吳 榮，劉善江，孫 昊，李亞星，馬 良，白 楊

（北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097）

土壤微生物控制著土壤生態(tài)系統(tǒng)中各種生化過程的強(qiáng)度和方向［1-2］，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用。土壤微生物學(xué)特征表征土壤質(zhì)量的變化［3］，作為評價土壤肥力和土壤質(zhì)量狀況的指標(biāo)，已愈來愈成為人們研究的熱點(diǎn)［4-5］。土壤微生物活性受外界影響因素較多［6-7］，特別是施肥方式的不同，國內(nèi)外的研究者認(rèn)為，施用有機(jī)肥或者長期施用化肥配施有機(jī)肥或秸稈能明顯提高土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量以及微生物量氮［8-11］；然而也有學(xué)者表明了不同觀點(diǎn)，認(rèn)為化肥配施有機(jī)肥能夠增加細(xì)菌數(shù)量，但同時減少土壤真菌數(shù)量［12］，或者施肥對微生物特性不會造成明顯效果［13］。土壤微生物數(shù)量及性狀受不同的施肥方式的影響，但迄今為止，結(jié)果不盡相同，所以有必要了解不同的施肥方式對土壤微生物性狀的影響。

施肥是影響土壤物理、化學(xué)性質(zhì)以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用的措施之一，而且還改變土壤微生物學(xué)特性。但以往的學(xué)者多集中在化肥或者有機(jī)肥對土壤性狀的影響，很少提及有機(jī)廢棄物堆肥，特別是長期不同的有機(jī)廢棄物肥對土壤肥力和微生物特性的影響更鮮見報道。有機(jī)廢棄物作為肥料施入農(nóng)田，可減少化肥和農(nóng)藥的用量，并且有機(jī)廢棄物肥中含有的物質(zhì)對土壤質(zhì)量和肥力的提高具有極為重要的影響［14］，也能夠改善作物品質(zhì)［15-16］。因此通過研究化肥配施不同有機(jī)廢棄物對農(nóng)田土壤物理性質(zhì)、土壤肥力和土壤微生物數(shù)量變化的影響具有重要的意義。本研究以位于北京市房山區(qū)農(nóng)科所，于2007 年開始的長期定位試驗站為平臺，采用大田試驗，探討長期不同施肥方式對土壤微生物量氮、微生物數(shù)量的影響及其與土壤肥力的關(guān)系，為建立科學(xué)的施肥制度，提高土壤質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于北京市房山區(qū)良鄉(xiāng)鎮(zhèn)的長期定位試驗站中進(jìn)行?；匚恢镁暥葹?9°40′，經(jīng)度是116°08′，海拔39.2 m。長期定位試驗站始于2007年，種植制度采用冬小麥-夏玉米輪作模式。試驗開始時耕層土壤理化性質(zhì)為，有機(jī)質(zhì)含量12.6 g/kg，全氮含量0.75 g/kg，有效磷6.04 mg/kg，速效鉀56.4 mg/kg，pH 值8.21。

1.2 供試材料

供試作物：玉米品種為京單28。

供試肥料：供試化學(xué)肥料為普通尿素、緩釋尿素、磷酸一銨、氯化鉀。供試有機(jī)肥為污泥肥、垃圾肥、雞糞和作物秸稈，其中雞糞肥料和垃圾肥料為商品肥。垃圾肥的生產(chǎn)原料主要是生活垃圾，物質(zhì)組成包括蔬菜及果皮、蛋殼、塵土等。供試有機(jī)物料養(yǎng)分見表1。

表1 供試肥料化學(xué)性質(zhì)

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)8 個處理，3 次重復(fù)，共計24 個小區(qū)，小區(qū)面積80 m2，隨機(jī)排列，具體試驗設(shè)計見表2。肥料用量設(shè)計：N：180 kg/（hm2·季）；P2O5：90 kg/（hm2·季）；K2O：90 kg/（hm2·季）。施肥方式：所有施肥處理均實行等氮處理，磷鉀使用量不低于現(xiàn)用量，有機(jī)肥料（垃圾肥、雞糞、污泥）、磷肥、鉀肥均用作基肥，2/3 普通氮肥用于基肥，1/3普通氮肥用于追肥，緩釋氮肥用于基肥。

表2 試驗方案

1.4 取樣及樣品處理

2017 年10 月5 日，在夏玉米收獲后采集土壤樣品。分別采集各處理0 ～20 cm 土壤，每個小區(qū)采集土樣迅速裝入密封袋中帶回實驗室。供試土壤分為2 部分，一部分鮮樣放入冰箱內(nèi)保存，用于土壤微生物量氮和微生物數(shù)量的測定，其余部分進(jìn)行風(fēng)干處理，過0.25 mm 孔徑的篩子用于土壤pH、EC、有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分分析。

