现代作物养分管理与农业产业升级(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：刘光荣,刘益仁

出版社：江西科学技术出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

现代作物养分管理与农业产业升级试读：

前言

发展现代农业是应对当今世界粮食安全与资源安全双重挑战的有效方式。而农业养分管理与农业产业升级是现代农业发展的关键课题，是一种系统的综合策略，是和谐农业资源与农业生物关系的综合管理过程。其目的是使农业的综合生产能力得到提高，系统的稳定性和持续性进一步增强，并实现农业的持续增长。

我国是一个人口多、人均耕地少的农业大国。在有限耕地上实现优质、高产、高效和环境安全的农作物生产是农业可持续发展的客观要求和根本方向。中央一号文件明确提出要“提高现代农业装备水平，促进农业发展方式转变”，建设以“高产、高效、生态、环保”为主题的现代农业。以作物养分资源综合管理为手段，建立良好的作物生产体系，逐步实现农业产业升级则是实现这一发展目标的必然选择。

近年来，江西省政府对“三农”工作高度重视，根据中央和江西省委、省政府的部署和要求，当前和今后一个时期，我们要把建设现代农业作为转变经济发展方式的重大任务，围绕率先实现农业基本现代化的目标，结合本地实际，着力主攻“六个转型升级”，用以促进农业发展方式的转变。

为深入贯彻落实党的十八大，十八届二中、三中全会精神和江西省委十三届七次、八次全会精神，使学术氛围进一步浓厚，学术思想进一步活跃，促进科学技术繁荣发展，加快“发展升级、小康提速、绿色崛起、实干兴赣”的新步伐，推动创新型江西的建设，江西省植物营养与肥料学会于2014年11月6日至8日在南昌结合第三届江西省科学技术协会学术年会，举办2014年江西省植物营养与施肥学术研讨会。

本次江西省植物营养与施肥学术研讨会，主要围绕江西省水土流失控制、土壤质量改良与提高、土壤环境的污染调控、农业生态系统恢复、耕作栽培措施调改与配套技术、新型肥料研制、植物营养原理与施肥技术、区域未来农业发展趋势与研究方向等方面进行。会议的主要目的在于加强江西省土壤改良利用与生态修复、植物营养原理与施肥技术等方面研究成果及技术的交流探讨与推广应用，同时探讨江西省未来农业的发展方向。会议的召开对于促进区域生态恢复与保护环境、提高资源利用率和区域综合生产能力、促进江西省农民增收和农业持续发展具有重要的意义。

本次会议得到了中国植物营养与肥料学会、江西省科学技术协会、江西省民政厅、江西省财政厅、江西省农业厅、江西农业大学、江西省农科院等单位的大力支持，特此致谢！同时向各参会单位与个人致以诚挚的谢意！并向各位投稿人及所有参与论文整理的人员表示衷心的感谢！

由于时间仓促，文中错误之处在所难免，恳请各位读者批评指正！编者2014年12月

外源无机物料对冷浸田水稻生长及土壤理化性状的影响

摘要：通过田间试验，研究了添加外源无机物料对冷浸田水稻生长及土壤理化性质的影响。试验结果表明，添加外源无机物料（如粉煤灰、生石灰、石膏、黏土矿物、石英砂等），可以促进水稻分蘖，提高水稻产量。其中早、晚稻都以添加粉煤灰和生石灰为最佳，水稻22分别对应增产458.6～484.8kg/hm和672.8～678.0kg/hm，达极显著水平。上述结果是由于合理添加外源无机物料改善土壤理化性质之故，同时结果证明，添加外源无机物料（如粉煤灰、生石灰、石膏、黏土矿物、石英砂等）不但可以适当改善冷浸田土壤的pH，提高土壤养分的有效性，降低还原性物质如亚锰、亚铁等毒害离子的有效性，同时还可以提高土壤阳离子交换量（CEC）。

关键词：冷浸田；外源无机物料；水稻；还原性有毒物质；阳离子交换量

EFFECT OF EXOGENOUS INORGANIC MATTER ON SOIL STRUCTURE AND RICE GROWTH IN COLD-WATERLOGGED PADDY FIELD

Abstract:In this paper, a wild field experiment was conducted in cold waterlogged paddy field to study the effect of exogenous inorganic matter on soil structure and rice growth. The results showed that the exogenous addition of inorganic matter, such as coal fly ash, lime, quartz sand silt, gypsum ponder, and clay minerals to cold waterlogged paddy field would improve the rice tiller and the effective tiller number, so as to enhance the rice yield. Among of the different treatments, coal fly ash treatment and lime treatment was the best in enhancing the rice yield. The increasing range were 458.6～484.8kg/22hmand 672.8～678.0kg/hmfor early rice and late rice respectively, both reached at the level of extremely significant difference. Meanwhile, exogenous addition of organic matter would improve the soil physical and chemical properties such as soil pH, availability of soil nutrients, CEC, soil bulk density, and soil porosity and decrease the activity of soil reductive toxic substance.

