氮磷添加对一年生人工草地土壤微生物-胞外酶生态化学计量特征的影响

doi:10.11686/cyxb2025065

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (1): 13-24.DOI: 10.11686/cyxb2025065

氮磷添加对一年生人工草地土壤微生物-胞外酶生态化学计量特征的影响

康佳惠¹^,²(), 郑敏娜¹^,², 龚瑞杰³, 韩志顺¹^,², 陈燕妮¹^,², 梁秀芝¹^,²

^1.山西农业大学高寒区作物研究所，山西大同 037008
^2.农业农村部饲草高效生产模式创新重点实验室，山西太谷 030800
^3.山西农业大学软件学院，山西太谷 030801

收稿日期:2025-03-04 修回日期:2025-04-28 出版日期:2026-01-20 发布日期:2025-11-13
作者简介:康佳惠（1985-），女，山西大同人，助理研究员，硕士。E-mail： kangjiahui09@163.com
基金资助:
山西省基础研究计划项目(202303021222076);山西农业大学科技创新提升工程(CXGC2023076);山西农业大学生物育种工程项目(YZGC087);山西省牧草产业技术体系（2025）和大同市应用基础研究计划项目(2024062)

Effects of nitrogen and phosphorus supplementation on ecological stoichiometric characteristics of soil microbial-extracellular enzymes in annual artificial grassland

Jia-hui KANG¹^,²(), Min-na ZHENG¹^,², Rui-jie GONG³, Zhi-shun HAN¹^,², Yan-ni CHEN¹^,², Xiu-zhi LIANG¹^,²

^1.High Latitude Crops Institute，Shanxi Agricultural University，Datong 037008，China
^2.Key Laboratory for Model Innovation in Forage Production Efficiency，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Taigu 030800，China
^3.School of Software，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China

Received:2025-03-04 Revised:2025-04-28 Online:2026-01-20 Published:2025-11-13

摘要/Abstract

摘要：

为探讨不同氮磷水平施肥对一年生燕麦和苜蓿单播、混播人工草地土壤微生物特性的影响，本研究以燕麦、苜蓿单播及燕麦×苜蓿1∶1混播3种类型的人工草地为对象，共设9个施肥处理，分别为N₀P₀（CK）、N₀P_2.5、N₀P₅、N₅P₀、N₅P_2.5、N₅P₅、N₁₀P₀、N₁₀P_2.5、N₁₀P₅，包括3个氮肥水平（纯氮0、75和150 kg·hm^-2）和3个磷肥水平（纯磷0、37.5和75 kg·hm^-2），分析比较了不同氮磷添加水平下3种类型的人工草地上土壤微生物生物量碳氮磷含量、土壤胞外酶活性及其生态化学计量比的变化特征。研究结果表明：1）不同氮磷添加水平对土壤微生物养分代谢特征具有显著影响。在燕麦单播草地中，高氮低磷（N₁₀P_2.5）的施肥处理对土壤微生物生物量碳、氮具有显著的抑制作用；在苜蓿单播草地中，低氮高磷（N₅P₅）配施有利于提升土壤微生物生物量碳、氮；在混播草地中，施肥处理对土壤微生物生物量的影响较为复杂，高磷（N₀P₅）的施肥处理对土壤微生物生物量均有抑制作用。2）燕麦单播草地中β-1，4-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶活性受氮磷施肥处理的影响较大，而苜蓿单播草地和燕麦×苜蓿混播草地中则相对较为稳定，且3种草地类型的土壤N∶P酶活性比均小于1，说明试验地土壤微生物磷限制大于氮限制。综上所述，在晋北地区燕麦单播和苜蓿单播草地生产中低氮高磷（施氮75 kg·hm^-2，施磷75 kg·hm^-2）配施较适宜，而在燕麦×苜蓿混播人工草地的肥料管理中，应优先考虑低氮低磷（施氮75 kg·hm^-2，施磷37.5 kg·hm^-2）配施。

关键词: 人工草地, 氮磷添加, 微生物生物量碳氮磷, 土壤胞外酶, 生态化学计量比

Abstract:

