石玉龍，高佩玲，劉杏認，張晴雯，張愛平，楊正禮

（1 山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院，山東淄博 255000；2 山東理工大學資源與環(huán)境工程學院，山東淄博 255000；3 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

我國具有農(nóng)業(yè)利用潛力的鹽堿地約占全國鹽堿地的10%[1]，鹽堿地中高濃度的鹽分可降低土壤微生物量[2]，抑制土壤碳、氮的礦化和土壤酶的活性[3]，限制作物的生長。因此改良鹽堿地、實現(xiàn)鹽堿地的可持續(xù)利用，對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。近年來國內(nèi)外對鹽堿地的改良已取得顯著成效[1,4-5]，這些研究主要以物理、化學和生物措施為主，如排水洗鹽、添加石膏、種植耐鹽植物等[1]。但不同程度地存在成本高、作用范圍有限、二次污染和見效慢等問題。土壤改良劑的選擇仍是今后研究的重點。

土壤微生物量屬于土壤中不穩(wěn)定的少量有機質(zhì)[6-7]。微生物是土壤生物化學活動的主要參與者[8]，不僅參與土壤中有機質(zhì)分解和腐殖質(zhì)的形成[9]，是土壤養(yǎng)分快速周轉(zhuǎn)的重要庫和源，也是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及循環(huán)的驅(qū)動因素[10]，而且由于微生物量是土壤養(yǎng)分中最為活躍的部分，能夠快速轉(zhuǎn)化的微生物量碳 (MBC) 和微生物量氮 (MBN) 常被用作土壤質(zhì)量的評價指標[11-12]。施肥是影響土壤MBC和MBN不可忽視的重要因素。徐一蘭等[13]通過長期試驗發(fā)現(xiàn)，有機肥和無機肥配施與單施化肥相比，單施化肥與不施肥相比，土壤MBC和MBN含量均明顯提高。王文鋒等[14]在溫室蔬菜不同施肥模式定位試驗中發(fā)現(xiàn)，同等養(yǎng)分投入量下，有機無機肥料配合施用提高土壤微生物量碳、氮的效果顯著好于單施化肥，同時又以化肥配施秸稈效果更佳。陳歡等[15]利用長期定位試驗研究砂姜黑土微生物特征對不同施肥模式的響應，發(fā)現(xiàn)施加有機肥可有效增加土壤MBC和MBN含量，有機無機配施處理尤為顯著。微生物對土壤環(huán)境的變化非常敏感，土壤溫度、土壤濕度和土壤pH等環(huán)境因素都是影響土壤微生物量的重要因素[16-19]。

生物炭作為一種新興土壤調(diào)理劑，其在農(nóng)田中的應用也成為當下的研究熱點。生物炭是生物質(zhì)在缺氧條件下通過高溫熱解得到的一種富碳固體[20]。有研究發(fā)現(xiàn)[21]，土壤中添加生物炭不僅可以增加土壤含水量、電導率，還能增加土壤微生物量，促進土壤碳、氮的礦化。張瑞[4]基于室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，鹽堿土中施加生物竹炭降低了土壤pH和電導率，增加了土壤有機質(zhì)的含量。Zhang等[18]通過華北長期定位試驗研究發(fā)現(xiàn)，施加生物炭較常規(guī)施肥顯著增加了土壤微生物量碳。針對我國有機肥投入長期不足的狀況，有機肥作為中國最為傳統(tǒng)的農(nóng)作物肥料，在穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的基礎(chǔ)上對農(nóng)田土壤的改善作用日益凸顯。Wu等[22]通過溫室試驗發(fā)現(xiàn)，土壤中施加有機肥能夠增加鹽堿土中的微生物數(shù)量和種類，提高土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)含量。Chu等[23]在長達16年的試驗中發(fā)現(xiàn)，施加有機肥較單施無機肥顯著增加了土壤MBC含量，同時也提高了土壤微生物的活性。

