施肥是作物增产最有效的途径。据联合国粮农组织(FAO)统计，肥料对粮食作物的贡献率在30%—50%^[1]，我国化肥长期定位试验网数据统计也表明化肥对我国粮食产量的贡献率为40.8%^[2]。有机无机肥配施一直是我国农业施肥的指导方针，然而近50年来，化学肥料的施用量逐年增加，与之对应的是有机肥施用量急剧下降。沈其荣等^[3]研究表明，在1960、1980、2000、2010年我国有机肥施用量占总施肥量的80%、60%、30%、10%。长期单施和过量施用化学肥料已造成土壤有机质含量降低、理化性状恶化^[4]，肥料利用率下降^[5]和土壤微生物性状发生变化^[6]。化学肥料不合理和过度施用的负面影响已经引起政府和科学界的重视，我国政府提出“引导农民合理施肥，鼓励增施有机肥”，从农业废弃物高效利用和维护农田地力的角度出发，有机无机配施将是我国今后肥料施用发展的必然趋势^[7]。国内长期定位施肥实验表明，有机无机肥配施不但可降低土壤容重，增加总孔隙度和物理性粘粒含量，改善土壤理化性状^[8]，而且可显著提升土壤物质生产性能与地力^{[9, 10]}

已有研究表明，利用有机肥或功能型的生物有机肥不仅可明显提高土壤生物活性^{[11, 12]}，而且在调控健康土壤微生物区系和防治土传病害方面有着突出作用^{[13, 14]}。利用有机废弃物变污染源为养分资源，探究科学合理的有机肥与无机肥配施比例，形成精制有机肥或功能型生物有机肥，不仅可达到减肥增效和提高养分资源高效利用，也关乎到以有机促无机提高化肥利用率，构建健康土壤微生物区系，减轻土传病害^[15]，进而提高土壤可持续利用等关键问题。棉花是新疆农业的支柱产业，受经济利益驱动北疆棉区长期进行棉花连作，致使棉田土壤微环境发生了改变^[16]，特别是近30余年的连作致使棉田土传病害频发。石磊岩^[17]研究认为这与棉田土壤微生物数量和土壤酶活性有关系，是绿洲滴灌土壤在长期连作过程中致病性真菌的累积所致。本研究对有机肥部分替代化肥对棉花产量的效应以及化肥与有机肥或生物有机肥不同配比对棉田土壤微生物性状的影响进行了研究，旨在比较有机肥、生物有机肥部分替代化学对绿洲农田生产力、土壤微生物群落结构及土壤生物学性状的影响，所得结果可为滴灌条件下长期连作棉田的土壤微生物区系构建和提高绿洲农田生产力及养分资源高效利用提供参考。

试验区基本情况：试验田位于石河子大学农试场(E 84°58′ —86°24′,N 43°26′ —45°20′)，年平均气温7.5—8.2℃，年降雨量180—270 mm,年蒸发量1000—1500 mm。供试土壤属灌耕灰漠土(灌淤旱耕人为土，Calcaric Fluvisals)，施肥处理前0 —20 cm土壤基础有机质含量23.6 g/kg；全氮 0.95 g/kg；全磷 0.3g/kg；碱解氮88.6 mg/kg；速效磷23.4 mg/kg；速效钾136 mg/kg； pH值8.1。

试验设置8个处理：(1) CK (不施肥)；(2) CF (300 kg·N/hm²；90 kg·P₂O₅/hm²；60 kg·K₂O/hm²)；(3)80%CF+OF₁(80%CF+有机肥3000 kg/hm²)；(4) 60%CF+OF₂(60%CF+有机肥6000 kg/hm²)；(5) 80%CF+BF₁(80%CF+生物有机肥3000 kg/hm²)；(6) 60%CF+BF₂ (60%CF+生物有机肥6000 kg/hm²)；(7) 80%CF+OF₃+BF₃ (80%CF+有机肥2250 kg/hm²+生物有机肥750 kg/hm²)；(8) 60%CF+OF₄+BF₄ (60%CF+有机肥4500 kg/hm²+生物有机肥1500 kg/hm²)。每个小区面积90m²,各处理重复3次，随机排列分布。化学肥料为尿素(N=46%)、磷酸钾铵(P₂O₅=24%)、磷酸二氢钾(K₂O=31.8%)；有机肥为腐熟牛粪，有机质含量24.8%；生物有机肥为江苏新天地生物肥料有限公司生产的“BIO”生物有机肥，有机质含量为29.7%，抗病菌种有效活菌数≥0.5亿/g，氮磷钾≥6%。有机肥和生物有机肥做基肥播前一次施入，化学肥料是在棉花生育期根据其需肥特性按比例分为8次随水滴施。

