秸稈還田對(duì)長(zhǎng)期不同施肥黑土微生物殘?bào)w碳的影響

李庭宇，劉 旭，劉瑤岑，曲天儒，彭 暢，朱 平，葛 壯，李雙異*

（1 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/土肥資源高效利用國(guó)家工程研究中心，遼寧沈陽 110866；2 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與資源研究所，吉林長(zhǎng)春 130119）

東北黑土區(qū)是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地[1]，黑土是世界上最為肥沃的土壤之一。近些年來由于重用輕養(yǎng)等原因?qū)е聳|北黑土區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍下降[2]，因此，提高黑土有機(jī)質(zhì)含量、增加固碳潛力，具有重要意義。秸稈還田作為常見的農(nóng)業(yè)培肥措施，具有增加土壤有機(jī)質(zhì)、維持養(yǎng)分平衡的作用[3]，施肥同樣也是提高土壤有機(jī)碳水平的重要方式[4]。微生物殘?bào)w在土壤有機(jī)碳循環(huán)中的作用不容忽視，微生物是土壤有機(jī)碳穩(wěn)定的作用者[5]，土壤中微生物從產(chǎn)生到死亡變成微生物殘?bào)w的整個(gè)生命過程中，對(duì)土壤有機(jī)碳的形成及其周轉(zhuǎn)過程起到關(guān)鍵作用[6]。越來越多的研究表明，微生物殘?bào)w是土壤穩(wěn)定有機(jī)碳庫的重要組成部分[7-9]，微生物死亡殘?bào)w對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)的長(zhǎng)期累積和固定也具有重要的意義[10]，真菌和細(xì)菌殘?bào)w總和所構(gòu)成的微生物殘?bào)w部分平均能占到耕地和草地土壤有機(jī)碳的50%左右[11]，氨基糖由于其特有的化學(xué)性質(zhì)會(huì)在土壤中不斷積累，是評(píng)價(jià)微生物對(duì)土壤有機(jī)碳積累和轉(zhuǎn)化的重要指標(biāo)[12]。

微生物代謝物及其細(xì)胞壁殘留產(chǎn)生的微生物標(biāo)志物氨基糖，有著較高的穩(wěn)定性和微生物的異源性[13]。目前可以定量4種氨基糖：氨基葡萄糖(GluN)、氨基半乳糖(GalN)、甘露糖胺(ManN)和胞壁酸(MurN)[14-15]。而不同施肥條件和秸稈碳的輸入對(duì)其的影響值得我們研究，其在固碳方面起到的積極作用也符合日漸興起的“碳中和”話題。因此，本研究以黑土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)為依托，進(jìn)行不同肥力和秸稈輸入的田間原位培養(yǎng)試驗(yàn)，分析土壤微生物殘?bào)w含量變化情況，探討長(zhǎng)期施肥以及秸稈還田對(duì)黑土中微生物殘?bào)w含量的影響，以期為調(diào)節(jié)土壤碳循環(huán)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地位于吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黑土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)站 (東經(jīng) 124°48′，北緯 43°30′)，屬于典型大陸性季風(fēng)氣候，年平均溫度為4℃～6℃，年平均降水量為400～600 mm。土壤類型為中層黑土，成土母質(zhì)為第四紀(jì)黃土狀土，土壤質(zhì)地為黏壤土(砂39%∶粉30%∶粘31%)。該試驗(yàn)點(diǎn)建立于1990年，長(zhǎng)期定位試驗(yàn)前土壤耕層的初始理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)22.80 g/kg、全氮1.40 g/kg、全磷0.61 g/kg、速效氮114 mg/kg、有效磷11.8 mg/kg、速效鉀158 mg/kg和pH 7.6[16]。

試驗(yàn)前 (2018年5月6日) 各施肥處理土壤的基本理化性質(zhì)以及初始氨基糖含量如表1所示。

表1 三個(gè)處理土壤基本理化性質(zhì)和各氨基糖初始含量Table 1 Basic physical and chemical properties of the three treatment soils and the initial content of amino sugars