目前大量研究表明，施肥對土壤MBC和MBN能夠產(chǎn)生顯著影響，但針對生物炭和有機肥的施加對華北平原濱海鹽土中土壤微生物量影響的研究較少。本試驗基于山東濱州冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)，進行了生物炭和有機肥對鹽堿土MBC和MBN影響的研究，試圖明確添加生物炭和有機肥能夠改善鹽土的土壤環(huán)境，增加土壤MBC和MBN含量，為進行鹽堿地的改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在山東省濱州市濱城區(qū)濱北鎮(zhèn)中裕農(nóng)牧生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū) (37.48°N、118.05°E) 進行，該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫12.7℃，海拔高度7 m，平均地面溫度14.7℃，平均日照時數(shù)2632.0 h，年平均降水量596.5 mm，降水多集中在7～8月。作物種植方式為冬小麥-夏玉米輪作，平均全鹽量為2.2 g/kg，土壤質(zhì)地為壤土，土壤類型為潮土，屬于中度鹽化土壤，2016年試驗前土壤的基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗材料

試驗所用生物炭購于山東銘宸環(huán)衛(wèi)設(shè)備有限公司，為棉花秸稈在800℃下經(jīng)72 h不完全燃燒制成的黑色粉末。生物炭密度為0.3 g/cm3、pH值8.6、碳含量73%、氮含量0.9%、有效磷含量0.08%、有效鉀含量1.6%，有機肥為免深耕有機肥，原料為牲畜糞便，黑色顆粒狀，其中N + P2O5+ K2O ≥ 5%，有機質(zhì)含量大于45%。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置 CK (無機肥)、C1[生物炭 5 t/(hm2·a)]、C2[生物炭 10 t/(hm2·a)]、C3[生物炭 20 t/(hm2·a))、M1[有機肥 7.5 t/(hm2·a)]、M2[有機肥 10 t/(hm2·a)]，共6個處理，每個處理3次重復。所有處理氮、磷肥用量均為 N 200 kg/(hm2·a)、P2O5120 kg/(hm2·a)，生物炭和有機肥處理氮、磷不足部分由尿素和磷酸二銨補充。因土壤鉀含量較高，不施鉀肥，生物炭、有機肥、磷肥作為基肥一次性施入，氮肥中1/3尿素作為基肥，2/3尿素追肥。

試驗以夏玉米-冬小麥輪作體系下的土壤為研究對象，進行了整個輪作周期的連續(xù)采樣。夏玉米于2016年6月25日施肥播種，翻耕深度為15 cm，10月11日收獲，冬小麥于10月20日播種，2017年6月10日收獲。生物炭、有機肥及尿素、磷酸二銨由人工均勻撒施，分兩季施入，比例為1∶1，并于7月28日追肥一次。夏季因雨量充沛，田間無灌溉措施。冬小麥其余管理措施與當?shù)剞r(nóng)田管理方式一致。

1.4 樣品采集及測定

1.4.1 土壤樣品的采集 玉米季土樣半個月采集一次，小麥季為一個月采集一次。利用土鉆采集0—20 cm及20—40 cm土層土樣，每個小區(qū)隨機采集5個點并進行混勻，過2 mm篩，揀去殘留秸稈及石塊等，一部分4℃下保存，用于測定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、MBC、MBN以及土壤含水量，另一部分自然風干，測定土壤pH。

表 1 試驗前土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic properties of the tested soil

1.4.2 測定方法 土壤溫度和土壤含水量測定：土壤溫度利用手持式數(shù)字溫度計 (JM 222) 進行原位監(jiān)測，分別測量5 cm和10 cm深的土壤溫度；在105℃下烘干24 h測定土壤含水量[24]。

pH的測定：稱取10 g過2 mm篩的自然風干土樣，置于50 mL燒杯中，加入25 mL蒸餾水，將容器密封后，用攪拌器攪拌5 min，靜置1 h，然后用pH 計測定[25]。

NH4+-N、NO3--N含量測定：利用0.01 mol/L CaCl2水土比5∶1浸提，采用AA3流動分析儀測定。

MBC和MBN的測定：采用氯仿熏蒸進行提取[26]，浸提液過濾后再使用multi N/C 2100/2100S TOC分析儀 (Jena，德國) 測定。每個處理不同土層各稱取50 g鮮土于燒杯中，如果土壤過濕，應在室內(nèi)適當風干，以手感濕潤疏松但不結(jié)塊為宜 (約為飽和持水量的40%)。如果土壤過于干燥，用蒸餾水調(diào)節(jié)至飽和持水量的40%。置于密閉容器中，同時放入裝有NaOH溶液的燒杯，以吸收在土壤培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的CO2，容器中導入少量蒸餾水，用于保持土壤濕度。將密閉容器置于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7天。培養(yǎng)結(jié)束后，每個培養(yǎng)燒杯中分別稱取兩份10 g土樣，其中一份在-0.07 Mpa壓力下進行氯仿熏蒸，另一份除不熏蒸外，其他操作與熏蒸相同。避光放置24 h后用0.5 mol/L K2SO4進行浸提 (土∶水 =1∶4)，振蕩0.5 h，過濾后放入離心管后測定。MBC(MBN) 計算公式[26]為：

