不同肥力潮土的酶活计量比特征及其与微生物量的关系

【目的】研究不同肥力土壤上胞外酶活性,阐明胞外酶活性计量比特征及其影响因素,为阐明土壤生物肥力差异的机制与土壤培肥提供理论依据。【方法】选取了高、中、低肥力的潮土,分析其微生物量碳、氮(SMBC、SMBN)含量以及β-1, 4-葡萄糖苷酶(β-1, 4-glucosidase,BG)、纤维二糖水解酶(Cellobiohydrolase,CBH)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(β-1,4-N-acetylglucosaminidase, NAG)、亮氨酸氨基肽酶(leucine aminopeptidase,LAP)和碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AP)活性。采用生态化学计量学方法分析该5种酶活性在不同肥力土壤间的差异,以及酶活与土壤微生物量间的定量关系。【结果】高肥力土壤SMBC是中肥力土壤的2.6倍,低肥力土壤的5.8倍;高肥力土壤SMBN为中肥力土壤的3.1倍,低肥力土壤的5.5倍。SMBC/SMBN在不同肥力土壤间无显著差异。土壤碳氮磷转化酶活性和综合酶指数均表现为高肥力土壤中肥力土壤低肥力土壤,且土壤胞外酶活性与微生物量碳氮表现为直线正相关关系。SMBC和SMBN每增加1 mg·kg-1,(BG+CBH)和(NAG+LAP)活性分别可提高0.134和10.53 nmol·g-1·h-1。ln (BG+CBH)﹕ln (NAG+LAP)和ln (BG+CBH)﹕ln AP均小于1,表明碳源是潮土养分转化的首要限制因素。高肥力土壤上碳、氮、磷酶活比例较低肥力土壤更接近适宜值。【结论】潮土上应配施有机肥或进行秸秆还田,保证充足的碳源以解决养分有效性限制的问题,促进氮磷的养分循环转化。适宜的活性碳氮磷比例是高肥力土壤高产高效的重要机制之一。     

华北不同利用强度潮土酶生态化学计量特征比较

为探究土壤酶活性和微生物养分限制水平对土地利用强度的响应特征,本研究设置1个高强度（小麦-玉米轮作,MW）、2个中强度（临时草地-小麦,GW;玉米-临时草地,MG）和1个低强度（多年生草地,PG）共4个处理,6 a后采样解析土壤酶活性及酶生态化学计量特征。结果表明：土壤pH值随土地利用强度降低而下降（仅PG达到显著）,PG和GW均增加了土壤有机碳（Organiccarbon,OC）含量;PG还增加了土壤全氮（Total nitrogen,TN）与有效磷（Available phosphorus,AP）含量,进而提高了土壤C∶P和N∶P的比值。与MW和MG相比,PG和GW提高了β-1,4-葡萄糖苷酶（β-1,4-glucosidase,BG）、β-N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶（β-N-acetyl-glucosaminidase,NAG）+亮氨酸氨基肽酶（Leucine aminopeptidase,LAP）和碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase,ALP）活性,以及土壤酶碳磷比（C/P ratio of extracellular enzymatic activities,EEAC∶P）和土壤酶氮磷比（N/P ratio of extracellular enzymaticactivities,EEAN∶P）,显著降低了土壤微生物P限制。相关性分析表明：土壤C、N和P关键代谢酶活性均与OC、TN、C∶P和N∶P显著正相关,而与NH+4-N显著负相关;EEAC∶P和EEAN∶P均与OC、C∶P和N∶P显著正相关,但仅EEAN∶P与NH+4-N显著负相关。随机森林模型分析表明,pH是土壤微生物C限制的主要解释因子,而C∶P、N∶P和NH+4-N对土壤微生物P限制的解释度最高。研究表明,将临时草地模式引入农田能够增强土壤固碳和供氮能力,提高土壤酶活性并降低土壤微生物P限制,可为集约化农业管理下提升农田土壤生态系统质量提供理论依据和技术支撑。     

