閆瑞瑞，衛(wèi)智軍，烏仁其其格，陳金強(qiáng)，代景忠，姚靜，白玉婷，辛?xí)云?

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所//呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，北京 100081；

2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；3. 呼倫貝爾學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008

微生物肥料對呼倫貝爾打孔羊草草甸草原土壤微生物及酶活性的影響研究

閆瑞瑞1，衛(wèi)智軍2，烏仁其其格3，陳金強(qiáng)1，代景忠2，姚靜1，白玉婷2，辛?xí)云?*

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所//呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，北京 100081；

2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；3. 呼倫貝爾學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008

以呼倫貝爾退化羊草（Leymus chinensis）草甸草原割草場為研究對象，研究在打孔羊草草甸草原施加不同微生物肥料處理下土壤養(yǎng)分、微生物量碳氮和酶活性的變化及影響土壤微生物量碳氮和酶活性的關(guān)鍵土壤因子，旨在為退化羊草草甸草原生態(tài)系統(tǒng)的改良、恢復(fù)及合理利用提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，（1）水分正常年份，土壤中全碳和全氮含量最高值均出現(xiàn)在腐殖酸+微生物菌劑（F+J）處理，分別比對照（CK）提高1.84%~18.53%、1.24%~31.67%，其他不同處理土壤養(yǎng)分無顯著差異。（2）土壤生物活性與土壤水熱狀況密切相關(guān)，在雨水正常的2014年，土壤微生物量碳、氮含量最高值分別出現(xiàn)在F+J和海藻酸+微生物菌劑（H+J）處理，分別比CK提高36.52%和28.56%；在降水較少、氣候干燥的2015年，土壤微生物量碳、氮含量最高值分別出現(xiàn)在海藻酸（H）和糖蜜發(fā)酵（T），分別比CK提高9.86%和15.02%；（3）打孔+施微肥短期效應(yīng)能夠影響土壤蔗糖酶和過氧化氫酶，2014年土壤蔗糖酶表現(xiàn)為H+J和F+J顯著高于其他處理，較CK分別提高了10.68%和10.12%，2015年不同打孔與施微生物肥料處理比CK提高4.72%~9.84%，且腐殖酸（F）、H、T以及F+J處理顯著高于CK；2015年土壤過氧化氫酶表現(xiàn)為F和F+J顯著高于CK，提高了2.50%。（4）土壤全碳，速效鉀、速效氮，電導(dǎo)率分別為土壤蔗糖酶，脲酶，過氧化氫酶的關(guān)鍵影響因子，土壤全磷、速效磷為土壤微生物量的關(guān)鍵影響因子。綜合分析表明，施入復(fù)合微生物肥料與微生物菌劑有助于提高呼倫貝爾打孔羊草草甸草原土壤微生物量碳氮含量和土壤酶活性，有利于改善草原土壤生物化學(xué)肥力狀況。

羊草草甸草原；打孔；微生物肥料；土壤肥力；土壤微生物；土壤酶活性

中國天然草地改良技術(shù)研究起步較晚，目前主要集中在對草地土壤改良及地表植被恢復(fù)上（張麗麗等，2012），主要包括松土、補(bǔ)播、切根和施肥等技術(shù)，應(yīng)用于草地可不同程度提高草地植物多樣性和生產(chǎn)力（烏仁其其格等，2011；尤泳等，2008；武霞等，2007）。對退化天然草場來說，打孔疏松是有效的改良方式之一，其通過對植物根際土壤進(jìn)行鉆孔以改良土壤透氣狀況，同時疏松土壤能促進(jìn)其有機(jī)物分解，增加植物根系對土壤養(yǎng)分的吸收，有利于枯草層的進(jìn)一步分解（宋桂龍，2003）。土壤微生物活性對枯草層的pH變化十分敏感，因此打孔間接影響著微生物酶的活性。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，打孔對內(nèi)蒙古牙克石地區(qū)草地具有良好的改善作用且短期內(nèi)改善了土壤微生物的環(huán)境，使得微生物活性增強(qiáng)（劉勁松，2003；劉曉波等，2013；李志強(qiáng)等，2000）。但是目前，打孔技術(shù)大多被用于草坪的改善和維護(hù)上，在草地生態(tài)學(xué)領(lǐng)域比較罕見。施肥是維持草原生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡的重要管理措施。合理施肥可提高牧草產(chǎn)量和品質(zhì)（Roem et al.，2000；Gusewell，2004），改變土壤pH值等，從而影響土壤微生物活性和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程（Vourlitis et al.，2007；Zeglin et al.，2007）。但是，化學(xué)肥料的過量使用導(dǎo)致土地板結(jié)、土壤養(yǎng)分比例失調(diào)和質(zhì)量下降等問題出現(xiàn)（趙秉強(qiáng)等，2004）。因此，尋找能替代或部分替代化肥的新肥源（尤其是微生物菌肥）倍受關(guān)注（關(guān)松蔭，1986）。微生物肥料因具有改良土壤、增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)且改善環(huán)境等特點(diǎn)而成為研究的熱點(diǎn)（葛誠，2000）。中國微生物肥料的應(yīng)用范圍從最初的豆科植物到糧食農(nóng)作物再到現(xiàn)在的蔬菜、煙草、花卉等經(jīng)濟(jì)及觀賞植物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要的位置（劉鵬等，2013），然而，目前較少將其應(yīng)用到天然草原生態(tài)系統(tǒng)植被和土壤改善中（權(quán)國玲等，2016）。

