長期施用磷肥和有機肥黃壤微生物量磷特征

劉彥伶，李渝，張艷，張雅蓉，黃興成，張萌，張文安，蔣太明

長期施用磷肥和有機肥黃壤微生物量磷特征

劉彥伶1,2，李渝1,2，張艷1,2，張雅蓉1,2，黃興成1,2，張萌1,2，張文安1,2，蔣太明2,3

1貴州省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，貴陽 550006；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站，貴陽 550006；3貴州省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，貴陽 550006

【】研究玉米不同生育時期長期不同施肥處理下土壤微生物量磷（MBP）的動態(tài)變化與周轉(zhuǎn)特性，探究長期施用磷肥和有機肥對土壤磷轉(zhuǎn)化與供應(yīng)能力的影響。依托貴陽黃壤肥力長期定位試驗，選取不施肥（CK）、氮鉀化肥（NK）、氮磷鉀化肥（NPK）、有機肥（M）、1/2有機肥+1/2氮磷化肥（0.5MNP）、全量有機肥+全量氮磷鉀化肥（MNPK）6個處理，在玉米播種前、苗期、拔節(jié)期、開花期、收獲后分別采集0—20 cm土層樣品，測定土壤微生物量磷含量、有效磷含量、酸性磷酸酶活性，并計算微生物量磷周轉(zhuǎn)期和周轉(zhuǎn)量。與NK處理相比，施用磷肥和有機肥各處理土壤微生物量磷（MBP）和微生物含磷量（MPC）分別顯著提高了123.9%—446.2%和85.0%—268.2%，均以MNPK處理增幅最大。施磷量基本一致的條件下，M和0.5MNP處理MBP含量較NPK處理顯著提高了26.7%—32.7%；NK處理MBP和MPC含量均在開花期最低，施用磷肥和有機肥各處理MBP含量在玉米生長期均較高，MPC含量則隨生育時期變化呈“雙峰”曲線，苗期和開花期最高；與CK相比，NK處理MBP周轉(zhuǎn)期縮短了405 d，MBP周轉(zhuǎn)量提高了50.9%。與NK處理相比，施用磷肥和有機肥各處理MBP周轉(zhuǎn)量提高了19.2%—156.4%，MBP周轉(zhuǎn)期延長了248—391 d，說明施用磷肥和有機肥可不同程度增加MBP庫容并降低其周轉(zhuǎn)速率；施用磷肥和有機肥各處理土壤有效磷和植株吸磷量分別是NK處理的3.63—7.27倍和1.77—1.97倍；各處理酸性磷酸酶活性表現(xiàn)為NK處理＞M、MNPK處理＞CK、NPK、0.5MNP處理，NK處理較其他處理顯著提高了10.2%—21.0%；相關(guān)分析表明，土壤有效磷是MBP及其周轉(zhuǎn)量最重要的影響因子，而酸性磷酸酶活性則是MBP周轉(zhuǎn)期最重要的影響因子。MBP可反映黃壤磷素的供應(yīng)水平，MBP含量及其周轉(zhuǎn)對于提高黃壤潛在供磷能力具有重要意義，長期施用磷肥和有機肥可提高土壤MBP周轉(zhuǎn)庫容，增強土壤磷素轉(zhuǎn)化和供給能力，提高玉米植株吸磷量。

