宋慶豐,楊新兵,王曉燕,畢可嬌,魯紹偉,張志杰
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國家北方山區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心,河北 保定071000;2.北京林業(yè)大學(xué),北京100083;3.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局,呼和浩特010051)
水、肥的嚴(yán)重匱乏是該地區(qū)植被恢復(fù)的限制性因子。水是干旱半干旱地區(qū)進(jìn)行森林植被建設(shè)的第一個(gè)關(guān)鍵性限制因素,則土壤狀況同時(shí)也成為干旱半干旱地區(qū)進(jìn)行森林植被恢復(fù)的關(guān)鍵限制性因素。土壤微生物對植物有效養(yǎng)分起著儲(chǔ)備庫和源的作用,對土壤碳、氮、硫的植物有效性產(chǎn)生深刻的影響。隨著土層的加深,其有機(jī)質(zhì)含量遞減,供給土壤微生物養(yǎng)分的能力下降,土壤的微生物活性逐漸減少,其表現(xiàn)為A層土壤大于B層土壤[1]。不同肥料處理對土壤中微生物種類和數(shù)量影響不同,有機(jī)肥和無機(jī)肥配施能有效提高土壤微生物數(shù)量,改善土壤環(huán)境。施廄肥、綠肥等有機(jī)肥有利于維持土壤微生物的多樣性及活性。與單施有機(jī)肥和尿素相比,兩種肥料混合施用可提高土壤全氮含量。在有機(jī)肥處理、尿素處理和配施3種處理間的比較,微生物數(shù)量均表現(xiàn)為配施最大,有機(jī)肥次之,尿素最?。?]。有研究表明土壤微生物數(shù)量與土壤理化性質(zhì)、土壤肥力呈正相關(guān)[3]。許多研究同時(shí)也證明了土壤微生物與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等具有顯著的相關(guān)性[4]。本研究從提高土壤肥力來探討不同材料對土壤性狀的影響,獲取對土壤性狀改良最佳的措施,為加快華北土石山區(qū)植被恢復(fù)提供技術(shù)支持。
試驗(yàn)設(shè)在河北平山縣崗南鎮(zhèn)石盆峪村,位于太行山中斷東麓滹沱河沿岸山西臺地與華北平原的過渡地帶[5],河北省平山縣是石家莊市山區(qū)農(nóng)業(yè)大縣,是國家批準(zhǔn)的環(huán)京津、環(huán)渤海開放縣之一。自古以來,平山的自然地貌素有“八山一水一分田”之說,其環(huán)境復(fù)雜,地貌類型多樣,亞高山、中山、低山、丘陵地占全縣總面積的80%[6]。該地貌類型屬于低山丘陵區(qū),海拔小于300m。中間有階地、谷地等地貌類型。土壤類型屬于褐土性亞類,主要有以下幾種土壤類型。一是非耕種花崗片麻巖褐土性土屬。分布于海拔1 300m以下的中山、低山、丘陵、陽坡,表層有機(jī)質(zhì)0.36~1.61%,全氮含 量 0.023%~0.105%,全 磷 含 量0.01% ~0.031%,碳酸鈣0.28%~1.92%,砂礫量24.4%~51.23%,pH值6.4~7.9。土層薄,不足30cm,侵蝕嚴(yán)重,肥力低下。代表土種為花崗片麻巖薄層多礫砂壤質(zhì)性褐土。二是非耕種頁巖褐土性土屬。分布于石灰?guī)r區(qū),僅頁巖薄層多礫輕壤質(zhì)褐土性土種,土層少于25cm,石灰反應(yīng)不明顯,pH值7.3~7.4,表層有機(jī)質(zhì)1.67%,全氮含量0.098%,全磷含量0.023%。三是花崗片麻巖褐土性土屬。只有花崗巖片麻巖薄層壤質(zhì)褐土性土種,表層有機(jī)質(zhì)0.38%,全氮含量0.031%,全磷含量0.016%,pH8.5,石灰量1.5%,礫石41.1%。
本研究主要是系統(tǒng)研究施肥對平山土石山區(qū)貧瘠土壤狀況的改良效果,在此基礎(chǔ)上揭示土壤性狀改良的因素,進(jìn)而對實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤管理措施進(jìn)行指導(dǎo),為當(dāng)?shù)氐耐寥览锰峁├碚撘罁?jù)。本研究是用新型肥料(緩釋復(fù)混肥、生物有機(jī)肥和微生物菌劑)對土壤微生物影響比較。
肥料于2008年4月初作為基肥與土壤混勻施入坑穴,穴的半徑為25cm,每穴栽植1棵1年生山杏幼苗,每個(gè)處理栽植10棵山杏幼苗,以不施用任何材料作為對照(CK)。以魚鱗坑整地方式進(jìn)行3種新型肥料試驗(yàn)。