The aim of this research was to explore the effects of fertilization with different amounts of nitrogen and phosphorus on the characteristics of soil microbes. To this end， we prepared artificial grasslands with annual oat （Avena sativa） and alfalfa （Medicago sativa） grown alone as monocultures or as a mixture （1∶1）. The experiment consisted of a control， N₀P₀ （CK） and eight treatments， namely N₀P_2.5， N₀P₅， N₅P₀， N₅P_2.5， N₅P₅， N₁₀P₀， N₁₀P_2.5， and N₁₀P₅. These treatments represented combinations of N fertilizer at three levels （elemental N at 0， 75 and 150 kg·ha^-1） and phosphate fertilizer at three levels （elemental P at 0， 37.5 and 75 kg·ha^-1）. We determined the carbon， N， and P contents in soil microbial biomass， the activities of extracellular enzymes in soil， and their ecological stoichiometric ratios in the three types of artificial grassland under the different levels of N and P fertilization. It was found that： 1） Addition of different levels of N and P significantly affected the nutrient metabolism characteristics of soil microorganisms. In the oat monoculture， the fertilization treatment with high N and low P （N₁₀P_2.5） had a significant inhibitory effect on the carbon and N contents of soil microbial biomass. In the alfalfa monoculture， combined application of low N and high P （N₅P₅） resulted in increased carbon and N contents in soil microbial biomass. In the oat-alfalfa mixture， the influence of fertilization treatments on soil microbial biomass was complex， but fertilization with high P （N₀P₅） had an inhibitory effect on soil microbial biomass. 2） The activities of β-1，4-glucosidase， leucine aminopeptidase， and alkaline phosphatase in the oat monoculture were greatly affected by the N and P fertilization treatments， while those in the alfalfa monoculture and the mixed oat-alfalfa grassland were relatively stable across all the treatments. The soil N∶P enzyme activity ratios were lower than 1 in all three grassland types， indicating that the P limitation for soil microorganisms at the experimental site was greater than the N limitation. In summary， for grasslands in the northern part of Shanxi Province， the combined application of low N and high P （N at 75 kg·ha^-1 and P at 75 kg·ha^-1） is optimal for oat and alfalfa as monocultures. However， for mixed oat-alfalfa sowings， low N and low P （N at 75 kg·ha^-1 and P at 37.5 kg·ha^-1） should be prioritized.

Key words: artificial grassland, nitrogen and phosphorus addition, microbial biomass carbon， nitrogen and phosphorus, soil extracellular enzymes, ecological stoichiometric ratio

康佳惠, 郑敏娜, 龚瑞杰, 韩志顺, 陈燕妮, 梁秀芝. 氮磷添加对一年生人工草地土壤微生物-胞外酶生态化学计量特征的影响[J]. 草业学报, 2026, 35(1): 13-24.

Jia-hui KANG, Min-na ZHENG, Rui-jie GONG, Zhi-shun HAN, Yan-ni CHEN, Xiu-zhi LIANG. Effects of nitrogen and phosphorus supplementation on ecological stoichiometric characteristics of soil microbial-extracellular enzymes in annual artificial grassland[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2026, 35(1): 13-24.

图/表 9

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指标Index	处理Treatment	OMG	AMG	O₁A₁G
土壤微生物生物量碳氮比 SMBC∶SMBN	N₀P₀	10.69±0.17a	11.97±1.23abc	11.69±0.94a
	N₀P_2.5	10.81±0.36a	11.28±0.81abc	11.28±0.64a
	N₀P₅	11.50±0.17a	13.32±1.13a	11.69±0.56a
	N₅P₀	10.92±0.35a	12.83±0.39ab	11.33±0.57a
	N₅P_2.5	11.60±0.38a	10.69±0.46bc	10.75±0.11a
	N₅P₅	10.87±0.34a	9.92±0.30c	11.10±0.24a
	N₁₀P₀	10.99±0.09a	10.84±0.68bc	11.53±0.44a
	N₁₀P_2.5	11.82±0.67a	10.41±0.64bc	10.12±0.89a
	N₁₀P₅	10.86±0.45a	11.61±0.28abc	10.64±0.35a
土壤微生物生物量碳磷比 SMBC∶SMBP	N₀P₀	23.29±0.53a	17.03±0.38b	23.32±0.19a
	N₀P_2.5	23.82±0.73a	14.94±0.49c	22.11±0.10a
	N₀P₅	23.09±0.54a	17.29±2.09b	20.99±0.83ab
	N₅P₀	18.57±3.01c	21.67±1.11a	21.88±1.92a
	N₅P_2.5	21.70±1.24bc	21.59±1.82a	22.53±0.51a
	N₅P₅	21.05±0.64bc	21.31±2.05a	20.21±1.27ab
	N₁₀P₀	22.36±1.40b	21.23±1.54a	18.32±1.98b
	N₁₀P_2.5	19.35±1.68bc	21.85±1.47a	17.42±0.68b
	N₁₀P₅	21.81±0.82bc	21.21±0.30a	17.72±0.74b
土壤微生物生物量氮磷比 SMBN∶SMBP	N₀P₀	2.18±0.07a	1.79±0.16a	2.02±0.15a
	N₀P_2.5	2.21±0.09a	1.33±0.07b	1.98±0.19a
	N₀P₅	2.01±0.03ab	1.30±0.15b	1.79±0.09a
	N₅P₀	1.69±0.23b	1.81±0.11a	1.94±0.09a
	N₅P_2.5	1.87±0.06ab	2.01±0.09a	2.09±0.10a
	N₅P₅	2.12±0.08a	2.15±0.20a	1.83±0.21a
	N₁₀P₀	2.22±0.11a	1.99±0.27a	1.94±0.08a
	N₁₀P_2.5	1.66±0.20b	2.11±0.13a	1.75±0.16a
	N₁₀P₅	2.02±0.14ab	1.83±0.07a	1.67±0.20a