長期施肥；微生物量磷；玉米；有機肥；磷肥；黃壤

0 引言

【研究意義】土壤微生物在驅(qū)動土壤磷素轉(zhuǎn)化、循環(huán)及維持養(yǎng)分平衡的過程中起著重要作用，微生物一方面將土壤中無機磷同化結(jié)合到體內(nèi)，另一方面體內(nèi)的磷素因平衡的需要也在不斷向外釋放，土壤微生物量磷周轉(zhuǎn)量及其周轉(zhuǎn)速率是反應(yīng)土壤微生物量磷庫庫容和強度的重要指標，對了解土壤養(yǎng)分供應(yīng)潛力和植物養(yǎng)分的有效性有非常重要意義[1-4]。【前人研究進展】由于田間試驗人為干擾要經(jīng)過一段時間才能穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)有一個“短暫動態(tài)”，短期試驗結(jié)果只反映短暫動態(tài)平衡過程，長期試驗可以獲得更真實的試驗結(jié)果，生態(tài)學定位試驗至少要堅持5—10年以上[5]。此外，短期施肥對微生物量磷的影響更多地體現(xiàn)在微生物對肥料磷的利用上，長期施肥試驗?zāi)芊从抽L時間尺度上施肥對土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物演變的整體影響，因此，近年來通過長期定位試驗來探究長期施肥對土壤微生物量磷的研究逐漸增多。大多研究認為，長期不施磷肥可以降低土壤微生物量磷含量，而長期施用磷肥可以提高土壤微生物量磷含量[6-11]，但也有研究指出長期施用磷肥降低了麥田土壤微生物量磷含量[12]。王曄青等[10]在棕壤上研究表明，長期施用磷肥可降低微生物量磷周轉(zhuǎn)速率，延長微生物周轉(zhuǎn)期，而長期單施氮肥則相反，而劉凱等[13]研究則表明長期施用磷肥和氮鉀肥均可提高微生物量磷周轉(zhuǎn)速率，縮短微生物量周轉(zhuǎn)期。可見，受氣候、土壤類型及理化性質(zhì)等影響，長期施肥對土壤微生物量及其周轉(zhuǎn)的影響并沒有一致的結(jié)論[14]。其原因可能是土壤有效磷是土壤微生物量磷的重要來源，土壤磷酸酶活性直接影響有機磷的分解轉(zhuǎn)化速率，而不同類型土壤的長期施肥對上述土壤因子的影響不盡相同[15-18]。【本研究切入點】貴州旱地黃壤面積約有460萬公頃，占全省旱地面積的46.2%，由于黃壤具有黏、酸、瘦等特點，固磷能力強，且土壤磷素主要以閉蓄態(tài)磷存在，土壤磷素有效性低已成為制約黃壤旱地作物高產(chǎn)創(chuàng)建和地力提升的主要障礙因子之一[19-20]。微生物量磷作為作物可利用的重要土壤活性磷庫，同時其周轉(zhuǎn)可促進固態(tài)磷的釋放，起著動力源的作用，因此，研究黃壤微生物量磷及其周轉(zhuǎn)對了解土壤磷素水平和磷供應(yīng)能力具有重要意義。然而目前關(guān)于長期施肥對黃壤微生物量的影響雖開展了一些研究[21]，但關(guān)于土壤微生物量周轉(zhuǎn)特性的研究尚少，長期缺磷及長期施用磷肥和有機肥如何影響土壤微生物量磷庫容及其周轉(zhuǎn)速率，進而調(diào)節(jié)黃壤磷素供應(yīng)并不清楚。【擬解決的關(guān)鍵問題】因此，本研究選取22年的黃壤旱地長期定位試驗中的CK、NK、NPK、M、0.5MNP、MNPK 6個試驗處理，研究長期施用磷肥和有機肥對玉米不同生育時期土壤微生物量磷含量的影響，并計算土壤微生物量磷周轉(zhuǎn)量和周轉(zhuǎn)期，分析其與土壤有效磷和酸性磷酸酶活性的相關(guān)性，闡明微生物量磷周轉(zhuǎn)特性及其主要影響因子，進一步認識微生物量磷在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和作物供應(yīng)中的作用，為黃壤區(qū)合理施肥調(diào)控土壤磷素供應(yīng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究位于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站。該實驗站位于貴州省貴陽市花溪區(qū)貴州省農(nóng)業(yè)科學院內(nèi)（106°39′52′′E，26°29′49′′N），地處黔中丘陵區(qū)，屬亞熱帶季風氣候，平均海拔1 071 m，年均氣溫15.3 ℃，年均日照時數(shù)1 354 h左右，相對濕度75.5%，全年無霜期270 d左右，年降水量1 100— 1 200 mm。試驗地土壤為黃壤土類黃壤亞類黃泥土土種，成土母質(zhì)為三疊系灰?guī)r與砂頁巖風化物。該長期定位試驗于1994年開始基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和勻地，1995年開始連續(xù)監(jiān)測。2016年玉米收獲后各處理土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設(shè)計

黃壤長期定位試驗采用大區(qū)對比試驗設(shè)計，小區(qū)面積340 m2，設(shè)置有10個施肥模式，本研究選取其中6個處理進行研究：不施肥（CK）、氮鉀化肥（NK）、氮磷鉀化肥（NPK）、1/2有機肥+1/2氮磷化肥（0.5MNP）、有機肥（M）和全量有機肥+全量氮磷鉀化肥（MNPK）。供試化肥為尿素（含N 46.0%）、過磷酸鈣（含P2O512.0%）和氯化鉀（含K2O 60%）；有機肥為牛廄肥，多年平均含水量為63%，多年測試干基養(yǎng)分平均含有機碳 324.7 g·kg-1、N 7.3 g·kg-1、P2O53.5 g·kg-1、K2O 16.2 g·kg-1，不同處理施肥量見表2，化學氮肥分別在苗期和大喇叭口期按4﹕6的比例分兩次追施，有機肥和磷鉀化肥作基肥一次性施用。玉米（L）品種為魯三3號，栽培密度為5.65× 104株/hm2，栽培方式為直播，種植制度為玉米-冬閑，冬季翻耕炕田。試驗過程中不使用除草劑和殺蟲劑等化學農(nóng)藥，所有處理除施肥差異外，其他農(nóng)事活動均一致。

表1 2016年不同施肥處理土壤養(yǎng)分

表2 不同施肥處理氮磷鉀總養(yǎng)分投入量

1.3 樣品采集和分析

由于黃壤長期定位試驗建于20世紀90年代，小區(qū)面積較大（340 m2）并未設(shè)置重復(fù)，故而研究過程采用假重復(fù)進行研究[22-23]，將試驗地延長邊三等分，設(shè)置3個調(diào)查取樣重復(fù)小區(qū)，每重復(fù)小區(qū)分別于種前、苗期、拔節(jié)期、開花期和收獲后采用梅花形5點取樣法采集0—20 cm土層土樣，將采集的土樣除去動、植物殘體混勻分成兩份，一份土樣過孔徑2 mm篩，置于冰箱（4℃左右）內(nèi)于測定微生物量碳、磷；另一份土樣風干后用于測定土壤基礎(chǔ)理化指標。收獲時采集玉米植株，于105℃殺青30 min，80℃烘至恒重，測定干物質(zhì)量，然后將植株樣品粉碎后測定植株磷含量，并計算地上部吸磷量。土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，酸性磷酸酶活性采用對硝基苯磷酸鹽法測定，土壤微生物量碳、磷采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定，植株磷含量采用H2SO4-H2O2消煮-鉬銻抗比色法測定，其他土壤理化指標參考魯如坤《土壤農(nóng)化分析》[24]。假設(shè)微生物量含碳量為47%，將微生物量碳轉(zhuǎn)換為微生物干物質(zhì)質(zhì)量，并計算單位微生物含磷量，用mg·g-1表示[25]。本研究中微生物量磷周轉(zhuǎn)主要依據(jù)生態(tài)學方法（非同位素標記法）進行估算[10]，該方法主要根據(jù)周年內(nèi)微生物量的動態(tài)減少量之和來估算微生物量磷的周轉(zhuǎn)期。