褐土和潮土土壤微生物量氮的测定研究

研究了用碱性过硫酸钾氧化法流动注射分析仪测定褐土和潮土土壤微生物量氮的可行性,并与开氏法进行了比较,同时采用碱性过硫酸钾氧化法测定了河北省不同肥力水平褐土和潮土麦田土壤微生物量氮含量.结果表明:采用碱性过硫酸钾氧化法,可使褐土和潮土浸提液中加入的有机态氮(尿素和EDTA)和铵态氮的回收率达95.33%～100%,与开氏法所测结果基本一致,相关系数达0.99.采用碱性过硫酸钾氧化法测得河北省2大土类不同肥力水平麦田土壤微生物量氮为1.80～66.76 mg/kg,其中褐土为6.39～66.76 mg/kg、潮土为1.80～20.98 mg/kg.     

玉米高产田土壤微生物量碳的肥力特性分析

以松辽平原玉米带高产土壤和平产土壤为研究对象,研究了不同玉米产量土壤微生物量碳的变化特征及其与土壤理化性质、玉米产量的相关性.结果表明:高产培育模式下,土壤微生物量碳、微生物商显著增加;土壤微生物量碳与土壤有机碳、全氮显著正相关(P<0.05),与有效磷、>0.25 mm团聚体数量及平均重量直径极显著正相关(P<0.01),与土壤容重显著负相关(P<0.05),与pH、结构破坏率极显著负相关(P<0.01),与玉米产量极显著正相关(P<0.01).由此可见,土壤微生物量碳是反映玉米高产培育模式下土壤肥力变化的重要指标.     

土壤微生物量及其生态效应

综述了土壤微生物量方面的研究进展，着重论述了土壤微生物量Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓ在土壤养分转化循中的重要性，并就种植，轮作、施用等农业措施和季节变化对土壤微生物量的影响总结分析。     

不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与土壤和植株养分的关系

【目的】 研究不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与不同时期枣园土壤和植株养分的关系,为南疆红枣高产提供土壤管理的理论依据。【方法】 选取南疆高中低3种不同产量水平的枣园为研究对象,采用田间试验,研究不同时期不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与不同土层和植株氮、磷、钾养分含量之间的关系。【结果】 土壤碱解氮、速效磷含量随着土壤深度的增加逐渐降低,而速效钾含量逐渐升高。土壤微生物量碳(MBC)和土壤微生物量氮(MBD)含量之间呈极显著正相关,相关系数为0.836 7;土壤微生物量碳与骏枣展叶期0~20 cm土层速效钾含量呈显著正相关,与果实膨大期20~40 cm土层速效钾含量呈显著正相关关系。【结论】 枣园土壤微生物量碳、氮及各养分含量均保持在良好水平,土壤养分及植株养分能对微生物量碳、氮产生显著影响。     

不同城市绿地类型对土壤微生物数量及微生物量的影响

研究了郑州市不同绿地类型对土壤可培养微生物数量及其微生物量的影响,结果表明:花卉绿地土壤的微生物数量(348×104 cfu/g)、微生物量碳(72 μg/g)、微生物量氮(4.53 μg/g)的含量最高,其次是人工林地、人工草灌地;人工草地、人工灌木地、隔离带绿地、行道绿地土壤的微生物数量和微生物量碳(氮)的含量低;...     

不同种植方式对苗期大豆、玉米根际土壤酶活性及微生物量碳、氮的影响

通过盆栽试验的方法,研究不同种植方式对苗期大豆、玉米根际土壤脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性和微生物量碳、氮的影响,试验共设9个处理,分别在前茬作物为大豆、玉米和大豆-玉米混作的土壤上种植大豆、玉米和大豆-玉米混作。结果表明,①与大豆-玉米轮作相比,大豆连作降低了根际土壤多酚氧化酶和脲酶活性,玉米连作降低了脲酶活性而提高了过氧化氢酶活性,三种种植方式下蔗糖酶活性无显著差异。②与大豆-玉米混作相比,大豆连作和玉米连作都降低了根际土壤脲酶活性,提高了根际土壤蔗糖酶的活性,根际土壤多酚氧化酶的活性变化不明显。在前茬为玉米的土壤处理中,大豆-玉米混作的根际土壤过氧化氢酶活性显著低于单作大豆和单作玉米的处理。③大豆连作和玉米连作的土壤微生物量碳、氮均高于大豆-玉米轮作。在前茬为玉米的土壤处理中,大豆-玉米混作的土壤微生物量氮显著高于单作大豆和单作玉米的处理。④土壤微生物量碳与微生物量氮及其碳氮比都与土壤过氧化氢酶活性和多酚氧化酶活性呈显著相关或极显著相关。因此,不同的种植方式能够影响大豆和玉米的根际土壤酶活性和土壤微生物量碳、氮,但变化规律不尽相同。     

