颜志雷， 方 宇， 陈济琛， 王 飞， 何春梅， 林新坚*

(1 福建省农业科学院土壤肥料研究所， 福建福州 350003； 2 福建农林大学生命科学学院， 福建福州 350002)

紫云英(AstragalussinicusL.)属于豆科黄芪属传统的绿肥作物，是南方稻区主要的冬种绿肥作物。它能改良土壤，提高土壤肥力，对提高水稻产量以及维持水稻生产可持续发展具有重要意义。前人研究多集中于种植紫云英对水稻产量、 土壤质量、 微生物学特性等的影响[1-4]，同时研究了翻压等量紫云英不同施肥量对水稻产量、 稻田养分的影响[5-6]，而对于翻压紫云英不同施肥量定位试验条件下对土壤生物学特性的影响的研究甚少。土壤生物学特性能够快速响应施肥对土壤质量的影响，土壤酶活性、 微生物生物量、 微生物呼吸、 微生物多样性等生物学特性均是较好的评估参数，在评价土壤质量方面有着无可比拟的优越性[7-8]。本研究旨在探讨稻田在翻压紫云英情况下化肥的合理施用量，以期最大限度地减少化肥投入，同时保证水稻产量和较高的土壤生产力水平。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

长期定位试验田位于福州市闽侯县白沙镇，东经119°04′10″，北纬26°13′31″； 海拔高度15.4 m，年均降水量1350.9 mm，年日照时数1812.5 h，年平均温度19.5℃，无霜期311 d； 土壤类型为黄泥田。紫云英—水稻长期轮作定位试验始于2009年，土壤基础理化性状为有机质含量24.4 g/kg、 全氮1.23 g/kg、 全磷0.60 g/kg、 全钾13.3 g/kg、 碱解氮171.6 mg/kg 、 速效磷13.5 mg/kg 、 速效钾83.4 mg/kg、 pH 4.78； 耕层土壤容重1.41 g/cm3。

1.2 试验设计

1.3 样品采集及处理

于水稻收获后2012年10月份采集土壤样品。各试验小区内按“S”形取样，随机布点采集耕作层(0 —15 cm)土层样品，剔除石块和作物残体，混匀后置于无菌自封袋迅速带回实验室。部分土样风干后测定土壤养分，其中水溶性有机碳含量测定用新鲜土样； 部分土样带回实验室后立即进行微生物量碳、 氮含量的测定； 部分土样短期内置于4℃ 冰箱保存用于土壤可培养微生物数量和土壤酶活性的测定。

1.4 测定项目和方法

1.4.2 土壤可培养微生物的测定 土壤可培养微生物数量采用稀释平板法，细菌、 真菌、 放线菌分别用牛肉膏蛋白胨、 孟加拉红和高氏1号培养基。

图1 翻压紫云英对水稻产量的影响Fig.1 Effect of the turning over milk vetch on rice yield

1.4.4 土壤酶活性的测定 土壤转化酶用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，酶活性以每克干土单位时间内生成葡萄糖的量表示； 脲酶用靛酚蓝比色法测定，酶活性以每克干土单位时间内释放NH3-N的量表示； 酸性磷酸酶用磷酸苯二钠比色法测定，酶活性以单位时间内每克干土释放酚的毫克数表示[12]； 过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法测定，酶活性以30 min后每克干土消耗0.1 mol/L KMnO4的毫升数表示。

试验数据用SPSS 16.0 统计软件进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)和相关分析，不同处理间的多重比较用最小显著性差异(LSD)法。

2 结果与分析

2.1 翻压紫云英对水稻产量的影响

2.2 翻压紫云英对土壤养分含量的影响

表1 翻压紫云英对土壤养分含量的影响

2.3 翻压紫云英对土壤可培养微生物数量的影响

土壤微生物是土壤的重要组成部分，其数量直接影响土壤的生物化学活性及土壤养分的组成与转化，是土壤肥力的重要指标之一[13]。

从表2可以看出，100%F、 MV+100%F处理的细菌数量较CK分别增加了102.3% 、 138.8%，而MV+60%F和MV处理与CK无显著差异，说明细菌对土壤养分有很强的依赖性。真菌拥有强大的酶系统，直接参与纤维素、 木质素等植物残体和土壤有机质的分解。研究发现，丝状真菌数量的多少可反映土壤肥力及通气状况[14]。表2还显示，单施化肥或单施紫云英都不利于真菌的生长，而化肥与翻压紫云英配合能显著提高真菌数量，其中MV+100%F和MV+60%F处理的真菌的数量分别为8.16×104cfu/g和6.94×104cfu/g，与100%F相比增加了40.2%和19.4%。