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)開始于2018年，共選取其中3個(gè)處理：不施肥(CK)，單施化肥(N 165 kg/hm2、P2O582.5 kg/hm2和K2O 82.5 kg/hm2，NPK)和有機(jī)肥配施化肥(有機(jī)肥N 115 kg/hm2，化肥N 50 kg/hm2、P2O582.5 kg/hm2和K2O 82.5 kg/hm2，MNPK)。供試有機(jī)肥為豬糞肥(有機(jī)質(zhì)8%～10%、N 0.55%、P2O50.4%、K2O 0.49%)，施用量為2.3 t/hm2，一次性底施。供試化肥中1/3氮肥和全部磷鉀肥作底肥，其余2/3氮肥于玉米拔節(jié)期前追施。

2018年5月在試驗(yàn)微區(qū)內(nèi)埋入PVC框(長(zhǎng)0.9 m、寬0.6 m、高0.6 m)，框頂端高于地面20 cm，取微區(qū)表層(0—20 cm)土壤與玉米秸稈充分混合(將秸稈剪為約1 cm長(zhǎng)，秸稈全量還田，施用量為6000 kg/hm2)，所使用玉米秸稈中全碳含量為356 g/kg、全氮含量為10.2 g/kg。設(shè)置6個(gè)處理：不添加秸稈不施肥處理(CK)、添加秸稈不施肥處理(CKS)、不添加秸稈單施化肥處理(NPK)、添加秸稈單施化肥處理(NPKS)、不添加秸稈化肥配施有機(jī)肥處理(MNPK)、添加秸稈化肥配施有機(jī)肥處理(MNPKS)，每處理設(shè)3次重復(fù)。

分別在夏、秋兩季進(jìn)行土壤樣品的采集，自添加秸稈之日起第60天 (2018年7月6日) 和第150天(2018年10月2日) 采集0—20 cm深土壤樣本。每次都從微區(qū)的不同位置采集土壤樣品，隨后將土壤樣品放入密封袋中，土壤轉(zhuǎn)移到密封袋后儲(chǔ)存在低溫培養(yǎng)箱中，運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室并保存在4℃條件下備用。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤的全氮含量采用元素分析儀(Elementar Ⅱ,Germany)測(cè)定。采用Zhang等[17]提出的糖腈乙酰酯衍生氣相色譜法測(cè)定，共獲得3種氨基糖單糖，即氨基葡萄糖(GluN)、氨基半乳糖(GalN)和胞壁酸(MurN)[18]。方法簡(jiǎn)述如下：加入土樣的水解瓶在105℃條件下水解8 h，放置于通風(fēng)櫥中冷卻至室溫，加入肌醇溶液(內(nèi)標(biāo)1)后震蕩搖勻，過濾后的濾液倒入梨形瓶中旋轉(zhuǎn)蒸干，用去離子水溶解殘留物并倒入離心管，調(diào)節(jié)pH至6.6～6.8，離心10 min后取上清液再次旋轉(zhuǎn)蒸干，用無水甲醇溶解干燥物質(zhì)后再次離心，上清液轉(zhuǎn)移至衍生瓶，取3個(gè)加入胞壁酸的衍生瓶制作標(biāo)樣，衍生瓶用N2吹干，將去離子水加入衍生瓶，向標(biāo)樣的衍生瓶中加入混標(biāo)[包括D-(+)-氨基葡萄糖、D-(+)-氨基半乳糖和D-(+)-甘露糖胺]、內(nèi)標(biāo)1和內(nèi)標(biāo)2 (N-甲基氨基葡萄糖)，向樣品的衍生瓶中加入內(nèi)標(biāo)2，塑封后冷凍干燥8 h。向衍生瓶中加入衍生試劑(由鹽酸羥胺和4-二甲基氨基吡啶組成)，渦旋后水浴加熱0.5 h，冷卻至室溫并加入乙酸酐，渦旋后再次加熱1 h，冷卻至室溫后加入二氯甲烷，渦旋后加入鹽酸并去除上層無機(jī)相，分3次加入去離子水去除上層溶液，隨后用N2吹干，衍生瓶中的干燥物用乙酸乙酯-正己烷溶解，隨后轉(zhuǎn)移至氣相色譜瓶中。

