长期施肥对土壤微生物量及土壤酶活性的影响

 该文以北京国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地的长期肥料定位试验为平台,研究了长期不同施肥制度对土壤的生物学特性及其土壤酶的影响。主要研究结果：长期撂荒土壤(15年)的有机质和全氮(TN)的含量、微生物量碳(SMB-C)和氮(SMB-N)、土壤的蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性以及SMB-C/SOC(土壤有机碳)和SMB-N/TN比值都高于种植作物的农田土壤;而其代谢商和容重值低于农田土壤。长期施肥的农田(NPK、NPKM 、NPKS和NPKF),其土壤养分含量、微生物量碳和氮以及土壤蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性均高于不施肥的农田(CK);而小麦(Triticum aestivum)-玉米(Zea mays)→小麦-大豆(Glycine max)复种轮作(NPKF)的农田又高于长期复种连作(NPK)的农田;在施肥处理中(NPK、NPKM、NPKS和NPKF),长期化肥与有机肥配合施用的处理(NPKM )的土壤上述指标高于其它施肥处理(NPK、NPKS和NPKF),但其土壤的代谢商、pH值和容重值较低。     

长期施肥对新疆灰漠土土壤微生物群落结构与功能多样性的影响

以20a新疆国家灰漠土土壤肥力与肥料效益长期定位试验为平台,采用常规培养法,结合Biolog技术对可培养微生物、生理菌群数量和碳源利用进行测定分析,研究撂荒(CK0)、耕作不施肥(CK)、不同化肥(N、NK、NP、PK、NPK)、化肥配施低量高量有机肥(NPKM1和NPKM2)和秸秆还田(NPKS)等10种处理土壤微生物特征,揭示长期施肥对土壤微生物群落结构与功能多样性的影响。结果表明:(1)可培养微生物:与CK处理相比,CK0处理显著提高了细菌、放线菌和真菌的数量(P0.05),NPKS处理微生物数量则显著降低(P0.05);不同化肥处理的细菌(除PK处理外)、放线菌(除PK和N处理外)数量也有所增加,增幅在8.14%—135.70%和15.30%—44.78%之间;真菌数量(除NK处理外)则有一定幅度的降低;NPKM1和NPKM2处理,微生物数量最高,细菌分别增加了162.20%和173.75%,放线菌增加了34.39%和39.37%,真菌增加了63.33%和488.33%;(2)生理菌群:与CK0相比,CK处理显著提高了自生固氮菌和亚硝化细菌数量(P0.05),显著降低了氨化细菌和纤维素分解菌数量(P0.05);与CK相比,NPKM1和NPKM2处理显著提高土壤中与氮素转化有关的生理菌群数量(P0.05),不同化肥处理和NPKS处理的影响不相同,NPK处理显著高于其余处理(P0.05);(3)微生物碳源利用:微生物活性表现为NK、NPKM1、NPKM2N、NPK、CKPK、NPKSCK0、NP;CK0处理3个多样性指数以及NPKM1、NPKM2和NK处理Shannon(H)指数最高,其余施肥处理差异不显著;糖类、氨基酸类、羧酸类和胺类是微生物利用的主要碳源。(4)聚类分析表明,除NP处理外,施氮处理土壤有较为相似的碳源利用,细菌和真菌与养分之间有较好的相关性,可培养微生物和生理菌群与微生物碳源利用的相关性较差。因此,长期不同施肥对新疆灰漠土土壤微生物群落结构和功能多样性产生了显著的影响,长期耕作不施肥降低了土壤微生物群落结构和功能多样性,不同化肥配合施用对微生物群落的影响不同,NPK及NPK配施有机肥可提高土壤微生物多样性。     