1.5 測定方法

表3 土壤指標(biāo)檢測方法［4，17］

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 和SAS 8.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和差異顯著性分析，P＜0.05 水平差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期定位不同施肥處理對土壤pH 值、EC 值的影響

土壤pH 值能夠綜合反映土壤理化性質(zhì)，尤其對土壤的養(yǎng)分存在、轉(zhuǎn)化有深刻的影響。從圖1 數(shù)據(jù)可以看出，長期定位試驗12 年后，與試驗前基礎(chǔ)土樣的pH 值8.21 相比，土壤pH 值數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，化肥處理的土壤pH 值均有所增加，但處理之間pH 值差異不顯著。NPK 配施有機(jī)廢棄物和NPK 配施秸稈處理的土壤pH 值含量有一定程度的降低。其中化肥配施污泥（NPKWN）的處理降低效果最為明顯，pH 值較基礎(chǔ)土樣降低了0.18。有機(jī)廢棄物在一定程度上降低土壤pH 值，這與以往的研究結(jié)果［18］一致。這可能是由于有機(jī)廢棄物中含有微生物代謝過程中所需的物質(zhì)，微生物在代謝過程中產(chǎn)生了有機(jī)酸降低了土壤的pH 值。

土壤EC 值的大小反映了土壤水溶性鹽含量的高低，土壤EC 值越高，土壤的水溶性鹽分就越多。不同的耕作、施肥方式影響土壤的酸堿性和鹽分離子變化，根據(jù)HJ/T 332-2006 《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》對全鹽量的指標(biāo)限制要求，土壤的EC 值應(yīng)該低于30.0 mS/m。從圖2 數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過12 年的定位施肥后，試驗地的EC 值在11.7 ～14.50 mS/m 之間，各試驗處理的EC 值均低于30.0 mS/m，說明合理施用有機(jī)廢棄物肥，在一段時間內(nèi)并不會造成土壤的鹽漬化情況。與CK 處理相比，化肥配施污泥有機(jī)肥和生活垃圾有機(jī)肥處理增加了土壤EC 值，差異顯著，并且配施有機(jī)廢棄物處理的土壤EC 值又較NPK 處理偏高，其中NPKWN 處理土壤的EC 值增加效果最為明顯，與CK（不施肥）處理相比增加了22.0%。

圖1 長期定位不同施肥處理對土壤pH 值的影響

圖2 長期定位不同施肥處理對土壤EC 值的影響

2.2 長期定位不同施肥處理對土壤肥力指標(biāo)的影響

由表4 可以看出，連續(xù)施肥12 年后，各施肥處理相較于CK 不施肥處理，土壤的肥力指標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)生了變化。土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分性狀的基本規(guī)律：（1）與CK 不施肥相比施肥增加了土壤中有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的含量，化肥（NPK、NPKHSF）處理的有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、有效磷含量高于CK 處理。（2）NPK 配施污泥、垃圾（NPKWN、NPKLJ）處理的有機(jī)質(zhì)、全氮的效果最好，與CK 處理相比，差異顯著。（3）各處理中土壤全氮的變化規(guī)律：NPK 配施有機(jī)廢棄物肥（NPKWN、NPKLJ、NPKJF）處理＞NPK 配施秸稈（NPKJG、NPKMG）處 理 ＞ 化 肥 處 理（NPK、NPKHSF）＞CK（ 不 施肥）?？梢姡瑥拈L期施肥的角度來看，施肥有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷的含量，這與以往的研究結(jié)果一致［19］。并且長期施用有機(jī)廢棄物處理的全氮含量高于施用秸稈處理，這可能是因為化肥與有機(jī)廢棄物肥配合施用后，促進(jìn)了土壤微生物的大量繁殖，而秸稈中的C/N 較大，微生物繁殖緩慢。（4）NPKHSF 處理的硝態(tài)氮增加幅度最大，究其原因可能是，緩釋肥緩慢地向土壤釋放養(yǎng)分，土壤中的硝態(tài)氮不易隨水淋失。（5）NPK 配施污泥、雞糞（NPKWN、NPKJF）處理在增加有效磷、速效鉀的含量方面效果顯著，土壤中的速效鉀與對照相比分別增加了20.0%、26.0%。