莫莫格湿地土壤微生物量碳动态及与酶活性的关系

以莫莫格国家级自然保护区内泥炭沼泽土、沼泽化草甸土和草甸土3种类型土壤为对象,研究不同深度土层中土壤微生物量碳的动态变化及其与土壤酶活性之间的关系,为土壤碳转化循环过程的研究提供基础。结果表明:与泥炭沼泽土和草甸土比较,沼泽化草甸土壤微生物量碳最低。湿地土壤微生物量碳随土层深度的增加而逐渐降低,且垂直变化非常明显。泥炭沼泽土壤微生物量碳季节变化大于草甸土。湿地土壤酶活性随着土层加深呈下降趋势,且垂直变异显著。Fe2O3还原酶、蔗糖酶、酸(中)性磷酸酶均与湿地土壤微生物量碳呈显著正相关性。     

施用生物炭对 土微生物量碳、氮及酶活性的影响

【目的】研究不同用量生物炭对土微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）及酶活性的影响,为生物炭提升土壤质量提供科学依据。【方法】采用大田试验,将果树树干、枝条生物炭（450℃、限氧条件下裂解）以不同用量（0、20、40、60、80 t·hm^-2分别记作B0、B20、B40、B60、B80）施入土,与耕层（0-20 cm）混匀。经过2年的夏玉米和冬小麦轮作后,分3层测定0-30 cm土层的土壤生物活性及理化性质,采用主成分分析研究施用生物炭后土酶活性及微生物量碳、氮的变化特征。【结果】（1）在0-20 cm土层,SMBC和SMBN均是在生物炭用量为40或60 t·hm^-2时达到最大,而在20-30 cm土层,SMBC和SMBN均在生物炭用量为80 t·hm^-2时达到最大,且在整个测试土层,施炭处理均比对照（B0）含量高。（2）随生物炭施用量的增加,6种土壤酶活性总体上表现为先增加后降低的趋势。施用生物炭显著增加了土壤酶指数（SEI）,在0-10 cm土层,施炭处理较B0显著增加1.6-2.7倍;在10-20 cm和20-30 cm土层,施炭处理较B0分别显著增加26.6%-39.5%和18.7%-21.7%,但用量达到80 t·hm^-2时,SEI则又显著下降。（3）通过主成分分析可以将本研究的8个指标归纳为土壤活性因子和土壤强度因子,其综合得分在不同土层总体上表现为0-10 cm土层＞10-20 cm土层＞20-30 cm土层;在0-10 cm和10-20 cm土层,不同处理综合得分为B60＞B40＞B20＞B80＞B0,在20-30 cm土层,综合得分为B60＞B80＞B40＞B20＞B0。【结论】生物炭的施用增加了土土壤微生物量,提高了土壤酶活性,改善了土壤生物环境。总体而言,60 t·hm^-2的生物炭施用量综合表现最优。     

Effects of Carbon and Nitrogen Additions on Soil Microbial Biomass Carbon and Enzyme Activities Under Rice Straw Returning