式中：C(N)熏蒸、C(N)未熏蒸分別表示氯仿熏蒸和未熏蒸土壤提取液中的全碳 (全氮) 濃度 (μg/g)；KE為轉(zhuǎn)換系數(shù)，取值為0.45。計算結(jié)果為每單位干土所含微生物量碳 (微生物量氮) 的量 (μg/g)。

產(chǎn)量：玉米或小麥成熟后，每個小區(qū)隨機劃9 m2(3 m × 3 m) 的樣方，將樣方內(nèi)的玉米或小麥全部收獲測產(chǎn)。脫粒后，經(jīng)105℃殺青30 min后，于80℃下烘干至恒重，計算產(chǎn)量，單位為kg/hm2。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Office Excel 2003對數(shù)據(jù)進行初步整理，用Origin 8.5進行圖形繪制，不同處理間土壤微生物量的差異性利用SPSS 19.0單因素方差分析和LSD法進行分析，利用Pearson相關(guān)系數(shù)檢驗分析土壤微生物量和土壤溫度、土壤pH、土壤含水量、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮之間的相關(guān)性，所有結(jié)果數(shù)據(jù)均以平均值 ± 標準差的形式表達。

2 結(jié)果與分析

2.1 施加生物炭和有機肥對土壤微生物量碳的影響

圖 1 土壤微生物量碳的動態(tài)變化Fig. 1 Dynamics of soil microbial biomass carbon(MBC)

圖1為2016—2017年夏玉米-冬小麥土壤MBC的動態(tài)變化。整個玉米生育期，0—20 cm土層MBC含量總體高于20—40 cm土層，兩層土壤生物炭處理MBC變化范圍在64.1～570.0 μg/g，有機肥處理變化范圍在90.6～451.3 μg/g之間 (圖1)。施肥播種5天后，生物炭和有機肥處理在0—20 cm土層均顯著增加了土壤MBC (P ＜ 0.05)，增加幅度分別在57.8%～235%和246%～314%。在20—40 cm土層中，除了C2顯著降低外，其余處理也均增加了土壤MBC含量，C3、M1、M2處理與CK之間均表現(xiàn)出顯著性差異。播種后及整個7月份，各處理0—40 cm土層MBC變化均不穩(wěn)定，但總體呈下降趨勢。8月份各處理變化較為穩(wěn)定，不同處理不同土層較CK而言，施加生物炭和有機肥均顯著增加了土壤MBC含量 (P ＜ 0.05)。9月份至玉米收獲，0—20 cm土層中生物炭和有機肥處理的MBC依然高于CK處理，但在20—40 cm土層出現(xiàn)一定的波動。對于小麥季來說，土壤MBC的變化波動要弱于玉米季。小麥季0—20 cm土層中，生物炭和有機肥處理均不同程度地增加了土壤MBC含量，但僅M1和M2處理表現(xiàn)出顯著差異 (P ＜ 0.05)。在20—40 cm土層中，生物炭和有機肥均顯著增加了土壤MBC含量，生物炭和有機肥對20—40 cm土層的MBC含量影響更為明顯。從不同處理平均MBC含量來看 (圖2)，0—20 cm土層MBC平均含量要高于20—40 cm土層。0—20 cm土層中，不同處理平均MBC含量大小為：M2 ＞ M1 ＞ C3 ＞ C2 ＞ C1 ＞ CK。與 CK 相比，C1、C2、C3、M1、M2處理中MBC含量分別增加了18.7%、20.2%、40.9%、40.9%、50.4%，其中C3、M1、M2處理與CK之間存在顯著性差異 (P ＜ 0.05)。在20—40 cm土層中，平均MBC含量與0—20 cm相比表現(xiàn)并不完全一致，其大小順序為M1 ＞ M2 ＞C1 ＞ C3 ＞ C2 ＞ CK。各處理 MBC 含量均顯著高于CK處理，C1、C2、C3、M1、M2處理分別顯著增加了91.9%、47.7%、60.0%、118.4%、98.4%，且M1 處理顯著高于 C2、C3 處理 (P ＜ 0.05)。

