高粱生長及其土壤環(huán)境對(duì)不同培肥措施的響應(yīng)

董二偉，王 成，丁玉川，王勁松，武愛蓮，王立革，焦曉燕

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西 太原 030031；2.山西大學(xué) 生物工程學(xué)院，山西 太原 030006)

高粱生長及其土壤環(huán)境對(duì)不同培肥措施的響應(yīng)

董二偉1，王 成2，丁玉川1，王勁松1，武愛蓮1，王立革1，焦曉燕1

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西 太原 030031；2.山西大學(xué) 生物工程學(xué)院，山西 太原 030006)

為研究不同施肥條件對(duì)高粱生長、土壤養(yǎng)分、土壤酶活性和微生物的影響，以高粱-玉米輪作體系的高粱作為研究對(duì)象進(jìn)行田間定位試驗(yàn)。結(jié)果表明，不同施肥均可顯著提高高粱拔節(jié)期的株高、莖粗、可見葉片數(shù)和葉面積指數(shù)，以及高粱產(chǎn)量與單穗粒重(P<0.05)；各處理產(chǎn)量大小排序?yàn)镮F+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，相較于對(duì)照，高粱各施肥處理的產(chǎn)量增幅為80.6%～120.7%，均達(dá)到顯著水平，其中，處理IF+M+S表現(xiàn)最好；無機(jī)肥處理(IF)各養(yǎng)分指標(biāo)均高于不施肥(CK)，但增幅不顯著；與無機(jī)肥處理相比，各有機(jī)肥處理(IF+M、IF+M+S、M+S)的土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量均有提高，其中IF+M+S處理的全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)分別是CK的1.95，10.36，2.01，1.83倍，差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。各施肥處理在各生育時(shí)期的土壤酶活性均高于不施肥處理(CK)，其中有機(jī)無機(jī)肥與秸稈配施處理(IF+M+S)表現(xiàn)尤為明顯，拔節(jié)期和收獲期的堿性磷酸酶、收獲期的脲酶以及各時(shí)期的蔗糖酶活性均顯著高于無機(jī)肥處理(P<0.05)。通過有機(jī)肥或與無機(jī)肥配施的方式，均可提高土壤中微生物的群落功能多樣性指數(shù)及其利用碳源的能力，而且包含有機(jī)肥+秸稈的處理相比于其他有機(jī)肥處理，更利于提高土壤微生物多樣性。

施肥；高粱；產(chǎn)量；土壤酶；土壤微生物；土壤養(yǎng)分

糧食是人類繁衍生息最基本的需求，是經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和社會(huì)安定的基礎(chǔ)。高粱(Sorghumbicolor(L.)Moench)作為世界重要的禾谷類作物，是不可缺少的農(nóng)作物之一，其產(chǎn)量排在所有作物的第5位[1]。山西是我國傳統(tǒng)釀造業(yè)大省，白酒以及食醋均以高粱為原料釀制而成[2]。2012年統(tǒng)計(jì)顯示，山西省的玉米種植面積已達(dá)166.67萬hm2，連續(xù)14年增長；而高粱由于價(jià)格波動(dòng)大、產(chǎn)量較低以及機(jī)械化收獲難等問題，導(dǎo)致其種植面積持續(xù)下降，目前只有3.33萬hm2，占山西總耕地面積的1.4%左右[2-3]。而且高粱具有抗旱、耐瘠和耐鹽堿等特性，大部分高粱種植在低產(chǎn)田和邊際土壤。另外，近幾年高粱連作種植面積在擴(kuò)大，施肥投入在減少，造成高粱種植區(qū)域土壤肥力偏低。而土壤肥力是土壤物理化學(xué)性質(zhì)和生物活性的綜合體現(xiàn)，是作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)，提高土壤肥力、增加高粱產(chǎn)量已成為高粱種植發(fā)展的重要內(nèi)容之一。土壤養(yǎng)分含量、微生物多樣性和土壤酶活性等是表征土壤肥力高低的重要指標(biāo)，施肥不僅影響著土壤的質(zhì)量變化，同時(shí)也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展利用最為重要的措施。國內(nèi)外在施肥對(duì)土壤酶活性、微生物及養(yǎng)分的影響方面有較多的論述，研究主要集中在小麥、玉米、大豆等作物上，但在高粱和玉米輪作條件下，施肥對(duì)高粱生長、土壤酶活性、微生物多樣性及養(yǎng)分的研究鮮見報(bào)道。