呼倫貝爾羊草（Leymus chinensis）草甸草原是中國主要草地類型之一，由于長期割草和放牧利用，系統(tǒng)養(yǎng)分大量輸出，導(dǎo)致草原普遍存在嚴(yán)重的退化現(xiàn)象（Jun et al.，2007）。草地的退化包括植被的退化和土壤的退化，兩者具有相互反饋和放大的作用，其實(shí)質(zhì)和核心是草地土壤的退化。改善草原土壤生物化學(xué)肥力狀況，提高草原土壤生態(tài)系統(tǒng)功能穩(wěn)定性，恢復(fù)和提高草原生產(chǎn)力成為該地區(qū)草原畜牧業(yè)發(fā)展中亟須解決的問題。土壤微生物是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有巨大的生物化學(xué)活性，在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動過程中起主導(dǎo)作用（Clark et al.，1970）。土壤酶主要來源于土壤微生物的分泌物、植物根系分泌物和動植物殘體腐解過程中釋放的酶，是土壤一切生物化學(xué)過程的重要參與者，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分之一（關(guān)松蔭，1986）。土壤微生物及酶活性通過參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)而對土壤肥力產(chǎn)生重要影響，被認(rèn)為是評價土壤肥力的重要生物學(xué)指標(biāo)（關(guān)松蔭，1986）。因此，本研究采用施加復(fù)合微生物肥料的方法，以呼倫貝爾打孔羊草草原為研究對象，探討打孔+施復(fù)合微生物肥料對內(nèi)蒙古草原土壤理化性質(zhì)、土壤微生物量和土壤酶活性的變化，加深對草地退化過程和機(jī)理的認(rèn)識，為天然草地的改良恢復(fù)和管理利用提供土壤生物學(xué)方面的基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域自然概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾行政區(qū)境內(nèi)的謝爾塔拉，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站附近，北緯N49°37.051′、東經(jīng)119°99.219′，海拔627~635 m。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年平均降水量為350 mm，多集中在7—9月且變率較大。年均氣溫為-2.4 ℃，最高、最低氣溫分別為36.17 ℃和-48.5 ℃，年積溫為1580~1800 ℃，無霜期為110 d；海拉爾地區(qū)2014年、2015年氣象數(shù)據(jù)見圖1，土壤為黑鈣土或栗鈣土。植被類型為羊草草甸草原，主要建群種有羊草，亞優(yōu)勢種有貝加爾針茅（Stipa baicalensis）、糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）等，伴生種有斜莖黃芪（Astragalus adsurgens）、山野豌豆（Vicia amoena）、草地早熟禾（Poa ratensis）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

圖1 實(shí)驗(yàn)區(qū)域氣溫和降水變化Fig. 1 Monthly rainfall and temperature in 2014—2015 for the experiment plot

試驗(yàn)地為呼倫貝爾羊草草甸草原打草場。2013年7月，對試驗(yàn)樣地進(jìn)行植物群落和土壤養(yǎng)分調(diào)查。2014年5月，選擇地勢平坦、植被分布均勻的代表性天然打草場進(jìn)行圍封，建立試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)區(qū)分布采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。采用機(jī)械手段在羊草割草地土壤板結(jié)層上進(jìn)行打孔并施肥，打孔深度8 cm，幅寬5 cm，打孔針為直徑20 mm的空心打孔針，每平方米打孔數(shù)為76個；施肥為微生物肥料和復(fù)合微生物菌劑，設(shè)置打孔+不施肥（CK）、打孔+單施腐殖酸復(fù)合微生物肥料（F）、打孔+海藻酸復(fù)合微生物肥料（H）、打孔+糖蜜發(fā)酵復(fù)合微生物肥料（T）、打孔+3種復(fù)合微生物肥料混合施入（F+H+T）、打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑（F+J）、打孔+海藻酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑（H+J）等7個處理（表1），每個處理重復(fù)3次，共21個實(shí)驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積30 m2（5 m×6 m）。

1.3 研究內(nèi)容和測定方法

2014年、2015年8月初在不同處理區(qū)取3個點(diǎn)，每個點(diǎn)重復(fù)取樣3次，用土鉆按0~10、10~20分層取樣，剔除根系、石塊等雜物，按層混合后將樣品分成3份：1份風(fēng)干，用于土壤養(yǎng)分測定；另外2份封閉后裝入保鮮袋，于4 ℃下保存，供土壤微生物量以及土壤酶活性的測定。

