迟凤琴，刘晶鑫，匡恩俊，张久明，宿庆瑞，周宝库

黑土长期定位试验原状土搬迁对土壤微生物性质的影响

迟凤琴，刘晶鑫，匡恩俊，张久明，宿庆瑞，周宝库

（黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室，哈尔滨150086）

通过测定黑土长期定位试验原状土整体搬迁前后四种处理（CK、NPK、M、MNPK）土壤可培养微生物数量、土壤微生物量含量及土壤酶活性变化，探讨搬迁的特定条件对土壤微生物性质的影响。结果表明，①搬迁前后5年各处理三大类微生物数量、微生物量碳、氮含量和四种土壤酶活性在0～20 cm土层中均高于20～40 cm土层；②每年在两个土层中MNPK处理的三大类微生物数量和微生物量碳、氮含量均最高，CK处理均最低，而每年在两个土层中土壤过氧化氢酶和转化酶活性CK和M处理均明显高于NPK和MNPK处理，而磷酸酶活性CK和M处理则低于NPK和MNPK处理，脲酶活性在4个处理中差异不大；③比较搬迁前后5年间各项微生物指标变化发现，各项指标年际间虽存在变化但程度不大，搬迁后2011年和2012年相对较高，同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年各项指标较为接近。研究说明，土壤深度和施肥对土壤各项生物指标影响较大，年际间变化也受到轮作方式的影响，搬迁对土壤微生物扰动影响远小于施肥和耕作方式等的影响。

黑土；原状土搬迁；土壤微生物区系；土壤微生物量；土壤酶

土壤微生物是构成土壤及整个生态系统的重要组成部分，在土壤有机物质转化与养分循环中起重要作用[1]。同时，土壤微生物对所在微环境敏感，可对土壤生态机制变化和环境胁迫作出反应，导致群落结构发生改变[2]。影响土壤微生物群落结构组成的因素可大体分为自然因素和人为因素。自然因素包括土壤类型、植被类型、气候类型等；人为因素包括土壤管理措施、农药施用、施肥等。施肥是影响土壤质量及其可持续利用最深刻的农业措施之一[3]。施肥主要通过提高农作物生物产量，增加土壤中作物残茬和根等有机质输入，影响土壤微生物生物量、土壤酶活性，影响土壤养分转化和肥力[4]。土壤微生物量被认为是土壤活性养分的储存库，植物生长可利用养分的重要来源[5]。作为评价土壤质量的重要指标，微生物生物量对环境条件敏感，环境条件、施肥以及耕作、栽培等技术措施都会影响土壤微生物量碳、氮含量[6-7]。土壤酶是由微生物、动植物活体分泌及动植物残骸分解释放于土壤中具有催化能力的生物活性物质[8]，可促进土壤代谢作用，使土壤养分形态发生变化，提高土壤肥力，改善土壤性质[9]。

本文以黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所持续32年的黑土长期定位试验原状土整体搬迁土壤为基础进行研究，分析搬迁前后特定环境之下，土壤可培养微生物数量、微生物量和酶活性的变化。在理论上可以丰富土壤环境变化对土壤微生物种群、数量及生物量的影响程度及趋势，在实践上可为长期定位试验搬迁方法的建立、搬迁的科学评价及其土壤持续利用管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤及试验设计

原状土搬迁试验：试验区位于农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站，该试验站始建于1979年，按小麦-大豆-玉米顺序进行轮作，黑土肥力长期定位试验到2010年为止已进行32年。由于城市化进程不断推进，按照哈尔滨市总体规划，为保护长期定位试验资源，以保持试验数据完整性和连续性，观测试验站进行搬迁。搬迁新址哈尔滨市民主乡黑龙江省现代农业园区，其气候条件、成土母质、地下水位、土壤理化性质与原址基本一致，直线距离约40 km，适合作为试验站新址。为保证最大程度保持土壤原貌和原结构不被破坏，黑土肥力长期定位监测试验采用原状土冻土整体搬迁方法，选择在冬季-15℃以下，把土壤分成若干个土方（1×1×1.1=1.1 m3），对土方进行编码，通过专用车辆运输，到达目的地后按照对应位置放置，实现无缝对接归位，最大限度复原土壤特性。