The effects of different amounts of carbon and nitrogen sources on the soil microbial biomass carbon, dissolved organic carbon and related enzyme activities were studied by the simulation experiment of rice straw returning to the field, and the mechanism of the decomposition of rice straw returning to the field was discussed. Completely randomized experiment of the two factors of the three levels was designed, and a total of nine treatments of indoor soil incubation tests were conducted. Full amount of rice straw was applied to the soil in this simulation experiment and different amounts of brown sugar and urea were added in the three levels of 0(no carbon source and nitrogen source), 1(low levels of carbon and nitrogen sources) and 2(high levels of carbon and nitrogen sources), respectively. The results showed that the addition of different amounts of carbon and nitrogen sources to the rice straw could increase the soil carbon content. Compared with T0 N0, the microbial biomass carbon of T2 N2 was increased significantly by 170.48%; the dissolved organic carbon content of T1 N2 was significantly increased by 58.14% and the free humic acid carbon contents of T0 N2, T1 N1 and T2 N0 were significantly increased by 56.16% and 45.55% and 47.80%, respectively; however, there were no significant differences among those of treatments at later incubation periods. The addition of different carbon and nitrogen sources could promote the soil enzyme activities. During the incubation period, all of the soil enzyme activities of adding sugar and urea were higher than those of T0 N0 treatment. Therefore, the addition of different amounts of carbon and nitrogen sources to rice straw returning could improve soil microbial biomass carbon content, dissolved organic carbon and soil enzyme activities.     

茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮的分布特征

 【目的】弄清茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮的分布特征,以期反映退耕还茶模式对土壤团聚体及其养分循环的影响,为协调区域土地利用及退耕还林（茶）工程的实施提供依据。【方法】采用野外调查和室内分析相结合的方法,以撂荒地和桉树人工林为对照,就茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮的分布特征进行了研究。【结果】（1）茶园和对照撂荒地、桉树人工林土壤团聚体中有机碳含量基本随团聚体直径的减小而增加,最大值均集中于＜0.25 mm团聚体中;（2）茶园及对照地土壤微生物量碳、氮含量则基本随团聚体直径的减小而降低,其中茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮含量最大值分布于5—2 mm团聚体中,茶园土壤除了＜0.25 mm团聚体外,其微生物量碳、氮的含量均高于撂荒地和桉树人工林同直径团聚体;（3）茶园及对照地土壤团聚体微生物熵基本随团聚体直径的减小而降低,其中茶园土壤团聚体微生物熵最大值分布于5—2 mm团聚体中,其分布规律与微生物量碳、氮基本一致。【结论】与撂荒地、桉树人工林相比,茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮较为丰富,大团聚体中的含量尤为突出,表明退耕还茶是研究区一种较为理想的退耕模式。     