氨基糖使用GC-FID (6890A, Agilent Technologies)測(cè)定，儀器配備HP-5熔融石英柱(30 m × 0.25 mm，內(nèi)徑0.25 μm)。其中氨基糖含量根據(jù)內(nèi)標(biāo)法原理[19]計(jì)算：

式中，Ci為添加的肌醇內(nèi)標(biāo)物濃度(mg/kg)；Ax和Ai分別為樣品測(cè)定中氨基糖和肌醇的峰面積；Rf為測(cè)得氨基糖的相對(duì)校正系數(shù)，由標(biāo)樣中氨基糖與肌醇的校對(duì)系數(shù)得出。

微生物真菌殘?bào)w碳和細(xì)菌殘?bào)w碳含量依據(jù)氨基糖數(shù)據(jù)定量微生物殘?bào)w的框架公式[20]計(jì)算：

式中，MurN和GluN分別代表胞壁酸和氨基葡萄糖的含量(mg/kg)；公式(2)中45為從MurN到細(xì)菌殘?bào)w碳的換算值；公式(3)中179.17為GluN的分子量，251.23為MurN的分子量，9為真菌GluN到真菌殘?bào)w碳的轉(zhuǎn)化值；微生物殘?bào)w碳含量為細(xì)菌殘?bào)w碳和真菌殘?bào)w碳含量之和。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016、Origin 2018和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析和繪圖。處理間方差分析使用單因素鄧肯(Duncan)分析法和LSD法，P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對(duì)不同施肥處理黑土各氨基單糖含量的影響

圖1顯示，與不施肥(CK)處理相比，單施化肥(NPK)處理和有機(jī)肥配施化肥(MNPK)處理能夠顯著增加氨基葡萄糖(GluN)的含量。第60天，NPK、MNPK處理土壤氨基葡萄糖含量較CK處理分別增加了80.8、454.8 mg/kg，分別顯著增加18.81%和105.36%；與NPK處理相比，MNPK處理氨基葡萄糖含量顯著增加了374.0 mg/kg。添加秸稈的NPKS處理顯著增加了土壤的氨基葡萄糖含量，而CKS和MNPKS處理沒有顯著影響，培養(yǎng)第150天時(shí)，相同施肥處理下有無秸稈添加的土壤中氨基葡萄糖的含量并沒有顯著差異。從60天與150天兩時(shí)期相比得出，所有施肥處理的土壤氨基葡萄糖含量均無明顯的變化。針對(duì)施肥處理、培養(yǎng)時(shí)間對(duì)氨基葡萄糖含量的影響進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果表明只有施肥處理對(duì)氨基葡萄糖含量的影響達(dá)到極顯著水平，培養(yǎng)時(shí)間對(duì)氨基葡萄糖含量沒有顯著影響，培養(yǎng)時(shí)間與施肥對(duì)氨基葡萄糖含量也沒有顯著的交互作用 (表2)。

圖1 秸稈還田60天和150天時(shí)各處理黑土中氨基葡萄糖(GluN)含量Fig. 1 Glucosamine (GluN) content in black soil with straw addition on the 60th and 150th incubation days

表2 施肥處理和培養(yǎng)時(shí)間對(duì)黑土各氨基糖含量影響的方差分析Table 2 Analysis of variance of the influence of fertilization treatment and cultivation time on the contents of various amino sugars in black soil