Key Words:Cold waterlogged paddy field; Exogenous organic matter; Rice; Reductive toxic substance; CEC

冷浸田是指山丘谷地受冷水、冷泉浸渍或湖区滩地受地下水浸渍的一类水田，主要分布在中国南方山区谷地、丘陵低洼地、平原湖沼低洼地。由于终年积水，水冷而泥泞，从而导致一系列土壤性质的恶化，主要表现为：①水、土温度低。冷浸田的水温、土温受泉水温度影响大，而受太阳辐射影响小。冬季的水、土温度高于正常稻田，但在水稻生长的夏秋两季，则较正常稻田低4～5℃。因而使水稻根系活力减退，影响养分吸收。②缺乏有效养分。冷浸田的有机质含量虽高，但碳氮比值较大，且低温使土壤微生物活性减弱，有机质的分解作用受抑制，因而不可能提供水稻所需要的养分。此外，有些冷浸田的黏粒淋溶作用强烈，引起土壤的阳离子交换量和盐基饱和度下降，土壤保肥能力减弱，加之大量亚铁离子又从土壤黏粒中代换一部分养分，转入土壤溶液而随水流失，使有效养分更加贫乏。③还原性物质的危害。冷浸田土壤在长期嫌气状态下产生大量还原性物质——亚铁离子和硫化物。亚铁离子除直接危害水稻外，还能阻碍水稻对钾的吸收。硫化物在强酸性的还原条件下以硫化氢形式存在居多，轻则使水稻根系发黑和造成僵苗，重则导致水稻死亡。④表土泥泞。长期积水破坏了土壤结构，使土粒分散，表层有30～40cm厚的土壤终年处于泥泞状态，不利耕作，水稻移栽后也难以立苗，常出现前期浮秧多、后期易倒伏的现象。针对上述冷浸田不良理化性状，目前缺乏有效的改良措施，因此本研究设计了在冷浸田上添加外源无机物料（即土壤改良剂）试验，研究其对冷浸田水稻生长及土壤结构的影响，以期为冷浸田不良理化性状改良寻找合理的方法。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地位于江西省赣州市赣县田村镇建新村，北纬26°09′40.32″，东经115°08′15.24″,土壤为酸性结晶岩发育而成的潜育性麻砂泥田。年均气温19.3℃，年均日照时数1092h，年均降雨量1076mm，无霜期298d。地形属丘陵山地，海拔在500m左右。

1.2 试验方法

试验设空白对照、粉煤灰、生石灰、石膏、石英砂、黏土矿物共6个处理。空白对照与其他处理相比，化肥中的氮、磷、钾施用量一22252致，早稻为纯氮15kg/hm、磷肥（P0）75kg/hm、钾肥（KO）22225120kg/hm，晚稻为纯氮180kg/hm、磷肥（P0）60kg/hm、钾肥22（KO）150kg/hm。而除空白对照外，其他处理都在此基础上各自增2施对应的1500kg/hm无机物料。每个处理设3次重复，小区面积为220m，小区之间用20cm宽的田埂隔开，并用塑料膜包裹田埂，防止小区之间肥水串流。无机物料与磷肥一起作基肥于移栽前两天一次性施用，氮钾肥按基肥∶追肥=7∶3的比例施用。除施肥量外，各小区田间管理一致。

供试水稻品种，早稻为株两优606，晚稻为天优华占。早稻于2012年3月24日播种，4月24日移栽，6月9日始穗，6月15日齐穗；晚稻于2012年6月23日播种，7月20日移栽，9月11日始穗，9月16日齐穗。试验后取土壤样品按常规分析方法进行土壤理化性质分析。

另外，试验数据利用Excel软件进行原始数据处理及相关的统计分析。

2 结果与分析

2.1 添加外源无机物料对冷浸田水稻生长的影响

在水稻移栽后，早稻于5月2日、晚稻于7月27日开始调查分蘖数，其调查结果见图1。从图1中可以看出，添加外源无机物料后，对冷浸田早稻分蘖影响不是很大，但却显著地促进了晚稻的分蘖，这可能与早、晚稻生育期内的土壤温度有关。

从实际产量来看（见图2），添加外源无机物料，都可以不同程度地提高早、晚稻的产量，且早、晚稻都以粉煤灰和生石灰处理的效2果最佳，早稻粉煤灰和生石灰处理的产量分别为5119.7kg/hm和2225093.5kg/hm，晚稻分别为6984.6kg/hm和6979.4kg/hm。与空白对2照相比，都达到极显著水平，早稻提高产量458.6～484.8kg/hm，晚2稻提高产量672.8～678.0kg/hm。对产量构成指数的调查发现（见表1、表2），添加外源无机物料后，可以较好地提高水稻有效穗数、每穗粒数、结实率以及千粒重，从而起到增产的作用。图1 不同外源无机物料对冷浸田水稻分蘖的影响（A：早稻；B：晚稻）Fig. 1 Effects of exogenous inorganic matter on rice tillering in cold-waterlogged paddy field（A:early rice, B:late rice）图2 不同外源无机物料对冷浸田水稻产量的影响（A：早稻；B：晚稻）Fig. 2 Effects ofexogenous inorganic matter on rice yield in cold-waterlogged paddy field（A:early rice, B:late rice）表1 外源无机物料对冷浸田早稻产量构成的影响Table 1 Effects of exogenous inorganic matter on yield components of early rice in cold-waterlogged paddy field表2 外源无机物料对冷浸田晚稻产量构成指数的影响Table 1 Effects of exogenous inorganic matter on yield components of late rice in cold-waterlogged paddy field