施肥和土壤管理对土壤微生物生物量碳、氮和群落结构的影响

以中国科学院沈阳生态试验站的长期定位试验为平台,研究了不同施肥和土壤管理对潮棕壤微生物生物量碳、氮和群落结构的影响。结果表明,裸地和农田处理的微生物生物量碳、氮较低,但是农田处理下施肥增加了微生物生物量,其中NPK+M效果最明显。DGGE图谱显示,处理间细菌条带分布较相似,其中裸地的细菌多样性最高;长期施肥和土壤管理改变了土壤真菌群落结构,施肥增加了真菌多样性,且有机肥的影响大于化肥;不同处理间氨氧化细菌群落结构差异显著,NPK+M显著增加了氨氧化细菌多样性,且无机肥和有机肥对氨氧化细菌群落影响不同。施肥和土壤管理对细菌影响较小,但显著改变了真菌和氨氧化细菌的群落结构。聚类分析结果显示,土壤管理措施较施肥对细菌、真菌和氨氧化细菌群落的影响更为显著。     

化肥和有机肥长期施用对红壤酶活性的影响

选择长期定位试验中的不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(OM)及化肥有机肥配施(NPKM)4种处理,研究了长期化肥和有机肥互作对旱地红壤酶活性的影响及酶活性与土壤理化性质、微生物生物量的关系。结果表明,施肥特别是化肥和有机肥的交互作用能不同程度促进参与碳、氮循环的总体酶活性增加;其中,OM对酶活性的促进作用强于NPK,NPKM的酶活性最高。与CK相比,施用有机肥的处理(即OM和NPKM)会降低参与碳循环酶和参与氮循环酶的比值,而NPK不影响该比值。OM处理的单位微生物量碳酶活性和单位有机碳酶活性均显著低于其他处理,而在NPK处理中这两项指标最高,OM和NPKM处理则提高了单位微生物量氮酶活性。一方面说明有机肥可以缓解土壤微生物的碳限制,但是供氮能力相对不足,而与化肥配施缓解了氮素的限制状况;另一方面暗示有机肥可以提高土壤生物的生态效率。总之,化肥和有机肥配施能够在碳氮资源的生物有效性上形成互补关系,能够同时促进土壤生物和作物生长,从而满足土壤生态系统服务功能持续发挥的需要。     

秸秆还田与施肥对稻田土壤微生物生物量及固氮菌群落结构的影响

利用氯仿熏蒸法和变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)研究了秸秆覆盖还田与施肥对灰棕冲积水稻土0—10cm和10—20cm土层土壤微生物生物量碳、氮和固氮菌群落结构的影响。结果表明:土壤微生物量碳、氮和固氮菌多样性从0—10cm土层到10—20cm土层均呈现降低趋势。无秸秆覆盖处理(对照组)的土壤微生物生物量碳(SMB-C)和微生物生物量氮(SMB-N)量最小。在秸秆覆盖还田处理中,低氮和无钾处理的SMB-C和SMB-N都显著低于全量氮磷钾肥处理。虽然无磷处理的SMB-N低于全量氮磷钾处理,但差异不显著。说明秸秆覆盖还田配施充足氮磷钾肥能显著提高土壤微生物生物量碳、氮。由DGGE图谱多样性指数分析得知,配施充足氮磷钾肥的处理土壤的固氮菌多样性最丰富。UPGMA聚类分析显示,10种不同处理的聚类图也不同,对照(无秸秆)处理0—10cm和10—20cm的微生物不同于其它处理单独聚在了一个群里。DGGE条带测序得知,14个条带的近缘种大部分为非培养细菌nifH基因片段,主要优势菌群其归属于变形菌门(Proteobacteria)的β-变形菌纲(Betaproteobacteria)。应用PCR-DGGE技术可以解释灰棕冲积水稻土秸秆覆盖不同肥料用量固氮菌分子群落结构特点。     