2.2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 緩釋復(fù)混肥(簡稱SF)采用單因子隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),5個(gè)處理的施肥量分別為50,100,150,200,300g/穴,其分別用 SF1、SF2、SF3、SF4、SF5表示。生物有機(jī)肥(簡稱BF)采用單因子隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),5個(gè)處理的施肥量分別為500,1 000,1 500,2 000,2 500g/穴,其分別用BF1、BF2、BF3、BF4、BF5表示。微生物菌肥(簡稱 MA)采用單因子隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),5個(gè)處理的施肥量分別為 50,100,150,200,300g/穴,分 別 用 MA1、MA2、MA3、MA4、MA5表示。
2.2.2 土壤分析方法 土壤微生物測定于2008年9月下旬取樣,0-20cm為表層,20-40cm為深層,用布袋取樣,每個(gè)處理分別取表層和深層土樣各3個(gè),取回的新鮮土樣在0~4℃冰箱保存,以備分析。土壤微生物數(shù)量采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測定;土壤有機(jī)質(zhì)采用磷酸浴消煮重鉻酸鉀-濃硫酸消化滴定方法。
3.1.1 緩釋復(fù)混肥對土壤微生物的影響 在森林生態(tài)系統(tǒng)中,土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要成員之一,它參與了生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量的循環(huán),是土壤中最活躍的部分,對林木營養(yǎng)有著重要的意義。土壤具備微生物生活所需的各種條件,是微生物生活和繁殖的良好場所。土壤中廣泛分布著數(shù)量眾多的微生物,重要的類群有細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生生物[6]。本研究主要觀察不同肥料對土壤中真菌、細(xì)菌和放線菌的數(shù)量影響。
由表1可以看出在表層土壤中,緩釋復(fù)混肥處理可增加細(xì)菌數(shù)量,不同程度的降低真菌數(shù)量,而對放線菌數(shù)量的影響成一種波動(dòng)狀態(tài)。綜合比較,在SF2處理后土壤中微生物總數(shù)達(dá)到最大值。
表1 緩釋復(fù)混肥不同處理微生物數(shù)量
在深層土壤中,各處理中細(xì)菌數(shù)量均與對照組有不同程度的顯著性差異,真菌數(shù)量除SF2、SF5處理中受到抑制外其他各處理與對照組差異均不顯著,而放線菌的數(shù)量在各處理中呈上下波動(dòng)狀態(tài),與對照組相比各處理差異性都不顯著。綜合來看,在SF2處理后微生物數(shù)量達(dá)到最大。
3.1.2 生物有機(jī)肥對土壤微生物的影響 由表2可以看出,在表層土壤中生物有機(jī)肥處理會(huì)顯著增加細(xì)菌數(shù)量,顯著降低真菌數(shù)量,放線菌數(shù)量在各處理間呈波動(dòng)狀態(tài)。綜合比較,BF4處理使土壤中微生物總量達(dá)到最大值,它是生物有機(jī)肥處理土壤中最優(yōu)使用量。
在深層土壤中,生物有機(jī)肥處理對細(xì)菌數(shù)量有明顯的促進(jìn)作用,對真菌數(shù)量有抑制作用但只有BF4、BF5處理與對照組差異顯著,對放線菌數(shù)量有抑制作用,但與對照相比差異性并不顯著。綜合比較,BF1處理時(shí)深層土壤微生物數(shù)量最高。
表2 生物有機(jī)肥不同處理微生物數(shù)量
3.1.3 微生物菌劑對土壤微生物的影響 微生物菌劑處理土壤后與前兩者規(guī)律相似(如表3),與對照相比。在表層土壤中,細(xì)菌數(shù)量都有增加,真菌數(shù)量都不同程度的減少且與對照組都具有顯著性差異,放線菌數(shù)量都有不同程度的降低。在微生物菌劑的處理中,MA2對土壤的處理使土壤中微生物的總量大到最大,MA1最小。
在深層土壤中,微生物菌劑不同處理會(huì)促進(jìn)土壤中細(xì)菌的生長和發(fā)育,增加細(xì)菌數(shù)量;對真菌數(shù)量的影響呈波動(dòng)狀態(tài),但與對照組相比差異性并不顯著;而不同處理會(huì)不同程度的抑制放線菌的生長發(fā)育,而各處理與對照組之間的差異性亦不顯著。綜合而言,在MA3處理時(shí),深層土壤中微生物總數(shù)量最大。