表4 長期定位不同施肥對土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的影響（0 ～20 cm）

2.3 長期定位不同施肥處理對土壤微生物的影響

2.3.1 長期定位不同施肥處理對土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物參與土壤中物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，是土壤肥力的決定性因素之一。土壤質(zhì)量和各種土傳性病害直接或者間接與土壤中微生物組成和數(shù)量相關(guān)［20］，土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量受土壤類型、耕作制度和施肥技術(shù)等因素的影響［7-8，21］。由表5 數(shù)據(jù)看出：（1）土壤中的三大微生物數(shù)量，細(xì)菌＞放線菌＞真菌，這說明土壤細(xì)菌是土壤微生物的主要組成部分，參與土壤中各種物質(zhì)的分解。（2）與CK 處理相比長期施肥可以顯著提高土壤中細(xì)菌的數(shù)量，其中NPKWN 處理，土壤中細(xì)菌數(shù)量最高，CK 處理比NPKWN 處理少47.7%；NPK 配施廢棄物肥（NPKWN、NPKLJ、NPKJF）或者配施秸稈（NPKJG、NPKMG）的處理，細(xì)菌數(shù)量要高于化肥（NPK、NPKHSF）處理，各施肥處理之間差異不顯著。從不同施肥處理結(jié)果看，單施化肥遠(yuǎn)不及化肥配合有機(jī)廢棄物肥和秸稈效果明顯，其原因一方面是單施化肥破壞了土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，土壤細(xì)菌的生存環(huán)境變劣，導(dǎo)致土壤中的細(xì)菌數(shù)量減少；另一方面，施用有機(jī)肥和秸稈對提高土壤細(xì)菌數(shù)量明顯，這可能是因為細(xì)菌的生長需要利用有機(jī)質(zhì)為能源，而有機(jī)廢棄物肥中含有供細(xì)菌生命活動的能源物質(zhì)多。

真菌數(shù)量雖然最少，但其生物量較大，對土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化與分解過程仍然起著不容忽視的作用。由表5 可知：長期不同施肥處理對土壤真菌數(shù)量 的 影 響 趨 勢NPKJG＞NPKLJ＞NPKHSF=NPKMG＞NPKJF＞NPK＞NPKWN＞CK，真菌數(shù)量與細(xì)菌數(shù)量的變化趨勢并不一致，沒有明顯的界定為NPK 配施廢棄物肥或秸稈要明顯高于單施化肥處理?？赡苁且驗檎婢锪枯^大，平板計數(shù)法測定存在誤差，導(dǎo)致不同施肥處理真菌數(shù)量差異，施肥對真菌數(shù)量的影響有待于進(jìn)一步跟蹤觀察。不論是細(xì)菌還是真菌均表現(xiàn)施肥明顯提高了土壤微生物的數(shù)量，這與以往的研究結(jié)果一致［22］。這可能是因為施肥改良了土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，為微生物的生長提供適宜的環(huán)境［23-24］，這大大刺激了土壤微生物的活性［25］。

表5 長期不同施肥處理的土壤微生物數(shù)量

與細(xì)菌、真菌數(shù)量相比，土壤放線菌數(shù)量在不同處理之間差異并不明顯。NPK 配施垃圾肥處理最高，與不施肥處理相比增加了46.0%，單施化肥和NPK 配施有機(jī)廢棄物肥或秸稈對放線菌數(shù)量無明顯影響，表明在土壤養(yǎng)分相對平衡的情況下，不同的施肥方式不會顯著影響放線菌的數(shù)量。

2.3.2 長期不同施肥處理對土壤微生物量氮的影響

土壤微生物量氮是土壤氮源的儲備庫［26］，占土壤全氮的0.50%～15.3%［27］，土壤微生物量氮能夠綜合反映土壤中氮素的礦化和固定作用，因此一切能夠影響土壤氮素礦化和固定的過程都會直接影響氮素在土壤中的輸入與循環(huán)作用。不同的施肥處理以及耕作可以影響微生物量氮在土壤中的數(shù)量［28］，本試驗的數(shù)據(jù)分析表明：連續(xù)不同施肥處理12 年后，土壤微生物量氮含量明顯不同，變化介于24.69 ～44.61 mg/kg。

