有机无机肥料配施对土壤微生物、土壤酶及玉米产量影响

姜佰文，侯力维，高强，邓宏志，谢晓伟，郭婷

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江农业经济职业学院，黑龙江牡丹江 157000）

有机无机肥料配施对土壤微生物、土壤酶及玉米产量影响

姜佰文1，侯力维1，高强1，邓宏志2，谢晓伟1，郭婷1

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江农业经济职业学院，黑龙江牡丹江 157000）

以先锋38P05玉米为试验材料，通过海林农场田间大区试验研究有机无机配施对玉米产量、土壤酶及土壤微生物影响。结果表明，玉米整个生育期土壤微生物生物量碳呈整体上升趋势，抽雄期配施20%有机肥处理（T2）土壤微生物生物量碳含量最高，其次为配施30%有机肥处理（T3）、不施肥处理（T5）、全施有机肥处理（T1），含量最低的为全施化肥处理（T4），各处理间差异显著；土壤微生物生物量呈整体上升趋势，在抽雄期为T2＞T3＞T4＞T1＞T5；配施处理土壤脲酶、土壤蔗糖酶活性均高于其他单一施肥和不施肥处理，抽雄期土壤脲酶活性为T3＞T2＞T1＞T5＞T4，且配施处理和其他处理间差异显著；土壤蔗糖酶活性在抽雄期为T2＞T3＞T1＞T4＞T5，各处理间差异显著；土壤中细菌数量呈逐渐上升趋势，在抽雄期为T2＞T3＞T1＞T4＞T5；土壤中放线菌数量呈先升高后回落趋势，抽雄期达到最大值为T2＞T1＞T3＞T4＞T5；土壤中真菌数量各处理趋势不同；玉米产量为T2＞T3＞T4＞T1＞T5，且配施处理和其他处理间差异显著。

玉米；土壤微生物；土壤酶；土壤养分；产量

我国肥料使用现状仍以无机肥料即化肥为主，近年来，我国粮食产量与化肥使用量上升并不同步，化肥利用率较低。由于化肥施用不合理，目前我国耕地退化面积已占耕地总面积40%以上，东北地区黑土层变薄，南方地区土壤酸化，华北平原地区耕层变浅，特别是一些补充耕地质量等级较低等问题，严重影响耕地产出。长期单一施用化肥易使土壤养分大量流失，造成土壤板结和酸化、作物养分失衡等现象[1-2]。有机肥养分含量低、肥效慢、不易运输和施用，单一施用无法满足作物生长需要[3-4]。改善土壤环境，实现农业可持续性发展，亟需高效有机无机肥料配施技术模式。

研究认为土壤微生物是评价土壤微生态环境质量重要指标之一，包括不同微生物群落和种类，其特性为微生物生物量碳、氮等[5-6]，土壤真菌数量增多，土壤微生物结构失衡，土壤腐殖质数量减少地力衰竭[7-8]；土壤酶种类繁多，是土壤重要组成部分。卜洪震等研究表明，脲酶是专一性酰胺酶，在多数真菌和细菌中存在，活性对土壤有机氮向无机氮转化过程有促进作用[9-10]；土壤酶活性和土壤有机质含量呈正相关，蔗糖酶活性对土壤微生物活化作用影响大[11]；研究表明无机有机肥料配施可显著提高玉米产量、氮肥利用率和玉米水分利用率，增加作物氮素累积量，提高土壤增产潜力[11-15]。本文以玉米为试验材料，通过海林农场田间分区试验，分析得出合理有机无机肥配施比例，为农业生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试玉米品种为先锋38P05，试验地点为黑龙江省海林农场二分场。

1.2 供试肥料

氮肥为尿素（N 46%），磷肥为重过磷酸钙（P2O546%），钾肥为硫酸钾（K2O 50%），有机肥为牛粪堆肥（N 2.69%；P2O50.96%；K2O 0.49%；含水量30%）。