土壤全碳、全氮采用碳-氮元素分析儀法測定；土壤全磷采用鉬銻抗比色法測定；土壤全鉀采用NaOH熔融2火焰光度計法測定；土壤速效氮采用蒸餾法測定；土壤速效磷采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提法測定；土壤速效鉀采用NH4OAc浸提，火焰光度法測定；土壤pH采用電位法測定；土壤電導(dǎo)率采用水土比5∶1浸提，測定水溶性鹽總量。

微生物量碳采用熏蒸提取-容量分析法測定；微生物量氮采用熏蒸提取-茚三酮比色法測定（魯如坤，1999）；蔗糖酶采用3, 5二硝基水楊酸比色法測定；脲酶采用苯酚次氯酸鈉比色法測定；過氧化氫酶采用高錳酸鉀容量法測定（關(guān)松蔭，1986）；過氧化氫酶活性以20 min內(nèi)1 g土壤的0.1 N高錳酸鉀的體積（mL）表示（0.02 mol·L-1KMnO4，mL·g-1·20 min-1）；蔗糖酶活性以24 h、1 g土壤中葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示（C6H12O6，mg·g-1·24h-1）；脲酶活性以24 h、1 g土壤中NH3-N的質(zhì)量（mg）表示（NH3-N，mg·g-1·24h-1。關(guān)松蔭，1986；于會泳，2015）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過Excel 2013整理后，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。不同處理之間單個指標(biāo)的差異性檢驗(yàn)采用單因素分析法（One-way ANOVA），采用Pearson相關(guān)分析法對土壤微生物和酶活性與土壤養(yǎng)分之間進(jìn)行相關(guān)性分析，顯著性水平設(shè)為P<0.05，極顯著水平設(shè)為P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分

打孔與施微生物肥料不同處理對0~20 cm土層土壤養(yǎng)分的短期影響不顯著（表2）。與單個打孔處理相比，施微生物肥料第1年，在2014年水分正常甚至豐沛的年份，打孔與施微生物肥料，土壤中全碳和全氮含量最高值均出現(xiàn)在F+J處理（47.07 mg·g-1，2.12 mg·g-1），比單個打孔處理分別提高1.84%~18.53%、1.24%~31.67%；電導(dǎo)率均有所下降，最低值出現(xiàn)在處理T（52.05 μs·cm-1），比單個打孔處理下降7.32%~24.03%；速效氮和速效鉀含量最高值也出現(xiàn)在F+J，較單個打孔分別提高10.52%和5.71%。方差分析表明，除了全鉀表現(xiàn)為H+J顯著高于F（P<0.05），速效氮表現(xiàn)為F+J顯著高于H+J（P<0.05）外，土壤養(yǎng)分不同處理之間均無顯著性差異（P>0.05）。施肥第2年，2015年屬于降水較少、氣候干燥的年份，微生物肥料和菌劑沒有起到明顯的作用，甚至一些處理出現(xiàn)降低的趨勢，這可能是因?yàn)橥寥缹ξ⑸锓柿虾途鷦┑奈蘸娃D(zhuǎn)化與土壤降水相關(guān)。方差分析表明，速效氮呈現(xiàn)出與2014年相同的規(guī)律，處理F+J顯著高于處理H+J（P<0.05）；速效磷表現(xiàn)為H顯著高于H+J，pH值表現(xiàn)為H顯著高于CK、F+H+T和F+J，其余指標(biāo)與2014年呈現(xiàn)相同的規(guī)律，不同處理之間均無顯著性差異（P>0.05）。然而，兩年研究發(fā)現(xiàn)，單個施腐殖酸復(fù)合微生物肥料降低了土壤速效N和速效P含量，提高了pH值，年度間相比較，通過打孔與施微生物肥料，不同處理土壤全氮、速效氮、全磷、速效磷速效鉀和電導(dǎo)率均顯著增加，而土壤全碳、全鉀、pH值和C/N有所下降。

表1 打孔+施微生物肥料改良試驗(yàn)設(shè)計和肥料用量Table 1 Punch+microbial fertilizer improved experimental design and fertilizer use

表2 不同施肥處理下土壤養(yǎng)分變化Table 2 Changes of soil nutrient under different treatments

2.2 土壤微生物量碳氮

圖2 不同處理下土壤微生物碳氮變化Fig. 2 Changes of soil microbial biomass carbon and nitrogen contents under different treatments