试验选取其中四种典型施肥处理，分别为对照不施肥处理（CK）、施用化肥氮磷钾处理（NPK）、施用有机肥马粪处理（M）、有机肥马粪与无机肥氮磷钾混合施用处理（MNPK）。化学氮、磷、钾肥分别为尿素、过磷酸钙、硫酸钾，氮、磷、钾肥施用量在大豆茬分别为（N）75 kg·hm-2、（P2O5）150 kg·hm-2、（K2O）75 kg·hm-2，在小麦和玉米茬施用量分别为（N）150 kg·hm-2、（P2O5）75 kg·hm-2、（K2O）75 kg·hm-2，有机肥为纯马粪，每轮作周期施1次，施于玉米茬，施马粪18 750 kg·hm-2。

样品采集于搬迁前（2010年11月）和搬迁后（2011～2014年11月），用不锈钢土钻采集0～20 cm，20～40 cm土层，进行土壤微生物性质变化的室内测定。

1.2 测定方法

土壤微生物三大菌群数量采用平板菌落计数法测定[10]；土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸浸提法[11-12]；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法，脲酶采用苯酚-次氯酸钠比色法（靛酚蓝比色法），转化酶（蔗糖酶）采用3、5-二硝基水杨酸比色法，磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法[8]。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 搬迁前和搬迁后土壤可培养微生物数量变化

如图1所示，搬迁前后5年中各处理土壤可培养细菌和真菌0～20 cm土层数量均明显高于20～40 cm土层，放线菌0～20 cm土层数量虽高于20～40 cm土层，但细菌和真菌差异不明显。同时，每年在两个土层中施肥各处理的土壤细菌、真菌和放线菌数量与不施肥对照相比均有所增加，其中MNPK处理的细菌、真菌和放线菌数量均最高。另外比较各处理搬迁前后5年间土壤细菌、真菌和放线菌数量变化规律可知，在搬迁后2011年、2012年和2014年各处理在两个土层中细菌、真菌和放线菌数量均较其他两年份高，其中同为大豆茬的2011年和2014年数量较为接近，同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年三大类微生物数量较为接近。结果表明，土壤深度和施肥对土壤中可培养微生物数量影响较大，轮作周期影响次之。

2.2 搬迁前和搬迁后土壤微生物量变化

结果见图2。

图1 搬迁前后5年土壤可培养微生物数量变化Fig.1Changes of soil culturable microorganism amount in the five years before and after the move

图2 搬迁前后5年土壤微生物量碳、氮变化Fig.2Changes of soil microbial biomass carbon and nitrogen content in the five years before and after the move

由图2可知，搬迁前后5年中各处理土壤微生物量碳、氮0～20 cm土层含量均高于20～40 cm土层。同时，每年在两个土层中各处理土壤微生物量碳、氮变化规律除搬迁后2011年0～20 cm土层中MNPK处理微生物量氮含量较低外，几乎都呈现MNPK＞M＞NPK＞CK趋势，其中在20～40 cm土层微生物量碳M和MNPK处理含量较为接近。另外，比较各处理搬迁前后5年间微生物量碳、氮含量变化规律可知，除搬迁后2013年0～20 cm土层CK处理微生物量碳含量较高外，同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年各处理两个土层生物量碳、氮含量较为接近，并且搬迁后2011年和2012年各处理两个土层微生物量碳、氮含量均高于其他3年。结果表明，土壤深度和施肥对土壤微生物量影响较大，轮作周期影响次之。