小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响

【目的】以我国黄淮平原粮食主产区潮土为研究对象,通过探讨小麦-玉米轮作体系下,不同小麦播量与减量氮肥下,土壤微生物量碳、氮和酶活性的差异和变化,以了解小麦播量和氮肥对土壤微生物量的影响。【方法】试验设4个处理,分别为：（1）常规播量+常规施氮肥（CK）;（2）增播30%+常规施氮（T1）;（3）增播30%+减氮20%（T2）;（4）常规播量+减氮20%（T3）。2016—2018年3季作物收获后,采取不同土层土壤,测定有机碳（SOC）、全氮（TN）、微生物量碳氮（SMBC、SMBN）及其相关酶活性。【结果】总体上,3季中各处理土壤微生物量碳氮、有机碳、全氮以及3种酶活性均随土壤深度增加而下降。常规施肥处理（CK和T1）的SMBC的含量在2017年的小麦和玉米季0—20 cm土层以及2018年小麦季则0—30 cm基本表现为显著高于减氮处理（T2和T3）,其中T1处理最高为170.89 mg?kg ^-1。SMBN与SMBC表现出类似的趋势,在3季中均以常规施肥处理显著高于减氮处理,其中CK处理的SMBN在3季中0—30 cm土层均表现较高,最高为57.24 mg?kg ^-1。各处理SOC含量的差异在前两季主要集中在0—20 cm土层,而第3季则集中在10—30 cm土层;其中2017年玉米季0—20 cm土层减氮处理的SOC含量显著高于常规施肥处理,以T3处理SOC含量最高,为12.85 g?kg ^-1。2017年小麦季各处理TN含量在0—30 cm土层基本差异不显著;而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层均以CK处理TN含量显著高于其他处理,最高为1.57 g?kg ^-1。各处理土壤碳氮比（C/N）在2017年小麦季没有明显规律,而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层基本表现为减氮处理的C/N显著高于常规施肥处理。各处理的微生物熵（C_mic/C_org）、微生物量氮/全氮（N_mic/N_total）分别在0.5%—2.5%、2%—6%之间,微生物量碳氮比（C_mic/N_mic）在5﹕1以下。各处理C_mic/C_org除2017年小麦季10—20 cm土层,其他作物季节和土层均表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。各处理N_mic/N_total与C_mic/C_org类似,除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麦季处理间N_mic/N_total基本差异不显著,其他季节和土层则表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。2017年T1处理的C_mic/N_mic在0—20 cm土层均显著高于其他处理;而在后两季的0—10 cm处理间C_mic/N_mic均差异不显著。土壤脲酶活性在2018年小麦季显示增播处理显著高于常播处理。各处理蔗糖酶活性在玉米季明显高于小麦季,其中在2017年玉米季10—30 cm土层的减氮处理高于常规施肥处理。减氮处理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麦季0—30 cm土层均显著高于常规施肥处理。减氮处理2018年小麦季产量显著高于常规施肥处理,同时提高了地上部氮素积累量,最高达到了322.30 kg?hm ^-2。 【结论】在黄淮平原小麦-玉米轮作区,在供试条件下,减氮处理降低了土壤微生物量和全氮含量,但提高了土壤酶活性和地上部氮素积累量,能增加或维持小麦产量,其中小麦常规播量下减氮20%处理综合效果较好。     

地膜覆盖及不同施肥处理对土壤微生物量碳和氮的影响

采用培养熏蒸-提取法测定了不同施肥处理和长期地膜覆盖条件下土壤微生物量碳和氮的含量。结果表明:长期不同施肥处理对土壤微生物量碳和氮产生显著影响。长期施有机肥和有机无机肥配合施用使土壤微生物量碳平均提高102.6%和60.1%,使土壤微生物量氮平均提高107%和41.2%;施氮肥处理则使土壤微生物量碳平均降低30.8%,使微生物量氮平均降低1.46%。地膜覆盖对土壤微生物量碳和氮影响不显著,不同施肥处理覆膜后变化趋势不同。其中,对照、N4及M4N2P1处理土壤微生物量碳覆膜后平均升高20.4%、44.6%和12.9%,土壤微生物量氮平均升高22.9%、12.7%和56.5%;而M4处理土壤微生物量碳覆膜后平均降低27.5%,微生物量氮平均降低31.2%。另外,长期施用有机肥可以提高微生物对肥料的利用率,而长期施氮肥则降低其利用率;长期地膜覆盖可使土壤微生物对肥料固作用更加明显。     

生物炭施用下土壤微生物量碳氮的动态变化

为了研究生物炭施用量对整个玉米生育期内土壤微生物量及玉米产量的影响,采用田间定位试验,生物炭施用量设置0（BC0）、10（BC1）、20（BC2）和30（BC3） t·hm^-2共4个处理,测定不同处理下土壤微生物量碳、氮及其动态变化和收获后玉米的籽粒产量。结果表明,玉米生育期内各土层土壤微生物量碳随生物炭施用量的增加而增加;与BC0相比,施用生物炭对播种前土壤微生物量碳的影响最为显著,其中,BC3处理在0—10、10—20和20—30 cm土层的微生物量碳较对照分别增加103.2%、91.8%和158.5%。土壤微生物量氮和微生物量碳氮比的变化则与玉米生育期有关。从整个生育期来看,土壤微生物量碳、氮含量在播种前最低,在拔节期达到峰值,之后缓慢降低并保持相对稳定。在播种前,BC3处理土壤微生物商增幅最大,较BC0增加了59.5%,其他生育期土壤微生物商无显著变化。玉米籽粒产量随生物炭施用量的增加而增加,BC2和BC3分别较BC0显著增产11.2%和14.1%。因此,在土壤中施用生物炭可在一定程度上增加土壤微生物量,提高土壤肥力,增加作物产量,为该地区生物炭的合理施用提供理论依据。     