长期不同施肥制度对潮棕壤肥力及微生物活性的影响

利用长期定位试验研究了不同施肥制度对潮棕壤肥力及微生物活性的影响。结果表明:长期施用有机肥、无机肥显著降低土壤pH;长期施用化肥并不能增加土壤全碳、氮含量,而有机肥的长期施用却能显著提高土壤有机质含量;土壤长期无P、K肥料施入则会出现P、K的亏损。有机肥处理(M,N+M和NPK+M)的微生物量均显著高于不施肥处理(CK),且这些处理间无显著差异;NPK处理与CK处理间无显著差异,而长期施用N肥显著降低土壤微生物量;均衡施肥处理(M,N+M,NPK和NPK+M)均能显著增强土壤微生物呼吸(P0.05),而单施N处理对土壤微生物呼吸无显著影响;与CK相比,施肥处理均能显著提高土壤氨化作用(P0.05),其中以NPK+M处理最高;除N处理外,其他施肥处理均显著提高土壤硝化作用(P0.05)。相关性分析显示,土壤微生物量碳、氮,微生物呼吸,氨化和硝化作用均与土壤全碳、全氮极显著相关(P0.01),均能够较好地反映土壤肥力变化情况;而土壤微生物活性与其他理化因子相关性不一致,表明它们对土壤理化因子变化的响应程度不同。     

吉林黑土区不同施肥处理对农田土壤昆虫的影响

为研究不同施肥处理与农田土壤昆虫群落之间的关系,对吉林黑土区不同施肥处理对农田土壤昆虫群落的影响进行了研究.在12个处理小区内,即（1）撂荒（不施肥、不耕作、不种植,ABAND）、（2）对照（种植、不施肥,CK）、（3）施氮肥（N）、（4）施氮磷肥（NP）、（5）施氮钾肥（NK）、（6）施磷钾肥（PK）、（7）施氮磷钾化肥（NPK）、（8）施氮磷钾化肥＋有机肥处理（有机N 和化肥N 的比例为2：1）（M1NPK）、（9）增加50 %用量化肥配施有机肥（1.5 MNPK）、（10）化肥配施秸秆（SNPK）、（11）玉米、大豆2：1轮作,施肥量同处理8（Rot）、（12）施氮磷钾化肥＋有机肥处理（有机N 和化肥N 的比例为1：1）（M2NPK）,共采集144个定点土壤样品.通过手捡法和改良干漏斗法（Modified Tullgren ）共获得土壤昆虫9922只（未知标本187只）,隶属9目48科.调查结果显示,12种施肥小区内,大型土壤昆虫个体数和类群数依次是：ABAND＞NP＞N＞1.5MNPK＞Rot.＞PK＞NK＞NPK＞M2NPK＞CK＞M1NPK＞SNPK,N＞NK＞ABAND=1.5MNPK＞NP=NPK＞PK＞CK=Rot.＞M2NPK=M1NPK＞SNPK;中小型土壤昆虫数依次是ABAND＞1.5MNPK＞PK＞M2NPK＞CK＞Rot.＞NPK＞SNPK＞NK＞NP＞N＞M1NPK,Rot.＞NPK＞ABAND=NP=1.5MNPK=PK=NK=M2NPK=CK=M1NPK=SNPK＞N.大型土壤昆虫个体数和类群数撂荒中分布最多,中小型土壤昆虫则分别在撂荒和轮作中分布最多.多样性分析表明,1.5MNPK处理中大型农田土壤昆虫组成最丰富,M1NPK处理中小型农田土壤昆虫组成最丰富;CK处理与其他11处理之间群落相似程度最小,Rot.与其他处理之间的群落相似程度较大.Kruskal- Wallis检验法分析表明,施肥对农田土壤昆虫分布影响极显著（X0.05（11）=10.25,p〈0.05）,反映出不同施肥对土壤生态系统内部环境,进而对土壤动物群落产生的影响.多元统计分析表明,轮作对土壤昆虫优势类群具有负向作用,而M2NPK则具正向作用.各种施肥对农田土壤昆虫影响不平衡,其中对农田土壤昆虫个体数影响最大,对中小型土壤昆虫均匀性影响最小.     