3.2.1 緩釋復(fù)混肥對土壤有機(jī)質(zhì)的影響 緩釋復(fù)合肥系以快速有效化處理的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥為基礎(chǔ),與經(jīng)緩釋技術(shù)處理的化學(xué)肥料復(fù)合而制得的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)型非包膜緩釋肥料[7]。它是一類養(yǎng)分資源利用率高、環(huán)境污染小的新型肥料。如圖1所示,與CK處理相比,土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著受緩釋復(fù)混肥各處理的促進(jìn),隨著施肥量的增加,有機(jī)質(zhì)含量不斷增加,在SF3處理達(dá)最大值,較CK增加了104%,但隨后又急劇下降,SF5處理和SF2處理叫SF3處理次之。
表3 微生物菌劑不同處理微生物數(shù)量
圖1 不同施肥對土壤有機(jī)質(zhì)影響注:SF代表緩釋復(fù)混肥;BF代表生物有機(jī)肥;MA代表微生物菌劑
3.2.2 生物有機(jī)肥對土壤養(yǎng)分的影響 生物有機(jī)肥是有機(jī)固體廢物(包括有機(jī)垃圾、秸稈、畜禽糞便、餅粕、農(nóng)副產(chǎn)品和食品加工產(chǎn)生的固體廢物)經(jīng)微生物發(fā)酵、除臭和完全腐熟后加工而成的有機(jī)肥料。長期施用生物有機(jī)肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮的含量,提高土壤肥力[8]。從圖1可以看出,與CK處理相比,施用生物有機(jī)肥能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,土壤有機(jī)質(zhì)在BF4處理達(dá)最大,較CK分別提高了906%,這主要是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥中含有大量的有機(jī)質(zhì),所以在此處土壤有機(jī)質(zhì)含量是所有施肥處理中最高的。在BF3和BF5出,均出現(xiàn)了降低的趨勢,可能繼續(xù)增加生物有機(jī)肥施用量,會(huì)再次出現(xiàn)一個(gè)土壤有機(jī)質(zhì)含量的高峰。但本次5個(gè)梯度處理,BF4處理對土壤養(yǎng)分的改善效果最理想。
3.2.3 微生物菌肥對土壤養(yǎng)分的影響 微生物菌劑俗稱菌肥,是從土壤中分離出的有益微生物,經(jīng)過人工選育與繁殖后制成的菌肥,是一種輔助性肥料。施用后通過菌肥中微生物的生命活動(dòng),借助其代謝過程或代謝產(chǎn)物,以改善土壤化學(xué)性狀,提高土壤肥力。從圖1可以看出,施用微生物菌肥后土壤有機(jī)質(zhì)顯著高于CK處理,隨著施入量的增加,土壤有機(jī)質(zhì)含量緩慢的升高,在MA3處達(dá)最大值,隨后又緩慢的下降。表明施用微生物菌肥對各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量增加有促進(jìn)作用。
土壤微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分含量之間呈顯著相關(guān)關(guān)系[9]。有機(jī)質(zhì)含量高的土壤,微生物數(shù)量大,生物活性強(qiáng),生化反應(yīng)強(qiáng)烈,土壤中的速效養(yǎng)分含量高[10]。通過圖2可以看出,隨著有機(jī)質(zhì)的增加,微生物數(shù)量呈上升趨勢。但是在土壤有機(jī)質(zhì)增加緩慢時(shí),微生物數(shù)量不穩(wěn)定,沒有明顯的規(guī)律可循,但總體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢,YJ1與YJ3土壤有機(jī)質(zhì)含量差別很大,在此處可以明顯的看出微生物數(shù)量陡然升高,在YJ3之后各個(gè)處理上,有機(jī)質(zhì)變化差均比YJ1之前的幾個(gè)處理之間的變化差大,所以在YJ3之后可以明顯的看出土壤微生物數(shù)量呈上升趨勢。綜上所述,利用不同施肥方式對片麻巖促成風(fēng)化過程中,伴隨著風(fēng)化土壤中有機(jī)質(zhì)含量的增高,土壤中微生物數(shù)量也隨之上升,土壤微生物對土壤的改善具有重大的作用。土壤微生物的代謝產(chǎn)物以及真菌的菌絲等可以粘結(jié)土體,促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,從而改善土壤的結(jié)構(gòu)性,提高土壤保水保肥能力。
圖2 不同處理土壤有機(jī)質(zhì)和微生物的變化