图2 翻压紫云英对土壤铵态氮和硝态碳含量的影响Fig.2 Effect of the turning over milk vetch on the contents of and in soils

表2 翻压紫云英对土壤可培养微生物数量的影响

放线菌在土壤中分布较广，积极参与土壤有机质的分解转化，且能产生多种抗生素物质，在土壤肥力和植物病害防治方面有着不可忽视的作用[15]。与CK相比，化肥与翻压紫云英配合能显著提高土壤中放线菌的数量，以MV+60%F处理最为明显； 单施化肥与CK无显著差异； 单施紫云英的土壤中放线菌的数量明显减少。

稻田中三大类微生物的数量表现为细菌 > 放线菌 > 真菌，且相差一个数量级，与之前的多数研究报道较为一致[16-17]。综合细菌、 真菌、 放线菌的数量变化，可以看出化肥配施紫云英能明显增加土壤中可培养微生物的数量，单施紫云英则降低了其数量。

2.4 可培养微生物数量与土壤养分间的相关性分析

表3 可培养微生物数量与土壤养分间的相关系数

2.5 翻压紫云英对土壤微生物生物量碳、 氮的影响

土壤微生物生物量是土壤有机库的活性组分，参与土壤动植物残体的分解和矿化，由于这部分微生物有强的生命活动，比土壤有机质对土壤条件变化的响应更快，是评价土壤肥力和质量的重要生物学指标之一。表4可以看出，不同处理对土壤微生物生物量有明显的影响。与CK相比，MV+100%F和MV+60%F处理的土壤微生物量碳(SMBC)增幅分别为13.9%、 13.4%，100%F处理的SMBC下降了7.0%； 与100%F处理相比，配施紫云英可以显著提高SMBC。土壤微生物生物量氮(SMBN)与SMBC的变化趋势相同，单施化肥降低了SMBN，化肥配施紫云英可以提高SMBN。土壤SMBC/SMBN在一定程度上可以反映微生物群落结构的差异[18]，通常认为真菌的SMBC:SMBN为10 ∶1左右，细菌为5 ∶1，放线菌为6 ∶1[19]。本试验中所有处理的SMBC/SMBN接近10，说明南方黄泥田土壤微生态环境更适宜真菌生存。

表4 翻压紫云英对土壤微生物生物量碳、 氮的影响

2.6 翻压紫云英对土壤酶活性的影响

2.6.2 土壤脲酶活性 脲酶是一种酰胺酶，主要参与土壤中尿素的分解和有机分子中肽键的水解，其活性的改变与土壤的有机质和氮素水平有着密切的关系。表5显示，各施肥处理的土壤脲酶活性均高于CK处理，其中MV+100%F和MV+60%F处理的增幅最大，分别为20.1%、 16.5%，差异显著； 100%F处理的脲酶活性增幅仅为7.5%，差异不显著，说明增施紫云英外源有机物质比单施化肥更有利于提高土壤脲酶活性。

2.6.4 土壤过氧化氢酶活性 过氧化氢酶是一种重要的氧化还原酶，在土壤生物氧化过程中发挥积极作用，土壤微生物或植物根系都会分泌过氧化氢酶用于清除土壤生物呼吸过程所产生的过氧化氢，防止土壤生物或植物受到毒害。表5显示，MV处理的过氧化氢酶活性最强，较CK处理提高11.1%，100%F、 MV+100%F以及MV+60%F处理的过氧化氢酶活性大小与CK无显著差异，说明化肥的施入并不能增加土壤过氧化氢酶活性，而紫云英对于土壤过氧化氢酶活性的提高有着显著的效果。