不同土地利用方式对潮棕壤微生物量碳及其周转率的影响

利用长期定位试验,研究了下辽河平原不同土地利用方式下潮棕壤土壤微生物量碳的变化.结果表明:裸地的微生物量碳最低;不施肥处理(CK)和NPK处理土壤微生物量碳较低;NPK配合猪厩肥处理(NPK C)的微生物量碳显著高于CK和NPK处理;荒地由于返回的植物残体量很大,积累的有机物很多,所以其微生物量碳最大;其次为割草地和林地.不同土地利用方式的土壤微生物量周转速率为:NPK C＞林地＞荒地＞割草地＞CK＞NPK＞裸地.     

长期施肥对稻田土壤固碳功能菌群落结构和数量的影响

微生物固碳在减缓全球气候变化、实现人类可持续发展方面具有重要的意义,通过揭示长期不同施肥制度对土壤固碳细菌的影响规律,可以为我国稻田土壤科学施肥,稻田固碳和温室气体减排的共轭双赢作用提供重要的理论依据。以湖南宁乡国家级稻田肥力变化长期定位试验为平台,采用PCR-克隆测序和实时荧光定量(Real-time)PCR技术,研究不施肥(CK),氮磷钾肥（NPK）和秸秆还田（NPKS）3种长期施肥制度对稻田土壤固碳细菌群落结构及数量的影响。通过分析固碳细菌cbbL基因文库发现,长期施肥导致土壤固碳细菌种群结构产生了明显差异,NPK和NPKS处理中兼性自养固碳菌群落优势增加而严格自养固碳菌生长受到抑制。LUBSHUFF软件统计分析显示cbbL基因文库在CK、NPK及NPKS处理间均存在显著性差异。 3种施肥处理的稻田土壤细菌cbbL基因拷贝数为3.35?108 —5.61?108每克土,施肥后,土壤细菌cbbL基因数量增加,其中NPKS处理cbbL数量最多,是CK处理的1.5倍左右。稀疏曲线则显示长期施化肥导致细菌cbbL基因多样性高于NPKS,而NPKS高于CK。上述结果表明了长期施肥对土壤固碳细菌群落结构,多样性及数量均有显著的影响。本研究结果可为深入探讨稻田土壤微生物固碳潜力及其影响机理提供有力的依据。     

苏丹草-黑麦草轮作制中施肥制度对土壤生物性质的影响

苏丹草-黑麦草轮作是中国南方地区一种新型、高强度的种植制度,不同的养分管理措施可能影响土壤生物性质,从而影响土壤肥力.在4年大田定位试验基础上研究了苏丹草-黑麦草轮作制中施肥制度对土壤敏感性指标微生物活性、微生物生物量、酶活性、土壤有机质、全氮含量,试验设置CK（不施肥）、NP（氮、磷肥）、NK（氮、钾肥）、PK（磷、钾肥）、NPK（氮、磷、钾肥配施）.结果表明,苏丹草、黑麦草试验期结束后,NP,NK,NPK处理的土壤微生物活性明显低于CK,PK处理.然而,NP,NK,NPK处理的土壤微生物生物量碳氮、有机质、全氮、蔗糖酶、脲酶活性均高于PK,CK处理.苏丹草-黑麦草轮作制中,土壤微生物生物量、土壤酶活性与土壤有机质呈显著正相关.施肥,特别是氮肥降低了土壤微生物群落活性,而合理施肥能够增加土壤微生物生物量、酶活性有机质、总氮含量,从而改善土壤肥力.     