1.3 供试土壤

试验供试土壤类型为白浆土，基本理化性质：碱解氮109.44 mg·kg-1，速效磷36.18 mg·kg-1，速效钾175.59mg·kg-1，有机质17.6 g·kg-1，pH 5.37。

1.4 试验方法

试验为大区等氮磷钾试验，总施氮量为150 kg·hm-2（N），总施磷量为75 kg·hm-2（P2O5），总施钾量为90 kg·hm-2（K2O）。采用大型精准机械作业播种施肥，每个处理播种面积为400 m2，10垄，垄长60 m，垄宽0.67 m，种植密度5.6万株·hm-2。在拔节期追肥，有机肥全部作基肥，基追比是7∶3。分别在播种前期、拔节期、抽雄期和成熟期取土壤样品用于指标测定分析。施肥方案见表1。

表1 施肥方案Table 1Fertilization scheme

1.5 测定项目及方法

分别在播种前期、拔节期、抽雄期和成熟期取土壤样品，每次取完样品，一部分风干标记用于土壤基础肥力、养分和土壤酶活性测定，另一部分新鲜土壤过5 mm筛后，标记至于低温下（2～4℃）冷藏保存（10 d内），用于土壤真菌、细菌、放线菌和微生物生物量碳、氮测定。

1.5.1 土壤微生物生物量碳、氮测定

土壤微生物生物量碳、氮测定前期均采用氯仿熏蒸硫酸钾浸提，后期分别采用硫酸亚铁滴定法和凯氏定氮法测定分析[16-18]。

1.5.2 土壤微生物测定

土壤微生物测定均采用混合稀释平板计数法，细菌、真菌和放线菌培养基分别为牛肉膏蛋白胨培养基、马丁氏琼脂培养基和高氏Ⅰ号培养基[19-20]。

1.5.3 土壤酶活性测定

土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法、土壤蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定。

1.5.4 土壤养分测定

土壤养分测定均参照文献[21]。

1.6 产量测定

试验地玉米收获晒干后脱粒计算产量。

1.7 数据分析

试验均采用Excel 2010和SPSS19.0软件处理和分析。

图1 不同处理下土壤微生物生物量碳变化Fig.1Change of soil microbial biomass carbon at different treatments

2 结果与分析

2.1 有机无机配施对玉米土壤微生物生物量碳影响

如图1所示，从整体趋势看，各处理间土壤微生物生物量碳变化整体呈逐渐升高趋势。拔节期配施有机肥处理T2和T3分别高于对照79.3%和77.5%，高于只施用化肥T4处理71.9%和69.5%，高于只施用有机肥T1处理51%和46.7%。抽雄期T2处理明显高于其他处理，且处理间差异显著，处理T2土壤微生物生物量碳含量94.58 mg·kg-1，比处理T3高10.12%。成熟期各处理土壤微生物生物量碳含量均回落，处理T2与处理T4、T1和T5均呈差异显著。三个生育时期，处理T2土壤微生物生物量碳含量与其他处理相比较均处于最高水平，其次为处理T3，其中对照处理T5一直处于最低水平。

2.2 有机无机配施对玉米土壤微生物生物量氮影响

如图2所示，从整体趋势看，玉米整个生育时期土壤微生物生物量氮从拔节期升高到抽雄期达最高然后至成熟期回落。拔节期T2土壤微生物生物量氮含量是6.31 mg·kg-1，而单一施用有机肥处理T1和不施肥处理T5土壤微生物生物量氮含量分别是5.13和5.95 mg·kg-1，明显配施处理多于单一施肥处理；抽雄期处理T2明显高于其他处理，且差异显著，只有单一施用有机肥处理T1和单一施用化肥处理T4间未达显著差异；成熟期土壤微生物生物量氮含量明显下降，配施处理T2和T3处理间未达显著差异，土壤微生物生物量氮含量处理T2比处理T3高14.65%，但和其他处理间差异显著。