土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤養(yǎng)分含量、速效氮和速效磷含量呈正相關(guān),且基本達(dá)到顯著或極顯著水平;土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤速效鉀含量呈負(fù)相關(guān),表明土壤細(xì)菌對土壤結(jié)構(gòu)和作物N、P營養(yǎng)有較大的貢獻(xiàn),體現(xiàn)出細(xì)菌對土壤生物過程和土壤肥力形成中占據(jù)著重要或突出的地位[11]。透視土壤微生物直接參與土壤有機(jī)質(zhì)和無機(jī)物轉(zhuǎn)化的重要活動(dòng),其數(shù)量的多少直接或間接地影響土壤養(yǎng)分循環(huán)的速率。3種新型肥料均能不同程度上增加風(fēng)化土壤中微生物數(shù)量和風(fēng)化土壤中有機(jī)質(zhì)含量,伴隨著土壤有機(jī)質(zhì)的增加,土壤微生物呈現(xiàn)上升趨勢,土壤微生物對土壤的改善具有重大的作用。土壤微生物的代謝產(chǎn)物以及真菌的菌絲等可以粘結(jié)土體,促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,從而改善土壤的結(jié)構(gòu)性,提高土壤保水保肥能力。根據(jù)熊英的報(bào)道,真菌與多數(shù)土壤養(yǎng)分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其數(shù)量的減少并沒有說明土壤養(yǎng)分和肥力的降低,而是表明土壤理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分供應(yīng)得到了改善[12]。
[1] 向仕敏,陸梅,徐柳斌,等.5種林分類型林地土壤氮含量與其土壤微生物學(xué)性質(zhì)的研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2008,37(1):41-45.
[2] 姬興杰,楊穎穎,熊淑萍,等.不同肥料對土壤微生物數(shù)量及全氮時(shí)空變化的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2008,16(3):576-582.
[3] 胡海波,張金池,高智慧,等.巖質(zhì)海岸防護(hù)林土壤微生物數(shù)量及其與酶活性和理化性質(zhì)的關(guān)系[J].林業(yè)科學(xué)研究,2001,15(1):88-95.
[4] 柯明哲.廈門市坂頭林場森林土壤微生物生態(tài)分布研究[J].福建林業(yè)科技,2000,27(1):5-9.
[5] 孫硯峰.河北平山濕地水鳥群落結(jié)構(gòu)及黑鸛的覓食生境選擇[D].石家莊:河北科技大學(xué),2006.
[6] 關(guān)松蔭.土壤酶活性及其研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1986.
[7] 王正銀,葉學(xué)見,葉進(jìn),等.綠色控釋多養(yǎng)分肥料生產(chǎn)方法[P].中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專利公報(bào),2005,21(1):162.
[8] 王立剛,李維炯,邱建軍,等.生物有機(jī)肥對作物生長、土壤肥力及產(chǎn)量的效應(yīng)研究[J].土壤肥料,2004(5):12-16.
[9] 許景偉,王衛(wèi)東,李成.不同類型黑松混交林土壤微生物、酶及其土壤養(yǎng)分關(guān)系的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,22(1):51-55.
[10] 薛立,陳紅躍,畢鴻雁.馬占相思純林及柚木純林土壤養(yǎng)分、微生物和酶活性的研究[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2002,23(2):93.
[11] 蔡曉布,彭岳林,薛會(huì)英,等.不同培肥方式對西藏中部退化土壤微生物的影響研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2004,12(1);108-110.
[12] 熊英,鄧福英,唐慶蘭,等.萬鶴山鷺鳥保護(hù)區(qū)土壤微生物優(yōu)勢類群生態(tài)分布的研究[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué),2005,24(1):58-62.