本研究結(jié)合山西地區(qū)高粱土壤肥力低的現(xiàn)狀，在高粱產(chǎn)業(yè)課題的基礎(chǔ)上，研究在施肥和高粱-玉米輪作條件下各生育期土壤酶活性、微生物多樣性和養(yǎng)分變化特征，以明確不同施肥措施對(duì)土壤肥力的影響，旨在為高粱合理施肥和培育土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試高粱品種為晉雜34，玉米品種為晉單81。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在山西省晉中市榆次區(qū)山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)基地進(jìn)行。土壤類型為潮土，質(zhì)地為黏土。該地海拔802 m，年平均氣溫為9.7 ℃，年平均降水量為440.7 mm，降水70%以上集中在6-9月，最少日照數(shù)為2 535 h。供試土壤的基本理化性質(zhì)為：全氮1.16 g/kg，有效磷17.81 mg/kg，速效鉀177.65 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量11.13 g/kg。

在玉米-高粱輪作體系下，定位設(shè)置5個(gè)不同的施肥處理：CK(對(duì)照)、IF(無機(jī)肥)、IF+M(無機(jī)肥+有機(jī)肥)、IF+M+S(無機(jī)肥+有機(jī)肥+秸稈)、M+S(有機(jī)肥+秸稈)；其中，CK不施肥；IF是無機(jī)肥處理，由N、P、K組成，無機(jī)肥中氮肥用尿素、磷肥用磷二銨、鉀肥用硫酸鉀；有機(jī)肥(M)為牛糞，作為基肥一次施入；S為秸稈還田處理(收獲秸稈直接粉碎，全部均勻還田)；各處理中的肥料具體用量如表1所示。

表1 不同處理肥料種類及用量

試驗(yàn)采取大田試驗(yàn)的方法，采用相同的管理措施，每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列設(shè)計(jì)。小區(qū)面積75 m2，播前灌水900 m3/hm2，生育期不再灌溉。播種前施入1/2的氮肥和全部的磷肥、鉀肥，在前茬作物收獲后施入有機(jī)肥和秸稈，剩余1/2氮肥于拔節(jié)期追肥。每年5月4-6日播種，10月6-10日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 植株的采樣和根系的測定 在2015年高粱的拔節(jié)期分別測定植株的莖粗、株高、可見葉片數(shù)和葉面積；每個(gè)處理設(shè)3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)測定有代表性的5株。收獲前，對(duì)各試驗(yàn)小區(qū)的作物實(shí)際穗數(shù)和產(chǎn)量分別進(jìn)行調(diào)查，每小區(qū)采集具有代表性的5穗，帶回實(shí)驗(yàn)室測定穗粒重和千粒質(zhì)量。

在高粱花期采集根系，用10 cm×10 cm×10 cm的取土器采集長50 cm、寬40 cm、深40 cm(播種行為長軸，2株間為短軸)區(qū)域的根系，其中，包含了5株，但為了保證各株根系的完整性，只采集中間3株的根系。采集區(qū)域包括80個(gè)1 000 cm3的土塊，分別從每個(gè)土塊中認(rèn)真挑出全部根系并編號(hào)帶回；在實(shí)驗(yàn)室將根系沖洗干凈后，采用WinRHIZO根系形態(tài)分析系統(tǒng)(Canada regent company)進(jìn)行根系形態(tài)的測定。測定時(shí)將根系展開，采用EPSON掃描儀對(duì)根系進(jìn)行掃描，獲取根系掃描圖像后，用軟件分析生成的圖片，得到數(shù)據(jù)根長、根平均直徑、根表面積和根體積，最后將根系放入105 ℃烘箱烘干至恒重，并分別測定其干質(zhì)量。

1.3.2 土壤樣品采樣與測定方法 在2015年高粱和玉米的拔節(jié)期、花期和收獲期分別采集土壤根區(qū)土。采集時(shí)剝除表層2 cm土壤，每個(gè)小區(qū)都按“S”形采樣方法，取0～20 cm根層土壤，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)多點(diǎn)采集后混勻，一部分裝于無菌自封袋，馬上置于冰盒內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室，保存于4 ℃的冰箱內(nèi)，用于測定土壤微生物多樣性。另一部分土壤去除雜質(zhì)后，風(fēng)干過2 mm篩保存，用于測定土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量。