2.3 有机无机配施对玉米土壤脲酶影响

如图3所示，土壤脲酶活性在玉米生育时期变化均是从播种前期开始下降到抽雄期达最低，之后回落至成熟期。拔节期处理T2脲酶活性是20.16 mg·kg-1，比T3、T1和T4分别高13.9%、9.1%、26.6%；抽雄期配施处理T2、T3和其他处理差异显著，处理T2脲酶活性分别比处理T3、T1、T4和T5高17.5%、20.3%、20.6%和39.1%；成熟期土壤脲酶活性下降，处理T2、T3、T4和T1、T5间差异显著。

图2 不同处理下土壤微生物生物量氮变化Fig.2Change of soil microbial biomass nitrogen at different treatments

图3 不同处理土壤脲酶活性动态变化Fig.3Dynamic changes of soil urease activity at different treatments

2.4 有机无机配施对玉米土壤蔗糖酶影响

如图4所示，播种期蔗糖酶活性较低，且整体上处理间差异不显著。处理T2抽雄期比拔节期和成熟期分别高41.3%和44%，处理T3抽雄期比拔节期和成熟期分别高37.5%和17.2%。拔节期处理T1和T2与其他三个处理间差异显著，处理T2比T3和T4高12.2%和26.6%，处理T1比T3和T4高2.9%和19.2%。抽雄期处理T2和T4与其他处理间差异显著，且仍然处理T2蔗糖酶活性较高，处理T2分别比处理T1、T3、T4高20.3%、17.5%和20.6%；成熟期各处理蔗糖酶活性下降，其中处理T2下降最多，处理T4下降最少，处理T2和T4分别和其他处理间差异显著。

图4 不同处理土壤蔗糖酶活性动态变化Fig.4Dynamic changes of soil sucrase activity at different treatments

2.5 有机无机配施对玉米土壤细菌影响

如图5所示，处理T1在抽雄期和成熟期变化小，抽雄期土壤中细菌数量比拔节期多1.13×107cfu·g-1，而处理T2抽雄期比拔节期多4.04×107cfu·g-1，处理T4抽雄期比拔节期多1.77×107cfu·g-1。拔节期处理T1细菌数量最多，其次为处理T4、T3、T2和T5，处理T4比处理T3、T2分别高5.8%、25.2%，处理T1、T2和处理T5差异显著；抽雄期五个处理中处理T2土壤细菌数量最多，其次为处理T3，再次为T4、T1和T5，处理T3分别比处理T1和T4高35.6%和28.8%，处理T2、T3、T4和处理T1、T5间差异显著；成熟期处理T1土壤中细菌数量最多，其次为处理T3、T2、T4和T5，处理T1、T4和处理T2、T3差异显著。

图5 玉米不同生育时期土壤细菌数量变化Fig.5Dynamic changes of soil bacteria number at different maize growth stages

2.6 有机无机配施对玉米土壤放线菌影响

如图6所示，玉米整个生育时期内土壤放线菌数量拔节期到成熟期先升再降，抽雄期达到最大值。拔节期处理T2土壤放线菌数量最多，其次为处理T1，处理T4和处理T5较小，处理T1和处理T2、T3间差异显著，且处理T1、T2、T3和处理T4、T5间差异显著；抽雄期处理T2土壤放线菌数量最大，其次为处理T1和T3，处理T2分别比处理T3、T4、T5高9.30×104、13.63×104、20.73×104cfu·g-1，均差异显著；成熟期土壤放线菌处理间差别小，但处理T1、T2、T3比处理T4、T5土壤放线菌数量多，处理T1、T2与其他处理差异显著。处理T2抽雄期高于其他时期，其增长幅度最大，而处理T1和T3各时期变化幅度低于处理T2，而处理T4和T5在三

图6 玉米不同生育时期土壤放线菌数量变化Fig.6Dynamic changes of soil actinomycetes number at different maize growth stages