2.3 搬迁前和搬迁后土壤酶活性变化

如图3所示，各处理土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶和磷酸酶0～20 cm土层活性均高于20～40 cm土层。同时，搬迁前后5年两个土层土壤过氧化氢酶和转化酶活性CK和M处理均明显高于NPK和MNPK处理，而磷酸酶活性CK和M处理则低于NPK和MNPK处理，另外，除搬迁前2010年20～40 cm土层NPK和MNPK处理脲酶活性较低外，其他各处理脲酶活性变化均不明显。比较搬迁前后5年间土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶和磷酸酶活性变化可知，4种土壤酶活性在5年间差异并不显著，其中同为大豆茬的搬迁后2011年和2014年两个土层各处理过氧化氢酶和脲酶活性变化规律较为相似，同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年0～20 cm土层各处理转化酶和磷酸酶活性较为相似，而20～40 cm土层搬迁前2010年各处理转化酶和磷酸酶活性均高于搬迁后2013年。结果表明，土壤深度、施肥和轮作均对土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶和磷酸酶活性产生影响，但搬迁对土壤中4种酶活性的影响较小。

图3 搬迁前后5年土壤酶活性变化Fig.3Changes of soil enzyme activities in the five years before and after the move

3 讨论与结论

张崇邦等对天台山8种林型土壤环境微生物区系研究表明，从土壤细菌、真菌和放线菌占微生物总量比例看，细菌数量最多，放线菌居中，真菌较少[13]，这与本研究结果一致。本研究结果表明，各处理土壤可培养细菌、真菌和放线菌0～20 cm土层数量高于20～40 cm土层，这可能是由于所施肥料主要集中在0～20 cm土层，作物生长及环境变化对肥料提供的养分大量消耗，导致各施肥处理对20～40 cm土层提供养分较少。由于不同土壤中养分丰缺程度各不相同，因此，土壤肥力水平对微生物影响复杂[14]。施用有机肥对土壤微生物活性、组成和数量有重要影响，能显著提高各类微生物数量[15]，这与本研究发现的搬迁前后5年两个土层中MNPK处理的细菌、真菌和放线菌数量均最高，CK处理均最低的结果相符合。另外，比较搬迁前后5年间三大类微生物数量变化可知，在搬迁后2011年、2012年和2014年各处理两个土层细菌、真菌和放线菌数量均较其他两年高，其中同为大豆茬的2011年和2014年数量较为接近，并且同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年三大类微生物数量也较为接近，这与本研究供试土壤为小麦-大豆-玉米轮作有直接关系。植被通过影响土壤含水量、温度、通气性、pH及有机碳和氮水平而影响土壤微生物区系[16]。

土壤微生物量作为土壤肥力指标与微生物个体数量指标相比更能反映微生物在土壤中实际含量和作用潜力，灵敏性、准确性强[17-18]。本研究结果表明，各处理土壤微生物量碳、氮0～20 cm土层含量高于20～40 cm土层，这与三大类微生物数量的规律一致。本研究表明，搬迁前后5年两个土层中各处理土壤微生物量碳、氮的变化规律几乎呈现MNPK＞M＞NPK＞CK趋势，这与焦晓光等研究发现化肥配施有机肥的施肥方式可以显著增加土壤微生物量碳、氮含量结果一致[19]。另外，比较搬迁前后5年间土壤微生物量碳、氮变化可知，搬迁后2011年和2012年各处理两个土层微生物量碳、氮含量均高于其他3年，其中搬迁后2011年为大豆收获后土壤样品。Melero等研究表明，轮作中含有豆科作物时，土壤微生物量碳含量显著增加，主要是由于豆科作物刺激土壤中微生物繁殖[20]。同为小麦茬搬迁前2010年和搬迁后2013年各处理两个土层微生物量碳、氮含量较为接近，这与三大类微生物数量变化规律一致。