功能多樣性測定采用BIOLOG微平板分析法[4-5]，通過公式分別計(jì)算平均顏色變化率(AWCD)、Shannon多樣性指數(shù)和碳源利用豐富度指數(shù)(S)[6]。

AWCD值是Biolog Eco板在培養(yǎng)過程中，每孔顏色的變化率，表示微生物群落的整體活性和碳源代謝強(qiáng)度，是反映土壤微生物多樣性的一個(gè)重要指標(biāo)。

AWCD=∑(Ci-R)/n

①

式中，Ci表示微平板每孔的吸光度，R表示對(duì)照孔的吸光度，n為微平板上的碳源種類(本試驗(yàn)n=31)。

Shannon多樣性指數(shù)(H)用來衡量群落微生物的豐富度，H值越大，微生物群落代謝功能多樣性越高。

H=-∑Pi(lnPi)

②

式中，Pi表示每個(gè)孔吸光值與所有孔吸光值之和的比值。

碳源利用豐富度指數(shù)(S)是顏色變化的孔數(shù)，即微生物利用碳源種類的數(shù)量。當(dāng)光密度值<0.25時(shí)，視為顏色無變化。變化的孔數(shù)越多則表示微生物群落代謝功能多樣性越大[7](微生物在培養(yǎng)96 h時(shí)活性比較旺盛，所以微生物多樣性指數(shù)和不同碳源的利用率數(shù)據(jù)均使用培養(yǎng)96 h的平均顏色變化率)。

土壤酶活性的測定參照嚴(yán)昶升[8]的方法進(jìn)行。其中，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，蔗糖酶活性采用硫代硫酸鈉滴定法測定，脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定。

土壤養(yǎng)分含量的測定參照《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行[9]。其中，土壤全氮含量的測定采用凱氏定氮法，土壤有效磷的測定采用0.5 mol/L NaHCO3法，土壤速效鉀的測定采用NH4OAC浸提-火焰光度計(jì)法，土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀容量法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥對(duì)高粱生長和產(chǎn)量以及根系的影響

2.1.1 施肥對(duì)高粱生長的影響 從圖1可以看出，拔節(jié)期高粱各施肥處理的株高、莖粗、可見葉片數(shù)和葉面積指數(shù)均顯著高于CK(P<0.05)，高粱的株高、莖粗、葉面積指數(shù)的變化趨勢基本一致，從小到大依次為CK

圖1 不同施肥處理對(duì)高粱拔節(jié)期生長參數(shù)的影響

2.1.2 施肥對(duì)高粱產(chǎn)量的影響 由表2可知，高粱的各施肥處理相較于CK處理，產(chǎn)量、千粒質(zhì)量和單穗粒重都有顯著增加，除IF和M+S處理的千粒質(zhì)量外；其中各處理的產(chǎn)量大小依次為IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，各施肥處理相對(duì)于CK處理增產(chǎn)為3 351.0～5 014.5 kg/hm2，增幅為80.6%～120.7%，差異均達(dá)到顯著水平。與單施無機(jī)肥處理IF相比，加入有機(jī)肥處理增產(chǎn)411.0～1 663.5 kg/hm2，其中IF+M比M+S增產(chǎn)9.38%。IF+M+S處理的產(chǎn)量和單穗粒重均顯著高于IF和M+S處理與IF+M處理間無顯著性差異。而且各施肥處理的籽粒千粒質(zhì)量沒有明顯差異。說明施肥顯著提高了高粱產(chǎn)量和單穗粒重；而有機(jī)肥和秸稈的增施對(duì)高粱的千粒質(zhì)量影響較小。有機(jī)肥與秸稈配施的處理(IF+M+S)最能促進(jìn)高粱產(chǎn)量的增加。