指标Index	处理Treatment	OMG	AMG	O₁A₁G
土壤微生物生物量碳氮比 SMBC∶SMBN	N₀P₀	10.69±0.17a	11.97±1.23abc	11.69±0.94a
	N₀P_2.5	10.81±0.36a	11.28±0.81abc	11.28±0.64a
	N₀P₅	11.50±0.17a	13.32±1.13a	11.69±0.56a
	N₅P₀	10.92±0.35a	12.83±0.39ab	11.33±0.57a
	N₅P_2.5	11.60±0.38a	10.69±0.46bc	10.75±0.11a
	N₅P₅	10.87±0.34a	9.92±0.30c	11.10±0.24a
	N₁₀P₀	10.99±0.09a	10.84±0.68bc	11.53±0.44a
	N₁₀P_2.5	11.82±0.67a	10.41±0.64bc	10.12±0.89a
	N₁₀P₅	10.86±0.45a	11.61±0.28abc	10.64±0.35a
土壤微生物生物量碳磷比 SMBC∶SMBP	N₀P₀	23.29±0.53a	17.03±0.38b	23.32±0.19a
	N₀P_2.5	23.82±0.73a	14.94±0.49c	22.11±0.10a
	N₀P₅	23.09±0.54a	17.29±2.09b	20.99±0.83ab
	N₅P₀	18.57±3.01c	21.67±1.11a	21.88±1.92a
	N₅P_2.5	21.70±1.24bc	21.59±1.82a	22.53±0.51a
	N₅P₅	21.05±0.64bc	21.31±2.05a	20.21±1.27ab
	N₁₀P₀	22.36±1.40b	21.23±1.54a	18.32±1.98b
	N₁₀P_2.5	19.35±1.68bc	21.85±1.47a	17.42±0.68b
	N₁₀P₅	21.81±0.82bc	21.21±0.30a	17.72±0.74b
土壤微生物生物量氮磷比 SMBN∶SMBP	N₀P₀	2.18±0.07a	1.79±0.16a	2.02±0.15a
	N₀P_2.5	2.21±0.09a	1.33±0.07b	1.98±0.19a
	N₀P₅	2.01±0.03ab	1.30±0.15b	1.79±0.09a
	N₅P₀	1.69±0.23b	1.81±0.11a	1.94±0.09a
	N₅P_2.5	1.87±0.06ab	2.01±0.09a	2.09±0.10a
	N₅P₅	2.12±0.08a	2.15±0.20a	1.83±0.21a
	N₁₀P₀	2.22±0.11a	1.99±0.27a	1.94±0.08a
	N₁₀P_2.5	1.66±0.20b	2.11±0.13a	1.75±0.16a
	N₁₀P₅	2.02±0.14ab	1.83±0.07a	1.67±0.20a

指标Index	处理Treatment	OMG	AMG	O₁A₁G
土壤C∶N酶活性比 ln BG∶ln（NDG+LA）	N₀P₀	0.846±0.019abc	0.847±0.0015a	0.886±0.0120a
	N₀P_2.5	0.874±0.005ab	0.795±0.0096ab	0.862±0.0182a
	N₀P₅	0.878±0.010ab	0.805±0.0151ab	0.884±0.0135a
	N₅P₀	0.834±0.015bc	0.810±0.0107ab	0.758±0.0108b
	N₅P_2.5	0.819±0.011c	0.792±0.0130b	0.839±0.0090a
	N₅P₅	0.836±0.024bc	0.796±0.0329ab	0.837±0.0200a
	N₁₀P₀	0.875±0.010ab	0.808±0.0119ab	0.857±0.0149a
	N₁₀P_2.5	0.891±0.022a	0.808±0.0176ab	0.855±0.0095a
	N₁₀P₅	0.838±0.020abc	0.813±0.0116ab	0.852±0.0275a
土壤C∶P酶活性比 ln BG∶ln AP	N₀P₀	0.810±0.029ab	0.813±0.0036a	0.822±0.0162a
	N₀P_2.5	0.833±0.010ab	0.781±0.0068a	0.815±0.0215a
	N₀P₅	0.832±0.011ab	0.795±0.0080a	0.825±0.0122a
	N₅P₀	0.784±0.012c	0.781±0.0082a	0.791±0.0198a
	N₅P_2.5	0.786±0.015c	0.751±0.0307a	0.802±0.0032a
	N₅P₅	0.789±0.026c	0.757±0.0254a	0.800±0.0153a
	N₁₀P₀	0.814±0.009ab	0.766±0.0109a	0.813±0.0166a
	N₁₀P_2.5	0.849±0.012a	0.765±0.0153a	0.794±0.0029a
	N₁₀P₅	0.787±0.016c	0.810±0.0412a	0.809±0.0213a
土壤N∶P酶活性比 ln（NDG+LA）∶ln AP	N₀P₀	0.956±0.013a	0.961±0.0027a	0.928±0.0067a
	N₀P_2.5	0.953±0.009a	0.983±0.0034a	0.947±0.0349a
	N₀P₅	0.948±0.003a	0.988±0.0108a	0.934±0.0034a
	N₅P₀	0.940±0.008a	0.964±0.0029a	0.947±0.0128a
	N₅P_2.5	0.961±0.024a	0.947±0.0259a	0.957±0.0066a
	N₅P₅	0.944±0.005a	0.952±0.0098a	0.956±0.0055a
	N₁₀P₀	0.930±0.006a	0.948±0.0005a	0.948±0.0041a
	N₁₀P_2.5	0.953±0.013a	0.947±0.0019a	0.928±0.0137a
	N₁₀P₅	0.939±0.011a	0.995±0.0375a	0.951±0.0095a