土壤酶是土壤中活跃的有机成分之一，在土壤养分循环及植物生长所需养分的供给过程中起重要作用[21]。本研究结果表明，各处理土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶和磷酸酶0～20 cm土层活性均高于20～40 cm土层，这与土壤微生物数量和微生物量变化规律一致。本研究表明，搬迁前后5年两个土层土壤过氧化氢酶和转化酶活性CK和M处理均明显高于NPK和MNPK处理，而磷酸酶活性CK和M处理则低于NPK和MNPK处理，脲酶活性4个处理中差异小。王光华等研究发现，单施化肥处理在玉米生育后期较未施肥和休闲裸地处理对土壤转化酶和过氧化氢酶具有抑制作用[22]。焦晓光等研究发现MNPK处理的土壤磷酸酶活性比CK处理显著增高，NPK、M处理间土壤磷酸酶活性相当，但是均大于CK处理，与本研究结果一致[9]。另外，比较搬迁前后5年间土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶和磷酸酶活性变化可知，4种土壤酶活性5年间差异不显著，其中同为大豆茬的搬迁后2011年和2014年两个土层各处理过氧化氢酶和脲酶活性变化规律较为相似，同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年0～20 cm土层各处理转化酶和磷酸酶活性较为相似，这一结果与本研究供试土壤为小麦-大豆-玉米轮作有直接关系，2010年和2013年均为小麦收获后土壤，2011年和2014年均为大豆收获后土壤，变化规律可能受到作物根际影响。

本研究发现，土壤深度和施肥对土壤中各项生物指标影响较大，年际间变化也受到轮作方式影响，但各处理变化规律较好。因此搬迁对土壤微生物的扰动影响小于施肥和耕作方式等影响。试验将进一步利用分子试验研究搬迁对土壤中微生物的细微影响，以期为长期定位试验原状土搬迁的持续利用管理提供科学依据。

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CHI Fengqin,LIU Jingxin,KUANG Enjun,ZHANG Jiuming,SU Qingrui, ZHOU Baoku(Soil and Fertilizer and Environmental Resources Institute,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences;Laboratory of Soil Environment and Plant Nutrition,Heilongjiang Province, Harbin 150086,China)

In this study,we examined the changes in soil culturable microbial amount,soil microbial biomass content and soil enzyme activity in two soil layers(0-20 cm,20-40 cm)with four treatments(CK, NPK,M,MNPK)in the before and after the black soil long-term test undisturbed soil moving,discussed the influences of the moving on soil microbial properties.The results showed that∶①In five years before and after the move,three categories of microorganism amount,microbial biomass C,N content and four kinds of soil enzyme activities of all the treatments in 0-20 cm soil layer were higher than those in 20-40 cm soil layer.②In five years before and after the move,three categories of microorganism amount and microbial biomass C,N content of MNPK treatments were the highest in both soil layers,those of CK treatments were the lowest,and catalase and invertase activity of NPK and MNPK treatments were significantly lower than thoseof CK and M treatments in both soil layers,while phosphatase activity of NPK and MNPK treatments were higher than those of CK and M treatments,urease activity in the four treatments had little difference.③Comparing the changes of the microbial indicators in five years before and after the move,found that interannual changes of the microbial indicators were not large,the microbial indicators of after moving 2011 and 2012 were relatively high,and the microbial indicators of before moving 2010 and after moving 2013 as wheat stubble were similar.Based on the above results showed that,the influences of soil depth and fertilization on the microbial indicators were larger,and the influences of the interannual changes by the rotation systems,so the disturbance influences of the moving on soil microorganism were far less than the influences of fertilization,farming methods and so on.

black soil;undisturbed soil moving;soil microflora;soil microbial biomass;soil enzyme

S153.61

A

1005-9369（2015）07-0028-07

时间2015-7-9 14:42:47[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20150709.1442.012.html

2015-03-31

国家自然科学基金项目（41171244）；公益性行业农业科研专项（201303126）；黑龙江省青年基金项目（QC2014C042）；国家科技支撑计划（2013BAD07B01）；国家国际科技合作专项（2014DFA31820）

迟凤琴（1963-），女，研究员，博士，研究方向为土壤肥力。E-mail:fqchi2013@163.com

迟凤琴,刘晶鑫,匡恩俊,等.黑土长期定位试验原状土搬迁对土壤微生物性质的影响[J].东北农业大学学报,2015,46(7)∶28-34. Chi Fengqin,Liu Jingxin,Kuang Enjun,et al.Effect of black soil long-term test undisturbed soil moved on soil microbial properties[J].Journal of Northeast Agricultural University,2015,46(7)∶28-34.(in Chinese with English abstract)

Effect of black soil long-term test undisturbed soil moved on soil microbial properties