2.7 有机无机配施对玉米土壤真菌影响

如图7所示，处理T1、T3和T5在拔节期开始升高，到抽雄期最多，然后成熟期回落，而处理T2和T4拔节期后到抽雄期降低到最小值，成熟期又升高。拔节期处理T2土壤真菌数量最高，其次为处理T4、T3、T5和T1，处理T1真菌数量最小，处理T2比T4和T3分别高5.5%、8.9%，处理T5比T1高20.6%，处理间基本差异显著；成熟期处理T5土壤真菌数量最多，其次为处理T2、T4、T3、T1，处理T5分别比T2、T4、T3高24.3%、35.7%、51%，而处理T3比T1高29.5%，处理T1和其他处理差异显著。

图7 玉米不同生育时期土壤真菌数量变化Fig.7Dynamic changes of soil fungi number at different maize growth stages

2.8 有机无机配施对玉米产量影响

如表2所示，配施处理玉米穗粒数高于单一施肥和不施肥处理，但处理间差异不显著；玉米百粒重仍是配施20%有机肥处理最大，配施处理高于单一施肥处理，处理间差异显著水平不显著；玉米产量处理T2最大，其次为T3，处理T1产量为8 909 kg·hm-2，T2产量为12 481 kg·hm-2，T3产量为11 764 kg·hm-2，T4产量为11 025 kg·hm-2，T5产量为5 621 kg·hm-2，处理T2、T3比T4分别增产1 455、739 kg·hm-2，比处理T1分别增产3 572、2 855 kg·hm-2，且配施处理和其他处理间差异显著。说明使用肥料有利于提高玉米产量，且在提高玉米产量方面单一施用化肥处理优于单一施用有机肥处理，配施处理也优于单一施肥处理，配施20%有机肥更有利于提高玉米产量。

表2 不同处理玉米产量（水分14%）Table 2Different treatments on maize yield

图8 玉米不同生育时期土壤碱解氮含量变化Fig.8Changes of soil available nitrogen content at different maize growth stages

2.9 有机无机配施对玉米土壤碱解氮影响

如图8所示，处理T1、T2和T3总体趋势是土壤碱解氮含量从拔节期升高，到抽雄期达最大值，成熟期降低；处理T4和T5则是拔节期达最大值，抽雄期和成熟期逐渐降低。拔节期各处理间处理T4最大，分别比处理T1、T2、T3、T5高58.8%、30.3%、14.5%和30.3%，各处理间差异不显著；抽雄期处理T3达最大值，明显高于其他处理，比处理T2高4%，处理T2与处理T1、T4、T5间差异显著；成熟期处理T2和T3高于其他处理，且与其他三个处理间差异显著。

施用有机肥处理土壤碱解氮含量从拔节期逐渐升高，抽雄期达最大值，成熟期降低；而施用化肥和不施肥处理拔节期碱解氮含量达最大值，之后抽雄期和成熟期逐渐降低。拔节期单一施用化肥处理土壤碱解氮含量最高，说明玉米生育前期由于使用化肥植物利用养分含量较多；而在抽雄期，植物需要大量养分时期，配施处理碱解氮含量明显多于单一施肥处理，说明配施处理有利于土壤中碱解氮缓慢释放；成熟期配施处理碱解氮含量略高于其他处理。

2.10 有机无机配施对玉米土壤速效磷影响

如图9可知，土壤速效磷含量总体可见，各处理均从拔节期到抽雄期升高，抽雄期达最大值，而抽雄期到成熟期降低，且升高幅度基本高于降低幅度。拔节期处理T3速效磷含量最高，其次为施用有机肥处理T4、T2和T1，不施肥处理T5最低，且与其他处理间差异显著；抽雄期施用有机肥处理T2和T3土壤速效磷含量较高，明显高于单一施用肥料处理T1和T4及不施肥处理T5，且处理T3比T2和T1分别高5.3%和25%，比处理T4和T5分别高26.3%和41.2%，配施处理T2、T3和处理T1、T4、T5间差异显著；成熟期处理T3土壤速效磷含量最高，而其他处理相对较低，不施肥处理T5速效磷含量最低。

