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        長期不同施肥對(duì)棕壤微生物量碳的影響

        2010-07-09 13:00:08王曄青
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2010年11期

        王曄青

        (鄂爾多斯市東勝區(qū)園林局,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000;沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院,遼寧 沈陽 110161)

        土壤生態(tài)系統(tǒng)中的微生物群落在土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)中起著重要的作用。微生物參與土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解和土壤腐殖質(zhì)的形成和分解過程,以及土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)與各生化過程[1-3],同時(shí)也影響了植物地上部分的生長。施肥是調(diào)節(jié)土壤微生物數(shù)量大小和活性的重要農(nóng)業(yè)措施之一,不同的施肥措施對(duì)土壤微生物量的影響存在差異[4-8]。目前,土壤微生物量已成為國際土壤與植物營養(yǎng)學(xué)科的一個(gè)研究熱點(diǎn),它作為一項(xiàng)土壤質(zhì)量指標(biāo)在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中具有重要的地位。本研究結(jié)合棕壤長期定位試驗(yàn),研究了長期不同施肥條件下土壤微生物量碳的變化及其與土壤肥力、作物產(chǎn)量的關(guān)系,為指導(dǎo)土壤合理施肥提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 供試土壤

        土壤樣品采自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)棕壤長期定位試驗(yàn)地。該地于1979年建立,種植方式為玉米-玉米-大豆輪作,2005年為大豆。從試驗(yàn)區(qū)中選擇12個(gè)處理,分別是:(1)不施肥(CK);(2)施氮肥(N);(3)施氮、磷肥(NP);(4)施氮、磷、鉀肥(NPK);(5)施低量有機(jī)肥(M1);(6)低量有機(jī)肥與氮肥配施(M1N);(7)低量有機(jī)肥與氮、磷肥配施(M1NP);(8)低量有機(jī)肥與氮、磷、鉀肥配施(M1NPK);(9)施高量有機(jī)肥(M2);(10)高量有機(jī)肥與氮肥配施(M2N);(11)高量有機(jī)肥與氮、磷配施(M2NP);(12)高量有機(jī)肥與氮、磷、鉀肥配施(M2NPK)。

        試驗(yàn)所用有機(jī)肥為豬廄肥,其中平均有機(jī)質(zhì)含量為 119.6 g/kg,全氮 5.6 g/kg,P2O58.3 g/kg,K2O 11.9 g/kg。氮肥為尿素,磷肥為過磷酸鈣,鉀肥為硫酸鉀。Ml為 18.75 t/hm2,M2為 37.5 t/hm2,種植大豆年份施 N 30 kg/hm2,P2O5為 90 kg/hm2,K2O 為 90 kg/hm2,所有肥料以基肥形式一次性施入。

        1.2 土壤及植物樣本采集

        2006年春季采集試驗(yàn)地各處理0~20 cm深土樣,一部分于4℃保存(<5 d),用于測定土壤微生物量碳(SMB-C);其余部分風(fēng)干過篩,用于土壤常規(guī)養(yǎng)分的測定。

        供試玉米于2006年4月下旬播種,10月收獲,作物生長期間按常規(guī)進(jìn)行田間管理,收獲期測產(chǎn)。

        1.3 測定方法

        采用氯仿熏蒸浸提法[9-11]測定各處理土壤的微生物量碳。

        土壤有機(jī)碳、全氮含量采用元素分析儀測定;土壤全磷、全鉀采用NaOH熔融法測定;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定;有機(jī)磷和速效磷分別采用灼燒法和Olsen法測定;速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法測定;土壤pH值采用pHS-2型酸度計(jì)測定(土水比 1∶2.5)[10]。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件,單因素方差分析(ANOVA)比較不同處理間的差異顯著性(p=0.05),用Microsoft Excel 2003軟件繪圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同施肥處理土壤微生物量碳的變化

        由圖1可以看出,施用化肥和有機(jī)肥均可提高土壤微生物量碳的含量。不同處理土壤微生物量碳含量方差分析結(jié)果表明,除處理(2)單施無機(jī)氮肥外,不同處理土壤微生物量碳含量均與對(duì)照差異性顯著(p<0.05)。土壤微生物量碳含量范圍在70.48~214.83 mg/kg,其大小順序?yàn)椋焊吡坑袡C(jī)肥區(qū)>低量有機(jī)肥區(qū)>單施化肥區(qū)>CK。其中高量有機(jī)肥配施氮的土壤微生物量碳含量最高,這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥與氮肥配施不僅增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量,為植物提供了營養(yǎng),使作物生長量增大,其殘留物包括根、分泌物及殘茬等,歸還到土壤中的有機(jī)物料增加,從而為微生物活動(dòng)補(bǔ)充了碳源,刺激了土壤微生物數(shù)量的增加和活性的增強(qiáng);而且,無機(jī)肥料的施用,也為土壤微生物提供營養(yǎng),促進(jìn)了土壤微生物生長,其含量比不施肥對(duì)照增加了2倍。

        圖1 不同施肥處理對(duì)土壤微生物量碳的影響

        與對(duì)照相比,單施氮肥對(duì)土壤微生物量碳含量的增加作用不明顯,這可能是因?yàn)殚L期單一施用氮肥使土壤中嚴(yán)重缺乏碳源和磷、鉀素等養(yǎng)分,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡,進(jìn)而影響微生物的生長和繁殖。氮磷、氮磷鉀處理由于磷、鉀肥的投入,使土壤養(yǎng)分比對(duì)照和單施氮肥處理有了很大的改善,作物生長量增大,其殘留物歸還到土壤中的有機(jī)物料增加,從而為微生物活動(dòng)補(bǔ)充了碳源,刺激了土壤微生物數(shù)量的增加和活性的增強(qiáng);與此同時(shí),無機(jī)肥料的施用也為土壤微生物提供營養(yǎng),促進(jìn)了土壤微生物生長。因此,氮肥配施磷肥和磷鉀肥會(huì)顯著提高土壤微生物量碳含量。