2.2 施加生物炭和有機肥對土壤微生物量氮的影響

圖 2 施加生物炭和有機肥對土壤微生物量碳的影響Fig. 2 Effects of biochar and organic manure on soil MBC

圖 3 土壤微生物量氮的動態(tài)變化Fig. 3 Dynamics of soil microbial biomass nitrogen(MBN)

圖3所示，在整個玉米生育期土壤MBN含量變化總體較為一致，整體呈下降趨勢波動，試驗期間生物炭處理均在5.3～92.5 μg/g范圍內(nèi)變化，有機肥處理為4.2～163.9 μg/g。施肥播種5天后，生物炭和有機肥處理均顯著增加了0—20 cm土層的MBN含量 (P ＜ 0.05)，而對20—40 cm土層MBN影響并不一致：僅有C3和M2處理顯著增加了土壤MBN含量 (P ＜ 0.05)。兩層土壤中M2處理MBN含量最高，分別達到163.9、142.1 μg/g。7月28日追肥后，各處理0—20 cm土層MBN均出現(xiàn)下降趨勢，但追肥對土壤MBN含量并無顯著影響。在8月期間，與CK相比，不同處理同樣增加了土壤MBN含量。從9月到玉米收獲，各處理MBN含量變化逐漸趨于穩(wěn)定。小麥季的M1和M2處理土壤MBN波動較大。在0—20 cm土層中，C1和C3處理土壤MBN含量有降低趨勢，C2、M1和M2處理土壤MBN含量有增加趨勢，但是均不具有顯著性差異。對于20—40 cm土層MBN含量，僅M1和M2處理顯著增加了土壤MBN含量 (P ＜ 0.05)?？傮w來看 (圖4)，施用生物炭和有機肥對0—20 cm土層MBN含量的影響小于對20—40 cm土壤MBN含量的影響。0—20 cm土層中，施用生物炭和有機肥與對照相比均具有增加土壤MBN含量的趨勢，并且隨著生物炭和有機肥施加量的增加而增加，C1、C2、C3處理分別增加了0.19%、9.9%、18.1%。有機肥處理M1和M2均表現(xiàn)出顯著性差異 (P ＜ 0.05)，M1處理增加56.4%，M2處理增加了78.1%。20—40 cm土層中，與0—20 cm土層類似，生物炭處理和有機肥處理均有增加土壤MBN的趨勢。有機肥處理對土壤MBN的影響大于生物炭處理，M1和M2處理均顯著增加了土壤MBN含量，增幅分別為136.9%和162.3%。整個夏玉米-冬小麥生育期中，生物炭和有機肥均可增加土壤MBN含量，并且生物炭對土壤MBN含量的影響小于有機肥。

圖 4 施加生物炭和有機肥對土壤微生物量氮的影響Fig. 4 Effects of biochar and organic manure on soil MBN

2.3 施加生物炭和有機肥對土壤MBC/MBN的影響

圖 5 土壤MBC/MBN的動態(tài)變化Fig. 5 Dynamica of soil MBC/MBN

圖5表明，整體來看，玉米季土壤MBC/MBN (兩層土壤) 呈逐漸增加的趨勢，但是小麥季MBC/MBN波動較大。玉米季，在0—20 cm土壤中，CK、C1、C2、C3、M1、M2變化范圍分別為3.3～8.1、3.3～8.7、3.9～12.5、3.3～18.2、3.2～8.5、2.6～16.0；對于20—40 cm土壤的MBC/MBN，CK、C1、C2、C3、M1、M2處理中的變化范圍為2.9～8.7、3.6～11.9、3.7～16.8、4.1～11.3、3.4～11.2、3.0～25.8。玉米季前期 (8月30日前)，0—20 cm土層變化范圍為 2.6～6.5 (除8月 16日 M2處理為 10.4)；在20—40 cm土層中，MBC/MBN均在2.9～10.8之間，其中6月30日M1處理為7.2，7月16日M2處理中為10.8，8月16日M1和M2處理中分別為10.1和9.7。但是，玉米季前期各處理之間并不存在顯著性差異。玉米季后期各處理0—40 cm土層MBC/MBN均在5.7～18.2之間和5.8～25.8之間。在小麥季，CK變化范圍為4.3～10.4 (0—20 cm土層) 和3.9～14.6 (20—40 cm土層)。生物炭處理(C1、C2、C3) 兩層土壤MBC/MBN在3.7～32.8和3.6～24.2之間，大部分時期生物炭處理大于6。對于有機肥處理，兩層土壤的MBC/MBN變化趨勢均呈鋸齒狀，在0—20 cm土層中，M1、M2處理變化范圍分別為2.6～16.5、2.6～11.1；20—40 cm土層中，M1、M2處理變化范圍分別為0.8～14.8、2.5～23.9。施加生物炭和有機肥使土壤MBC/MBN波動更為明顯，但是和對照相比并沒有發(fā)生顯著性變化。