不同施肥處理氨基半乳糖(GalN)的含量范圍在183.6～414.8 mg/kg (圖2) 。與CK處理相比，第60天NPK和MNPK處理氨基半乳糖的含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，并且MNPK處理的增加幅度接近1倍，3個(gè)施肥處理氨基半乳糖含量大小為MNPK>NPK>CK。第150天，與CK處理相比NPK處理的氨基半乳糖含量增加了18.7%，MNPK處理增加了88.7%。加入秸稈后第60天和第150天，3個(gè)施肥處理氨基半乳糖含量大小順序均為MNPKS>NPKS>CKS。第60天時(shí)CKS處理氨基半乳糖的含量與不加秸稈相比略有下降，而MNPKS施肥處理中的氨基半乳糖含量相較于不添加秸稈處理的含量增加了5.03%。第150天，加入秸稈后的3種施肥處理與不加入秸稈處理土壤中氨基半乳糖的含量均無顯著性差異。針對(duì)施肥處理、培養(yǎng)時(shí)間對(duì)黑土氨基半乳糖含量的影響進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果表明，無論添加秸稈與否，施肥處理對(duì)氨基半乳糖含量的影響均呈現(xiàn)極顯著水平，培養(yǎng)時(shí)間對(duì)氨基半乳糖含量沒有顯著影響，而添加秸稈后，培養(yǎng)時(shí)間與施肥對(duì)氨基半乳糖含量產(chǎn)生顯著的交互作用(表2)。

圖2 秸稈還田60天和150天時(shí)各處理黑土中氨基半乳糖(GalN)含量Fig. 2 Galactosamine (GalN) content in black soil with straw addition on the 60th and 150th incubation days

第60天和第150天內(nèi)胞壁酸(MurN)的含量變化范圍為21.8～85.6 mg/kg，不同施肥處理中胞壁酸含量大小為MNPK>NPK>CK (圖3) 。MNPK施肥處理與CK處理相比，土壤中胞壁酸的含量均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)，在培養(yǎng)第60天和第150天時(shí)分別增加了129.3%和213.6%；第60天，NPK處理的胞壁酸含量(32.74 mg/kg)與CK處理相比顯著增加19.62%；第150天，NPK處理胞壁酸含量比CK處理的含量顯著增加了52.7%。添加秸稈后各施肥處理中胞壁酸含量大小為MNPKS>NPKS>CKS。第60天時(shí)MNPKS處理相較于MNPK處理胞壁酸含量顯著增加了13.6%；NPK施肥處理在添加秸稈后胞壁酸含量并未發(fā)生明顯變化；第60天CKS處理相較于無秸稈添加CK處理的胞壁酸含量降低，而第150天CKS含量相較于第60天時(shí)略有增加；加入秸稈后的NPKS和MNPKS施肥處理與不加入秸稈的相應(yīng)施肥處理相比，土壤中胞壁酸的含量均未發(fā)生顯著變化(圖3) 。針對(duì)施肥處理和培養(yǎng)時(shí)間對(duì)黑土中胞壁酸含量的影響進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果表明各施肥處理對(duì)胞壁酸含量達(dá)到了極顯著影響。添加秸稈后的培養(yǎng)時(shí)間對(duì)胞壁酸含量沒有顯著影響，培養(yǎng)時(shí)間與施肥處理對(duì)胞壁酸含量也沒有產(chǎn)生顯著的交互作用(表2)。

圖3 秸稈還田第60和150天各處理黑土中胞壁酸(MurN)含量Fig. 3 Muramic acid (MurN) content in black soil with straw addition on the 60th and 150th incubation days

圖4顯示，第60天未添加秸稈的3個(gè)施肥處理(CK、NPK和MNPK) GluN/MurN值分別為15.8、15.9和14.1，各處理之間差異不顯著；第150天，NPK、MNPK處理的GluN/MurN值明顯低于CK處理。添加秸稈后各處理GluN/MurN值大小為CKS>NPKS>MNPKS，并且MNPKS處理的GluN/MurN值在第60天和第150天均顯著低于CKS處理。在兩時(shí)期內(nèi)CKS處理和NPKS處理的GluN/MurN值與添加秸稈之前處理相比差異均不顯著；在第60天時(shí)添加秸稈的MNPKS處理的GluN/MurN值相較于不加秸稈的MNPK處理稍有下降。