年累加礦化量（mg·kg-1·a-1）=各生育時期微生物量磷（MBP）動態(tài)減少量之和；

年累加同化量（mg·kg-1·a-1）=各生育時期微生物量磷（MBP）動態(tài)增加量之和；

年周轉(zhuǎn)量（mg·kg-1·a-1）=年累加礦化量+年累加同化量；

年周轉(zhuǎn)強度（%）=1/2年周轉(zhuǎn)量×100/年平均微生物量磷（MBP）含量；

周轉(zhuǎn)期（a）=1/年周轉(zhuǎn)強度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)和圖形采用Excel 2010軟件進行計算處理，利用SPASS 20.0軟件進行雙因素方差分析和主體間效應(yīng)檢驗，差異顯著分析用Duncan新復(fù)極差法進行分析，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 土壤微生物量磷含量

不同施肥處理玉米各生育時期MBP的含量為1.2— 45.3 mg·kg-1，各時期MBP基本表現(xiàn)為高施磷區(qū)（MNPK）＞一般施磷區(qū)（M、0.5MNP、NPK）＞不施磷區(qū)（CK和NK）（圖1-A）。與NK處理相比，CK處理各時期MBP平均值顯著提高了61.2%，各施磷及施有機肥處理提高了123.9%—446.3%，以MNPK 處理增幅最大；與NPK處理相比，M和0.5MNP處理各時期MBP平均分別顯著提高了26.7%和32.7%。不同施肥處理各時期微生物含磷量（MPC）為6.9—187.9 mg·g-1，除種前以NPK處理最高外，其他各時期均以MNPK處理最高，不施磷處理（CK和NK）最低（圖1-B）。與NK相比，CK處理各時期MPC平均值顯著提高了46.4%，各施磷及施有機肥處理顯著提高了85.0%—268.2%，以MNPK處理增幅最大（圖2-B）；與NPK處理相比，M和0.54MNP處理各時期MPC平均值顯著降低了15.5%—23.8%。上述結(jié)果說明施磷量越高，MBP和MPC越高，施磷量基本一致條件下，增施有機肥主要通過提高土壤微生物數(shù)量來提高MBP含量。

不同小寫字母分別表示處理間差異達0.05顯著水平。下同

生育時期對MBP和MBC影響顯著（表3），總體來看，MBP表現(xiàn)為苗期、拔節(jié)期、開花期＞種前＞收獲后（圖2-A），除NK處理MBP在開花期最低外，其他各處理基本表現(xiàn)為玉米生長期間MBP穩(wěn)定在一個較高水平，收獲后迅速降低。MPC表現(xiàn)為苗期＞開花期＞拔節(jié)期、種前＞收獲后（圖2-B），施用有機肥的各處理MPC隨生育期變化曲線呈“雙峰型”，峰值分別出現(xiàn)在苗期和開花期，NPK處理除種前高于苗期外，其他時期變化趨勢與施用有機肥的各處理相似，NK處理則與其他處理不同，種前到拔節(jié)期保持穩(wěn)定，開花期降至最低。

圖2 玉米不同生育時期土壤微生物量磷和微生物含磷量

表3 不同施肥處理和不同生育時期土壤有效磷、酸性磷酸酶、微生物量磷影響的主體間效應(yīng)檢驗

2.2 土壤微生物量磷周轉(zhuǎn)特性

表4可見，各施肥處理MBP年周轉(zhuǎn)量是CK處理的1.5—3.9倍，周轉(zhuǎn)期較CK處理縮短了15—405 d。與NK處理相比，施用化學磷肥（NPK處理）MBP年周轉(zhuǎn)量提高了19.2%，周轉(zhuǎn)期延長了248 d，施用有機肥各處理MBP年周轉(zhuǎn)量提高了19.2%—156.4%，周轉(zhuǎn)期延長了307—391 d。

與NK相比，CK處理玉米吸磷量降低了17.4%，施用磷肥和有機肥的各處理玉米吸磷量提高了76.6%—97.0%。各處理MBP年周轉(zhuǎn)量是玉米吸磷量的0.68—1.34倍，以MNPK和NK處理占比較高，可見，在土壤極度缺磷或極高磷條件下，土壤MBP對玉米吸磷量的供磷潛力更大。