打孔+施微生物肥料對土壤微生物量氮、碳含量的影響見圖2。2014年，不同處理土壤微生物量氮含量為73.49~94.48 mg·kg-1，最高值出現(xiàn)在H+J處理；土壤微生物量碳含量為192.99~304.00 mg·kg-1，最高值出現(xiàn)在F+J處理，其次為H+J。對不同處理0~20 cm土層土壤酶活性和微生物碳氮含量進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，2014年處理F+J和H+J顯著增加了土壤微生物碳含量（P< 0.05），且F+J也顯著增加了土壤微生物氮含量（P< 0.05），其他施肥處理均沒有顯著性差異（P>0.05）。2015年，不同處理土壤微生物量氮含量為43.01~ 82.82 mg·kg-1，最高值出現(xiàn)在T處理，且顯著高于最低值（H+J處理，P<0.05），其他處理之間無顯著性差異（P>0.05）；土壤微生物量碳含量為117.96~ 278.84 mg·kg-1，最高值出現(xiàn)在H處理，最低值出現(xiàn)在F+J，不同處理之間差異性不顯著（P>0.05），甚至打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑（F+J）處理由于干旱導(dǎo)致土壤微生物碳氮有所下降。研究表明，土壤生物活性與土壤水、熱狀況密切相關(guān)，在雨水正常的年份，打孔+施微肥+菌劑短期效應(yīng)顯著影響土壤微生物碳氮含量。

2.3 土壤酶活性

土壤蔗糖酶活性可以反映有機(jī)物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化的規(guī)律，而且與環(huán)境中CO2氣體的排放有著密切關(guān)系，是促進(jìn)土壤碳素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)部分（陳娟麗等，2016）；土壤脲酶則直接參與土壤含N有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化，其活性和土壤的氮素供應(yīng)強(qiáng)度有著密切的關(guān)系（關(guān)松蔭，1986）；過氧化氧酶表征土壤腐殖化強(qiáng)度和有機(jī)質(zhì)積累程度（關(guān)松蔭，1986）。打孔+施微生物肥料處理下土壤酶活性變化見表3。施肥第1年，土壤蔗糖酶最高值出現(xiàn)在H+J處理，其次為F+J，均顯著高于其他處理（P<0.05），較對照處理分別提高10.68%和10.12%；施肥第2年，不同打孔與施微生物肥料處理比單個打孔處理提高4.72%~9.84%，且處理F、H、T以及F+J顯著高于CK（P<0.05）。對于土壤脲酶，施肥第1年和第2年不同處理之間均沒有顯著差異（P>0.05）。在施肥第1年和施肥第2年間，相對于對照單個打孔處理，不同施肥處理土壤過氧化氫酶活性均有所提高，兩個年份分別較對照提高0.26%~2.50%，0.70%~4.08%，并且施肥第2年F和F+J處理土壤過氧化氫酶顯著高于CK（P<0.05）。研究表明，打孔+施微肥的短期效應(yīng)能夠影響土壤蔗糖酶和過氧化氫酶。

表3 不同處理下土壤酶活性變化Table 3 Changes of soil enzyme activities under different treatments

2.4 土壤微生物量、酶活性與土壤養(yǎng)分的回歸分析

土壤微生物量碳氮、酶活性與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性如表4所示。土壤全磷、速效磷為土壤微生物碳的關(guān)鍵影響因子，呈顯著正相關(guān)線性關(guān)系（P<0.05，r2=0.303）；土壤全磷為土壤微生物氮的關(guān)鍵影響因子，呈極顯著正相關(guān)線性關(guān)系（P<0.01，r2=0.189）；影響土壤蔗糖酶的關(guān)鍵因子為土壤全碳，呈顯著正相關(guān)線性關(guān)系（P<0.05，r2=0.133）；影響土壤脲酶的關(guān)鍵因子為土壤速效鉀和速效氮，呈極顯著正相關(guān)線性關(guān)系（P<0.01，r2=0.189）；土壤電導(dǎo)率為土壤過氧化氫酶的關(guān)鍵影響因子，呈極顯著正相關(guān)線性關(guān)系（P<0.001，r2=0.189）。結(jié)果表明，土壤全碳，速效鉀、速效氮，電導(dǎo)率分別為土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶的關(guān)鍵影響因子，土壤全磷、速效磷為土壤微生物量的關(guān)鍵影響因子。

表4 土壤微生物碳氮含量、酶活性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)及回歸方程Table 4 Pearson correlation coefficients and regression equations among soil microbial biomass carbon and nitrogen, soil enzyme activities and soil nutrients