土壤中的微生物量氮因施肥處理的不同而不同。與對照相比長期連續(xù)施肥可增加土壤中微生物量氮的含量，但增幅因肥料種類而異，表現(xiàn)為NPKWN＞NPKLJ＞NPKJG＞NPKJF＞NPKMG＞NPK＞NPKHSF＞CK，與對照相比分別增加了80.7%、80.4%、77.2%、72.1%、61.2%、35.7%、23.7%，這與土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮的排序基本相同。這可能是因為有機(jī)廢棄物肥或秸稈的施入，為土壤微生物提供能源，促進(jìn)了土壤中微生物數(shù)量的增加，從而增加了對土壤有效態(tài)氮的固持作用。在等氮使用的條件下，單施化肥的處理顯著小于化肥配施有機(jī)廢棄物肥或秸稈的處理，究其原因可能是肥料進(jìn)入土壤后，一部分氮素通過固持作用進(jìn)入微生物體內(nèi)被暫時固定，而不同的肥料種類和性質(zhì)與固定率相關(guān)［29］，化肥配施有機(jī)廢棄物肥或秸稈的固定率較單施化肥的高，避免了氮素通過淋失和反硝化脫氫對氮素造成的損失，可見，在等氮條件下，化肥配施有機(jī)廢棄物肥或秸稈可以增加土壤中微生物量氮的含量，進(jìn)而提高氮肥的利用效率。

圖3 不同施肥處理對土壤微生物量氮的影響

2.4 土壤微生物特性與土壤基礎(chǔ)肥力指標(biāo)的相關(guān)性

土壤是個永遠(yuǎn)變化著的有機(jī)無機(jī)-生物復(fù)合體，土壤微生物的活動可以影響土壤的物理化學(xué)特征及土壤肥力。因此，農(nóng)業(yè)土壤中的微生物特性在土壤肥力和可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有至關(guān)重要的影響。利用不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分的平均值與微生物量氮、微生物數(shù)量平均值進(jìn)行相關(guān)性分析。相關(guān)性分析結(jié)果表明，微生物量氮與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷呈顯著或極顯著正相關(guān)，該結(jié)果與以往的學(xué)者研究報道相似，表明土壤微生物量氮可以敏感地反映不同施肥處理間土壤肥力的大小。從表6可以看出，土壤細(xì)菌與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷含量基本達(dá)到了顯著或極顯著相關(guān)性水平，與速效鉀含量無相關(guān)性，而土壤放線菌數(shù)量與土壤速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮呈顯著或極顯著正相關(guān)，與有效磷相關(guān)性差，說明土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量的變化與土壤肥力水平的變化一致，可以作為評價土壤肥力水平的指標(biāo)。而土壤真菌數(shù)量與土壤中的有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量無相關(guān)性，這與前人有關(guān)微生物數(shù)量與土壤肥力狀況的研究報道一致［9，30-31］。

表6 土壤微生物特性與土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量的相關(guān)性

3 結(jié)論

3.1 長期不同施肥條件下，土壤pH 值、EC 值表現(xiàn)出一定的變化趨勢。長期NPK 配施有機(jī)廢棄物肥和NPK 配施秸稈與CK 不施肥相較會降低土壤pH 值，提高土壤EC 值。其中pH 值變化介于8.02 ～8.37 之 間，EC 值 在11.7 ～14.5 mS/m 之間?；逝涫┪勰啵∟PKWN）處理降低pH 值和增加EC 值效果最為明顯，pH 值較基礎(chǔ)土樣降低了0.18，EC 值與CK 不施肥處理相比增加了22.0%。3.2 雖然各施肥處理與CK 不施肥相比能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量，但不同的施肥處理對土壤肥力指標(biāo)影響趨勢有所不同。土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮表現(xiàn)為NPK 配施有機(jī)廢棄物肥高于NPK 配施秸稈，NPK 配施秸稈又高于單施化肥。NPKHSF 處理對土壤硝態(tài)氮增加幅度最大，而NPK 配施污泥、雞糞對土壤有效磷、速效鉀增加效果顯著。

3.3 長期不同施肥處理的土壤微生物量氮變化介于24.7 ～44.6 mg/kg 之間，長期NPK 配施有機(jī)廢棄物肥和NPK 配施秸稈，可增加微生物量氮、土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量，土壤微生物數(shù)量不僅高于CK 不施肥，也高于長期單施化肥的處理。說明，建立科學(xué)的有機(jī)無機(jī)相結(jié)合的施肥制度，不僅可以保持和提高農(nóng)田的生產(chǎn)力，同時也可以保持和改善土壤的生物學(xué)特性，提高土壤的生物肥力。

3.4 長期不同施肥方式下土壤微生物量氮、細(xì)菌與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷呈顯著或極顯著正相關(guān)，土壤放線菌數(shù)量與土壤速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮呈顯著或極顯著正相關(guān)，即表明了不同的施肥方式可以影響土壤微生物特性和土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分，也進(jìn)一步反映了土壤微生物量氮、細(xì)菌、放線菌在長期施肥條件下對土壤質(zhì)量的作用。