2.3 土壤微生物量磷與土壤有效磷和酸性磷酸酶活性關(guān)系

不同施肥處理對土壤有效磷含量影響顯著，各時期均表現(xiàn)為高施磷區(qū)（MNPK）＞一般施磷區(qū)（M、0.5MNP、NPK）＞不施磷區(qū)（CK和NK），各施磷區(qū)平均有效磷含量是不施磷區(qū)的3.0—6.0倍（圖3-A）。不同施肥處理酸性磷酸酶（ACP）活性為0.76—2.10 mg·g-1·24h-1，各時期均以NK處理最高，各時期平均值較其他處理顯著提高了10.2%—21.0%（圖3-B）；與NPK處理相比，高量施用有機肥處理（M和MNPK）顯著提高了各時期ACP活性平均值。生育時期對有效磷影響不顯著，對ACP活性影響顯著（表3）。各時期ACP活性表現(xiàn)為種前＜拔節(jié)期＜苗期＜開花期、收獲后（圖4-B），各施肥處理變化趨勢基本一致。

表4 不同施肥處理土壤微生物量磷的年周轉(zhuǎn)量及周轉(zhuǎn)期

圖3 長期不同施肥處理玉米生育期土壤有效磷和酸性磷酸酶活性動態(tài)變化

表5可知，土壤有效磷含量與ACP活性無顯著相關(guān)性。MBP、MPC、MBP年周轉(zhuǎn)量（TA）與土壤有效磷（AP）均呈極顯著正相關(guān)，而MBP周轉(zhuǎn)期與ACP活性呈顯著負相關(guān)，與有效磷相關(guān)性不顯著。此外，MBP及其年周轉(zhuǎn)量除與土壤速效鉀顯著相關(guān)外，與土壤pH、有機質(zhì)、全氮等土壤養(yǎng)分相關(guān)性均不顯著。可見，土壤有效磷是微生物量磷庫容最重要的影響因子，而酸性磷酸酶活性則是微生物量磷庫年周轉(zhuǎn)強度最重要的影響因子。

圖4 玉米不同生育時期有效磷和酸性磷酸酶活性

表5 土壤養(yǎng)分與微生物量磷的相關(guān)性（n=6）

**和*分別表示極顯著（＜0.01）和顯著（＜0.05）相關(guān)** and *mean significant correlation at the 0.01 and 0.05 levels respectively

3 討論

3.1 長期施磷對土壤微生物量磷特性的影響

土壤有效磷和MBP季節(jié)變化特征表明，生育時期對土壤有效磷含量無顯著影響，但對MBP和MPC則有顯著影響，說明MBP周轉(zhuǎn)是調(diào)控土壤供磷能力的關(guān)鍵。各施磷處理MBP含量在作物生長期間保持較高水平，播種前和收獲后則降低，原因可能是隨著作物的生長，根系生長迅速，分泌物和脫落物增加，微生物生長迅速，導致了土壤MBP的增加。成熟后根系對養(yǎng)分吸收減緩，分泌物減少，最終又造成了MBP的下降，這與在水稻和玉米上的研究結(jié)果相似[10,13,26]。NK處理季節(jié)變化特征則與各施磷處理不同，開花期土壤MBP降至最低，收獲后MBP有小幅回升，其原因可能是長期作物消耗使土壤嚴重缺磷，土壤微生物和作物對土壤磷素的競爭加強，拔節(jié)期到開花期作物生長迅速，為滿足作物生長需求，微生物體內(nèi)的磷被迫釋放出來，并形成有效磷供作物吸收，開花期后，由于土壤MBP含量極低，為保證微生物正常生長，其對磷素的競爭增強，因而收獲后MBP有小幅回升，這也使得生殖生長對磷素的需求嚴重受限，制約了作物產(chǎn)量的提高和花后磷素的吸收[27]。

MBP年周轉(zhuǎn)量可表征土壤微生物量磷庫容，其值越大說明土壤微生物保磷和供磷能力越強，MBP年周轉(zhuǎn)量由MBP含量及其周轉(zhuǎn)期共同決定。MBP含量越高說明土壤活性有機磷含量越高，土壤供磷能力越強。微生物完成自身體內(nèi)全部磷素更新所需的時間稱為MBP周轉(zhuǎn)期，可表征土壤微生物量磷庫周轉(zhuǎn)強度，周轉(zhuǎn)期越短說明土壤經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化釋放的磷素供應(yīng)能力越強，周轉(zhuǎn)期越長則說明土壤微生物對養(yǎng)分的固定能力越強。本研究中，與CK相比，NK處理大幅縮短了微生物量磷周轉(zhuǎn)期，其原因可能是NK處理由于不平衡施肥使得土壤磷素虧缺較CK嚴重，且土壤對磷素的固定能力較強，土壤磷素有效性極差，為保證植株磷素的供應(yīng)，微生物對磷素轉(zhuǎn)化作用大大加強，這與NK處理最高的酸性磷酸酶活性相吻合。NPK處理MBP含量、MBP周轉(zhuǎn)期、MBP年周轉(zhuǎn)量分別是NK處理的2.34倍、1.87倍、1.19倍，說明長期施用磷肥提高了土壤微生物量磷庫容，而長期缺磷由于MBP含量低，使得微生物對磷素轉(zhuǎn)化作用加強，MBP周轉(zhuǎn)期大大縮短。上述研究結(jié)果與劉凱等[13]在水稻土上的研究一致，其原因一方面是因為施磷肥后土壤有效磷增加，微生物可利用磷素增加，使更多的無機磷被同化固定到微生物體內(nèi)。另一方面是長期施用磷肥顯著降低了土壤酸性磷酸酶活性，從而降低了土壤MBP的分解速率，使MBP周轉(zhuǎn)期延長。當土壤磷素嚴重虧缺且作物對磷素的需求較高時，可促進土壤微生物分泌酸性磷酸酶加快MBP分解周轉(zhuǎn)來滿足植株對磷素的需求，而在土壤磷素供應(yīng)充足時，可促進土壤微生物將多余的磷素同化吸收到自身體內(nèi)，以MBP的形式儲存起來供植株再利用，并減少環(huán)境流失風險。