2.1.3 施肥對(duì)高粱根系生物量和根表面積以及根體積與根長的影響 由表3可知，高粱各處理根系總生物量大小依次為處理IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，其中，處理IF和IF+M的根系總生物量分別為23.12，25.80 g，比CK分別增加76.35%和96.80%，處理IF+M+S和M+S的根系生物量分別為32.08，31.25 g，比CK分別增加144.70%和138.37%。由此可見，施肥能夠顯著增加根系總生物量，同時(shí)得出，IF+M+S和M+S處理顯著優(yōu)于IF和IF+M處理，其中處理IF+M+S表現(xiàn)最為顯著。進(jìn)一步分析施肥對(duì)土壤各根層生長狀況的影響可以看出，除10～20 cm的IF處理，施肥對(duì)0～10 cm和10～20 cm各處理根系生物量的影響與根系總生物量相似，對(duì)20～30 cm和30～40 cm的影響不明顯，說明施肥對(duì)根系生物量的影響主要集中在0～20 cm，而且隨著根層的增加，施肥對(duì)根系生物量的影響逐漸減小。

由表3還可知，高粱花期各處理0～40 cm的根總表面積和總體積均顯著高于CK和IF處理。說明有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)肥的配施有利于根系表面積和體積的增加。IF+M+S和M+S處理根系0～10 cm和10～20 cm的根表面積顯著高于其他處理；IF+M+S處理根系0～10 cm和10～20 cm的根體積顯著高于其他處理，而在20～30 cm和30～40 cm的根表面積和根體積各處理間沒有明顯規(guī)律，不同處理各土層深度根長的變化也無明顯規(guī)律?？傊┓蕦?duì)根系生物量影響最大，其次依次為根體積和根表面積，對(duì)根總長度影響最小。

表2 不同施肥處理對(duì)高粱收獲期籽粒的影響

注：表中同一項(xiàng)目同列不同字母表示兩處理間差異在P<0.05水平顯著。表3～6同。

Note：Different letters in the same colum meant significant difference among treatment at 0.05 level.The same as Tab.3-6.

表3 不同施肥對(duì)高粱根系生長的影響

2.2 施肥對(duì)高粱土壤養(yǎng)分的影響

從表4可以看出，與對(duì)照相比，在不同施肥處理下，土壤中全氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量均有不同程度的提高。高粱土壤各處理的全氮、有效磷、速效鉀含量的大小排序相同，依次為IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，其中，除了處理M+S的速效鉀外，處理IF+M+S和M+S均顯著高于處理IF和CK，無機(jī)肥處理(IF、IF+M)各養(yǎng)分指標(biāo)均高于不施肥(CK)，但增幅甚微，其中全氮和速效鉀含量增幅僅為3.45%，3.90%；與無機(jī)肥處理相比，各有機(jī)肥處理(IF+M+S、M+S)的土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量均有提高；其中，IF+M+S均表現(xiàn)最好，其全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)分別是CK的1.95，10.36，2.01，1.83倍，顯著高于CK處理。而處理IF+M相比于IF處理，全氮、有效磷和速效鉀的增幅分別為34.38%，112.62%，29.94%，也較為明顯，說明各有機(jī)肥處理相較于無機(jī)肥處理，土壤全氮、有效磷和速效鉀都有較明顯的提高。

表4 不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

高粱土壤各處理的有機(jī)質(zhì)含量大小依次為IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，各施肥處理比CK分別增加82.93%，43.64%，29.44%，4.70%。可以看出，處理IF+M+S和M+S的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于處理IF和CK ，M+S處理與IF+M間無顯著性差異，說明無機(jī)肥對(duì)有機(jī)質(zhì)含量影響較小，有機(jī)無機(jī)肥配施或有機(jī)肥與秸稈配施皆可明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2.3 施肥對(duì)土壤酶活性的影響

2.3.1 施肥對(duì)高粱土壤過氧化氫酶活性的影響 從表5可以看出，在高粱生育期內(nèi)，各處理的過氧化氫酶活性變化趨勢一致，都是拔節(jié)期過氧化氫酶活性最高，隨后在花期活性降低，而處理IF、IF+M、IF+M+S在收獲期略有回升。不同施肥處理均可提高高粱各時(shí)期土壤過氧化氫酶的活性，在高粱拔節(jié)期，土壤過氧化氫酶活性的變化為1.528～1.778 mL/g，其中，處理IF+M+S的過氧化氫酶活性高于其他處理，達(dá)到1.778 mL/g，并顯著高于CK處理，與其他處理間無顯著差異。在高粱花期，土壤過氧化氫酶活性的變化為1.300～1.575 mL/g，各施肥處理均顯著高于CK處理，各施肥處理間無顯著差異。在高粱收獲期，土壤過氧化氫酶活性的變化為1.247～1.621 mL/g，酶活性大小排序?yàn)镮F+M+S>IF+M>IF>M+S>CK，不同處理均顯著高于CK處理，增幅分別為29.99%，27.67%，24.70%，18.04%。