本实验分别于2011年7月18日(棉花蕾期)和8月21日(棉花铃期)两次在各处理采集供分析用的土壤样品，采样深度为0—20 cm耕层土壤，每小区采3个样品作为重复，每个样品均为多点混合，剔除砾石和植物残根，过2 mm筛。7月18日土样立刻进行土壤微生物培养，8月21日土样分成两部分，一部分立刻进行微生物培养，另一部分土样置于4 ℃冰箱内保存，1周内测定土壤酶活性。

细菌：培养基参考Perez-Piqueres^[18]，刮刀法接种稀释10^-5土壤悬浮液于琼脂表面，29 ℃培养36 h计数；真菌：培养基参考Perez-Piqueres^[18]，刮刀法接种稀释10^-2土壤悬浮液于琼脂表面，29 ℃培养84 h计数；放线菌：培养基参考Clive^[19]，刮刀法接种稀释10^-3土壤悬浮液于琼脂表面，29 ℃培养108 h计数；假单胞杆菌：培养基参考William^[20]，刮刀法接种稀释10^-4土壤悬浮液于琼脂表面，29 ℃培养48 h计数。

测定方法参考《土壤与环境微生物研究法》^[21]：土壤脱氢酶用TTC还原比色法，用单位时间内单位土壤三苯基甲臢(TPF)生成量表示；碱性磷酸酶用苯磷酸二钠法比色法，以每百克土的酚毫克数表示；β-葡萄糖苷酶采用β-葡萄糖苷-苯二酚滴定法，结果以1 g 土壤1 h 生成对硝基酚的量(μg)表示；荧光素二乙酸酯水解酶(FDA)采用比色法，以单位土壤在单位时间内生成的荧光素量(μg)表示。

用SPSS 17.0进行统计分析，单因素方差分析(One way ANOVA)，比较不同处理间差异显著性(P=0.05)和Duncan新复极差法然后经过t检验(P<0.05)，微生物数量与酶活性关系用Pearson相关系数分析，绘图由GraphPad Prim5 软件完成。

由图 1可知，相较于CK，OF、BF、OF+BF配施等 量化学肥料对棉花产量增幅分别为24% —31%、34% —37%和37% —40%；与CF处理相比，仅60%CF+ OF₂处理的棉花产量有所下降，其它有机无机肥 配施处理的产量略高于或接近CF，但差异不明显 (P<0.05)。表明在减少化学肥料用量的20% —40%的条件下，配施3000，6000 kg/hm²的有机肥或生物有机肥，能完全满足棉花生长和稳定产量的养分需求；有机无机肥配施处理间整体表现80%CF+(OF/BF) ＞60% CF+(OF/ BF)，其中80%CF+OF₃+BF₃的产量最高，等量化学肥料配施有机肥与配施生物有机肥处理间无明显差异。

图 1 有机无机肥配施对棉花产量的影响 Fig. 1 The response of cotton yield to treatments of manure combined with chemical fertilizers CK: 不施肥对照; CF: 灌耕灰漠土(灌淤旱耕人为土)Conventional fertilization; 80%CF+OF1: 80%CF+有机肥3000 kg/hm2; 60%CF+OF2: 60%CF+有机肥6000 kg/hm2; 80%CF+BF1: 80%CF+生物有机肥3000 kg/hm2; 60%CF+BF2 : 60%CF+生物有机肥6000 kg/hm2; 80%CF+OF3+BF3 : 80%CF+有机肥2250 kg/hm2+生物有机肥750 kg/hm2; 60%CF+OF4+BF4 : 60%CF+有机肥4500 kg/hm2+生物有机肥1500 kg/hm2

图选项

平板稀释培养结果显示(表 1)，不同施肥条件、棉花的不同生育期，棉田土壤细菌、放线菌和假单胞杆菌与真菌数量变化不一致。其中细菌数量变化趋势随着有机肥施入量的增加而增加，各施肥处理蕾期细菌数量大于铃期；有机配施处理细菌数量在蕾期和铃期分别是CF的1.15 —1.69和1.13 —1.61倍；有机配施处理间蕾期和铃期细菌数量均表现为OF+BF＞BF＞OF，同类有机肥配施不等量化学肥料差异不显著。相较CF，有机无机肥配施处理显著增加土壤放线菌数量，增幅为蕾期7% —17%和铃期10% —14%，蕾期和铃期相同处理间放线菌变化不显著；有机配施处理间无明显差异。假单胞杆菌数量变化与细菌有着相似的趋势。真菌数量变化趋势则随着施入化学肥料量的增加而升高，蕾期和铃期均有CF＞80%CF＞60%CF＞CK，铃期大于蕾期真菌数量；有机配施处理间真菌数量在蕾期无差异，而铃期则有OF＞BF＞OF+BF，但差异不明显。