综上所述，土壤酶活性大小受施肥制度的影响更为突出，总体表现为紫云英与化肥混施大于单施化肥或紫云英。

表5 翻压紫云英对土壤酶活性的影响

2.7 土壤酶活性、 微生物生物量与土壤养分间的相关性分析

表6 土壤酶活性、 微生物生物量与土壤养分、 水稻产量间的相关系数

3 讨论

土壤有机质含量是衡量土壤肥力的重要指标之一，它在提供作物生长所需的养分、 改善土壤结构、 增加土壤保水保肥等方面发挥着重要作用[23]。施用有机肥是加速土壤有机质积累的有效方法。绿肥在微生物作用下逐渐分解释放营养元素供作物吸收利用，并逐渐转化为腐殖质，参与土壤有机质循环。本试验中翻压紫云英配施化肥或单施紫云英都可提高土壤有机质含量。化肥与紫云英翻压结合可同时增加土壤全氮含量，单施化肥不利于土壤有机质和全氮的积累，与高菊生[24]和李继明[25]的研究结果相一致。化肥与紫云英翻压结合能显著增加土壤有效氮的含量，这是由于豆科绿肥根部聚集大量的根瘤菌，具有很强的生物固氮作用，绿肥还田后经微生物分解能够增加土壤中氮含量，供作物吸收利用。

本研究表明，与CK相比，单施化肥处理的土壤细菌数量明显增加，而真菌和放线菌数量均无明显差异，说明细菌对土壤养分有很强的依赖性，这一现象可从微生物数量与土壤养分间的相关性分析(表3)中得到验证。单施化肥或单施紫云英不利于土壤真菌和放线菌的生长繁殖，而化肥与紫云英翻压结合可显著增加真菌和放线菌的数量。除MV+60%F处理外，细菌基本也呈现此规律。冬种绿肥翻压入土能提高土壤微生物种群数量，这与杨曾平等[16]对红壤性水稻土的研究结果一致，他们的结论是冬种绿肥可提高土壤细菌、 真菌和放线菌的数量。长期冬种绿肥不仅直接增加地上部和根系生物量及根系分泌物，促进微生物生长，同时绿肥翻压入土后不但增加了土壤养分，同时也为微生物提供了充足的碳源，土壤微生物种群数量高于冬闲处理。

不同培肥模式对土壤微生物生物量碳、 氮的影响存在着明显差异，与CK相比，化肥与紫云英翻压结合的处理具有明显的促进效应，而单施化肥降低了微生物生物量。这主要是因为豆科绿肥能增加土壤活性有机质组分，为微生物活动提供了丰富的碳源和氮源[26]。翻压等量紫云英下化肥减量处理(MV+60%F)对土壤微生物生物量没有显著影响，并且微生物生物量与土壤养分的相关分析(表6)表明，微生物生物量与全氮之间呈显著相关，可见种植绿肥能提高土壤微生物生物量碳、 氮的含量，并减少氮的损失，从而降低因过量施用氮肥造成的环境污染。

土壤酶主要来自土壤微生物代谢过程和土壤动物、 根系产生或残体分解。土壤酶活性的高低能反映出土壤生物活性和土壤生化反应强度[27]，土壤酶活性常被作为土壤质量的重要指标[19]。与CK、 100%F处理相比，化肥与紫云英翻压结合可显著增加转化酶、 脲酶和酸性磷酸酶的活性。杨曾平等[16]研究表明，翻压紫云英能明显提高土壤脲酶、 转化酶等酶活性。张珺穜等[4]的研究结果显示，紫云英与化肥配施对提升土壤酶活性的效果最佳。翻压等量紫云英情况下减施化肥并未减少转化酶、 脲酶和酸性磷酸酶的活性。由相关性分析可知，这三种酶与水稻产量呈显著或极显著的正相关，说明转化酶、 脲酶和酸性磷酸酶的酶活性大小可作为衡量水稻产量多少的一个依据。

4 结论

在水稻土壤的不同培肥模式下，土壤养分、 可培养微生物数量、 微生物量碳氮以及土壤酶活性发生了很大的变化。MV+100%F处理可以明显提高水稻产量，然而考虑到化肥用量对环境的影响，MV+60%F处理在保证水稻产量的同时能够减少40%的化肥用量，是一种高效节能的培肥模式。单施化肥不利于土壤有机质、 全氮和有效氮的积累，同时不利于微生物的生长和酶活的提高。MV+60%F培肥模式有利于改良土壤的生物学性状，值得推广并有待今后进一步观察验证。

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