2.3.2 施肥對(duì)高粱土壤堿性磷酸酶活性的影響 從表5可以看出，在高粱各生育期內(nèi)，各處理的堿性磷酸酶活性變化趨勢基本一致，拔節(jié)期堿性磷酸酶活性較高，在花期活性略有降低，收獲期回升并達(dá)到峰值。不同施肥處理均可提高高粱各時(shí)期土壤堿性磷酸酶的活性。高粱拔節(jié)期土壤堿性磷酸酶活性的變化為0.926～1.205 mg/g，大小排序依次為 IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，與CK處理相比，增幅分別為30.13%，26.89%，21.06%，8.42%。處理IF+M+S、M+S活性均顯著高于CK和IF處理，與處理IF+M間無顯著差異。在高粱花期，土壤堿性磷酸酶活性的變化為0.845～1.048 mg/g，處理IF+M+S的土壤堿性磷酸酶活性為1.048 mg/g顯著高于CK處理，與其他處理間無顯著差異。在高粱收獲期，土壤堿性磷酸酶活性的變化為1.150～1.511 mg/g，大小排序依次為IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，比CK處理分別增加31.39%，22.43%，16.96%，5.91%。其中，IF+M+S施肥處理顯著高于對(duì)照、IF和M+S處理，與IF+M處理間無明顯差異。

2.3.3 施肥對(duì)高粱土壤脲酶活性的影響 從表5可以看出，在高粱各生育期內(nèi)，各處理的脲酶活性變化趨勢大體上一致，均是在花期脲酶活性達(dá)到峰值。高粱拔節(jié)期土壤脲酶活性的變化為1.94～2.57 mg/g，對(duì)照的脲酶活性顯著低于其他處理，而各施肥處理間沒有顯著差異。在高粱花期，土壤脲酶活性的變化為2.20～2.97 mg/g，其中IF+M+S處理的酶活性最高，各施肥處理的脲酶活性大小為IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，施肥處理間差異較小。收獲期土壤脲酶活性的變化為1.57～2.43 mg/g，各施肥處理大小排序和花期相同，比CK處理分別增加54.78%，42.68%，40.13%，30.57%，其中，IF+M+S處理顯著高于IF處理，增幅為18.54%。

表5 不同時(shí)期高粱土壤中各種酶活性的變化

2.3.4 施肥對(duì)高粱土壤蔗糖酶活性的影響 從表5可以看出，各施肥處理均可不同程度地提高高粱各時(shí)期土壤蔗糖酶的活性，高粱拔節(jié)期和收獲期土壤蔗糖酶活性的變化分別為13.20～26.66 mg/g和13.31～35.53 mg/g，其中，處理IF+M+S、M+S活性均顯著高于CK、IF和IF+M處理。在高粱花期，土壤蔗糖酶活性的變化為17.48～35.48 mg/g，大小排序依次為IF+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，相比于IF處理，IF+M+S、M+S和IF+M增幅分別為59.46%，36.18%，20.63%，處理IF+M+S的土壤脲酶活性顯著高于IF和CK處理。

2.4 施肥對(duì)土壤微生物多樣性的影響

2.4.1 施肥對(duì)高粱土壤微生物代謝活性的影響 從圖2可以看出，高粱的6個(gè)處理均表現(xiàn)出拔節(jié)期的AWCD值整體較高，而收獲期土壤AWCD值整體較低，這可能與植株生長和土壤溫度有關(guān)。微生物經(jīng)過短時(shí)間的適應(yīng)，各處理平均顏色變化率開始隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加均呈上升趨勢，說明土壤中的微生物對(duì)碳源的利用能力隨時(shí)間而不斷增強(qiáng)。各處理各時(shí)期的變化狀況不同，培養(yǎng)至96 h 時(shí)，拔節(jié)期各處理的AWCD值大小順序?yàn)镸+S>IF+M+S>IF+M>CK>IF，其中，M+S、IF+M+S、IF+M、IF處理的AWCD值分別是CK處理的1.50，1.23，1.01，0.87倍；收獲期各處理的AWCD值大小順序?yàn)镮F+M+S>M+S>IF+M>IF>CK，其中IF+M+S、IF+M、M+S、IF的AWCD值分別是CK處理的1.83，1.37，1.32，1.11倍。表明各時(shí)期的對(duì)照和無機(jī)肥(IF)處理在AWCD值上沒有明顯差異，但明顯低于其他施肥處理。說明有機(jī)肥或無機(jī)與有機(jī)配施都可以明顯提高高粱土壤微生物的代謝活性。