不同施肥处理对土壤水稳定性团聚体及有机碳分布的影响

以国家褐潮土16 a的长期肥料试验为平台(北京昌平),研究长期不同施肥对耕层土壤水稳定性团聚体及其有机碳的影响。主要研究结果:与耕种农田土壤相比,长期撂荒(CK0)可以提高水稳定性大团聚体的含量及其有机碳含量和储量。而农田耕作后,破坏了水稳性大团聚体,相应地增加水稳性微团聚体的含量。与长期不施肥种植作物(CK)相比,长期施氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾配施有机肥(NPKM)和氮磷钾秸秆还田(NPKS)处理对水稳性团聚体数量分布和平均重量直径(MWD)有显著影响,其中对2mm和0.25 2mm水稳性大团聚体的促进作用最明显,说明施肥处理增加的新碳主要向0.25 2mm和2mm团聚体富集。在不同水平水稳性团聚体中,2mm和0.25 2mm两个级别的水稳性大团聚体有机碳的含量显著高于0.0530.25mm和0.053mm水稳性微团聚体。化肥与有机肥配施(NPKM)处理可提高水稳性大团聚体含量,改善土壤团聚体的结构。长期小麦-玉米→小麦-大豆复种轮作并施氮磷钾化肥的处理(NPKF)各级团聚体中有机碳的含量高于长期小麦-玉米轮作并施氮磷钾化肥的处理(NPK)。     

长期不同施肥制度下几种土壤微生物学特征变化

 为阐明土壤微生物对土壤健康的生物指示功能, 以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台, 应用BIOLOG ECO微平板培养法与常规分析法研究了长期施肥15年后不同施肥制度对土壤微生物生物量、活性、群落代谢功能多样性及土壤肥力的影响。研究结果表明, 与对照(CK)相比, 长期化肥与有机肥配施土壤中土壤有机质(SOM)、全氮(STN)、全磷(STP)含量升高, 土壤C/N与pH值降低, 土壤微生物量碳(Soil microbial biomass carbon, SMBC)、生物微生物量氮(Soil microbial biomass nitrogen, SMBN)、微生物商(qMB)及脲酶(Urease)活性升高, BIOLOG ECO微平板平均颜色变化率(Average well color development, AWCD)、土壤微生物代谢功能多样性指数变化不明显。和长期单施化肥处理(NPK)相比, 长期化肥与有机肥配施处理中上述几种微生物学特征(SMBC、SMBN、qMB、Urease及AWCD、代谢功能多样性指数)均呈极显著增加。NPK处理与CK相比虽然SOM、STN、STP含量稍有升高, 土壤C/N与pH值降低, SMBC、SMBN、qMB及Urease活性增高, 但是AWCD、土壤微生物代谢功能多样性指数却显著下降。过氧化氢酶活性(Catalase)在各处理土壤中的差异不显著。土壤微生物碳源利用的主成分分析表明, 长期不同施肥各处理在土壤微生物利用碳源的种类和能力上有差异。此试验说明, 土壤微生物受农业管理措施和多种环境因素的影响, 土壤微生物学特征可作为土壤质量的敏感指标, 为提高作物产量、增强肥力提供理论参考。     

Community structure of ammonia-oxidizing bacteria under long-term application of mineral fertilizer and organic manure in a sandy loam soil

The effects of mineral fertilizer (NPK) and organic manure on the community structure of soil ammonia-oxidizing bacteria (AOB) was investigated in a long-term (16-year) fertilizer experiment. The experiment included seven treatments: organic manure, half organic manure N plus half fertilizer N, fertilizer NPK, fertilizer NP, fertilizer NK, fertilizer PK, and the control (without fertilization). N fertilization greatly increased soil nitrification potential, and mineral N fertilizer had a greater impact than organic manure, while N deficiency treatment (PK) had no significant effect. AOB community structure was analyzed by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) of the amoA gene, which encodes the alpha subunit of ammonia monooxygenase. DGGE profiles showed that the AOB community was more diverse in N-fertilized treatments than in the PK-fertilized treatment or the control, while one dominant band observed in the control could not be detected in any of the fertilized treatments. Phylogenetic analysis showed that the DGGE bands derived from N-fertilized treatments belonged to Nitrosospira cluster 3, indicating that N fertilization resulted in the dominance of Nitrosospira cluster 3 in soil. These results demonstrate that long-term application of N fertilizers could result in increased soil nitrification potential and the AOB community shifts in soil. Our results also showed the different effects of mineral fertilizer N versus organic manure N; the effects of P and K on the soil AOB community; and the importance of balanced fertilization with N, P, and K in promoting nitrification functions in arable soils.     