由图9可知，玉米生长中前期，即拔节期，单一施用化肥处理速效磷含量最高，这是由于化肥施用，前期提供磷素养分充足；抽雄期配施处理优于单一施肥处理，且明显高于单一施用化肥处理，说明玉米生长关键时期养分需要最大，单一施用化肥处理无法提供充足养分，总体说明单施化肥处理玉米生长前期供给速效磷素较多，而在玉米生殖生长时期供给不足；成熟期配施30%处理速效磷含量较高，说明合理配施比例可适度提高土壤速效磷含量。

图9 玉米不同生育时期土壤速效磷含量变化Fig.9Changes of soil available phosphorus content at different maize growth stages

2.11 有机无机配施对玉米土壤速效钾影响

如图10可知，土壤速效钾含量总体分析处理T1、T3、T5变化趋势从拔节期升高，抽雄期达最大值，成熟期回落，而处理T2和T4则是从拔节期到成熟期逐渐递减趋势。拔节期同样是处理T4土壤速效钾含量最多，其次为配施处理T3和T2，处理T1最低，且处理间差异显著；抽雄期处理T3明显高于其他处理，分别比处理T1、T2、T4和T5高52.7%、20.6%、36.2%和38.5%，且处理T3和其他处理间差异显著；成熟期各处理间速效钾含量差别小。

土壤速效钾含量可作为衡量土壤钾素释放和供养标准，钾素肥料施入土壤后，其分解流失较快，会变成玉米可直接吸收的K+，由图10可知，拔节期由于单一施用化肥，其钾素分解最快，且直接供给玉米吸收，其次为施用70%化肥处理，说明施用化肥在拔节期提供钾素较多；抽雄期施用30%有机肥处理钾素含量最高，适合玉米在关键时期吸收大量养分，拔节期并非养分需求最大时期，说明有机肥配施可缓解钾素快速释放，与玉米吸收养分节奏相匹配；成熟期各处理土壤中钾素含量明显降低。

图10 玉米不同生育时期土壤速效钾含量变化Fig.10Changes of soil available potassium content at different maize growth stages

2.12 有机无机配施对玉米土壤pH影响

如图11所示，土壤pH变化幅度较小，且各处理各时期内无明显变化规律，仅单一施用有机肥处理T1在玉米整个生长时期内土壤pH变化较小，只施用化肥处理T4在玉米整个生长时期内土壤pH变化范围较大。抽雄期由于是玉米生长最旺盛时期，植物根系分泌物较多，会在一定区域且短时间内影响土壤酸碱度，抽雄期处理T1、T2、T3和T4间差异显著。

图11 不同处理土壤pHFig.11Soil pH at different treatments

3 讨论与结论

土壤微生物生物量碳、氮是土壤有机质重要组成部分，直接反映土壤养分供给能力。本试验结果表明，土壤微生物生物量碳、氮各时期含量配施处理高于单一施肥处理和不施肥处理，与不施肥处理相比，单一施用化肥、有机肥和配施处理均有利于土壤微生物生物量碳、氮提高，两组配施处理中，20%有机肥处理更有利于土壤微生物生物量碳、氮含量增加。这与刘艳丽研究结果[23]一致，有机无机配施利于增加土壤微生物生物量碳、氮含量，增加微生物活性，改良土壤物理性状，说明配施方法活化土壤能力显著高于单一施肥方法。

本研究结果表明，有机无机配合施肥有利于提高土壤脲酶活性，促进氮素矿化，20%有机肥配合化肥施用利于脲酶活性提高；施用有机肥有利于土壤蔗糖酶活性提高和后期养分活化，20%有机肥配合化肥施用处理提高土壤蔗糖酶活性最为明显。有机无机配施可提高土壤酶活性，使土壤中固化养分有效转化，利于土壤中微生物繁殖和生化反应。