2.4.2 施肥對(duì)高粱土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)的影響 Shannon多樣性指數(shù)(H)與碳源利用豐富度指數(shù)(S)能夠反映被微生物群落利用的碳源數(shù)目和類型，H值越大，土壤微生物群落的功能多樣性就越高。由表6可知，高粱各施肥處理在收獲期的H值顯著高于CK和IF處理，而拔節(jié)期，IF+M+S和M+S處理的Shannon多樣性指數(shù)(H)顯著高于其他處理。在拔節(jié)期和收獲期，IF+M+S和M+S的碳源利用豐富度指數(shù)(S)顯著高于其他處理。

圖2 不同施肥處理下土壤微生物群落平均顏色變化率(AWCD) 的變化

表6 不同施肥對(duì)土壤微生物群落多樣性指數(shù)的影響

Tab.6 Effects of different fertilization on soil microbial community diversity index

生育期Growthperiod處理TreatmentShannon多樣性指數(shù)(H)Diversityindex碳源利用豐富度指數(shù)(S)Carbonutilizationrichnessindex拔節(jié)期CK2.89±0.031bc18.33±0.67bJointingIF2.74±0.003a14.67±0.33astageIF+M2.86±0.031bc18.00±0.58bIF+M+S3.08±0.015d22.33±0.33cM+S3.09±0.010d24.67±0.88c收獲期CK2.53±0.027a11.00±0.58aHarvestingIF2.76±0.030b15.67±0.33bIF+M2.90±0.032c18.33±0.67bIF+M+S2.96±0.043c22.33±1.20cM+S3.05±0.047c22.00±1.53c

3 結(jié)論與討論

沈善敏[10]通過總結(jié)國外許多長期肥料定位試驗(yàn)得出，無論施無機(jī)或有機(jī)肥，都可以促進(jìn)作物的生長和產(chǎn)量的提高，而且2種方式都具有持續(xù)的增產(chǎn)效果和使作物高產(chǎn)的能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施肥處理對(duì)高粱拔節(jié)期的株高、莖粗、可見葉片數(shù)和葉面積的指數(shù)以及高粱產(chǎn)量與單穗粒重的提高均有顯著的影響(P<0.05)，其中以處理IF+M+S的效果最為明顯。不同施肥處理對(duì)高粱生長和產(chǎn)量的影響基本一致，各處理大小排序均為IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，其中，處理IF+M的增產(chǎn)效果沒有處理IF+M+S顯著，處理IF+M比M+S增產(chǎn)9.38%，說明無機(jī)肥是作物增產(chǎn)的基礎(chǔ)，有機(jī)肥與秸稈在沒有無機(jī)肥的配施下，增產(chǎn)效果也會(huì)減弱?？赡苁怯捎谟袡C(jī)肥和秸稈在分解時(shí)有個(gè)腐殖化與礦化的過程，沒有無機(jī)肥提供養(yǎng)分更為直接，且這個(gè)礦化過程不完全，所以其養(yǎng)分沒有完全供作物利用，同時(shí)處理M+S的千粒質(zhì)量均小于處理IF和IF+M，也進(jìn)一步說明無機(jī)肥在施肥中的重要性。處理IF+M+S相比于IF+M處理的增產(chǎn)效果更為明顯，說明秸稈的增施促進(jìn)了高粱的增產(chǎn)。有研究表明，秸稈還田措施能增加土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化及生物環(huán)境，從而使作物增產(chǎn)，其中秸稈與化肥配施增產(chǎn)效果最好[11-12]，這與本試驗(yàn)結(jié)果相同。本研究通過對(duì)高粱作物根系的分析，得知處理IF+M、IF+M+S、M+S的根系總生物量、根總表面積和總體積顯著優(yōu)于CK和IF處理(P<0.05)，其中處理IF+M+S表現(xiàn)最為顯著。