无害化污泥施用对土壤有机质、微生物量碳和氮含量的影响

合理施用无害化处理后的城市污泥是废弃物资源化利用的重要途径之一。本文采用小麦、玉米轮作的田间连续定位试验,研究了不同施用量的无害化污泥对华北沙化潮土土壤中有机质、微生物量碳和氮含量的影响。结果表明:施用无害化污泥0 t·hm-2(CK)、15 t·hm-2(A1)、30 t·hm-2(A2)和45 t·hm-2(A3)4种处理下,与CK相比,A3处理在小麦季和玉米季土壤有机质含量均得到显著提高(p0.05),其中小麦季土壤中有机质含量为17.45 g·kg-1,增加了30.91%;玉米季土壤有机质含量为26.52 g·kg-1,增加了80.53%。A2和A3处理对土壤微生物量碳和氮的提升也分别达到显著水平(p0.05),小麦季A2和A3处理土壤微生物量碳含量分别达到225.91 mg·kg-1和321.18 mg·kg-1,比CK处理分别增加144.20%和247.18%;玉米季A2和A3处理土壤微生物量碳含量分别达到154.41 mg·kg-1和190.75 mg·kg-1,分别增加29.19%和59.60%;小麦季A2和A3处理土壤微生物量氮含量分别达13.53 mg·kg-1和23.92 mg·kg-1,比CK处理分别增加95.52%和245.66%;玉米季A2和A3处理土壤微生物量氮含量分别达29.50 mg·kg-1和30.71 mg·kg-1,比CK处理分别增加40.08%和45.82%。在小麦和玉米轮作周期,随无害化污泥施用量的增加,土壤有机质含量、土壤微生物量碳和氮的含量均得到有效提高;土壤有机质、微生物量碳和氮的含量分别与无害化污泥的不同施用量呈正相关关系。     

Effects of Long-Term Combined Application of Organic and Mineral Fertilizers on Microbial Biomass, Soil Enzyme Activities and Soil Fertility

Soil health is important for the sustainable development of terrestrial ecosystem. In this paper, we studied the relationship between soil quality and soil microbial properties such as soil microbial biomass and soil enzyme activities in order to illustrate the function of soil microbial properties as bio-indicators of soil health. In this study, microbial biomass C and N contents （Cmic ＆ Nmic）, soil enzyme activities, and soil fertility with different fertilizer regimes were carried out based on a 15-year long-term fertilizer experiment in Drab Fluvo-aquic soil in Changping County, Beijing, China. At this site, 7 different treatments were established in 1991. They were in a wheat-maize rotation receiving either no fertilizer （CK）, mineral fertilizers （NPK）, mineral fertilizers with wheat straw incorporated （NPKW）, mineral fertilizers with incremental wheat straw incorporated （NPKW＋）, mineral fertilizers plus swine manure （NPKM）, mineral fertilizers plus incremental swine manure （NPKM＋） or mineral fertilizers with maize straw incorporated （NPKS）. In different fertilization treatments Cmic changed from 96.49 to 500.12 mg kg^-1, and Nmic changed from 35.89 to 101.82 mg kg^-1. Compared with CK, the other treatments increased Cmic ＆ Nmic, Cmic/Corg （organic C） ratios, Cmic/Nmic, urease activity, soil organic matter （SOM）, soil total nitrogen （STN）, and soil total phosphorus （STP）. All these properties in treatment with fertilizers input NPKM＋ were the highest. Meantime, long-term combined application of mineral fertilizers with organic manure or crop straw could significantly decrease the soil pH in Fluvo-aquic soil （the pH around 8.00 in this experimental soil）. Some of soil microbial properties （Cmic/Nmic, urease activity） were positively correlated with soil nutrients. Cmic/Nmic was significantly correlated with SOM and STN contents. The correlation between catalase activity and soil nutrients was not significant. In addition, except of catalase act