2.2 添加外源无机物料对冷浸田水稻养分吸收的影响

考种后对植株分籽粒和秸秆进行了养分全量分析，结果列于表3和表4。从表中可以看出，添加外源无机物料后，冷浸田早稻的籽粒和秸秆中氮、磷、钾养分的含量都不同程度地降低了，这可能是因为添加外源无机物料后，改善了土壤理化性状，从而促进了水稻的生长发育，提高了水稻的生物量，稀释了氮、磷、钾养分在水稻籽粒和秸秆中的浓度。对于晚稻而言，添加外源无机物料后，各处理与空白对照相比，籽粒中氮、磷的含量明显要高，而钾含量要低；秸秆中氮、磷含量明显比空白对照低，而钾的含量要比空白对照高。这说明在冷浸田里添加外源无机物料后，促进了水稻对养分的吸收，同时促进了氮、磷养分由源向库的转移，不仅很好地起到了增产作用，同时也促进了水稻对养分的吸收利用，从而起到提高养分利用率的作用。从实际分析结果来看，添加外源无机物料后，早、晚稻都较大幅度地提高了氮、钾肥的利用率，但磷肥利用率的提高幅度不大。从不同处理来看，早、晚稻都是粉煤灰处理提高氮、磷的养分利用率最多，早稻分别为6.54%和1.86%，晚稻分别为15.51%和2.56%；生石灰处理则提高钾养分利用率最多，早稻为8.65%，晚稻为9.68%。从本次试验结果来看，不论添加何种外源无机物料，都可以提高冷浸田水稻对钾肥的利用率，但只有添加粉煤灰和生石灰可以提高冷浸田水稻对氮、磷肥的利用率。从综合产量结果来看，冷浸田以添加粉煤灰和生石灰为最佳。表3 外源性无机物料对冷浸田早稻养分吸收及养分利用率的影响Table 3 Effect of exogenous inorganic matter on nutrients adsorption of early rice and recovery of fertilizer in cold-waterlogged paddy filed表4 外源性无机物料对冷浸田晚稻养分吸收及养分利用率的影响Table 4 Effects of exogenous inorganic matter on nutrients absorption of late rice in cold-water logged paddy field

2.3 添加外源无机物料对冷浸田水稻土壤理化性质的影响

从表5可以看出，添加外源无机物料对冷浸田pH有一定的改善，以添加生石灰提高pH最多，达0.31个单位；其次是粉煤灰，也可提高冷浸田土壤pH0.11个单位；而添加石膏、石英砂、黏土矿物对冷浸田土壤影响不明显。其实进一步分析我们不难发现，这与添加的无机物料本身的性质有关。因为粉煤灰和生石灰本身是碱性的，特别是生石灰，具有强碱性，在冷浸田上添加外源无机物料后，其释放出来+的OH-可以中和土壤中部分H，从而起到改善土壤pH的作用。而其他几种添加物都是中性，甚至是弱酸性，对冷浸田土壤pH影响不大。从有机质含量分析来看，添加外源无机物料后，土壤有机质有所提高，这说明添加外源粉煤灰、生石灰等无机物料有助于冷浸田土壤有机质的积累。另外，添加外源无机物料后，可以不同程度地降低冷浸田土壤毒害离子如亚锰及亚铁离子的浓度，并提高土壤有效锌的浓度，通过降低冷浸田土壤锰、铁的毒害，以及提高锌的有效性，从而对水稻生长发育起到促进作用。同时，分析还发现，添加外源无机物料可以提高冷浸田土壤的阳离子交换量。阳离子交换量（CEC:cation exchange capacity）是指每千克土壤中所含有的全部可交换性阳离子+（K,+2+2++3+4

Na, Ca, Mg, NH+, H, Al等）厘摩尔数，基本上代表土壤可能保持的养分数量，即保肥性的高低。阳离子交换量的大小，可作为评价土壤保肥能力的指标。阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据。这说明添加外源无机物料后，可较好地起到改良冷浸田土壤的作用。表5 添加外源无机物料对冷浸田土壤化学性状的影响Table 5 Effect of exogenous inorganic matter on soil chemical properties in cold-waterlogged paddy field

由于冷浸田长期受冷水浸泡，土粒高度分散，所以一般认为其土壤容重与正常水稻土相比要偏低，一般低于1.1甚至在1.0以下，土壤孔隙度虽高，但孔隙长期被水所饱和。表6的结果表明，添加一定的外源无机物料后，可适当地提高冷浸田土壤容重，同时降低土壤总孔隙度。表6 添加外源无机物料对冷浸田土壤物理性状的影响Table 6 Effect of exogenous inorganic matter on soil physical properties of cold-waterlogged paddy field

3 讨论

冷浸田的改良，前人已经做过大量的工作，并提出了一些改良措施。例如首先通过工程措施，开沟排水，建立排水系统，降低地下水位。接着在完成排水工程之后进行耕翻晒垡，这样可以迅速提高土壤氧化还原电位，降低或消除还原性物质的毒害；耕翻晒垡还可以使土壤经常处于干湿交替、热胀冷缩和冬季冻融状态，有利于疏松土壤，改善土壤的物理性质。最后再结合一些施肥技术，增施磷、钾肥，补充锌肥等，取得较好的效果。本试验通过添加一些外源无机物料，来探索其对冷浸田的改善效果。

从本次试验的结果来看，添加外源无机物料如粉煤灰、生石灰、石英砂、石膏粉、黏土矿物等后，明显地增加了冷浸田水稻的有效穗数、结实率及千粒重，从而起到提高冷浸田水稻产量的作用；另外，添加外源无机物料对冷浸田土壤的一些理化性质也有较好的改良作用。例如添加粉煤灰、生石灰等外源无机物料后，冷浸田土壤亚锰、亚铁含量都得到较大幅度的降低，而有效锌含量、阳离子交换量（CEC）等却得到提高，这些都是冷浸田土壤理化性质得到改善的体现。而其最终的外在体现，是水稻产量的提高。添加外源无机物料后，冷浸田早、晚稻产量都得到显著提高说明了这一点。参考文献

[1]朱玲玲．冷浸型稻田的低产因素与改良技术[J]．江西农业科技，1997（5）:33-35.