通过土壤不同种类微生物数量比值可反映不同施肥处理对农田土壤微生物群落组成结构的影响。由图 2可知，蕾期CF处理显著降低了土壤细菌/真菌比，而施用有机肥或生物有机肥则能显著提高土壤细菌/真菌比，并且随着施用量的增加而升高，在蕾期和铃期均有相同表现趋势。有机配施处理间蕾期和铃期细菌数量均表现为OF+BF＞BF＞OF，同类有机肥配施不等量化学肥料差异不显著。其中蕾期，施用3000 kg/hm²和6000 kg/hm²有机肥或生物有机肥处理的细菌/真菌比值分别较CF处理的增加了1.1和1.6倍。不同有机肥配施处理间的细菌/真菌比值以60%CF+OF₄+BF₄处理最大，其它不同处理对细菌/真菌比的影响无明显差异。土壤放线菌/真菌和假单胞杆菌/真菌比值对施肥各处理的响应特点与施肥处理对细菌/真菌比值的影响相似(图 2)。表明施用有机肥或生物有机肥可改变滴灌棉田细菌、真菌、放线菌等群落的组成结构，提高细菌在土壤微生物群落的所占比例。施用化肥或有机肥均显著降低了假单胞杆菌/细菌比，其中蕾期施用3000 kg/hm²和6000 kg/hm²有机类肥料的假单胞杆菌/细菌较CF处理降低了19.1%和16.7%。，说明增施有机肥可改变土壤细菌的群落结构，降低假单胞杆菌在细菌群落中所占的比例。

图 2 有机无机肥配施对细菌/真菌、放线菌/真菌、假单胞杆菌/真菌和假单胞杆菌/细菌的数量比 Fig. 2 The influence of organic manure combined with chemical fertilizers on quantity ratios of bacteria/fungi,actinomycetes/fungi,pseudomonadaceae/fungi and pseudomonadaceae/bacteria

图选项

土壤碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯酶(3,6-二乙酰荧光素,FDA) 、β-葡萄糖苷酶和脱氢酶是土壤有机碳降解和养分转化的关键酶，其活性常被表征土壤微生物活性。由图 3可知，有机无机肥配施各处理均显著增强了碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯酶、土壤脱氢酶、β-葡萄糖苷酶4种酶的活性，尤其是土壤脱氢酶活性。相较CF，有机无机肥配施处理碱性磷酸酶活性增强了0.1% —12.9%，并且随着有机肥施入量的增加而增加，配施等量化学肥料，碱性磷酸酶活性表现为OF+BF＞BF＞OF。表明增施有机肥可显著增加碱性磷酸酶活性，但有机肥与生物有机肥处理间无明显差异。荧光素二乙酸酯酶、β-葡萄糖苷酶与碱性磷酸酶活性有相似的趋势。相较于CK和CF处理，有机无机配施处理对土壤脱氢酶活性影响较大，分别增强了1.2 —1.9和1.0 —1.6倍，有机配施间80%CF+BF脱氢酶活性略低于其他处理。

图 3 有机无机肥配施对碱性磷酸酶、FDA、β-葡萄糖苷酶和脱氢酶活性的影响 Fig. 3 The influence of organic manure combined with chemical fertilizers on activities of alkaline phosphates,FDA,β-glucosidase and dehydrogenase in soils

图选项

土壤微生物是土壤酶的主要来源之一，因此土壤微生物数量与土壤酶密切相关。表 2中细菌数量与土壤脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酯酶和荧光素二乙酸酯酶活性均呈显著或极显著正相关(P<0.05)，说明细菌对这4种酶活性均有显著的促进作用，根据Y=Kx+b线性拟合回归方程的斜率K可知，土壤酶活性对细菌数量反应大小表现为：β-葡萄糖苷酶＞脱氢酶＞碱性磷酸酶≈荧光素二乙酸酯酶活性。放线菌和假单胞杆菌与以上4种酶活性也呈正相关，各酶活对放线菌和假单胞杆菌反应大小顺序均为β-葡萄糖苷酶＞脱氢酶＞荧光素二乙酸酯酶＞碱性磷酸酶活性。4种酶活性与真菌数量是负相关关系，通过其与酶活性拟合方程的斜率可以看出真菌数量对荧光素二乙酸酯酶和碱性磷酸酶活性影响较弱，而与β-葡萄糖苷酶、脱氢酶活性呈显著和极显著负相关。