3.2 長期施用有機肥對土壤微生物量磷特性的影響

與NPK 處理相比，M和0.5MNP處理施磷量相當，但各時期MBP平均值卻分別提高了32.7%和26.7%，說明施用有機肥或有機無機配施可提高土壤MBP含量，這是因為有機肥不僅提供了微生物需要的能量和營養(yǎng)，也改善了土壤物理性狀，從而促進了微生物旺盛繁殖，增加了土壤微生物對磷的固定[28-30]。MNPK處理MBP含量分別是M和0.5MNP處理的1.84倍和1.93倍，說明長期高量施用磷肥使土壤磷素大量盈余時，微生物可將多余的磷素同化到微生物體內(nèi)，提高微生物含磷量，以減少土壤對磷素的固定或隨水流失。上述研究結(jié)果與黃壤水田[21]及其他研究結(jié)果相似[6-8,10,31]。

與NPK 處理相比，施用有機肥處理不同程度提高了MBP周轉(zhuǎn)量并延長了MBP周轉(zhuǎn)期，說明施用有機肥或有機無機配施可提高土壤MBP庫容，并降低其周轉(zhuǎn)強度。其原因可能是長期施用化肥增強了土壤對磷素的吸附，土壤磷素有效性差，為滿足作為生長需求，土壤微生物通過加快其自身磷素周轉(zhuǎn)來提高土壤供磷能力，而長期施用有機肥則降低了土壤對磷素的吸附能力，提高了土壤磷素活性，使得土壤中可被微生物和植株直接利用的磷素增加，減緩了土壤MBP的周轉(zhuǎn)強度。與0.5MNP處理相比，M和MNPK處理周轉(zhuǎn)期縮短，其原因可能是高量施用有機肥促進土壤酸性磷酸酶的分泌和活性的增強[32]，加快了MBP的周轉(zhuǎn)。

3.3 黃壤微生物量磷特性與玉米吸磷量的關(guān)系

雖然微生物量磷不能被植物直接吸收利用，但是由于微生物量磷的周轉(zhuǎn)能夠緩慢釋放無機磷，且微生物體礦化釋放出的磷對作物是高度有效的，對于植物生長非常重要[33]。本研究表明，各施肥處理MBP年周轉(zhuǎn)量是玉米吸磷量的0.68—1.34倍，高于棕壤上的占比[10]，說明MBP含量及其周轉(zhuǎn)對于黃壤潛在供磷能力具有重要意義。與CK處理相比，NK處理MBP周轉(zhuǎn)速率加快，提高了MBP周轉(zhuǎn)量，增強了土壤磷素供給能力，進而提高了玉米磷素吸收量。與NK處理相比，施用磷肥和有機肥提高了土壤MBP含量和MBP周轉(zhuǎn)量，玉米吸磷量也大幅提高。可見，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過合理施肥，調(diào)節(jié)MBP含量及其周轉(zhuǎn)強度，提高土壤MBP周轉(zhuǎn)量，從而改善黃壤潛在供磷能力，提高磷肥利用效率。

4 結(jié)論

長期不同施肥顯著影響了黃壤MBP含量及其周轉(zhuǎn)特性，長期施用磷肥和有機肥提高了土壤MBP含量及其供磷量，提高了土壤微生物潛在供磷潛力和玉米植株吸磷量；土壤MBP庫容與有效磷密切相關(guān)，而MBP周轉(zhuǎn)強度則與酸性磷酸酶活性密切相關(guān)。一般施磷量下，長期施用化學磷肥主要通過提高酸性磷酸酶周轉(zhuǎn)速率來提高MBP周轉(zhuǎn)量，長期施用有機肥或有機無機配施則主要通過提高MBP含量來提高MBP周轉(zhuǎn)量。

[1] GOYAL S, MISHRA M M, DHANKAR S S, KAPOOR K K, BATRA R. Microbial biomass turnover and enzyme activities following the application of farmyard manure to field soils with and without previous long-term applications. Biology and Fertility of Soils, 1993, 15: 60-64.

[2] 胡曰利, 吳曉芙. 土壤微生物生物量作為土壤質(zhì)量生物指標的研究. 中南林學院學報, 2002, 22(3): 51-55.

HU Y L, WU X F. Discussion on soil microbial biomass as a bio-indicator of soil quality for latosol earth. Journal of Central South Forestry University, 2002, 22(3): 51-55. (in Chinese)

[3] 陳國潮. 紅壤微生物生物量碳、磷及其周轉(zhuǎn), 以及與土壤肥力關(guān)系研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2000.

CHEN G C. Microbial biomass C and P, their turnover rates with relation to soil fertility sustainability in red soils[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2000. (in Chinese)

[4] GYANESHWAR P, KUMAR G N, PAREKH L J, POOLE P S. Role of soil microorganisms in improving P nutrition of plants. Plant and Soil, 2002, 245(1): 83-93.

[5] 曾江海. 長期定位試驗研究及其生態(tài)學意義. 資源生態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)研究動態(tài), 1995, 6(1): 24-30.