        該研究結(jié)果表明,長期施用有機(jī)肥對(duì)土壤微生物量碳含量的增加作用較為明顯,且有機(jī)物質(zhì)輸入越多,土壤微生物量碳含量就越高。這可能有3個(gè)方面的原因:首先,施用有機(jī)肥為微生物提供了大量可給性能源,能顯著提高各類微生物數(shù)量;其次,有機(jī)肥本身所含的微生物在施入土壤后會(huì)迅速增加;再次,有機(jī)肥的施入可增加土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力,能有效的增加和活化土壤養(yǎng)分,改善土壤理化性質(zhì),促進(jìn)微生物活動(dòng),增強(qiáng)土壤調(diào)理功能,從而分解許多植物不能直接利用的養(yǎng)分[12]。

        2.2 土壤微生物量碳與土壤肥力指標(biāo)的關(guān)系

        對(duì)土壤微生物量碳與土壤常規(guī)養(yǎng)分作相關(guān)性分析,結(jié)果顯示,土壤微生物量碳與土壤pH值、有機(jī)碳、全氮、堿解氮、全磷、有機(jī)磷、速效磷均呈極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為 0.669、0.873、0.812、0.887、0.917、0.971、0.922,這說明土壤微生物量碳受這些因素的影響特別顯著。有機(jī)碳、全氮、堿解氮、全磷、有機(jī)磷、速效磷含量越高,越有利于微生物的大量繁殖,微生物量的含量也就會(huì)增加;一定pH范圍內(nèi),土壤微生物量隨pH值的升高而增加;土壤的基礎(chǔ)微生物量碳與土壤全鉀呈負(fù)相關(guān)(-0.322),與速效鉀正相關(guān)(0.523),但均未達(dá)到顯著水平,這說明全鉀、速效鉀對(duì)土壤微生物量碳的影響較小。土壤微生物量與土壤鉀素的相關(guān)性不顯著,這說明土壤鉀素水平不是影響棕壤微生物的主要因素。

        綜上所述,土壤微生物量與土壤基本化學(xué)性質(zhì)(除全鉀、速效鉀外)之間呈極顯著相關(guān),這說明,土壤微生物量能指示土壤肥力水平;同時(shí),提高土壤養(yǎng)分利用率,可通過提高土壤微生物量來實(shí)現(xiàn),即通過刺激微生物的生長繁殖,加強(qiáng)微生物對(duì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化作用,從而增加土壤有效養(yǎng)分的含量,以滿足植物生長的需求。由此可見,土壤微生物量碳與土壤肥力關(guān)系密切,可作為長期定位施肥過程中土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo)。

        2.3 土壤微生物量碳含量與作物干物質(zhì)積累量的關(guān)系

        土壤微生物量碳含量與玉米產(chǎn)量和植株體干物質(zhì)積累量相關(guān)性分析結(jié)果表明(圖2~3),土壤微生物量碳與二者均呈現(xiàn)出極顯著的相關(guān)性,其相關(guān)系數(shù)分別為 0.888、0.908 (n=11,r0.05=0.553,r0.01=0.684)。這表明玉米產(chǎn)量、植株體干物質(zhì)積累量與土壤微生物量碳含量關(guān)系密切,土壤微生物量碳含量越大,玉米干物質(zhì)的積累量越大,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也越高;土壤微生物量碳含量可以指示作物產(chǎn)量水平。

        圖2 土壤微生物量碳含量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

        圖3 土壤微生物量碳含量與植株體干物質(zhì)積累量的關(guān)系

        2.4 土壤微生物量碳與土壤有機(jī)碳的關(guān)系

        土壤微生物量碳占有機(jī)碳含量的百分比稱為土壤微生物代謝商。許多研究者認(rèn)為,它可以作為反映因土壤管理措施變化而造成有機(jī)質(zhì)變化的一個(gè)指標(biāo),能預(yù)測土壤有機(jī)質(zhì)長期變化或監(jiān)測土地退化及恢復(fù)狀況。Beck[13]認(rèn)為,土壤微生物代謝商可以用來指示土壤碳的平衡、積累或消耗,能夠表明土壤碳動(dòng)態(tài)變化,該比值越大,說明有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率越快。該試驗(yàn)結(jié)果表明,土壤微生物量碳占有機(jī)碳的0.77%~1.94%,且該值隨土壤微生物量碳的增加而增大,二者相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.974。由此可知,肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有機(jī)碳中的比例,其大小順序?yàn)楦吡坑袡C(jī)肥區(qū)>低量有機(jī)肥區(qū)>NP、NPK>N>CK。

        3 結(jié)論

        試驗(yàn)結(jié)果表明:①長期施用化肥和有機(jī)肥均可明顯提高棕壤微生物量碳,以有機(jī)肥、有機(jī)肥與化肥配施處理效果最為顯著;②棕壤微生物量碳與土壤養(yǎng)分因子關(guān)系密切,可以作為衡量棕壤肥力指標(biāo);③土壤微生物量碳與玉米產(chǎn)量和植株體干物質(zhì)積累量均呈極顯著相關(guān)性,土壤微生物量碳的供碳量可以指示作物產(chǎn)量水平;④肥料的施用增加了土壤微生物量碳在有機(jī)碳中的比例,其大小順序?yàn)楦吡坑袡C(jī)肥區(qū)>低量有機(jī)肥區(qū)>NP、NPK>N>CK。

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