[2]王波，邓艳萍，肖新，等．不同节水稻作模式对土壤理化特性和土壤酶活性影响研究[J]．水土保持学报，2009,23（3）:219-222.

[3]霍习良，周恩湘，姜淳，等．沸石改良土壤结构性状的研究[J]．河北农业大学学报，1991,24（2）:20-24.

[4]杨利，邓银霞．湖北省丘陵区冲垅冷浸田的危害特点与利用改良[J]．湖北农业科学，1998（5）:24-27.

[5]周虎，吕贻忠，李保国．土壤结构定量化研究进展[J]．土壤学报，2009,46（3）:501-506.

[6]吴增芳．土壤结构改良[M]．北京：科学出版社，2010.

[7]鲁如坤．土壤农化分析方法[M]．北京：中国农业科技出版社，2000.

长期有机无机肥配施对土壤微生物学特性的影响

摘要：以长期定位试验为对象，研究了25年长期有机无机肥配施对土壤微生物学特性的影响。试验结果表明，长期有机无机肥配施有利于改善土壤的微生物学特性。长期有机无机肥配施提高了潴育型水稻土土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮、微生物熵、土壤酶活性和酶活性综合指数；有机无机肥配施处理对潴育型水稻土土壤微生物生物量和土壤酶活性的提高效果明显优于化肥处理。长期施肥显著降低了细菌群落多样性指数、丰富度指数和均匀度指数，提高了真菌群落多样性指数和丰富度指数，其中长期单施化肥对微生物群落多样性的影响效果大于有机无机肥配施处理。随有机肥配施比例的提高，细菌群落多样性增加而真菌群落多样性降低。

关键词：有机无机肥配施；微生物生物量碳；微生物生物量氮；酶活性；微生物群落结构

Effects oflong-term combined application of organic manure and chemical fertilizer on soil microbiological characteristics

Abstract:Compared with inorganic fertilization treatment and CK, long-term combined application of organic and inorganic fertilizers increased soil microbial biomass carbon（SMBC）, soil microbial biomass nitrogen（SMBN）, soil microbial quotient（SMQ）, soil enzyme activity and geometric mean of the enzyme activities（GMea）significantly. Those of combined application of organic and inorganic fertilizers were significantly higher than inorganic fertilization treatment. Based on 25 year long-term fertilization experiment, fertilization changed microbial community structure of water-logged paddy soil. The results of PCR-DGGE showed that long-term fertilization reduced bacterial shannon winnier index, richness index and evenness index, improved fungus shannon winnier index and richness index. The influences of inorganic fertilization on soil microbial community structure were greater than those of integrated use of inorganic and organic fertilizers. The results indicated that long-term combined application of organic and inorganic fertilizers was propitious to improve soil microbiological characteristics.

Keywords:combined application of organic and inorganic fertilizers, soil microbial biomass carbon, soil microbial biomass nitrogen, soil enzyme activity, microbial community structure

土壤微生物是土壤生态系统中最为活跃的部分，几乎参与土壤中[1]一切生物化学反应,在土壤物质循环和能量流动中发挥着重要作用，[2]是土壤养分的储备库和周转库。随着对微生物在农田生态系统中重要功能的不断深入认识，用土壤微生物参数来评价土壤的健康和质量[3,4]愈来愈受到人们的关注。

施肥措施对土壤微生物具有重要影响。施肥措施不同，土壤微生物群落结构和活性产生差异，继而对土壤结构、肥力和生产力等产生[3]重要影响。许多研究表明，施肥措施显著影响土壤微生物生态指标，如微生物生物量、酶活性、微生物群落结构等，施用有机肥料或有机无机肥配施，有利于微生物数量的增加和活性的提高，并能显著改善[5]土壤微生物群落结构。Marschner等（2003）通过研究认为长期配[6]施有机肥影响微生物生物量和群落结构。张逸飞等（2006）研究表明，与荒地比较，长期施肥显著提高红壤水稻土酶活性，但微生物群[7]落物种丰富度明显降低。张奇春等（2010）研究表明，施用有机肥明显提高土壤微生物生物量碳及脲酶、酸性磷酸酶的活性，显著增加[8]土壤微生物群落结构的多样性。Zhong等（2010）研究发现，增施有机肥显著提高Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数，增加[9]微生物功能多样性。李娟等（2008）研究了长期有机无机肥配施对褐潮土微生物学特性的影响，结果表明，有机无机肥配施显著提高土壤微生物生物量、微生熵及脲酶活性，其中以配施增量有机肥效果更明显。不同学者的研究结果存在一定差异，这可能与气候、土壤类型和供肥水平等不同有关。[10-12]

有关不同施肥管理措施对土壤生物学特性影响的研究较多。但是中国幅员辽阔，气候条件、土壤类型、耕作制度等复杂多样，因此尚有许多方面未曾涉及，需要进一步探讨。潴育型水稻土是我国水稻土中一个主要的亚类，土壤发育良好，肥力较高，排灌条件较好，栽培历史非常悠久。目前关于长期定位不同施肥方式对潴育型水稻土微生物学生态特性影响的研究尚未见报道。探讨长期不同施肥管理措施对潴育型水稻土微生物学特性的影响，对掌握该类型水稻土的肥力演变规律，为改良、培肥地力及合理施肥提供理论指导具有非常重要的意义。