ZENG J H. Long-term research and its significance. Network Research Tendency of Resources, Ecology and Environment, 1995, 6(1): 24-30. (in Chinese)

[6] 高揚, 徐亞娟, 彭焱, 金晶, 朱波, 于貴瑞. 紫色土坡耕地C、P與微生物生物量C、P對不同施肥的響應(yīng). 應(yīng)用生態(tài)學報, 2015, 26(1): 108-112.

GAO Y, XU Y J, PENG Y, JIN J, ZHU B, YU G R. Soil C, P and microbial biomass C, P response to different fertilizations in the hillslope cropland of purple soil. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(1): 108-112. (in Chinese)

[7] 劉恩科, 梅旭榮, 趙秉強, 李秀英, 劉家基, 胡其華. 長期不同施肥制度對土壤微生物生物量碳、氮、磷的影響. 中國農(nóng)業(yè)大學學報, 2009, 14(3): 63-68.

LIU E K, MEI X R, ZHAO B Q, LI X Y, LIU J J, HU Q H. Long-term effects of different fertilizer management on microbial biomass C, N and P in a Fluvo-aquic soil. Journal of China Agricultural University, 2009, 14(3): 63-68. (in Chinese)

[8] 王傳杰, 王齊齊, 徐虎, 高洪軍, 朱平, 徐明崗, 張文菊. 長期施肥下農(nóng)田土壤-有機質(zhì)-微生物的碳氮磷化學計量學特征. 生態(tài)學報, 2018, 38(11): 3848-3858.

WANG C J, WANG Q Q, XU H, GAO H J, ZHU P, XU M G, ZHANG W J. Carbon, nitrogen, and phosphorus stoichiometry characteristics of bulk soil, organic matter, and soil microbial biomass under long-term fertilization in cropland. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(11): 3848-3858. (in Chinese)

[9] PURAKAYASTHA T J, BHADRARAY S, CHHONKAR P K, VERMA V. Microbial biomass phosphorus and alkaline phosphomonoesterase activity in the rhizosphere of different wheat cultivars as influenced by inorganic phosphorus and farmyard manure. Biology and Fertility of Soils, 2006, 43(2): 153-161.

[10] 王曄青, 韓曉日, 馬玲玲,王玲莉, 趙立勇, 李鑫. 長期不同施肥對棕壤微生物量磷及其周轉(zhuǎn)的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2008, 14(2): 322-327.

WANG Y Q, HAN X R, MA L L, WANG L L, ZHAO L Y, LI X. Effect of long-term fertilization on the content and turnover of soil microbial biomass P. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2008, 14(2): 322-327. (in Chinese)

[11] 董春華. 施肥及輪作對紅壤稻田微生物特性的影響研究[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學, 2014.

DONG C H. Studies on reddish paddy field microbial properties of long-term fertilization and crop rotation system[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2014. (in Chinese)

[12] 李春越, 郝亞輝, 薛英龍, 王益, 黨廷輝. 長期施肥對黃土旱塬農(nóng)田土壤微生物量碳、氮、磷的影響. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2020, 39(8): 1783-1791.

LI C Y, HAO Y H, XUE Y L, WANG Y, DANG T H. Effects of long-term fertilization on soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus in the farmland of the Loess Plateau, China. Journal of Agro-Environment Science, 2020, 39(8): 1783-1791. (in Chinese)

[13] 劉凱, 劉佳, 陳曉芬, 李委濤, 江春玉, 吳萌, 樊劍波, 李忠佩, 劉明. 長期施用磷肥水稻土微生物量磷的季節(jié)變化特征與差異. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2020, 53(7): 1411-1418.

LIU K, LIU J, CHEN X F, LI W T, JIANG C Y, WU M, FAN J B, LI Z P, LIU M. Seasonal variation and differences of microbial biomass phosphorus in paddy soils under long-term application of phosphorus fertilizer. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(7): 1411-1418. (in Chinese)

[14] 呂美蓉, 李忠佩, 劉明, 江春玉, 車玉萍. 長期不同施肥處理對紅壤水稻土微生物量氮周轉(zhuǎn)的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2012,45(2): 275-282.

Lü M R, LI Z P, LIU M, JIANG C Y, CHE Y P. Soil microbial biomass n turnover after long-term fertilization in paddy field. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(2): 275-282. (in Chinese)

[15] SPEIR T W, COWLING J C. Phosphatase activities of pasture plants and soils: Relationship with plant productivity and soil P fertility indices. Biology and Fertility of Soils, 1991, 12(3): 189-194.

[16] 張艾明, 劉云超, 李曉蘭, 陳鳳臻, 莎茹拉. 水肥耦合對紫花苜蓿土壤磷酸酶活性的影響. 生態(tài)學雜志, 2016, 35(11): 2896-2902.

ZHANG A M, LIU Y C, LI X L, CHEN F Z, SHA R L. Coupling effect of water and fertilizer on phosphatase activities of alfalfa soil. Chinese Journal of Ecology, 2016, 35(11): 2896-2902. (in Chinese)

[17] 柳開樓, 韓天富, 胡惠文, 黃慶海, 余喜初, 李大明, 葉會財, 胡志華. 紅壤旱地玉米開花期土壤酶活性對長期施肥的響應(yīng). 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2018, 24(6): 1610-1618.