2.4 施加生物炭和有機肥后土壤pH、溫度、含水量和礦質(zhì)氮的變化

整個夏玉米-冬小麥生育期的土壤pH值均呈現(xiàn)不規(guī)則的鋸齒狀 (圖6)，在0—20 cm土層中，變化范圍在7.1～8.3之間，20—40 cm土層中則在7.5～8.5之間。通過均值比較發(fā)現(xiàn)，在玉米季中，生物炭和有機肥處理與對照相比均降低了土壤pH值 (P ＜0.05)，兩層土壤中有機肥處理均表現(xiàn)出顯著性差異，而生物炭處理中僅在20—40 cm土層中C1和C2處理表現(xiàn)出顯著差異性。小麥季，0—20 cm土層與對照相比，除了C1處理，其余處理均顯著降低了土壤pH，在20—40 cm土層中，各處理同樣顯著降低了土壤 pH (P ＜ 0.05)。

圖 6 施加生物炭和有機肥對土壤pH影響及相應時期溫度變化Fig. 6 Effects of biochar and organic manure on soil pH and soil temperature

土壤溫度主要受季節(jié)變化的影響。試驗結(jié)果表明，隨著時間的推移，土壤溫度先升高后降低，次年土壤溫度逐漸升高 (圖6)，2016年7月30日達到最大值，同年12月降至最低值，春夏季中，10 cm土壤溫度要低于5 cm土壤溫度，而冬季則相反。

圖7表明，玉米季不同處理不同土層土壤含水量總體呈先增后減的趨勢。兩層土壤平均含水量變化范圍分別在15.6%～24.6%和15.3%～25.1% (圖8)。小麥季含水量總體呈現(xiàn)降低的趨勢，20—40 cm土層(7.5%～17.2%) 含水量波動小于0—20 cm土層 (6.7%～20.1%)，小麥季含水量均低于玉米季含水量?？傮w來說，生物炭和有機肥對土壤含水量的影響并不一致，并且均沒有產(chǎn)生顯著性差異(圖8)。

圖 7 土壤含水量的動態(tài)變化Fig. 7 Dynamics of soil water content

圖 8 施加生物炭和有機肥對土壤0—20 cm和20—40 cm含水量的影響Fig. 8 Water content in 0-20 cm and 20-40 cm soil layers affected by biochar and manure addition

圖9顯示，玉米季，生物炭和有機肥處理中NH4+-N整體呈下降趨勢，而在小麥季則是表現(xiàn)出先增后減的趨勢 (圖9A)。玉米季追肥后，各處理NH4+-N含量均表現(xiàn)出增加的趨勢，但均不具有顯著性差異。小麥季0—20 cm土層中，播種后至越冬期 (12月11日)，對照中NH4+-N含量均高于其它處理。小麥季進入返青期后，各處理NH4+-N含量均明顯升高，在0—20 cm土層中，生物炭和有機肥處理均顯著增加了土壤NH4+-N含量；在20—40 cm土層中，除C3處理外，其余處理均顯著增加了土壤NH4+-N含量 (P ＜ 0.05)。在隨后的時期，M1、M2處理中NH4+-N含量仍處于較高的水平。對于各處理年平均NH4+-N含量而言 (圖9B)，僅有機肥處理顯著增加了土壤NH4+-N含量。

玉米季各處理NO3--N含量總體呈先減后增的趨勢 (圖9C)，追肥后0—40 cm土層的NO3--N含量并沒有發(fā)生明顯的變化，玉米季后期，M2處理NO3--N含量一直處于較高水平。小麥季土壤NO3--N含量波動較大，在小麥返青期至成熟期之間最為明顯，有機肥處理明顯高于對照和生物炭處理 (圖9C)。對于年平均含量來說 (圖9D)，施加生物炭和有機肥均顯著增加了土壤NO3--N 含量 (P ＜ 0.05)，C1、C2、C3、M1、M2處理分別增加了39.5%、37.9%、53.2%、193%、363%。