3 討論

微生物肥料含有益微生物菌群、有機(jī)質(zhì)、活性酶以及多種微量元素，能提高土壤肥力、增強(qiáng)植物對養(yǎng)分的吸收、有效改善植物環(huán)境等（閆德仁，1997；楊玉新等，2008）。微生物可以將土壤中難溶態(tài)的磷、鉀降解成可被農(nóng)作物吸收利用的狀態(tài)，從而改善作物生長時土壤環(huán)境中營養(yǎng)元素的供應(yīng)狀況（劉鵬等，2013）。目前已有大量研究證實(shí)，施用微生物肥有利于改善土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性，加速土壤養(yǎng)分的分解（王延軍等，2010）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料降低了土壤速效氮和速效磷含量，提高了pH值，此研究與彭正萍等（2005）腐植酸復(fù)合肥增加土壤速效氮和速效磷含量，降低土壤pH的研究結(jié)果不一致，原因可能是微生物肥料加速了氮、磷等元素的循環(huán)，增加了植物營養(yǎng)元素的供應(yīng)量。本試驗(yàn)中，在水分正常甚至豐沛的年份，打孔+微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑提高了全碳、全氮、速效氮和速效鉀含量，降低了電導(dǎo)率，研究結(jié)果與仇志華等（1999）、呂靜（1999）和曹恩琿等（2011）試驗(yàn)結(jié)果相一致，有研究表明微生物菌劑也能明顯改善土壤環(huán)境與營養(yǎng)狀況，有利于提高土壤pH、有機(jī)質(zhì)，降低土壤表層鹽分含量，能在鹽漬化土壤中表現(xiàn)出較好的效果（逄煥成等，2009；王濤等，2011）。可能原因是微生物菌劑在改良土壤過程中能通過自身生命活動產(chǎn)生多種酶（李北齊等，2011），其中過氧化氫酶、過氧化物酶、脲酶等均能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的合成（宋海燕等，2007），土壤有機(jī)質(zhì)含量高可減少土壤對磷、鉀元素的固定，促進(jìn)磷、鉀細(xì)菌對難溶性磷、鉀的轉(zhuǎn)化（岑忠用等，2006）。

土壤酶和土壤微生物是指示土壤理化性質(zhì)微小變化的敏感指標(biāo)，可以較好地反映土壤質(zhì)量變化（Bijayalaxmi et al.，2006），對維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定起著重要的作用，土壤中大量微生物的活動，產(chǎn)生的大量黏多糖，與植物分泌的黏液及礦物膠體、有機(jī)膠體相結(jié)合，促進(jìn)土壤腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化形成，增強(qiáng)土壤蓄肥、保水能力，改善土壤理化性質(zhì)（劉戈，2007）。本研究中打孔+施不同微生物肥料處理對土壤微生物和酶活性的影響各不相同，且微生物碳氮和3種酶活性對相同處理的響應(yīng)也有差異。2014年處理打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑和打孔+海藻酸酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑顯著增加了土壤微生物碳含量，而2015年打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑土壤微生物碳氮有所下降，表明在雨水正常的年份，打孔+微生物肥料改良措施對土壤微生物量有明顯的改善作用，施肥第2年由于干旱導(dǎo)致土壤微生物碳氮有所下降。有研究表明（Rosacker，1990），水分含量對微生物生長具有重要的影響，當(dāng)草地土壤含水量達(dá)最大持水量的50%~60%時，微生物生物量明顯增加，但在持續(xù)干旱條件下微生物量顯著下降，這與本研究結(jié)果一致。試驗(yàn)結(jié)果表明，2014年土壤蔗糖酶施肥最高值出現(xiàn)在處理打孔+海藻酸酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑，其次為打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑，顯著高于其他處理；2015年不同打孔與施微生物肥料處理比單個打孔處理提高4.72%~9.84%；試驗(yàn)期間，不同施肥處理土壤過氧化氫酶活性施肥均高于對照單個打孔處理，兩個年份分別較對照提高0.26%~2.50%、0.70%~4.08%，并且施肥第2年土壤過氧化氫酶在打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料處理和打孔+腐殖酸復(fù)合微生物肥料+復(fù)合微生物菌劑顯著高于單個打孔。土壤微生物活性升高可能是打孔改變了枯草層微環(huán)境，改善了地下透水、透氣性有關(guān)，枯草層微環(huán)境的改變?yōu)槲⑸锏幕顒犹峁┝艘粋€更有利的區(qū)域，水分對土壤微生物活動具有顯著影響，與微生物活性成正相關(guān)（王龍昌等，1998），這與張宏偉等（2003）、彭正萍等（2005）、曹恩琿等（2011）、李北齊等（2011）和權(quán)國玲等（2016）的研究結(jié)果相一致。此外施用年限不同，微生物肥料對土壤酶活性及微生物量的影響也會不同。