本研究以江西潴育型水稻土长期定位试验为研究对象，通过分析土壤的微生物生物量、酶活性、微生物群落结构等微生态指标，探讨了经过25年长期有机无机肥配施后，潴育型水稻土微生物学生态特性的变化。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

有机无机肥配施效应及土壤肥力变化长期定位监测研究试验点位于江西省农科院试验农场（115°56′E,28°34′N）。该区域地处中亚热带，年平均气温17.5℃, ≥10℃积温5400℃,年降雨量1600mm，年蒸发量1800mm，无霜期约280d。温、光、热资源丰富，适宜大多数农作物生长。试验起始于1984年春，采用稻—稻—闲的种植模式。供试土壤为第四纪亚红黏土发育的潴育型沙质黄泥田。试验初始时耕层土壤有机质25.6g/kg、全氮1.36g/kg、全磷0.49g/kg、缓效钾240mg/kg、碱解氮81.6mg/kg、有效磷20.8mg/kg、速效钾35.0mg/kg、阳离子交换量7.54cmol（+）/kg、pH 6.50。

1.2 试验设计

试验设5个处理：①不施肥（CK）; ②NPK; ③30%有机肥+70% NPK（以30OM70CF表示）; ④50%有机肥+ 50% NPK（以50OM50CF表示）; ⑤70%有机肥+ 30% NPK（以70OM30CF表示）。处理②、③、④、⑤等氮、磷、钾养分量施肥，配施百分比以氮为基准计算，磷、钾不足部分用化肥补充。各处理重复3次，随机排列。2225小区面积33.3m。早稻施纯氮（N）150kg/hm，磷（以PO计）222260kg/hm，钾（以KO计）150kg/hm；晚稻施纯氮180kg/hm，磷2260kg/hm，钾150kg/hm。氮肥用尿素，磷肥用过磷酸钙，钾肥用氯化钾。有机肥早稻用紫云英，其鲜草养分含量按含氮0.303%、磷0.08%、钾0.23%计算；晚稻用鲜猪粪，每年按测定的猪粪养分含量计算用量，其养分含量范围为氮0.35%～0.57%、磷0.16%～0. 22%、钾0.44%～0.71%。磷肥和有机肥全作基肥；氮肥50%作基肥，25%作分蘖肥，25%作幼穗分化肥；钾肥50%作分蘖肥，50%作幼穗分化肥。

1.3 测试方法

于2008年晚稻（第50茬作物）收获时（10月26日）采集0～20cm土样，分析土壤微生物生物量碳、氮，土壤酶活性和微生物群落结构。1.3.1 土壤微生物生物量碳、氮测定

土壤微生物生物量碳（SMBC）、微生物生物量氮（SMBN）依[13][14]据Brookes等和Vance等的方法，采用氯仿熏蒸灭菌提取法测定。具体步骤如下：称取25g过2mm筛的鲜土6份，3份放入底部盛有无醇氯仿的小烧杯的真空干燥器中，打开真空泵抽真空使氯仿沸腾5min，关闭活塞，避光黑暗处25℃熏蒸培养24h后，取出装有氯仿的小烧杯，反复抽真空3～5次（每次5min）以排尽氯仿；另3份土壤放入另一干燥器中不熏蒸，避光于黑暗处25℃培养24h，作为对照。培养结束后加入100ml 0.5mol/L的硫酸钾溶液，振荡30min后过滤，滤液稀释5倍后采用德国Elementar公司生产的LiquiTOCⅡ测定土壤微生物生物量碳、氮含量。根据下式计算微生物生物量碳、氮含量：SMBC=EC/0.38, EC为灭菌与未灭菌土壤提取液微生物生物量碳测定值之差，0.38为土壤微生物生物量碳换算经验系数；SMBN=EN/0. 45, EN为灭菌与未灭菌土壤提取液微生物生物量氮测定值之差，0.45为土壤微生物生物量氮换算经验系数。

土壤总有机碳的测定方法参见参考文献[15]。土壤微生物熵（SMQ）是土壤微生物生物量碳（SMBC）与土壤总有机碳（SOC）[16]的比值。1.3.2 土壤酶活性测定[17]

土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，以37℃下培养24h后每克土产生的葡萄糖毫克数表示（mg/（g·24h））；土壤蛋[18]白酶活性采用酪蛋白酸钠水解—福林试剂（Folin）比色法测定，以每克土50℃水浴2h后产生的酪氨酸微克数表示（μg/（g ·2h））；土[19]壤脲酶活性用靛酚蓝比色法测定，以每克土37℃下培养24h后生成3的氨态氮（NH-N）毫克数表示（mg（g·24h））；土壤酸性磷酸酶活[20]性采用对硝基苯磷酸二钠法测定，以每克土1h释放出的对硝基酚的毫克数表示（mg/（g·h））；土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴[21]4定法测定，以每克土25℃下培养20min后消耗0.1mol/L KMnO毫升数表示（ml/（g·20min））。

以各种酶活性的几何平均值表示土壤酶活性综合指数（GMea），公式如下：

式中：Inv表示蔗糖酶活性，Pro表示蛋白酶活性，Ure表示脲酶[22]活性，AcP表示酸性磷酸酶活性，Cat表示过氧化氢酶活性。1.3.3 土壤微生物总 DNA提取、聚合酶链反应（PCR）和变性梯度凝胶电泳（DGGE）（1）土壤微生物总DNA的提取。TM