土壤微生物中放线菌所占比例最大，分布最广泛，其次为细菌，真菌最少。微生物合理分布可有效活化养分，促进植物吸收养分，提高产量。本试验研究表明，施用有机肥处理细菌数量较多，配施处理的细菌数量最大，单一施肥和对照处理细菌数量最小；施用有机肥可提高土壤放线菌数量，配施处理较单一施用化肥处理利于增加土壤放线菌数量；适当有机肥施入有利于连作区土壤中真菌数量降低，施用化肥和不施肥处理真菌数量偏高。

长期单一施用化肥，易造成土壤板结及土壤酸碱度变化，影响玉米正常合理吸收养分，配合有机肥施用，既可缓解和改良土壤理化性质，保证土壤质量，又可在玉米生长过程中缓慢释放养分，活化土壤中可利用养分，与玉米吸收养分同步。本研究表明，植物需要大量养分时期，配施处理碱解氮含量明显高于单一施肥处理，说明配施处理有利于土壤碱解氮缓慢释放；30%配施比例可适度提高土壤速效磷含量，利于磷素升高；有机肥配施可缓解钾素快速释放；施用有机肥可减少土壤酸碱度变化幅度，说明长期施用利于土壤控制土壤pH变化。

通过产量结果比较可知，配施可提高玉米产量，增加玉米穗粒数，配施20%有机肥处理产量高。

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Effect of organic-inorganic fertilizer on soil microbial,enzymes andmaize yield/

JIANG Baiwen1,HOU Liwei1,GAO Qiang1,DENG Hongzhi2,XIE Xiaowei1,GUO Ting1(1.School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China;2.Heilongjiang Agricultural Economy Vocational College,Mudanjiang Heilongjiang 157000,China)

In order to study the effects of organic-inorganic fertilizer on microbial,enzymes and maize yield of Hailin farm,Xianfeng38P05 was used in this experiment.The results showed that soil biomass carbon at the whole growth period showed overall upward trend,at tasseling stage,the most was with 20%organic fertilizer treatment(T2),then with 30%organic fertilizer treatment(T3),then no fertilizer treatment(T5),then all organic fertilizer treatment(T1),the less was all fertilizer treatment(T4), and there was significant difference between treatments;Soil biomass nitrogen in the whole growth period showed overall upward trend,at tasseling stage,was T2＞T3＞T4＞T1＞T5;Urease and sucrase of prepossessing soil treatment activity were higher than any other single fertilizer and no fertilizer treatment,at tasseling stage,urease activity was T3＞T2＞T1＞T5＞T4,and there was significant differ-ence between treatments;sucrase activity was T2＞T3＞T1＞T4＞T5,and there was significant difference between treatments;The number of bacterial was growing at the whole stage,at tasseling stage,was T2＞T3＞T1＞T4＞T5;The number of actinomycetes was growing then going down,at tasseling stage, was T2＞T1＞T3＞T4＞T5;The number of fungus was not a obvious trend;The maize yield was T2＞T3＞T4＞T1＞T5,and there was significant difference between treatments.

maize;soil microbial;soil enzyme;soil nutrient;yield

S158

A

1005-9369（2016）11-0037-09

时间2016-11-30 15:34:11[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20161130.1534.006.html

姜佰文,侯力维,高强,等.有机无机肥料配施对土壤微生物、土壤酶及玉米产量影响[J].东北农业大学学报,2016,47(11)：37-45.

Jiang Baiwen,Hou Liwei,Gao Qiang,et al.Effect of organic-inorganic fertilizer on soil microbial,enzymes and maize yield[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(11)：37-45.(in Chinese with English abstract)

2016-09-18

国家重点研发计划项目（2016YFD0300806）；农业部“948”项目（2016-X24）；黑龙江省高校成果转化项目（1254CGZH19）作者简介：姜佰文（1970-），男，教授，博士，研究方向为作物养分资源管理。E-mail：jbwneau@163.com