圖 9 施加生物炭和有機肥對土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響Fig. 9 Effects of biochar and organic manure on soil NH4+-N and NO3--N contents

2.5 施加生物炭和有機肥對作物產(chǎn)量的影響

施加生物炭和有機肥對玉米 (除M1) 和小麥 (除C2) 產(chǎn)量有增加的趨勢 (圖10)。在玉米季，C1、C2、C3、M2處理與CK相比，玉米產(chǎn)量有增加的趨勢，但沒有顯著性差異，而M1處理玉米產(chǎn)量降低，降低效果顯著。

對小麥產(chǎn)量而言，僅C2處理出現(xiàn)產(chǎn)量降低的趨勢，C1、C3、M1、M2處理的產(chǎn)量均有增加的趨勢，但各處理間并無顯著性差異。

2.6 土壤微生物量碳氮與土壤pH、溫度和含水量的相關(guān)性分析

表2表明，土壤pH與土壤MBC和MBN均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，而土壤溫度僅與土壤MBC表現(xiàn)出極顯著負相關(guān)關(guān)系，與土壤MBN并沒有表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。雖然土壤含水量與土壤MBC和MBN均呈負相關(guān)關(guān)系，但是并沒有表現(xiàn)出顯著性。土壤NH4+-N含量與土壤MBC呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤MBN呈顯著正相關(guān)關(guān)系。而土壤NO3--N含量與土壤MBC和MBN均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤MBC/MBN則與土壤溫度和含水量均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。

圖 10 施加生物炭和有機肥對作物產(chǎn)量的影響Fig. 10 Effects of biochar and organic fertilizer on crop yields

表 2 土壤微生物量碳氮與土壤pH、土壤溫度和土壤含水量相關(guān)性分析Table 2 Correlation analyses between soil microbial biomass and soil pH, temperature, and moisture

3 討論

土壤MBC和MBN雖然受季節(jié)變化影響較大，但施肥仍然是影響土壤MBC和MBN變化的主要因素。通過對堿土中施用生物炭和有機肥，整個夏玉米-冬小麥期間土壤微生物量變化較為明顯。施肥播種后即2016年6月30日土壤MBC和MBN變化顯著，特別是在0—20 cm土層，施加生物炭和有機肥處理均顯著增加了土壤MBC和MBN含量。這可能是因為生物炭和有機肥的施加增加了土壤中碳含量，為土壤微生物提供大量的碳源[27]，其有利于土壤微生物的生長和繁殖；播種后，玉米還未出苗，幾乎不會與土壤微生物競爭土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)[28]，而且在有機質(zhì)含量較高和C/N比較大的土壤中，微生物可能會同化更多的無機氮[29]，導致土壤微生物量顯著增加。玉米季追肥后，各處理間土壤MBC和MBN含量并沒有較大波動，可能是因為追肥后增加了土壤礦質(zhì)氮的含量，為土壤微生物提供大量氮源，降低了土壤中的碳氮比，使土壤中碳含量成為這個時期微生物量增加的限制因素[30]；同時也可能是因為大量的礦質(zhì)氮被土壤中硝化和反硝化作用利用，刺激土壤N2O的大量排放[31]，試驗發(fā)現(xiàn)追肥后土壤NH4+-N和NO3--N含量變化并不顯著。

施用生物炭和有機肥均不同程度地增加了不同土層土壤MBC和MBN含量，這與Zhang等[18]在華北平原砂質(zhì)壤土中連續(xù)施加4年生物炭，增加土壤微生物量碳氮的結(jié)果一致，同時也與李娟等[32]通過對褐潮土長期定位試驗發(fā)現(xiàn)有機肥無機肥配施與CK相比土壤MBC和MBN均有明顯提高的結(jié)果類似。由于濱海鹽地鹽分較高，不利于土壤微生物的生長繁殖[33]，而生物炭的多孔性、巨大的比表面積可為土壤微生物提供充足的生長繁殖空間。同時生物炭的輸入為土壤微生物提供了大量的碳源，而且生物炭的添加促進了氮素礦化，由于生物炭的吸附作用[21,25]，大量礦質(zhì)氮會在土壤中累積，這不僅為植物生長提供肥力，同時為微生物自身生長繁殖提供氮源，這可能也是生物炭能夠增加土壤微生物量的一個重要原因，本試驗中施加生物炭顯著增加了土壤NO3--N含量。有機肥的施入，不僅可以為土壤微生物提供大量的有機碳源和氮源，加快土壤微生物的分解速度，而且有機肥能夠促進脫鹽，抑制返鹽[34]，為土壤微生物創(chuàng)造良好的生存空間，從而增加土壤微生物量。除了肥料自身的特性外，土壤環(huán)境也是影響土壤MBC、MBN含量的關(guān)鍵因素。本試驗發(fā)現(xiàn)土壤MBC和MBN與土壤pH呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，并且試驗發(fā)現(xiàn)施用生物炭和有機肥均顯著降低了土壤pH。