采用试剂盒UltraCleanSoil DNA Isolation Kit（MoBio, Carlsbad, CA, USA）提取土壤微生物总DNA，用1%琼脂糖凝胶电泳检测。电泳结束后，将琼脂糖凝胶置于溴化乙淀（EB）中染色5min，然后置于紫外成像仪上观察结果并扫描于计算机软件中保存。所得DNA于-20℃保存。（2）细菌16S rDNA V3区PCR扩增。

PCR扩增反应体系：10 ×缓冲液2.5μl, dNTP（2.5mmol/L）2μl，2引物1（10mmol/L）1μl,引物2（10mmol/L）1μl, MgCl（25mmol/L）2.5μl，模板（适当稀释的土壤DNA）1μl, Taq DNA聚合酶（5U/μl）22.5U, dd HO 12.5μl，总体积25μl。反应条件：94℃预变性7min，进入热循环；94℃变性30s,61℃退火30s,72℃延伸30s，共35个循环，72℃延伸7min。[23]

引物为细菌16S rDNA V3片段通用引物，引物1:PRBA338F（338-358）5-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3；引物2:PRUN518R（534-518）5-ATTACCGCGGCTGCTGG-3。5′端“GC”夹子序列为5 -CGC CCG CCG CGC GCG GCG GGC GGG GCG GGG GCA CGG GGG G-3。（3）细菌变性梯度凝胶电泳（DGGE）及分析。

所得PCR产物采用D-Code突变检测系统（Bio-Rad）进行DGGE分析。所用的聚丙烯酰胺凝胶浓度为8%，变性梯度为40%～[24]60%,80V恒温60℃,1 × TAE中电泳16h，银染后扫描，采用Quantity One（Bio-Rad）分析结果。通过软件Quantity One（4.6.3）[25]对细菌DGGE图谱进行相似性分析，各泳道图谱的相似性可以通过计算戴斯系数Cs（Dice Coefficient）来比较。Cs=2j/（a+b）, j是样品A和B共有的条带，a和b分别是样品A和B中各自的条带数。戴斯系数的范围是0（没有共同带）到1（所有的条带相同）。用戴斯系数计算出的各泳道样品相似性矩阵，可以对V3 DGGE图谱中各泳道样品间的相似性进行比较。聚类树状图用非加权配对算术平均法（UPGMA）生成。ii

按照公式H= -∑plnp计算香农指数H（Shannon winnier index），i其中p为DGGE条带i的相对丰度（定义）；按照公式E=H/lnR计算各群落的均匀度指数E（Evenness），其中R（Richness）为总的DGGE条[26]带数，即丰富度指数。（4）真菌18S rDNA PCR扩增。

采用引物对EF390（5′-CGA TAA CGA ACG AGA CCT-3′）和[24]FR1（5′-AIC CAT TCA ATC GGT AIT-3′）用于扩增真菌18S rDNA，片段大小为390 bp。5′端“GC”夹子序列为CCC CCG CCG CGC GCG GCG GGC GGG GCG GGG GCA CGG GCC G。2

PCR反应体系：10 × Buffer 2.5μl, MgCl（25mmol/L）1.5μl, dNTP（2.5mmol/L）2μl，引物（10mmol/L）各0.5μl, DNA模板1μl, 2Taq酶（5 U/μl）0.3μl, dd HO补足至25μl。

PCR反应条件：95℃预变性5min，进入热循环；95℃变性30s,50℃退火45s,72℃延伸2min，共30个循环，72℃延伸10min。（5）真菌变性梯度凝胶电泳（DGGE）及分析。

土壤微生物总DNA经过PCR扩增后，采用D-Code突变检测系统（Bio-Rad）对样品进行DGGE分析。所用的聚丙烯酰胺凝胶浓度为[24]7.5%，变性梯度为45%～60%,50V恒温58℃,1 × TAE中电泳18h，银染后扫描。对真菌DGGE图谱的相似性分析同细菌DGGE图谱分析。

1.4 数据统计与分析

数据采用Excel 2003软件进行处理并作图，采用SPSS 13.0软件进行单因素方差（One-Way ANOVA）分析，不同处理之间采用LSD（Least-significant difference）方法进行多重比较（p＜ 0.05）。

2 结果与分析

2.1 长期有机无机肥配施对土壤微生物生物量碳、氮及微生物熵的影响

由表1可以看出，各施肥处理的土壤微生物生物量碳（SMBC）和微生物生物量氮（SMBN）显著高于不施肥处理（CK），配施有机肥处理的SMBC、SMBN显著高于化肥处理。有机无机肥配施处理的SMBC和SMBN分别比对照提高194%～232%和216%～269%，比化肥处理提高42.0%～60.0%和40.1%～63.7%。SMBC、SMBN随有机肥配施比例的提高而增加，配施70%有机肥处理的SMBC、SMBN显著高于配施30%有机肥的处理。表1 不同处理土壤微生物生物量碳、氮及微生物熵Table 1 The SMBC, SMBN and SMQ in different treatments注：同列不同字母表示处理间差异达到5%显著水平。Note:Different letters in same column mean significant difference at 5% level.