Community Structure of Ammonia-Oxidizing Bacteria under Long-Term Application of Mineral Fertilizer and Organic Manure in a Sandy Loam Soil

The effects of mineral fertilizer (NPK) and organic manure on the community structure of soil ammonia-oxidizing bacteria (AOB) was investigated in a long-term (16-year) fertilizer experiment. The experiment included seven treatments: organic manure, half organic manure N plus half fertilizer N, fertilizer NPK, fertilizer NP, fertilizer NK, fertilizer PK, and the control (without fertilization). N fertilization greatly increased soil nitrification potential, and mineral N fertilizer had a greater impact than organic manure, while N deficiency treatment (PK) had no significant effect. AOB community structure was analyzed by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) of the amoA gene, which encodes the α subunit of ammonia monooxygenase. DGGE profiles showed that the AOB community was more diverse in N-fertilized treatments than in the PK-fertilized treatment or the control, while one dominant band observed in the control could not be detected in any of the fertilized treatments. Phylogenetic analysis showed that the DGGE bands derived from N-fertilized treatments belonged to Nitrosospira cluster 3, indicating that N fertilization resulted in the dominance of Nitrosospira cluster 3 in soil. These results demonstrate that long-term application of N fertilizers could result in increased soil nitrification potential and the AOB community shifts in soil. Our results also showed the different effects of mineral fertilizer N versus organic manure N; the effects of P and K on the soil AOB community; and the importance of balanced fertilization with N, P, and K in promoting nitrification functions in arable soils.     

长期施肥对稻田土壤有机氮、微生物生物量及功能多样性的影响

以位于湖南省新化和宁乡县两个稻田肥力长期定位试验点的土样为材料,研究了不同施肥处理对稻田土壤有机氮组分、微生物生物量及功能多样性的影响.结果表明：与不施肥处理（CK）相比,化肥配施有机肥处理提高了稻田土壤酸解总氮（TAHN）及其组分中氨基糖氮（ASN）、氨基酸氮（AAN）和酸解氨态氮（AN）的含量,不同施肥处理对组分中酸解未知氮（HUN）的影响不尽相同.与CK相比,单施化肥处理对土壤微生物生物量碳、氮（MBC、MBN）含量的影响较小,化肥配施有机肥处理则显著提高了土壤MBC和MBN的含量.采用BIOLOG法对土壤微生物群落功能多样性进行测定,结果表明：中、高量有机肥处理提高了稻田土壤微生物的碳源利用率和微生物群落功能多样性;土壤微生物碳源利用的类型因长期不同施肥处理而产生差异.     

长期施肥下黄壤旱地玉米产量及肥料利用率的变化特征

选取贵州黄壤长期定位监测点中对照（CK, 不施肥）、单施全量有机肥（M, 30555 kg·hm^-2）、有机肥与化肥配施（NPKM,年施N 165 kg·hm^-2、P₂O₅ 82.5 kg·hm^-2、K₂O 82.5 kg·hm^-2、有机肥30555 kg·hm^-2）和氮磷钾化肥配施（NPK,年施N 165 kg·hm^-2、P₂O₅ 82.5 kg·hm^-2、K₂O 82.5 kg·hm^-2）4个处理的16年试验数据进行分析,研究了黄壤区长期不同施肥下作物产量及肥料效益的变化趋势,为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生产提供依据.结果表明：长期施肥条件下玉米产量年际间变化较大,总体呈上升趋势.其中NPKM处理增产效果最好,可增产4075.71 kg·hm^-2,增产率高达139.3%.长期施肥可提高玉米肥料利用率,其中M处理对玉米氮肥和磷肥利用率的提升作用最显著,分别达35.4%和18.8%;而NPK处理在提高玉米钾肥利用率方面作用明显,提高了20%,远高于M处理的87%和NPKM处理的9.2%.可见,长期均衡施肥,尤其是有机肥与化肥配施对提高作物产量和肥料效益具有积极作用.