圖4 秸稈還田第60天和150天各處理黑土中氨基葡萄糖與胞壁酸比值(GluN/MurN)Fig. 4 Glucosamine to muramic acid ratio (GluN/MurN) in black soil with straw addition on the 60th and 150th incubation days

2.2 秸稈還田對(duì)不同施肥處理黑土各氨基單糖占氨基糖總含量百分比的影響

圖5為氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸3種氨基單糖占總氨基糖(total amino sugar, Total AS)含量的百分比。在培養(yǎng)第60天和第150天，不同處理中氨基葡萄糖占總氨基糖含量的比例均超過了63%，黑土中3種氨基糖占總氨基糖含量的百分比大小順序?yàn)镚luN>GalN>MurN。第60天，NPK和MNPK處理中氨基葡萄糖所占的百分比(65.78%和66.46%)均高于CK處理氨基葡萄糖所占百分比(65.12%)；而第150天，CK、NPK和MNPK處理之間胞壁酸的含量有一個(gè)階梯式的變化(分別為3.64%、4.73%以及5.72%)。

圖5 三種施肥條件下不添加與添加秸稈黑土中各氨基糖占氨基糖總含量百分比的三元相圖Fig. 5 Ternary phase diagram of the percentage of amino sugar in total amino sugars in black soil without or with straw application under three fertilization conditions

可以看出從第60天到第150天與初始的土壤相比，添加秸稈后的CKS和NPKS處理中氨基葡萄糖(GluN)含量占總氨基糖含量的百分比呈先上升然后再回落的趨勢(shì)；MNPKS施肥處理的百分比在這一時(shí)間段上則緩慢上升，其中添加秸稈后第60天和第150天氨基葡萄糖占總氨基糖含量的百分比分別為65.39%和66.38%。CKS處理中胞壁酸含量百分比在添加秸稈后有小幅度上升，而NPKS和MNPKS施肥處理的胞壁酸含量在施入秸稈后并未發(fā)生明顯變化，百分比分別為4.45%和5.23%。此外，CKS、NPKS施肥處理添加秸稈后氨基半乳糖的含量占總氨基糖含量的百分比變化情況則是先下降再升高。

2.3 秸稈還田對(duì)不同施肥處理黑土微生物細(xì)菌、真菌殘?bào)w碳含量的影響

土壤中氨基葡萄糖主要來源于真菌細(xì)胞壁，而土壤中的胞壁酸唯一來源自細(xì)菌，借助于土壤微生物殘?bào)w定量框架中的公式對(duì)幾種氨基單糖的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終得到微生物細(xì)菌殘?bào)w碳和真菌殘?bào)w碳含量值。圖6顯示，第60天時(shí)，CK、NPK和MNPK處理中細(xì)菌殘?bào)w碳(bacterial necromass carbon，BNC)的含量分別為1.24、1.47和2.83 g/kg，其中MNPK施肥處理細(xì)菌殘?bào)w碳的含量明顯高于NPK和CK處理，NPK處理與CK處理相比細(xì)菌殘?bào)w碳的含量增加了8.39%，MNPK處理細(xì)菌殘?bào)w碳占微生物殘?bào)w碳的百分比達(dá)到了28.28% (表3)；第150天時(shí)，細(xì)菌殘?bào)w碳含量整體表現(xiàn)為MNPK>NPK>CK，并且CK、NPK和MNPK施肥處理的細(xì)菌殘?bào)w碳含量之間差異顯著(圖6)。第60天，CKS和NPKS處理中BNC含量分別與CK和NPK處理相比未發(fā)生顯著變化，而MNPKS處理的BNC含量(3.21 g/kg)顯著高于MNPK處理(2.83 g/kg)，MNPKS處理的細(xì)菌殘?bào)w碳在微生物殘?bào)w碳的占比相較于MNPK處理增加了2.69個(gè)百分點(diǎn)；第150天，添加秸稈的3個(gè)處理BNC含量與不添加秸稈的相應(yīng)處理無顯著差異。