高粱各有機(jī)肥處理的土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量均明顯高于不施肥或無機(jī)肥處理。同時(shí)無機(jī)肥處理各養(yǎng)分指標(biāo)和有機(jī)質(zhì)含量也均高于不施肥處理，但增幅甚微；相比于不施肥，高粱的無機(jī)肥處理全氮和速效鉀含量增幅分別僅為3.45%，3.90%。這與英國洛桑試驗(yàn)站的試驗(yàn)結(jié)果相似[13]。大量研究表明，長期施用無機(jī)肥、有機(jī)肥均有助于提高土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量，尤以無機(jī)肥有機(jī)肥配施的效果顯著[14-15]。由于有機(jī)肥或有機(jī)肥和化肥配施，可明顯提高土壤微生物量碳，并增加土壤微生物數(shù)量，同時(shí)秸稈周圍有大量微生物的繁殖，有機(jī)肥和秸稈中的微生物促進(jìn)了秸稈中養(yǎng)分的加速分解及釋放，土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量隨之增加[16]。本試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一理論，高粱處理IF+M+S的各指標(biāo)均高于其他有機(jī)肥處理，且高于處理IF和CK。

土壤酶在土壤物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)運(yùn)及交換過程中起著重要的促進(jìn)作用，同時(shí)土壤酶活性是反映土壤肥力的敏感指標(biāo)[17]。本試驗(yàn)研究表明，不同施肥處理對(duì)高粱生育期土壤酶的影響相比于對(duì)照處理(CK)，均可提高4種土壤酶活性，這與高瑞等[18]在小麥-玉米輪作區(qū)進(jìn)行的長期定位施肥下土壤酶活性變化的研究結(jié)果一致。在整體上，施肥可以顯著提高高粱各時(shí)期土壤過氧化氫酶和脲酶活性(除了過氧化氫酶的拔節(jié)期外)。但各施肥處理之間的土壤過氧化氫酶和脲酶活性沒有顯著差異，只有脲酶收獲期的IF+M+S和IF處理有顯著差異，說明高粱過氧化氫酶和脲酶活性受施肥的影響較小。有機(jī)肥可提高土壤磷酸酶活性，這可能與有機(jī)肥自身含有這種酶，并且活性較高，以及含有許多可分解有機(jī)磷的磷酸酶有關(guān)，據(jù)Dick和Tabatabai[19]研究表明，動(dòng)物廢棄物中堿性磷酸酶的活性是土壤的46倍。本研究結(jié)果表明，有機(jī)肥處理土壤堿性磷酸酶活性均高于化肥處理，這與焦治芳[20]的研究結(jié)果一致；而且高粱IF+M+S和M+S處理的堿性磷酸酶活性均高于IF+M處理。說明秸稈還田起到了關(guān)鍵作用，秸稈還田使土壤生產(chǎn)能力不斷提高，還提升了土壤中植物和動(dòng)物及微生物的活性，促進(jìn)分泌胞外酶，增強(qiáng)土壤酶活性。無論施化肥、有機(jī)肥或配施秸稈還田都能提高土壤蔗糖酶活性，這與許多文獻(xiàn)報(bào)道的研究結(jié)論相似[19，21-23]，除花期的M+S處理外，各時(shí)期的有機(jī)肥與秸稈配施處理(IF+M+S、M+S)均顯著高于無機(jī)肥處理(P<0.05)。這可能是有機(jī)肥的施用，增加了大量的有機(jī)碳，為土壤蔗糖酶供應(yīng)了許多的酶促基質(zhì)，進(jìn)而改善了微生物生境，促進(jìn)了微生物代謝與繁育，使土壤酶活性提高；此外還田的秸稈還為土壤酶供應(yīng)了基質(zhì)，為微生物供給了足夠的能源，引起土壤酶活性的變化。Zhao等[24]研究了秸稈配施廄肥后土壤酶活性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以顯著提高土壤蔗糖酶活性。