指标Index	处理Treatment	OMG	AMG	O₁A₁G
土壤C∶N酶活性比 ln BG∶ln（NDG+LA）	N₀P₀	0.846±0.019abc	0.847±0.0015a	0.886±0.0120a
	N₀P_2.5	0.874±0.005ab	0.795±0.0096ab	0.862±0.0182a
	N₀P₅	0.878±0.010ab	0.805±0.0151ab	0.884±0.0135a
	N₅P₀	0.834±0.015bc	0.810±0.0107ab	0.758±0.0108b
	N₅P_2.5	0.819±0.011c	0.792±0.0130b	0.839±0.0090a
	N₅P₅	0.836±0.024bc	0.796±0.0329ab	0.837±0.0200a
	N₁₀P₀	0.875±0.010ab	0.808±0.0119ab	0.857±0.0149a
	N₁₀P_2.5	0.891±0.022a	0.808±0.0176ab	0.855±0.0095a
	N₁₀P₅	0.838±0.020abc	0.813±0.0116ab	0.852±0.0275a
土壤C∶P酶活性比 ln BG∶ln AP	N₀P₀	0.810±0.029ab	0.813±0.0036a	0.822±0.0162a
	N₀P_2.5	0.833±0.010ab	0.781±0.0068a	0.815±0.0215a
	N₀P₅	0.832±0.011ab	0.795±0.0080a	0.825±0.0122a
	N₅P₀	0.784±0.012c	0.781±0.0082a	0.791±0.0198a
	N₅P_2.5	0.786±0.015c	0.751±0.0307a	0.802±0.0032a
	N₅P₅	0.789±0.026c	0.757±0.0254a	0.800±0.0153a
	N₁₀P₀	0.814±0.009ab	0.766±0.0109a	0.813±0.0166a
	N₁₀P_2.5	0.849±0.012a	0.765±0.0153a	0.794±0.0029a
	N₁₀P₅	0.787±0.016c	0.810±0.0412a	0.809±0.0213a
土壤N∶P酶活性比 ln（NDG+LA）∶ln AP	N₀P₀	0.956±0.013a	0.961±0.0027a	0.928±0.0067a
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	N₅P₀	0.940±0.008a	0.964±0.0029a	0.947±0.0128a
	N₅P_2.5	0.961±0.024a	0.947±0.0259a	0.957±0.0066a
	N₅P₅	0.944±0.005a	0.952±0.0098a	0.956±0.0055a
	N₁₀P₀	0.930±0.006a	0.948±0.0005a	0.948±0.0041a
	N₁₀P_2.5	0.953±0.013a	0.947±0.0019a	0.928±0.0137a
	N₁₀P₅	0.939±0.011a	0.995±0.0375a	0.951±0.0095a

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氮磷添加对一年生人工草地土壤微生物-胞外酶生态化学计量特征的影响

Effects of nitrogen and phosphorus supplementation on ecological stoichiometric characteristics of soil microbial-extracellular enzymes in annual artificial grassland

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处理Treatment	纯氮Pure nitrogen	纯磷Pure phosphorus
N₀P₀ （CK）	0	0
N₀P_2.5	0	37.5
N₀P₅	0	75.0
N₅P₀	75	0
N₅P_2.5	75	37.5
N₅P₅	75	75.0
N₁₀P₀	150	0
N₁₀P_2.5	150	37.5
N₁₀P₅	150	75.0

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