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(duì)植物有效養(yǎng)分起著儲(chǔ)備庫和源的作用，對(duì)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(duì)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(duì)土壤性狀的影響，獲取對(duì)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。

1 研究區(qū)概況

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(tái)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%。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

2.1 研究?jī)?nèi)容

本研究主要是系統(tǒng)研究施肥對(duì)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(duì)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(duì)土壤微生物影響比較。

2.2 研究方法

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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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 結(jié)果與分析

3.1 土壤微生物分析

3.1.1 緩釋復(fù)混肥對(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)細(xì)菌數(shù)量有明顯的促進(jìn)作用，對(duì)真菌數(shù)量有抑制作用但只有BF4、BF5處理與對(duì)照組差異顯著，對(duì)放線菌數(shù)量有抑制作用，但與對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)和發(fā)育，增加細(xì)菌數(shù)量；對(duì)真菌數(shù)量的影響呈波動(dòng)狀態(tài)，但與對(duì)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(zhǎng)發(fā)育，而各處理與對(duì)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 土壤有機(jī)質(zhì)分析

3.2.1 緩釋復(fù)混肥對(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(shì)，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(duì)土壤養(yǎng)分的改善效果最理想。

3.2.3 微生物菌肥對(duì)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(duì)各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量增加有促進(jìn)作用。

3.3 促成片麻巖風(fēng)化中土壤微生物與有機(jī)質(zhì)關(guān)系

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(shì)。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(shì)，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(shì)。綜上所述，利用不同施肥方式對(duì)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(duì)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

4 結(jié)論

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(duì)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(duì)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(shì)，土壤微生物對(duì)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］。

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