LIU K L, HAN T F, HU H W, HUANG Q H, YU X C, LI D M, YE H C, HU Z H. Response of soil enzyme activity in flowering stages of maize to long-term fertilization in red soil. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(6): 1610-1618. (in Chinese)

[18] 夏文建, 柳開樓, 張麗芳, 劉佳, 葉會財, 鄧國強, 李大明, 李祖章, 王萍, 李瑤, 楊成春, 彭春瑞, 陳金. 長期施肥對紅壤稻田土壤微生物生物量和酶活性的影響. 土壤學報, 2020.DOI:10.11766/ trxb201912050570. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1119.P.20200416. 2006.005.html

XIA W J, LIU K L, ZHANG L F, LIU J, YE H C, DENG G Q, LI D M, LI Z Z, WANG P, LI Y, YANG C C, PENG C R, CHEN J. Effect of long-term fertilization on soil microbial biomass and enzyme activities in reddish paddy soil. Acta Pedologica Sinica, 2020. DOI:10.11766/trxb201912050570. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32. 1119.P.20200416.2006.005.html . (in Chinese)

[19] 高雪, 陳海燕, 童倩倩. 貴州耕地耕層土壤養(yǎng)分狀況評價. 貴州農(nóng)業(yè)科學, 2013, 41(12): 87-91.

GAO X, CHEN H Y, TONG Q Q. Nutrient status of surface soil of cultivated land in Guizhou. Guizhou Agricultural Sciences, 2013, 41(12): 87-91. (in Chinese)

[20] 張邦喜, 李渝, 張文安, 張雅蓉, 蔣太明. 長期施肥對黃壤養(yǎng)分及不同形態(tài)無機磷的影響. 灌溉排水學報, 2016, 35(5): 33-37, 49.

ZHANG B X, LI Y, ZHANG W A, ZHANG Y R, JIANG T M. Effects of long-term fertilization on nutrients and inorganic phosphorus forms in yellow soil. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2016, 35(5): 33-37, 49. (in Chinese)

[21] 李渝, 劉彥伶, 白怡婧, 張雅蓉, 黃興成, 張文安, 蔣太明. 黃壤稻田土壤微生物生物量碳磷對長期不同施肥的響應(yīng). 應(yīng)用生態(tài)學報, 2019, 30(4) : 1327-1334.

LI Y, LIU Y L, BAI Y J, ZHANG Y R, HUANG X C, ZHANG W A, JIANG T M. Responses of soil microbial biomass C and P to different long-term fertilization treatments in the yellow paddy soil. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(4): 1327-1334. (in Chinese)

[22] 徐萬里, 唐光木, 葛春輝, 王西和, 劉驊. 長期施肥對新疆灰漠土土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能多樣性的影響. 生態(tài)學報, 2015, 35( 2) : 468-477.

XU W L, TANG G M, GE C H, WANG X H, LIU H. Effects of long-term fertilization on diversities of soil microbial community structure and function in grey desert soil of Xinjiang. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(2): 468-477. (in Chinese)

[23] 林祥磊, 肖顯靜. "生態(tài)學實驗'偽重復(fù)'""真""假"之辯. 山西大學學報(哲學社會科學版), 2013, 36(3): 1-8.

LIN X L, XIAO X J. An analysis of “true problem” or “pseudoproblem” on “the ‘pseudoreplication’in ecological experiment”. Journal of Shanxi University (Philosophy & Social Science), 2013, 36(3): 1-8. (in Chinese)

[24] 魯如坤. 土壤農(nóng)化分析. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999.

LU R K. Soil and Agricultural Chemistry Analysis. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 1999. (in Chinese)

[25] 趙小蓉, 周然, 李貴桐,林啟美. 低磷石灰性土壤施磷和小麥秸稈后土壤微生物量磷的變化. 應(yīng)用生態(tài)學報, 2009, 2(20): 93-98.

ZHAO X R, ZHOU R, LI G T, LIN Q M. Effects of applying inorganic P and wheat straw on the microbial biomass P and microbial P concentration in a calcareous soil with low concentration available P. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 2(20): 93-98. (in Chinese)

[26] 李東坡, 武志杰, 陳利軍, 朱平, 任軍, 梁成華, 彭暢, 高紅軍. 長期培肥黑土微生物量磷動態(tài)變化及影響因素. 應(yīng)用生態(tài)學報, 2004, 15(10): 1334-1338.

LI D P, WU Z J, CHEN L J, ZHU P, LIANG C H, PENG C, GAO H J. Dynamics of microbial biomass P and its affecting factors in a long-term fertilized black soil. Chinese Journal of Applied Ecology, 2004, 15(10): 1334-1338. (in Chinese)

[27] 黃興成, 李渝, 白怡婧, 張雅蓉, 劉彥伶, 張文安, 蔣太明. 長期不同施肥下黃壤綜合肥力演變及作物產(chǎn)量響應(yīng). 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2018, 24(6): 1484-1491.

HUANG X C, LI Y, BAI Y J, ZHANG Y R, LIU Y L, ZHANG W A, JIANG T M. Evolution of yellow soil fertility under long-term fertilization and response of crop yield. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(6): 1484-1491. (in Chinese)

[28] 呂美蓉, 李忠佩, 劉明, 江春玉, 車玉萍. 長期不同施肥處理對紅壤水稻土微生物量氮周轉(zhuǎn)的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2012, 45(2): 275-282.