土壤微生物熵（SMQ）充分反映了土壤中活性有机碳所占的比例，从微生物学的角度揭示了土壤肥力的差异。由于它是一个比值（单位为%），能够避免在使用绝对量或对不同有机质含量的土壤进行比较时出现的一些问题。国内外已有部分研究证明了微生物熵可以[27,28]作为土壤碳动态和土壤质量研究的有效指标，一般土壤中的微生[29]物熵值为1%～4%。由表1可以看出，长期不同施肥处理，SMQ范围介于1.63%～3.24%之间。各长期施肥处理的SMQ显著高于不施肥处理（CK），有机无机肥配施处理的SMQ显著高于化肥处理；有机无机肥配施处理的SMQ比对照提高86.8%～98.4%，比化肥处理提高16.8%～24.0%。SMQ随有机肥配施比例的提高表现出增加的趋势，但不同配比间差异不显著。

2.2 长期有机无机肥配施对土壤酶活性的影响

土壤酶来自微生物、植物和动物的活体或残体，通过催化土壤中的生物化学反应发挥重要作用。土壤酶活性是土壤生物活性和土壤肥[30]力的重要指标。

由表2可知，有机无机肥配施处理，土壤酶活性和酶活性综合指数（GMea）均显著高于化肥处理和对照。与化肥处理相比，各有机无机肥配施处理的土壤的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性和GMea提高幅度分别为21.7%～36.7%、20.1%～31.1%、55.1%～67.4%、16.6%～28.2%、23.3%～42.1%和28.4%～37.9%。随有机肥配施比例的提高，土壤脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性及酶活性综合指数表现出增加的趋势，配施70%有机肥处理的酶活性及GMea显著高于配施30%有机肥的处理。单施化肥处理的土壤的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶和GMea也显著高于对照，但其过氧化氢酶活性与CK处理差异不明显。表2 不同处理土壤酶活性Table 2 The enzyme activity in different treatments注：同列不同字母表示处理间差异达到5%显著水平。Note:Different letters in same column mean significant difference at 5% level.

2.3 长期有机无机肥配施土壤微生物群落结构PCR-DGGE分析

利用PCR-DGGE分析土壤细菌群落结构发现，不同处理的土壤在DGGE图谱中电泳条带数目、强度和迁移率均存在一定程度的差异（图1），表明长期不同施肥处理影响了土壤细菌群落的多样性和数量。总体来看，各施肥处理条带数量低于对照，对照条带最多（22条），其次为有机无机肥配施处理，化肥处理条带最少（15条），表明施肥降低了土壤细菌群落多样性，以化肥处理细菌多样性最低。有机肥不同配比间比较，细菌条带数随有机肥配施比例的提高而增加，表明增施有机肥能提高细菌群落的多样性。试验结果说明长期不同施肥方式改变了土壤的细菌群落结构，单施化肥显著降低细菌群落多样性，且其对细菌群落多样性的影响大于有机无机肥配施处理。

聚类分析（UPGMA）表明（图2）,5种处理土壤样品共分为两大族群，NPK为一种族群，说明长期施用化肥对土壤的细菌群落结构影响较大；3个不同比例有机无机肥配施处理聚在一起成为一小类，说明这3个处理对细菌群落结构的影响类似。

从土壤微生物群落基因多样性指数（表3）来看，施肥降低了细菌的香农-威纳指数、丰富度指数和均匀度指数，其中以化肥处理降低最多，这也说明单施化肥对细菌群落多样性的影响效果大于有机无机肥配施处理。3个有机无机肥配施处理中，细菌群落多样性指数和丰富度指数随有机肥配施比例的提高而增加。图1 土壤细菌群落 DGGE指纹图谱（a）及泳道比较图（b）Fig. 1 DGGE band patterns of 16S r DNA of soil bacterial under different fertilizer treatments图2 土壤细菌群落 DGGE指纹图谱聚类分析Fig. 2 DGGE Cluster analysis（UPGMA）of bacterial communities in soil samples表3 土壤微生物群落基因多样性指数Table 3 Genetic diversity indices of soil microbe communities2.3.2 长期有机无机肥配施对土壤真菌多样性的影响

利用PCR-DGGE分析土壤真菌群落结构发现，不同处理土壤在DGGE图谱中电泳条带数目、强度和迁移率均存在一定程度的差异（图3），表明长期不同施肥处理影响了土壤真菌群落的多样性和数量。总体来看，各施肥处理真菌条带数量明显高于对照，化肥处理条带最多（19条），其次为有机无机肥配施处理，对照条带数最少（10条）。表明长期不同施肥措施提高了土壤真菌群落多样性，其中以化肥处理真菌群落多样性提高最多。真菌条带数随有机肥配施比例的提高表现出降低的趋势，但不同配比间差异不明显。试验结果说明长期不同施肥方式改变了土壤的真菌群落结构，单施化肥对真菌群落多样性的影响效果大于有机无机肥配施处理。图3 不同处理土壤真菌PCR产物的DGGE图谱（a）及泳道比较图（b）指纹图谱相似性Fig. 3 DGGE band patterns of 16S r DNA of soil fungal under different fertilizer treatments

聚类分析（UPGMA）表明（图4）,5种处理土壤样品共分为两大族群，CK为一种族群，所有施肥处理为另一种族群，说明长期施肥显著影响土壤真菌群落结构。3个不同比例有机无机肥配施处理聚在一起成为一小类，说明这3个处理对真菌群落结构的影响类似。

从土壤微生物群落基因多样性指数（表3）来看，长期施肥提高了真菌的香农-威纳指数、丰富度指数，其中以化肥处理提高最多，有机无机肥配施处理次之，这也说明单施化肥对真菌群落多样性的影响效果大于有机无机肥配施处理。随有机肥配施比例的提高，真菌多样性指数和丰富度指数降低。施肥对真菌均匀度指数影响不大。图4 土壤真菌群落 DGGE指纹图谱聚类分析Fig. 4 DGGE Cluster analysis（UPGMA）of fungal communities