土壤微生物量碳氮、酶活性與養(yǎng)分之間存在一定的相關(guān)性，在草地生態(tài)系統(tǒng)不同利用方式的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，土壤微生物量與有機(jī)質(zhì)具有顯著關(guān)系（王明君等，2010），土壤微生物量是土壤養(yǎng)分的源和庫（古偉容，2013）；另一方面，土壤微生物可以提高土壤肥力（張成霞等，2008；古偉容，2013），土壤酶與土壤肥力的形成和轉(zhuǎn)化有密切關(guān)系（陳浩，2012；古偉容，2013）。有研究表明，微生物量碳氮與土壤碳源、氮源的分解利用有關(guān)，蔗糖酶參與有機(jī)碳、有機(jī)磷的分解，土壤脲酶由土壤中植物的根部分泌，其活性通常與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮有關(guān)，土壤過氧化氫酶主要參與生物呼吸和有機(jī)物氧化過程的物質(zhì)代謝，其活性反映了土壤氧化過程的強(qiáng)度（王杰等，2014）。通過逐步回歸分析發(fā)現(xiàn)，土壤全碳，速效鉀、速效氮，電導(dǎo)率分別為土壤蔗糖酶，脲酶，過氧化氫酶的關(guān)鍵影響因子，土壤全磷、速效磷為土壤微生物量的關(guān)鍵影響因子。這與權(quán)國玲等（2016）在干旱半干旱農(nóng)牧交錯區(qū)的研究結(jié)果相似，但是本實(shí)驗(yàn)微生物量碳氮、酶活性與養(yǎng)分之間的相關(guān)性與彭正萍等（2005）、程東娟等（2003）和孫瑞蓮等（2003）大量農(nóng)田研究結(jié)果有所差異，原因可能與土地類型、土壤類型、施肥方式、施肥品種、用量和時間長短等條件有關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤酶活性與施肥方式密切相關(guān)，土壤有效氮、磷、鉀的轉(zhuǎn)化與土壤酶活性有關(guān)。退化草地土壤微生物及酶活性對微生物肥料改良的長期響應(yīng)機(jī)制及其與土壤養(yǎng)分因子的具體關(guān)系，仍有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

綜上所述，本試驗(yàn)結(jié)果表明，與單個打孔處理相比較，打孔與施微生物肥料土壤全碳和全氮含量有所提高，電導(dǎo)率有所下降，但是總體來說打孔與施微生物肥料不同處理對0~20 cm土層土壤養(yǎng)分的短期影響差異不顯著。在雨水正常的年份，打孔+

施微肥+菌劑短期效應(yīng)顯著影響土壤微生物碳氮含量，在降水較少、氣候干燥的年份，微生物肥料和菌劑未能起到明顯的作用；打孔+施微肥短期效應(yīng)能夠影響土壤蔗糖酶和過氧化氫酶。土壤全碳，速效鉀、速效氮，電導(dǎo)率分別對土壤蔗糖酶，脲酶，過氧化氫酶有顯著影響，土壤全磷、速效磷對土壤微生物量有顯著影響。施入復(fù)合微生物肥料與微生物菌劑有助于提高呼倫貝爾羊草草甸草原土壤微生物量碳氮含量和土壤酶活性，可以較好地改善草原土壤生物化學(xué)肥力狀況，提高草原土壤全碳養(yǎng)分，降低土壤酸度，提高土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

BIJAYALAXMI DEVI N, YADAVA P S. 2006. Seasonal dynamics in soil microbial biomass C, N and P in a mixed-oak forest ecosystem of Manipur, North-east India [J]. Applied Soil Ecology, 31(3): 220-227.

CLARK F E, PAUL E A. 1970. The microflora of grassland [J]. Advances in Agronomy, 22: 375-435.

GUSEWELL S. 2004. N∶P ratios in terrestrial plants: variation and functional significance: Tansley review [J]. New Phytologist, 164(2): 243-266.

JUN L W, ALI S H, ZHANG Q. 2007. Property rights and grassland degradation: a study of the Xilingol pasture, Inner Mongolia, China [J]. Journal of Environmental Management, 85(2): 461-470.

ROEM W J, BERENDSE F. 2000. Soil acidity and nutrient supply ratio as possible factors determining changes in plant species diversity in grassland and heathland communities [J]. Biological Conservation, 92(2): 151-161.

ROSACKER L L, KIEFT T L. 1990. Biomass and adenylate energy chargr of a grassland soil during drying [J]. Soil Biology and Biochemistry, 22(8): 1121-1127.

VOURLITIS G L, ZORBA G, PASQUINI S C, et al. 2007. Chronic nitrogen deposition enhances nitrogen mineralization potential of semiarid shrubland soils [J]. Soil Science Society of America Journal, 123(1): 836-842.

ZEGLIN L H, STURSOVA M, SINSABAUGH R L, et al. 2007. Microbial responses to nitrogen addition in three contrasting grassland ecosystems [J]. Oecologia, 154(2): 349-359.

曹恩琿, 侯憲文, 李光義, 等. 2011. 復(fù)合菌劑對盆栽番茄土壤理化性質(zhì)及微生物活性的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 20(5): 875-880.

岑忠用, 羅興錄, 蘇江, 等. 2006. 生物有機(jī)肥對木薯地土壤理化性狀的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報, 19(6): 1092-1095.

陳浩. 2012. 放牧對青藏高原草地植被群落特征及土壤理化特性的影響[D]. 咸陽: 西北農(nóng)林科技大學(xué).

陳娟麗, 師尚禮, 祁娟. 2016. 復(fù)合菌肥與化肥配施對高寒地區(qū)土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的影響[J]. 草原與草坪, 36(1): 7-13.