Lü M R, LI Z P, LIU M, JIANG C Y, CHE Y P. Soil microbial biomass n turnover after long-term fertilization in paddy field. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(2): 275-282. (in Chinese)

[29] MARINARI S, MASCIANDARO G, CECCANTI B, GREGO S. Influence of organic and mineral fertilisers on soil biological and physical properties. Bioresource Technology, 2000, 72: 9-17.

[30] NAYAK D R, BABU Y J, ADHYA T K. Long-term application of compost influences microbial biomass and enzyme activities in a tropical Aeric Endoaquept planted to rice under flooded condition. Soil Biology and Biochemistry, 2007, 39: 1897-1906.

[31] 陳留美, 呂家瓏, 桂林國, 王世榮, 劉娜娜. 新墾淡灰鈣土微生物生物量碳、氮、磷及玉米產(chǎn)量的研究. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2006, 2(24): 48-51.

CHEN L M, Lü J L, GUI L G, WANG S R, LIU N N. Studies on soil microbial biomass C, N, P and maize yield in newly cultivated light sierozem. Agricultural Research in the Arid Areas, 2006, 2(24): 48-51. (in Chinese)

[32] NANNIPIERI P, TRASAR-CEPEDA C, DICK R P. Soil enzyme activity: a brief history and biochemistry as a basis for appropriate interpretations and meta-analysis. Biology and Fertility of Soils, 2018, 54(1): 11-19.

[33] KHAN K S, JOERGENSEN R G. Changes in microbial biomass and P fractions in biogenic household waste compost amended with inorganic P fertilizers. Bioresource Technology, 2009, 100(1): 303-309.

Characteristics of Microbial Biomass Phosphorus in Yellow Soil Under Long-Term Application of Phosphorus and Organic Fertilizer

LIU YanLing1, 2, LI Yu1, 2, ZHANG Yan1, 2, ZHANG YaRong1, 2, HUANG XingCheng1, 2, ZHANG Meng1, 2, ZHANG WenAn1, 2, JIANG TaiMing2, 3

1Institute of Soil and Fertilizer, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006;2Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agriculture Environment (Guizhou), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Guiyang 550006;3Institute of Tea Research, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006

【】 The seasonal dynamics of microbial biomass phosphorus (MBP) in yellow soils under different long-term fertilization treatments were studied to understand the influence of long-term application of P and organic fertilizer on P nutrients cycling and P nutrients available for plant uptake. 【】 Six treatments, including CK, NK, NPK, M, 0.5MNP and MNPK, were investigated in a 22-year (1995-2016) long-term fertilization experiment at Guiyang (Guizhou Province) of China. 0-20 cm soil layer was collected at before sowing, seedling stage, jointing stage, flowering stage and after harvest of maize, respectively, and to determine MBP, soil available P (AP), acid phosphatase (ACP) activity, and calculate the MBP turnover time and turnover amount. 【】 The results showed that, compared with NK treatment, the mean value of MBP content and microbial P content (MPC) in different maize growing periods under the treatments of P and organic fertilizer application were significantly increased by 123.9%-446.2% and 85.0%-268.2%, respectively, with MNPK treatment increasing the most. Under the same amount of P application, the MBP content under M and 0.5MNP treatments was 26.7% and 32.7% higher than that of NPK treatment. MBP and MPC of NK treatment were the lowest at flowering stage, while the MBP content of P and organic fertilizer application treatments were the highest in maize growth period. The MPC showed a "double peak" curve with the growth period, and the highest content was at seedling stage and flowering stage. Compared with CK, the MBP turnover time of NK treatment was shortened by 405 days, and the MBP turnover amount was increased by 50.9%. Compared with NK treatment, the MBP turnover amount increased by 19.2%-156.4%, and MBP turnover time was prolonged by 248-391 days under the treatments of P and organic fertilizer application, which indicated that application of P and organic fertilizer could increase MBP storage capacity and decrease its turnover rate. The amount of soil available P and P uptake of maize plant under the treatments of P and organic fertilizer application were 3.63-7.27 times and 1.77-1.97 times of NK treatment, respectively. The acid phosphatase activity in each treatment was ranked as NK＞M, MNPK＞CK, NPK, 0.5MNP, and the mean value of NK treatment increased by 10.2%-21.0% compared with other treatments. Correlation analysis showed that soil available P was the most important soil factor affecting the MBP content and MBP turnover amount, while acid phosphatase activity was the most important soil factor affecting the MBP turnover time. 【】 To sum up, soil MBP could reflect the P supply level, and the storage and turnover of MBP were of great significance for improving the potential P supply capacity of yellow soil. Long-term application of P and organic fertilizer could increase soil available P sink, soil P cycling and P available for plant uptake, increase P uptake of maize plants.

long-term fertilization; soil microbial biomass P; maize; phosphorus fertilizer; organic fertilizer; yellow soil

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.06.010

2020-06-24；

2020-09-10

國家自然科學基金（32060302）、貴州省科學技術(shù)基金（黔科合基礎(chǔ)[2018]1154）、貴州省農(nóng)業(yè)科學院青年基金（黔農(nóng)科院青年基金[2018]19號）、省科技平臺及人才團隊計劃（黔科合平臺人才[2018]5604號）、中央引導地方科技科技發(fā)展專項資金（黔科中引地[2019]4003號）、黔農(nóng)科院基礎(chǔ)性公益性專項（[2020]03號和[2020]07號）

劉彥伶，E-mail：lyl890615@163.com。通信作者蔣太明，E-mail：jtm532@163.com

（責任編輯 李云霞）