3 讨论

长期不同施肥方式对土壤微生物生物量碳、氮的影响有显著的差异。许多研究证实，长期施用有机肥能提高土壤微生物生物量。[31]Witter在长达30a的肥料试验田上的研究结果表明，长期施用有机物料如秸秆、绿肥、农家肥等，土壤中微生物生物量提高。刘恩科等[32]研究了长期不同施肥制度对土壤生物学特性的影响，结果表明施肥显著提高土壤微生物生物量碳、氮，其中长期化肥与有机肥配施的效果最为明显。本研究结果也表明，长期不同施肥处理土壤微生物生物量差异显著，化肥配施有机肥有利于提高土壤微生物生物量碳、氮，与上述结果类似。说明长期化肥配施有机肥能提高土壤微生物生物量碳、氮，其主要原因可能是有机无机肥配施提供了适合于微生物生长的碳源和氮源，促进了微生物的繁殖，从而提高了土壤的微生物量。本研究结果表明有机肥不同配施比例中以高量有机肥比例处理的土壤[33]微生物生物量碳、氮较高，与徐培智等的研究结果相同，这可能与长期配施高量有机肥更有利于改善土壤理化性质及环境条件等有关（可能与长期配施高量有机肥更有利于提高土壤有机质含量，从而长期稳定提供较多微生物繁殖所需碳、氮源有关）。

研究表明，应用微生物熵来表示不同施肥措施对土壤质量的影响[34][35]比单独应用微生物量碳或土壤有机总碳更有效。Mastol等的研究表明长期有机无机肥料配施显著提高土壤微生物熵。本试验研究结果表明长期施肥提高了土壤微生物熵，有机无机肥配施处理效果好于单[36]施化肥处理，与Mastol等的研究结果一致。刘守龙等研究指出，长期配施中量和高量有机肥分别使稻田土壤微生物熵平均提高17.94%和19.91%，但是配施中量和高量有机肥处理间差异不大。本研究发现随着有机肥配施比例的提高，微生物熵虽然也表现出增加的趋势，但不同有机肥配比间差异不明显，这与刘守龙等的结果相似。可见，长期有机无机肥配施有利于提高土壤微生物熵，改善土壤的微生态性能，但是并非有机肥用量越多越好。

土壤酶主要来自于土壤微生物代谢过程，与微生物的丰富程度和活性密切相关，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反[37][38]应强度，常被作为判断土壤质量好坏的重要指标。刘骅等研究了长期施肥对灰漠土壤酶活性的影响，结果表明，化肥配施有机肥或秸秆的土壤的脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性比长期不施肥增加了24%～[9]31%。李娟等通过研究发现施肥显著提高了脲酶、转化酶、碱性磷酸酶的活性，有机无机肥配施处理高于化肥处理。本研究中有机无机肥配施显著提高了蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性，与刘骅、李娟等的研究结果类似。说明长期有机无机肥配施能显著提高潴育型水稻土酶活性，改善土壤微生物学特性。[39]

García-Ruiz等（2008）研究了有机肥处理与常规处理对土壤酶活性综合指数GMea的影响，结果表明有机肥处理的GMea显著高于常规处理，并且通过主成分分析认为GMea适合作为土壤生物质量的综合评价指标。本研究结果表明，有机无机肥配施显著提高了土壤的GMea，这与García-Ruiz等的结论类似。其中配施中、高量有机肥处理的GMea值高于配施低量有机肥处理，这可能是由于配施中、高量有机肥促进了更多微生物的生长繁殖，提高了微生物对酶活性的贡献，这与本文微生物生物量的结论相一致。

土壤微生物群落结构和功能的变化与土壤理化性质有关，施肥措[40]施对土壤微生物群落结构也有深刻影响。由于不同施肥制度对土壤理化性质的改变因土壤类型和作用强度而异，所以在影响土壤微生[41]物群落结构的效果上也表现不同。Sun等采用PCR-DGGE技术研究了长期施用有机肥与化肥对土壤细菌群落结构和多样性的影响，结果表明，相对于化肥处理，长期施用有机肥的土壤的细菌群落结构与对照更接近。本研究的聚类分析（UPGMA）结果表明，长期有机无机肥配施处理的细菌群落结构与对照更接近而与化肥处理更远（图2），这与Sun等的结果类似。细菌群落基因多样性指数分析结果表明，在潴育性水稻土上，长期不同施肥处理，细菌丰富度和Shannon多样性指数以对照最高，有机无机肥配施处理次之，化肥处理最低，这与[42][6]孟庆杰等在豆田土壤上的试验结果一致。张逸飞等在江西红壤水稻土上的试验结果也表明施肥使微生物生物群落物种丰富度有所减[43]少。吴展才等在小白菜土壤上的试验也证明了这一点。说明施肥特别是长期施肥会降低土壤细菌群落多样性，这可能是因为肥料的添加提供了适合某些微生物生长的碳氮比及养分，导致某些优势细菌菌群出现，降低了细菌多样性。

土壤真菌在碳循环、腐殖质分解、抑制和减少植物疾病、稳定土[44]2壤团聚体和产生NO等方面起着重要的作用。不同的施肥措施和土[45]壤管理对土壤中真菌的分布及多样性影响较大。毕明丽等在潮棕壤上的试验表明，施肥和土壤管理显著改变了土壤真菌结构，农业开垦降低了真菌多样性，而施肥提高了真菌多样性。本试验结果表明，施肥提高了土壤真菌的多样性指数与丰富度，与毕明丽等的研究结果类似。说明长期施肥能提高土壤真菌群落多样性。但是毕明丽等认为

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书