圖6 培養(yǎng)第60天和150天各處理土壤中細(xì)菌殘?bào)w碳含量Fig. 6 Necromass carbon content of bacteria in soils incubated for 60 days and 150 days under different treatments

表3 不同處理土壤中真菌、細(xì)菌殘?bào)w碳占微生物殘?bào)w碳的比例(%)Table 3 The ratio of fungal and bacterial necromass carbon in microbial necromass carbon as affected by treatments

各處理中真菌殘?bào)w碳(fungal necromass carbon，F(xiàn)NC)的含量均明顯高于BNC的含量(圖7)。培養(yǎng)第60天和第150天，3個(gè)施肥處理中真菌殘?bào)w碳的含量大小順序?yàn)镸NPK>NPK>CK (P<0.05)，培養(yǎng)第60天時(shí)NPKS處理FNC的含量顯著高于NPK處理，而CK與CKS處理、MNPK與MNPKS處理之間的FNC含量無顯著差異；培養(yǎng)第150天，3個(gè)處理添加秸稈與不添加秸稈之間FNC的含量無顯著差異。與不加秸稈處理相比，第60天，CKS和NPKS處理的FNC占MNC的百分比分別增加了2.30和0.34個(gè)百分點(diǎn)，然而MNPKS處理占比降低2.69個(gè)百分點(diǎn)(表3)；第150天，添加秸稈對(duì)各處理的FNC含量均未產(chǎn)生顯著影響。

圖7 培養(yǎng)第60天和150天各處理土壤中真菌殘?bào)w碳含量Fig. 7 Necromass carbon content of fungi in soils incubated for 60 and 150 days under different treatments

圖8顯示，在培養(yǎng)第60天和第150天，不論是否添加秸稈各施肥處理中微生物殘?bào)w碳(microbial necromass carbon，MNC)含量大小均為MNPK>NPK>CK (P<0.05)。第150天，各施肥處理微生物殘?bào)w碳的含量同比第60天時(shí)沒有明顯增加，CK、NPK和MNPK處理中MNC含量分別為4.78、5.73和10.28 g/kg，兩種施肥措施均能提升土壤中微生物殘?bào)w碳的含量，而且MNPK處理微生物殘?bào)w碳積累量較CK處理高出近1倍。第60天加入秸稈后的CKS處理相較于未加秸稈的CK處理微生物殘?bào)w碳含量增加了3.26%，CKS處理中微生物殘?bào)w碳的含量為4.92 g/kg；與BNC含量變化情況不同的是，第60天NPKS處理與未施入秸稈的處理相比微生物殘?bào)w碳的含量顯著增加，MNPKS處理中微生物殘?bào)w碳的含量與MNPK處理中的含量相比也顯著增加，MNC含量增加了3.70%。第150天CKS、NPKS和MNPKS這3個(gè)處理中微生物殘?bào)w碳的含量(4.89、5.99和10.30 g/kg)分別與添加秸稈前的處理相比沒有出現(xiàn)顯著上升。

圖8 培養(yǎng)第60天和150天各處理土壤中微生物殘?bào)w碳含量Fig. 8 Necromass carbon content of microbe in soils incubated for 60 days and 150 days under different treatments