程東娟, 劉樹慶, 王殿武, 等. 2003. 長期定位培肥對土壤酶活性及土壤養(yǎng)分動態(tài)變化影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 26(3): 33-36.

仇志華, 徐振桐, 冷如新. 1999. 施用阿姆斯生物肥土壤養(yǎng)分的變化研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, (4):59-60.

葛誠. 2000. 微生物肥料生產(chǎn)應(yīng)用基礎(chǔ)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社．

古偉容. 2013. 不同放牧強(qiáng)度下季節(jié)性休牧對草地植被及土壤的影響[D]. 烏魯木齊: 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué).

關(guān)松蔭. 1986. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社: 296-339.

考恩.瑞金特吉斯. 1995. 未來農(nóng)業(yè)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社: 5-6.

李北齊, 邵紅濤, 夢瑤, 等. 2011. 生物有機(jī)肥對鹽堿土壤養(yǎng)分、玉米根際微生物數(shù)量及產(chǎn)量影響[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報, 17(23): 99-102.

李志強(qiáng), 韓建國. 2000. 打孔和施肥處理對草地早熟禾草坪質(zhì)量的影響[J]. 草業(yè)科學(xué), 17(6): 71-76.

劉戈. 2007. 微生物肥料的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 35(11): 3318, 3332.

劉勁松. 2003. 關(guān)于草坪打孔機(jī)與對草坪生長的影響[J]. 內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計, 26(2): 56-56.

劉鵬, 劉訓(xùn)理. 2013. 中國微生物肥料的研究現(xiàn)狀及前景展望[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報, 3(3): 26-31.

劉曉波, 楊春華, 徐耀華, 等. 2013. 打孔對草坪枯草層及坪床土壤微生物活性和有機(jī)質(zhì)含量的影響[J]. 草地學(xué)報, 21(1): 174-179.

魯如坤. 1999. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社: 1-247.

呂靜. 1999. 微生物肥料在我國煙草生產(chǎn)中的應(yīng)用與創(chuàng)新[J]. 中國煙草科學(xué), (3): 48-50

逄煥成, 李玉義, 嚴(yán)慧峻, 等. 2009. 微生物菌劑對鹽堿土理化和生物性狀 影響的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 28(5): 951-955.

彭正萍, 門明新, 薛世川, 等. 2005. 腐植酸復(fù)合肥對土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和土壤酶活性的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 28(4): 1-4.

權(quán)國玲, 謝開云, 仝宗永, 等. 2016. 復(fù)合微生物肥料對羊草草原土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報, 25(2): 27-36.

宋桂龍, 韓烈保. 2003. 養(yǎng)護(hù)管理對足球場草坪運(yùn)動質(zhì)量影響的研究進(jìn)展[J]. 草業(yè)科學(xué), 20(9): 67-70.

宋海燕, 李傳榮, 許景偉, 等. 2007. 濱海鹽堿地棗園土壤酶活性與土壤養(yǎng)分、微生物的關(guān)系[J]. 林業(yè)科學(xué), 43(S1): 28-32.

孫瑞蓮, 趙秉強(qiáng), 朱魯生, 等. 2003. 長期定位施肥對土壤酶活性的影響及其調(diào)控土壤肥力的作用[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 9(4): 406-410.

王杰, 李剛, 修偉明, 等. 2014. 貝加爾針茅草原土壤微生物功能多樣性對氮素和水分添加的響應(yīng)[J]. 草業(yè)學(xué)報, 23(4): 343-350.

王龍昌, 玉井理, 永田雅輝, 等. 1998. 水分和鹽分對土壤微生物活性的影響[J]. 北方水稻, (3): 40-42.

王明君, 趙萌莉, 崔國文, 等．2010. 放牧對草甸草原植被和土壤的影響[J]. 草地學(xué)報, 1(6): 2-4.

王濤, 辛世杰, 喬衛(wèi)花, 等. 2011. 幾種微生物菌肥對連作黃瓜生長及土壤理化性狀的影響[J]. 中國蔬菜, (18): 52-57.

王延軍, 宗良綱, 李銳, 等. 2010. 不同肥料對水稻生長和土壤 微生物量的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報, 22(6): 834-838.

烏仁其其格, 閆瑞瑞, 辛?xí)云? 等. 2011. 切根改良對退化草地羊草群落的影響[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 32(4): 55-58.

武霞, 楊曉松, 沈景林, 等. 2007. 不同改良措施對鹽堿化草地改良效果研究[J]. 青海畜牧獸醫(yī)雜志, 37(1): 9-11.

閆德仁. 1997. 人工林土壤腐殖質(zhì)特性和土壤酶活性的研究[J]. 林業(yè)科技, 22(5): 10-12.

楊玉新, 王純立, 謝志剛. 2008. 微生物肥對土壤微生物種群數(shù)量的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 45(1): 169-171.