施肥可以引起土壤微生物活性及群落結(jié)構(gòu)的變化，還可改變土壤物理性狀，影響地上作物的生長，最終影響土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)[24-27]，本研究結(jié)果表明，高粱各施肥處理的土壤微生物AWCD值和群落功能多樣性指數(shù)(H、S)在整體上均高于CK和IF處理，說明有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)配施更有利于提高土壤微生物的群落功能多樣性指數(shù)及其利用碳源的能力。這可能是由于有機(jī)肥的加入提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，理化性質(zhì)和土壤微生物生境也發(fā)生了改變，通過改變土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)及生理代謝功能，來提高土壤微生物的群落代謝功能。這與Russo、張軒、張志明、孫瑞蓮等[26-29]的研究結(jié)果相似。同時(shí)拔節(jié)期IF+M處理的AWCD值均低于IF+M+S和M+S處理，IF+M處理對(duì)碳源的利用能力也均低于這2個(gè)處理，說明2個(gè)處理有機(jī)肥+秸稈、有機(jī)肥+無機(jī)肥+秸稈相對(duì)于IF+M處理更有利于提高土壤微生物群落的代謝活性與功能多樣性。秸稈還田措施改善了土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而改變了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)，有研究還發(fā)現(xiàn)，秸稈還田能夠增加土壤微生物的數(shù)量和種類，增加土壤中有益的微生物數(shù)量，對(duì)微生物群落多樣性產(chǎn)生有益的影響[28，30-31]，這與本研究結(jié)果相似。單施化肥的土壤微生物AWCD與對(duì)照處理間無顯著性差異，而孫瑞蓮、李娟等[29，32]在褐潮土地區(qū)關(guān)于長期施肥對(duì)土壤微生物多樣性的影響研究結(jié)果表明，單施化肥處理的土壤微生物群落利用碳源能力較不施肥處理明顯降低，化肥的長期施用致使養(yǎng)分尤其是速效磷的過量累積，影響了微生物活動(dòng)，從而使其活性降低，與本研究結(jié)果不同，這可能與試驗(yàn)區(qū)的土壤和氣候條件以及施肥量有關(guān)，還有待進(jìn)一步深入研究。

本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)肥配施秸稈的施肥處理表現(xiàn)最好，下一步研究應(yīng)該在此基礎(chǔ)上，多設(shè)置一些梯度，以探索高效的施肥配比，以期使用最少的肥料達(dá)到最好的效果。

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Response of Different Fertilizing on Growth and Soil Environment of Sorghum

DONG Erwei1，WANG Cheng2，DING Yuchuan1，WANG Jinsong1，WU Ailian1，WANG Lige1，JIAO Xiaoyan1

(1.Institute of Agricultural Environment and Resource，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.College of Biological Engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China)

In this research，a field orientation experiment on sorghum-maize rotation was conducted.The effects of different fertilization conditions on the growth，nutrient，soil enzyme activity and microbial activity of sorghum was studied.The experimental results showed that different fertilizer could significantly increase the jointing stage of sorghum plant height，stem diameter，number of pieces and index pages visible leaf area，as well as sorghum yield and grain weight per spike (P<0.05).Each processing production order of IF+M+S>IF+M>M+S>IF>CK，compared to the control，the range of yield increase of sorghum in different fertilization levels were 80.6%-120.7%，respectively，reaching a significant level，and among which IF+M+S treatment was the best.All values of inorganic fertilizer treatments were slightly higher than that of no fertilization treatment. The organic fertilizer treatment increased the soil nutrients and organic matter content of sorghum, compared with the inorganic fertilizer treatment. The total N, available P, available K, organic matter of IF+M+S treatment were 1.95, 10.36, 2.01, 1.83 times of CK, respectively (P<0.05). Soil enzyme activity of fertilization treatments in different growth periods was higher than no fertilization(CK),in which the most was the treatment of IF+M+S,activity of alkaline phosphatase in jointing stage and harvest stage，urease in harvest stage，invertase in jointing stage，flowering stage and harvest stage were all significantly higher than that of inorganic fertilizer treatment(P<0.05).The application of organic fertilizer or application combined with inorganic fertilizer could improve the soil microbial community functional diversity and the capability of utilizing carbon sources.And the treatments containing organic fertilizer and straw manure were more conducive to improve soil microbial diversity than other organic fertilizer treatments.

Fertilization；Sorghum；Yield；Soil enzyme；Soil microbes；Soil nutrient

2016-05-10

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-06-02-03)

董二偉(1985-)，男，山西汾陽人，研究實(shí)習(xí)員，主要從事植物營養(yǎng)研究。

焦曉燕(1964-)，女，山西臨猗人，研究員，博士，主要從事植物營養(yǎng)及生態(tài)環(huán)境研究。

S514；S143

A

1000-7091(2017)02-0217-09

10.7668/hbnxb.2017.02.032