 呈增长趋势但在第 年后则显著下降到低于初始产量说明长期单施化肥不利于玉米产量的提升 研究表明施用有机肥提高了有机碳含量和微生物固碳能力改善了土壤孔隙结构和透气性进而促进了作物产量的提高 长期施用有机肥或有机无机配施可以通过改善玉米的行粒数、穗粒数和百粒质量等穗部经济性状从而有利于获得较高的产量大量研究发现有机肥与化肥氮磷钾平衡配施不仅能改善土壤理化性状和培肥土壤而且可协同提升农作物籽粒产量 研究还发现秋玉米土壤化学性质和春玉米变化规律基本一致除土壤 值和全钾外土壤养分均随着土层深度增加而显著降低 向姣等研究表明耕层土壤()有机碳对长期施肥响应最敏感有机碳随剖面呈下降趋势与本研究相似研究发现长期秸秆还田促进土壤表层养分累积但土壤底层可能引起养分供应不足 施肥主要集中在土壤表层而长期定位施肥加剧了表层土壤养分的累积造成土壤养分随土层深度降低.不同施肥方式对土壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响长期施肥后土壤酶活性和微生物生物量碳、氮含量均显著提高且添加有机肥(猪粪)效果要优于单施化肥 有机肥投入后土壤有机碳含量增加微生物得到了丰富的碳源和氮源有利于微生物繁殖和发展也提高了土壤酶活性 研究表明长期施用有机肥或与化肥配施能显著提高土壤微生物多样性和微生物量氮 有机肥不仅为土壤提供大量养分使微生物代谢能力加强促进土壤中腐殖质分解而且增加作物根系生物量及分泌物为根际微生物提供了易于吸收的碳源从而提高了土壤中微生物生物量碳、氮 研究还发现有机无机肥配施土壤微生物生物量碳、氮含量均高于单施有机肥单施有机肥缺少了土壤微生物生长的氮、碳、磷等养分土壤微生物的繁殖及生长受限减弱了土壤微生物对氮的固持 此外与单施化肥相比有机无机肥配施的对氮素固定率较高主要是有机无机肥配施避免了氮素淋失和反硝化脱氢 马晓霞等研究表明长期有机物配施化肥有利于提高土壤碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶等酶活性 主要原因是有机肥为土壤带来了大量的腐殖质促进了微生物繁殖及生长还刺激了土壤酶活性有机肥还改善了土壤理化性质为土壤微生物生长提供良好环境为土壤酶提供了更多的底物 土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷、碱解氮和有效磷等养分的增加是促进玉米生物量碳、氮和酶活性提高的重要措施与以往研究结果相似 试验还发现土壤酶活性和微生物生物量碳、氮均随着土层深度增加而显著降低而秋玉米时期土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于春玉米时期 潘名好等研究发现 种酶活性呈表层富集现象均随土层深度的增加而降低李荣等调查发现随土层深度的增加土壤微生物量碳含量逐渐下降的趋势王伯仁等在湖南祁阳旱地红壤发现土壤养分主要集中在 表层土壤土壤养分丰富的地区土壤 华 北 农 学 报 卷微生物生物量碳、氮和酶活性也较高 不同时期生物呼吸作用以及微生物分解残体可能影响土壤微生物生物量碳、氮和酶活性的季节差异土壤酶活性主要土壤肥力状况和微生物过程的共同制约 相关性还发现秋玉米时期土壤微生物生物量碳、氮和酶活性较春玉米时期比受土壤养分影响更显著采样时期的水、热条件变化也可能影响土壤微生物生物量碳、氮和酶活性.不同施肥方式对土壤的长期施肥效果连续 施肥后单施化肥加速了旱地红壤酸化进程增施有机肥则可以缓解土壤酸化维持较高土壤 值但土壤磷素累积明显 长期施肥后土壤酶活性和微生物生物量碳、氮含量均显著提高且添加有机肥(猪粪)效果要优于单施化肥 土壤微生物生物量碳、氮和酶活性与土壤养分状况对长期施肥的响应基本相同 有机无机配施是提升土壤养分、微生物生物量、酶活性和产量的最佳培肥措施但需要注意长期施用猪粪带来的重金属等环境风险旱地红壤长期施用有机肥或有机无机肥配施有利于增加土壤 值和养分提高微生物生物量碳、氮和酶活性是旱地红壤肥力提升和地力保持的适宜农业措施 长期单施化肥会导致旱地红壤酸化加剧不利于旱地红壤养分与生物肥力提升限制了作物产量的提高不适于该区域农业生产参考文献:张福锁.我国农田土壤酸化现状及影响.民主与科学():.:./.():.柳开楼 叶会财 李大明 黄庆海 余喜初 胡志华徐小林 胡惠文 周利军 王赛莲.长期施肥下红壤旱地的固碳效率.土壤():.:./.():.周海燕 徐明岗 蔡泽江 文石林 吴红慧.湖南祁阳县土壤酸化主要驱动因素贡献解析.中国农业科学():.:./.():.金慧芳 史东梅 钟义军 黄尚书 宋鸽 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