尤泳, 王德成, 王光輝, 等. 2008. 破土切根對退化羊草草地土壤理化特性的影響[C]//中國草學(xué)會青年工作委員會農(nóng)區(qū)草業(yè)論壇. 農(nóng)區(qū)草業(yè)論壇論文集.

于會泳, 宋曉麗, 王樹聲, 等. 2015. 低分子量有機(jī)酸對植煙土壤酶活性和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 48(24): 4936-4947.

張成霞. 2008. 放牧對隴東黃土高原天然草地土壤理化特性及微生物的影響[D]. 蘭州: 蘭州大學(xué).

張宏偉, 陳港, 唐愛民, 等. 2003. 腐植酸共聚物對土壤酶活性的影響[J]. 土壤通報, 34(1): 29-32.

張麗麗, 白振軍, 薩仁高娃. 2012. 草地改良措施對退化草甸草原生產(chǎn)力的影響[J]. 草原與草業(yè), (3): 37-46.

趙秉強(qiáng), 張福所, 廖宗文, 等. 2004. 我國新型肥料發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 10(5): 536-545.

Effect of combined microbial fertilizer on soil microorganism and enzyme activity in the Hulunber Punching Leymus chinensis meadow steppe [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(4): 597-604.

YAN Ruirui, WEI Zhijun, WUREN Qiqige, CHEN Jinqiang, DAI Jingzhong, YAO Jing, BAI Yuting, XIN Xiaoping. 2017.

Effect of Combined Microbial Fertilizer on Soil Microorganism and Enzyme Activity in the Hulunber Punching Leymus chinensis Meadow Steppe

YAN Ruirui1, WEI Zhijun2, WUREN Qiqige3, CHEN Jinqiang1, DAI Jingzhong2, YAO Jing1, BAI Yuting2, XIN Xiaoping1*
1. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences//Hulunbeir Grassland Ecosystem Research Station, China, Beijing 100081, China; 2. College of Grassland and Resources Environmental, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China; 3. Life Science and Chemistry School at Hulunber College, Hailar 021008, China

In order to provide scientific basis for improvement，restoration and reasonable use of degraded Leymus chinensis meadow steppe ecosystem, the effect of different microbial fertilizer addition levels on the soil nutrients，soil microbial biomass and soil enzyme activities of on hulunbuir perforated L. chinensis meadow steppe mowing pasture was studied and the key soil factor that its affecting soil microbial biomass carbon and nitrogen and soil enzyme activity was analyzed. The results show that: (1) soil total carbon and total nitrogen was highest in humic acid + high microbial agents (F+J) treatment in a normal or sufficient year for rain, and soil total carbon and total nitrogen respectively increased 1.84%~18.53% and 1.24%~31.67%, there was no significant differences among all other the treatments; (2) Soil biological activity is closely related to soil hydrothermal condition, the microbial biomass carbon and nitrogen contents were highest in F+J treatment and H+J treatment in the rain normal years, and respectively increased 57.52% and 19.01% than those of CK, while the microbial biomass carbon and nitrogen contents were not significant affected under different treatments in dry year; (3) Soil invertase of H+J and F+J treatment were significantly higher than other treatment in 2014, increased by 10.68% and 10.12% respectively than CK, whereas in dry year of 2015, soil invertase was significantly higher in F, H, T and F+J treatments than CK (increased ranged from 4.72% to 9.84%), soil catalase in F and F+J treatments were significantly higher than CK, increased by 2.50%; And (4) the key factor of influence soil invertase enzyme, utease enzyme, catalase enzyme respectively was soil totle C, soil aviliable K, soil aviliable N and conductivity; The key factor of influence soil microbial biomass carbon and nitrogen respectively was soil totle P, soil aviliable P. These results implied that compound microbial fertilizer and microbial agents together could be useful to increase the soil enzyme activity, microbial biomass carbon and nitrogen contents of hulunbuir L. chinensis meadow steppe, and to improve the grassland soil fertility status of biological chemistry．

Leymus Chinensis meadow steppe; physical improvement; compound microbial fertilizer; soil fertility; soil microbial biomass; soil enzyme activity

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.04.008

S812.29; X17

A

1674-5906（2017）04-0597-08

閆瑞瑞, 衛(wèi)智軍, 烏仁其其格, 陳金強(qiáng), 代景忠, 姚靜, 白玉婷, 辛?xí)云? 2017. 微生物肥料對呼倫貝爾打孔羊草草甸草原土壤微生物及酶活性的影響研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 26(4): 597-604.

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303060）；國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（2016YFC0500601）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（1610132016033；1610132016027）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-35-11）

閆瑞瑞（1979年生），女，副研究員，博士，從事草地生態(tài)、碳氮循環(huán)和溫室氣體排放方面的研究。E-mail: yanruirui19790108@163.com *通信作者。E-mail: xinxp@sina.com

2017-03-04