3 討論

3.1 長(zhǎng)期施肥對(duì)黑土中微生物殘?bào)w含量的影響

與不施肥處理相比，單獨(dú)施用化肥處理能顯著增加各種氨基糖的含量，Li等[21]30年長(zhǎng)期施肥研究發(fā)現(xiàn)，使用合成肥能使氨基糖含量提升19.7%，本研究結(jié)果與之一致；與單獨(dú)施用化肥處理相比，氮磷鉀肥配施有機(jī)肥能夠更大幅度增加氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸的含量，由于施用的有機(jī)肥料增加了根生物量的產(chǎn)量，提高了土壤基質(zhì)中底物的可利用性，這有利于微生物增殖和微生物源成分的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致更高的微生物殘?bào)w量[22]。盡管各處理對(duì)3種氨基糖含量產(chǎn)生影響，各氨基糖占總氨基糖含量的比例仍然是氨基葡萄糖>氨基半乳糖>胞壁酸，Ding等[23]在粉質(zhì)黏壤土上進(jìn)行的試驗(yàn)得出了相同的結(jié)果。秸稈還田第150天時(shí)，化肥配施有機(jī)肥使得氨基葡萄糖與胞壁酸比值低于不施肥處理，這可能是因?yàn)槭┤胴i糞有機(jī)肥主要提高了土壤中細(xì)菌來源胞壁酸的含量[24]。

土壤中胞壁酸的含量在長(zhǎng)期施用化肥和有機(jī)無機(jī)肥配合施用處理中上升，這與Faust等[25]的試驗(yàn)結(jié)果一致。土壤微生物殘?bào)w碳當(dāng)中的真菌殘?bào)w碳含量要遠(yuǎn)高于細(xì)菌殘?bào)w碳的含量，Guggenberger等[14]的試驗(yàn)表明長(zhǎng)期耕作試驗(yàn)的微生物殘?bào)w主要是真菌，本研究的結(jié)果佐證了這一點(diǎn)。單施化肥和化肥配施有機(jī)肥均使得真菌殘?bào)w碳占微生物殘?bào)w碳的比重下降了，則說明施肥會(huì)增加細(xì)菌殘?bào)w在這一過程中的積累，楊靜怡等[26]研究也發(fā)現(xiàn)有機(jī)層土壤中的氨基葡萄糖與胞壁酸的比值在施肥處理下顯著下降，這表明施肥這一常用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施能夠增加細(xì)菌對(duì)黑土有機(jī)碳積累的相對(duì)貢獻(xiàn)。

3.2 秸稈輸入對(duì)土壤中微生物殘?bào)w含量的影響

添加秸稈后單施化肥處理中的氨基葡萄糖占總氨基糖含量百分比會(huì)明顯增高，化肥配施有機(jī)肥處理則在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間段內(nèi)逐漸上升，真菌細(xì)胞壁作為氨基葡萄糖的主要來源，這可能暗示真菌細(xì)胞的活躍度處于提升水平，Ge等[27]研究發(fā)現(xiàn)在秸稈殘?jiān)纸膺^程中真菌群落網(wǎng)絡(luò)相較于不輸入秸稈的施肥處理是在增加的，本研究結(jié)果與之相似。真菌群落活躍度的提升亦會(huì)在微生物殘?bào)w的消耗和積累程度上有所體現(xiàn)，化肥配施有機(jī)肥處理中微生物真菌殘?bào)w碳的含量在添加秸稈后的第60天沒有明顯增加，程娜等[28]測(cè)定了本研究同一時(shí)期土樣表明可溶性有機(jī)碳含量在培養(yǎng)60天時(shí)明顯下降，He等[29]的研究指出微生物會(huì)利用氨基糖中的氨基葡萄糖作為生活史中的碳源與氮源，而可溶性有機(jī)碳含量的降低會(huì)誘使微生物增加對(duì)氨基糖尤其是氨基葡萄糖的消耗[30-31]，這導(dǎo)致在培養(yǎng)60天時(shí)微生物殘?bào)w碳當(dāng)中真菌部分增加的趨勢(shì)放緩，本研究結(jié)果與之一致。而真菌殘?bào)w碳的含量從培養(yǎng)第60天到第150天與不施入秸稈的處理相比施入秸稈處理有逐漸升高，這說明施入秸稈后會(huì)使微生物殘?bào)w的積累量逐漸上升，這與呂慧捷等[32]的研究結(jié)果一致。與有機(jī)無機(jī)肥配合施用相比，添加秸稈后的單施化肥處理微生物殘?bào)w當(dāng)中真菌殘?bào)w碳占的比重會(huì)更高，這和Xia等[33]的研究結(jié)果一致。秸稈輸入和施用有機(jī)肥會(huì)改變土壤的碳氮比和pH從而影響微生物的代謝過程[34-35]。細(xì)菌殘?bào)w碳方面，施用秸稈的有機(jī)無機(jī)肥配合施用處理進(jìn)一步促進(jìn)了細(xì)菌細(xì)胞殘留物質(zhì)的續(xù)埋作用，從而使得微生物殘?bào)w進(jìn)一步積累[5]，這表明在這一時(shí)期內(nèi)通過施用有機(jī)肥、土壤當(dāng)中輸入秸稈可以激發(fā)微生物碳泵的作用。加入秸稈后的第150天微生物真菌殘?bào)w碳以及細(xì)菌殘?bào)w碳的含量與無秸稈添加時(shí)并不存在顯著差異，這說明隨著時(shí)間延長(zhǎng)秸稈分解情況改變，真菌與細(xì)菌殘?bào)w在土壤中的相對(duì)留存水平會(huì)趨于平衡狀態(tài)[36]。