本研究表明，减少20—40%当地常规化肥施用量情况下，配施3000、6000 kg/hm²有机肥或生物有机肥不但可使棉花产量达到与完全施用化肥相同的效果，而且施用有机肥或生物有机肥对滴灌条件下长期连作棉田土壤微生物数量和酶活性产生了显著的影响。从有机肥对土壤微生物群落组成结构、微生物数量与酶活性等方面的影响分析，有机肥和生物有机肥含丰富有机碳源^[22]，对提高土壤微生物数量、酶活性及驱动微生物群落组成结构方面发挥着显著作用。李秀英等^[23] 在国家长期肥料定位试验站褐潮土上的试验研究表明与单施化肥处理相比，化肥配施有机肥或秸秆可明显提高土壤中细菌和真菌数量，放线菌数量周年平均增加可达24.2%；李忠佩等^[24]研究表明，由于秸秆还田、根茬、施用有机肥等大量有机物归还，耕作30a和80a土壤0 —10 cm、10 —20 cm土层细菌数量分别比耕作3a的增加了1.11和3.8 倍与19 和12 倍；钱海燕等^[25]研究也表明秸秆还田配施化肥及微生物菌剂刺激了微生物的生长和活动，细菌与真菌数量显著高于对照处理(CK)，本研究中有机无机肥配施特别是配施生物有机肥显著降低土壤真菌数量，与Nanda^[26]在连续施用有机无机肥肥配施对土壤微生物数量的研究结果相同，但李秀英等^[23]的实验则表明有机无机肥配施会提高真菌数量，其原因可能与施入的有机肥类型以及施肥模式有关，特别是施入生物有机肥中含有大量的功能菌，对真菌土传病菌生长有抑制作用。本研究发现不同施肥处理不但改变了细菌、真菌、放线菌和假单胞杆菌的数量，而且对土壤微生物群落结构也有影响，如有机无机肥配施能显著增加土壤细菌/真菌、放线菌/真菌和假单胞杆菌/真菌的比值，这与刘杏兰等^[27]和孙瑞莲等^[28]的研究一致。因此有机肥在土壤中的作用不仅仅是提供营养，它在优化调控土壤细菌、真菌等微生物群落区系结构，促进根际土壤PGPR菌，进而提高作物产量等方面的作用更应该引起重视^{[29, 30]}。

土壤酶主要来源于土壤微生物，其活性与土壤微生物的数量和群落结构有密切关系。张向前等^[31]在对间作玉米土壤微生物数量和酶活性研究中发现细菌、真菌和放线菌对土壤酶有正向促进作用，顾美英^[32]对新疆棉田微生物研究亦发现细菌数量和土壤酶活性有一定的相关性，而放线菌和真菌与土壤酶无显著相关性。从本研究结果分析来看，虽然与化肥处理相比，有机无机肥配施处理能显著提高4种酶活性，但是碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯酶、β-葡萄糖苷酶3种酶活性在有机无机肥配施处理之间的差异并不显著，即有机肥与生物有机肥之间对以上3种酶活性的作用并无明显差异。而且在本研究发现，细菌和放线菌与碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯酶、β-葡萄糖苷酶和脱氢酶4种土壤酶活性都呈显著正相关，但真菌与4种酶活性却表现为一定的负相关，这和孙秀山^[33]与赵萌^[34]分别对花生和西瓜的连作研究发现真菌数量和部分土壤酶负相关相符，其原因可能与作物的类型和耕作模式以及施用化肥导致土壤pH值变化抑制了部分酶活性有关。长期棉花连作导致枯、黄萎病真菌类致病菌土传病害是影响新疆植棉区棉花产量的主要因素，通过生物有机无机复合肥中的大量有机物质和有益微生物共同作用，促进土壤微生物数量升高，改善土壤微生物组成比例，提高土壤微生物种群数量多样性土壤酶活性，这可能是新疆绿洲长期连作棉田有机类肥料能部分替代化肥，提高养分资源高效利用及高农田土壤生产力的重要途径与技术措施。

(1) 在新疆北疆棉区，施用3000、6000 kg/hm²的有机或生物有机肥，替代20%—40%常规化肥用量可保证棉花正常生长，并达到与单施化肥处理相同产量。

(2) 有机无机肥配施可明显改善土壤生物活性，与CF相比，施用3000、6000 kg/hm²有机肥和生物有机肥处理的β-葡萄糖苷酶和脱氢酶分别提高了0.2 —0.3和1.0 —1.6倍，并能显著提高土壤碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯酶活性。

(3) 有机无机肥配施可明显增加棉田土壤细菌、放线菌和假单胞杆菌数量，抑制真菌的生长。增施有机肥可显著提高细菌/真菌、放线菌/真菌、假单胞杆菌/真菌，降低假单胞杆菌/细菌的比值，通过有机无机肥配施可达到调控土壤微生物区系组成结构比例的目的。