施加生物炭能夠降低土壤pH的結(jié)果與很多現(xiàn)有研究中向土壤施加生物炭可提高土壤pH的研究結(jié)果并不一致，如張星等[25]通過華北平原長期定位試驗發(fā)現(xiàn)，連續(xù)多年施用生物炭能夠顯著提高土壤pH值。導致出現(xiàn)這種結(jié)果的可能原因：一，本試驗地為鹽堿地，土壤中存在大量的鈣、鎂陽離子，這些金屬陽離子可能會與生物炭表面羧基官能團中的H+發(fā)生置換[35]；二，施加生物炭可能會通過吸附作用或?qū)ν寥乐蟹聪趸饔卯a(chǎn)生抑制作用使土壤中大量NO3--N累積，從而導致土壤pH降低[36]。

試驗還發(fā)現(xiàn)土壤溫度與土壤MBC呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)關(guān)系，但與土壤MBN并沒有表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。玉米季處于夏季，平均土壤溫度在20℃以上，溫度變化范圍相比小麥季較小，而整個小麥季大部分生育期處于較低的溫度環(huán)境中，低溫抑制了土壤微生物的活性和土壤有機質(zhì)的分解速率[14]，小麥季后期溫度升高，小麥生長與土壤微生物對土壤營養(yǎng)物質(zhì)需求形成競爭關(guān)系，使土壤MBC含量降低。這可能是導致土壤MBC與土壤溫度表現(xiàn)出極顯著負相關(guān)關(guān)系的主要原因。同時試驗發(fā)現(xiàn)土壤MBC和MBN均與土壤含水量表現(xiàn)出負相關(guān)關(guān)系，但是并未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

有研究發(fā)現(xiàn)，細菌的碳氮比在3～5之間，放線菌為5～7之間，真菌碳氮比在7～12之間[37-38]。玉米季前期 (8月30日前) 以細菌為主，后期則以真菌為主，這可能是因為玉米季生長后期，大量凋落物進入土壤，導致大量真菌生長繁殖[39]，也可能是后期土壤氮素供應不足，土壤MBN降低，導致MBC/MBN增大[40]。但是小麥季MBC/MBN季節(jié)性波動較大，這與黃劍[41]的研究結(jié)果一致。這可能和小麥季中溫度和土壤含水量這兩大關(guān)鍵因素有關(guān)。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤MBC/MBN與土壤溫度和含水量均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。整個小麥季土壤溫度波動較大，同時試驗期間小麥長期處于較為干旱狀態(tài)，這可能是導致小麥季MBC/MBN產(chǎn)生波動的關(guān)鍵原因。另一方面，通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤MBN與土壤礦質(zhì)氮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而小麥季土壤礦質(zhì)氮則表現(xiàn)出較大波動，這可能是導致小麥季MBC/MBN波動的直接原因。

4 結(jié)論

1) 在華北平原鹽地整個夏玉米-冬小麥生育期內(nèi)，施加生物炭能夠增加土壤MBC和MBN含量，其中生物炭C3 [20 t/(hm2·a)] 處理表現(xiàn)最優(yōu)，土壤平均MBC和MBN分別增加了40.9%～60.0%和18.1%～61.5%。

2) 有機肥處理對土壤MBC和MBN的影響要優(yōu)于生物炭處理。M1和M2處理均顯著增加了土壤MBC和MBN含量，增幅分別為40.9%～118.4%和56.4%～162.3%，兩個處理之間并無顯著性差異。

3) 玉米季前期以細菌為主，后期則以真菌為主，而小麥季MBC/MBN波動較大。

4) 土壤pH和土壤礦質(zhì)氮含量是影響土壤MBC和MBN的關(guān)鍵因素。