本研究中氨基半乳糖對(duì)秸稈加入后的響應(yīng)與氨基葡萄糖類似，蘇淑芳等[37]在其研究中則有著一致的結(jié)論，這說明真菌群落的活動(dòng)會(huì)影響到氨基半乳糖的含量變化動(dòng)態(tài)。然而Liang等[20]計(jì)算微生物殘?bào)w所用到的公式中并未涉及氨基半乳糖的含量，屬于非特定的微生物標(biāo)識(shí)物[38]，無法直接將其含量動(dòng)態(tài)變化與微生物殘?bào)w對(duì)秸稈輸入的響應(yīng)聯(lián)系起來，需要在以后的研究中更深入挖掘氨基半乳糖的來源和變化機(jī)制[39]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，各氨基糖積累上的差異反映了土壤有機(jī)碳中微生物殘?bào)w碳的貢獻(xiàn)，這說明秸稈還田會(huì)使得土壤內(nèi)微生物群落組成發(fā)生變化，秸稈施入促進(jìn)了微生物殘?bào)w碳主要是細(xì)菌殘?bào)w碳的累積，且主要影響時(shí)間集中在施入秸稈后的中前期，這對(duì)改善微生物群落結(jié)構(gòu)從而提升土壤固碳作用提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

長(zhǎng)期單施化肥和化肥配施有機(jī)肥能夠促進(jìn)黑土氨基糖庫的積累。各氨基單糖含量在培養(yǎng)第60天和第150天均表現(xiàn)為化肥配施有機(jī)肥(MNPK)最高，單施化肥(NPK)次之，不施肥(CK)最低。微生物標(biāo)識(shí)物氨基糖在第60天的積累特征較為活躍，秸稈還田條件下的單施化肥處理土壤氨基葡萄糖的含量增加，并且加入秸稈后氨基葡萄糖占總氨基糖含量的百分比也在增加，化肥配施有機(jī)肥處理進(jìn)行秸稈還田則提高了胞壁酸含量。加入秸稈使得單施化肥處理真菌殘?bào)w碳在微生物殘?bào)w碳中的占比提高，而秸稈還田促進(jìn)了化肥配施有機(jī)肥處理黑土中細(xì)菌細(xì)胞殘?bào)w的積累。秸稈還田與肥料施用相結(jié)合是促進(jìn)黑土微生物殘?bào)w含量提高的有效途徑。